Расчет параметров многоковшового роторного экскаватора

Введение

 

Автомобильные дороги являются важной составной частью транспортной системы Беларуси. Удельная протяженность автомобильных дорог с твердым покрытием (т. е. общая длина дорог, отнесенная к площади территории страны) составляет около 0,25 км на 1 км². Этот показатель выше, чем в России, но в три раза ниже, чем в развитых европейских странах. При этом более 40 % населенных пунктов (из 25 тыс.) не имеют в качестве подъездов дорог с твердым покрытием.

Строительство новых  автодорог, а также реконструкция, ремонт и содержание существующих производятся дорожными машинами различного назначения и комплексами на их основе. Темпы, эффективность и качество строительных и ремонтных работ определяются несколькими основными факторами. В их числе технико-экономические и эксплуатационные показатели каждой используемой машины, рациональное сочетание машин и взаимная согласованность их индивидуальных особенностей, а также уровень организации работ, базирующейся на принципах комплексной механизации и автоматизации дорожного строительства.

Разработка траншей  с вертикальными стенками, при строительстве новых дорог, в плотных глинистых грунтах производится роторными экскаваторами. Эти экскаваторы роют траншей шириной от 0,8 до 2,1 метров и глубиной до 2,5 метров с дном параллельным рельефу местности. Ввиду этого при пересеченном рельефе поверхность проходки предварительно планируют. В зависимости от требуемой ширины и глубины тр0а601062ншей с вертикальными стенками применяются следующие экскаваторы ЭР-4,333363336666 ЭР-4А,  ЭР-4АМ, ЭР-7Э, ЭТР-301, ЭТР-231, ЭТР-253.

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Назначение, краткое описание устройства и работы машины

1.1. Назначение и классификация машины

Экскаваторами непрерывного действия - экскаваторы, непрерывно разрабатывающие и одновременно транспортирующие грунт в отвал или транспортные средства.

Их рабочие органы непрерывного действия бывают цепными, роторными и комбинированными (плужно-роторными, шнекороторными). Цепной или роторный рабочий орган оснащен рабочими элементами, которые один за другим разрабатывают грунт и выносят его к транспортирующим устройствам. Такими рабочими элементами являются ковши, скребки или резцы.

Экскаваторы с роторным рабочим органом называют роторными. Они имеют ряд преимуществ по сравнению с цепными: более высокий КПД и, следовательно, менее энергоемкий процесс разработки грунта, более высокую производительность благодаря повышенному числу осыпок от вращения ротора и лучшим условиям опорожнения ковшей.

Наряду с этим роторные экскаваторы имеют большие габариты и массу. Габариты и масса ротора значительно растут с увеличением глубины отрываемой траншеи.

Для обеспечения непрерывной  работы машины рабочий орган должен постоянно вращаться. Характер этого вращения в сочетании с типом рабочего органа является основным признаком, по которому классифицируют эти экскаваторы. У экскаваторов продольного копания плоскости перемещения рабочего органа и движения ковшей или скребков совпадают; поперечного копания — плоскость движения ковшей перпендикулярна плоскости движения рабочего органа; радиального копания — ковши движутся в вертикальной плоскости, а сам рабочий орган совершает поворотные движения относительно вертикальной оси.

Экскаваторы продольного  копания, цепные и роторные, имеют  основное исполнение — траншейное — и разновидности с дополнительным оборудованием для укладки дрен и прокладки каналов. Двухроторные, плужно-роторные и шнекороторные экскаваторы предназначены для рытья каналов.

Экскаваторы поперечного  копания имеют два основных исполнения — карьерное и мелиоративное.

Экскаваторы радиального  копания, или, как их часто называют, роторные стреловые, предназначены  для карьерных работ.

Многоковшовые экскаваторы  классифицируют также по типу привода — с механическим, гидравлическим, электрическим и комбинированным (наибольшее распространение получили экскаваторы с комбинированным приводом); типу ходового устройства — на гусеничном и пневмоколесном ходу (в основном распространены экскаваторы на гусеничном ходу, отличающиеся лучшей проходимостью); способу соединения рабочего оборудования с тягачом — навесные (рабочий орган без задней дополнительной опоры), полуприцепные (рабочий орган опирается спереди на тягач, а сзади — на дополнительную тележку) и прицепные.

Для экскаваторов непрерывного действия принята буквенно-цифровая индексация.

Экскаваторы траншейные (ЭТР и ЭТЦ): первые две цифры — глубина копания (дм), третья — номер модели: экскаваторы роторные стреловые: первые три цифры — вместимость ковша (л), четвертая — номер модели; экскаваторы поперечного копания: первые две цифры — вместимость ковша (л), третья — номер модели. Например, ЭТР-206А — экскаватор траншейный роторный, глубина копания — 20 дм, 6-я модель, 1-я модернизация — А.

Плужно-роторным каналокопателям присваивается общий индекс мелиоративных каналокопателей МК и порядковый номер. Например, плужно-роторный каналокопатель МК-23. Каналоочистителям присваивается индекс машин для ремонта и содержания мелиоративных систем MP и порядковый номер по реестру. Например, каналоочиститель MP-15. При модернизации этих машин после цифрового обозначения добавляют буквы по порядку алфавита.

 

Рисунок 1.1 Структура  индексов многоковшовых экскаваторов непрерывного действия а) – продольного; б) – поперечного и радиального  копания

 

2.2. Описание устройства и работы машины.

ЭТР состоит из тягача с силовой установкой и платформой, а так же рабочего оборудования.

Рабочее оборудование включает:

• ковшовое колесо (ротор);
• отвальный конвейер;
• механизмы управления;
• передаточные и подъемные механизмы;
• поддерживающие металлоконструкции.

Основной рабочий орган - ротор. Как правило, колесо ротора состоит из двух колец, соединенных  ковшами и образующих с ними жесткую  конструкцию. На внутренних торцах колец установлен зубчатый венец для сообщения ротору вращения. Внутренняя поверхность зубчатого венца обычно является беговой дорожкой для поддерживающих и направляющих роликов. Беговые дорожки колец ротора образованы отдельными сегментами, отлитыми как одно целое с зубьями зубчатых венцов.

Для широких траншей  используют роторы, состоящие из трех колец. Для узких траншей используют ротор однодисковый (коробчатого сечения) с зубодержателями.

Рисунок 1.2. Экскаватор траншейный роторный.

Ротор (рисунок 1.3) устанавливают внутри рамы (пространственной металлической конструкции, удерживающей его в необходимом рабочем или транспортном положении). Рама также является опорой для отвального конвейера, механизма привода ротора и т.д. (В плане рама имеет прямоугольную конфигурацию).

Ротор центрируется на раме двумя парами поддерживающих и двумя (или одной) парами направляющих роликов, которые воспринимают от него рабочие нагрузки и передают их (через оси, на которых они установлены), на раму рабочего оборудования. В рабочем режиме все ролики работают как направляющие, в транспортном - верхние поддерживают ротор; на малых моделях ЭТР нижние задние ролики упразднены, т.к. они менее всего нагружаются.

Рисунок 1.3 Схема рабочего оборудования ЭТР: 1 шарнирно-сочлененная цепная передача; 2 - ковш; 3 - отвальный конвейер; 4 - ролики; 5 - рама; 6 - зачистной башмак; 7 - дополнительная пневмоколесная тележка; 8 - зубчатый венец; 9 - ведущая шестерня

Передний конец рабочей  рамы связан со сцепным устройством, соединяющим рабочее оборудование с тягачом. Оно должно воспринимать вертикальную составляющую реактивного усилия при любых положениях рабочего оборудования, как в навесном, так и в полу прицепном исполнениях.

Ковши ротора (рисунок 1.4) саморазгружающиеся, открытые спереди и сверху. Ковш состоит из арочного козырька с установленными в его передней части зубьями и днища из переплетенных в двух направлениях цепей.

 

Рисунок 1.4 Ковш ротора: 1 - обечайка роторного колеса; 2 - цепи; 3 - козырек; 4 - зуб

 

 

 

 

 

 

2. Анализ уровня техники в области машин заданного типа

Роторные траншейные экскаваторы предназначены для рытья траншей в грунтах I—IV групп. Экскаваторы ЭТР-204А и ЭТР-223А могут разрабатывать грунты с промерзанием на глубину до 1 м; ЭТР-224А - до 1.2; ЭТР-134 - до 1,3; ЭТР-253 - до 2,5; ЭТР-254 - до 2,4 м.

Экскаватором ЭТР-134 (рис. 2.1) отрывают узкие траншеи прямоугольного профиля. Одновременно он может буксировать кабелеукладчик. Состоит из базового тягача 1, рабочего оборудования в виде ротора II и зачистного устройства 10, установленных на общей раме 9. Рама соединена с базовой машиной через основную раму 5. В транспортное положение рабочее оборудование переводится с помощью механизма подъема 3.

Экскаваторы ЭТР-204А, ЭТР-223А, ЭТР-224А унифицированы. С их помощью  в грунтах по III гpyппy включительно отрывают прямоугольные траншеи (в устойчивых грунтах) или траншеи с откосами (в оплывающих и обрушающихся грунтах), в грунтах IV группы, а также в мерзлых — только прямоугольные траншеи.

Экскаватор ЭТР-204А (рис. 2.2) состоит из тягача, ротора 10, конвейера 7, зачисгного устройства 9, смонтированных на раме 8.

 

Рисунок 2.1 Экскаватор ЭТР-134

При переводе рабочего оборудования из рабочего положения в транспортное передняя часть рамы 8 поднимается механизмом 5, а задняя — механизмом 2.

Приводы ротора и транспортного  передвижения — механические, привод конвейера — гидравлический от гидромоторов 9. При движении на транспортных скоростях вращение ведущим колесам гусеничного хода передается от двигателя через тракторную коробку передач.

Рисунок 2.2 Экскаватор ЭТР-204А

Экскаватор ЭТР-253А (рис. 2.3) благодаря более высокой энергонасыщенности, проходимости и надежности ходовой системы базового тягача ДЭТ-250 используют в грунтах Ш и IV группы, а также в мерзлых грунтах. Рабочее оборудование состоит из ротора, конвейера б и зачистного устройства. Задняя часть рамы опирается на грунт через пневмоколесную опору Р, а передняя соединена с базовым тягачом через узел сопряжения, снабженный осями для поворота рабочего оборудования относительно тягача. Ротор и конвейеры приводятся от индивидуальных электродвигателей, питающихся от дизельно-генераторной установки тягача. Для привода рабочего хода в электрическую схему трактора ДЭТ-250 введен магнитный усилитель с обратными отрицательными и положитель ными связями. Рабочие скорости регулируют изменением сопротивления в цепи отрицательной обратной связи.

 

Рисунок 2.3 Экскаватор ЭТР-253А

Экскаватор ЭТР-254 (рис. 2.4) отрывает самые крупные траншеи в районах с тяжелыми климатическими и грунтовыми условиями.

Рисунок 2.4 Экскаватор ЭТР-254

Двухроторный экскаватор ЭТ-125А (рис. 2.5) отрывает за один проход каналы глубиной до 1,2 м в фунтах I группы с включениями древесины и камней диаметром до 80 мм. В зимних условиях разрабатывают фунты с промерзанием на глубину до 150 мм.

 

Рисунок 2.5 Двухроторный экскаватор ЭТ-125А.

Двухроторный экскаватор ЭТР-173 отрывает в тех же условиях, что и экскаватор ЭТР- 125А, осушительные каналы глубиной до 1,7 м. Перебазировка на большие расстояния трудоемка. Наиболее эффективное применение — прокладка протяженных осушительных каналов.

В качестве прототипа  выбираем экскаватор ЭТР-223А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Описание  конструкции, принципиальных схем машины

3.1 Описание конструкции разрабатываемой  машины

 

Экскаватор ЭТР-223А  предназначен для рытья траншей  прямоугольного и трапецеидального профиля в грунтах I—IV категорий, а также в мерзлых грунтах при глубине промерзания верхнего слоя нс более 1,0-1,2 м. Он представляют собой унифицированную машину на базе трактора Т-130МГ. Гусеничный движитель тягача имеет увеличенные габариты (по ширине и длине) для повышения устойчивости экскаватора и исключения обрушения стенок траншеи при движении. Экскаватор ЭТР-223А (см. рисунок 3.1) состоит из гусеничного тягача 1 и навесного рабочего органа, шарнирно соединенных между собой в вертикальной плоскости. Рабочий орган машины - ротор 12, опирающийся на четыре пары роликов 13 с ковшами 11, внутри которого помещен поперечный двухсекционный ленточный конвейер 10, состоящий из горизонтальной и наклонной (откидной) секций. За ротором установлен зачистной башмак 9.

Рисунок 3.1 Экскаватор ЭТР-223А

В трансмиссию тягача включен гидромеханический ходоуменылитель  для бесступенчатого регулирования  рабочих скоростей движения при копании траншей. На тягаче установлена дополнительная рама 2 с размещенными на ней механизмами привода 7 и подъема-опускания рабочего органа.

Рама имеет две наклонные  направляющие 14, по которым с помощью  пары гидроцилиндров 3 и двух пластинчатых цепей 4 гидравлического подъемного механизма перемещаются ползуны 15 переднего конца рамы 8 рабочего органа при его переводе из транспортного положения в рабочее и обратно. Подъем и опускание задней части рабочего органа осуществляются парой гидроцилиндров 5, штоки которых шарнирно прикреплены к верхней части стоек 16. связанных с задним концом рамы 8 цепями 6.