книги / Машины и оборудование для разработки мерзлых грунтов
..pdfили по формуле Н.Г. Домбровского [7]: |
|
|||||
P01 = k1bh = k1F. |
(85) |
|||||
Для строительной группы экскаваторов |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
P |
k |
ц |
3 q2 , |
(86) |
||
01 |
|
|
к |
|
где kц – коэффициент вариации, kц = 6,0...6,7;
k1 – коэффициент, характеризующий удельную силу сопротивления копанию, для грунтов IV категории k1 = 2,8 · 106 Па.
Глубину резания (максимальную толщину стружки) h (см) можно определить по формуле
h |
qк kн |
, |
(87) |
|
|||
|
Blkp |
|
где qк – объем ковша экскаватора, qк = 0,5 м3; kн – коэффициент наполнения, kн = 1;
В – ширина режущей кромки ковша, В = 900 мм; l – длина наполнения ковша грунтом, l = 5 м;
kp – коэффициент разрыхления, kр = 1,5; тогда
h |
0,5 1 |
0,074 м 7,4 cм , |
|||||
|
|||||||
1,0 5 1,5 |
|||||||
|
|
|
|
90o |
18o |
|
|
P01' 290 0,074 102 9,81 1 0,55 0,9 1 |
|
|
|
|
66 397, 2 H. |
||
150 |
o |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
Принимая перепад давления жидкости на поршне гидроцилиндра РA = 160 кг/см2, находим максимальное усилие на режущей части зуба, действующего на грунт:
|
|
D2 |
|
|
3,14 52 |
|
P |
|
|
P P |
|
|
160 45 3095кг , |
|
|
|||||
01max |
|
4 |
A пр |
|
4 |
|
|
|
|
|
|
где Рпр – усилие противодействия поступательному перемещению поршня со стороны силовой пружины, Pпр 45 кг ;
D – диаметр поршня активизатора зуба, D = 50 мм.
131
Диаметр поршня D (см) можно определить по зависимости
D |
|
4F |
|
|
|
4 19,34 |
4,9 (принимаем D = 5 см), |
|
|
3,14 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
здесь F – активная площадь поршня,
F |
P01max |
|
3095 |
19,34 см2 . |
|
Pмагистр |
160 |
|
|||
|
|
|
|
Чтобы найти скорость копания, необходимо определить частоту колебаний зуба и амплитуду его колебаний. При работе экскаватора одновременно происходит перемещение зубьев ковша, поворот ковша, поворот рукояти, опускание стрелы.
Зная конструкцию золотника и частоту его вращения (рис. 62), определим время сообщения рабочей полости активизатора с напорной линией и со сливной линией (жидкость будет сбрасываться из гидроцилиндра под действием пружины и давления на грунт при копании ковшом или рукоятью):
|
|
136, 4о ; |
|
|
|
43,6о , |
|
|
тогда время впуска |
|||||||||||||||
вп |
вып |
|
|
|
|
задерж |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
tвп |
tвып |
|
вп.вып 60 |
|
136,4 |
60 |
|
0,015 c . |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
360 |
|
|
|
n |
|
|
360 1500 |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
Время задержки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
t |
|
|
задерж 60 |
|
43,6 60 |
|
0,005c . |
||||||||||||||||
|
задерж |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
360 |
|
n |
|
|
|
360 1500 |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Время наполнения tнап (с) рабочей полости цилиндра активизатора определяется по формуле
t |
|
|
2Vгц |
, |
|
|
(88) |
нап |
|
|
|
||||
|
|
Qмгн |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||
|
|
3 |
; V |
|
D2 |
||
где Vгц – объем рабочей полости гидроцилиндра, см |
S , |
||||||
|
|
|
|
|
гц |
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
(одновременно наполняются два гидроцилиндра);
S – ход поршня гидроцилиндра, принимаем S = 6 мм (по чертежу – 3 мм).
132
|
|
|
|
|
|
V |
0,052 0,006 11,8 10 6 м3 . |
|||||||
|
|
|
|
|
|
гц |
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Мгновенная подача на один цилиндр |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
Q1мгн |
|
|
|
V |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
tвп |
tзадерж |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
11,8 10 6 |
|
0,59 10 3 м3 /c, |
|||||||
|
|
|
|
0,015 0,005 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 62. Сечение золотника |
|
|
|
|
|
2 11,8 106 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
tнап |
|
|
|
|
|
|
40 109 c. |
|
|
|
|
|
|
|
0,59 10 3 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Такое же время нужно и для слива жидкости из цилиндра. |
||||||||||||||
Частота колебаний зуба |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
1 |
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
28 Гц 1680кол/мин. |
|||||||||
2tнап |
2 0,0178 |
Необходимая скорость копания (м/с)
р(коп) 43 Ank , (89)
где А – амплитуда колебаний, А = S/2 = 3 мм; п – частота колебаний, Гц;
k – коэффициент, k = 1 [11].
vр 43 3 28 1 0,112 м/c .
При большой скорости рабочего органа разработка грунта будет производиться как динамическим, так и статическим методами.
Нормальная составляющая силы резания Р02 = Р01ψ (где ψ =
= 0,1...0,3, принимаем ψ = 0,1), Р02 = X · 0,1 = 1903 кг, преодолевается весовыми параметрами рабочего оборудования экскаватора.
133
6.5.Расчет гидропривода
6.5.1.Расчет гидропривода поворота зубьев ковша
Определение необходимой дополнительной подачи насоса НШ-100.
Объем рабочей полости гидроцилиндра
V 4 (D2 d 2 )S 4 (0,052 0,0252 )0,0015 2,2 10 6 м3 ,
где D – диаметр рабочей полости гидроцилиндра, D = 0,05 м; d – диаметр штока гидроцилиндра, d = 0,025 м;
S – ход поршня поворота штока гидроцилиндра. Шаг резьбы находим по формуле
P |
dtg |
|
3,14 36 tg45o |
18,85 мм, |
|
n |
6 |
||||
|
|
|
где d – средний диаметр резьбы, d = 36 мм;
ψ– угол подъема резьбы, ψ = 45°;
п– число заходов резьбы, п = 6.
Из пропорции находим ход поршня поворота:
P 2 ,
S / 6 S1 ( P) /(6 2 ) 18,85/12 1,5 мм 0,0015м.
Необходимая дополнительная подача насоса НШ-100
Q |
Vm |
|
2, 2 10 6 4 60 |
0,015 м3/мин, |
|
|
|
|
|||
нд |
tц |
V |
|
0,037 0,94 |
|
|
|
|
где т – число гидроцилиндров, т = 4;
tц – время срабатывания гидроцилиндра, tц = 0,037 с; ηV – объемный КПД насоса НШ-100, ηV = 0,94.
Подача рабочей жидкости в гидропривод поворота зубьев осуществляется из напорной гидромагистрали насоса НШ-100, который является основным в гидроприводе экскаватора. Поэтому необходимо увеличить подачу насоса на Qнд = 0,015 м3/мин, увеличив частоту вращения вала насоса.
134
Определение необходимой частоты вращения насоса НШ-100.
Подача насоса при номинальной частоте вращения
Qнн Vнnном Vн 98,8 10 6 1500 0,94 0,139 м3/мин,
где Vн – рабочий объем насоса НШ-100, Vн = 98,8 · 10–6 м3;
nном – номинальная частота вращения насоса НШ-100, nном =
= 1500 об/мин;
ηVн – объемный КПД насоса НШ-100, ηVн = 0,94. Необходимая частота вращения насоса НШ-100
n |
Qнн Qнд |
|
0,139 0,015 |
|
1658об/мин. |
|
98,8 10 6 0,94 |
||||
|
V |
|
|||
|
н Vн |
|
|
|
Определение скорости течения рабочей жидкости в гидромагистрали.
v |
Qнд |
|
|
0,015 |
3,18 м/c, |
60F |
|
7,85 10 5 |
|||
|
60 |
|
где F – площадь поперечного сечения трубопровода,
F |
d 2 |
|
3,14 0,012 |
7,85 10 6 м2 , |
|
4 |
4 |
||||
|
|
|
d – внутренний диаметр трубопровода, примем d = 10 мм = 0,01 м
Определение режима течения рабочей жидкости.
Находим число Рейнольдса
Re |
vd |
|
3,18 0,01 |
1223 Re |
|
2320, |
|
|
кр |
||||
|
|
26 10 6 |
|
|||
|
|
|
где ν – скорость течения рабочей жидкости в гидромагистрали, ν = = 3,18 м/с;
d – внутренний диаметр трубопровода, d = 0,01 м;
– кинематическая вязкость рабочей жидкости, = 26 · 10–6 м2/с. Течение ламинарное.
135
Определение потерь давления на трение по длине трубопровода.
p |
|
|
l |
|
v2 |
0,052 865 |
6 3,182 |
|
13 998 Па , |
|||
т |
|
|
|
|
|
|
||||||
d 2g |
0,01 2 9,81 |
|||||||||||
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
где λ – коэффициент потерь на трение, так как течение рабочей жидкости ламинарное,
λ= 64/Re = 64/1223 = 0,052;
ρ– плотность рабочей жидкости, ρ = 865 кг/м3;
l – приблизительная длина трубопровода, l = 6 м; d – внутренний диаметр трубопровода, d = 0,01 м;
v – скорость течения рабочей жидкости, v = 3,18 м/с.
Определение потерь давления в местных сопротивлениях
(табл. 10):
pмс v2 , (90) 2g
где – коэффициент местного сопротивления; ρ – плотность рабочей жидкости, ρ = 865 кг/м3;
v – скорость течения рабочей жидкости, v = 3,18 м/с.
|
|
|
|
|
Таблица 10 |
|
|
Потери давления в местных сопротивлениях |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
№ |
Местное сопротивление |
Кол-во |
ζ |
ρv2/(2g) |
р, Па |
|
п/п |
||||||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
1 |
Резьбовое соединение |
12 |
0,10 |
445,8 |
535,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
Плавное колено трубопровода |
9 |
0,12 |
445,8 |
481,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
Вход в гидроцилиндр |
1 |
0,80 |
445,8 |
356,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
Делитель потока |
1 |
1,30 |
445,8 |
579,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
Распределитель |
1 |
– |
– |
0,5 · 106 |
Суммарные потери давления в местных сопротивлениях pмс = = 501952,6 Па.
Вычисление суммарных потерь давления.
р = рт + рмс = 13 998 + 501952,6 = 515950,6 Па.
136
Определение давления настройки предохранительного клапана.
p |
|
pmax |
( p a) |
16 106 |
|
|
|
||||
настр |
|
k |
1,02 |
|
|
|
|
|
(515950,6 0,2 106 ) 14,97 Па,
где pmах – максимальное давление, pmах = 16 МПа;
k – коэффициент, учитывающий увеличение перепада давления
сувеличением вязкости рабочей жидкости, k = 1,02;
а– потери давления в клапане, а = 0,2 МПа. Принимаем рнастр = 14 МПа.
6.5.2. Расчет гидропривода поступательного движения зубьев
Определение необходимой подачи насоса.
В п. 6.3.2 было показано, что насос НШ-32 должен рабо-
тать на номинальной частоте вращения nном = 1920 об/мин и, следовательно, обеспечивать подачу Qн = 55,6 · 10–3 м3/мин.
Определение скорости течения рабочей жидкости в гидромагистрали.
v |
|
Q |
|
|
55,6 10 3 |
|
4,63 м/c, |
|
|
н |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
||||
|
|
60F 60 0, 2 10 3 |
|
|||||
где F – площадь поперечного сечения трубопровода, |
||||||||
F |
d 2 |
|
3,14 0,0162 |
0,2 10 3 м2 ; |
||||
4 |
|
|||||||
|
|
|
|
4 |
|
|
d – внутренний диаметр трубопровода (примем d = 16 мм = 0,016 м).
Определение режима течения рабочей жидкости.
Находим число Рейнольдса
Re |
vd |
|
4,63 0,016 |
2849 Re |
|
2320, |
|
|
кр |
||||
|
|
26 10 6 |
|
|||
|
|
|
где v – скорость течения рабочей жидкости в гидромагистрали, v = = 4,63 м/с;
d – внутренний диаметр трубопровода, d = 0,016 м;
– кинематическая вязкость рабочей жидкости, = 26 · 10–6 м2/с. Течение турбулентное.
137
Определение потерь давления на трение по длине трубопровода.
p |
|
|
l |
|
v2 |
0,043 865 |
6 4,632 |
|
15 240 Па, |
|||
т |
|
|
|
|
|
|
||||||
d 2g |
0,016 2 9,81 |
|||||||||||
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
где λ – коэффициент потерь на трение, так как Re = 2849, следовательно, находимся в зоне гладких труб:
|
0,3164 |
|
|
|
0,3164 |
|
0,043; |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
4 Re |
4 2849 |
ρ – плотность рабочей жидкости, ρ = 865 кг/м3;
l – приблизительная длина трубопровода, l = 6 м; d – внутренний диаметр трубопровода, d = 0,016 м;
v – скорость течения рабочей жидкости, v = 4,63 м/с.
Определение потерь давления в местных сопротивлениях
(табл. 11).
pмс ν2 ,
2g
где – коэффициент местного сопротивления (см. табл. 11);
ρ– плотность рабочей жидкости, ρ = 865 кг/м3;
v– скорость течения рабочей жидкости, v = 4,63 м/с.
|
|
|
|
|
Таблица 11 |
|
Потери давления в местных сопротивлениях |
|
|||
|
|
|
|
|
|
№ п/п |
Местное сопротивление |
Кол-во |
|
ρν2/(2g) |
р, Па |
1 |
Резьбовое соединение |
12 |
0,10 |
945,1 |
1134,1 |
|
|
|
|
|
|
2 |
Плавное колено трубопровода |
6 |
0,12 |
945,1 |
680,5 |
|
|
|
|
|
|
3 |
Распределитель активизатора |
1 |
1,10 |
945,1 |
1039,6 |
4 |
Вход в гидроцилиндр |
1 |
0,80 |
945,1 |
756,1 |
|
|
|
|
|
|
5 |
Распределитель |
1 |
– |
– |
0,5 · 106 |
Вычисление суммарных потерь давления.
р = рт + рмс = 15 240 + 503610,3 = 518850,3 Па.
Определение давления настройки предохранительного клапана.
|
|
p |
16 106 |
||
p |
|
max |
( p a) |
|
|
|
|
||||
настр |
|
k |
1,02 |
|
|
|
|
|
(518850,3 0, 2 106 ) 14,97 Па,
138
где рmах – максимальное давление, рmах = 16 МПа;
k – коэффициент, учитывающий увеличение перепада давления
сувеличением вязкости рабочей жидкости, k = 1,02;
а– потери давления в клапане, а = 0,2 МПа.
Принимаем рнастр = 14 МПа.
Суммарные потери давления в местных сопротивлениях рмс =
=503610,3 Па.
6.5.3.Расчет гидропривода золотникового распределителя
активизатора зуба
Определение частоты вращения насоса.
По конструктивным соображениям для вращения золотникового распределителя активизатора зуба принят гидромотор МНШ-32. Для вращения гидромотора МНШ-32 принимаем насос НШ-32-У.
Золотниковый распределитель должен вращаться с частотой
/ tц 3,14/ 0,037 84,9 c 1 ,
где tц – продолжительность рабочего цикла, tц = 0,037 с.
n30 30 849 811об/мин.
3,14
Следовательно, и мотор МНШ-32 должен вращаться с частотой nм = 810,8 об/мин.
Частота вращения насоса НШ-32-У
nн |
nмVм |
|
811 31,5 |
973об/мин, |
|
Vн Vн Vм |
31,7 0,92 0,9 |
||||
|
|
|
где nм – частота вращения гидромотора МНШ-32, пм = 810,8 об/мин; Vм – рабочий объем гидромотора МНШ-32, Vм = 31,5 см3;
Vн – рабочий объем насоса НШ-32-У, Vн = 31,75 см3; ηVн – объемный КПД насоса НШ-32-У, ηVн = 0,92;
ηVм – объемный КПД гидромотора МНШ-32, ηVм = 0,9.
139
Определение потребного расхода гидромотора МНШ-32.
|
V n |
31,5 10 6 810,8 |
|
|
Q |
м м |
|
|
0,028 м3/мин. |
|
|
|||
м |
Vм |
0,9 |
|
|
|
|
6.5.4. Расчет гидроаккумулятора
Принимаем максимальное давление рабочей жидкости в гидроаккумуляторе рmах = 20 МПа.
Минимальное давление рабочей жидкости определим по фор-
муле
p |
|
|
|
pmax |
|
|
20 |
|
|
13 МПа, |
|
min |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
V1 |
|
|
|
520 |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|||||
|
|
|
V2 |
981,25 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
где V1 – полезная емкость гидроаккумулятора перед успокоительной стенкой, V1 = 520 см3;
V2 – объем застенной полости гидроаккумулятора, V2 = 981,25 см3.
6.6.Расчет на прочность элементов гидроактивизатора ковша
6.6.1.Расчет штока активизатора ковша
Шток испытывает сложную деформацию: сжатие, изгиб и кручение (рис. 63).
Определим максимальный крутящий момент на штоке Мк (Н · м):
М |
|
|
Pг dср |
cos (l f ), |
(91) |
к |
|
||||
|
2 |
|
|
||
|
|
|
|
где Рг – сила, действующая со стороны поршня на гайку в системе поворота зуба, Н;
dср – средний диаметр резьбы, dcp = 0,04 м; φ – угол подъема винтовой линии, φ = 45°; f – коэффициент трения, f = 0,1.
|
D2 |
dш2 |
|
0,052 0,0252 |
|
6 |
|
||
P |
|
|
|
p |
|
|
25 |
10 |
36,8 кН, |
|
|
|
|
|
|||||
г |
|
4 |
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где D – диаметр поршня,м; dш – диаметр штока, м;
p – давление в полости, Па.
140