Модернизация гидропривода экскаватора IV размерной группы

Министерство образования Российской Федерации

 

КРАСНОЯРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

Кафедра «Строительные и дорожные машины и оборудование»

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

По дисциплине Машины для земляных работ

Тема проекта: Модернизация гидропривода экскаватора IV размерной группы

Пояснительная записка

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

ст-т гр. АТ 29-1

Финк И.А.

Проверил:

Мальцев В. А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Красноярск 2003 г.

Введение

 

Курсовое проектирование для машиностроительных специальностей, вузов, является важным этапом процесса формирования знаний инженера-машиностроителя. Курсовой проект, кроме того, представляет собой подготовительную работу для дипломного проекта.

Курсовое проектирование закрепляет, углубляет и обобщает знания, полученные во время лекционных или практических занятий, учит пользоваться справочной литературой,  ГОСТами, таблицами, номограммами, нормами, умело сочетая справочные данные с теоретическими знаниями, полученными в процессе изучения курса.

В настоящее время  существует много проблем связанных с усовершенствованием гидропривода землеройных машин. Одной из них является удаление растворенного в рабочей жидкости воздуха. В рабочей жидкости может содержаться от 10 до 20% воздуха. Это приводит к тому что во первых увеличивается ковитационный износ, а во вторых снижается производительность, за счет увеличения времени срабатывания гидроцилиндров. Целью данного курсового проекта является разработка конструкции гидробака с механизмом удаления воздуха из жидкости.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Анализ найденных  патентных решений

 

В результате патентного поиска было найдено несколько авторских  свидетельств связаны с решением этой проблемы. Рассмотрим недостатки данных изобретений (найденные авторские  свидетельства представлены в приложении).

Основным недостатком всех большинства найденных решений является то, что конструкции представленных изобретений являются сложными и трудоемкими в изготовлении. Кроме этого имеются другие недостатки которые рассмотрим в отдельности ля каждого авторского свидетельства. 

1. А.С. №1435266 и №1780803. Эти две конструкции схожи по конструкции. Кроме выше сказанного они имеют  и имеют большие габариты связанные с установкой устройства для дегазации жидкости;

2. А.С. № 1692944. Устройство имеет  простую конструкцию но в нем  не предусмотрена система регуляции разряжения в верхней полости бака.

3. А. С. № 1719015. Кроме того, что  устройство по конструкции является  довольно сложным, эту идею  нельзя применить для стандартного  бака, т. е. необходимо спроектировать  совершенно новую конструкцию бака, и наладить производство данного изделия.

Техническое предложение представлено на рисунке 1.1. Данная конструкция имеет  ряд преимуществ перед теми изобретениями, которые были проанализированы выше. Это простота конструкции, возможность  применения в стандартном баке. Наиболее близкой по конструкции является схема представленная в авторском свидетельстве №1692944. Отличие состоит в том, что в техническом предложении имеемся устройство для регуляции разряжения в верхней части бака.

Принцип работы состоит в следующем. Жидкость двигаясь по сливному трубопроводу через штуцер 1 попадает на лопатки турбины 2, приводя её во вращение. Вращаясь, турбина приводит в движение поршень цилиндра 3, таким образом в верхней части бака создается разряжение способствующее выделению растворенного в жидкости воздуха.   

 

 

 

Рисунок 1.1 Техническое  предложение

Затем когда разряжение начнет переходить за пределы допустимого  начнет двигаться поршень цилиндра 4, перенаправляя тем самым поток  жидкости. Турбина перестает вращаться и откачка воздуха прекращается.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Основные  расчеты экскаватора ЭО – 4121

2.1 Тяговый расчет

 

Движение по горизонтали

 

Необходимое для движения по горизонтали  тяговое усилие S_т на одной гусеничной ленте:

 

2S_т = W_вн + W_и + W_к + W_в,

 

где W_вн – внутреннее сопротивление ходовых механизмов;

W_и – сопротивление сил инерции при трогании с места;

W_к – сопротивление грунта при перемещении экскаватора;

W_в – сопротивление ветра.

Внутреннее сопротивление ходовых  механизмов:

 

W_вн = α·(W₁+ W₂+ W₃+ W₄+ W₅+ W₆+ W₇),

 

где  α – коэффициент, учитывающий добавочное сопротивление от внешних сил, α = 1, 2;

W₁ – сопротивление в подшипниках опорных катков;

W₂ – сопротивление в подшипниках ведущих колес;

W₃ – сопротивление в подшипниках направляющих колес;

W₄ – сопротивление качению опорных катков по гусеничным лентам;

W₅ – сопротивление изгибанию гусеничных цепе на ведущих колесах;

W₆ – сопротивление изгибанию гусеничных цепей на направляющих колесах;

 W₇ – сопротивление движению гусеничных цепей по поддерживающим каткам.

Сопротивления W₂, W₃, W₅ и W₆ находятся в функциональной зависимости от S_т. если коэффициенты этой зависимости обозначить через р, l, m и n, то

 

W_вн = α(W₁ + p·S_т + l· S_т + W₄ + m·S_т + n· S_т +W₇).

 

Если теперь в формулу  для определения S_т подставить значения W_вн и преобразовать её то она прими вид:

.

 

Сопротивление в подшипниках опорных  катков:

 

,

 

где G_э = 205800 Н – вес экскаватора ЭО-4121 с оборудованием обратная лопата с ковшом вместимостью 1,25 м³; q_зв – вес гусеничных звеньев, лежащих на земле; f_пк – приведенный коэффициент трения качения; d₁ = 0.08 м – диаметр цапфы катка; D₁ = 0,24 м – диаметр опорного катка.

Вес гусеничных звеньев:

 

Н,

 

где = 472 Н – вес одного гусеничного звена; L = 3 м – длина гусеничной ленты, лежащей на земле; t = 0.203 м – шаг гусеничного звена.

Приведенный коэффициент трения качения:

 

,

 

где К = 0,01 см – коэффициент  трения качения; d_ц = 0,06 м – диаметр цапфы катка; D = 0.106 м – наружный диаметр внутреннего кольца подшипника; δ – диаметр тела качения подшипника, для подшипника 3616 δ=0,016 м.

Сопротивление в подшипниках опорных катков:

 

= 210 Н.

 

Сопротивление в подшипниках  ведущих колес:

 

,

 

где R_A, R_B – реакции в подшипниках вала ведущего колеса; d_цA, d_цВ – диаметр цапф вала ведущего колеса; f_пкА, f_пкВ – приведенные коэффициенты трения качения в цапфах вала ведущего колеса; D₂ = 0.743 м условный диаметр ведущего колеса.

В соответствии с рисунком 2.1

 

;

 

,

 

где α = 24˚23΄ - угол зацепления зубчатых колес; D_k = 0.462 м; D₂ = 0.743 м.

Подставив в эти выражения  значения величин получим:

 

;

N = 1.61 · S_T · tg24˚23΄= 0.73 S_T.

В соответствии с рисунком 2.1

R_AX =

 

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2.1 Схема усилий в механизме хода

 

R_BX =

 

;

 

R_AY =

 

;

 

R_BY =

 

;

 

;

 

.

 

Для опоры А, подшипник 3626:

d_цА = 0,13 м; D_A = 0.174 м; δ_А = 0,031 м;

f_пкА =

.

 

Для опоры В, подшипник 356:

d_цВ = 0,13 м; D_A = 0.161 м; δ_А = 0,020 м;

 

f_пкА =

 

Сопротивление в подшипниках ведущих колес:

 

 

Следовательно р = 0,0015

Сопротивление в подшипниках направляющих колес: при переднем ходе

W₃ = ,

 

где d₃ = 0.11 м – диаметр цапфы натяжного колеса; D₃ = 0.6  м – диаметр натяжного колеса; при заднем ходе:

.

 

для подшипника 3522

 

d_ц = 0,11 м; D = 0.138 м; δ_А = 0,0175 м;

 

f_пк =

 

Подставив значения величин, получим:

W₃ = ;

 

.

Следовательно l = 0.0024, l′ = 0.00154.

Сопротивление качению  катков по гусеничным лентам

 

Н,

 

где f_к = 0,15·10^-2 – коэффициент трения качения катков по гусеничным лентам.

Сопротивление изгибанию гусеничных цепей на ведущих колесах при переднем ходе:

 

,

 

где μ = 0,35 – коэффициент  трения шарниров звеньев цепи; d₀ = 0.0445 м – диаметр пальцев шарниров звеньев гусеничной цепи;

При заднем ходе

 

.

 

Следовательно, m = 0.0482; m′ = 0.0419.

Сопротивление изгибанию  гусеничных цепей на направляющих колесах:

при переднем ходе

 

;

 

при заднем ходе

 

.

 

Следовательно, n = 0.0156, n′ = 0.104.

Сопротивление движению гусеницы по поддерживающим каткам

 

,

 

где q_1зв – вес верхней части гусеничной цепи; D₅ = 0,15 м – диаметр поддерживающего катка; d₅ = 0,05 м – диаметр оси поддерживающего катка; f_к = 0,15 см – коэффициент трения качения звеньев гусеницы по поддерживающим каткам.

Для подшипника 310

 

d_ц = 0,05 м; D = 0,0687 м; δ = 0,01905 м;

 

f_пк =

 

вес верхней части  гусеничной цепи

 

Н,

 

где L′ = 0.91 м – длина гусеничной ленты лежащей на поддерживающих катках.

Подставив значения величин  получим:

 

Н.

Сопротивление сил инерции при  трогании катка с места

 

Н,

 

где v = 0,6 м/с скорость передвижения экскаватора; g = 9,81 м/с² – ускорение свободного падения; t_р = 2с время разгона экскаватора.

 

,

 

где n = 2 – число гусеничных лент; b =0,58 – ширина гусеничного звена; p –среднее давление на грунт; р₀ = 0,3·9,81·10^-6 Н/(м²·м) – постоянный для данной почвы коэффициент удельного сопротивления почвы смятию; h – глубина погружения гусениц.

Среднее давление на грунт:

 

Па,

 

где D′ = 0,958 – диаметр окружности, описанной вокруг гусеницы на ведущем колесе.

Глубина погружения гусеницы:

 

м.

 

Подставив значения величин  получим:

 

Н.

Сопротивление ветра 

 

,

где q – предельно допустимое динамическое давление ветра по ГОСТ 1451-77 q = 125 Па; F – наветренная площадь экскаватора, определяют по рисунку 2.2

Наветренная площадь  экскаватора:

 

F = F₁ + F₂ + F₃ + F₄ + F₅ + F₆ =

 

=1,141 + 0,44 + 4,3 + 1,28 + 0,60 + 0,60 = 8,361 м,

 

где F₁ = 0,7·1,63 = 1,141 м²;  F₂ = 0,875·0,5 = 0,44 м²;  F₃ = 3,0·1,43 =4,3 м²;  F₄ = 1,88·0,68 = 1,28 м²;  F₅ = 0,68·0,96 = 0,60 м²;  F₅ = 0,68·0,96 = 0,60 м².

Подставив значения величин, получим:

 

Н.

 

Необходимое тяговое усилие при  движении по горизонтальной поверхности:

при трогании с места передним ходом

 

Н;

 

при трогании с места задним ходом

 

Н;

 

при установившемся движении передним ходом