Машины для земляных работ широко применяются в промышленном и гражданском строительстве, в сельском хозяйстве и горнорудной промышленности строительных материалов. По назначению их разделяют на землеройные, транспортирующие, грунтоуплотняющие, трамбующие, вибрационные и другие машины.

Землеройными машинами разрабатывают сыпучие и связные грунты, а также рыхлят и погружают мерзлые и скальные грунты.

Тяжелые грунты, а также грунты с примесями, разработка которых в состоянии природной плотности затруднена, подлежат предварительному рыхлению.

По назначению одинаковые экскаваторы разделяют на строительные и строительно-карьерные, карьерные вскрышные, для открытых горных и крупных гидротехнических работ, туннельные и шахтные.

Строительные и строительно-карьерные экскаваторы имеют массу 2 - 250т. и оснащены ковшами емкостью 0,1 - 6,0м3. Они являются универсальными машинами.

Одноковшовые универсальные экскаваторы классифицируют по типу привода, возможность вращения поворотной части, конструкции ходового устройства, подвески и видами рабочего оборудования. Одноковшовые экскаваторы являются землеройной машиной циклического действия предназначенной для выемки и перемещения грунта или иного материала. Универсальный одноковшовый экскаватор, кроме того, может производить планировочные, погрузочные, монтажные, сваебойные и другие работы при помощи сменного рабочего оборудования.

В данном дипломном проекте рассматривается вариант усовершенствованного одноковшового экскаватора одновременно имеющего и рабочее оборудования ковш, и рыхлительное оборудования гидромолот. Цель изобретения - расширение технологических возможностей экскаватора и повышение его производительности при разработке мерзлых и плотных грунтов.

Реферат

Пояснительная записка 119, табл. 6, рис. 4, библ. 14 наименований

Экскаватор, гидроцилиндр, рукоять, ковш, нож, тяга, гидромолот, гидролиния.

Цель дипломного проекта - расширение технологических возможностей экскаватора и повышение его производительности при разработке мерзлых и плотных грунтов.

В данном проекте выполнены следующие расчеты: тяговый расчет, расчет на прочность, расчет устойчивости экскаватора, технологическая часть, экономическая часть.

Ожидаемый экономический эффект достигнут при определении капитальных затрат, при расчете годовой производительности машины, при расчете себестоимости машины. Определили основные показатели экономической эффективности капитальных вложений. Капитальные вложения составили 397014 рублей.

1. Конструкторская часть

Экскаватор ЭО - 4121 является первым в нашей стране полноповоротным гидравлическим экскаватором на гусеничном ходу с ковшом емкостью 0,65 - 1,5 м3. Он предназначен работ в грунтах I - IV категорий.

Рабочее оборудование работает следующим образом: манипулируя цилиндрами, направляют рыхлитель на место рыхления. Опускают стрелу на грунт, вызывают колебания рыхлителя, продолжают опускать стрелу. По мере разрыхления грунта рыхлитель заглубляется. Далее производят разрыхление в нескольких точках, затем рыхлитель выводят, подтягивая его к стреле цилиндрами, и выбирают разрыхленный грунт ковшом.

После откалывания приямка процессы рыхления и экскавация грунта совмещаются. Для этого рабочее оборудование экскаватора опускают в приямок до соприкосновения ковша с грунтом.

Одновременно манипулируя цилиндрами, опускают рыхлитель на грунт, наполняют его и поднимают рабочее оборудование из забоя, одновременно подтягивая рыхлители к стреле цилиндрами, а затем поворачивают платформу и разгружают ковш. В дальнейшем цикл копания повторяется.

1.1 Обзор существующих конструкций

Изобретения относятся к землеройной технике и используются для рыхления мерзлых и плотных грунтов, а также асфальтобетонных покрытий.

Применяется навесное оборудование к экскаватору для рыхления мерзлых и плотных грунтов, например гидромолот, который установлен с возможностью возвратно-поступательного движения.

Наиболее по технической сущности и достигаемому результату является рабочее оборудование экскаватора, который содержит рабочий орган, кронштейн и его подвески, рычаг, силовой цилиндр направления рычагом.

Гидромолот заглубляют с помощью силового цилиндра, производят отламывание грунта путем поворота платформы, затем поднимают гидромолот из забоя и удаляют грунт ковшом.

Цель изобретения расширения технических возможностей экскаватора и повышения его производительности при разработке мерзлых и плотных грунтов, в соответствии с рисунком 1.

Рисунок №1 - Гидравлический молот

1- Гидромолот

Гидромолоты на экскаваторах. В последние годы в связи с широким распространением гидравлических экскаваторов большое применение получают Гидромолоты, используемые в качестве сменного оборудования для рыхления мерзлых грунтов, твердых покрытий, пашенистых включений. Кроме того, гидромолот применяют для уплотнения грунтов в местах, где обычные типы уплотняющих машин не могут быть использованы.

Основные достоинства гидромолотов заключаются в том, что источником энергии для их работы является гидравлический привод базовой машины, который позволяет автоматизировать рабочий процесс. Кроме того, при установке гидромолотов вместо ковша, используют существующие на экскаваторах гидромагистрали. В настоящее время изготавливают или предусматривают изготовить Гидромолоты к экскаваторам 2-5-й размерных грунт.

Конструкция состоит из базовой машины, гидромолота, которых закреплен верхней частью к стреле экскаватора, а в нижней к штокам экскаваторных гидроцилиндров. К верхнему тору гидроцилиндра закреплено распределительное устройство, соединенное гибкими рукавами с гидравлической системой экскаватора.

Распределительное устройство обеспечивает автоматическую работу гидромолота. Для подъема гидромолота используется стреловой цилиндр, а для поворота и установления требуемого наклона служат цилиндры рукояти.

Экскаватор с таким оборудованием может разрушать грунты выше и ниже уровня стоянки. Замена гидромолота на рукоять с ковшом выполняется обслуживающим персоналом в течение 1,5-2 часов.

Это оборудование предназначено для разработки мерзлых грунтов и твердых покрытий не только на уровне и ниже стоянки машины, но и насыпных смерзшихся отвалов, фундаментов и других объектов, расположенных выше уровня стоянки машины. Кроме того, допускается разработка наклонных поверхностей, возвышающихся над плоскостью стоянки машины. Эти качества обеспечивают эффективное использование машин с гидромолотами в условиях городского строительства и реконструкций промышленных зданий.

ВНИИ стройдормаш разработал гидромолот СП-62, предназначенный в качестве сменного оборудования к экскаватору ЭО-4121. Гидромолот крепится к рукояти стрелы экскаватора посредствам промежуточного кронштейна, который соединяется с проушинами гидромолота с помощью пальцев. Питание гидромолота обеспечивается от гидросистемы экскаватора, в соответствии с рисунком 2.

Рисунок №2 - Гидравлическая схема

Гидравлическая система: 1; 10 - гидромоторы гусеничного хода, 2 - гидромотор поворота платформы; 3 - гидроцилиндр поворота верхней секции стрелы; 4, 5 - гидроцилиндры поворота опускания стрелы; 6, 7 - гидроцилиндры поворота рычага; 8 - гидроцилиндр поворота ковша; 9 - гидроцилиндр поворота гидромолота; 11, 12 - блоки гидрораспределителя; 13 - сдвоенный насос.

Сравнительная оценка технических характеристик отечественной и зарубежной техники.

Таблица 1 - Техническая характеристика

Параметр	Гидромолоты
	Россия МГ-300	ФРГ НМ-600
Энергия удара, Дж	300	600
Частота ударов, удар/мин	300	400
Рабочее давление, МПаI	16	16
Расход рабочей жидкости, л/мин	240	90
Масса с клином, кг	950	550

Техническая характеристика экскаватора с рыхлительным оборудованием.

Масса, т 23,650;

Вместимость ковша, м3 0,65;

Двигатель:

марка ЯМЗ - 236;

мощность, кВт 147;

частота вращения вала, мин-1 2000;

Скорость передвижения, км/ч 28;

Глубина копания, м 4,95;

Радиус копания, м 82;

Угол поворота ковша, градус 173;

Габаритные размеры:

длина 8200

ширина 3150

высота 3200

1.2 Тяговый расчет экскаватора

Максимальное тяговое усиление W, H определяется по формуле:

Sт max = Wвn + Wн + Wк + Wв + Wnp + Wn, (1)

где Wвn - внутреннее сопротивление ходовых механизмов;

Wн - сопротивление при трогании с места;

Wk - сопротивление катанию;

Wв - сопротивление ветру;

Wn - сопротивление подъему.

Внутреннее сопротивление ходовых механизмов определяется Wвn Н определяется по формуле:

Wвn = (W1 + W2 + W3 + W4 + W5 + W6 + W7), (2)

где W1 - сопротивление в подшипниках опорных катков;

W2 - сопротивление в подшипниках ведущих колес;

W3 - сопротивление в подшипниках направляющих колес;

W4 - сопротивление катанию опорных колес;

W5 - сопротивление изгибанию гусеничных цепей на ведущих колесах;

W6 - сопротивление изгибанию гусеничных цепей на направляющих колесах;

W7 - сопротивление передвижению верхней части цепи по поддерживающим каткам.

= 1,2 коэффициент, учитывающий добавочное сопротивление трения от действий внешних сил.

W1 = (Gэк - gзв) M*d / D, (3)

где Gэк - вес экскаватора; Gэк = 23650 кг.

gзв - вес гусеничных звеньев лежащих на земле; gзв = 670 кг.

d - диаметр оси опорного катка; d = 60 мм.

D - диаметр катка; D = 260мм.

M - коэффициент трения скольжения стали на бронзе; M = 0,1

W1 = (23650 - 670) * 0,1 * 60 / 260 = 5202; 2Н

Сопротивление в подшипниках ведущих колес расчитывается по формуле:

W2 = 2 * R * MI * d1 / D1; (4)

Реакция подшипников ведущего колеса равна:

R = 1,4 * Sт; (5)

Тяговое усилие принимаем равным окружному усилию на звездочке, соответствующему номинальному моменту гидродвигателя.

Sт = Мгg * * * 2 / Dзв1, (6)

где Мгg - номинальному моменту гидродвигателя; Мгg = 27 кгс * м

- передаточное число редуктора хода; = 64,1

- КПД этого редуктора; = 0,93

Dзв1 - условный диаметр ведущего колеса; Dзв = 0,65м

Sт = 27 * 64,1 * 0,93 * 2 / 0,65 = 48583,04 Н,

R = 1,4 * 48583,04 = 68016,25 Н

W2 = 2 * 68016,25 * 0,02 * 15 / 65 = 627,84 Н

Передний ход:

W3 = 2 * 0,3 * Sт * МI * d2 / D2; (7)

Задний ход:

W3 1 = 4 * Sт * МI * d2 / D2; где (8)

МI - коэффициент трения качения, МI = 0,02

d2 - диаметр оси направленного колеса, d2 = 140мм условно равным диаметру на котором расположен шарики подшипника.

Передний ход:

W3 = 2 * 0,3 *48583,04 * 0,02 * 14 / 58,5 = 139,3 Н

Задний ход:

W31 = 4 * 48583,04 * 0,02 * 14 / 58,5 = 931,95 Н

Сопротивление копанию опорных колес расчитывается по формуле:

W4 = 2 * (23650 - 670) * 0,12 / 26 = 9,81 = 2080,9 Н (9)

Сопротивление изгибанию гусеничных цепей на ведущих колесах расчитывается по формуле:

Передвижение вперед:

W5 = 2 * 1,15 * Sт * В * d0 / D1; (10)

W5 = 2 * 1,15 * 48583,04 * 0,35 * 3 / 65 = 1805,04 Н где

В - коэффициент трения в шарнирах гусеничной цепи, В = 0,35

d0 - диаметр пальцев гусеничной цепи, d0 = 30мм

Передвижение назад

W51 = 2 * Sт * В * d0 / D1; (11)

W51 = 2 * 48583,04 * 0,35 * 3 / 65 = 1569,6 Н

Сопротивление изгибанию гусеничных цепей на направляющих колесах рассчитываем по формуле:

W6 = 2 * 0,3 * Sт * В * d0 / D2; (12)

Передвижение вперед

W6 = 2 * 0,3 * 48583,04 * 0,35 *3 / 58,5 = 522,87 Н

Передвижение назад

W61 = 4 * Sт * В * 3 / D2; (13)

W61 = 4 * 4858,04 * 0,35 * 3 / 58,5 = 3487,45 Н

Сопротивление передвижению верхней части цепи по поддерживающим палочкам рассчитываем по формуле:

W7 = gзв (М * d + 2 * f ) / D3; (14)

W7 = 760 (0,1 * 6 + 2 * 0,12) / 26 = 211,89 Н

Полное внутреннее сопротивление ходовых колес

Передвижение вперед

Wвn = 1,2 (5202,2 + 627,84 + 139,3 + 2080,9 + 1805,04 + 522,87 + 211,89) = 12708,04 Н

Передвижение назад

WвnI = 1,2 = (5202,2 + 627,84 + 2080,9 + 1569,6 + 3487,45 + 211,89 + 931, 95) = 16970,1 Н

Сопротивление энергии при трогании с места

Wn = Gэк * V / g * t; (15)

где V - начальная скорость передвижения экскаватора при номинальных оборотах гидродвигателя равной 1400об/мин; V - 0,743м/с.

t - время разгона; t - 3с.

Wn = 23650 * 0,743 / 9,81 * 3 = 597кгс = 5857 Н

Сопротивление катанию для многоопорной гусеницы.

Wк = 1,125 * n * в * P2ср / Р0; (16)

где n - число гусениц; n = 2,

в - ширина гусениц, в - 580мм

Р0 - коэффициент сопротивления грунта для шины средней влажности Р0 = 0,3

Pср = 23650 / 2 (375 + 25,5) * 58 = 0,67кгс/с2

Wк = 1,125 * 2 *58 * 0,672 / 0,3 = 195,27кгс = 1915,6 Н

Сопротивление ветру

Wв = g * F; где (17)

g - давление ветра; g = 40 кгс/см2

F - наветренная площадь экскаватора; F = 11,5 м2

Wв = 40 * 11,5 = 460 кгс = 4512,6 Н

Сопротивление повороту

Wпр = Wтр + Wтр / R; (18)

Wтр = момент трения гусениц о грунт.

Мск - момент сопротивления грунта скалыванию

Момент трения двух гусениц о грунт определяется по формуле:

Мmp = М * Рср * 104 / 12 [2 L B vL2 + B2 + L3 Ln (B + v L2 + B2 / L) + B3 Ln (L + v L2 + B2 / B)) - (2Ld v L2 + d2 + L3 Ln (d + v L2 + d2 / L) + d3 Ln (L + v L2 + d2 / d))]; (19)

где М - коэффициент трения гусениц о грунт М = 0,5

Средне удельное давление на грунт

Рср = 0,5 * Gэк / в (L + t); (20)

Рср = 0,5 * 23650 / 58 (275 + 25,5) = 0,67кгс/см2;

Мтр = 0,5 * 0,67 * 104 / 12 [(2 * 2,93 * 2,75 v 2,752 + 2,932 + 2,753 Ln (2,93 + v 2,752 + 2,932 / 2,75) + 2,933 Ln (2,75 v 2,752 + 2,932 / 2,93) - (2 * 2,75 * 1,77 v 2,752 + 1,772 + 2,752 Ln (1,77 v 2,752 + 1,772 / 2,75) + 1,773 Ln (2,75 + v 2,752 + 1,772 / 1,77) )] = 15 545кгс см = 1525,5 Н/м

Момент сопротивления грунта скалыванию

Мск = 2 * 0,29 * К * h * e2 , (21)

Мск = 2 * 0,29 * 1 * 2 * 2752 = 87725кгс см = 8605,8 Н/м,

где к - коэффициент щепления грунта, к = 1;

n = Рср / Ро = 0,67 / 0,3 = 2,2 - глубина

Сопротивление повороту равно;

Wкр = 15545 + 87725 / 2,35 = 6988кгс = 68552,2 Н

Полное сопротивление передвижению на горизонтальном участке при передвижении вперед.

Sтr = Wn + Wн + Wк + Wв; (22)

Sтр = 12708,04 + 5857 +5857 +1915,6 + 4512,6 = 24993,2Н;

Полное сопротивление передвижению на горизонтальном участке при движении назад:

SтrI = WвнI + Wн + Wк + Wв; (23)

SтrI = 1970,1 + 5857 + 1915,6 + 4512,6 + 29255,26 Н

Полное сопротивление развороту на горизонтальном участке при движении вперед:

Sт max = Wвн + Wк / 2 + Wн + Wкр; (24)

Sт max = 12708,04 + 1915,6 / 2 + 5857 + 68552,2 = 81721 Н

Полное сопротивление развороту при движении назад на горизонтальном участке.

SтI max = WвнI + Wк / 2 + Wн + Wкр; (25)

SтI max = 16970,1 + 1915,6 / 2 + 5857 + 68552,2 = 83852 Н

Максимальное тяговое усилие на одной гусенице равно:

Sтдв = Мmax * * * 2 / Дзв; (26)

где Мmax - момент гидродвигателя максимальный при р = 250кгс/см2; Мmax =42,5кгс. м.

- 64,06 - передаточное число редуктора хода;

- КПД этого редуктора, = 0,94;

Дзв - диаметр ведомой звездочки по шарнирам ленты, Дзв = 0,65м.

Sтдв = 42,5 * 64,06 * 0,94 * 2 / 0,65 = 7874,4кгс = 77247,86 Н

Расчет мощности двигателя

Мощность двигателя N, кВт определяется по формуле:

N = ? * Wпер * / 3,6 * ; (27)

где - скорость экскаватора, = 4,2км/ч.

- механический коэффициент полезного действия; = 0,7.

N = 81,721 * 4,2 / 3,6 * 0,7 = 136 кВт

1.3 Расчет на прочность

1.3.1 Определение необходимых усилий на режущей кромке ковша

Ковш 0,65м2 с зубьями. Площадь сеяния стружки для грунтов четвертой категории.

IV = 9 * Кн * Нn * Kp; (28)

где Kp - коэффициент разрыхления, Кр = 1,25;

Кн - коэффициент наполнения, Кн = 1,35;

Нn - высота напорного вала, Нn = 300см.

IV = 650000 * 1,35 / 300 * 1,25 = 2340см2

Толщина стружки равна:

c = IV / Вк; (29)

где Вк - ширина режущей кромки ковша, Вк = 115см.

c = 2340 / 115 = 20,35;

Касательная составляющая реакции грунта резанию для прямоугольного периметра режущей кромки, оснащенного зубьями.

Р01р = * hc * (Bk + hc) * (0,55 + 0,015 ) + 146 * * p; (30)

где - максимальная прочность на срез, = 0,8кгс/м2;

- передний угол резания, = 300;

G - прочность грунтов, G = 8кгс/см2;

p - ширина кромки зуба; p = 10мм;

ц/ - проекции износа режущей кромки ковша на вертикальную и горизонтальную ось; ц/ = 5; = 1см.

Р01р = 0,8 * 20,35 (115 + 20,35) * (0,55 + 0,015 * 30) + 14 * 8 * 10 * 1 = 3322,68кгс = 32595,49 Н;

Составляющая наполнения ковша в первом положении:

Р01н1 = 0,66 * Вк * Нn2 * Кн2 * * cos * M / Кр; (31)

где Нn - высота наполнения ковша, Нn = 0,576м;

- объемный вес грунта, = 1900кгс/м3;

М - коэффициент трения грунта о грунт, М = 0,8;

Р01р = 0,6 * 1,15 * 0,5762 * 1,352 * 1900 * 0,8 * 0,999/ 1,25 = 557,51кгс

Составляющее положение ковша в последнем положении:

Р01н8 = 557,51 * cos 730 = 557, 51 * 0,292 = 162,79кгс;

Касательная составляющая резания

Р011= v Р01р2 + Р01н2

Р011= v 3322,682 + 557,512 = 3370кгс;

Р018 = v 3322,682 + 162,792 = 3327кгс;

Нормальная составляющая реакция резания

Р02 = 20 * G * * p;

Р02 = 20 * 8 * 10 * 1 = 1600кгс;

1.3.2 Расчет на прочность тяги

Расчетное положение: Тяга наклонена к горизонтальной плоскости под углом 450, рукоять на полном вылете. Усилие в цилиндре тяги определим из моментов всех сил действующих на рыхлительное оборудование, относительно тяги стрелы.

Рц.с. = 0,49 * 1,09 + 0,91 * 1,31 + 0,26 * 1,78 + 0,74 * 3,64 / 0,72 + 0,8 * 1,2 + 11,5 * 5,11 / 0,72 = 102,5т

Вертикальную и вертикальную составляющие реакции в тяги определим из сезмны проекции всех сил действующих на рыхлительное оборудование, на вертикальную и горизонтальную оси.

Ав = 102,5 * cos 300 - 0,49 - 0,91 - 0,26 - 0,74 - 1,88 - 11,5 * cos 290 = 102,5 * 0,866 - 0,49 - 0,91 - 0,26 - 0,74 - 1,88 - 0,875 * 11,5 = 74,4т

Аг = 102,5 * cos 600 - 11,5 * cos 61 = 102,5 * 0,5 - 11,5 * 0,485 = 45,7

Усилие в цилиндре Рц.р. определяем из уравнения моментов всех сил действующих на систему тяга-гидромолот относительно шарнира стрела-тяга.

Рц.р = Qp * 1,24 + Qkr * 3 * 4,05 / 1,01 = 0,74 * 1,24 + 1,88 * 3 * 11,5 / 1,01 = 52,6т

Вертикальную и горизонтальную составляющие реакций в шарнире определим из суммы проекций всех сил действующих на систему тяга-гидромолот на вертикальную и горизонтальную оси.

Бв = 52,6 * cos 690 - 0,74 - 1,88 - 11,5 * cos 290 = 52,6 * 0,515 - 0,74 -1,88 - 11,5 * 0,875 = 14,4т

Бг = 52,6 * cos 310 - 11,5 - 11,5 * cos 610 = 52,6 * 0,857 - 11,5 - 11,5 * 0,485 = 39,5т

Изгибающий момент А - А тяги.

Миз = 39500 * 56 - 14400 * 64 = 1290000кгс/см

Момент сопротивления этого сечения при изгибе.

Wx = (48 * 36,53 - 44 * 34,93) * 2 / 12 * 36,5 = 2117см3

Нормальные напряжения

Gи = Миз / Wx = 1290000 / 2117 = 609кгс/см2

Расчетное положение тяги: тяга наклонена к горизонтальной плоскости под L 420, тяга на полном вылете, гидромолот занимает рабочее положение.

В цилиндре тяга максимального усиления равна 38,5т

Усилие в цилиндре рукояти Рц.р. определяем из уравнения моментов всех сил, действующих на систему тяга-стрела, относительно шарнира стрела-тяга.

Рц.р. = 0,74 * 1,25 + 1,2 * 2,59 + 14,6 * 3,36 / 1,01 = 53т;

Реакция в шарнире тяга-стрела определим из суммы проекций всех сил, действующих на систему тяги-стрела, на вертикальную и горизонтальную оси.

Усилие резания дано суммарное.

Аг = 53 * cos 310 - 14,6 * cos 270 = 32,41т;

Ав =53 * cos 590 - 0,74 - 1,2 - 14,6 * cos 630 = 18,72т.

Реакция в шарнире гидромолот-тяга (действие на тягу).

Б = 38,5 * cos 400 + 14,6 * cos 630 + 1,2 = 38,5 * 0,766 + 14,6 * 0,454 + 1,2 = 37,3т.

Б2 = 38,5 * cos 500 - 14,6 * cos 270 = 38,5 * 0,643 - 14,4 * 0,891 = 11,75т.

Силы действия на тягу. Изгибающий момент в сечении I - I

МиI = Б * 107 - Бг * 70; (32)

МиI = 37300 * 107 - 11750 * 70 = 3168600кгс/см

Момент инерции данного сечения при изгибе.

J1 = (8,8 * 343 - 31,63 * 7,2) * 2 / 12 = 9890,2см3

Изгибающие направления в данном сечении

GиI = 3168600 / 2 *582 = 2722кгс/см3

Запас прочности по нормальным напряжениям

G = 4400 / 2722 = 1, 61кгс/см2;

Изгибающий момент в сечении 2 - 2.

Ми2 = 37300 * 55 - 11750 * 41 = 7571800кгс.см

Момент инерции сечения при изгибе

J2 = (8,8 * 21,63 - 7,2 * 19,23 / 12 = 582см3;

Момент сопротивления при изгибе

W2 = 6287?15 * 2 / 582 = 2700кгс/ см2.

1.3.3 Расчет на прочность сечения 3-3 сварного шва

Принципиальная схема сечения 3-3 показана на рисунке №3.

Рисунок №3 - Схема к расчетам на прочность

Момент инерции для этого сложного сечения вычисляем табличным способом.

Таблица 2 - Момент инерции

сечение	F	У	Fу	Fу2
Две коробки	213,6	27,75	5927,4	164485	72080
(44 х 1,2)	105,6	22,6	2386,6	53936	17040
(0,6 х 35,2)	21,12	0,3	6,3	2	1
итого	340,2	50,65	8315,3	218423	89121

Расстояние от оси х до центра тяжести сечения

L1 = 8315,3 / 340,3 = 24,43см

Расстояние от нижней кромки сечения до центра тяжести

L2 = 55,5 - 24,43 = 31,07см

Момент инерции относительно центра тяжести

3 = 89121 + 218423 - 24,432 * 340,3 = 104446см3

Момент сопротивления для нижних волокон

W3 = 14 * 104446 /31,07 = 3361,6см3

Изгибающий момент в данном сечении

Ми = 14 v 324102 + 187202 = 519000кгс.см

Нормальное напряжение

Gи = Ми / W3 = 519000 / 3361,6 = 154,3кгс/см2

Вывод: При расчете сварного шва 3-3 Ми определили прочность сварного шва в момент инерции относительно центра тяжести, 104446см3 и нормальное напряжение которое составило 154,3кгс/см2.

1.3.4 Расчет на прочность пальца шарнира рычаг-гидромолот

Максимальная реакция пальца

Б = v Б22 + Б22 ; (33)

Б = v 37300 + 11750 = 39100кг/см2;

Максимальный изгибающий момент

Ми = 39100 * 15,8 / 2 = 308890кгс.см

Момент сопротивления при изгибе

Wи = 0,1 * d3; (34)

Wи = 0,1 * 93 = 72,9см3.

Изгибающие напряжения:

Gи = 308890 / 72,9 = 4237.17кг/см2;

Запас прочности по нормальным напряжениям:

G = 6500 / 4237,17 = 1,53кг/см2;

1.4 Расчет гидроцилиндра тяги

Предлагается делать цилиндр с толщиной стенки 15мм. вместо 20мм. из трубы 170 х 18 ГОСТ 8734-75 вместо 180 х 28 ГОСТ 8732-70. Материал трубы сталь г 45 ГОСТ 8731-66. Предел текучести по ГОСТ 1050-74, Gг = 36005кг/см2.

Расчет на прочность сечения посредине цилиндра

В указанном сечении не сказывается влияние сварки, крепящей цилиндр к днищу, по этому, напряжение можно вычислить по формуле. Напряжение сжатия на внутренней поверхности равны /при р = 350кг/см2/.

Gw = Р * D2 + d2 - d2 ;

Gw = 350 * 172 + 142 / 17 - 142 = 1825 кг/см2/.

Эти же напряжения для существующих цилиндров

Gw = 350 * 182 + 142 / 18 - 142 = 1422 кг/см2/.

Запас прочности для нового цилиндра n = 1,5-5;

G = 3600 / 1825 = 1,97;

Запас прочности для существующего цилиндра

G = 3600 / 1422 = 2,53;

Запас прочности достаточны.

Расчет на прочность цилиндра в сечении сварки, крепящей цилиндр к пяте.

Момент на единицу длины окружности по срезу радиусу.

М0 = Р / 2В2 * (1 -М / 2);

В = 4v 3 * (1 - М2 ) / 2ср * h2; (35)

где М - коэффициент Пуассона, М = 0,3;

h - толщина стенки; h = 1,5см;

ср - средний радиус, ср = 7,75см.

Р = 350 * 70 / 77,5 = 316 кгс/см2 - приведенное давление к среднему радиусу.

В = v 3 * (1 - 0,32) / 7,752 * 1,752 = 0,3781см;

М0 = 316 / 2 * 0,3782 * (1 - 0,3 / 2) = 939кгс * см /см;

Напряжение без учета осевой линии

Gx = М0 * 6 / h2;

Gx = 936 *6 / 1,52 = 2500кг/см2/;

Предел текучести для материала сварки

Gтсв = 0,9 * 3600 = 3240кг/см2/;

Запас прочности

КG = 3240 / 1,2 * 2500 = 1,08; где

КG - эффективный коэффициент концентрации напряжения, КG = 1,2.

Для сравнения просчитаем прочность существующих цилиндров:

В = v 3 * (1 - 0,32) / 82 * 22 = 0,3241см;

М0 = 316 * 0,85 / 2 * 0,3242 = 1279кгс * см /см;

Например, без учета осевой силы:

Gх = 1279 * 6 / 22 = 1920кгс/см2;

G = 3240 / 1,2 * 1920 = 1,41

Момент инерции цилиндра предлагаемого в сечении перпендикулярно оси.

Jy = 0,05 * ( 174 - 144) = 2255см2;

Момент инерции штока.

Jшт = 0,05 * 94 = 328см4;

Отношение Jy / Jшт = 2255 / 328 = 6,87 > 5;

Вывод: гидроцилиндр тяги может делать из трубы 170х18 по ГОСТу 8734-75

1.5 Расчет гидромолота

Определение КПД оборудования. При забивании в мерзлый грунт рабочего органа, последнему передается только часть энергии А падающего бойка.

При непосредственном ударе бойка по инструменту АПД можно определить по формуле:

= 3v 0,1 * m1 / m2; (36)

где m1 - масса бойка

m2 - масса инструмента

= 3v 0,1 * 200 / 65 = 0,67;

КПД оборудования составило 0,67

Мощность привода

Рабочий цикл машины ударного действия состоит из следующих операций: установка оборудование в исходное положение, нанесение удара до отделения грунта от массива, извлечение рабочего органа из грунта.

Наиболее энергоемкой является операция по извлечению рабочего органа из грунта, на выполнение которого необходима мощность привода.

N = (G1 + G2) [] К2 /1; (37)

где G1 - масса бойка;

G2 - масса рабочего органа;

- скорость подъема оборудования;

К2 - коэффициент учитывающий защемляемость рабочего органа; К2 = 1,5;

1 - КПД.

N = (200 + 65) * 0,8 * 1,5 / 0,67 = 474кВт.

Вывод: При расчете мощности привода, мы получаем 474кВт что позволяет машине для поднятия бойка из грунта.

1.6 Расчет устойчивости экскаватора с рыхлительным оборудованием

Устойчивость экскаватора характеризуется коэффициентом устойчивости.

Ку = Му / Мо; (38)

где Му - момент сил, удерживающий экскаватор от опрокидывания;

Мо - момент сил, способствующих опрокидыванию экскаватора

Устойчивость обратной лопаты проверяется по двум обратным схемам. На рис №4 предполагается, что происходит отрыв ковша у бровки забоя.

Из уравнения моментов всех сил относительно оси шарнира пяты стрелы определяют реакцию грунта Р01, которую полагают направленной перпендикулярно прямой, соединяющей ось шарнира пяты стрелы с зубом ковша.

Р01 = Sn * SnI * ГS - Gc гс - Gp гр - Gк гк / го; (39)

Р01 = 3 * 3,3 * 4 - 0,74 * 3,4 - 0,83 * 5,1 - 0,97 * 5,3 /8 = 25,09 / 8 =3130кгс

Второе расчетное положение соответствует разгрузке липкого грунта на максимальной высоте ковша показана на рис №4

Рисунок №4 - Схема к расчетам устойчивости экскаватора

Опрокидывание машины происходит относительно точки А. Опрокидывающий момент Мом определяется по формуле:

Мом = Gp (rp - a2) + Gc (rc - a2) + Po roI; (40)

Мом = 0,83 (5,1 - 1,27) + 0,74 (3,4 - 1,27) + 0,97 (5,3 - 1,27) + 3,13 * 5,3 = 25,23т

Удерживающий момент определяется по формуле:

Му = Gn (r1 + a2) + Ga (r2 + a2) + G1 a2; (41)

Му = 1,25 (2,78 + 1,27) + 1,56 (1,50 + 1,27) + 5,766 * 1,27 = 16,7т

Коэффициент устойчивости обратно лопаты с рыхлительным оборудованием.

Ку = 25,23 / 16,7 = 1,5;

МомI = Gp (rp - a2) + Gc (r2 - a2) + Gk (rk - a2); (42)

Рисунок №5 - Схеме к расчету устойчивости экскаватора

МоnI = 0,74 (5,5 -1,27) + 0,7 (3,4-1,27) + 0,83 (6,8 - 1,27) * 3,7 = 35,03т;

Удерживающий момент.

Му = Gn (r1 + a2) + Ga (r2 + a2) + Gт a2; (43)

Му = 1,25(2,78 + 1,27) + 1,56 (1,50 + 1,27) + 5,766 * 1,27 = 16,7т

Коэффициент устойчивости при выгрузке ковша

Ку = 35,03 / 16,7 = 2

Вывод: Определили устойчивость экскаватора при копании ямы, которое составило коэффициент устойчивости 1,5; а при выгрузке грунта с ковша Коэффициент составил 2.

2. Технологическая часть

Технологический процесс изготовления детали состоит из операции, которые заполняются технологические карты, прилагаемые пояснительной записке.

Расчет технологического процесса и определение режимов резания производятся на основе данных заготовке и ее габаритных размеров, материала, технических данных станков, инструментом и затрат времени на изготовление деталей.

Деталь: палец;

Материал: сталь 40 ГОСТ - 1050-74;

Характер заготовки: прокат 125 * 700 1,5;

Вес заготовки: 25кг.;

Станок: 1 Е 365Б / 32, [8], токарный;

Скорость главного двигателя: об/мин 22-1500;

Подача: мм/мин 0,25-1,6;

Мощность главного двигателя: кВт 15;

Инструмент: резец Т16 К6 1=450;

Станок: 6 Н 10 [8] фрезерный;

Частота вращения шпенделя: об/мин 50-2240;

Подача: мм/мин 25 -1140;

Мощность привода: кВт 3;

Станок: 2554 Ф/37 [8];

Скорость главного движения: об/мин 18-2000

Подача: мм/мин 0,05-5;

Мощность привода: кВт 5,5.

Расчет режимов обработки и затрат времени на изготовление детали.

Методика расчетов взята из [8], стр. 5

Переход 1.

Точить поверхность 1 и торец 8. При этом устанавливаем глубину резания t1 = 1мм, подача исходя из возможностей станка S = 1мм, скорость резания V = 731м/мин при частоте вращения шпенделя 1500об/мин.

Определяем основное время.

То = L / S * ; (44)

где L - длина обрабатываемой поверхности, L = 700

Топервого прохода - 700 / 1 * 1500 = 0,46мин;

Товторого прохода - 700 / 1 * 1500 = 0,46мин;

Тоторца прохода - 130 / 1 * 1500 = 0,08мин;

Сумма основного времени равна 1 минуте.

Время вспомогательное складывается из:

Т1 - время перехода, Т1 - 0,6мин.

Т2 - время изменения подачи, Т2 - 0,06мин.

Т3 - время контроля, Т3 - 0,06мин.

Т4 - время перемещения частей станка, Т4 - 0,05мин.

Тв = 0,6 + 0,06 + 0,06 + 0,05 = 0,77мин для каждой операции

Переход 2

Точим поверхность 2.

Определяем основное время одного прохода.

То = То = L / S * ; (45)

где L - 262мин;

S - 1500об/мин;

- 1мм;

То = 262 / 1 * 1500 = 0,174мин,

При глубине резания t = 1мин необходимо сделать 12 проходов, при этом основное время равно.

То = 0,174 * 12 = 2,09мин

Определяем вспомогательное время

Т1 - время перехода, Т1 - 0,16мин.

Т2 - время установки глубины резания, Т2 - 0,01мин.

Т3 - время контроля, Т3 - 0,06мин.

Т4 - время перемещения частей станка, Т4 - 0,05мин.

Тв = Т1 + (Т2 * 12) + (Т4 * 12) + Т3, (46)

Тв = 0,16 + (0,01 * 12) + 0,06 + (0,05 * 12) = 0,94мин

Переход 3

Точить поверхность 3 со снятием фаски 7

Т1 = 1мин; S = 1мин; = 800об/мин;

Определим скорость резания

V = П * L * n / 1000; (47)

где L - длина обрабатываемой поверхности, L = 120

V = 3,14 * 120 * 800 / 1000 = 301,4мм/мин,

Основное время равно

То1 = 120 / 1 * 800 = 0,15 на один проход.

Основное время, затрачиваемое на одну операцию

То = То1 * F; (48)

где F - количество проходов, F = 4;

То = 0,15 * 4 = 0,6мин.

Вспомогательное время складывается из:

Т1 - время перехода, Т1 - 0,1мин.

Т2 - время установки подачи, Т2 - 0,06мин.

Т3 - время контроля, Т3 - 0,06мин.

Т4 - время перемещения частей станка, Т4 - 0,05мин.

Тв = Т1 + (Т2 * 4) + (Т4 * 4) + Т3; (49)

Тв = 0,1 + (0,06 * 4) + 0,06 + (0,05 * 4) = 0,6мин

Переход 4

Точим фаски 7, 127; Инструмент: резец Т15К6; t = 1мин; S = 0,4об/мин; = 1500.

Определим скорость резания фаски 7

V = П * L * n / 1000; (50)

где L = d = 120мм, L * 12 *15 = 152мм,

V7 = 3,14 * 120 * 1500 / 1000 = 565,2мм/мин,

Определяем основное время

То = L / S * ;

То7 = 15 / 1 *1500 = 0,01мин;

То12-17 = 6 / 1 *1500 = 0,004мин;

То = То7 + (То12-17 + 4) = 0,016мин;

Вспомогательное время складывается из:

Т1 - время перехода, Т1 - 0,4мин.

Т2 - время контроля, Т2 - 0,3мин.

Т3 - время перемещения частей станка, Т3 - 0,25мин.

Тв = (Т1 * 5) + (Т2 * 5) +(Т3 * 5),

Тв = (0,04 + 0,3 + 0,25) * 5 = 2,95мин,

Переход 5

Точим поверхность 5, t = 1мин; S = 1мм; = 1500об/мин.

Определим скорость резания

V = П * L * n / 1000; (51)

где L - длина обрабатываемой поверхности, L = 700;

V = 3,14 * 700 * 1500 / 1000 = 730мм/мин,

Определяем затраты основного времени на один проход

То1 = 235 / 1 *1500 = 0,22мин;

Количество проходов F = 16

То = То1 * 16 = 0,22 * 16 = 3,52мин;

Вспомогательное время складывается из:

Т1 - время перехода, Т1 - 0,4мин.

Т2 - время контроля, Т2 - 0,7мин.

Т3 - время перемещения деталей станка, Т3 - 0,2мин.

Т4 - время установки глубины резания, Т4 - 0,02мин.

Тв = Т1 + Т2 + (Т3 * 16) + (Т4 * 16); (52)

Тв = 0,4 + 0,7 + (0,2 + 0,02) * 16 = 4,62мин,

Переход 6

Точим поверхность 4 и фаску 6.

t = 1мин; S = 1мм; n = 1500мм; V = 730м/мин;

Том = L / S * n; (53)

где L = 10мм,00 = 0,113мин за один переход,

Тоn = То1 * F; (54)

где F - количество переходов; F = 16;

To = 0,113 * 16 = 1,8мин;

Вспомогательное время

Твп = Т1 + Т2 + Т3; где

Т1 - время перехода, Т1 - 0,05мин.

Т2 - время контроля, Т2 - 0,07мин.

Т3 - время перемещения деталей станка, Т3 - 0,05мин.

Твп = 0,05 + 0,07 + 0,05 = 0,17мин

Точим фаску

Тоф = L / S * n; (55)

где L = 3;

Тоф = 3 / 1 * 1500 = 0,02мин;

Вспомогательное время

Т1 - время перехода, Т1 - 0,05мин.

Т2 - время контроля, Т2 - 0,07мин.

Т3 - время перемещения деталей станка, Т3 - 0,05мин.

Твф = 0,05 + 0,07 + 0,05 = 0,17мин

Основное время общее

Т0 = Топ + Тоф = 1,82мин;

Переход 7

Точим канавки I - II, Инструмент: резец Т30 К4;

t = 3мин; S = 0,3мм/об; n = 1500об/мин

V = 120 * 3,14 * 1500 /1000 = 656м/мин;

То = 120 / 1500 * 0,3 * 2 = 0,022мин;

Вспомогательное время складывается из:

Т1 - время перехода, Т1 - 0,4мин.

Т2 - время контроля, Т2 - 0,07мин.

Т3 - время перемещения деталей станка, Т3 - 0,1мин.

Т4 - время на установку глубины резания, Т4 - 0,2мин.

Тв = Т1 + Т2 + (Т3 * 2) + (Т4 * 2); (56)

Тв = 0,4 + 0,07 + (0,1 *2) + (0,2 * 2) = 1,07мин;

Переход 8

Отрезать деталь; t = 1мин; n = 1500об/мин

То = D / n * t; где

D - диаметр отрезанного конца заготовки

То = 120 / 1500 * 1 = 0,08мин;

Вспомогательное время складывается из:

Т1 - время перехода, Т1 - 0,2мин.

Страницы: 1, 2