Расчет роторного траншейного экскаватора

Металлокерамические сплавы тина ВК (В-вольфрам, К-кобальт) состоят из тончайших зерен карбида вольфрама, сцементированных кобальтом в плотную, похожую на металл, массу.

Металлокерамические сплавы изготовляются спеканием прессованных порошков указанных выше редких металлов. Карбид вольфрама образуется из порошкообразного вольфрама и сажи, которые перемешиваются для получения однородной массы в шаровых мельницах, а затем прокаливаются в электрических печах при температуре до 1500° С. После этого производится смешивание полученного карбида вольфрама с кобальтом и его размельчение на тончайшие зерна в шаровых мельницах. Образованная масса подвергается прессованию гидравлическим прессом в пластинки требуемой формы. Спрессованные изделия подвергаются спеканию в электрических печах при температуре 750-1500° С.

Металлокерамические сплавы значительно превосходят легированную сталь по износоустойчивости, обладают высокой твердостью и достаточной вязкостью. Вязкость твердого сплава находится в прямой зависимости от содержания ней кобальта. Чем больше кобальта, тем выше вязкость твердого сплава, но вместе с тем соответственно уменьшается его износоустойчивость, что связано с более быстрым его истиранием. Кроме того, кобальт является самой дорогой и дефицитной составной частью твердого сплава.

Новые марки твердых сплавов обладают при пониженном содержании в них кобальта большим размером зерен, вследствие чего они приобретают повышенную износоустойчивость при сохранении показателя прочности. Они обозначаются так же, как и прежние стандартные марки твердых сплавов, с добавлением только индекса «В». «Например, сплав ВК6В содержит 6% кобальта и получен в результате новой технологии, связанной со спеканием его в водороде. Так, сплав ВК8В очень часто заменяет сплав В К15. Хотя содержание кобальта в нем почти в два раза меньше, он обладает такой же прочностью и износоустойчивостью, как и сплав ВК15 (применительно к рабочему инструменту роторных траншейных экскаваторов).

Опыт применённых на роторных траншейных экскаваторах зубьев, оснащенных твердосплавными пластинами BK8В и ВК15, показывает, что их износостойкость при отрытии траншеи в мерзлом грунте в 50 раз превышает износостойкость зубьев, наплавленных электродами ВСН-6 и ВСН-8.

Однако применение таких зубьев на грунтах с твердыми включениями ограничено недостаточной ударной прочностью твердосплавных пластин. Практически, расход зубьев, оснащенных твердосплавными пластинами, в 12 раз меньше расхода зубьев, наплавленных электродами ВСН-6 н ВСН-8.

Эффективность работы роторного траншейного экскаватора зависит от геометрии режущего инструмента.

Геометрия зуба-резца определяется углами, образованными его профильными плоскостями с линией реза, а также его шириной и вылетом.

Лезвие зуба является касательной к траектории движения инструмента.

Различают следующие углы рабочей части зуба-резца: угол заострения, задний угол, передний угол и угол резания = ( +) .

Угол резания для зубьев роторного траншейного экскаватора выбирается в пределах б = 40- 45°, а задний угол -а = 8- 15°.

Проблема самозатачивающихся резцов применительно к зубьям траншейных экскаваторов решается армированием их режущей грани твердосплавными пластинками.

При работе расположенная сзади пластинки более мягкая часть зуба изнашивается ровно настолько же, что и пластинка, оставляя постоянными углы при вершине зуба.

Напайка пластин производится  специальными припоями при помощи токов высокой частоты. Напаянные зубья выдерживают 1,5—2 ч при температуре 400° С для снятия остаточных напряжений в материале зуба и твердосплавной пластинки, возникающих в процессе пайки,

Прочность зуба определяется углом заострения шириной режущей кромки bи вылетом зуба L. Увеличение вылета приводит к нарастанию изгибающего момента на зубе, а уменьшение — к возможности разработки грунта кромкой ковша.

Вылет зуба у экскаваторов малой и средней мощности обычно составляет 150 мм.

Распределение напряжений на режущей кромке зубьев определяет характер износа их в плане. На зубьях с прямоугольной режущей кромкой происходит интенсивный износ углов, в результате чего резцы в процессе работы приобретают закругленную форму, сохраняя ее до предельного наноса.

Для создания равномерной нагрузки на всей длине режущей грани И.А. Марченко рекомендует изготавливать зубья с закругленной режущей кромкой и радиусом закругления, равным примерно ширине зуба.

По мере износа геометрия зуба меняется, сильно влияя на энергоемкость процесса резания. Незначительное притупление режущей кромки зуба играет заметную роль даже при разработке сравнительно мягких грунтов.

Отмечено, что зубы грызунов и когти хищных животных неоднородны по толщине и плотности, в результате чего более мягкие части их изнашиваются быстрее, оставляя более твердые выступающими, т. е. изнашиваясь, они все равно остаются острыми.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2Особенность функционирования режущего инструмента роторноготраншейного экскаватора

Роторные траншейные экскаваторы представляют собой навесное или полуприцепное к переоборудованному гусеничному трактору или специальному тягачу землеройное оборудование и предназначены для разработки траншей прямоугольного и трапецеидального профиля в однородных не мерзлых грунтах I-IV категорий, не содержащих крупных каменистых включений (крупнее 300 мм), а также в мерзлых грунтах при различной глубине промерзания верхнего слоя.

Глубина отрываемых траншей определяется диаметром ротора. Увеличение глубины копания связано со значительным возрастанием диаметра и массы ротора и поэтому рациональный предел глубины копания для ЭТР не превышает 3 м. Передача энергии от дизеля тягача к основным исполнительным механизмам (роторному колесу, отвальному конвейеру, гусеничному движителю) и вспомогательному оборудованию (механизмам подъема рабочего органа и конвейера) осуществляется с помощью механической, гидравлической или электромеханической трансмиссии.

Роторный траншейный экскаватор (рис. 5, а) состоит из гусеничного тягача 1 и навесного рабочего органа для рытья траншей и отброса грунта, шарнирно соединенных между собой в вертикальной плоскости. Рабочий орган машины - опирающийся на четыре пары роликов 13 жесткий ротор 12 с 14-ю ковшами 11, внутри которого помещен поперечный двухсекционный ленточный конвейер 10, состоящий из горизонтальной и наклонной (откидной) секций. Позади ротора установлен зачистной башмак 9 для зачистки и сглаживания дна траншей. У тягача уширен и удлинен гусеничный движитель для повышения устойчивости и проходимости машины и исключения возможного обрушения стенок траншеи при движении над ней тягача.

Рисунок 5 Роторный траншейный экскаватор

В трансмиссию тягача включен гидромеханический ходоуменьшитель для бесступенчатого регулирования рабочих скоростей движения машины при копании траншей. На тягаче установлена дополнительная рама 2 с размещенными на ней механизмами привода 7 и подъема-опускания рабочего органа. Рама имеет две наклонные направляющие 14, по которым с помощью пары гидроцилиндров 3 и двух пластинчатых цепей 4 гидравлического подъемного механизма перемещаются ползуны 15 переднего конца рамы 8 рабочего органа при переводе его из транспортного положения в рабочее и наоборот. Подъем-опускание задней части рабочего органа (рис. 5, б) осуществляются парой гидроцилиндров 5, штоки которых шарнирно прикреплены к верхней части стоек 16, связанных с задним концом рамы 8 цепями 6. При копании траншеи задняя часть рабочего органа находится в подвешенном состоянии Установка откидной части ленточного конвейера в наклонное рабочее положение и опускание ее при транспортировке машины производятся гидроцилиндром 19 через полиспаст 17 с траверсой 18. Изменением угла наклона откидной части конвейера достигается различная дальность отброса грунта в сторону от траншеи.

Роторное колесо (рис. 6) состоит из двух кольцевых обечаек 6, связанных между собой ковшами 1 и поперечными стяжками 3. Каждый ковш открыт с двух сторон и имеет в передней части карманы 4 для крепления сменных зубьев 5 а в задней - цепное днище 2, способствующее лучшей разгрузке ковша особенно при разработке вязких и увлажненных грунтов. С наружной стороны колец ротора приклепаны секции круговых зубчатых реек 7, находящиеся в постоянном зацеплении с двумя ведущими шестернями 8 механизма привода роторного колеса. В зависимости от грунтовых условий ковши ротора оснащаются сменными зубьями-клыками двух типов: с наплавкой передней режущей грани для разработки не мерзлых грунтов и армированных твердосплавными износостойкими пластинами для мерзлых. Специальная расстановка зубьев на ковшах позволяет вести разработку тяжелых и мерзлых грунтов крупным сколом и обеспечивает хорошую наполняемость ковшей при работе в легких грунтах.

 

 

 

 

 

Рисунок 6 Ротор экскаватора

Привод ходового устройства экскаватора при движении на рабочих скоростях осуществляется от гидромеханического ходоуменьшителя, включающего насос 8 (рис. 7) переменной производительности, гидромотор 12 и понижающий редуктор. Гидрообъемный привод ходоуменьшителя выполнен по схеме гидронасос - гидромотор. Вращение от гидромотора через понижающие передачи раздаточного редуктора 7 передается сначала на средний, а затем на нижний валы, коробки передач 2 тягача, далее через коническую передачу 20, бортовые фрикционы 3 и бортовые редукторы 4 на ведущие звездочки 21 гусеничного движителя.

Скорость рабочего хода в диапазоне 10...300 м/ч регулируется изменением производительности насоса 8. При передвижении машины на транспортных скоростях (1,5...6,2 км/ч) крутящий момент от дизеля 1 передается ведущим звездочкам 21 гусениц 5 через главную муфту сцепления, тракторную коробку передач 2, коническую пару 20, бортовые редукторы 4 и фрикционы 3. Привод ротора осуществляется от вала отбора мощности тягача через раздаточный редуктор 7, конический редуктор 10 с дифференциальным механизмом, цепные шарнирные передачи 11 и консольные одноступенчатые редукторы 12. От редуктора 12 движение передается полувалам привода ротора, на которых закреплены приводные шестерни 18, зацепляющиеся с зубчатым венцом 15 ротора.

Рисунок 7 Кинематическая схема экскаватора

В трансмиссию привода ротора включена предохранительная муфта 9 предельного момента.

Роторное колесо может вращаться с двумя скоростями (0,13 и 0,16 с-1) вперед и с одной скоростью назад. Пониженная частота вращения ротора необходима при разработке талых грунтов с крупными каменистыми включениями и мерзлых грунтов. Привод верхнего и нижнего барабанов отвального конвейера 13 обеспечивается индивидуальными гидромоторами 16, питающимися через гидрораспределитель от насоса 6. Для натяжения ленты конвейера барабаны снабжены винтовыми натяжными устройствами 17.

Экскаваторы ЭТР-223 предназначены для рытья траншей прямоугольного и трапецеидального профилей в грунтах I-IV категорий, с каменистыми включениями не крупнее 200 мм, а также в мерзлых грунтах при глубине промерзания верхнего слоя не более 1,0...1,2 м. Они представляют собой группу максимально унифицированных машин с одинаковой кинематической схемой и механическим приводом рабочего органа, которые различаются между собой в основном размерами разрабатываемых траншей и базируются на тягаче, выполненном с использованием узлов трактора Т-130

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Расчет параметров роторного траншейного экскаватора

3.1 Производительность  роторного траншейного экскаватора

Для расчета основных параметров используем исходные данные, приведенные в задании, и данные из приложения: техническая характеристика роторного траншейного экскаватора ЭТР 223.

Максимально возможная производительность ротора экскаватора составляет:

 

где - емкость ковша, ;

- число ковшей;

n – скорость вращения ротора, об/мин;

- коэффициент разрыхления  грунта ( для грунта 1 категории 1,0-1,17);

- коэффициент наполнения  ковша ( для грунта 1 категории 0,9 – 1,2);

 

где b – ширина ковша, м; с – подача на один ковш, м; h – глубина траншеи, м;

 

 

где B – ширина траншеи, м;

 

где  – скорость рабочего хода, м;

Подставим (2), (3), (4) в (1). После преобразования получим:

 

 

 

 

3.2 Определение  технической производительности  экскаватора

 

где  F – площадь поперечного сечения траншеи,

 

где B и H – соответственно ширина и глубина отрываемой траншеи, м;

 

 

 

3.3 Мощность, затрачиваемая на работу ротора

 

где - мощность, затрачиваемая на копание грунта ковшами;

- мощность, затрачиваемая  на резание грунта откосниками;

- мощность, затрачиваемая  на подъем грунта ковшами;

Мощность, затрачиваемая на копание грунта ковшами определяется по формуле:

 

где  - удельное сопротивление копанию, кгс/( для 1 категории грунта 3,5 кгс/)

 

Мощность, затрачиваемая на резание грунта откосниками определяется по формуле:

 

где - площадь откосов,

- удельное сопротивление  разработки грунта откосниками, кгс/ ;

 

 

 кгс/

 

 

Мощность, затрачиваемая на подъем грунта ковшами определяется по формуле:

 

где - объемный вес грунта в полном теле, тс/ (для грунта 4 категории 2,8 тс/);

- расстояние  от поверхности земли до точки  выгрузки грунта (4,2 м);

 

По формуле (8) определим мощность, затрачиваемая на работу ротора:

 

 

3.4 Определение  сил сопротивлению копанию

При работе эксковатора на его ковш действует сила сопротивления грунта копанию, которую можно разложить на касательную и нормальную составляющие (рис 8).

Среднее суммарное окружное усилие копания (кгс) на роторе равно сумме касательных сил сопротивлению грунта копанию на ковшах:

 

где D – диаметр ротора по кромкам зубьев, м;

 

При известном значении суммарного сечения стружки на данном ковше можно определить касательную составляющую усилия копания на этом ковше: