Модернизация экскаватора ЭО-4324 с разработкой новой конструкции рабочего органа, с целью повышения эффективности работы при разработке пр

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К ВЫПУСКНОЙ  РАБОТЕ

 

на академическую степень

бакалавр  транспорта

 

На тему: «Модернизация экскаватора ЭО-4324 с разработкой новой конструкции рабочего органа, с целью повышения эффективности работы при разработке прочных грунтов»

 

 

УДК 621.878.23

 

АННОТАЦИЯ

 

**********. Модернизация экскаватора ЭО-4324 с разработкой новой конструкции рабочего органа, с целью повышения эффективности работы при разработке прочных грунтов. Выпускная работа. *************.

Выпускная работа представляется для итоговой аттестации автора и присвоения академической степени бакалавра транспорта.

В выпускной работе приведены общие сведения, классификация и обзор существующих моделей одноковшовых экскаваторов, анализ состояния вопроса разработки прочных и мерзлых грунтов одноковшовыми экскаваторами, описана конструкция экскаватора ЭО-4324. На основе анализа приведенных материалов предложена сменное рабочее оборудование с ковшом активного действия, который включает в себя ковш с тремя пневмоударными блоками, воздухопровод и компрессор. Выполнены необходимые расчеты, доказывающие работоспособность и эффективность предлагаемой конструкции.

В разделе «Безопасность и экологичность  работы» освещены вопросы охраны труда, техники безопасности, противопожарной  безопасности машины и экологичности.

Целесообразность модернизации обоснована расчетом технико-экономических показателей. Экономический эффект от модернизации составил 1283260 тенге в год при сроке окупаемости 0,27 года.

 

 

ПЕРЕЧЕНЬ ГРАФИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА

 

№	Название графического материала	Формат
1.	Общий вид	А1
2.	Классификация импульсных систем ковшей активного действия	А1
3.	Общий вид после модернизации	А1
4.	Ковш обратная лопата	А2
5.	Ковш активного действия	А2
6.	Пневмоударное устройство	А2
7	Деталировка	2хА3
8	Экономические показатели	А1

 

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

Введение	8
1 Общие сведения о гидравлических одноковшовых экскаваторах	10
1.1. Назначение и классификация	10
1.2 Устройство одноковшовых экскаваторов	12
1.3 Рабочее оборудование	15
1.4 Гидравлическая система	16
1.5 Рабочий процесс	19
2. Анализ состояния вопроса разработки  прочных и мерзлых грунтов  одноковшовыми экскаваторами	21
2.1. Классификация грунтов по  трудности разработки	21
2.2 Методы разработки прочных и мерзлых грунтов	22
2.3 Разработка прочных и мерзлых грунтов машинами для земляных работ	24
2.4 Анализ конструктивных схем  ковшей активного действия	26
3 Модернизация и расчет экскаватора  ЭО-4324	32
3.1 Назначение и техническая  характеристика экскаватора ЭО-4324	32
3.2 Определение усилий резания	30
3.3 Разработка ковша экскаватора  активного действия для разработки  прочных грунтов	34
3.4 Расчет основных параметров пневмоударного устройства	38
4  Определение показателей экономической  эффективности от внедрения новой  техники	41
4.1 Выявление назначения и области применения новой техники	41
4.2 Расчет капитальных вложений	41
4.3 Расчет эксплуатационных затрат	41
4.4 Расчет годового экономического эффекта	45
5  Безопасность  и  экологичность  разработки	50
5.1 Анализ вредных и опасных факторов при работе одноковшовых экскаваторов	50
5.2 Разработка мероприятий по  улучшению условий труда и  техники безопасности экскаватора	51
5.3 Мероприятия по улучшению  пожарной безопасности машины	54
5.4 Схема измерительных приборов  в кабине экскаватора	55
5.5. Анализ вредных выбросов в атмосферу	57
Заключение	59
Список использованных источников	60
Приложения	61

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

 

В настоящее время в парке  строительных одноковшовых экскаваторов в нашей стране и за рубежом преобладают гидравлические машины с жесткой подвеской рабочего оборудования. Исключение составляют экскаваторы с рабочим оборудованием драглайна, в которых сохранена гибкая (канатная) подвеска. Широкое распространение гидравлических экскаваторов обусловлено неоспоримыми преимуществами гидрообъемного привода перед приводом с механической трансмиссией и гибкой подвеской рабочего оборудования, в первую очередь, простотой кинематических связей между источниками и потребителями энергии, способностью простыми средствами преобразовать вращательное движение первичного двигателя в поступательное движение конечного звена исполнительного механизма, способностью реализовать большие усилия на рабочих органах при минимальных размерах передаточных устройств, возможностью силового воздействия на рабочие органы как в прямом, так и в возвратном направлениях и др. Эти преимущества обеспечили гидравлическим экскаваторам высокую эффективность, в частности, более низкую чем у канатных экскаваторов материалоемкость.

Гидравлические экскаваторы появились в начале XX в. Один из первых гидравлических экскаваторов французской фирмы Поклейн представлял собой прототип широко распространенных полуповоротных тракторных экскаваторов.

Установка на экскаваторе с гидравлическим приводом оборудования обратной лопаты позволила получить на зубьях ковша усилия, в 3 ... 4 раза превышающие усилия, развиваемые подобным оборудованием канатных машин такой же мощности и массы. Это резко расширило область их применения. В нашей стране освоен серийный выпуск строительных экскаваторов с ковшами вместимостью 0,25 ... 3,2 м³.

Конструктивно-кинематическая схема  рабочего оборудования гидравлической обратной лопаты обеспечивает жесткую  передачу усилий при любом движении ковша, что создало особые условия  для работы ковша — точность и возможность изменения скорости и направления движения, недостижимых при канатных системах. Главной особенностью явилась возможность непосредственного воздействия привода на исполнительные органы экскаватора без применения сложных механических трансмиссий, снабженных муфтами, тормозами, редукторами, коробками передач, требующих сложного управления с применением для этого значительных усилий и сервомоторов, трансформирующих крутящие моменты в конечные, обычно поступательные и возвратные перемещения исполнительных органов. Все эти элементы заменяются в гидравлических экскаваторах трубопроводом, подающим от насосов жидкость в исполнительные рабочие цилиндры, штоки которых воздействуют через простые рычажные системы на рабочие органы. Ввиду того, что рабочие цилиндры должны перемещаться вместе с рабочими органами, подводка трубопроводов к цилиндрам в основном осуществляется гибкими шлангами. Сложное силовое управление механическими передачами при этом заменилось легким управлением золотниками, изменяющими направление движения жидкости, подаваемой насосом высокого давления в рабочие цилиндры. Однако в тех механизмах, которые должны выполнять работу, приводя в движение исполнительные и рабочие органы, — ведущие колеса ходового оборудования, гусеницы, поворотные платформы, сверла, буры, — частично сохранились зубчатые передачи, но максимально сократилось их количество за счет применения мотор-колес, высокомоментных гидродвигателей и др. Механические передачи, насчитывающие в экскаваторах тысячи деталей, заменяются несколькими десятками элементов. Таким образом, главной особенностью гидравлического экскаватора является малое количество элементов трансмиссии.

Главным направлением технического прогресса  гидравлических экскаваторов является повышение рабочего давления насосов и двигателей (до 40... 50 МПа), что уменьшает габариты и массу гидравлического оборудования. Однако увеличение давления вызывает повышение требований к конструкции, надежности, уплотнений и точности изготовления деталей гидрооборудования.

Дальнейшее совершенствование  конструкций гидравлических экска-иаторов  связано с оптимизацией их основных параметров, первым этапом которой  является овладение методами расчета  их основных параметров. К настоящему времени эти методы еще не сформировались в единую теорию, прежде всего, из-за разнообразия подходов при конструировании экскаваторов различными заводами, НИИ и зарубежными фирмами, в связи с чем для учебных целей в качестве основного метода принято математическое моде-пирование процессов функционирования гидравлических обратных лопат, как основного вида рабочего оборудования этих машин.

 

 

1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ОДНОКОВШОВЫХ ЭКСКАВАТОРАХ

 

 

1.1. Назначение и классификация

 

Строительные гидравлические одноковшовые экскаваторы предназначены для разработки грунтов до IV категории включительно без их предварительного разрыхления при отрывке котлованов, траншей, каналов, дорожных кюветов и других выемок, разработке резервов для отсыпки насыпей, а также разработке карьеров строительных материалов. Они могут также разрабатывать более прочные грунты, включая мерзлые и скальные, после их разрыхления другими средствами. Эти машины широко используют в промышленном, гражданском, дорожном, аэродромном, трубопроводном, гидротехническом и других видах строительства, а также в промышленности строительных материалов.

Строительные неполноповоротные (малые  модели) и полноповоротные гидравлические экскаваторы являются самоходными машинами с пнев-моколесным (рисунок 1.1) или гусеничным (рисунок 1.2) ходовым устройством. Пневмоколесные экскаваторы используют на рассредоточенных строительных объектах с небольшими объемами работ. Благодаря высокой скорости передвижения (на порядок выше скорости гусеничных машин), эти экскаваторы способны преодолевать большие расстояния при смене строительных объектов. Гусеничные экскаваторы, обладая повышенной проходимостью, передвигаются со скоростью, не превышающей 3 км/ч - для отечественных и 5,5 км/ч - для зарубежных машин. Этими показателями предопределена область использования гусеничных экскаваторов - объекты с большими объемами земляных работ без специальной подготовки рабочих площадок, включая карьеры. Ходовые устройства этих экскаваторов используются лишь как опорные для передачи внешних нагрузок на грунтовое или иное основание в процессе экскавации грунта, а также для передвижения экскаваторов на небольшие расстояния, в том числе с преодолением брода глубиной до 0,8 м, и их перемещения на новую стоянку (позицию) после отработки элемента забоя в пределах досягаемости рабочего оборудования или части рабочей зоны экскаватора, ограниченной требованиями безопасной работы. Для перевозки этих машин на большие расстояния используют специальные транспортные средства (тяжеловозы, железнодорожный транспорт и т. п.). Погружается экскаватор на транспортное средство собственным ходом.

Экскаваторы в СНГ делят на 6 размерных групп, характеризуемых эксплуатационной массой (массой готового к функционированию жскаватора с полной заправкой рабочей жидкостью, топливом и смазочными материалами, с инструментом и принадлежностями согласно инструкции завода-изготовителя).

В соответствии с действующей в  нашей стране индексацией гидравлические одноковшовые экскаваторы обозначают индексами, состоящими из двух букв ЭО и, через дефис, четырех цифр, первая из которых обозначает размерную группу экскаватора, вторая - тип ходового устройства (У - гусеничного, 2 - гусеничного с увеличенной опорной поверхностью гусениц, 3 - пневмоколесного), третья - исполнение рабочего оборудования (для гидравлических экскаваторов - 2), четвертая - порядковый номер модели (1, 2, 5 и т. д.). Индексы модернизированных экскаваторов дополняются в конце буквой русского алфавита: А, Б, В и т. д. в порядке очередной модернизации). Индексы экскаваторов специального климатического исполнения дополняются в конце буквами (ХЛ - северное исполнение, Т - тропическое исполнение и т. п.). Например, гусеничный гидравлический экскаватор четвертой размерной группы четвертой модели, прошедший первую модернизацию обозначают: ЭО-4124А.

Рисунок 1.1 – Полноповоротный одноковшовый пневмоколесный экскаватор

 

Рисунок 1.2 – Гусеничный одноковшовый экскаватор

 

Каждая модель экскаватора характеризуется  рабочими размерами -максимальными глубиной копания, радиусом копания на уровне стоянки и высотой выгрузки грунта. Требуемые параметры гидравлических экскаваторов рассчитывают по основному рабочему оборудованию с основными ковшами, по этим параметрам выбирают комплектующие изделия (двигатели, насосы, гидроцилиндры, гидромоторы и т. п.), назначают размеры несущих конструкций, удовлетворяющие условиям прочности, выносливости и другим категориям жизнеспособности машины, определяют ее выходные характеристики (рабочие размеры - максимальные глубину и радиус копания, высоту выгрузки грунта и т. п., теоретическую производительность). Выходные характеристики экскаватора с другими типами ковшей или иными видами рабочего оборудования определяют исходя из его технологических возможностей, обусловленных силовым оборудованием, передаточными механизмами, опорно-поворотным, ходовым и другими устройствами, соответствующими расчетным параметрам по основному виду рабочего оборудования.

Стандарт ограничивает средние  удельные давления на опорную поверхность  гусеничных экскаваторов массой до 18 т - не более 50 кПа, до 25 т - не более 65 кПа, до 32 т - не более 90 кПа, до 50 т - не более 120 кПа, свыше 50 т - не более 220 кПа.