Одноковшовый экскаватор

- экскаваторы с механическим канатным приводом имеют сложную конструкцию и содержат большое число быстроизнашивающихся изделий (накладки фрикционов, ленты тормозов, канаты).

- канатный привод обеспечивает ограниченное число независимых перемещений элементов рабочего оборудования;

- канатный привод технически сложно сделать автоматизированным;

- канатный привод не обеспечивает полной фиксации элементов рабочего оборудования в заданном положении.

На современных моделях канатный механический привод применяется только для драглайна или грейфера.

 С индивидуальным электрическим приводом лебедок (электромеханические)

Тяговое усилие к рабочим органам передаётся посредством канатов (или цепей), движимых лебёдками. Привод каждой лебёдки и вспомогательных механизмов осуществлется индивидуальным электрическим двигателем. Такой привод применяется на тяжелых карьерных (в том числе и шагающих) и промышленных экскаваторах.

 С гидравлическим приводом

В экскаваторах с гидравлическим приводом (гидравлические экскаваторы) усилие на элементах рабочего оборудования создается гидроцилиндрами и гидродвигателями. Двигатель экскаватора приводит во вращение гидравлический насос, создающий давление рабочей жидкости в напорной магистрали гидросистемы. Через систему гидрораспределителей полости гидроцилиндров (гидродвигателей) соединяются с рабочей или сливной магистралями гидросистемы, что обеспечивает перемещение рабочего оборудования. В нейтральном положении (при запертых полостях гидроцилиндров) положение рабочего оборудования фиксируется. Для транспортировки экскаватора с помощью буксира предусмотрена возможность перевода гидроцилиндра стрелы и гидромотора механизма поворота в нейтральный транспортный («плавающий») режим.

В настоящее время гидравлические экскаваторы имеют преимущественное распространение.

 

 Техническая характеристика  машины.

 

Экскаватор без рабочего оборудования (см. рис. 1):

 

Рис. 1. Экскаватор без  рабочего оборудования.

 

 – расстояние от оси  пяты стрелы до оси вращения;

 – база гусеничного ходового  устройства;

 – длина гусеничного ходового  устройства;

 – колея гусеничного ходового устройства;

 – ширина гусеничной ленты  с нормальным звеном;

 – ширина гусеничной ленты  с уширенным звеном;

 – ширина поворотной платформы;

 – просвет под поворотной платформой;

 – высота до оси пяты  стрелы;

 – высота до крыши кабины;

 – просвет под ходовой  рамой;

 – радиус вращения хвостовой  части платформы;

Наибольшее тяговое усилие на гусеницах ;

Наибольшая скорость передвижения ;

Угловая скорость поворотной платформы  ;

Наибольший преодолеваемый подъем ;

Давление на грунт .

 

Двигатель.

Тип: четырехтактный дизель;

Модель: A–0 IM, A–0 IMC;

Число цилиндров: 6;

Эксплуатационная мощность: ;

Угловая скорость коленчатого вала:

–номинальная  ;

–минимальная  .

 

Гидравлическая система.

Наибольшее давление в гидросистеме:

–привода рабочего оборудования и хода ;

–привода поворотной платформы  ;

Номинальный расход .

 

Электрооборудование.

Номинальное напряжение:

–в осветительной  сети (постоянный ток) ;

–в сети вентилятора  охладителя и отопления кабины (переменный ток) .

 

 

 

 Рабочее оборудование.

 

Экскаваторы ЭО-4121 с рабочим  оборудованием обратная лопата применяют для выемки грунта, расположенного ниже уровня стоянки экскаватора. Этот вид оборудования используют в основном для отрыва траншей под канализационные, водопроводные, теплофикационные, нефтегазовые и другие трубопроводы, а также котлованов в гражданском и промышленном строительстве и каналов. При использовании рабочего оборудования обратная лопата на экскаваторе ЭО-4121   в сравнении с экскаватором Э-652Б:

 – увеличивается  заполнение ковша при копании  на большей глубине реализацией больших усилий копания и производительности экскаватора;

 – достигается  возможность копания посредством  только поворота ковша при  неподвижной относительно стрелы рукояти, что позволяет выполнять работы в стеснённых условиях, в непосредственной близости от подземных коммуникаций, где обычно использовали ручной труд;

 – увеличиваются  глубина и радиус копания применением  удлинённой рукояти.

При модернизации экскаватора  в рабочем оборудовании обратная лопата разработаны и введены: ковш увеличенного объема (1,25 м³ ) для слабых грунтов; узкий ковш (0,3 м³ ) для специальных работ, преимущественно для траншей под кабели; моноблочная стрела и рукоять с увеличенным углом поворота, они обеспечивают без разборки транспортный габарит экскаватора 3,15 м. Уменьшен транспортный габарит экскаватора с универсальной (составной) стрелой до 3,38 м путем монтажа рабочего оборудования.

 

Технические характеристики экскаватора с рабочим оборудованием  обратная лопата(см. рис. 2):

 

Вместимость ковша геометрическая по ГОСТ для грунтов I–IV групп: ;

Наибольшее усилие на кромке ковша: ;

 – наибольший радиус копания;

 – радиус, описываемый кромкой  зуба ковша;

 – радиус выгрузки в транспорт при высоте выгрузки 3м;

 – наибольшая глубина копания;

 – наибольшая высота выгрузки;

 – длина базовой части  стрелы;

 – длина головной части  стрелы;

 – длина рукояти;

Продолжительность рабочего цикла при работе в отвал с  поворотом на на грунтах IV группы при средней глубине копания: ;

Масса с нормальным звеном гусеничной ленты: .

 

Рис. 2. Экскаватор с рабочим  оборудованием обратная лопата.

 

 Общий расчет экскаватора

 

 Расчет  усилий сопротивления копанию

 

Определяем радиус, описываемый  при повороте ковша режущими кромками зубьев:

,

где, – объём ковша экскаватора;

.

Определяем кинематическую длину ковша:

;

.

Определяем ширину ковша:

;

.

Определяем расчётную толщину стружки:

,

где, – угловое перемещение рукояти за одну операцию копания;

;

 – длина рукояти;

.

Определяем максимальное сопротивление копанию:

, где

 – удельное сопротивление  копанию грунта IV категории, кПа;

 – поправочный коэффициент  (справочная величина).

.

Определяем работу, затрачиваемую на преодоление сопротивления копанию грунта:

, где

 – поправочный коэффициент  (справочная величина).

.

 

 Тяговый  расчет гусеничной машины.

 

Для тягового режима уравнение  силового баланса имеет вид

 , где  (3.1)

 – движущая сила гусеничного  движителя;

, где

 – крутящий момент на  выходном валу силовой установки;

 – передаточное число трансмиссии (см. п. 3.2.1);

 – КПД трансмиссии (см. п. 3.2.2);

 – радиус начальной окружности  ведущего колеса движителя.

 – сила сопротивления движению  по прямолинейной траектории,

, где

 – коэффициент сопротивления  движению (см. табл. 1, для уплотненного грунта);

 – сила тяжести машины;

 – масса машины с рабочим  оборудованием.

 – сила сопротивления грунта  копанию;

 – сила сопротивления,  обусловленная движением машины  на уклоне (максимальный уклон ),

.

 – сила инерции при неравномерном поступательном движении,

,

где, – коэффициент учета инерции вращающихся масс механизмов привода движителя (для гусеничных машин);

 – сила сопротивления при  движении на повороте,

,

 где, – коэффициент сопротивления повороту (грунт сухой дернистый суглинистый).

На транспортном режиме, когда  , из уравнения (3.1) получим

.

Действительная скорость (км/ч) движения гусеничной машины:

,

где, 0,377 – коэффициент перевода единиц измерения м, мин в км, ч ( );

 – коэффициент буксования, %.

Скорость движения машины при :

.

Мощность, затрачиваемая  на буксование движителя:

.  (3.3)

 

Из формулы (3.3) следует, что при  , когда , вся мощность затрачивается на буксование. Наиболее эффективным на тяговом режиме работы машин для земляных работ с гусеничным ходовым оборудованием является движение при , так как в этом случае движитель развивает силу тяги, близкую к максимальной, а действительная скорость машины снижается незначительно.

Максимальное тяговое  усилие на грунтах с оптимальной  влажностью, развиваемое гусеничным движителем при :

, где

 – коэффициент сцепления  движителя с грунтом (см. табл. 1, уплотненный грунт).

В результате тягового расчета  определяется движущая сила и суммарное  сопротивление, обусловленное взаимодействием  движителя и рабочего оборудования с грунтом.

Движущая сила ;

Уравнение силового баланса:

;

Сопротивление при движении по прямолинейной траектории ( ):

;

Сопротивление при движении на повороте ( ):

;

Сопротивление при движении на подъем по прямой ( ):

.

 

Таблица 1. Коэффициенты сопротивления движению и сцепления.

Опорная поверхность	Гусеничный движитель
Цементобетон	0,06	0,5–0,6
Сухой асфальтобетон	–	–
Грунтовая дорога:
сухая	0,06–0,07	0,8–1,0
влажная	0,12–0,15	0,5–0,6
Грунт:
рыхлый свежеотсыпанный слежавшийся	0,07–1	0,6–0,7
уплотненный	0,08	0,8–1,0
Песок:
влажный	0,05–0,1	0,6–0,7
сухой	0,15–0,2	0,4–0,5
Снег:
рыхлый	0,1–0,15	0,3–0,5
укатанный	0,04–0,06	0,4–0,6

 

Расчет КПД  трансмиссии

 

КПД трансмиссии равен

, где

 – КПД муфты. Значение  принимаем, используя знания курса  лекций по предмету «Детали  машин»;

 – КПД встроенного редуктора  аксиально-поршневого насоса (значение КПД для зубчатых передач в закрытом корпусе, С.А. Чернавский «Курсовое проектирование деталей машин»);

 – КПД гидронасоса (gidravl.narod.ru/pril5.html);

 – КПД гидромотора (gidravl.narod.ru/pril5.html);

 – КПД гидросистемы (Т.М.  Башта «Машиностроительная гидравлика»);