Расчет параметров многоковшового роторного экскаватора

Ротор состоит из двух кольцевых обечаек, связанных между  собой ковшами и поперечными стяжками. Каждый ковш открыт с двух сторон и имеет в передней части карманы для крепления сменных зубьев, а в задней - цепное днище. С наружной стороны обечаек прикреплены секции круговых зубчатых реек, находящиеся в постоянном зацеплении с двумя ведущими шестернями механизма привода ротора. Ковши ротора оснащают сменными зубьями-клыками двух типов: с наплавкой передней режущей грани для разработки легких грунтов и армированных твердосплавными износостойкими пластинами - для мерзлых.

Привод ходового устройства экскаватора при движении на рабочих скоростях осуществляют от гидромеханического ходоуменьшителя, включающего гидронасос переменной производительности, гидромотор и редуктор. Вращение от гидромотора через понижающие передачи раздаточного редуктора осуществляют на валы коробки передач тягача, затем через коническую передачу, бортовые фрикционы и бортовые редукторы на ведущие

звездочки гусеничного движителя. Бортовые фрикционы и бортовые редукторы - это двух- и одноступенчатые цилиндрические передачи.

Скорость рабочего хода в диапазоне от 10 до 300 м/ч регулируют изменением производительности насоса. При передвижении машины на транспортных скоростях (от 1,5 до 6.2 км/ч) крутящий момент от дизеля передается ведущим звездочкам гусениц через главную муфту сцепления, тракторную коробку передач, коническую пару, бортовые редукторы и фрикционы.

В трансмиссию привода  ротора включена предохранительная муфта предельного момента.

Роторное колесо может  вращаться с двумя передними (0.13 и 0.16 с"¹) и одной задней скоростью. Пониженная частота вращения ротора необходима при разработке талых фунтов с крупными каменистыми включениями и мерзлых грунтов.

Привод верхнего и нижнего барабанов отвального конвейера обеспечивается индивидуальными гидромоторами, питающимися через гидрораспределитель от дополнительного насоса.

Привод ротора осуществляют от вала отбора мощности тягача через раздаточный редуктор, конический редуктор с дифференциальным механизмом, цепные передачи 1, консольные одноступенчатые редукторы, на выходных валах которых установлены приводные шестерни 3, передающие вращение через зубчатый венец 2 колесу ротора.

3.2 Описание кинематической, гидравлической схем

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. 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.

Рисунок 3.2 Кинематическая схема привода ротора 1 - сочлененная цепная передача; 2 - зубчатый венец; 3 - ведущая шестерня: 4 - обечайка ротора; 5 - редуктор

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

Рисунок 33 Гидравлическая схема

4. Определение  основных параметров машины и  рабочего оборудования

 

В соответствие с заданием даны следующие технические характеристики многоковшового эксковатора:

- тип – роторный;

- глубина копания –  1,5 м.;

- ширина копания –  1,6 м.;

- объем ковша –  0,16 м³;

- тип шасси – гусеничный;

- привод – гидро;

- грунт – III категории.

Оптимальным к условиям задания является гусеничный экскаватор ЭТР-223А, смонтированный на базе специального трактора Т-10.1111-12 мощностью 170 л.с., характеристики которого приведены в таблице 4.1:

 

 

 

 

Таблица 4.1 Технические  характеристики ЭТР -223А

Максимальная глубина траншеи	мм	2200
Ширина траншеи по дну по верху	мм мм	1600 2400
Транспортная скорость	км/ч	4,25
Скорость рабочего хода	м/ч	10-300
Количество ковшей	шт	14
Объем ковша	м3	0,16
Техническая производительность	м3/ч	650
Габаритные размеры в транспортном положении	мм	11500х3200х4400
Масса	т	33,5

 Геометрические и кинематические параметры приведены в таблице 4.1 поэтому их расчеты не требуются.

Техническую производительность ЭТР можно оценить через характеристики ковшей:

где q_K - вместимость ковша, м³;

n - число разгрузок в единицу времени;

К_н - коэффициент наполнения;

К_р - коэффициент разрыхления.

Учитывая, что объем ковша в задании соответствует объему ковша прототипа, то П_Т= 650 м³/ч.

Эксплуатационная сменная  производительность П_{э. см} , м3/см [2]:

 

, (32)

 

где П_Т - техническая производительность,( ПТ =650 м3/ч);

t_см - продолжительность смены, ч (tсм =8,2 ч);

k_в - коэффициент использования экскаватора по времени, (kв =0,75);

k_г - коэффициент готовности экскаватора, (kг =0,75);

k_ц - коэффициент, учитывающий увеличение продолжительности рабочего цикла по сравнению с расчетной, (k_ц =0,75).

.

Баланс мощности при  копании:

,

где N_e - расчетная мощность дизеля, кВт;

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

N_ро - мощность на привод рабочего органа, кВт;

N_конв - мощность на привод конвейера, кВт;

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

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

Ориентировочно принимаем:

 

Мощность на привод конвейера N _конв, кВт:

 (4)

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

(m = 0,05 кВт · ч/м_і);

П_Т - техническая производительность экскаватора, м3/ч;

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

.

Мощность на привод рабочего органа N_ро, кВт:

,

где N_коп - мощность, затрачиваемая на копание грунта, кВт:

,

 

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

.

N_под - мощность, затрачиваемая на подъем грунта до уровня разгрузки ковшей, кВт:

,

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

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

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

По формуле получим

(N_пер+ N_су)=0,1(60.51+54.16)=11.46 кВт.

Окончательно мощность дизеля равна:

Для машин продольного  копания расчет устойчивости проводится в двух положениях — рабочем и транспортном. При расчете устойчивости роторного экскаватора проверяются три положения: 1) рабочее, при котором учитывается помимо основных нагрузок сила резания ротора и ветер при Р_в = 25-4-40 кГ/м2; 2) нерабочее или транспортное, при котором учитывается ветер при Р_о = 100-4-200 кГ/м’2, оказывающий давление в сторону роторной стрелы или противовеса; 3) монтажное, которое соответствует снятой роторной стреле и ветровой нагрузке, действующей в сторону противовеса.

Вес противовеса для  многоковшовых экскаваторов определяется, так же, как и для одноковшовых, исходя из того, чтобы равнодействующая всех весов и сил на поворотной платформе не выходила за пределы  опорно-поворотного круга.

Определение основных параметров ротора/

Диаметр ротора по зубьям, м:

D=1,41·h+0,65, (9)

где h - глубина копания, м (h=1,5 м).

D=1,41·1,5+0,65=2.76 м.

Радиус ротора по ковшам R_k, м:

;

.

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

Угловая скорость вращения ротора ώ_р , рад/с:

,

где ώ_р._кр.- критическая угловая скорость, при которой центробежная сила инерции, действующая на частицы в ковшах, находящихся в зоне разгрузки, уравновешивает их силу тяжести, рад/с:

где g – ускорение свободного падения, м/с2 (g=9,81 м/с2)

Окружная скорость ротора V_p , м/с [2]:

; (17)