Тема: расчет производительности одноковшового экскаватора

Цель занятия:Изучить кинематическую схему, научиться определять техническую и сменную эксплуатационную производительность одноковшового экскаватора

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ

1. Выполнить кинематическую схему одноковшового экскаватора.

2. По схеме указать название узлов и механизмов, обозначенных римскими цифрами и буквами.

3. Определить по кинематической схеме угловую скорость вращения звена (звездочка или шестерня), указанного в задании.

4. Определить техническую производительность экскаватора.

5. Определить сменную эксплуатационную производительность экскаватора.

а—прямая лопата; б—обратная лопата; в—драглайн; г—кран; д — грейфер; Н₁ — высота (глубина) копания; Н₂—высота разгрузки (подъема); r₁ — радиус копания; r₂— радиус выгрузки

Рисунок 8.1 - Основные виды рабочего оборудования одноковшовых экскаваторов

МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. По рис. 8.2 вычерчиваем кинематическую схему экскаватора Э-652.

2. Указываем на схеме, пользуясь табл. 8.2 и плакатами, название основных деталей и узлов.

3. Определяем угловую скорость вращения заданного звена (см. табл. 8.2) по формуле

с^-1 (8.1)

где w_дв – угловая скорость вращения вала двигателя, с^-1;

i_общ – общее передаточное число, определяемое произведением

i_общ = i₁ i₂ i_n (8.2)

где i_n – передаточное число одной кинематической пары. Последнее, определяется отношением

(8.3)

где z_n, z_n-1 – количество зубьев соответственно ведомого и ведущего звеньев

Таблица 8.1 – Исходные данные для расчета

Ва- ри- ант	Высота забоя Н, м	Вмести- мость Q, м3	Группа грунта	Угол пово-рота экскава- тора, град	Частота вращения двигателя	Номер пози- ции элемента для расчета
	6,2	7,2	I
	5,8	6,0	II
	5,4	5,3	III
	5,0	5,0	IV
	4,5	3,0	I
	4,0	7,2	II
	6,2	6,0	III
	5,8	5,3	IV
	5,4	5,0	I
	5,0	3,0	II
	4,5	7,2	III
	4,0	6,0	IV
	6,2	5,3	I
	5,8	5,0	II
	5,4	3,0	III
	5,0	7,2	IV
	4,5	6,0	I
	4,0	5,3	II
	6,2	5,0	III
	5,8	3,0	IV
	5,4	7,2	I
	5,0	6,0	II
	4,5	5,3	III
	4,0	5,0	IV
	6,2	3,0	I
	5,8	7,2	II
	5,4	6,0	III
	5,0	5,3	IV
	4,5	5,0	I
	4,0	3,0	II

Таблица 8.2 – Обозначение к кинематической схеме экскаватора Э-652

Позиция	Наименование узла или детали	Позиция	Наименование узла или детали
А	Двигатель		Звездочка z1 = 23
Б	Главная муфта		Звездочка z2 = 96
В	Стрелоподъемный барабан		Шестерня z3 = 15
Г	Подъемный барабан		Шестерня z4 = 70
Д	Напорный барабан		Шестерня z5 = 76
I	Вал главной муфты		Звездочка z6 = 15
II	Горизонтальный вал реверсивного механизма		Звездочка z7 = z¢7 =15
III	Промежуточный вал		Звездочка z8 = 19
IV	Вал главной лебедки		Звездочка z9 = 15
V	Вал напорного барабана		Звездочка z10 = 15
VI	Вертикальный вал ревер-сивного механизма		Коническая шестерня z11 = 18
VII	Вал переключения передач		Коническая шестерня z12 = 27
VIII	Вал механизма поворота		Шестерня z13 = 12
IX	Вертикальный вал механизма		Шестерня z14 = 17
X	Горизонтальный вал механизма хода		Шестерня z15 = 24
XI	Приводной вал ведущей звездочки ходовой части		Шестерня z16 = 30
			Шестерня z17 = 40
	Коническая шестерня z22 = 17		Шестерня z18 = 10
	Звездочка z23 = 10		Зубчатый венец z19 = 79
	Звездочка z24 = 19		Шестерня z20 = 40
	Звездочка z25 = 8		Коническая шестерня z21 = 11

4. Определяем техническую производительность одноковшового экскаватора по формуле

м³/ч, (8.4)

где g – емкость ковша экскаватора, м³ (табл. 8.5);

k_н – коэффициент наполнения ковша грунтом (табл. 8.4);

k_р – коэффициент разрыхления грунта в ковше (табл. 8.4);

t_ц – продолжительность рабочего цикла.

с, (8.5)

где t_р – время разгрузки, принимаем 2 с;

t_к – время копания грунта.

с, (8.6)

где k_В – коэффициент изменения времени копания (табл. 8.4);

G – масса экскаватора, т (табл. 8.5);

t_п – время поворота экскаватора к месту разгрузки, с;

t¢_п – время поворота экскаватора к исходному положению, с, принимаем t_п= t¢_п, поэтому t_п+ t¢_п= 2 t_п.

Время 2 t_п выбирается по следующей зависимости, заданной углом поворота экскаватора

90° 2 t_п£ 1,2R_в

135° 2 t_п£ 1,55R_в

180° 2 t_п£ 1,99R_в

где R_в – радиус выгрузки, м (табл. 8.5).

5. Определяем сменную эксплуатационную производительность экскаватора

(8.7)

где К_тр – коэффициент, учитывающий перерывы на смену транспортных средств у экскаватора

(8.8)

где Q – емкость кузова автосамосвала, м³ (табл. 8.1);

t_обм – время обмена автосамосвала у экскаватора, принимаем 0,01 ч;

K_пер – коэффициент, учитывающий время на передвижение экскаватора.

.

t_пер – время передвижения экскаватора к новому элементу забоя, принимаем равное 0,018 ч;

V – объем элемента забоя, разрабатываемый с одной стоянки.

м³ (8.9)

где Н – высота забоя, м (табл. 8.1);

R – наибольший радиус копания, м (табл. 8.5);

l_р – длина рукоятки, м (табл. 8.5);

П_р – число часов работы экскаватора в смену, исключая время на пересмену, смазку машины, крепежный ремонт, очистку ковша и т.д., принимаем 7 ч.

Таблица 8.3 – Характеристика грунтов

№ ва- рианта	Грунт	r, кг/м3	k, Н/м2	c	f	j	kp
	Сухой песок		12х104	0.48	0.15	0.50	1.10
	Песок влажностью 12-15%		11,6 х104	0,46	0,05	0,70	1,15
	Чернозем влажностью 4-6%		11,2 х104	0,43	0,08	0,60	1,30
	Супесь и суглинок влажностью 4-6%		10,8 х104	0,39	0,20	0,55	1,30
	Сухая глина		10,4 х104	0,31	0,25	0,85	1,25
	Сухой песок		12х104	0.48	0.15	0.50	1.10
	Песок влажностью 12-15%		11,6 х104	0,46	0,05	0,70	1,15
	Чернозем влажностью 4-6%		11,2 х104	0,43	0,08	0,60	1,30
	Супесь и суглинок влажностью 4-6%		10,8 х104	0,39	0,20	0,55	1,30
	Сухая глина		10,4 х104	0,31	0,25	0,85	1,25

Дополнительный вариант выбирается по последней цифре зачетной книжки

Таблица 8.4 – Значения коэффициентов

Группа грунта	I	II	III	IV
Коэффициент наполнения, Кн	1,05	1,1	1,2	1,05
Коэффициент рыхления грунта, Кр	1,05	1,1	1,15	1,2
Коэффициент времени копания, Кв	0,75	0,9	1,0	1,3

Таблица 8.5 – Параметры экскаваторов

Показатель	Марка экскаватора
ЭО-3311	ЭО-4111	ЭО-1001	ЭО-6111	ЭО-6112	ЭО-2505
Дополнительный вариант	1,2	3,4	5,6	7,8
g, м3	0,4	0,65	1,0	1,25	1,25	2,5
G, т	11,7	22,6	36,0	43,0	42,0	94,0
Rв, м	5,4	7,2	7,4	7,9	8,3	9,7
R, м	5,9	7,8	8,4	9,9	9,1	11,1
lр,	2,3	4,5	4,91	4,9	4,9	6,1

Рисунок 8.2 – Кинематическая схема экскаватора Э-652

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 7

ТЕМА: РАСЧЕТ БУЛЬДОЗЕРА

Цель занятия:Произвести расчет производительности бульдозера.

Данные для расчета приведены в таблице 9.1.

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ

1. Определить общее усилие сопротивления при работе бульдозера.

2. Проверить по условию сцепления отсутствие буксования движителей трактора.

3. Вычислить продолжительность цикла работы бульдозера.

4. Определить производительность бульдозера при разработке и транспортировке грунта.

1—ножи; 2 — козырек; 3—отвал; 4—гидроцилиндры подъема и опускания отвала; 5— направляющие ползуны опорных пальцев; 6 — опорный шарнир; 7 — гидроцилиндры перекоса отвала; 8—направляющие ползунов толкателей; 9 — ползун; 10—универсальная рама; 11—толкатель; 12 — гидроцилиндр поворота отвала в плане; 13—наголовник; 14 — штырь; 15, 16—проушины

Рисунок 9.1 - Бульдозер с поворотным отвалом

МЕТОДИКА РАСЧЕТА

1. Определяем общее усилие сопротивления при работе бульдозера по формуле

(9.1),

где Р_р – сопротивление грунта резанию, Н;

Р_п – сопротивление волочению призмы грунта, Н;

Р_т – сопротивление внутреннему трению, Н;

Р_пт – сопротивление передвижению базового трактора, Н.

1.1. Сопротивление грунта резанию

Н, (9.2)

где b – длина отвала, м (табл. 9.2);

c – толщина срезаемого слоя, м (табл. 9.4);

k – коэффициент сопротивления грунта резанию, Н/м² (табл. 9.4).

1.2. Сопротивление волочению призмы грунта впереди отвала

Н, (9.3)

где g – ускорение свободного падения, м/с²;

h – высота отвала, м (табл. 9.2);

j_r – угол естественного откоса грунта, j_r = 39-40°;

r - плотность грунта, кг/м³ (табл. 9.4);

m - коэффициент трения грунта по грунту равный 0,3-0,5;

i – уклон пути (табл. 9.1).

1.3. Сопротивление внутреннему трению

Н, (9.4)

где c - коэффициент, учитывающий влияние вида грунта (табл. 9.4).

1.4. Сопротивление движению трактора

Н, (9.5)

где G – сила веса бульдозера с трактором, Н (табл. 9.2);

f – удельное сопротивление движению (табл. 9.4).

2. Проверяем по условию сцепления отсутствие буксования движителей трактора

Н, (9.6)

где j - коэффициент сцепления с поверхностью пути (табл. 9.4);

Р – тяговое усилие трактора, Н (табл. 9.3).

3. Вычисляем продолжительность цикла работы бульдозера по формуле

с, (9.7)

где t_р; t_пг; t_ох; t_дв – время соответственно резания, перемещения грунта, обратного хода и дополнительное, с.

Таблица 9.1 - Исходные данные для расчета

№ варианта	Длина участка l2, м	Уклон i	Марка трактора
		0,03	Т-100МЗГП
		0,04	Т-74-09
		0,05	ДТ-75-С2
		0,06	Т-4АП2
		0,07	Т-100МЗ
		0,08	Т-130.1.Г-1
		0,09	Т-130.1.Г-1
		0,02	ДЭТ-250
		0,015	Т-180
		0,020	Т-4АП1
		0,025	Т-100МЗГП
		0,030	Т-74-09
		0,035	ДТ-75-С2
		0,040	Т-4АП2
		0,045	Т-100МЗ
		0,050	Т-100МЗГП
		0,055	Т-74-09
		0,060	ДТ-75-С2
		0,065	Т-4АП2
		0,070	Т-100МЗ
		0,075	Т-130.1.Г-1
		0,085	Т-130.1.Г-1
		0,090	ДЭТ-250
		0,020	Т-180
		0,025	Т-4АП1
		0,030	Т-100МЗГП
		0,035	Т-74-09
		0,040	ДТ-75-С2
		0,045	Т-4АП2
		0,050	Т-100МЗ

Время резания подсчитывается по формуле

с, (9.8)

где u_р – скорость движения бульдозера при резании грунта, м/с.

Здесь и далее скорости подбираются по табл. 9.3 из условия, что окружное усилие на ободе ведущего колеса (звездочке) больше суммы сил сопротивлений, действующих на бульдозер при выполнении определенной операции;

l₁ – длина пути резания, определяемая по формуле

м, (9.9)

Время перемещения грунта определим по формуле

с, (9.10)

где l₂ – длина пути перемещения грунта, м (табл. 9.1);

u_пг – скорость движения бульдозера при перемещении грунта, м/с.

Время обратного хода бульдозера определим по формуле

(9.11)

где u_ох – скорость движения бульдозера при обратном ходе, м/с;

t – дополнительное время, с.

В дополнительное время входит время на переключение скорости (до 5 с), подъем и опускание отвала (до 4 с) и разворот трактора (до 10 с).

4. Определяем производительность бульдозера при разработке и транспортировке грунта

м³/ч, (9.12)

где k_р – коэффициент разрыхления грунта (табл. 9.4);

a – ширина призмы грунта впереди отвала

(9.13)

y - коэффициент потери грунта

(9.14)

n – число циклов за один час работы

(9.15)

Таблица 9.2 - Характеристика бульдозеров

Параметры	ДЗ-29	ДЗ-42Г	ДЗ-128	ДЗ-101	ДЗ-101А	ДЗ-54	ДЗ-27С	ДЗ-110	ДЗ-110А	ДЗ-35	ДЗ-35Б	ДЗ-118	ДЗ-59	ДЗ-124ХЛ
Базовый трактор	Т-74	ДТ-75	ДТ-75П	Т-4АП1	Т-4АП2	Т-100М	Т-130	Т-130	Т-130	Т-180	Т-180КС	ДЭТ-250М	Т-330	Т-330
Класс трактора
Сила веса бульдозера с трактором G, кН	65,6	69,1	72,5	98,2	101,5	137,1	133,5	163,0	160,5	170,6	202,9	348,0	440,0	465,0
Длина отвала b, м	2,56	2,56	2,56	2,8	2,8	3,22	3,22	3,22	3,22	3,36	3,64	4,31	3,6	4,73
Высота отвала h, м	0,8	0,8	0,8	0,99	0,99	1,1	1,1	1,15	1,18	1,2	1,2	1,37	1,2	1,55

Таблица 9.3 – Технические характеристики тракторов

Марка трактора	Параметры	Передача
ДТ-75-С2	Скорость, u, м/с Тяговое усилие, Р, кН	1,47 34,7	1,64 30,6	1,83 27,0	2,03 23,8	2,27 20,3	2,52 17,9	3,11 13,5	- -
Т-4АП1 Т-4АП2	Скорость, u, м/с Тяговое усилие, Р, кН	0,96 50,0	1,12 50,0	1,29 50,0	1,40 49,6	1,76 41,6	2,04 34,9	2,38 29,2	2,65 25,5
Т-100МЗ Т-100МЗГП	Скорость, u, м/с Тяговое усилие, Р, кН	0,66 95,0	1,05 56,0	1,25 45,5	1,76 29,0	2,04 15,0	- -	- -	- -
Т-130.1.Г-1	Скорость, u, м/с Тяговое усилие, Р, кН	0,89 95,0	1,06 77,0	1,23 65,0	1,46 53,0	1,76 42,0	2,12 33,0	2,46 27,3	2,93 21,0
Т-180 ДЭТ-250	Скорость, u, м/с Тяговое усилие, Р, кН	0,79 132,8	1,29 81,8	1,77 59,2	2,4 43,6	3,38 26,2	- -	- -	- -
Т-74-С9	Скорость, u, м/с Тяговое усилие, Р, кН	1,2 34,0	1,51 27,0	1,86 27,0	2,12 18,2	2,6 14,1	3,19 10,7	- -	- -

Таблица 9.4 – Характеристика грунтов

№ варианта	Грунт	r, кг/м3	k, Н/м2	c	f	j	kp	с
	Сухой песок		12х104	0.48	0.15	0.50	1,1	0,10
	Песок влажностью 12-15%		11,6 х104	0,46	0,05	0,70	1,15	0,15
	Чернозем влажностью 4-6%		11,2 х104	0,43	0,08	0,60	1,30	0,25
	Супесь и суглинок влажностью 4-6%		10,8 х104	0,39	0,20	0,55	1,30	0,15
	Сухая глина		10,4 х104	0,31	0,25	0,85	1,25	0,10
	Сухой песок		12х104	0.48	0.15	0.50	1,1	0,10
	Песок влажностью 12-15%		11,6 х104	0,46	0,05	0,70	1,15	0,15
	Чернозем влажностью 4-6%		11,2 х104	0,43	0,08	0,60	1,30	0,25
	Супесь и суглинок влажностью 4-6%		10,8 х104	0,39	0,20	0,55	1,30	0,15
	Сухая глина		10,4 х104	0,31	0,25	0,85	1,25	0,10

Дополнительный вариант выбирается по последней цифре зачетной книжки.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ № 8