Автор работы: Пользователь скрыл имя, 13 Октября 2012 в 15:06, курсовая работа
В своей работе я бы хотел усовершенствовать один из узлов экскаватора, подъёмную лебёдку, что позволило бы улучшить характеристику оборудования без коренной ломки его первоначальной конструкции. Свою задачу я вижу в приспособлении модернизированной подъёмной лебёдки к конкретным условиям эксплуатации на Чаньвинском карьере; повышении работоспособности лебёдки; повышении износостойкости, надёжности и долговечности деталей редуктора подъёмной лебёдки и деталей установки барабана.
Кр.о = (1,1 / 1,2) – коэффициент разрыхления остаточный. Принимаем Кр.о = 1,1 Итак, Кр = 1,3 Вес породы в ковше: mr.. = 5 * 2,54 * 1 qr = 10,76 * 9,81 = 105,58 кН Найденные весовые
параметры экскаватора Геометрические
параметры экскаватора Li = Ki 3√G или в зависимости от вместимости ковша Lj = Kj3√E где Li и Lj – искомые размеры, м Таблица 1.1 Весовые параметры экскаватора и элементов его рабочего оборудования
Ki и Kj – коэффициент линейных размеров; /3/, табл. 3; G – вес экскаватора, т; Е – вместимость ковша, м3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ДП 11.00.000 ПЗ |
Лист | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Изм. |
Лист |
№ документа |
Подпись |
Дата |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Из табл. 3, /3/ принимаем коэффициенты линейных размеров экскаватора с ковшом вместимостью 5 м3и путём расчётов по формулам (1.5) и (1.6) получаем следующие геометрические параметры экскаватора, приведённые в табл. 1.2. Таблица 1.2. Геометрические параметры экскаватора
Lк = 0,77 * Вк, м | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ДП 11.00.000 ПЗ |
Лист | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Изм. |
Лист |
№ документа |
Подпись |
Дата |
hk = 0,75 * Вк, м Для выбора остальных габаритов используются данные существующих машин, а также обобщённые данные табл. 36 /1/ и табл. 24 /2/ с учётом конструктивных особенностей разрабатываемого экскаватора
Принимаем условно высоту копания до уровня напорного вала. Максимальную толщину стружки определяем по формуле /3/, стр. 7: Cmax = E * Kн где Е – вместимость ковша, м3 Кн – коэффициент наполнения ковша. Принимаем Кн = 0,9 Вк – ширина ковша, м Вк = 2 м (табл. 1.2.) Lн – путь наполнения ковша, м. Принимаем Lн ≈ Нн = 6,5 м (см. табл. 1.2) Кр – коэффициент разрыхления. Первоначально принимаем Кр = 1,3 Cmax = 5 * 0,9 Расчётная реакция грунта на зубьях ковша, касательная траектории резания, (61), /2/, стр. 219: где КS – удельное сопротивление горной породы копанию. Принимаем КS = 325 кПа, /2/, табл. 2; Cmax – максимальная толщина стружки, м Вк – ширина ковша, м Р01 = 325 * 0,27 * 2 = 175,5 кН | ||||||
ДП 11.00.000 ПЗ |
Лист | |||||
Изм. |
Лист |
№ документа |
Подпись |
Дата |
Нормальная составляющая силы копания, перпендикулярная к траектории резания, находится по формуле 62, /2/, стр. 219: Р02 = 0,1 * Р01, кН (1.11) Р02 = 0,1 * 175,5 = 17,55 кН
Расчётное усилие на канате определяется в конце копания забоя (I положение ковша, рисунок 1.1.), когда зубья ковша находятся на высоте напорного вала Нн. Рукоять почти горизонтальна, подъёмное усилие приложено к ковшу вертикально и отделяется стружка наибольше толщины. Максимальное подъёмное усилие на ковше Sп определяем из уравнения моментов относительно оси напорного вала 63, /2/, стр. 220: SпI = Р01 * ɤ1 + (Gk + п * ɤ3 + Gр * ɤ4) * cos ɤp + Р02 *ɤ
Рисунок 1.1 Расчётная схема рабочего оборудования экскаватора. I положение ковша
| ||||||
ДП 11.00.000 ПЗ |
Лист | |||||
Изм. |
Лист |
№ документа |
Подпись |
Дата |
||
где Р01 – касательная составляющая сопротивления копанию, кН, (1.10); Р02 – нормальная составляющая силы копания, кН, (1.11); Gk + п; Gр – вес соответственно ковша с грунтом и рукоятки, кН. Таблица 1.1. ɤ, ɤ1,… ɤ4 – плечи действия соответствующих сил, м, таблица 1.2., рисунок 1.1. Значение Р02 зависит от величины развиваемого напорного усилия. Для расчёта Sп в I положении эта составляющая не имеет значения, т.к. Р02 проходит через ось моментов О1. Плечи действия сил определяем по схеме рабочего оборудования экскаватора (рис.1.1): ɤ1 = 6 м; ɤ2 = 5 м;, ɤ3 = 5,2 м; ɤ4 = 0,95 м; ɣр ≈ 00; β = 900 Gk + п = 98,1 + 105, 58 = 203,68 кН Gр = 68,67 кН Итак, SпI = 175,5 * 6 + (203,68 * 5,2 + 68,67 * 0,95) II положение ковша: стрела под углом 450; рукоять на максимальном вылете; зубья на уровне оси напорного вала; ковш наполнен породой. Силы Р01 и Р02 принимается той же величины, что и в I положении рукояти. Сила SпII определяется из уравнения моментов относительно оси напорного вала. Плечи действия сил определяем по расчётной схеме рабочего оборудования, представленной на рис. 1.2: ɤ1 = 7,8 м; ɤ2 = 6 м;, ɤ3 = 6,9 м; ɤ4 = 2,4 м; ɣр ≈ 00; β = 640 SпII = 175,5 * 7,8 + (203,68 * 6,9 + 68,67 * 2,4) * cos 00
| ||||||
ДП 11.00.000 ПЗ |
Лист | |||||
Изм. |
Лист |
№ документа |
Подпись |
Дата |
||
По полученному значению рабочего усилия подъёма и сообразуясь с механической характеристикой привода, соответствующей назначению механизма, определяется величина стопорного подъёмного усилия, /3/, стр. 13: Sп. max = Sп. где m – коэффициент токовой отсечки. Рисунок 1.2. Расчётная схема рабочего оборудования экскаватора. II положение ковша
| ||||||
|
ДП 11.00.000 ПЗ |
Лист | ||||
Изм. |
Лист |
№ документа |
Подпись |
Дата |
Значения коэффициентов, определяющих заполнение механической характеристики привода, взято из табл. 4, /3/, стр. 13: Для подъёмного механизма лопаты m = 0,75; n1 = 0,85 Sп. max = 435,5 / 0,75 = 580,7 кН Максимальное усилие в подъёмном канате определяем с учётом числа ветвей каната или кратности полиспаста /2/, (66), стр. 221 Sп.к. max = Sп. max где in – число ветвей подъёмного каната. Принимаем in = 2. Sп.к. max = 580,7 / 2 = 290,35 кН По найденной величине рабочего подъёмного усилия Sп и заданной скорости подъёма Vn/ max определяем предварительное значение мощности подъёмного двигателя по формуле (64) /2/: N = K * Sп * Vn/ max где К – коэффициент, учитывающий переменный характер Sп и Vn/ max за время цикла, значение его для механизма подъёма принимаем К = 0,7, /3/, стр. 16; Vn/ max – скорость подъёма ковша, м/сек. Принимаем Vn/ max = 0,85 м/сек, /2/, стр. 221; ɳп – кпд. При предварительном определении мощности принимаем ɳп = 0,8, /3/, стр. 16 N = 0,7 * 435,5 * 0,85 Сообразуясь с полученным предварительным значением N по каталогу выбираем тип двигателя: ДЭП-82.
| ||||||||||||||||||||||||||||||||
Лист | ||||||||||||||||||||||||||||||||
Изм. |
Лист |
№ документа |
Подпись |
Дата |
||||||||||||||||||||||||||||
Он имеет
следующие технические
Выбираем бесполиспастную двухканатную передачу, с установкой на ковше уравнительного блока, выравнивающего натяжение отдельных ветвей каната. Число двигателей – 1. Число барабанов – 1. Тип подъёмной лебёдки – редукторная с одной закрытой и одной открытой зубчатыми парами. Рисунок 1.3. Кинематическая схема подъёмной лебёдки Электродвигатель 1 приводит в движение барабан 7 через зубчатую пару 4 и 5, связанную с валом электродвигателя муфтой 2, и зубчатую пару 9 и 10, соединённую с предыдущей парой муфтой 3, одна из полумуфт которой служит тормозным шкивом тормоза 6. Зубчатое колесо 9 жёстко скреплено с барабаном 7. На барабане закреплены оба конца каната 8, ветви которого перекинуты через блоки 11 на головной части стрелы, а петля охватывает уравнительный блок 12 ковша. При наматывании каната на барабан ковш поднимается. Опускание ковша происходит под собственным весом.
Определяем разрывное усилие каната по формуле /3/, стр. 17: Рр = Sп. max * К где К – 4,75 / 5 – запас прочности каната. Принимаем К = 4,75 n – количество рабочих ветвей. Принимаем n = 2. Рр = 580,7 * 4,75 По разрывному усилию подбираем канат по ГОСТ 7669-55 типа ТЛК-РО, табл. 5 /3/, стр. 18
Итак, принимаем канат Канат 45,5 – Н – 180 – В – О, ГОСТ 7679-55 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
ДП 11.00.000 ПЗ |
Лист | |||||||||||||||||||||||||||||||
Изм. |
Лист |
№ документа |
Подпись |
Дата |
||||||||||||||||||||||||||||
Определяем диаметр барабана /3/, стр. 17 Дб = dк * (25 / 32), мм (1.17) где dк – диаметр выбранного каната, мм Дб = 45,5 * 25 = 1137,5 мм, Принимаем диаметр барабана Дб = 1150 мм.
Общее передаточное число подъёмной лебёдки /3/, стр. 17: i = П * Дб * nн 60 * Vn max * nп, (1.18) где Дб – диаметр барабана, м (с. (1.17)) nн – номинальное число оборотов двигателя в мин; Vn max – скорость подъёма, м/сек; Vn = 0,85 м/сек; nп – кратность полиспаста, nп = 1 i = 3,14 * 1,15 * 740
Максимальный момент на двигателе /3/, стр. 17 Мmax = Sп. max * Дб 2 * i * ɳ , кН * м (1.19) где ɳ - кпд механизма, равный 0,9 – 0, 92. Принимаем ɳ = 0,9; Дб – диаметр барабана, Дб = 1,15 м; Sп. max – величина стопорного подъёмного усилия, кН, (см. (1.13)); i – общее передаточное число подъёмной лебёдки; Мmax = 580,7 * 1,15 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
ДП 11.00.000 ПЗ |
Лист | |||||||||||||||||||||||||||||||
Изм. |
Лист |
№ документа |
Подпись |
Дата |
Сравниваем величину максимального момента на валу двигателя Мmax с величиной номинального момента предварительного выбранного двигателя, /3/ стр. 21: Мном = 975 N * 60 где N – мощность выбранного двигателя, кВт; nн – номинальное число оборотов двигателя в ин; Мном = 975 175 * 60 Отношение Мmax Мном не должно превышать 1,7 / 2
Мmax 7,08 Мном = 3,83 = 1,85 Данное условие выполняется
Режим работы подъёмной лебёдки одноковшового экскаватора характеризуется нагрузочной диаграммой. Строим нагрузочную диаграмму по данным таблицы 1 и 6 /3/ стр. 6, 22. Для её построения вычисляем значение и время действия моментов для различных элементов цикла по формулам /3/ стр. 21: tk = ᾳ1 * tц tпг = ᾳ2 * tц М1 = ᾳ4 *Мmax М2 = ᾳ5 *Мmax М3 = ᾳ6 *Мmax
| ||||||
Лист | ||||||
Изм. |
Лист |
№ документа |
Подпись |
Дата |
||
где tц = 23,5 сек – продолжительность цикла; табл. 1 /3/; tk – время копания, сек; tпг – время поворота с гружённым ковшом, сек; tпп – время поворота с порожним ковшом, сек; М1, М2, М3 – средние значения моментов, действующих при различных элементах цикла; ᾳ1, ᾳ2, …, ᾳ6 – коэффициенты, характеризующие продолжительность элементов цикла. Их значение принято по табл. 6 /3/ Итак, tk = 0,3 * 23,5 = 7,05 сек; tпг = 0,37 * 23,5 = 8,7 сек; tпп = 0,33 * 23,5 = 7,76 сек; М1 = 0,7 * 7,08 = 4,96 кН * м М2 = 0,45 * 7,08 = 3,19 кН * м М1 = 0,25 * 7,08 = 1,77 кН * м
Рисунок 1.4. Расчётная нагрузочная диаграмма привода подъёма экскаватора
| ||||||
ДП 11.00.000 ПЗ |
Лист | |||||
Изм. |
Лист |
№ документа |
Подпись |
Дата |
||
Величина эквивалентного момента /3/, стр. 22: Мэ = √М12 tk + М22 tпг + М32 tпп
где М1, М2, М3 –
средние значения моментов, действующих
при различных элементах цикла, кН * м; tk, tпг, tпп – время различных элементов цикла, сек; tц – время всего цикла, сек Мэ = √4,962 * 7,05 + 3,192 * 8,7 + 1,772 * 7,76
Коэффициент загрузки двигателя /3/, стр. 22: Кз = Мэ где Мэ – величина эквивалентного момента, кН * м Мн – величина номинального момента, кН * м Допустимые отклонения Кз = |1,5 / 0,85| Кз = 3,49 3,83 = 0,91, что допустимо Значит выбранный предварительно двигатель имеет нормальную тепловую загрузку и может быть принят окончательно. Механическая характеристика выбранного двигателя представлена на рисунке 1.5. Значения коэффициентов, определяющих заполнение механической характеристики взяты из табл. 4 /3/: коэффициент m = 0,75 коэффициент n = 0,85 Величина номинального момента двигателя Максимальный момент на двигателе | ||||||
ДП 11.00.000 ПЗ |
Лист | |||||
Изм. |
Лист |
№ документа |
Подпись |
Дата |
Отношение Мн Мmax: Мmax =7,08 = 0,54 По полученным данным строим механическую характеристику двигателя привода подъёмной лебёдки.
Рисунок 1.5. Статистическая
механическая характеристика электродвигателя
привода подъёмной лебёдки
| ||||||
Лист | ||||||
Изм. |
Лист |
№ документа |
Подпись |
Дата |
||
1.3.1.
Уравновешенность поворотной
Размеры противовеса определяются для двух расчётных положений: - ковш опущен
на почву (вес ковша и - гружённый ковш выдвинут на полную длину рукоятки. а) Первое положение соответствует возможности смещения равнодействующей назад и отвечает моменту начала копания при ковше, лежащем на земле (рис. 1.6, положение I). Подъёмный канал ослаблен. Стрела поднята на максимальный угол ɣmax. Таким образом, вес рукоятки и ковша исключается из состава опрокидывающих сил. Вес противовеса из уравнения моментов относительно точки3 при условии, что равнодействующая V3 весов поворотной части экскаватора (с противовесом и рабочим оборудованием) проходит через точку 3 (крайнее допустимое положение равнодействующей внутри круга копания), определяется, /2/, стр. 247: GпрI = Mу – qc (vc + R) - G1 (v1 – R) + qc (v2 + R) vп – R
=
vп – R
Весовые параметры берём из таблицы 1.1.: G1 = 60 Т – равнодействующая весов всех вращающихся частей экскаватора без противовеса и рабочего оборудования; qc = 14 т = вес стрелы; Данные по радиусам действия сил относительно оси вращения берём по аналогии с действующими однотипными машинами при той же ёмкости ковша, в частности с экскаватором ЭКГ-5А Уралмашзавода. R = 1,45 м – радиус роликового круга; v1 = 1,8 м – радиус действия силы G1 относительно оси вращения; | ||||||
ДП 11.00.000 ПЗ |
Лист | |||||
Изм. |
Лист |
№ документа |
Подпись |
Дата |
||
vс = 6,5 м – радиус действия веса стрелы относительно оси вращения vп = 4 м – радиус действия веса противовеса Gпр относительно оси вращения GпрI = - 60(1,8 – 1,45) + 14(6,5 + 1,45) б) Второе положение
соответствует возможности Предположи, что равнодействующая масса вращающейся части экскаватора vп проходит через точку n. Вес противовеса из уравнения моментов относительно точки n, /2/, стр. 248 GпрII = qc(vc – R) + qр vр + Gк + r vк + G1(v1 – R) где qр = 7 т – вес рукоятки, табл. 1.1. vр = 8,7 м – радиус действия веса рукоятки относительно оси вращения qс = 14 т – вес стрелы, табл. 1.1. vс = 6,5 м – радиус действия веса стрелы Gк+г = 20,76 т – вес гружённого ковша, табл. 1.1. vк = 12,8 м – радиус действия веса ковша относительно оси вращения GпрII = 14(65 – 1,45)+ 7 * 8,7 + 20,76 * 12,8 – 60(1,8 + 1,45) GпрII ‹ Gпр ‹ GпрI Принимаем величину противовеса: Gпр = 34 т Gпр = 333,54 кН Рисунок 1.6. Схема к определению уравновешенности и устойчивости экскаватора
| ||||||
ДП 11.00.000 ПЗ |
Лист | |||||
Изм. |
Лист |
№ документа |
Подпись |
Дата |
||
1.3.2. Устойчивость экскаватора
Расчёт устойчивости производим из условий, что экскаватор должен иметь возможность реализовать максимальное усилие на ковше. В рабочем положении устойчивость экскаватора рассчитываем при работе поперёк гусениц. Моменты опрокидывающие Мо и удерживающие Му рассчитываем по отношению к оси, проходящей по краю опорных катков (точка С, см. рис. 1.7.). Расчёт ведём для четырёх основных случаев: - отрыв тяжёлого препятствия; - наиболее неблагоприятный случай нормальной работы; - движение на наибольший преодолеваемый подъём и спуск по наибольшему уклону. а) Первый случай.
Принимаем средний вылет Из уравнения моментов относительно оси напорного вала определяем максимальное усилие Р01max на зубьях ковша. См. (1.10), стр. 5. При этом момент на валу двигателя подъёма близок к стопорному. Так как вся мощность реализуется на подъёме ковша, напорное усилие в расчёт не вводится. Опрокидывающий момент представляет собой сумму произведений Р01max, веса ковша, рукоятки, стрелы и соответствующих радиусов: Мо = Р01max * ɤро1 + Gk * ɤk + gp * ɤр + gc * ɤc; (1.26) где Р01max = 175,5 кН – максимальное усилие на зубьях ковша, см. (1.10), стр. 5; Gk = 98,1 кН – вес ковша, табл. 1.1; gp = 68,67 кН – вес рукоятки, табл. 1.1; | ||||||
Лист | ||||||
Изм. |
Лист |
№ документа |
Подпись |
Дата |
||
gc – 133,7 кН – вес стрелы, табл. 1.1; ɤро1 = 9,3 м – радиус действия силы Р01, см. рис. 1.7; ɤk = 8,3 м – радиус действия веса ковша; ɤc = 4,25 м - радиус действия веса стрелы. Удерживающий момент создаётся весом всех частей экскаватора, находящихся слева от точки С. Расчёт радиусов действия весов и сил производим по схеме, представленной на рисунке 1.7. Му = Gпр * ɤпр + G1 * ɤ1 + Gхт * ɤхт, (1.27) где Gпр = 333,54 кН – вес противовеса, (1.25), стр. 18 G1 = 588,6 кН – равнодействующая весов всех вращающихся частей экскаватора без противовеса и рабочего оборудования; Gхт = 686,7 кН – вес ходовой тележки; ɤпр = 4,05 м – радиус действия веса противовеса; ɤ1 = 6,25 м – радиус действия равнодействующей весов всех вращающихся частей экскаватора без противовеса и рабочего оборудования; ɤхт = 2,25 м – радиус действия веса ходовой тележки. Мо = 175,5 * 9,3 + 98,1 * 8,3 + 68,67 * 4,1 + 133,7 * 4,25 = 5686,94 кН * м Му = 333,54 * 4,05 + 588,6 * 6,25 + 686,7 * 2,25 = 6653,724 кН * м Запас устойчивости для рассмотренного случая составляет: Ψ = Му = 6653,724
Рисунок 1.7. Схема к определению устойчивости экскаватора | ||||||
; |
ДП 11.00.000 ПЗ |
Лист | ||||
Изм. |
Лист |
№ документа |
Подпись |
Дата |
||
б) Во втором случае – нормальная работа экскаватора – берётся гружёный ковш на полном вылете. Усилие на зубьях ковша определяется по рабочему значению силы подъёма с учётом угла наклона каната к рукояти. Усилие напора, действующее «на себя», принимается равным половине рабочего усилия напора. Подъёмное и напорное усилия рассчитываются при номинальных величинах скоростей подъёма и напора. Расчётная схема для данного случая представлена на рисунке 1.7. Из уравнения моментов относительно оси напорного вала определяем максимальное усилие Р01max на зубьях ковша и напорное усилие. Опрокидывающий момент представляет собой сумму произведений Р01max, веса гружённого ковша, рукоятки, стрелы, половины рабочего усилия напора и соответствующих радиусов: Мо = Р01max * ɤро1 + Gk+r * ɤk + gp * ɤр + gc * ɤc + 1 где Р01max, кН – максимальное усилие на зубьях ковша, Gk+2 = 203,68 кН – вес гружённого ковша, табл. 1.1; gp = 68,67 кН – вес рукоятки, табл. 1.1; gc = 133,7 кН – вес стрелы, табл. 1.1; SН, кН – сила напора; ɤро1 = 11,6 м – радиус действия силы Р01, см. рис. 1.7; ɤk = 10,6 м – радиус действия веса ковша; ɤр = 6,4 м - радиус действия веса рукоятки. ɤс = 4,25 м - радиус действия веса стрелы. ɤн = 6,6 м – радиус действия напорного усилия, см. рис. 1.7. Преобразуем формулу (1.12) и по найденному значению Sп = 545 кН, стр. 7, и расчётной схеме на рис. 1.2. найдём максимальное усилие Р01max на зубьях ковша: Р01max = Sn * ɤ2 sinβ – (Gk+п * ɤ3 + Gр * ɤ4) * cosɣ | ||||||
ДП 11.00.000 ПЗ |
Лист | |||||
Изм. |
Лист |
№ документа |
Подпись |
Дата |