Главная       Продать работу       Блог       Контакты       Оплата       О нас       Как мы работаем       Регистрация       Вход в кабинет
Тех. дипломные работы
   автомобили
   спец. техника
   станки
   тех. маш.
   строительство
   электроснабжение
   пищевая промышленность
   водоснабжение
   газоснабжение
   автоматизация
   теплоснабжение
   холодильники
   машиностроение
   др. тех. специальности

Тех. курсовые работы
   автомобили
   спец. техника
   станки
   тех. маш.
   строительство
   детали машин
   электроснабжение
   газоснабжение
   водоснабжение
   пищевая промышленность
   автоматизация
   теплоснабжение
   ТММ
   ВСТИ
   гидравлика и пневматика
   машиностроение
   др. тех. специальности

Тех. дополнения
   Отчеты
   Расчетно-графические работы
   Лекции
   Задачи
   Лабораторные работы
   Литература
   Контрольные работы
   Чертежи и 3D моделирование
   Тех. soft
   Рефераты
   Общий раздел
   Технологический раздел
   Конструкторский раздел
   Эксплуатационный раздел
   БЖД раздел
   Экономический раздел
   Экологический раздел
   Автоматизация раздел
   Расчетные работы

Гум. дипломные работы
   педагогика и психология
   астрономия и космонавтика
   банковское, биржевое дело
   БЖД и экология
   биология и естествознание
   бухгалтерский счет и аудит
   военное дело
   география
   геология
   государство и право
   журналистика и СМИ
   иностранные языки
   история
   коммуникации
   краеведение
   кулинария
   культура и искусство
   литература
   экономика и торговля
   математика
   медицина
   международное отношение
   менеджмент
   политология
   музыка
   религия
   социология
   спорт и туризм
   таможенная система
   физика
   химия
   философия
   финансы
   этика и эстетика
   правознавство

Гум. курсовые работы
   педагогика и психология
   астрономия и космонавтика
   банковское, биржевое дело
   БЖД и экология
   биология и естествознание
   бухгалтерский счет и аудит
   военное дело
   география
   геология
   государство и право
   журналистика и СМИ
   иностранные языки
   история
   коммуникации
   краеведение
   кулинария
   культура и искусство
   литература
   экономика и торговля
   математика
   медицина
   международное отношение
   менеджмент
   политология
   музыка
   религия
   социология
   спорт и туризм
   таможенная система
   физика
   химия
   философия
   финансы
   этика и эстетика
   правознавство

Гум. дополнения
   Отчеты
   Расчетные работы
   Лекции
   Задачи
   Лабораторные работы
   Литература
   Контрольные работы
   Сочинения
   Гум. soft
   Рефераты

Рефераты
   Авиация и космонавтика
   Административное право
   Арбитражный процесс
   Архитектура
   Астрология
   Астрономия
   Банковское дело
   Безопасность жизнедеятельнос
   Биографии
   Биология
   Биология и химия
   Биржевое дело
   Ботаника и сельское хоз-во
   Бухгалтерский учет и аудит
   Валютные отношения
   Ветеринария
   Военная кафедра
   ГДЗ
   География
   Геодезия
   Геология
   Геополитика
   Государство и право
   Гражданское право и процесс
   Делопроизводство
   Деньги и кредит
   ЕГЭ
   Естествознание
   Журналистика
   ЗНО
   Зоология
   Издательское дело и полиграф
   Инвестиции
   Иностранный язык
   Информатика
   Информатика, программировани
   Исторические личности
   История
   История техники
   Кибернетика
   Коммуникации и связь
   Компьютерные науки
   Косметология
   Краеведение и этнография
   Краткое содержание произведе
   Криминалистика
   Криминология
   Криптология
   Кулинария
   Культура и искусство
   Культурология
   Литература : зарубежная
   Литература и русский язык
   Логика
   Логистика
   Маркетинг
   Математика
   Медицина, здоровье
   Медицинские науки
   Международное публичное прав
   Международное частное право
   Международные отношения
   Менеджмент
   Металлургия
   Москвоведение
   Музыка
   Муниципальное право
   Налоги, налогообложение
   Наука и техника
   Начертательная геометрия
   Оккультизм и уфология
   Остальные рефераты
   Педагогика
   Политология
   Право
   Право, юриспруденция
   Предпринимательство
   Прикладные науки
   Промышленность, производство
   Психология
   психология, педагогика
   Радиоэлектроника
   Реклама
   Религия и мифология
   Риторика
   Сексология
   Социология
   Статистика
   Страхование
   Строительные науки
   Строительство
   Схемотехника
   Таможенная система
   Теория государства и права
   Теория организации
   Теплотехника
   Технология
   Товароведение
   Транспорт
   Трудовое право
   Туризм
   Уголовное право и процесс
   Управление
   Управленческие науки
   Физика
   Физкультура и спорт
   Философия
   Финансовые науки
   Финансы
   Фотография
   Химия
   Хозяйственное право
   Цифровые устройства
   Экологическое право
   Экология
   Экономика
   Экономико-математическое мод
   Экономическая география
   Экономическая теория
   Этика
   Юриспруденция
   Языковедение
   Языкознание, филология

Главная > Тех. дипломные работы > спец. техника
Название:
Проект модернизации экскаватора-планировщика

Тип: Дипломные работы
Категория: Тех. дипломные работы
Подкатегория: спец. техника

Цена:
12 руб



Подробное описание:

ВВЕДЕНИЕ
Основной задачей капитального строительства есть образование и обновление основных фондов, предназначенных для развития производства, решение социальных задач и повышения эффективности строительного комплекса.
Особое внимание в этой связи должно отводиться оснащению областей строительного комплекса передовой техникой и образование на этой основе строительных машин и оборудования, значительно повещающих технический уровень строительства, позволяя резко сократить использование ручной работы и обеспечить комплексную механизацию всех стадий строительного процесса. Указанные мероприятия позволяют существенно понизить стоимость строительства и поднять его качество.
Одноковшовые экскаваторы продолжают занимать ведущие места среди машин для земельных работ и их технико-эксплуатационные показатели в значительной мере определяются типом повода, усовершенствованием конструкции, качеством изготовления и организационно-техническим уровнем эксплуатации.
В настоящее время заводы прошлого союзного министерства строительного, дорожного и коммунального машиностроения, стран входящих в состав СНГ, выпускают широкую гамму одноковшовых экскаваторов ІІ-VІ размерных групп с гидравлическими, механическими, гидромеханическими и электротехническими поводами. Широкое использование гидропривода главным образом изменяет конструктивные и эксплуатационные показатели одноковшовых экскаваторов и существенно повышает их уровень, поэтому в последнее время внимание отводится развития производства экскаваторов с гидроприводом.
К основным тенденциям развития гидравлических экскаваторов следует отнести [1]:
А) повышение в 1,5-2,0 раза производительности новых экскаваторов, понижение на 20% удельной материалоемкости и на 10% удельной энергоемкости машин;
Б) значительное улучшение показателей надежности и технического обслуживания;
В) повышение универсальности за счет увеличения видов сменного рабочего оборудования и номенклатуры сменных рабочих органов до 40 наименований;
Г) разработка и применения унифицированных составляющих частей и комплектующих изделий для их использования в новых машинах;
Д) создание машин нового типа - экскаваторов-манипуляторов с комплектом быстросъемных рабочих органов для комплексной механизации работ в строительстве;
Е) автоматизация рабочих операций и управления силовой установкой;
Ж) усовершенствование систем управления и образования комфортных условий для работы машиниста;
З) внедрение микропроцессорной техники и диагностических средств с соответствующим устройством отображения информации.

1. ОБОСНОВАНИЕ И ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТЬ ТЕМЫ
1.1 Общие сведенья об экскаваторе-планировщике
Как известно, экскаваторы являются основным типом землеройных погрузочно-разгрузочных машин. Но если брать в процентном соотношении, то экскаваторов-планировщиков (рис.1.1) из всего многообразия моделей не так уж и много

Рис. 1.1. Экскаваторы-планировщики.
Экскаваторы планировщики предназначены в основном для планировки грунтовых откосов, на которых значительную долю в их протяженности занимает земляное полотно на насыпи или в выемке, в том числе даже в условиях равнинной местности, где высота насыпи значительно увеличивается на подходах к мостам и путепроводам (рис.1.2).

Рис. 1.2. Рабочий процесс экскаватора-планировщика
Планировщики - универсальны, они могут заменить целый парк машин, потому что при помощи навесного оборудования выполняют все нужные операции: копание грунта, погрузку грунта и других материалов в транспортные средства, рыхление грунта и кирковку дорожных покрытий, снос строений, ремонт труб в любой отрасли (водоснабжение и теплоснабжение, нефтяная, газовая).
В дорожном строительстве такой экскаватор незаменим при планировке откосов, насыпей и разных выемок земляного полотна. Откосы встречаются по 12 метров, следовательно, автогрейдеру взять такую высоту не под силу. К тому же, откосы по всей длине ремонтируемой дороги бывают переменными. Даже при небольшой высоте у любой другой техники ничего не получится.
Также машина справится с планировочными работами на подходах к мостам и другим искусственным сооружениям. Кроме возможности рыть траншеи или котлованы, экскаватор-планировщик за короткий промежуток времени сможет осуществить загрузку или выгрузку сыпучих материалов, в том числе с открытых железнодорожных платформ.
Экскаватор-планировщик может работать в стесненных условиях. Весь комплекс земляных работ выполнит данная машина. Благодаря телескопической стреле (рис.1.3.) экскаватор работает на недоступных другой технике участках. Также он может дублировать функции автокрана. Практически на всех экскаваторах-планировщиках смена оборудования для выполнения той или иной части работы не занимает много времени.

Рис.1.3. Конструктивные особенности машины.
Экскаватор-планировщик выполняет такие сложные технические операции, как обваловка скважин буровых установок, строительство и аварийно-ремонтные работы на трубопроводах. Ко всему перечисленному, он задействован при возведении и обслуживании инфраструктуры нефтеперерабатывающих предприятий, ликвидации аварийных ситуаций на объектах нефтедобычи.
Экскаваторы-планировщики выпускаются на пневмоколесном и гусеничном ходу (рис.1.4).
Гусеничные машины (рис. 1.5) применяются исключительно на строительстве выемок, каналов и планировке откосов земляного полотна. Применение их на ремонте и содержании земляного полотна автомобильных дорог связано с постоянным использованием прицепов-тяжеловозов для их доставки к месту работ и удаления после завершения работ. Поэтому на ремонте и содержании дорог они используются крайне редко.
Экскаваторы-планировщики на пневмоколесном ходу нашли широкое применение именно на ремонте и содержании автомобильных дорог. Они незаменимы при подаче грунта на откос земляного полотна в местах образования промоин; снятии, замене и ремонте растительного слоя грунта на откосах, а также при устройстве на откосах водоотводных сооружений.
Помимо штатного рабочего оборудования экскаватора в номенклатуру опционально входят более 20 наименований (табл.1.1): ковши профильные, планировочные и дренажные, отвалы, клещи-захваты, резчики асфальтобетона, каток статический, виброплита, гидромолот, вилы с захватом, косилка-кусторез, бур, дробилка бетонных блоков, грейферы, удлинительные стрелы.

Экскаваторы-планировщики производства стран СНГ.
Одним из крупных отечественных производителей экскаваторов-планировщиков является ОАО "Мотовилихинские заводы". Завод выпускает телескопические экскаваторы с 1997 года. На сегодняшний день заказчикам

а

б
Рис.1.4. Схемы работы экскаваторов: а - пневмоколесных, б - гусеничных
Таблица 1.1
Навесное оборудование экскаватора-планировщика
№ Название Вид
1. Гидравлический молот
2. Захват для камней массой до 1250 кг.
3. Гидравлическая косилка
4. Лопата для погрузки овощей
5. Ковш для вскрытия дорожного полотна, ширина 0.9 м, объем 0.63 м3.
6. Ковш с рыхлителем, объем 0.5 м3.
Продолжение табл. 1.1
7.


Основной ковш, объем 0.63 м3.
8.
Грейфер, объем 0.5 м3.
9. Удлинители стрелы, длиной 1.5 и 3 м.
10. Профильный ковш для водоотводных каналов с углом 45 град.
11. Отвал, ширина 3м.
12. Фреза, глубина шва до 190 мм.
13.

 

Рыхлитель
Продолжение табл. 1.1
14.

Дренажные лопаты шириной 0.4, 0.5, 0.6 м. и объемом 0.21, 0.27, 0.34 м3.
15. Ковш без зубьев, объемом 0.63 м3
16. Ковш планировочный, ширина 2.5 м., объемом 0.4 м3.
17. Уплотнительный каток
18. Вибрационная платформа
19.

Гидравлические вилы.




Рис. 1.5. Гусеничный экскаватор-планировщик.
предлагаются три модели экскаваторов-планировщиков: ЭО-43212 (ЗТМ-220), ЭО-43213(ЗТМ-221), ЭО-43214 (ЗТМ-220.1). Базовые шасси: КамАЗ-53228, КамАЗ-43118 или Урал-4320 (табл.1.2.). Объем ковша у всех трех моделей - 0,5 кубометра, максимальная высота разгрузки - 5,7 метра, глубина копания от 5,7 до 5,8 метра. Основное отличие экскаваторов пермского завода от их аналогов в том, что механизм ротации стрелы находится в центре неподвижной ее части и поворот рабочего органа происходит вместе со всей подвижной стрелой.
Таблица 1.2
Экскаваторы-планировщики (параметры)
Изображение автомобиля Модель Базовое шасси Объём ковша, м3 Глубина копания, м Радиус копания, м Габаритные размеры, мм Масса, кг
длина ширина высота
EW-25М1.100
53228 0,63 5,45 10 9300 2500 3800 22830
6986 (UDS-114а)
53228 0,6 6,5 10,5 9040 2500 3990 21100
ЭО-43212
КАМАЗ-53228 0,5 5,8 9 8400 2500 3800 19500

В качестве дополнительного навесного оборудования к экскаваторам-планировщикам поставляются: ковш с зубьями шириной 0,9 метра; ковш планировочный шириной 1,1 метра; отвал длиной 2 метра и высотой 0,9 метра. Возможна поставка машины с системой кондиционирования воздуха в кабине машиниста, разработанной СКБ "Криос".
Одним из известнейших производителей экскаваторов в России является ОАО "Тверской экскаваторный завод", который выпускает экскаватор-планировщик ЕА-17 на шасси "Урала". Объем ковша составляет 0,65 кубометра, высота разгрузки - 4,4 метра, глубина копания - 4 метра. Экскаватор унифицирован по многим узлам с выпускаемой серийной продукцией завода и оснащен минским двигателем Д-243. Отличительная особенность рабочего оборудования ЕА-17 от других моделей экскаваторов с шарнирно-сочлененным оборудованием предприятия - четырехзвенный механизм складывания рукояти. Данное техническое решение было вызвано необходимостью вписать машину в дорожный габарит по высоте (4 метра) и улучшить обзор оператору при транспортировке экскаватора (ковш ложится на кабину).
Еще одним производителем этих универсальных машин является ФГУП ПО "Уралвагонзавод". Нижнетагильское предприятие выпускает сегодня мобильные многофункциональные экскаваторы-планировщики ЕТ-1. Экскаватор прекрасно справляется с землеройными работами, прокладкой коммуникаций, прокладкой и обработкой сводов туннелей. ЕТ-1 состоит из силовой и ходовой частей серийного экскаватора ЭО-33211 и телескопической стрелы со сменным рабочим оборудованием. При высоте разгрузки 6,5 метра планировщик может копать траншеи глубиной 5,9 метра.
В Воронеже производством полноповоротных гидравлических экскаваторов на гусеничном и пневмоколесном ходу занимается ОАО "ВЭКС". Планировщик ВЭКС-0К 4-ой размерной группы наиболее эффективно используется на рассредоточенных объектах в условиях городского, сельского, промышленного и транспортного строительства. Он способен разрабатывать грунты с первой по четвертую категорию. Ковш экскаватора модели ВЭКС-20К достаточно вместительный - 1,05 кубометра, максимальная высота разгрузки - 6,5 метра, а глубина копания - 5,2 метра.
Две модели экскаваторов-планировщиков производит ОАО "Экскаватор". Модель планировщика ЭО 3235П Кент33 на базовом шасси КамАЗ-53228 имеет объем ковша 0,63 кубометра, максимальная глубина копания составляет 6,9 метра, а глубина выгрузки - 6,1 метра.
Предприятие ООО "ТАС-Спецмаш", в Набережных Челнах, было создано для разработки универсального экскаватора-планировщика с телескопической стрелой и полноповоротным ковшом ЭО-3533К "Батыр". Полный поворот ковша на конце телескопической стрелы (ротация 360 градусов) позволяет проводить различные виды работ как прямой, так и обратной лопатой. По заказу машина комплектуется различными видами сменных рабочих органов. Основные параметры при работе: наибольшая высота выгрузки - 5,1 метра, радиус копания - 8,7 метра, максимальная глубина копания - не менее 4,9 метра. Тип шасси - КамАЗ-53228.
Челябинский завод "Ремстройдормаш" начал производить экскаваторы-планировщики откосов, которые в являются аналогом чехословацкого UDC-214.
Экскаваторы-планировщики с телескопической стрелой и полноповоротным ковшом поставляет машиностроительное предприятие ООО СП "Святовит", в настоящее время является одним из наиболее динамично развивающихся белорусских машиностроительных предприятий. Сегодня доля рынка компании в странах СНГ по производству и продаже универсальных экскаваторов-планировщиков составляет более 30%.
Данное предприятие проектирует и производит следующие модели: EW-25-T1 "Святовит", модель EW-25-М1 "Святовит" трех модификаций, EW-25- M1 "АНТЕЙ" четырех модификаций. Используемые шасси: МЗКТ, МАЗ, КамАЗ, Урал. Спецшасси МЗКТ отличается от других автомобильных шасси наличием собственной усиленной рамы, обычно устанавливаемой на автомобильной платформе. Экскаваторы "СВЯТОВИТ" и "АНТЕЙ" - аналоги словацких экскаваторов UDS-114 и UDS-214 на базе шасси ТАТРА, только стоят гораздо дешевле. Замена одного оборудования другим происходит в считанные минуты, на шасси предусмотрено специальное место для транспортировки к месту работ планировочной доски. Размеры стрелы позволяют выполнять работы в радиусе 10,5 метра вокруг шасси, копать котлованы и траншеи глубиной до 6,9 метра, укладывать извлеченный грунт на высоту 6,1 метра.
Экскаватор-планировщик "АНТЕЙ" отличается следующими конструкторскими решениями. Гидросистема: применяются оцинкованные трубы; фитинги, гидроарматура, РВД, трубы производства Финляндии, Германии, Великобритании; применено соединение трубопроводов врезными кольцами, что гарантирует герметичность; используются уплотнители и другие РТИ производства Италии, Германии; гидроцилиндры производства Hydronika Dee (Словакия). Модернизирован механизм ротации: модернизирована поворотная головка; при изготовлении быстроизнашивающихся деталей использован антифрикционный механизм. Прочие механизмы: подвижная стрела прочна за счет применения несущих труб из высококачественной стали повышенной прочности; облегчен доступ к обслуживанию ряда основных узлов; возможность установки защитного козырька над лобовым стеклом кабины шасси; в металлоконструкциях установки применены особо прочные низколегированные стали.
Следующий производитель незаменимых машин - украинская фирма "АТЕК" (бывший киевский завод "Красный экскаватор"). "АТЕК" выпускает экскаваторы-планировщики АТЕК-011А и АТЕК-012А на базе шасси КрАЗ-65101. Данное шасси имеет большую грузоподъемность, широкие односкатные шины, а также разрешенный дорожными правилами габарит по ширине в 2,75 метра. Объем ковша АТЕК-011А равен 0,75 кубометра, максимальная высота погрузки - 6,3 метра, глубина копания - 4,8 метра. АТЕК-012А при объеме ковша 0,55 кубометра достигает максимальной высоты разгрузки 5,52 метра и глубины копания 4, 47 метра.
Белорусское ОАО "Кохановский экскаваторный завод" производит экскаваторы-планировщики ЭО-3533, ЭО-3533У, ЭО-3533УА, 3540, 3532А. Между собой они отличаются некоторыми техническими характеристиками и шасси (КамАЗ, МАЗ, Урал). В целом машины обладают большой скоростью передвижения, высокой маневренностью и проходимостью, что делает их универсальными для производства земляных работ. Телескопическая стрела позволяет проводить разработку грунта в труднодоступных местах. В наличии имеются сменные рабочие органы различного назначения (5 видов), которые обеспечивают широкое применение экскаватора.
Дальнее зарубежье
Европейским производителем экскаваторов-планировщиков является чехословацкая фирма "CSM Tisovec a.s.". О качестве машин можно судить по совместным проектам с известными мировыми производителями строительной техники Западной Европы и США.
"CSM Tisovec a.s." производит следующие модели экскаваторов-планировщиков: DH- 214, DH -21421, UDS-114R, UDS-214 (две модели:11 и 22), UDS-232. Практически все машины установлены на шасси ТАТРА с хребтовой рамой. У этих шасси есть независимая торсионная подвеска переднего моста и независимая рессорно-балансирная подвеска заднего моста. UDS-214.11, в отличие от UDS-214.22, имеет микродвижение. Отличительной особенностью модели UDS-214.11 является еще и наличие пневмосистемы, обеспечивающей возможности управления ходом шасси и аутригерами из кабины оператора. У каждой модели - набор дополнительного рабочего оборудования: клещи-захваты, резчики асфальтобетона, каток статический, виброплита, гидромолот, вилы с захватом, косилка-кусторез, бур и дробилка бетонных блоков и т.д. Экскаваторы DH- 214, UDS-214 и UDS-232 оснащены гидравлическим оборудованием немецкой фирмы Rexroth.
"CSM Tisovec a.s." совместно с ОАО "РИАТ" (Набережные Челны, Россия) выпускает универсальный полноповоротный экскаватор-планировщик UDS-134 РИАТ. Экскаватор базируется на шасси КамАЗ. Применение шасси с тремя ведущими мостами позволяет использовать технику на любых строительных объектах. Гидравлическая система планировщика состоит из трех главных каналов и дополняющих каналов для создания давления в сервосистеие. Дополнительное оборудование представлено 23 типами навесных устройств.
Фирма Gradall (США) производит и поставляет 8 моделей экскаваторов-планировщиков: 5 пневмоколёсных, из которых две модели (XL-2300 и XL-3300) имеют аутригеры для обеспечения устойчивости, и у трех моделей (XL-3100, XL4100 и XL- 5100) устойчивость платформы во время работы обеспечивается без аутригеров; 4 модели на гусеничном ходу.
Основная конструктивная особенность экскаваторов-планировщиков этой фирмы состоит в том, что ковш не вращается вокруг продольной оси стрелы, стрела сама поворачивается вокруг своей горизонтальной оси на угол 110-120 градусов в обе стороны. Привод вращения - от гидромотора, который установлен на противоположном от ковша конце стрелы, в то время как в моделях с полноповоротным ковшом гидромотор расположен в месте крепления ковша. Так что гидромотор находится в комфортных условиях, поскольку изолирован от контакта с разрабатываемым грунтом. Ходовая часть колесного экскаватора представляет собой самоходное шасси с двумя или одним ведущим мостом. Применяемые бескамерные шины с наполнителем продлевают срок службы колеса до 10 лет.
На всех моделях установлена система "Микроход", которая обеспечивает управление ходом машины из кабины машиниста-оператора. Узкая кабина оператора обеспечивает хороший обзор рабочей зоны.
В состав дополнительного оборудования входят: ковши - траншейный, экскаваторный с зубьями, зачистной, землечерпательный, грейдерный отвал, кирковщик, удлинитель стрелы от 1,2 до 3,6 метра, стрела Telestick с увеличением радиуса копания до 15 метров (кроме моделей ХL 2300 и ХL 3100), пневмо- и гидромолотки, бур и т.д.
Еще одной американской фирмой изготавливающей экскаваторы-планировщики является фирма Badger. Она производит такие модели планировщиков, как Badger 670 и Badger 460. Американский производитель признает, что машины сегодня должны работать в труднодоступных местах. Поэтому для использования на бездорожье Badger предлагает линию экскаваторов с резиновыми шинами и приложениями. Эффективное использование техники так же достигается за счет обеспечения операторов надежным и удобным контролем машины.
1.2 Основные направления и общие тенденции развития рабочих органов экскаватора.
Анализ развития землеройных машин и патентных материалов позволяет установить следующие основные тенденции в развитии рабочих органов:
– увеличение размеров соответственно повышению мощности машин;
– разделение на функциональные элементы и узлы в соответствии с особенностями процессов взаимодействия с грунтом;
– применение устройств, интенсифицирующих копание, транспортирование и разгрузку грунта;
– применение устройств, обеспечивающих оптимизацию параметров в процессе работы в зависимости от выполняемых операций; применение новых физических методов разрушения грунтов.
Общие тенденции развития конструкции экскаватора связаны с совершенствованием конструкции базовых машин экскаватора и РО. Наиболее важными из них являются:
– расширение типоразмерного ряда в направлении создания малогабаритных и тяжёлых машин;
– повышение удельной мощности при сравнительно небольшом увеличении массы;
– применение более прочных материалов, введение смазки, защитных устройств;
– снижение трудоёмкости технического обслуживания;
– улучшение условий труда за счёт снижения трудоёмкости управления машиной, уменьшение шума, вибраций, загазованности, запылённости;
– повышения безопасности работы оператора, благодаря внедрению защиты;
– создание тяжёлых экскаваторов на базе спаренных платформ;
– расширение номенклатуры экскаваторного оборудования (ковш с рыхлителем, сферические и полусферические РО);
– использование автоматических (дистанционных) систем управления РО;
– расширение области применения экскаватора путём использования сменного РО.

1.3 Характеристика разрабатываемой средой.
Грунтами называются горные породы, из которых состоят верхние слои земной коры. Обычно это верхний слой глубиной до 10 м. Встречаются разнообразные грунтовые условия как по гранулометрическому составу (пески) глины, супеси, так и по влажности, плотности и температуре (талые или мерзлые).
В зависимости от трудности разработки грунты разделены на 8 категорий в соответствии с данными [1]. Как известно, классификация по ударнику ДорНИИ адекватно отражает сопротивляемость грунта механизированной разработке. Основные характеристики грунтов представлены в табл. 1.3.
Таблица 1.3
Основные характеристики грунтов.
Параметры Тип грунта
Песчаный Супесчаный Суглинистый Тяжелый суглинок, глина «Средний грунт»
Вероятность появления 0,21 0,11 0,38 0,26 -
Сцепление, МПа 0,0001 0,01 0,03 0,06 0,03
Число ударов (С) 1 6 12 16 12…13
Угол внутреннего трения, , град
29
27
25
23
26
Угол внешнего трения, , град
18
25
21
22
21
Объемная масса, , т/м3 18 2,0 2,1 2,1 2,0

1.4 Сила резания сложными ножами и ковшами, и их взаимодействие с грунтом.
Для расчета силы резания сложным ножом необходимо принимать во внимание взаимодействие составляющих ножей, проявляющееся в совмещении зон разрушения грунта каждым из них в отдельности. Соответствующим образом уменьшается суммарное сопротивление грунта. Поэтому сила резания сложным ножом обычно меньше суммы сил резания составляющими простыми ножами при их независимой работе.
Общая формула расчета сил резания сложными ножами и ковшами любой конфигурации:
(1.1)
Резание независимыми зубьями.
Независимыми названы зубья, у которых зоны разрушения грунта не совмещаются. Зубья работают независимо, если расстояния между ними:
, (1.2)
Сила резания рядом независимых зубьев равна сумме сил резания каждым из них в отдельности. При одинаковых для всех зубьев размерах среза сила резания рядом зубьев:
Р=nРз, (1.3)
где n - число зубьев в ряду,
Рз - сила резания одним зубом.
Резание взаимодействующими зубьями.
При заглублении зубьев на столько, что отношение аз/hз становится меньше , области разрушения грунта каждым из зубьев частично совмещается. Сила резания каждым из них уменьшается пропорционально площади совмещающихся частей сечения прорези. Сила резания каждым зубом внутри ряда равна:
, (1.4)
где Рз – сила резания зубом при независимой работе,
hз – высота сечения прорези в начале зоны совмещения:
, (1.5)
А у крайних зубьев прорезь совмещается только с одной стороны, поэтому сила резания для них будет равна:
, (1.6)
Таким образом, уменьшение сила резания для зубьев внутри ряда составляет , а для зубьев крайних в ряду: .
Сила резания всем рядом зубьев примет вид:
, (1.7)
Резание взаимодействующими зубьями в траншее с плоским дном.
В этом случае (рис. 3,б) внешними ребрами крайних зубьев необходимо преодолевать сопротивления боковому срезу по всей глубине резания. Поэтому сила бокового среза с внешней стороны крайнего зуба достигает величины:
(1.8)
По сравнению с силой бокового среза при обычном блокированном резании увеличение равно
Суммарная сила резания всеми зубьями:
(1.9)
1.5 Условия рациональности ковшей экскаватора.
При достаточной прочности, надежности и технологичности ковшей основными условиями их рациональности следует считать малую энергоемкость резания грунта, ограничение размеров отделяемых кусков, равномерность рабочего режима, достаточное заполнение ковша при быстрой и полной разгрузке.
В конкретном случае рабочего процесса экскаватора преимущественными могут быть одно или часть названных условий, хотя в другом случае они могут быть второстепенными. Поэтому оценивать конструкцию ковшей следует по совокупности условий рациональности, но выделяя преимущественные для области использования экскаватора. Следует с осторожностью относиться к рекомендациям конструкций «рациональных вообще» без обоснования и указания преимущественной области применения. Среди рекомендованных и примененных конструкций имеются самые разнообразные
«Фирмы Оренштейн-Коппель унд Любекер Машиненбау Акциенгезельшафт» и «Крупп Машинен унд Штальбау» применили на экскаваторе ковши с трапецеидальной и ортогональной к преобладающим траекториям кромкой козырька и режущей частью в виде двух полигональных ножей в угловых сопряжениях боковых ветвей и средней части козырька. Поперечное сечение внутренней части ковша трапецеидальное.
На экскаваторах эксплуатировались ковши с различной режущей частью, в том числе такие, у которых она состоит из двух боковых зубьев и двух рыхлящих узких зубьев, расположенных на средней части козырька. Кромка козырька трапецеидальная и ортогональная по отношению к преобладающим траекториям; поперечное сечение внутренней части ковша трапецеидальное.
Фирма «Лаухгаммер» установила на экскаваторе ковшы с трапецеидальным козырьком, осныщенный шестью одинаковыми зубьями (двумя угловыми и четырьмя боковыми). Кромка козырька ортогональная по отношению к преобладающим траекториям; поперечное сечение ковша трапецеидальное.
Эта же фирма применяет ковши с трапецеидальной кромкой козырька и четырьмя сужеными зубьями (двумя угловыми и двумя средними). Кромка козырька ортогональная по отношению к преобладающим траекториям,
поперечное сечение ковша трапецеидальное.

1.6. Принцип конструирования РО ковшового типа.
Придавая элементам рабочих органов экскавационных машин различные
геометрические формы и размеры, можно получить у них одинаковую емкость; работая на одинаковых по свойствам грунтам, они будут давать различные величины усилий резания или усилий, соответствующих концу заполнения ковша. Естественно, что практическое значение имеет установление такого сочетания всех влияющих факторов, при котором достигаются минимальные усилия резания и усилия при заполнении ковшей.
Принцип конструирования основных элементов рабочих органов землеройных машин заключается в достижении ими большей производительности при минимальной удельной энергоемкости. Основным типом рабочих органов являются ковши различных размеров и конфигураций, осуществляющие разработку грунтов по принципу лобового резания.
Принцип конструирования основных элементов рабочих органов относится ко всем видам экскавационных машин (ковшам механических лопат, стругов, обратных лопат, прицепных скреперов, экскаваторов и т. п.) независимо от емкости или формы рабочего органа.
Технические условия проектирования ковшей рациональной формы заключаются в следующем:
1. Ковши должны быть двух типов: а) емкостью, обеспечивающей работу в тяжелых грунтах IV категории, и б) увеличенной емкостью (до 70%) для работы в грунтах I, II в частично III категории, без увеличения мощности двигателя.
2. При одинаковой площади поперечного сечения стружки, т. е при Р=const, усилие чистого резания уменьшается с увеличением длины горизонтальной режущей кромки ; при соответствующем уменьшении глубины резания. Удельное сопротивление резанию резко уменьшатся с увеличением l до 60-80 см, а затем при l > 80 см это уменьшение будет незначительно. В связи с этим в первую очередь следует на 25-35% увеличить ширину ковшей малых емкостей (до 0,75 м3).
Для ковшей с длиной режущей кромки l > 1м увеличение их ширины с учетом удобства разгрузки можно допускать на 15%.
3. Боковые стенки ковшей оказывают при резании большое сопротивление, вследствие чего их следует конструктивно исключать из процесса резания путем установки на горизонтальном профиле двух крайних зубьев, перекрывающих эти стенки снаружи на 1-2 см.
Усилие резания возрастает с увеличением толщины боковых стенок, поэтому стенки необходимо выполнять по возможности тонкими и из высококачественной стали. Угол заострения лезвий боковых стенок должен быть односторонним, равным 45°, со скосом, направленным наружу ковша. Такой скос исключает боковое сжатие стружки и улучшает заполнение ковша. Кроме того, боковые стенки ковшей должны быть фасонной формы, так чтобы их угол резания (по вертикали) в пределах толщины снимаемой стружки составлял 35°, и только начиная от этого размера (по высоте ковша) стенки могут иметь больший угол подъема.
4. Ковши должны иметь зубья с правильным расположением, что почти исключает работу боковых стенок, снижает сопротивление резания на 20-30% и позволяет разрабатывать более крепкие грунты. Зубья должны иметь угол при вершине β - 25° и задний угол резания γ = 5 - 10°.
Ширина зубьев в зависимости от емкости ковша должна быть 6-8 см (не более 10см), что обеспечивает необходимую их прочность в сочетании с хорошей технологией резания. Длина зуба L, должна быть равна 15-20 см для стружек толщиной h = 10-20см.
Из соображений прочности ширина зуба может быть несколько увеличена.
5. Оптимальное расстояние между зубьями должно быть в 2-3 раза больше ширины зуба. Такое расстояние соответствует минимальному усилию резания и полностью исключает забивание грунтом промежутка между зубьями даже при разработке налипающих грунтов.
6. Кончики зубьев должны быть всегда по возможности острыми, и это важное положение должно отмечаться в соответствующих инструкциях и достигаться за счет высококачественной наплавки.
7. Хвостовые элементы зубьев со стороны рабочей поверхности режущей кромки должны иметь минимальную толщину без ущерба для прочности зуба и надежности его крепления.
8. Применение съемных так называемых «подрезающих» зубьев на боковых стенках ковша должно быть исключено, так как они увеличивают усилия резания за счет уширения боковых стенок ковша.
Подрезающие зубья целесообразно ставить только на ковшах скреперов, полностью заглубляющихся в грунт, например при копке силосных ям и в других аналогичных случаях.
9. Угол заострения горизонтальной режущей кромки должен быть асимметричным, со скосом в наружную сторону (в сторону забоя); угол скоса β, должен обеспечивать требуемую величину угла γ.
10. Для улучшения планировки при передвижении экскаватора все лезвия зубьев ковшей механических лопат должны быть расположены на одной прямой, а средние зубья ковшей драглайнов должны выступать вперед, что будет способствовать лучшему заполнению ковшей.
11. Режущие горизонтальные кромки ковшей большегрузных скреперов всегда (исключая работу в рыхлых, насыпных грунтах) должны снабжаться зубьями или ступенчато расположенными средними ножами.
12. Ковши не должны иметь суженной горловины. Такая горловина вызывает сильное прессование стружки с боков и ведет к непроизводительной затрате энергии и плохому заполнению ковша.
13. Задняя стенка ковшей драглайнов, прицепных скреперов, стругов и экскаваторов должна иметь параболическую форму по типу ножей бульдозеров. Такая форма хорошо обеспечивает свободное загибание стружки пластичных грунтов вверх и способствует хорошему заполнению ковша у задней стенки.
14. Дужки ковшей драглайнов, экскаваторов и стругов должны быть расположены по возможности выше, чтобы исключить прессование грунта и повысить коэффициент заполнения.
Многие из перечисленных пунктов в случае их выполнения при проектировании и изготовлении ковшей рациональной формы помогают снизить усилие резания, которое количественно различно в зависимости от значимости того или иного конструктивного фактора.
Соблюдение всех перечисленных условий позволяет для ковшей рациональной формы значительно снизить усилия резания по сравнению с ковшами экскаваторов той же емкости, ранее выпускавшимися промышленностью.
В связи с этим на существующих экскаваторах могут быть установлены ковши рациональной формы увеличенной емкости, что даст существенное увеличение производительности экскаваторов. Кроме того, можно создать новые экскаваторы с меньшей удельной мощностью двигателя на 1м3 емкости ковша. В обоих случаях полученная экономия будет иметь существенное народнохозяйственное значение.
1.7. Предварительный анализ и характеристика модернизированного узла
При проектировании рабочего оборудование на базе строительного гидравлического экскаватора 4-й размерной группы будем руководствуемся тем фактом, что основные узлы: ходовая часть, силовая установка, поворотная платформа, стрела, рукоять, элементы управления стрелой и рукоятью должны быть очень близкими к прототипу (рис. 1.6).

Таблица 1.4.
Параметры механизмов привода рабочего оборудования.
№ Параметр Условное обозначе-ние Еди-ница Механизмы привода
стрелы рукояти ковша
1 Длина радиуса коромысла ρ м 2,02 0,88 1,1
2 Углы отклонения радиуса коромысла от оси неподвижного звена в крайних положениях штока φн град 35,93 17,53 37,07
3 Полный угол поворота ведомого звена φо град 87,57 130 109
4 Длина неподвижного звена ℓ м 0,81 2,87 2,76
5 Углы давления γн,
γк град 70,6
74,6 65
65 35,54
65
6 Угол установки неподвижного звена β град 42,11 17,47 10
7 Угол отклонения радиуса коро-мысла от оси ведомого звена λ град 31,82 10 23,512
8 Характеристика гидроцилидра:
диаметр поршня D мм 90 90 125
диаметр штока d мм 50 50 65
ход поршня S мм 1120 1600 1600
наименьшая длина Sн мм 1440 2050 2,05
наибольшая длина Sк мм 2560 3650 3,65
9 Длина стрелы, рукояти и радиус ковша ℓс, ℓр, R мм 6300 3400 1330
1.8 Цели и задачи дипломного проектирования
Целью работы является определение рациональных параметров РО экскаватора и разработка новой конструкции РО отвального типа, которая имеет криволинейную форму и способна производить планирование и разрыхление грунта. Данная модернизация позволяет повысить технологическую способность экскаватора.
Задачи, которые необходимо решить для достижения данной цели:
- просмотреть научные труды, которые были сделаны в этой области;
- изучение среды взаимодействия;
- произвести анализ существующих конструкций;
- определения влияния параметров ковша на процесс разработки грунта;
- обоснование изменённой геометрии ковша.

Рис. 1.6. Общий вид модернизированного экскаватора.

2. ОБЩИЙ РАСЧЕТ ЭКСКАВАТОРА, ОСНАЩЕННОГО КОВШОМ ПОВЫШЕННОЙ ПЛАНИРОВОЧНОЙ СПОСОБНОСТИ.
При проектировании рабочего оборудование на базе строительного гидравлического экскаватора 4-й размерной группы, будем руководствуемся тем фактом, что основные узлы: ходовая часть, силовая установка, поворотная платформа, стрела, рукоять, элементы управления стрелой и рукоятью должны быть очень близкими к прототипу.
Наиболее распространенным в строительстве одноковшовым экскаватором является экскаватор ЭО-4224 (рис. 2.1) со следующими основными техническими данными:

Рис. 2.1 Прототип - экскаватор ЭО-4224.
2.1. Определение линейных и массовых характеристик проектируемого ЭО.
Габаритные размеры экскаватора и рабочего оборудования ЭО-4224:
Продольная база (опорная длина гусениц), высота гусеничного хода и ширина гусеничной ленты, м:
, (2.1)
;
где m =28 - масса экскаватора, т.
Ширину В гусеничного хода рекомендуется принимать в зависимости от продольной базы Б:
, (2.2)

Радиус Rx хвостовой части поворотной платформы определяют из условия незадевания платформой отвала грунта, основание которого удалено от опорного контура машины на расстояние .
В этом случае
, (2.3)

где - просвет (зазор) между гусеницей и поворотной платформой.
Диаметр опорно-поворотного круга, м:
, (2.4)

Массы узлов проектируемого экскаватора:
- платформа

- стрела

- рукоять

- ковш

- ходовая часть

Масса проектируемого экскаватора
.
Модернизированный ковш навешивается на рабочее оборудование экскаватора, параметры которого приведены в табл. 2.1 и показаны на рис. 2.2
Таблица 2.1.
Параметры механизмов привода рабочего оборудования.
№ Параметр Условное обозначе-ние Еди-ница Механизмы привода
стрелы рукояти ковша
1 Длина радиуса коромысла ρ м 2,02 0,88 1,1
2 Углы отклонения радиуса коромысла от оси неподвижного звена в крайних положениях штока φн град 35,93 17,53 37,07
3 Полный угол поворота ведомого звена φо град 87,57 130 109
4 Длина неподвижного звена ℓ м 0,81 2,87 2,76
5 Углы давления γн,
γк град 70,6
74,6 65
65 35,54
65
6 Угол установки неподвижного звена β град 42,11 17,47 10
7 Угол отклонения радиуса коромысла от оси ведомого звена λ град 31,82 10 23,512
8 Характеристика гидроцилидра:
диаметр поршня D мм 90 90 125
диаметр штока d мм 50 50 65
ход поршня S мм 1120 1600 1600
наименьшая длина Sн мм 1440 2050 2,05
наибольшая длина Sк мм 2560 3650 3,65
9 Длина стрелы, рукояти и радиус ковша ℓс, ℓр, R мм 6300 3400 1330


Рис. 2.2 Проектируемое рабочее оборудование экскаватора.
Параметрическая схема разрабатываемого РО приведена на рис. 2.3. Для утверждения верного пути модернизации произведем расчет предложенного оборудования.
2.2. Определение касательных усилий на режущей кромке модернизированного ковша и реактивных усилий в неподвижных гидроцилиндрах.
При расчете принимают, что гидроцилиндр рукояти (ковша) развивает постоянное активное усилие Fц при номинальном давлении Pн в гидроприводе:
, (2.5)
Касательные усилия на режущей кромке ковша находят из равенства движущего момента от гидроцилиндра моменту внешних сил относительно оси поворота рукояти (точки B) при максимально опущенной неподвижной стреле (рис. 2.4.)

Рис. 2.3. Параметрическая схема обратной лопаты.
(2.6)
а при копании поворотом ковша относительно точки С при неподвижной рукояти для расчетного положения 2.
, (2.7)
где rOB - радиус копания поворотом рукояти, который соответствует фиксированному положению ковша относительно рукояти.

Рис. 2.4. Расчетная схема копания поворотом рукояти.
Если кромка зубьев ковша находится на продолжений оси рукояти, то rOB=R+ℓp; Gкr=Gк+Gr - вес ковша и грунта в ковше.
Длины плеч сил для соответствующего расчетного положения рукояти или ковша определяют графически по схеме, построенной в выбранном масштабе.
Касательные усилия по Р01 определяют для крайних положений рукояти (ковша) и двух-четырех промежуточных положений. Результаты расчета в изобразим в виде графика зависимости .
Вес грунта в ковше необходимо увеличивать по мере поворота рукояти
(ковша) от G=0 в начале копания до веса грунта в конце копания, Н:
, (2.8)
где γ0 - плотность грунта в естественном его залегании, кг/м; g - ускорение свободного падения, м/с2.

Рис. 2.5. Расчетная схема копания поворотом ковша.
Приведенные формулы для определения Р01 позволяют вычислять касательное усилие на режущей кромке ковша (по усилию гидроцилиндра) после выбора координат крепления корпуса и штока гидроцилиндров. Эти формулы записаны для фиксированного угла поворота рукояти или ковша, поэтому каждому значению угла поворота соответствуют свои длины плеч действующих сил. С изменением положения рукояти или ковша в формулах для вычисления касательного усилия на режущей кромке ковша изменяются длины плеч соответствующих сил. По расчетной схеме необходимо также решить вопрос, какие знаки, "+" или "-" будут иметь моменты от сил тяжести. Касательное усилие можно определить следующим образом:
- касательное усилие поворотом рукояти:
(2.9)
- касательное усилие поворотом ковша:
(2.10)
По этим формулам учитывают зависимость касательного усилия от координат крепления корпуса и штока выбранного гидроцилиндра, т.е. от угла γн. С изменением угла γн изменяются координаты ρ и ℓ, а следовательно, и касательное усилие. Таким образом, оказывается целесообразным использовать ЭВМ для выявления зависимости координат ρ и ℓ от угла γн, а также касательного усилия от углов γ и γн. Поскольку координаты ρ и ℓ зависят от хода поршня гидроцилиндра, а также от полного угла γо поворота рукояти или ковша, с помощью ЭВМ можно установить зависимость геометрических параметров механизмов, а затем и касательного усилия от углов γн, γо,, хода S, диаметра поршня давления – Рц в гидроцилиндре.
В результате расчета получен следующий график зависимости усилия копания от угла поворота рукояти и ковша (рис. 2.6).

 

Рис. 2.6. Зависимость усилия копания от угла поворота рукояти
Касательное усилие на режущей кромке ковша ограничивается реактивными усилиями в неподвижных цилиндрах стрелы и ковша при копании поворотом рукояти или в неподвижных цилиндрах стрелы и рукояти при копании поворотом ковша, а также условиями устойчивости экскаватора. Поэтому реактивные усилия на штоках неподвижных гидроцилиндров определяем по известным касательным усилиям на режущей кромке ковша.
Вычислив усилия Р01 для соответствующих положений рукояти, определяем реактивные усилия на штоках неподвижных гидроцилиндров:
- стрелы: , (2.11)
(2.12)
- ковша: , (2.13)
, (2.14)
где r - длины плеч соответствующих сил относительно точек A, C и Д ; - касательные усилия на режущей кромке ковша
; ;
вес ковша с грунтом, принимаем, что ковш в этом положении заполнен на половину:
, (2.15)
;
Вес рукояти: ;
Вес стрелы: ;
- вес соответственно ковша, рукояти, стрелы.

.
По известным усилиям Р01 для соответствующих положений ковша находим реактивные усилия на штоках неподвижных гидроцилиндров:
рукояти: , (2.16)
(2.17)
cтрелы: , (2.18)
(2.19)
где r измеряют непосредственно по расчетной схеме, построенной в произвольном масштабе.


По найденным реактивным усилиям определяют реактивные давления в цилиндрах стрелы, ковша и рукояти с учетом того, какая полость гидроцилиндров работает:
(2.20)
(2.21)
стрела:

рукоять:

ковша:

где Рп, Рш - реактивное давление соответственно в поршневой и штоковой полости; Fц - реактивное усилие на штоке гидроцилиндра.
Если реактивное давление превышает номинальное не менее чем в 1,2-1,5 раза, необходимо предусмотреть установку предохранительного клапана в соответствующей магистрали.
2.3. Определение максимальных нагрузок воспринимаемых модернизированным рабочим оборудованием - обратная лопата.
Максимальные нагрузки на рабочее оборудование обратной лопаты действуют при копании поворотом ковша. При этом реактивное давление в цилиндре рукояти не может быть выше предельного значения Pmax=(1,2...1,5)PН, где PН - давление в гидроприводе.
Па
Максимальное реактивное усилие в цилиндре рукояти (при работе поршневой полостью):
.
Нагрузки на рабочее оборудование достигают максимальных значений примерно во втором положении рукояти при копании поворотом ковша примерно в четвертом положении. При этом усилие на зубьях ковша Р01 не может быть больше, чем при копании поворотом рукояти с максимальным реактивным усилием в ее цилиндре. Усилие Р01, перпендикулярное к радиусу ковша, находим при условии ΣМВ=0:
(2.22)
где Gкr – сила тяжести ковша с грунтом, наполненного на ½ своей вместимости.
Длину плеч сил берем из расчетной схемы. Нормальная составляющая Р02=0,2Р01.
Нагрузки на рабочее оборудование достигают максимальных значений при повороте рукояти от начального положения на 44, 9280. при этом усилие на зубьях ковша Р=53,99423 кН
Усилие в тяге ковша:
, (2.23)

Активное усилие в цилиндре ковша при условии равновесия рычага:
, (2.24)

где rцД, rТД – длина плеча силы соответственно Fцк и Т
Усилия по величине и направлению во всех шарнирах рабочего оборудования определяем графически. Для чего строим многоугольники сил по расчетной схеме приведенной в .
Получаем:
- реакцию в точке построением многоугольника сил , . Отсюда ;
- реакцию в точке С построением многоугольника сил ; ; ; . Отсюда ;
- реакцию в точке В построением многоугольника сил ; ; . Отсюда ;
- реакцию в точке А находятся построением многоугольника сил - равнодействующая сил направлена противоположно реакции . Отсюда ,

Рис. 2.7. Расчетная схема к определению максимальных нагрузок.
2.4. Определение производительности экскаватора с модернизированным ковшом и определение эффективности новой конструкции на основании сопоставление результатов с базовой машиной.
Эксплуатационная часовая производительность Пэ экскаватора:
(2.25)
где - геометрическая вместимость ковша ( =0,65 м3 – базовый ковш, ´=0,65+0,55=1,2м3 - вместимость планировочного ковша, м;
- коэффициент наполнения ковша, =0,9...1,1;
=20 с - продолжительность рабочего цикла, с;
- коэффициент разрыхления грунта, = 1,15...1,4;
-коэффициент использования экскаватора по времени, = 0,6,..0,8.
Эксплуатационная часовая производительность Пэ базового экскаватора:

Эксплуатационная часовая производительность Пэ нового экскаватора:

Эксплуатационная сменная производительность Пэ см экскаватора:
базовой конструкции:
новой конструкции:
где т=8,2 ч - продолжительность смены, ч.
Определение эффективности новой конструкции:
(2.26)
где КПэ и КПэ.см – коэффициенты определяющие эффективность новой конструкции на основании сопоставления результатов расчета часовая Пэ и сменной производительности Пэ см экскаватора.

Определение коэффициента эффективности новой техники, основанный на результатах расчета производительности позволил доказать работоспособность и эффективность нового технического решения, которая в 1,84 раза выше показателей базовой машины.

3. РАЗРАБОТКА РАБОЧЕГО ОРГАНА ДЛЯ ПЛАНИРОВОЧНЫХ РАБОТ.
Модернизированный ковш повышенной емкости навешивается на рабочее оборудование экскаватора (прототипом которого является ЭО-4224) как комплект спаренного оборудования, в состав которого входит: базовая машина, механизмы управления, стрела, рукоять и ковш. Причем ковш, оснащен ножевой системой (по примеру отвальных рабочих органов), рыхлительным оборудованием и отвальной поверхностью (рис. 3.1).

Рис. 3.1 РО экскаватора, оснащенный отвальной поверхностью и рыхлительными зубьями.
Для утверждения верного пути модернизации произведем расчет основных параметров ковша и спроектируем его.
3.1 Определение рациональных параметров рабочего органа экскаватора.
Основные параметры строительных экскаваторов регламентированы ГОСТ 17383-83. Размеры ковша с полукруглой кромкой находятся по следующим формулам:
Емкость ковша: V = BHL, (3.1)
где B - длина ковша, м: , (3.2)

H - высота ковша, м: Н = 885 , (3.3)
Н = 885 =1,2м
L – ширина ковша, м: Lo = 770 , (3.4)
Lo = 770 =1,35м
L1 = 0.45L, (3.5)
Высота задней стенки ковша: Н1 = 1000 , (3.6)
Н1 = 1000 =0,87м
Высота боковых граней ковша: H2 = Ro + К, (3.7)
Высота ковша с крепежным элементом: H3=1140 , (3.8)
H3=1140 =1,30м
Радиус криволинейной поверхности ковша: Ro = 0,5В, (3.9)
R2 = RK + 0,21К, (3.10)
RK = Ro + So, (3.11)
Радиус ковша, т.е. расстояние между осью шарнира крепления ковша к рукояти и ножом, м:
, (3.12)

где q - вместимость ковша проектируемого экскаватора, м3.
Толщина днища ковша: So = 37 , (3.13)
So = 37 =32мм
Схематическое обозначение размеров ковша представлено на рис. 3.2
Полученные размеры были сопоставлены с современными образцами ковшей экскаваторов, а также с размерами указанными в ГОСТе.

Рис. 3.2 Основные размеры ковшей обратной лопаты с полукруглой режущей кромкой.

Далее в соответствии с принятыми принципиальными решениями по конструкции экскаваторного рабочего органа ориентировочно была
определена обеспеченная минимальная масса металлоконструкции ковша:
m = (0,6…1,7) V, (3.14)
m = 0,63×1,2=750кг
Особенности расчета ковша.
Максимальные напряжения от изгиба в козырьке ковша ориентировочно находят по соотношению:
σ из= Ммакс/W, (3.15)
Здесь максимальное напорное усилие, полученное в ранее проведенных расчетах; b – ширина ковша; п – число болтов, крепящих зубья к козырьку; d – диаметр болта; t – толщина козырька.
Усилие копания рассчитывается по формуле
(3.17)
где К – удельное сопротивление грунта копанию, равное при использовании ковшей с зубьями 160... 180 кПа для легких грунтов, 250...260 кПа для средних и 320...350 кПа для тяжелых; при полукруглой режущей кромке значение К уменьшается на 15...25 %; q – вместимость ковша геометрическая, м3; Нн - высота напорного вала, м; Кр – коэффициент разрыхления грунта.
Угол резания.
Основываясь на теоретических данных, примем, для уменьшения сил сопротивления копанию угол резания режущей кромки коша =45о.
Таблица 3.1.
Параметры модернизированного экскаваторного ковша.
1 Ширина коша, мм 1350
2 Высота ковша, мм. 1300
3 Длина ковша, мм. 1710
4 Радиус ковша, мм. 1380
5 Угол резания кромки ковша, град. 45
6 Угол резания зубьев ковша, град. 45
7 Количество зубьев, шт. 4
8 Масса коша, т. 0,75

3.2. Определение рациональных размеров отвальной поверхности.
1. Определим касательную составляющую сопротивления грунта копание - (Н) определяем по формуле [10]:
, (3.18)
где - удельное сопротивление грунта копанию, по данным при копании немерзлых грунтов ІІІ группы, типа - суглинок, ковшом ;
- емкость ковша, м3;

Рис. 3.3. Модернизированная конструкция ковша экскаватора.
- коэффициент рыхления грунта, для мерзлых грунтов, [13].
Все ковша с грунтом (Н) определяем по формуле:
, (3.19)
где , - соответственно вес ковша и грунта в ковше, Н;
- ускорение свободного падения, ;
- удельная материалоемкость ковша, [14];
- плотность грунта, для немерзлого грунта III группы типа - суглинок [13];
- коэффициент наполнения ковша, принимаем .

2. Длину отвальной поверхности выбирают из расчета перекрытия габарита базовой машины по ширине.
Принимаем: .
3. Высоту отвальной поверхности определяют в зависимости от конструктивных параметров ковша и уточним их методом расчета на основании существующих показаний усилий развиваемых базовой машиной,
(3.20)
Принимаем: .
4. Определим конструктивные параметры методом построения и нахождения неизвестной графо-аналитически.
Построение профиля выполняется в соответствии с рис. 3.4, следующим образом. Из точки О (начало координат) проводят прямую О-А под углом и прямую О-Б под углом к оси абсцисс. Точка А получается в результате пересечения прямой О-А с горизонталью, проведенной на расстоянии Н от оси абсцисс, а точка Б лежит на расстоянии а от точки О. Из точки А проводится прямая под углом опрокидывания , являющаяся касательной к профилю отвала в этой точке. Перпендикуляр к этой касательной АО пересекается с перпендикуляром к касательной ОБ в центре профиля отвала , откуда радиусом А= Б=R может быть очерчен профиль криволинейной части отвала.

Рис. 3.4. Профиль отвальной поверхности.
Принимаем , .
5. Постоянный радиус кривизны,
(3.21)
6. Угол наклона криволинейной части профиля получаем из условия,
, (3.22)
следовательно ,
тогда .
7. Угол наклона криволинейной части профиля получаем по формуле
, (3.23)

Опираясь на графические построения и конструктивные особенности, принимаем .
Толщина лобового листа определяется ориентировочно в зависимости от
номинального тягового усилия.

Рис. 3.5. Схема отвальной поверхности с основными габаритными размерами.
Конструкция отвальной поверхности.
Отвальная поверхность выполнена из листовой стали М9Г2С с ребрами жесткости.
Ширина листа была принята с учетом обеспечения прироста перемещаемой призмы (и возможности выполнять планировочные работы) в среднем на
50%, а также предварительного прочностного расчета.
Толщина листа принята равной 20мм.
Остальные конструктивные параметры подбираем путем проведения графо-аналитического метода, основанного на построении конструкции и нахождении ее параметров во время вычерчивания имеющихся параметров конструкции. В результате построения была выбрана и обоснована конструкция отвальной поверхности приведенной на рис. 3.6.
Конструктивные параметры ковша оснащенного отвальной поверхностью представлены в табл. 3.2.

Рис. 3.6. Отвальная поверхность.
Таблица. 3.2.
Параметры модернизированного экскаваторного ковша с отвальной поверхностью:
1 Ширина коша с отвальной поверхностью: 1350
2 Высота ковша с отвальной поверхностью, мм 1300
3 Длина ковша с отвальной поверхностью, мм 2670
4 Радиус кривизны лобовой поверхности, мм 900
5 Угол резания, град 45
6 Масса коша с отвальной поверхностью, т 0,9
Общий вид рабочего органа с отвальной поверхность приведен на рис. 3.7.


Рис. 3.7. Ковш, оснащенный отвальной поверхностью.
3.3. Расчет рыхлительного элемента планировочного ковша.
К основным параметрам рыхлителя относятся: максимальная глубина разработки грунта Н; ширина ; угол взаимодействия разрабатываемого грунта ; расстояние от нижней точки рамы до опорной поверхности при максимальной глубине разработки грунта Н; задний угол въезда (рис. 3.8).

Рис. 3.8. Схема рыхлительного элемента.

1. Определим вертикальную составляющую усилия разработки определяют по горизонтальной составляющей и углу взаимодействия:
Н (3.24)
где - угол взаимодействия первой секции, град; ;
- угол трения грунта по материалу наконечника рыхлителя, ( , табл. 3)
Горизонтальная составляющая усилия разрыхления равна:
кН, (3.25)
где - глубина зоны развала м, см. рис. 2.1 ;
- предел прочности грунта при растяжении Н/м2 , ( , табл. 1)
Глубина развала определяется из зависимости:
м, (2.26)
где - коэффициент расширения боковой части прорези, = 0,6-0,8.
2. Угол взаимодействия с грунтом многосекционного рыхлителя.
Угол разработки грунта выбирают исходя из условий обеспечения прочности ножа рыхлителя и удовлетворительного заднего угла рыхления. Рекомендуется принимать с , при заднем угле рыхления не менее . В связи с выше сказанным принимаем следующий угол взаимодействия:
αI = 36°
3. Определение максимальной глубина разработки грунта многосекционным рыхлителем.
Рассматривая стандартную методику (ГОСТ 7425-71) определения максимальной глубины рыхления и комбинируя ее под рыхлитель ковша планировщика, определяем, что оптимальная глубина разработки грунта не должна превышать критические показатели:
hmax = 2.5 …4,0 Вср = 0,5 м
где Вср - средне арифметическая ширина рыхлителя.
Принимаем hmax = 0,5м
Наименьшее значение максимальной глубины разработки грунта
соответствует пластичным грунтам (глины, суглинки), а большие значения - хрупким грунтам (пески, супеси).
Зная максимально допустимую глубину резания, принимаем следующие конструктивные размеры многосекционного рыхлителя:
hрых = hmax- sinα= 1-(0,50) sin30=0,3м
4. Определение усилий заглубления и выглубления зубьев
Усилие заглубления в грунт зубьев рыхлителя определяют из условий вывешивания РО относительно ребра А и зуба рыхлителя в статическом положении.

Рис. 3.9. Схема для определения усилий заглубления зубьев рыхлителя
Условие равновесия откуда:
кг (2.27)
Усилие выглубления зубьев рыхлителя определяют из условия равновесия относительно задних опорных катков при максимальной глубине рыхления (рис. 3.3). Условие равновесия , откуда :
кг (2.28)
На зуб рыхлителя в процессе работы действуют следующие нагрузки:
- горизонтальная составляющая сопротивления грунта рыхлению:
кН (2.29)
где - коэффициент динамичности, = 2-3,5.
При расчете все составляющие сил сопротивления рыхлению счи¬таются приложенными к режущей кромке наконечника рыхлителя.
Опорные реакции в шарнирах крепления рыхлительного оборудования и усилия в его стержнях определяют для одного расчетного положения.
Начало заглубления зуба рыхлителя или конец выглубления (Н=0).

Рис. 3.10. Схема сил для определен усилий заглубления зубьев рыхлителя

Размеры плеч и длины стержней определяют из рабочих чертежей прототипа проектируемого рыхлителя .
Максимальное заглубление зуба рыхлителя или выглубление зуба с глубины Н.
Определяют углы :
; ; (2.30)
; ; (2.31)
; . (2.32)
Реакции опор (усилия в стержнях) от силы :
Из условия равновесия:
; ;
(2.33)


(2.34)


(2.35)

Решим систему из трех уравнений

Подставив в первое получим
(2.36)
т.
(т); (2.37)
(т). (2.38)
Реакции опор от силы :
Из условия равновесия;
; ;
(2.41)


(2.39)

(2.40)

Реакции опор от силы :
Из условия равновесия:
; ;
(2.41)


(2.42)

(2.43)

Решим систему из трех уравнений:

(2.44)
т.
(т); (2.45)
(т). (2.46)
Вычисляется суммарное усилие в стержнях навески:

3.4. Расчет на прочность элементов рабочего оборудования экскаватора, оснащенного ковшом повышенной планировочной способности.
Условия работы: стрела находится в крайнем нижнем положении. На стрелу действуют максимальные внешние нагрузки, находящиеся в продольно-вертикальной осевой плоскости: - реакция шарнира стойки платформы на пяту стрелы; - усилие действия рукояти на стрелу в шарнире В; - усилия штоков гидроцилиндров стрелы; - максимальное усилие корпуса гидроцилиндра рукояти. Весом стрелы можно пренебречь, поскольку его влияние на напряженное состояние металлоконструкции из-за распределенного характера незначительно.
В данном расчете принимается допущение об отсутствии действия на металлоконструкцию стрелы боковых нагрузок и скручивающих моментов, хотя в реальных условиях действие этих факторов необходимо учитывать.
Исходные данные: = 99,71 кН; = 323,92 кН; = 79,9774 кН; = 284,955 кН, = 2,337 м; = 6,45 м; =4,601м; =1,753м; = 0,323 м; = 86,56°; = 30,79°; = 19,44°; = 11,23°; ; ;
Под действием внешних нагрузок в сечениях стрелы возникает сложное напряженное состояние, обусловленное наличием нормальных напряжений растяжения (сжатия) и касательных напряжений сдвига. Первые возникают в результате действия осевых нагрузок и изгибающих моментов, а вторые - в результате действия поперечных сил.
Конструктивную схему стрелы выбираем по аналогии с прототипом. На основе принятой конструкции вычерчиваем расчетную схему стрелы с буквенным обозначением ее геометрических параметров и внешних нагрузок.
Расчет продольно-осевых сил. При левосторонней системе сил:
кН
=
= кН
кН
Проверка: ;
кН
Ошибка не превышает 0,04%.
Расчет поперечных сил. При левосторонней системе сил:
кН;

= кН;
кН
Проверяем правильность расчета:
кН.
Погрешность расчета незначительна.
Рассчитываем моменты сил, действующих в сечениях стрелы:

кН.м;

кН м
Момент справа:


По результатам расчетов строим эпюры продольно-осевых, поперечных сил и изгибающих моментов.
Эпюры свидетельствуют о том, что наиболее опасными по сочетанию нагрузок являются сечения Е и О.
Условие прочности по нормальным напряжениям для сечения Е:
, (2.47)

, (2.48)
где FE - площадь поперечного сечения E;
WZ - момент сопротивления сечения E.
По касательным напряжениям наиболее опасным является сечение E. В этом случае условие прочности определяется по формуле Журавского:
, (2.49)
где S(y) - статический момент сечения E; b - ширина сечения;
- осевой момент инерции относительно оси рукояти E.
Для определения геометрических характеристик сечений необходимо
разработать их конструкцию.
Современные конструкции моноблочных стрел выполнены сварными из листовой стали 10Г2С1, 10ХСНД, 15ХСНД, 14Г2 по ГОСТ 19282-73. Форма поперечных сечений показана на рис. 3.9, 3.10.
Значения параметров сечения E: b =0,6 м; h =0,8 м; b1 =0,58 м; t =0,016 м; t1 =0,012 м. Для сечения О: b =0,6 м; h =0,6 м; b1 =0,58 м; t =0,016 м; t1 = 0,012м.

Рис. 3.11. Конструктивная и расчетная схема. Эпюры , и М.

Рис. 3.12. Схема сечения E и эпюры действующих напряжений: 1 - верхний
пояс; 2 – стенка; 3 - косынка; 4 - цапфа; 5 - нижний пояс

Рис. 3.13. Схема сечения О и эпюра нормальных напряжений.
Площади сечений:


Статические моменты сечений:


Моменты инерции рассчитываемых сечений:
(2.50)
(2.51)
где , - моменты инерции стенок относительно оси Z:


, - моменты инерции относительно осей симметрии поясов Z:


, - площади поперечных сечений поясов:

Тогда:

Нормальные напряжения в крайних сжатых волокнах сечения:

По аналогии нормальные напряжения растяжения в сечении О.

Принимая для стрелы материал сталь 10Г2С1, имеющую мПа, видим, что геометрические параметры сечений при действующих нагрузках
удовлетворяют условиям прочности.
Проверяем условие прочности по касательным напряжениям в сечении Е. Для этого строим эпюру касательных напряжений по высоте сечения.
На поверхностях поясов τЕ=0.
На внутренних поверхностях поясов:

На поверхностях стенок, примыкающих к поясам:

На уровне нейтрального слоя Z:

Для выбранной стали [τ]=160мПа. Следовательно, условие прочности по касательным напряжениям выполнено с существенным запасом.
Заключение. Произведенные расчеты показывают, что выбранные параметры РО обеспечивают его работоспособность и удовлетворяют условиям прочности при воздействии учтенных внешних нагрузок. Имеющийся запас прочности может компенсировать действие неучтенных нагрузок (боковых сил, окручивающих моментов, динамических нагрузок и др.).

4 ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ВАЛА

4.1 Выбор заготовки.
При выборе заготовки, из которой будет изготавливаться вал, будет руководствоваться следующими положениями: материалом, из которого изготавливается деталь; конфигурацией детали; размерами заготовки, качеством поверхностного слоя и массой, а также коэффициентом используемого материала.
Материалом для изготовления вала принята сталь 40 (ГОСТ 1050 - 80). Поверхность детали составляют простые цилиндрические поверхности, которые получают в результате механической обработки резанием.
В качестве заготовки для изготовления детали принимает круглый прокат диаметром 195 мм (по наибольшему диаметру детали).
Заготовка: Круг .
Длину заготовки берем больше длины детали на величину припуска под обработку торцевых поверхностей lз = 745 мм.
4.2 Выбор схемы базирования
Основными базами подавляющего большинства валов являются поверхности его опорных шеек либо другие посадочные места. Однако использовать их в качестве технологических баз для обработки наружных поверхностей, как правило, затруднительно.
При выборе технологических баз следует совмещать конструкторскую, технологическую и измерительную базы, т.е. применить принцип единства по ГОСТ 21495-76. Необходимо также стремиться к использованию одной и той же базы. Исходя из этого, для обработки вала в технологических операциях принимаем схему базирования, изображенную на рис. 4.1. Учитывая большую длину обрабатываемой заготовки для исключения ее прогиба в процессе обработки необходимо использовать промежуточную опору, которая уменьшает пролет между соседними опорами и повышает жесткость обрабатываемой заготовки.

Рис. 4.1. Схема закрепления в патроне.
Для осуществления выбранной схемы базирования в качестве приспособления принимаем патрон трехкулачковый сомоцентрирующийся ГОСТ 24351-80 центр упорный ГОСТ 2576-79. При обработке конической поверхности упорный центр смещаем на величину, определяющую необходимую конусность поверхности.
Для операций по нарезке шпоночных пазов базирование будет осуществляться по уже обработанным поверхностям. Схема закрепления в этом случае приведена на рис. 4.2.

Рис. 4.2. Схема закрепления на призме.

Для осуществления выбранной схемы закрепления принимаем в качестве приспособления призмы опорные ГОСТ 12197 – 66.
4.3 Разработка маршрутного процесса обработки вала
Исходя из геометрических размеров детали, разбиваем ее на элементарные поверхности, каждой из которых присваивается номер (рис. 4.3) и назначаются способы обработки в зависимости от требуемой точности поверхности (табл.4.1).
Таблица 4.1
Виды обработки поверхностей детали
Номер поверхности Параметры детали Технологические переходы
Точность Шероховатость Наименование перехода Точность Шероховатость
1 2 3 4 5 6
1, 4(140) к6 1,6 Черновое точение
Получистовое точение
Чистовое точение
Шлифование h14
h12
h8
к6 6,3
3,2
2,5
1,6
2 (150) h8 1,25 Черновое точение
Получистовое точение
Чистовое точение
Шлифование h14
h12
h8
h8 6,3
3,2
2,5
1,25
3 (192) h12 6,3 Черновое точение h12 6,3
5 h12 6,3 Черновое точение h12 6,3
6 (конус) h12 6,3 Черновое точение h12 6,3
7 ( 66) h12 6,3 Черновое точение h12 6,3
8 (М56) 3,2 Черновое точение
Резобонарезание h12
6,3
3,2
11, 12 (шпонка) D9 3,2 Фрезерование D9 3,2
Назначаем технологические переходы обработки детали:
Установ А. Закрепить заготовку
1. Подрезать торец 10
2. Точить поверхность 2 и 3 до  150 по длине 320 мм.
3. Точить поверхность 2 до  140 по длине 120 мм.
Установ Б Перезакрепить заготовку.
4. Подрезать торец 9.
5. Точить поверхность 3 до  192 по длине 414 мм.
6. Точить поверхность 4 до  140 по длине 404 мм.
7. Точить фаску 5.
8. Точить поверхность 6 до  108 по длине 169 мм.
9. Точить поверхности 7 и 8 до  66 на длину 80 мм.

Рис. 4.3 Эскиз вала
10. Точить поверхность 8 до  57 по длине 60 мм.
11. Нарезать резьбу М56 на поверхности 8 на длине 60 мм.
Установ В Переустановить заготовку.
12. Точить конусную поверхность 6.
Перезакрепить заготовку
13. Фрезеровать шпоночный паз 12 на поверхности 2.
14. Фрезеровать шпоночный паз 11 на поверхности 6.
Переустановить деталь.
15. Шлифовать поверхности 1 и 4 до шероховатости 1,6.
16. Шлифовать поверхность 2 до шероховатости 1,25.
На основании разработанных технологических переходов предварительно назначаем технологический маршрут обработки детали.
001 Заготовительная
005 Токарная
010 Фрезерная
015 Термическая
020 Шлифовальная
025 Контрольная
4.4 Разработка операционного технологического процесса
• Выбор технологического оборудования
Выбор оборудования производится с учетом разработанного маршрута технологического процесса обработки детали.
Для токарной операции 005 применяем станок токарно-винторезный 16Б04А со следующими параметрами:
Наибольший диаметр обрабатываемой заготовки:
под станиной 200;
под суппортом 115;
Наименьшая длина обрабатываемой детали, мм 350;
Шаг нарезаемой метрической резьбы, мм 0,5 – 112;
Частота вращения шпинделя, об/мин 320-3200;
Число скоростей шпинделя 22;
Подача суппорта, мм/об
продольная 0,01 – 0,175;
поперечная 0,005 – 0,09;
Мощность электродвигателя главного привода, кВт 1,1;
Габаритные размеры, мм
длина 2505 – 3795;
ширина 1190;
высота 1500.

Для операции 010 фрезерной выбираем станок вертикально-фрезерный 6Т104 со следующими параметрами:
Размеры рабочей поверхности стола, мм 160х630;
Частота вращения шпинделя об/мин 63-2800;
Подача продольная и поперечная, мм/мин 11,2-500;
Мощность электродвигателя привода
главного движения, кВт 2,2;
Габаритные размеры:
длина 1250;
ширина 1205;
высота 1630.
Для шлифовальной операции выбираем круглошлифовальный станок 3Т160 со следующими параметрами:
Наибольшие размеры устанавливаемой заготовки, мм;
диаметр 280;
длина 700;
Рекомендуемый наружный диаметр шлифования, мм 20-280;
Наибольшая длина наружного шлифования, мм 130;
Частота вращения шпинделя заготовки, об/мин 55-1000;
Наибольшие размеры шлифовального круга, мм:
наружный диаметр 750;
высота 130;
Частота вращения шпинделя шлифовального круга при наружном шлифовании, об/мин 1250;
Мощность злектродвигателя привода главного движения, кВт 17;
Габаритные размеры, мм
длина 3754;
ширина 4675;
высота 2245.
• Выбор приспособлений.
На основании разработанного технологического процесса обработки вала целесообразно применить для точения поверхностей, а также подрезание торцов на токарно-винторезном станке принимаем патрон трехкулачковый сомоцентрирующийся ГОСТ 24351-80 центр упорный ГОСТ 2576-79. Такие же приспособления принимаем при шлифовальной обработке шеек вала.
Для фрезерных операций применяет призму опорную по ГОСТ 12197-66.
• Выбор режущего инструмента.
Для обработки поверхностей детали в условиях серийного производства целесообразно применять стандартизованные и нормативные инструменты. Для заданных условий производства принимаем наиболее универсальный инструмент. Эскизы выбранного инструмента с основными геометрическими размерами приведены в табл. 4.3.
• Выбор измерительного инструмента.
Тип и характеристики измерительных приборов и инструментов выбираем исходя из формы, точности размеров, технических требований к деталям.
Для измерения и контролирования размеров вала применяем на промежуточных штангенциркуль операциях ШЦ-I-125-0,1 ГОСТ 166-80. Для контроля на окончательных операциях с большей точностью выбираем штангенциркуль ШЦ-II-250-0,05 ГОСТ 166-80
Таблица 4.3
Необходимый режущий инструмент
Наименование инструмента Эскиз инструмента Материал режущей части
Резец токарный проходной отогнутый с пластинами из быстрорежущей стали (по ГОСТ 18879 - 73)
Р6М5
Резец токарный проходной отогнутый с пластинами из твердого сплава (по ГОСТ 18879 -73)
Т15К6
Круг шлифовальный прямого профиля ПП3005070 ГОСТ 4785 - 64
24А 30 СМ1 7 К5
Фреза шпоночная ГОСТ 9140 - 78
Т15К6
Фреза шпоночная ГОСТ 9140 - 78
Т15К6

4.5 Расчет режимов резания.
Определяем скорость резания для токарной обработки по формуле:
,
(4.1)
где Cv=35,0; х=0,15; y=0,35; m=0,2 (по таблице 4.17 [9] );
Т – период стойкости инструмента, Т =180 мин.;
S – подача резца, S =0,4 мм/об.;
t – глубина резания за проход, t – 2,5 мм;
Kv – коэффициент, учитывающий свойства материала резца:
Kv=KмvKпvKиv = 1,62  1,0  1,0 =1,62,
где ,
Кг=1,0; nv=1,75;Gв=570 МПа.
Kпv=1,0 (по таблице 4.5 [9] );
Kиv=1,0 (по таблице 4.6 [9] ).
м/мин.
Частота вращения заготовки
об/мин;
где D – наибольший диаметр обрабатываемой заготовки.
Принимаем обороты станка n=180 об./мин., тогда
м/мин.
Определяем силу резания:
Pz=10CptxSyVnKp, (4.2)
где по [9] из таблиц: Ср=300; x = 1,0; y=0,75;n = -0,15;
Кр – коэффициент силы, зависящий от свойств материала резца:
= 0,82  1,0  1,1  1,0 = 0,9,
где Кмр = 0,82; Kр = 1,08; Kр = 1,0; Kр = 1,0; Кrр = 0,87 (по таблицам /9/).
Тогда Pz=10  300  2,51,0  0,40,75  33,9-0,15  0,9 = 2024 Н.
Мощность резания
кВт
(4.3)

010 Фрезерная
Скорость резания:
,
(4.4)
где значения всех коэффициентов выбираются по таблицам [9]: Cv=12; g=0,3; х=0,3; y=0,25; u=0; р=0; m=0,26;
Т – период стойкости фрезы, Т=80 мин.;
D – диаметр фрезы, D=35,7 мм;
B – ширина фрезерования, B=36 мм;
Sz – подача; при осевом врезании на глубину шпоночного паза Sz=0,008 мм, при продольном движении при фрезеровании шпоночного паза Sz=0,02 мм;
Kv – коэффициент скорости при фрезеровании, зависящий от материала инструмента,
Kv = KмvKпvKиv = 1,36  1  1 = 1,36,
где ;
Кг = 1,0; nv = 1,0; Gв = 550 МПа;
Kпv=0,8; Kиv=0,8.
Скорость при осевом врезании на глубину шпоночного паза:
м/мин.
Скорость резания при продольном движении на длину шпоночного паза:
м/мин.
Частота вращения фрезы:
при осевом врезании на глубину шпоночного паза
об/мин.;
при резании на длину шпоночного паза
об/мин.;
Определяем силу резания:
,
(4.5)
где значения всех коэффициентов выбираем из таблиц [9]: Ср = 12,5; x = 0,85; y = 0,75; u = 1,0; g = 0,73; w = -0,13.
Кмр – поправочный коэффициент на качество обрабатываемого материала,
;
Gв=780 МПа, n=0,3.
Сила резания при осевом врезании:
Н.
Сила резания при движении на длину шпоночного паза:
Н.
Определяем крутящий момент на шпинделе:
,
(4.6)
при осевом врезании на глубину паза: Нм;
при продольном движении на длину паза: Нм.
Мощность резания
:
(4.7)
при осевом резании: кВт;
при продольном движении: кВт.
В качестве промежуточной операции перед шлифованием назначается термическое улучшение до твердости НВ 250 со следующими параметрами закалки и отпуска:
-температура нагрева под закалку 8900С;
- длительность выдержки в печи 2,2 часа;
- охлаждения при закалке охлаждение в воде;
- температура отпуска 5500С;
- длительность отпуска 2,8 часа;

025 Шлифовальная.
Эффективная мощность
,
(4.8)
где по таблицам [9] выбираем коэффициенты V3=20 м/мин.; CN=1,3; r=0,75; x=0,85; y=0,7; t=0,05; q = 0;
S – продольная подача шлифовального круга;
S=0,3В=0,350=15 мм/об,
где В – ширина круга, В=50 мм;
N=1,3  200,75  0,010,85  150,7  1900 = 1,14 кВт.

4.6 Нормирование технологического процесса

Технически обоснованные нормы времени на операцию рассчитывают, исходя из оптимальных режимов резания и полного использования технологических возможностей станков и приспособлений.
В единичном и серийном производстве определяется норма штучно-калькуляционного времени
tШ-К = tШ +tПЗ / n , (4.9)
где tШ – штучное время, мин.;
tПЗ – подготовительно-заключительное время (только для серийного производства), мин.;
n – количество заготовок в партии.
Штучное время
tШ = tОП +tОБСЛ + tОТД , (4.10)

где tОП – оперативное время, мин.;
tОБСЛ – время обслуживания рабочего места, мин.;
tОТД – время отдыха (принимается за смену около 2% ее продолжительности, для одной детали можно принимать 5% от tОП), мин.
Оперативное время
tОП = tО +tВ , (4.11)
где tО – основное время, мин.;
tВ – вспомогательное время, мин.
Вспомогательное время на каждый переход принимаем ориентировочно в пределах 2-5 мин. в зависимости от сложности выполняемой операции.
005 Токарная
Основное время рассчитывается по режимам обработки
to = мин
где l - расчетная длина рабочего хода инструмента, мм;
i – количество проходов.
Вспомогательное время на каждый переход принимает 0,8 мин.
Таким образом, общее оперативное время составит
tоп = 21,1 + 0,8 ∙ 12 = 30,7 мин.
Основное время для переходов фрезерной операции определится из выражения
to = , (4.12)
При нарезании шпоночного паза эта величина составит
to = мин.
на каждый паз.
Вспомогательное время на каждый переход примем в среднем 1,1 мин.
Учитывая количество пазов и канавок, а также количество переходов, общее оперативное время составит
tоп = 2,36 ∙ 2 + 1,1 ∙ 2 = 6,92 мин.
Для операции шлифования основное время находим из выражения
to = , (4.13)
где Lст - длина хода стола станка, мм;
Sпр - продольная подача, мм/об;
Sпоп - поперечная подача круга за один рабочий ход, мм/раб. ход,
К = 1,1.
После подстановки основное время составит 0,7 мин.
Вспомогательное время каждого перехода принимаем 0,75 мин.
Таким образом, оперативное время операции составит
tоп = 0,7 ∙ 2 + 0,75 ∙ 2 = 2,9 мин.
Общее время обработки детали без учета термообработки составит
tоп = 30,7 + 6,9 + 2,9 = 40,5 мин.


5. ОХРАНА ТРУДА ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ЗЕМЛЕРОЙНО–ТРАНСПОРТНОЙ МАШИНЫ – «ЭКСКАВАТОР»
5.1 Анализ вредных факторов, возникающих при работе на землеройно-транспортной машины «Экскаватор»
В соответствии с ГОСТ 12.0.003 - 74*, опасные вредные факторы по природе их действия на организм человека подразделяют на 4 группы: физические, химические, биологические и психофизиологические.
К вредным производственным факторам относят производственные факторы, действие которых, на работающего в определенных условиях человека, приведут к заболеванию или к снижению трудоспособности,
Под опасными производственными факторами понимают те производственные факторы, влияние которых, на работающего в определенных условиях человека, приведут к травме или к другому внезапному резкому ухудшению здоровья.
Опасные факторы:
1. Температура. Работа операторов машин для земляных работ характеризуется повышенной затратой мускульной энергии. При выполнении рабочих процессов мускульная энергия расходуется на перемещение рычагов и педалей. Управляя одноковшовым экскаватором, оператор производит 2000...6800 включений механизмов в течение 1 ч. Это соответствует затрате энергии за 1 с более 290 Вт. Таким образом, при оценке микроклимата в кабине управления машиной следует учитывать выделение человеком теплоты в указанном количестве.
А также учитывать, что рабочая температура ДВС составляет tраб = 80... 90°С. Это приводит к выделению большого количества тепловой энергии в окружающую среду. Количество теплоты, выделяемой от остывающего продукта и материала (двигателя), кВт, определяется по следующей зависимости, /4/:
QM=GMCM(tн-tк), (5.1)
где GM – количество остывающего материала в единицу времени;
См – теплоемкость материала (парафина),кДж/(кг*с);
tн, tк – начальная и конечная температура материала, °С.
В летний период теплота, переданная от внешнего воздуха, работы двигателя и солнечной радиации, нагревают кабину оператора. Если отсутствует охлаждающая система, температура в кабине может превысить уровень, который рекомендуется санитарными нормами СН 245-71. Чтобы снизить утомляемость оператора и повысить производительность работы, машины, предназначенные для работы в воздержанных, субтропических и тропической климатических зонах, необходимо поставлять воздухоохладителями.
Чтобы поддержать в холодное время года температуру воздуха, которая должна отвечать санитарным нормам ДСН 3.3.6.042-99, в кабине предусматривают отопление. Это необходимо для машин всех климатических исполнений, кроме тропического. Разогретый нагревателем воздух подается не только в кабину, но и на лобовые стекла машины с целью предотвратить образования наледней. С целью уменьшения теплопотерь стенки кабины выполняют двухслойными.
Совокупность температуры, влажности и скорости движения воздуха окружающей среды, а также барометрического давления образуют производственный микроклимат. Параметры микроклимата нормируются ДСН 3.3.6–042–99. Этим документом установлены оптимальные и допустимые величины температуры, относительной влажности и скорости движения воздуха.
2. Запыленность. Проектируемые машины экскавационного типа могут использоваться при разработках сильно пылящихся грунтов и материалов, среды, обладающие повышенной токсичностью и неприятными запахами.
Одноковшовые экскаваторы при взаимодействии с обрабатываемой средой создают главным образом повышенную запыленность атмосферного воздуха. В средних условиях, при разработке суглинистых и супесчаных грунтов на открытых площадках содержание пыли в воздухе возле работающей землеройной машины составляет 40...50 мг/м3.
В основном это мелкая пыль, с размерами частиц не более 10 мк, что есть наиболее вредной, вследствие того, что она не задерживается в верхних дыхательных путях, а сразу проникает в легкие и вызывает заболевания разных видов пневмокониоза (силикоз, асбестоз). Более большая пыль, задерживается на слизистых оболочках верхних дыхательных путей и предоставляет раздражающее действие, вызывая хронические катары бронхов.
Классификация и предельно допустимое содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны изложенные в ГОСТ 12.1.005-76 и ГОСТ 12.1.007-76 «Вредные вещества».
3. Загазованность. Правильно отрегулированный и исправный двигатель внутреннего сгорания обычно дает содержание оксида углерода СО в выхлопных газах не более 0,2 %. Поэтому при работе на открытых площадках ввиду естественного их проветривания уровень концентрации СО и других веществ в воздухе не превышает ПДК [1:8]. Однако работа машины в глубоких узких котлованах, в длинных туннелях, в помещениях испытательных станций может привести к чрезмерному скоплению в воздухе токсических веществ. Ввиду этого при проектировании машины специального назначения следует оговорить условия, обеспечивающие вентилирование закрытых рабочих площадок.
4. Освещенность. Степень освещенности рабочих площадок в темное время суток зависит от наличия осветительных приборов на самой машине и от общего (прожекторного) освещения территории, в пределах которой перемещается машина.
При проектировании экскаваторов, расположение точек установки осветительных приборов обосновывается и назначается проектантом. На всех самоходных машинах осветительные приборы должны отвечать требованиям ГАИ, а на перемещающихся со скоростью свыше 20 км/ч – обеспечивать максимальную безопасность движения.
Обзорность рабочей площадки из кабины оператора машины определяется конструкцией самой кабины, местоположением последней относительно рабочих органов и элементов конструкции. Хорошая обзорность не вызывает дополнительных движений оператора, обеспечивает удобство позы. Это снижает утомляемость, повышает степень безопасности труда и производительность. Если установка рабочих органов ведет к сокращению площади видимой части рабочей зоны, уменьшает коэффициент обзорности, то в первую очередь следует рассмотреть возможности изменить конструкцию оборудования и расположить его без ущерба для эксплуатационных свойств машины. Проектируя, машину на специальном шасси, местоположение кабины устанавливают из условия обеспечения наилучшей обзорности. Конструкции кабины и ее элементов должны отвечать этому же требованию. Обычно коэффициент обзорности у экскаваторов – 0,9…1.
5. Шумность. Работа экскаватора сопровождается выделением шума:
а) механического (вследствие вибрации поверхностей привода – электродвигателя, муфты, насоса, а также одиночных или периодических ударов в сочленениях деталей или конструкций насосной станции в целом);
б) гидродинамического (от колебаний при течении рабочей жидкости по рукавам высокого давления);
в) электромагнитной, возникающей вследствие колебаний элементов электродвигателя.
Нормирование учитывает различие биологической опасности шума в зависимости от спектрального состава и временных характеристик и производится в соответствии с ДСН 3.3.6. 037 — 99. и ГОСТ 12.1.003-83 «Шум».
6. Вибрация. Обычно при работе экскаватора наблюдаются колебания (вибрация), появляющиеся на рабочем месте оператора, которые возбуждаются в основном двумя группами источников. При работе машин появляются колебания незатухающего характера. Воздействуя на оператора, они ухудшают его самочувствие, а в отдельных случаях способны привести к профессиональному заболеванию – виброболезни (под вибрацией понимают движение точки или механической системы, при котором происходит поочередное возрастание и убывание во времени значений какой-либо величины (виброперемещения, виброскорости, виброускорения). Действующие гигиенические оценки вибраций описаны в ГОСТ 12.1.012-82 и ДБН 3.3.6.037-99.
7. Влияние ультрафиолетовых излучений. Из-за того, что машины экскавационного типа устанавливаются и работают на открытом воздухе и кабина машиниста не защищена от прямого попадания солнечных лучей, рабочий персонал поддается влиянию солнечного (ультрафиолетового) излучения. Влияя на глаза, свет влияет на весь организм. При повышенном ультрафиолетовом излучении возможные появления ожогов от света, рези в глазах и развитие катаракты.
Наличие резких теней в рабочей зоне поднимает постоянный уровень приспособляемости глаз к изменению яркости, то есть приводит к частой переадаптации - свойства глаз приспосабливаться при переведении взгляда из светлой в темную зону и наоборот. Полное время, необходимое на адаптацию глаз от светлого к темному составляет 45 минут, а от темного к светлому 3...10 минутам. В процессе работы этого времени для полной адаптации нет, итак, данный фактор также отрицательно влияет на зрение человека, который приводит к снижению производительности его работы.
Нормированные значения коэффициента естественной освещенности (КПО) при естественном и искусственном освещении изложенные в СНиП 11-4-79 «Естественное и искусственное освещение».
Помимо рассмотренных вредных факторов в ходе выполнения рабочих операций, при транспортировании машины, в процессе ее технического обслуживания и ремонта возникают опасности, которые могут привести к несчастному случаю. Чтобы обеспечить максимальную безопасность эксплуатации проектируемой машины, анализируют возможные опасности и последствия, их возникновения.

Опасные факторы:
1. Обрушения грунта
Перемещения, установка и работа машин близ выемок (котлованов, траншей, канав и т.п.) с неукрепленными откосами разрешается только за пределами призмы обрушения грунта на расстоянии, установленной проектом проведения работ [25].
При отсутствии соответствующих указаний и проекта проведения работ допустимое расстояние по горизонтали от основы откоса выемки к ближайшим опорам машин следует принимать по таблице. 5.1.
Таблица 5.1
Наименьшее допустимое расстояние к подошве траншеи
(по СНиП III-4-80*, таблица 3)
Грунт
Глубина песчаный супесчаный суглинистый глинистый
выемки, м Отстань по горизонтали от основы откоса выемки
к ближайшей опоре машины, l , м
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0 1,5
3,0
4,0
5,0
6,0 1,25
2,40
3,60
4,40
5,30 1,00
2,00
3,25
4,00
4,75 1,00
1,50
1,75
3,00
3,50
При глубине выемки, более 5 м или в сложных гидрогеологических условиях (переувлажнения, наслоения грунтов) решения вопроса в ППР о безопасной установке машины должно опираться на выявление поверхности скольжения, которые определит призму обрушения грунта в заданных условиях. Поверхность скольжения, и призму обрушения определяют по методике равноустойчивого откоса.
При глубине выемки менее 5 м наименьшее допустимое расстояние от верхнего строения колеи (конца шпалы, гусеницы, колеса) к основе откоса может быть определено по приближенной оценке задней границы призмы обрушения на основе формулы:
l = 1,2ah+1 (5.2)
где h – глубина выемки, м;
a – коэффициент закладки откоса, который принимается по данным таблицы 5.1.

Рис. 5.1 Схема безопасной установки машины у кромки траншеи
а - коэффициент закладки откоса; l0 – отстань к бровке выемки

2. Потеря устойчивости.
Потеря устойчивости, приводит к опрокидыванию. Опрокидывающие моменты у строительных машинах состоят из действия разных сил: реакции грунта на кромке режущих рабочих органов, землеройных машин, массы грузов динамических нагрузок, которые поднимаются, влияния ветра, сил инерции, масс груза и машины, сил, которые возникают от уклона или подъема, и др. Опрокидывание машины возможно при движении под уклон, на подъем, при прохождении закругленных участков пути. Может происходить сползания машины юзом. Угол подъема ограничивается сцепляющимися качествами движителя и запасом мощности двигателя. Во избежание опрокидывания во время разработки грунта, машину необходимо установить на горизонтальную поверхность.
В случае если модернизация экскаватора приведет к увеличению массы рабочего органа, который может повлиять на устойчивость машины во время эксплуатации, то для того чтобы убедиться в безопасности эксплуатации данного оборудования, необходимо провести расчет устойчивости.
3. Порыв подземных коммуникаций (трубопроводы высокого давления, кабели под напряжением и т.п.)
Разработка грунта механизированным способом в этих условиях разрешается на расстоянии не менее 2 м от боковой стенки и не менее 1 м от верха трубы, кабеля, сооружения. Грунт, который остался, дорабатывают вручную, не допуская повреждение коммуникаций.
4. Передвижения машины с навесным оборудованием
Стрела должна быть установлена строго по оси движения, а рабочий орган опушен в кузов машины. Стрелу навесного оборудования закрепляют в транспортном положении. При движении следует строго соблюдать правило дорожного движения. Передвижения машины с наполненным рабочим органом запрещено.
Проход машины, с навесным оборудованием, под электролиниями высоковольтной передач разрешается в том случае, если расстояние между проводами и верхней частью машины не менее 2 м.
5.2 Общие правила безопасности труда при эксплуатации экскаватора.
1. Машины, механизмы, оборудование и приспособления, числящиеся на балансе в строительно-монтажных организациях, должны быть снабжены паспортами и инвентарными номерами, по которым их записывают в специальные журналы учета и периодических осмотров.
2. К управлению экскаватора допускаются рабочие и обслуживающий персонал, имеющие удостоверения на право управления машиной.
3. Машинист должен работать на машине в крепкой плотно облегающей одежде, чтобы не зацепиться за движущиеся части машины; перчатки должны быть целыми.
4. Ременные и цепные передачи, валы и другие, вращающиеся или подвижные детали, вблизи которых могут находиться люди, должны быть закрыты ограждениями или кожухами. Выполнять работы или транспортное движение на машинах при снятых ограждениях или кожухах запрещается.
5. Выполнять работы разрешается только на вполне исправных машинах. Запрещается работать на машинах, у которых неисправны даже отдельные детали или механизмы, в особенности тормоза ходовых колес или гусениц, а также стояночные тормоза.
6. Для работы в темное время суток машины должны быть оснащены достаточным числом внутренних и внешних приборов освещения.
7. Перед запуском двигателя следует установить в нейтральное (выключенное) положение все механизмы привода, в том числе механизмы управления гидросистемами.
8. Не следует запускать двигатель машины и давать ему работать в непроветриваемых гаражах или сараях во избежание отравления людей продуктами сгорания топлива. Если двигатель должен работать в закрытом помещении, необходимо выхлопные газы выводить наружу с помощью вентиляционного трубопровода, соединив его с выхлопной трубой машины.
9. Машинист не должен оставлять без присмотра машину с работающим двигателем. Если машинист уходит от машины, то он должен выключать ее двигатель.
10. При начале движения или работы машины включают муфты (или заменяющие их механизмы) или увеличивают подачу топлива плавно, особенно при больших нагрузках. Несоблюдение этого правила приводит к резким перегрузкам, повышенному изнашиванию и даже поломкам механизмов машины.
11. Машинист должен постоянно наблюдать, чтобы под отвалами, ковшами, заслонками ковшей и другими рабочими органами машин или вблизи от них не находились люди. Если в запретных зонах находятся люди, работу машины следует немедленно прекратить.
12. Машинист должен вести машину на скорости, обеспечивающей безопасность движения.
13. При движении под уклон трансмиссия базовой машины должна быть включенной.
14. Перед поворотами во избежание заноса машины или потерею устойчивости скорость движения уменьшают.
15. Во время работы или транспортного движения любым лицам запрещается находиться на металлоконструкциях – ковшах, буферах, рамах и других подобных элементах навесных, прицепных, или полуприцепных машин.
16. В кабинах базовых машин может находиться столько людей, сколько предусмотрено инструкцией. Нарушать это правило строго запрещается.
17. При движении в темное время суток по дорогам в общем потоке транспорта обязательно включают, осветительные приборы, положенные по правилам движения. Работать в темное время суток без включенных приборов внешнего освещения запрещается.
18. При остановке машины включают тормоза ее ходовых колес или гусениц. При стоянке машины на уклонах должны быть включены стояночные тормоза.
19. Машинист не должен сходить с машины до ее полной остановки.
20. При снятии заливной пробки с радиатора горячего двигателя необходимо соблюдать осторожность; во избежание ожогов рук пробку снимают, прикрыв ее плотной тряпкой. Доливать жидкость в радиатор следует при работающем на низкой частоте вращения или остановленном двигателе. Если двигатель перегрет, заливать жидкость в радиатор не разрешается.
21. Для перекачки топлива при заправке и для продувки топливопроводов следует пользоваться насосом. Засасывать топливо ртом в шланг и продувать ртом топливопроводы запрещается.
22. После работы с этилированным бензином необходимо обмыть руки обычным бензином или керосином.
23. Рабочее место около машин должно быть ровным, нескользким и содержаться в чистоте.
24. На машинах с работающими двигателями запрещается осматривать агрегаты, детали и выполнять сборочно-демонтажные, наладочные, регулировочные, ремонтные и любые другие работы.
25. При работающих двигателях запрещается менять масло в агрегатах и редукторах, а также смазывать детали и механизмы машин.
26. На машинах с подвижными рабочими органами запрещается производить осмотры, наладочные, ремонтные и любые другие работы, находясь под рабочими органами, поднятыми и удерживаемыми канатными, механическими или гидравлическими механизмами, привода (управления), а также находиться в непосредственной близости от них. В случае необходимости производства таких работ, поднятые рабочие органы устанавливают на предусмотренные в конструкции запоры или при отсутствии последних козлы или бревна, опирающиеся на землю.
Если во время любых осмотров, наладочных, регулировочных и ремонтных операций рабочий вынужден находиться под поднятыми рабочими органами, запрещается кому-либо быть вблизи рычагов или рукояток управления рабочим оборудованием и трогать эти рычаги и рукоятки, даже если поднятые рабочие органы поставлены за запоры или опираются на козлы или бревна.
27. Категорически запрещается демонтировать шину, если она находится под давлением.
28. При накачивании воздухом шин запрещается кому-либо из людей находиться вблизи колеса со старены съемного бортового кольца, так как возможен его срыв. Тот, кто накачивает шину, должен находиться на стороне колеса, противоположно съемному бортовому кольцу.
Накачивать воздухом шины размером 14,00 – 20 и более непосредственно на машине не разрешается. Шина с ободом должна выть снята с машины и уложена для накачки в специальный металлический ящик с запирающейся крышкой, защищающей от возможности отброса сорванного бортового кольца.
29. В бачках и ресиверах, работающих под давлением воздуха, запрещается поднимать давление сверх разрешенного.
30. При осмотрах и подтягивании креплений и соединений сборочных единиц, агрегатов или соединений трубопроводов гидросистем привод насосов должен быть отключен, а гидросистема в целом – освобождена от давления, например, путем разгрузки и опускания на землю рабочего органа и переключения всех золотников гидрораспределителя на слив масла из исполнительных гидроцилиндров в бак.
Если в механизме отбора мощности не предусмотрено выключение привода насосов, то двигатель машины должен быть остановлен.
31. При обрубании канатов систем управления с обеих сторон от места обрубки концы каната должны быть обмотаны проволокой, иначе они могут раскрутиться и причинить рабочему травму, особенно опасную для глаз.
32. Перемещение и установка машин вблизи выемок (котлованов, траншей, канав) разрешается при соблюдении расстояния от подошвы откоса выемки до ближайшей опоры машины (гусеницы, колеса) не менее указанного в табл. 5.1.
5.3 Правила для лиц, находящихся вблизи землеройно-транспортной машины – «Экскаватор»
Машинист должен принимать меры, чтобы лица, находящиеся (вблизи) землеройно-транспортных машин, соблюдали следующие основные правила.
1. Любой человек, находящийся в зоне движения машины или в непосредственной близости от места ее работы, должен следить за движением машины и не мешать ее работе и перемещению.
2. При маневрировании машин задним ходом, особенно экскаватора, любой работник должен быть удален из зоны маневрирования.
3. Запрещается проходить под поднятым рабочим (стреловым) оборудованием машины или в непосредственной близости от него.
4. На территории строительства или карьера люди должны ходить по пешеходным дорожкам, а если дорожек нет, то по левой стороне дороги. Люди с носилками, ручными тележками, санками, должны двигаться по крайней полосе дороги.
5. Находясь в зоне работы землеройно-транспортных машин, все работники и пешеходы должны:
– не перебегать внезапно пути движения машин;
– обходить стоящие машины только спереди, но не под поднятым рабочим оборудованием;
– уступать дорогу движущейся машине;
– переходя постоянные пути двустороннего движения машины, сначала посмотреть налево по направлению перехода, а дойдя до середины дороги, – направо;
– без служебной надобности не подходить к работающей или находящейся на стоянке машине.
5.4 Основные противопожарные правила
1. Запрещается курить и держать открытый огонь (горящие факелы, спички) вблизи от машины, а также при регулировочных сборочно-демонтажных, ремонтных и других работах на машине.
2. Машины с топливными баками или отопительными устройствами, в том числе для обогрева кабин, должны быть снабжены огнетушителями.
Работать на машине, не оснащенной положенными средствами огнетушения, не разрешается.
3. Запрещается выводить на работу машины даже с незначительными подтеканиями топлива из бака, топливопроводов или других агрегатов топливоподачи.
4. Не допускается иметь на машине или в непосредственной близости от места ее стоянки замасленную или пропитанную топливом ветошь и другие обтирочные материалы.
5. Заправлять машину топливом разрешается только при выключенном двигателе.
6. Машинист должен периодически следить за состоянием топливного бака и герметичности топливопроводов и немедленно устранять обнаруженные неплотности и утечки топлива.
7. Машинист должен содержать в постоянной исправности инструментальный ящик и огнетушитель на случай аварийного положения.
8. При воспламенении топлива на машине или под ней запрещается заливать пламя водой. В случае возникновения пожара на машине машинист должен перекрыть краники топливопровода и затем гасить пламя огнетушителем, засыпать пламя песком или землей, либо накрыть брезентом или войлоком, чтобы прекратить доступ воздуха к пламени.
5.5 Расчет предельной глубины выемки.
Безопасную глубину разработки котлованов и траншей с вертикальными стенками без креплений в зависимости от вида грунта устанавливает Снип III-4-80*. Рытье котлованов и траншей с вертикальными стенками без креплений в нескальных и незамерзших грунтах выше уровня грунтовых вод и при отсутствии близ подземных сооружений допускается на глубину не более, м:
1,0 – в насыпных, песчаных и крупнообломочных грунтах;
1,25 – в супесях;
1,50 – в суглинках и глинах.
К грейферным механизмам предъявляются специфические требования, обусловленные их назначением и условиями работы: необходимо обеспечить вертикальность стенок разрабатываемых траншей.
Если земляные работы намечается выполнять без откосов, необходимо определить расчетом, к которой глубине в данных условиях можно рыть траншею или котлован с вертикальными стенками без закрепления.

Рис. 5.2. Расчетная схема.
Критическую высоту вертикальной стенки можно определить по формуле проф. В. В. Соколовського [26]
(5.3)
где Нкр – критическая высота вертикальной стенки в г;
С – сила сцепления грунта в т/м2;γ – объемный вес грунта в т/м3;
φ – угол внутреннего трения в град.
Показатели С, γ, φ определяют при исследовании грунтов. Их значения для расчетных типов грунтов, а также «среднего грунта»
Для «среднего грунта» С = 3 т/м2; γ = 2,0 т/м3; φ = 26°
При определении предельной глубины котлована или траншеи с вертикальной стенкой рекомендуется вводить коэффициент запаса больше единицы. Обычно этот коэффициент принимают равным 1,25, тогда
Нпр = Нкр / 1,25 (5.4)
где Нпр – предельная высота вертикальной стенки в м.
Расчет ведем в табличной форме (табл. 5.2)
Таблица 5.2
Результаты расчета предельной глубины выемки с вертикальными стенками
Параметры Тип грунта
Песчаный Супесчаный Суглинистый Трудный суглинок, глина «Средний грунт»
Сцепления, С, т/м2 0,01 1 3 6 3
Угол внутреннего трения, , град 29 27 25 23 26
Объемная масса, , т/м3 1,8 2,0 2,1 2,1 2,0
Критическая высота вертикальной стенки, Нкр, г 0,0189 1,632 4,485 8,633 4,801
Предельная высота вертикальной стенки, Нпр, г 0,015 1,305 3,588 6,907 3,841
Расчетные формулы высоты незакрепленной вертикальной стенки выемки полученные на основании теории предельного равновесия сыпучей среды.
Следует отметить, что для частицы случая при переувлажненном глинистом грунте угол внутреннего трения φ стремиться к нулю (φ → 0). Тогда, согласно [27], высоту вертикальной стенки выемки, которая не требует крепления, следует определять по формуле:
(5.5)
Для «среднего грунта» в переувлажненном состоянии можно записать:

5.6 Укрепления стенок выемок
При устройстве фундаментов, прокладки подземных коммуникаций в сжатых условиях под городскими проездами, в условиях реконструкции предприятий траншеи и котлованы разрабатывают с вертикальными стенками. Рытье их в маловязких и несвязных грунтах сопровождается установкой креплений стенок выемок во избежание обвалов и сдвигов грунта.
Крепления стенок котлованов и траншей состоит из следующих элементов:
• щитов или затягиваний (забирок), изготовленных в основном из досок или брусьев, которые непосредственно воспринимают давление грунта;
• стоек, которые удерживают щиты в рабочем положении;
• разножек, которые удерживают стойкие в вертикальном положении
При установке щитов, когда доски расположенные вертикально, для их удержания применяются прогоны и разножки.
В зависимости от конструктивного решения элементов различают следующие основные типы креплений: консольный, распорный, подвесной. Консольный тип креплений включает безраспорные, шпунтовые, анкерные и консольно-распорные крепления и характеризуется тем, что стойки содержатся путем защемления нижней их части.
В безраспорном и шпунтовом креплениях стойки содержатся только путем защемления нижней их части, забитой ниже дна выемки. При этом стойки в безраспорном креплении располагаются с определенным шагом, а в шпунтовом их забивают вплатную. Как шпунт используют стальные балки разного профиля и дерево.

Рис. 5.3 Принципиальные схемы типов креплений
а – безраспорный; б – анкерный; в – консольно-распорный; г – распорный; д – подкосный; е – подвесной; 1 – щиты; 2 – стойки, 3 – анкеры; 4 – разножки; 5 – подкоси; 6 – упоры (якоря); 7 – опора; 8 – кольца

Рис. 5.4 Распорное крепление: Рис. 5.5 Подкосное крепление:
1 - стойкая, 2 - разножка; 1-стойкая; 2 - крепежные доски;
3 - инвентарный шитый. 3 - упор; 4 – подкос
У анкерного крепления стойки кроме защемления в грунте закрепляются еще вверху анкерами. В отличие от анкерного крепления у консольно-распорного крепления кроме защемления стойки в грунте вверху стойки крепят разножками.
Распорный тип крепления характерный тем, что стойки ставят на дно выемки без закладки в грунт и крепят их разножками по высоте.
Подкосный тип предусматривает установку стоек на дно выемки и крепления их с помощью подкосов.
Подвесной тип имеет горизонтальные элементы, которые выполняют роль упорных прогонов, которые подвешивают к опорной раме, размещаемой на поверхности выемки.

7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГОДОВОГО ЭКОНОМИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА ОТ ПРИМЕНЕНИЯ МОДЕРНИЗИРОВАННОГО ЭКСКАВАТОРА 4 РАЗМЕРНОЙ ГРУППЫ.
В состав экономического расчета включены следующие разделы:
- расчёт экономической эффективности технических решений в области механизации производства строительных работ;
- расчёт технике – экономических показателей модернизации строительных машин.
Произведём расчёт капитальных затрат, текущих затрат, удельную фондоёмкость срок окупаемости, определение годового экономического эффекта от применения в строительстве экскаватора, рабочий орган которого имеет рациональные параметры и формы, что способствует снижению воспринимаемой нагрузки (стадия постановки на серийное производство). После чего снесём полученные результаты в таблицы, где можно будет сравнить полученную эффективность (НТ) и (БМ).
Экскаватор предназначен для выполнения земляных работ большого объёма в дорожном, гражданском, промышленном, гидротехническом и других видах строительства. Агрегат представляет собой навесное оборудование с изменённой конструкцией рабочего органа, смонтированное на экскаваторе 4 размерной группы.
В качестве БТ выбран Экскаватор ЭО-4224.
Модернизированная машина отличается от существующей более прогрессивной конструкцией навесного экскавационного оборудования, позволяющей разрабатывать более прочный грунт, а так же изменена конструкция рабочего органа, что снижает нагрузки воспринимаемые экскаватором при разработке грунта. Эти усовершенствования привели, согласно акту приёмочных испытаний, к увеличению технической производительности при работе с массивом грунта.
Исходные данные для выполнения данной работы взяты из реальных условий на момент выполнения работы.
7.1 Исходные данные для расчета
Таблица 7.1
Основные исходные данные
Наименование Усл. обозначения Ед. изм БТ НТ
Производительность П м3/ч 75 95
Масса техники т 28 28,5
Установленная мощность кВт 95,6 95,6
Количество обслуживающего персонала чел 1 1
Оптовая цена Ц тыс. грн 90,000 100,00
Средняя трудоемкость устранения отказа Го челч 4,5 4.5

7.2 Определение годового объема работ
Годовая производительность машины определяется по формуле:
(7.1)
где: – среднечасовая техническая производительность машины в натуральных измерениях;
– количество машиночасов работы в год на одну машину.
Количество машиночасов работы в год на одну машину определяется по формуле:
(7.2)
где: –фонд рабочего времени, дней (прил.2), ;
–средний коэффициент сменности работы машины, см/дней (прил.1), ;
–средняя продолжительность рабочей смены, часов (прил.3), ;
–количество дней нахождения машины в ТО и ТР приходящееся на 1 машч/раб;
–средняя продолжительность одной перебазировки машины, дней. Так как не перебазируется, ;
–среднее количество машино-часов, маш.ч,. .
Количество дней нахождения машины в ТО и ТР:
(7.3)
где: –коэффициент, определяемый (прил.1), ;
–нормативная продолжительность выполнения технических обслуживаний и ремонтов;
–количество технических обслуживаний и ремонтов за межремонтный цикл;
–средняя продолжительность устранения одного отказа, дни;
–наработка машины на отказ:
Для БТ: ;
Для НТ: ;
–межремонтный цикл, машч.
Величину для традиционной техники принимаем по:
Для БТ:

Для НТ:
Тогда для БТ:


Для НТ:

7.3 Расчет капитальных затрат

Величину капитальных затрат для БТ и НТ можно определить по формуле:
(7.4)
где: –коэффициент перехода от оптовой цены к среднебалансовой стоимости объекта капиталовложений;
–оптовая цена.
Для БТ: .
Для НТ: .
7.4 Расчет текущих затрат
а) зарплата оператору.
Затраты на основную заработную плату оператора определяются по формуле:
(7.5)
где: –средний коэффициент к тарифной ставке;
–количество операторов в одну смену;
– часовая тарифная ставка работы.
Тогда для
БТ:
НТ:
б) затраты на ТО и текущий ремонт.
Затраты на выполнение ТО и ТР машины определяются по формуле:
(7.6)
где: и –соответственно, трудоемкость выполнения ТО и текущих ремонтов;
1.2–средний коэффициент, учитывающий премии рабочих;
–часовая тарифная ставка среднего разряда работы;
–коэффициент перехода от суммы основной заработной платы технической эксплуатации машины к стоимости запасных частей. Принимаем .
–средняя наработка на отказ;
принимаем следующие значения:
Для БТ:
Тогда для БТ и НТ:

Для БТ и НТ:

в) амортизационные отчисления.
Амортизационные отчисления машины определяются по формуле:
(7.7)
где: –нормы амортизационных отчислений в долях единицы. Принимаем .
Тогда амортизационные отчисления составят:
Для БТ:
Для НТ:
г) затраты на топливо для строительных машин определяются по формулам:
(7.8)
(7.9)
где: –тариф на топливо. .
–затраты топлива на 1 маш.ч. работы машины;

д) затраты на смазочные материалы определяются по формуле:
(7.10)
где: –коэффициент перехода от затрат на топливо к затратам на смазочные материалы.
БТ:
НТ:
Расчетные величины сводим в таблицу 7.2.
7.5 Определение годового экономического эффекта

Годовой экономический эффект определяется по формуле:
(7.11)
где: –годовой объем работ, выполняемый с использованием НТ;
-себестоимость;
–капиталовложения;
Таблица 7.2
Калькуляция текущих затрат
Статьи затрат Обозначения Затраты, грн.
БТ НТ
1 2 3 4
Зарплаты операторам Зо 24,34 24,34
Отчисления на социальные нужды 40.55% 4,06 4,06
Затраты на ТО и ТР Ррем 7,52 7,52
Отчисления на амортизацию А 10,84 12,05
Затраты на топливо Здт 88,5 88,5
Затраты на смазку Зс 19,47 19,47
Общая сумма затрат С 154,73 155,94

–нормативный коэффициент сравнения эффективности капитальных вложений.

7.6 Определение удельной фондоемкости
Удельная фондоемкость вычисляется по формуле:
(7.12)
Для БТ: .
Для НТ: .

7.7 Определение годовых эксплуатационных издержек

Годовые эксплуатационные издержки вычисляются по формуле:
(7.13)
Для БТ:
Для НТ:

7.8 Снижение затрат на материалы

Снижение затрат на материалы определим по формуле:
(7.14)
где -соответственно, удельная материалоемкость продукции, вырабатываемой техникой до и после модернизации.
Определим удельную материалоемкость по формуле:
(7.15)
где: –масса машины, т;
–коэффициент использования материала;
–срок службы машины.


Тогда будет:

7.9 Расчёт срока окупаемости

Срок окупаемости затрат вычисляем по формуле:
(7.16)
Для НТ:
Снижение затрат труда на единицу выпускаемой продукции, (на 1 модернизацию машины) вычисляем по формуле:
(7.17)
где: –число членов экипажа, чел.
Тогда:

Результаты расчетов сводим в табл. 7.3.
Таблица 7.3
Основные технико-экономические показатели модернизации.
№ п/п Показатели Ед. изм. Величины
Проект База
1 2 3 4 5
1 Масса машины т 28,5 28
2 Мощность двигателя кВт 95,6 95,6
3 Эксплуатационная часовая производительность м3/ч 95 75
4 Инвентарно-расчетная стоимость машины тыс. грн. 100,000 90,000
5 Удельная фондоемкость грн./ м3 0,681 0,68
6 Годовые эксплуатационные издержки грн./год 335265 332269
7 Затраты на модернизацию грн. 10000 -
8 Снижение удельной металлоемкости т 0,265 -
9 Годовой экономический эффект тыс. грн. 6,637 -
10 Срок окупаемости затрат год 1,5 -
11 Снижение затрат труда чел.ч/год 215 -

 




Комментарий:

Дипломная работа - отлично!


Рекомендовать другу
50/50         Партнёрка
Отзывы