Общий расчет гидравлических экскаваторов.

Расчет рабочего оборудования гидравлического экскаватора обычно выполняют в два этапа. Первоначально определяют необходимую мощность насоса по заданной производительности и рабочие размеры оборудования по техническим требования. На втором этапе, исходя из выбранной мощности привода, проверяют работоспособность рабочего оборудования в различных грунтовых условиях и усилия, действующие на рабочее оборудование при различных положениях ковша в забое.

Предварительно выбирать мощность привода можно по усилию копания или удельной энергоемкости копания. Произвести расчет по усилию копания можно тогда, когда известны размеры частей рабочего оборудования и скорость копания. Для выбора мощности двигателя по удельной энергоемкости копания достаточно знать только продолжительность копания, определяемую в зависимости от продолжительности цикла.

Расчет мощности привода по усилию копания производится с учетом работы в наиболее тяжелых условиях (копание грунта ׀׀׀ и ׀V категорий). Усилие копания, на зубьях ковша в виде касательной

Rр_коп и нормальной Rн_коп составляющих (рис. 5.8) с достаточной степенью точности можно определить по упрощенным формулам:

; (5.9)

; (5.10)

где к₁ – коэффициент удельного сопротивления грунта копанию (табл. 1.3) b – ширина ковша; h – толщина стружки; φ₁ – коэффициент пропорциональности, равный 0,1-0,6.

Толщина стружки h определяется по формуле:

; (5.11)

где q_к - вместимость ковша; k_н - коэффициент наполнения ковша, для грунтов ІІІ и ІV категорий k_н=1,1-1,5; H₁ - глубина (высота) копания; k_р - коэффициент разрыхления грунта (табл. 2.1).

При определении усилий в гидроцилиндрах рабочих оборудования траекторию копания разбивают на 8-10 положений. Величину усилия в каждом положении определяют графоаналитическим методом составляя уравнения моментов внешних сил и сил тяжести звеньев, приложенных в центрах тяжести и действующих относительно осей вращения звеньев рабочего оборудования.

Расчетное усилие в штоке гидроцилиндра ковша S_ц.к находится из условия равновесия сил, действующих на ковш, в том числе силы тяжести ковша с грунтом G_к+г (рис. 5.8 а, б). Искомое усилие определяется по сумме моментов всех сил, действующих на ковш относительно точки оси поворота ковша О_к, или графическим способом.

Расчетное усилие в штоках гидроцилиндров рукояти S_ц.р находится из условия равновесия сил, действующих на рукоять с ковшом, в том числе сил тяжести рукояти G_р и грунта с ковшом G_{к+г .} и сил сопротивления копанию Rр_коп и R_Nкоп. Искомое усилие вычисляют по сумме моментов сил, действующих на рукоять с ковшом относительно точки оси поворота рукояти О_р, или графически (рис. 5.8 в, г).

Расчетное усилие в штоках гидроцилиндров стрелы S_ц.с находится на аналогичных условиях с учетом действия сил тяжести стрелы G_с, рукояти ковша G_р и ковша с грунтом G_к+г. Усилие S_ц.с вычисляют по сумме моментов сил, действующих на стрелу и рукоять с ковшом относительно точки оси пяты стрелы О_с или графически (рис. 5.8 д, е).

Усилия в гидроцилиндрах рабочего оборудования можно находить и графическим методом, путем построения замкнутых силовых многоугольников для каждого подвижного звена. Для этого строят кинематическую схему рабочего оборудования экскаватора в масштабе, траекторию копания разбивают также на 8-10 положений. Расчет ведут по звеньям, к которым прикладываются все внешние силы и реакции.

Рис. 5.8. Схемы к определению усилий в гидроцилиндрах рабочего оборудования: а, б – ковша обратной и прямой лопаты; в, г – рукояти обратной и прямой лопаты; д, е – стрелы прямой и обратной лопаты.

Скорости штоков гидроцилиндров V_ц.к, V_ц.р, V_ц.с, должны соответствовать скорости копания и длительности рабочего цикла экскаватора. Мощность рабочего движения копания, полагая, что в расчетных условиях оно осуществляется одновременным действием гидроцилиндров только стрелы и рукояти:

; (5.12)

где η_р и η_с – КПД соответствующих гидроцилиндров.

Для предварительного определения мощности насосов по удельной энергоемкости копания используют принцип равенства работы, отданной насосами и затраченной на копание, из которого следует:

; (5.13)

где η - КПД, системы привода рукояти или ковша, η₀= 0,8÷0,9 – коэффициент использования мощности привода.

Исходя из равенства работ, выполненных гидроцилиндром и затрачиваемых машиной на копание при заполнении ковша, можно записать:

; (5.14)

где р - давление рабочей жидкости гидросистемы; F_ц - площадь поршня; L_ц - рабочий ход поршня.

Из полученного уравнения определяют потребный рабочий объем гидроцилиндра:

; (5.15)

Аналогично, исходя из определения работы, затрачиваемой на преодоление сил тяжести, можно определить необходимые объемы гидроцилиндров подъема стрелы с рабочим оборудованием:

; (5.16)

где М – масса рабочего оборудования; h_п - высота подъема центра тяжести рабочего оборудования, определяемая по разности отметок в верхнем и нижнем положениях его.

Зная необходимый рабочий объем цилиндра q_ц, можно определить его диаметр Д и ход поршня L_ц по конструктивным соображениям исходя из зависимости:

; (5.17)

При этом потребная производительность гидронасоса равна:

; (5.18)

где t_р – время рабочего хода цилиндра.

Мощность привода гидронасоса:

; (5.19)

где η – КПД гидронасоса.

При совмещении операций мощность привода экскаватора составит:

;

где ΣN_i – сумма мощностей привода насосов, участвующих в совмещенных операциях.

На современных гидравлических экскаваторах обычно совмещают две или три операции (например, подъем стрелы и поворот рукояти, подъем стрелы и поворот). Во время передвижения экскаватора насосы, приводящие в действие рабочее оборудование, используют для привода передвижения. При этом выбирать производительности насосов следует с учетом обеспечения затрат энергии на передвижение машины с заданной скоростью.

Исходя из предварительно выбранных размеров элементов рабочего оборудования, гидроцилиндров и гидронасосов, производят уточненный проверочный расчет рабочего оборудования. Задача этого расчета заключается в определении работы копания, обеспечиваемой машиной, и категории грунта, который может разрабатывать экскаватор. Данные проверочного расчета используют также для расчета конструкции машины на прочность.

Дата добавления: 2015-07-20