Экскаватор

ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ. 2 Конструкции рабочего оборудования. 4 Организация экскаваторных работ. 7 Общий расчёт экскаватора. 7 Уравнение стружки. 7 Расчёт сил резания прямой лопаты. 8 Расчет мощности на копание. 8 Расчёт мощности на копание для экскаватора с гидроприводом. 9 Конструкция механизма поворота. 10 Определение противовеса для рабочего оборудования прямая лопата. 10 Расчёт усилия копания для экскаватора с рабочим оборудованием обратная лопата. 11 Расчёт мощности на подъём рабочего оборудования для экскаватора (обратная лопата). 12 Расчёт противовеса для экскаватора с рабочим оборудованием обратная лопата. 12 Расчёт сил при работе драглайна. 13 Определение веса ковша. 13 Мощность на копание драглайна. 13 Мощность на подъём рабочего оборудования. 13 Определение противовеса драглайна. 14 Расчёт мощности механизма поворота. 14 Расчёт мощности механизмов передвижения. 15 Выбор мощности двигателей одноковшовых экскаваторов. 16 Проверка устойчивости экскаватора. 17 Устойчивость экскаватора с рабочим оборудованием прямая лопата. 17 Устойчивость экскаватора с рабочим оборудованием обратная лопата. 17 Устойчивость экскаватора, оборудованного драглайном. 18 Расчёт рабочего оборудования на прочность. 19 Расчёт рукояти прямой лопаты. 19 Расчёт однобалочной рукояти экскаватора с механическим приводом. 19 Расчёт двубалочной рукояти. 20 Расчёт рукояти прямой лопаты гидравлических экскаваторов. 21 Расчёт стрелы прямой лопаты с механическим приводом. 24 Расчёт стрелы гидравлического экскаватора. 25 Расчёт рабочего оборудования обратной лопаты. 27 Расчёт рабочего оборудования обратной лопаты с механическим приводом. 27 Расчёт рабочего оборудования обратной лопаты с гидравлическим приводом. 28 Расчет драглайна. 29 Определение веса ковша. 29 Определение мощности двигателя драглайна. 29 ВВЕДЕНИЕ. Экскаваторы - предназначены для разработки грунта, его выемки и транспортирования. Экскаваторы бывают одноковшовые ОЭ (циклического действия) и многоковшовые МЭ (непрерывного действия). Рабочий процесс называется - экскавацией. Он делится на следующие ступени: 1) копание; 2) транспортирование грунта; 3) выгрузка грунта; 4) возвращение ковша в забой. Классификация ОЭ: • по универсальности: • универсальные - используются почти везде; • неуниверсальные - предназначены только для одного вида работ. • по типу привода: • с механическим - канатно-блочные; • с гидравлическим - используются 95%. • по типу основного привода: • с электрическим; • с дизельным; • с дизель -электрическим. • по типу ходового устройства: • пневмоколёсный; • гусеничный; • шагающий (в неуниверсальных). • по способу передвижения: • плавучие; • сухопутные. • по количеству приводных двигателей: • одномоторные; • многомоторные. • по мощности: • малой (до 50 л.с.); • средней (50…150 л.с.); • большой (более 150 л.с.). • по назначению: • вскрышные; • карьерные; • строительные; • шахтные. Устройство экскаватора. РИС. Базовая машина может работать с: 1) прямая лопата; 2) обратная лопата; 3) драглайн; 4) грейфер; 5) кран; 6) копёр; 7) рыхлитель; 8) уплотнитель; 9) корчеватель; 10) струг. Конструкции рабочего оборудования. 1) Прямая ЛОПАТА. Рабочее оборудование - прямая лопата может быть как с гидравлическим приводом, так и с механическим. Применяется для разработки грунта выше уровня стоянки экскаватора. РИС Экскаватор с рабочим оборудованием прямая лопата. Состав гидравлического оборудования: - силовое оборудование - насосы, моторы, гидроцилиндры; - система управления - распределители, предохранительные клапаны, обратные клапаны, дроссели и т.д.; - вспомогательное оборудование - баки, трубопроводы, фильтры, охлаждающие устройства. Стрела: обычно в неподвижном состоянии. Угол её установки может изменяться в пределах 30 - 60º. Чем прочнее грунт, тем больше угол (чтобы увеличить давление на грунт). Обычно угол установки стрелы 45º. Наверху стрелы головной блок, через него проходят канаты тяговой лебёдки, там же расположены блоки подъёма стрелы. Рукоять: крепится к стреле в седловом подшипнике, который обеспечивает рукояти поворот относительно точки опоры и поступательное движение вперёд - назад. Ковш : крепится к рукояти неподвижно. Разгрузка производится при открывании днища, которое, как правило, маятникового типа, т.е. ось выносится вверх. Открывается с помощью специальных конструкций, а закрепляется с помощью защелки. Двуногая стойка: на ней крепятся блоки, по которым тянут канаты. Поворотная платформа: на ней располагаются : двигатель, силовое оборудование, кабина, противовес, рабочее оборудование, система управления. Движения, осуществляемые экскаватором: Рис. a) Подъём и опускание рукояти с ковшом (обеспечивает главная тяговая лебёдка); b) Выдвижение рукояти в седловом подшипнике (обеспечивает напорный механизм); c) Поворот экскаватора вокруг собственной оси (обеспечивает поворотный механизм); d) Передвижение экскаватора в забое (обеспечивает механизм передвижения); e) Подъём и опускание стрелы (обеспечивает подъёмная лебёдка). Рабочий процесс. А) Копание: начинается от подошвы забоя, производится веером (чтобы, не передвигаясь взять мах). Первое копание производится без включения напорного механизма. В это время ковш движется по окружности и, после того как экскаватор произведет несколько копаний, ему надо изменить траекторию, для этого включают механизм напора. Напор обычно включают до высоты Нн, после - нет, т.к. ему надо преодолеть собственный вес. Угол наклона не должен быть больше 10º (так его проектируют) - это лучше для условий резания и для подготовки площадки его передвижения, т.о. в процессе копания работают - тяговая лебёдка и механизм напора (выполняются движения: подъём и опускание рукояти с ковшом, и выдвижение рукояти в седловом подшипнике). Б) Поворот на выгрузку: происходит подъём и опускание рукояти с груженым ковшом, и поворот экскаватора вокруг собственной оси, который обеспечивается поворотным механизмом. В) Выгрузка: может быть в отвал или в транспортное средство. Оптимальный объём транспортного средства примерно 3-4 ковша. Происходит подъём и опускание рукояти с ковшом (без резания грунта), поворот экскаватора вокруг собственной оси и выдвижение рукояти в седловом подшипнике. Г) Возвращение в забой: основная цель - вернуть ковш к подошве забоя, опускание должно быть быстрым, но плавным, без бросков, при которых может быть забегание канатов. Работает поворотный механизм и происходит опускание ковша за счёт собственного веса. Д) Передвижение экскаватора: время 20-60 секунд. Экскаватор должен быть строго горизонтален, т.к. возникает составляющая от собственного веса. Надо, чтобы экскаватор передвигался как можно реже, Нн должна быть больше Н3: 0,3 - лёгкие грунты; 0,7 - тяжелые грунты. 2) ОБРАТНАЯ ЛОПАТА. Применяется для разработки грунта ниже уровня стоянки (рытьё котлованов, траншей). РИС Экскаватор с рабочим оборудованием обратная лопата. Доп.ст. - для усилий в канатах; Дв.ст. - для усилий в канатах; БК - блок ковша; ТЛ - тяговая лебёдка; БР - блок рукояти; БС - блок стрелы. Схема тяговой лебёдки. На валу располагаются два барабана, которые подключаются к валу при помощи фрикционных муфт. Вал во время работы постоянно вращается, барабаны стоят (барабаны установлены на валу на подшипниках качения). Каждый барабан может быть отдельно подсоединён к валу при помощи муфт. При включении барабана происходит подъём стрелы или рукояти. Опускание стрелы происходит под действием собственного веса при отключении муфт и растормаживании. Рабочий процесс. Затормаживается тяговая лебёдка, включается подъёмная. В это время оборудование отрывается от грунта и поднимается вверх. Растормаживается тяговая лебёдка, подъёмная продолжает работать - происходит выброс рукояти вперёд (разгрузка ковша). При растормаживании подъёмного барабана и … оборудование опускается в забой. При включении … и растормаживании … происходит резание грунта. 3) драглайн. Используется, как правило, на слабых грунтах для разработки грунта ниже уровня стоянки экскаватора (в порядке исключения для погрузки и выше уровня стоянки, но только рыхлых и сыпучих материалов). Рукояти нет. Стрела имеет решетчатую конструкцию (крановая стрела), т.е. вес стрелы значительно меньше и её можно делать длинной, увеличивая радиус копания, может быть 2-х и 3-х секционной. Ковш врезается в грунт под действием собственного веса и имеет специальную конструкцию (может быть с зубьями, чаще со сплошной кромкой - с козырьком -так стружка лучше входит в ковш и быстрее его заполняет, не разрушаясь). Работает в основном в отвал. РИС Экскаватор с рабочим оборудованием драглайн. Рабочий процесс. Включением тягового каната, при расторможенном подъёмном канате, осуществляется резание грунта. Когда ковш достигает бровки котлована, тяговый канат затормаживается (полностью), включается подъёмный канат. В это время ковш отрывается от грунта, затем тяговый канат опускается и включается подъёмный канат, который перемещает ковш к голове стрелы. Для разгрузки ковша растормаживается тяговый канат. Организация экскаваторных работ. Организация экскаваторных работ всегда начинается с подготовки площадки для стоянки экскаватора. Экскаватор должен находиться на строго горизонтальной поверхности, т.к. это способствует уменьшению износа механизма поворота. Экскаваторам большой мощности и ёмкости для работы всегда придаётся бульдозер, разравнивающий площадку и подъездные пути. Забои бывают боковые и лобовые (при лобовом забое выгрузка производится поворотом машины на 180º). Боковой забой более предпочтителен. Лобовой забой применяется для прокладки «пионерной» траншеи, транспорт располагается на уровне стоянки экскаватора, либо немного выше. Драглайном разгрузку чаще всего ведут в отвал, но иногда и в транспортное средство. Во время работы прямой лопаты необходимо следить, чтобы не образовались «козырьки». Рекомендуется, чтобы в используемый для погрузки транспорт помещалось примерно 3-5 ковшей экскаватора. При зимних работах для рыхления грунта используют различного рода «бабы». При работе с ними экскаватор быстро изнашивается за счёт динамических нагрузок. Помимо «баб» используется: разогрев (торфяные шашки) и баровые машины. Общий расчёт экскаватора. Общий расчет экскаватора состоит из следующих частей: • определение необходимой мощности двигателя; • расчет противовеса; • проверка устойчивости экскаватора; • определение максимального давления на грунт (со стороны гусеничного или пневмоколёсного хода); • определение производительности экскаватора. Уравнение стружки. Для экскаватора, как и для любой другой машины, требуется определить мощность двигателя, чтобы осуществить любую комбинацию рабочих операций необходимых для работы. Подъём гружёного ковша и поворот одновременно. Определить мощность, требуемую на копание (резание) и наполнение ковша т.к. это самая большая мощность. Для этого выводим уравнение объёма стружки (вырезанный грунт): с - толщина стружки, [м] ; b - ширина ковша, [м]; L - путь заполнения ковша, [м]; q - ёмкость ковша, [м3]; kp - коэффициент разрыхления (т.к. грунт попадает в ковш разрыхлённым); kp>1; kн - коэффициент наполнения ковша; qпр.вол. - объём призмы волочения, находящейся перед ковшом (она срезана, но в ковш не попала). Уравнение стружки фиксирует равенство объемов вырезанного грунта и грунта, находящегося в ковше или призме волочения. Расчёт сил резания прямой лопаты. Рис. Р0 - сила сопротивления копанию, включающая в себя силу резания, силу трения ковша о грунт, силу трения грунта о стенки ковша при заполнении. Эта сила имеет переменное направление в зависимости от положения ковша. По методике расчёта её раскладывают на 2 составляющие: где Р1 - касательная составляющая силы резания; Р2 - нормальная составляющая силы резания (реакция грунта). где Кк - единичная сила для разрушения единичной площади; , возвращаясь к уравнению стружки, имеем: . Для прямой лопаты qпр.вол.=0, kн=1. Считается нормальным, когда путь заполнения ковша примерно равен высоте напорного вала (на рис. - Н) - место соединения рукояти со стрелой. Для экскаватора с гидравлическим приводом L=H, но Н - шарнир соединения рукояти со стрелой. - усилие резания для прямой лопаты (формула Домбровского). Между Р1 и Р2 существует корелляционная связь: ψ=0,3 - 0,6 (≈0,5) - прямая лопата; Р2= ψ· Р1. Расчет мощности на копание. Рис. Рассмотрим равновесие рабочего оборудования. Рукоять перпендикулярна стреле (начало копания), работает тяговый канат. S - Тяговое усилие; Р1 - усилие резания; Р2 - реакция грунта. Составим уравнение моментов для рукояти с ковшом относительно точки О - шарнир крепления рукояти и стрелы: Мощность, необходимая для работы тяговой лебёдки: , где SТ - тяговое усилие, [Н]; VT - скорость тяговой лебёдки, [м/с]; η - КПД лебёдки, (0,93…0,95). Максимальные затраты мощности рассчитываются в положении, когда рукоять находится в горизонтальном положении и полностью выдвинута. РИС Saн - активное напорное усилие на рукояти. Уравнение сил: . Мощность, расходуемая на работу напорного механизма: , (т.к. работают два механизма). Расчёт мощности на копание для экскаватора с гидроприводом. РИС. Уравнение моментов, относительно точки О: , где Р1 - по формуле Домбровского: . Мощность на копание: , где Vшт.р. - скорость штока рукояти (из таблицы); ηг.р. - КПД гидроцилиндра рукояти; ηг.р.≈ 0,95…0,98. Конструкция механизма поворота. РИС. На поворотной платформе располагаются: рабочее оборудование, двигатель, силовое оборудование, система управления, кабина, противовес. Вес этого оборудования и вертикальная составляющая силы резания Р1 передаются через опорные ролики 5 на опорно-поворотный круг 3 (ОПК), который неподвижно закреплён на раме гусеничного хода 2. Когда равнодействующая всех вертикальных сил R выходит за пределы ОПК, возникает опрокидывающий момент, который воспринимается роликами захвата 4. Горизонтальные силы, передаваемые на поворотную платформу, воспринимает центральная цапфа 6. Определение противовеса для рабочего оборудования прямая лопата. РИС. 1-го положения А - крайний правый ролик захвата Угол наклона стрелы = 45º Рукоять выдвинута полностью (Lр1 =¾ Lр) Сила резания Р1 = 0. - при несоблюдении этого неравенства равнодействующая выходит за пределы ОПК, но не опрокидывает. РИС. 2-го положения В - крайний левый ролик захвата Угол наклона стрелы = 60º Рукоять с ковшом лежит на земле, Gр = 0, Gк = 0, Р1 = 0 . Смысл выбора и определения противовеса заключается в том, чтобы уравновесить поворотную платформу (чтобы равнодействующая всех сил R не выходила за пределы ОПК). На все случаи уравновесить платформу невозможно, поэтому условно принимают два крайних положения для расчётов. . Выбор противовеса для экскаватора с рабочим оборудованием прямая лопата с гидравлическим приводом аналогичен. Расчёт усилия копания для экскаватора с рабочим оборудованием обратная лопата. РИС. Уравнение стружки: kн = 1, qпр.вол. = 0, L ≡ hк Составляем уравнение относительно точки О (шарнир крепления рукояти со стрелой): Sр - максимально, когда ковш приближается к верхней точке котлована, т.к. уменьшается плечо rSp, а вес увеличивается. Мощность копания: где η - КПД гидроцилиндра, η = 0,95; Vшт.р. - скорость штока (из таблицы). Определение усилий резания Р1, определение усилий в тяговой лебёдке Sт и определение мощности экскаватора с рабочим оборудованием обратная лопата с механическим приводом аналогично (η = 0,95; V = Vт). Расчёт мощности на подъём рабочего оборудования для экскаватора (обратная лопата). РИС.(2 рис: мех. привод и гидропривод) Экскаватор закончил процесс копания, ковш на выходе из забоя, резание отсутствует. Нагруженный ковш и всё рабочее оборудование необходимо поднять из забоя, чтобы в дальнейшем осуществить поворот на выгрузку. Для подъёма рабочего оборудования используется гидроцилиндр стрелы Sп (подъёмная лебёдка - для механического привода). - мощность на подъём с гидроприводом (η = 0,95) - мощность на подъём с механическим приводом (η = 0,8…0,9). Расчёт противовеса для экскаватора с рабочим оборудованием обратная лопата. РИС. 1-го положения Ковш не лежит на грунте. Угол наклона стрелы минимальный,  = 30º РИС. 2-го положения Ковш лежит на грунте. Gк = 0, Gр = ½ Gр, Gс = ½ Gс Угол наклона стрелы максимальный,  = 60º . Расчёт сил при работе драглайна. Определение веса ковша.  = 45º - условие неопрокидывания - условие по тяге - если это условие не выполняется, то ковш не сможет резать грунт. Из конструктивных параметров принимают, что - условие неопрокидывания. Мощность на копание драглайна. . Мощность на подъём рабочего оборудования. Определение противовеса драглайна. РИС. 1-го положения Угол наклона стрелы = 30º Сила резания Р1 = 0 L = min РИС. 2-го положения Угол наклона стрелы = 60º Сила резания Р1 = 0 Gк+гр = 0 L = max Расчёт мощности механизма поворота. ω п/п - угловая скорость поворотной платформы. Среднее ускорение: где n = 2…4 об/мин tразг = ¼ Тц. Мощность на поворот расходуется на: • ускорение всех масс, установленных на поворотной платформе - N1; • ускорение всех элементов трансмиссии - N2; • преодоление сил трения в опорно-поворотном круге. Расчёт мощности механизмов передвижения. После расчёта привода экскаватора, необходимо для произведения рабочего процесса (копания) сделать проверку возможного передвижения экскаватора с данной мощностью двигателя. РИС. Схема гусеничного хода: Сопротивление передвижению возникает как внутри самого механизма передвижения, так и за счёт сил внешнего сопротивления: где W1 - сопротивление сил инерции (сопротивление на трогание, на ускорение): W2 - сопротивление на преодоление уклона: W3 - сопротивление движению тележки (возникает за счёт смятия гусеницами грунта): , fпер - коэффициент сопротивления движению. Выбор мощности двигателей одноковшовых экскаваторов. Мощность двигателей одноковшовых экскаваторов выбирается по рабочим движениям, осуществляемым одновременно. Прямая лопата. Движения, осуществляемые прямой лопатой: • копание; • напор; • подъём ковша; • поворот; • передвижение. Одновременно могут быть только: - выбирается мощность двигателя по большему из значений. Мощность двигателя по режиму передвижения никогда не выбирается, т.е. не по Nпередв. т.к. Nпередв. = 30%Nдв. Обратная лопата. Одновременно могут быть только: - двигатель выбирается по максимальному значению. Проверка устойчивости экскаватора. Устойчивость экскаватора с рабочим оборудованием прямая лопата. Для нормальной работы экскаватора необходимо, чтобы в процессе копания он не опрокинулся за счёт сил, создаваемых рабочими органами, при этом опрокидывание, скорее всего, может произойти, когда копание производится поперёк линии стоянки. РИС. Опрокидывание может произойти относительно правой гусеницы (точка А). Предполагают, что Р2 = 0 (эта сила препятствует опрокидыванию), это делается с целью ухудшения условий. Чтобы экскаватор не опрокинулся необходимо чтобы: Вся мощность двигателя расходуется на подъём рукояти с ковшом. Для определения усилия резания Р1 рассматривают равновесие рукояти с ковшом относительно опорного вала. Рис. Учитывая, что вся мощность двигателя расходуется на подъём рукояти с ковшом и с грузом, находим: Составляют уравнение моментов относительно точки О и находят Р1: . После того, как нашли Р1, вводят коэффициент устойчивости: Для одноковшовых экскаваторов kуст. =1,1…1,15. Кроме устойчивости в рабочем положении, производится проверка в транспортном положении (на косогоре). Этот расчёт является проверочным. 2 РИС. Экс. под углом (в разные стороны) рис.А - расчёт ведётся относительно заднего опорного катка рис.Б - расчёт ведётся относительно переднего опорного катка. Ветер способствует опрокидыванию. ω - сила ветра, F - наветренная площадь. Устойчивость экскаватора с рабочим оборудованием обратная лопата. РИС. 1-го положения Резание закончилось, но усилие резания ещё есть и работает подъёмная лебёдка. Неизвестным является усилие подъёма Sп. - вся мощность двигателя расходуется на подъём. Составим уравнение моментов относительно точки О (только для рабочего оборудования). Составим уравнение моментов относительно точки А для всего экскаватора и находим коэффициент устойчивости: РИС. 2-го положения Ковш не лежит на грунте, плечи максимальны - разгрузка липкого грунта. Устойчивость экскаватора, оборудованного драглайном. РИС. Экскаватор стоит на наклонной плоскости, угол наклона 10º. Груженый ковш максимально подтянут к голове стрелы. Угол наклона стрелы 30º - минимальный. где - погонный вес стрелы - центробежная сила. . Расчёт рабочего оборудования на прочность. Расчёт рукояти прямой лопаты. РИС. Конструктивные особенности. По конструкции рукояти выполняются однобалочные или двубалочные. Двубалочные применяются на экскаваторах средней и большой мощности. Условия работы этих рукоятей не одинаковы. Двубалочная рукоять разгружена от крутящего момента. Обычно рукоять выполняют из листа коробочного сечения. На последних моделях экскаваторов малой и средней мощности широко используются гнутые профили, позволяющие повысить прочность оборудования. У экскаваторов большой мощности рукояти часто делают круглого сечения. Она крепится к стреле с помощью седлового подшипника (механические экскаваторы). Ковш и рукоять соединяются с помощью шарниров. У механических экскаваторов ковш относительно рукояти перемещаться не может. У механических экскаваторов ковш с рукоятью выдвигается с помощью канатно-блочной системы или зубчатого зацепления. Расчёт однобалочной рукояти экскаватора с механическим приводом. Исходные данные: • Известна мощность двигателя (общая у одномоторных экскаваторов) и отдельно мощности двигателей напора, подъёма и поворота. • Известны геометрические размеры рабочего оборудования. Рукоять максимально выдвинута и находится в горизонтальном положении. Ковш экскаватора наполнен грунтом и упёрся крайним зубом в непреодолимое препятствие. У одномоторных экскаваторов вся мощность расходуется на подъём ковша. Рис. Противоположный зуб упёрся в скос забоя, который имеет почти вертикальный наклон. В результате возникает поперечная сила. Порядок расчёта. РИС. Sт - сила подъёма; Р1, Р2 - силы резания; Q - поперечная сила, возникающая когда ковш скользит по крутому склону (угол ≈ 90º); Rг, Rв - составляющие реакции подшипника. 1) усилие Sпт определяется из расчёта, что вся мощность расходуется на подъём: , где Nдв. - общая мощность одномоторного двигателя; k = 1,35; Nдв. - мощность двигателя тяговой лебёдки (многомоторной); k = 1,2. 2) Sпт; Sнт; 3) ; 4) Р2 = 0,5 Р1; 5) ; 6) ; РИС; r - расстояние от оси поворотной платформы до зуба ковша , ω - угловая скорость поворотной платформы. 7) Рис. перпендикулярный предыдущей … 8) рукоять рассчитывается как консольно-закреплённая балка. Место заделки - присоединение рукояти к ковшу, тогда опасное сечение рукояти I -I. , где Rп - поперечная реакция седлового подшипника, . 10) 11) . Расчёт двубалочной рукояти. Исходные данные и расчётное положение то же, что и для однобалочной. Порядок расчёта. 1) Sпт; Sнт; 2) Р1; Р2; 3) RГ; 4) Q ; Rп = Q; 5) RВ - суммарная реакция РИС 6) 7) - вместо крутящего момента; 8) - напряжения в более нагруженной балке. Wx и WY - берётся для сечения одной балки. Двубалочная рукоять работает на изгиб. Горизонтальная реакция RГ в седловом подшипнике определяется по двум расчетным положениям: 1) также как для однобалочной рукояти: 2) двубалочная рукоять применяется на экскаваторах средней и большой мощности, как правило, эти экскаваторы имеют многомоторный привод. где Nдвм - мощность двигателя, установленного в приводе механизма напора; VН - скорость выдвижения рукояти; SНа - активное напорное усилие. Для расчёта на прочность из двух значений выбирается наибольшее. Расчёт рукояти прямой лопаты гидравлических экскаваторов. РИС. шарнир А - присоединяет рукоять к стреле; шарнир В - присоединяет гидроцилиндр к рукояти; шарнир С - присоединяет гидроцилиндр ковша; шарнир Д - присоединяет рукоять к ковшу. Если ковш крепится к рукояти жестко, то есть ещё один шарнир Е - присоединяет тягу ковша. РИС. При этом гидроцилиндр ковша не воспринимает нагрузки в процессе копания и служит только для открывания днища ковша. Исходные данные: • известны усилия в гидроцилиндре рукояти, которые определяются в мощности двигателя, необходимой для копания грунта. Расчетное усилие возрастает на 25…30%. По этому усилию определяется диаметр гидроцилиндра и устанавливается давление в гидросистеме. • известны геометрические размеры рабочего оборудования (по прототипу). Угол наклона стрелы задаётся так, чтобы нижняя точка ковша находилась на высоте 2,5…3 метра. Расчётное положение: Гружёный ковш натолкнулся крайним зубом на непреодолимое препятствие, противоположный зуб упирается в скос забоя. Рукоять горизонтальна. Порядок расчёта: 1) ; 2) ; 3) - уравнение моментов всех сил относительно точки Д (для неподвижных ковшей - это усилие в тяге ковша и приложено в точке Е). РИС. 4) составляем уравнение моментов всех сил, действующих относительно точки С: 5) ; 6) ; 7) . 8) определяем поперечную силу Q: 9) определяем крутящий момент, действующий на рукоять: 10) строим эпюру изгибающего момента, действующего на рукоять в вертикальной плоскости: 11) строим эпюру изгибающих моментов в поперечной плоскости: 12) рассчитываем напряжение в сечении В-В: 13) определяем касательные напряжения: 14) определяем приведенные напряжения: 15) рассчитываем шарниры, т.е. определяем диаметры пальцев; наиболее нагружен шарнир А: - для одной опоры шарнира. Далее шарнир рассчитывается на срез и на смятие. Расчёт стрелы прямой лопаты с механическим приводом. РИС Исходные данные: 1) мощность двигателя; 2) геометрические размеры и вес; Расчётное положение: Рукоять выдвинута и находится под углом 90º к оси стрелы, пустой ковш натолкнулся на непреодолимое препятствие, краем зуба упирается в скос забоя. Вся мощность расходуется на подъём рукояти с ковшом (при многомоторных двигателях работает механизм напора). Порядок расчёта: 1) определяем силу Р1: 2) ; 3) определяем поперечную силу Q по известным: мощности двигателя и скорости вращения поворотной платформы: -Мтр - тормозной момент, R0 - расстояние до оси поворотной платформы. 4) 5) 6) 7) п.п.с. - полиспаст подъёма стрелы 8) 9) Опасное сечение у стрелы I - I и II - II. Расчёт стрелы гидравлического экскаватора. РИС. Поперечная сила Q определяется по уже известной формуле. У стрелы два гидроцилиндра, поэтому . Вид стрелы сверху. Стрела работает на изгиб в двух плоскостях, сжатие и кручение. Эпюра изгибающих моментов в горизонтальной плоскости имеет вид: Расчёт рабочего оборудования обратной лопаты. РИС. Начало копания. РИС. Копание на максимальной глубине. РИС. Конец копания. РИС. Поворот с груженым ковшом. РИС. Поворот с пустым ковшом. Расчёт рабочего оборудования обратной лопаты с механическим приводом. РИС. РИС. РИС. РИС. РИС. РИС. Рассмотрим один из пяти случаев (но рассчитывают все пять). Усилие в тяговом канате рассчитывается по формуле: kд = 1,35. Рассмотрим равновесие системы рукоять - ковш: Рассмотрим равновесие стрелы: - здесь учитываются две силы Sт, одинаковые по величине, но разные по направлению. Рассмотрим равновесие системы стрела - рукоять - ковш. Почему учитывают две силы Sт в системе равновесия стрелы: РИС Т.к. обрезали для расчёта канат в двух местах, то появились две силы Sт. Q - определяется также, как и для случая прямой лопаты. Рукоять рассчитывается в двух плоскостях на изгиб со сжатием. Стрела рассчитывается на изгиб в двух плоскостях на кручение и сжатие, т.е. возникает крутящий момент от действия силы Q. Опасное сечение рукояти I - I. Опасное сечение стрелы Il - Il. Расчёт рабочего оборудования обратной лопаты с гидравлическим приводом. РИС. В процессе копания работают гидроцилиндры рукояти и ковша. Гидроцилиндр стрелы установлен в плавающее положение. Рассмотрим равновесие относительно точки О3. Для данного случая Sк - внутренняя сила и она не учитывается. Рассмотрим равновесие системы стрела - рукоять - ковш. Расчеты такие же как и у механического привода, те же самые две расчетные схемы - поворот с грунтом, поворот с пустым ковшом на максимальном расстоянии. Необходимо учитывать силы инерции, т.е.: где i - стрела, рукоять, ковш; Ri - расстояние от оси поворотной платформы до центра тяжести этих деталей; , где n - число оборотов поворотной платформы (в минуту), n = 2…4 об/мин ; tp - время разгона = времени поворота экскаватора на угол 45º. Расчет драглайна. Определение веса ковша. РИС, (1) где b - ширина ковша; с - толщина стружки; k - коэффициент сопротивления копанию. Уравнение стружки: (2) (3) Из уравнения (1) имеем: (4) Подставляем уравнения (3) и (4) в уравнение (2): (5) (6) Необходимо выполнить следующее условие:  = 45º (7) Рассмотрим равновесие ковша относительно точки О: (8) Вес ковша выбирают из условий (7) и (8). (9) Подставим уравнение (9) в уравнение (8): (10) Определение мощности двигателя драглайна. Мощность определяют по двум расчётным схемам. РИС. РИС. 1) , где NТ - мощность, расходуемая на процесс резания: VТ - скорость резания, VТ = 0,1…0,9 м/с VТ = 0,8…1,3 м/с VТ = 1,2…1,8 м/с. 2) , где Мс - статический момент, равный моменту сопротивления, созданному силами трения в опорах поворотного круга; М1g - момент сопротивления, возникающий при разгоне элементов трансмиссии; М2g - момент сопротивления, возникающий при разгоне масс экскаватора (Gпр, Gа, Gс) во время поворота, относительно собственной оси. Практика показывает, что самая большая мощность, затрачиваемая на поворот экскаватора: Момент инерции: - для ковша, противовеса, агрегатов. где β - угол наклона стрелы; L - длина стрелы. об/мин , где tразг = времени поворота на 45º.