Роторный траншеекопатель

ФАЖТ РФ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Роторный траншеекопатель

Курсовая работа

Пояснительная записка

 

 

Руководитель: Разработал: студент

__________ ___________

(подпись) (подпись)

________________  ________________

(дата проверки) (дата сдачи на проверку)

Краткая рецензия:

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

__________________________ ___________________________

 (запись о допуске к защите)  (оценка, подписи преподавателей)

 

2008

 

Содержание

 

1 Назначение роторных траншейных экскаваторов. Выбор прототипа. Общее устройство и описание работы

2 Описание кинематической, гидравлической схем роторного траншеекопателя

2.1 Кинематическая схема

2.2 Гидравлическая схема

3 Расчет основных параметров  машины

3.1 Определение средней величины удельной работы копания

3.2 Определение требуемой  мощности экскаватора и выбор  двигателя

4 Расчет основных параметров  рабочего оборудования

4.1 Определение основных параметров ротора

4.2 Определение основных  параметров ковша

5 Проектирование схемы размещения резцов

6 Эксплуатационная производительность  машины

7 Расчет рамы ротора

7.1 Определение расчетных  нагрузок и подбор сечения  рамы ротора

7.2 Проверка изгибной жесткости элемента

7.3 Проверка балки на  прочность по эквивалентным напряжениям

7.4 Проверка на устойчивость  опорной рамы

8 Разработка механизма  подъема и опускания рамы ротора

8.1 Выбор гидроцилиндра  механизма и подбор цепи

8.2 Расчет оси крепления механизма

Список использованных источников

 

1 Назначение роторных траншейных экскаваторов. Выбор прототипа. Общее устройство и описание работы

 

Траншейные роторные экскаваторы – это машины непрерывного действия, в которых все операции рабочего цикла (разработка грунта, транспортирование, разгрузка грунта) выполняются одновременно. Они предназначены для рытья траншей под кабели, нефтепроводы, трубопроводы канализаций и других коммуникаций.

В обычном исполнении экскаваторы отрывают в грунтах I-IV категорий траншеи прямоугольного профиля. Данные экскаваторы применяются как в летнее, так и в зимнее время.

В отличии от траншейных цепных экскаваторов, роторные, как  правило, имеют более высокую производительность, но применяются для траншей меньшей глубины.

В качестве прототипа принят экскаватор [1] со следующими техническими характеристиками, представленными в таблице 1.

 

Таблица 1 – Техническая  характеристика прототипа

База экскаватора	Трактор С-100
Глубина копания, м	1,8
Ширина копания, м	0,9
Скорости рабочего хода, м/ч	От 64 до 174
Транспортные скорости, км/ч	2,36 – 10,15
Число ковшей	14
Емкость ковша, л	50
Скорость ленты транспорта, м/с	3,6
Масса рабочего органа с  транспортером, кг	3950

 

На рисунке 1 приведен общий вид роторного траншеекопателя  на базе трактора С-100.

 

Рисунок 1 – Общий вид  роторного траншеекопателя

 

Экскаватор состоит  из тягача, созданного на базе трактора С-100, и рабочего оборудования. Тягач  обеспечивает передвижение экскаватора, являясь базой для навески на него и соединения с ним рабочего оборудования, несет на себе силовую установку и передает движение исполнительным органам рабочего оборудования, ходовому и вспомогательным устройствам. В конструкцию трактора внесено несколько изменений. Для уменьшения среднего удельного давления на грунт опорная площадь гусениц увеличена путем удлинения гусеничных тележек и увеличения ширины башмака до 600 мм; увеличено число опорных катков гусеничных тележек. Центр тяжести трактора смещен вперед.

 Рабочее оборудование роторного траншеекопателя обеспечивает отрыв от массива грунта в траншее проектной ширины с откосами или без них при заданной глубине, полный вынос его из траншеи и отсылку в бруствер. Оно включает в себя ротор, установленный на раме на поддерживающих роликах. Рама опирается передним концом на ползун, перемещающийся по направляющей, жестко установленной на тягаче. На втором конце рамы установлен зачистной нож, служащий для профилирования дна траншеи. В транспортном режиме задняя часть рамы опирается на колесо.

Роторный траншеекопатель  представлен на рисунке 1. Внутренняя поверхность ротора представляет собой  зубчатый сектор, приводящийся в движение с помощью звездочки привода ротора, которая в свою очередь вращается от складывающейся цепной передачи привода ротора.

Снаружи на роторе смонтированы ковши. Подъем ротора осуществляется с помощью гидроцилиндра через цепную передачу.

Роторный экскаватор оборудован ленточным конвейером, установленным внутри ротора для отсылки вынутого из траншеи грунта. Привод конвейера осуществляется от вала привода ротора через реверс-редуктор и цепные передачи.

Траншейные роторные экскаваторы оборудованы автономной силовой установкой с дизелем, устанавливаемым  в передней части тягача. Органы управления экскаватором сосредоточены в кабине.

На большие расстояния экскаватор перевозится по железной дороге или на трейлере. Своими ходом  разрешается перегон экскаватора  на расстояние не более 10 км (по проселочным дорогам с умеренно-пересеченным рельефом, с подъемами и спусками не более 100). Для перевозки по дорогам используется прицеп грузоподъемностью 40 т.

 

2 Описание кинематической, гидравлической схем роторного траншеекопателя

 

2.1 Кинематическая схема

 

Трансмиссия экскаватора  состоит из механизмов, передающих движение от двигателя к ведущим колесам гусеничного хода, а также к рабочему органу и транспортеру. В трансмиссию входит муфта сцепления, дополнительная коробка передач, КПП, коническая передача с бортовыми фрикционами, раздаточный редуктор и бортовые редуктора. На экскаваторе установлена рама, на которой смонтированы редуктор привода ротора, механизмы подъема и опускания рабочего органа. Кроме того, на нем установлено оборудование гидравлического привода рабочего хода. В рабочем положении основной поток мощности идет от раздаточного редуктора, через редуктор привода ротора (дифференциал) и цепные передачи на редукторы вала привода ротора, а от них мощность передается на ротор и на редуктор привода конвейера. От редуктора привода конвейера через цепную передачу поток энергии идет к приводным барабанам.

Привод ротора через  дифференциалы обеспечивает равномерное  распределение нагрузок между двумя валами цепных передач и зубчатых зацеплений редуктора вала привода ротора. Кинематическая схема роторного траншейного экскаватора представлена на приложение А.

 

2.2 Гидравлическая схема

 

Гидравлическая система подъема и опускания рабочего органа состоит из бака 1, сетчатого фильтра 2, гидравлического насоса 3, предохранительного клапана 4 , распределителя 5,гидравлического цилиндра 6 и трубопроводов.

Рабочая жидкость, забираемая из бака 2 насосом 3, проходит через распределитель 5 и при соответствующем положении золотника поступает в поршневую полость гидравлических цилиндров. При этом рабочий орган опускается. При передвижении золотника в положение «подъем» масло поступает в штоковую полость и давит на поршень. При этом масло из поршневой поступает в сливную линию. Все агрегаты соединены стальным трубопроводом.

В системе предусмотрена  защита от перегрузок за счет предохранительного клапана 4. Для очистки рабочей жидкости от загрязнителей в схеме установлен фильтр 2.

Гидравлическая схема  механизма подъема и опускания  рабочего органа представлена на рисунке 2.

 

Рисунок 2 - Гидравлическая схема

 

 

3 Расчет основных параметров машины

 

3.1 Определение средней величины удельной работы копания

 

Для определения средней  величины удельной работы копания необходимо в соответствии с заданием построить графики распределения температуры Т, числа ударов С плотномером ДорНИИ и удельной работы копания Ev. Также надо учитывать, что удельная работа копания прямо пропорциональна числу ударов С , причем при С = 12 величина Ev =260 000 Н/м2 .

Поскольку поперечное сечение  траншеи при разработке мерзлоты имеет прямоугольную форму, средняя  величина удельной работы копания может быть определена [2]:

 

, (1)

 

где hi - толщина i-го слоя, м (hi=0,2м).

Значения температуры, числа ударов и удельной работы копания определяем графически из рисунка 3.

 

Рисунок 3 - График изменения температуры, удельной работы копания, числа ударов плотномера

 

.

 

3.2 Определение требуемой мощности  экскаватора и выбор двигателя

 

Баланс мощности при копании [2]:

 

, (2)

 

где Ne - расчетная мощность дизеля, кВт;

kвых - коэффициент снижения выходной мощности дизеля, (k );

Nро - мощность на привод рабочего органа, кВт;

Nконв - мощность на привод конвейера, кВт;

Nпер - мощность на привод передвижения при рабочем ходе, кВт;

Nсу - мощность на систему управления (положением рабочего хода и конвейера), кВт.

В начальной стадии выполнения проекта, когда не известны скорости рабочего хода, размеры рабочего органа, конвейера и другие параметры  машины, определить достоверно мощности на привод каждого из механизмов невозможно.

Поэтому ориентировочно принимаем [2]:

 

 (3)

 

Мощность на привод конвейера N конв, кВт [2]:

 

 (4)

 

где m - эмпирический коэффициент пропорциональности, кВт · ч/м³

(m = 0,05 кВт · ч/м³);

ПТ - техническая производительность экскаватора, м3/ч;

ηпк - КПД привода конвейера, (ηпк = 0,6);

.

Мощность на привод рабочего органа Nро, кВт [2]:

 

, (5)

 

где Nкоп - мощность, затрачиваемая на копание грунта, кВт [2]:

 

, (6)

 

где ηро - КПД рабочего органа, (ηро =0,9).

.

Nпод - мощность, затрачиваемая на подъем грунта до уровня разгрузки ковшей, кВт [2]:

 

, (7)

 

где γ - удельный вес грунта, H/м3 ( );

h0 - расстояние от уровня стоянки экскаватора до уровня, где происходит разгрузка ковшей (конструктивно принимаем h0=0,8 м);

hцт - высота подъема грунта из забоя до уровня стоянки, равная рас стоянию от центра тяжести поперечного сечения траншеи до уровня стоянки, м (конструктивно принимаем hцт=2,13 м);

По формуле (3) получим (Nпер+ Nсу)=0,1(25,1+2,75)=2,785 кВт.

Окончательно мощность дизеля равна:

Принимаем двигатель по справочнику [2]. Техническая характеристика дизеля представлена в таблице 2.

 

 

Таблица 2 – Техническая характеристика дизеля

Характеристика	Д-50
Максимальный вращающийся  момент, Н·м	250
Частота вращения при max мощности, об/мин	1600
Мощность, кВт	40,1
Удельный расход топлива, г/(кВт·ч)	261
Масса, кг	400

 

 

4 Расчет основных параметров  рабочего оборудования

 

4.1 Определение основных  параметров ротора

 

Диаметр ротора по зубьям, м [2]:

 

D=1,41·h+0,65, (9)

 

где h - глубина копания, м (h=1,8 м).

D=1,41·1,8+0,65=3,188 м.

Радиус ротора по ковшам Rk, м [2]:

 

; (10)

 

.

Наружный радиус диска ротора RН, м [2]:

 

; (11)

 

.

Внутренний радиус диска  ротора Rв , м [2]:

 

; (12)

 

.

Высота сечения кольца hk , мм [2]:

 

; (13)

.

Толщина сечения кольца δk , мм [2]:

 

; (14)

 

Угловая скорость вращения ротора ωр принимается из условия гравитационной разгрузки ковшей.