Расчет основных параметров рабочего оборудования при удлинении рукояти

𝑃_𝑘𝑚 = 9,81 ∙ 𝐶 ∙ ℎ^1,35(1 + 2,6 ∙ В ) ∙ (1 + 0,0075𝛼
), кН, (2.1)

м к р


где 𝐵_𝑘 - ширина режущей кромки ковша, м; ℎ_м - максимальная толщина стружки, см; α_р - угол резания, град (αр = 45°);
z - коэффициент, учитывающий расстановку зубьев на режущей кромке; С - расчётное число ударов плотномера ДорНИИ (С = 16 - 32).

𝑃_𝑘𝑚 = 9,81 ∙ 10 ∙ 35^1,35 ∙ (1 + 2,6 ∙ 1,2) ∙ (1 + 0,0075 ∙ 45°)= 37, кН.

Плотномер (денсиметр) — это устройство, которое измеряет плотность объекта или материала.
Грунты распределены на группы в «Единых нормах и расценках» в зависимости от вида применяемой механизации. При этом один и тот же грунт может быть отнесен к различным группам при разработке его различными машинами. Например, лёсс, отвердевший относится к 4-й группе при разработке одноковшовыми экскаваторами, к 3-й группе при разработке бульдозерами, ко 2-й группе при разработке скреперами. Гравийно-галечные грунты относят к 1-й группе при разработке их экскаваторами, ко 2-й группе при разработке скреперами и к 3-й при разработке их грейдерами и т.д. Такая классификация очень несовершенна, так как не учитывает физического состояния грунта. Поэтому в настоящее время наиболее употребительна классификация, предложенная А. Н. Зелениным. По ней физическое состояние грунта оценивается по числу ударов динамического плотномера ДорНИИ. Плотномер состоит из цилиндрического стержня сечением 1 см², на который надета гиря массой 2,5 кг. При падении с высоты 40 см гиря ударяется об упор на стержне, который погружается в грунт. В зависимости от числа ударов С, необходимых для погружения стержня на 10 см, грунт (в соответствии с

ℎ_м = 1,2 ∙ (1 −
√²
) = 0,35 м.
2

На сегодняшний день экскаваторы гидравлические с оборудованием типа обратная лопата в качестве рабочего органа ковш, который способен вращаться независимо от рукояти благодаря гидроприводу. Такая особенность конструкции и реализации рабочего процесса способствует более качественному наполнению ковша грунтом и ускоряет его выгрузку в резерв или кузов автосамосвала. Так же обеспечивает более эффективную отрывку котлованов с вертикальными стенками, что способствует колоссальному повышению технической производительности.

Для определения ширины ковша используется формула:



^{𝑏 = 1,7 ∙ 3}√<sup>𝑞 − 0,5, м; (2.3)



𝑏 = 1,7 ∙ 3</sup>√^{1 − 0,5=1,2 м.}

𝐾
𝐿_𝐾 представляет собой путь наполнения ковша обратной лопаты, для его нахождения используется формула:



^{𝐿 = 1,55 ∙ 4}√^{𝑚, м, (2.4)}
где m – масса экскаватора, т.

𝐿_𝐾 = 1,55 ∙ ⁴_√16,7=3,13, м.

Опираясь на инструкцию по эксплуатации экскаватора HITACHI ZX-210, масса экскаватора m составляет 16,7 т.
Копание грунта поворотом рукояти без поворота ковша. Стрела максимально опущена вниз, копают без поворота ковша при движении рукояти снизу вверх, этот участок траектории является наиболее нагруженным. Расчетные положения рабочего оборудования для этого случая показаны на рисунке 2.2 [8].

𝜌
𝑃₁ =
^(𝑃ц.р. ^{∙ 𝑟}ц.р. ^{− 𝐺}к.+гр. ^{∙ 𝑟}к.+гр. ^{− 𝐺}р ^{∙ 𝑟}р^{), Н, (2.7)}

где 𝑃₁ – касательное усилие, действующее на кромке ковша при копании рукоятью;
ρ – радиус приложения усилия на кромке ковша при копании рукоятью, м;

^𝐹ц.р.
2

𝜋∙𝐷
= ^ц.р., м², (2.11)
4

^𝐹ц.р.
^𝐹ц.р.
₌ 3,14∙0,135²_{=0,014, м2;}
4


₌ 3,14∙0,150²_{=0,017, м2.}
4

Определение силы тяжести ковша:


𝐺_𝐾 = 𝑞 ∙ 9 ∙ 10³, Н; (2.12)
𝐺_𝐾 = 1 ∙ 9 ∙ 10³=9000, Н.
Для определения силы тяжести грунта в ковше используется формула:

𝐺_г
= 𝑞 ∙ 𝛾_г

• 
  ^КН , Н, (2.13)
  

К_Р

где 𝛾_г – объёмная сила тяжести разрабатываемого грунта (𝛾_г=18200 Н/м3); Кн - коэффициент наполнения ковша (Кн – 0,9);
Кр - коэффициент разрыхления грунта. Кр=1,2-1,3.

𝐺_г
= 1 ∙ 18200 ∙ ^0,9=13650, Н.
1,2

Определение силы тяжести рукояти:


² 5 ⁵

𝐺_𝑃 = 155 ∙ 𝑃³ ((𝑙_𝑝 +)³ − 𝑅³ ), Н, (2.14)
𝑘𝑚 𝑘
где – Rк радиус поворота ковша. Определяем 𝑅_𝑘 как 𝑙_К равную 1,2м.


2 5 5
𝐺_𝑃 = 155 ∙ 33³ (⁽2,42 + 1,2⁾³ − 1,2³ ) = 18743, Н.

Определить вес ковша с грунтом можно по формуле:

𝐺_к+гр = 𝐺_𝑘 + 𝐺_гр, Н; (2.15)

𝐺_к+гр = 9000 + 13650 = 22650, Н.

^Рц.р.
₌ ^Рк^∙(𝑙𝑝^+𝑙𝑘^)+𝐺к.+гр.^∙𝑟к.+гр.^+𝐺р^∙𝑟р_{, кН, (2.16)}
^𝑟ц.р.

где Р_к – касательное усилие, действующее на кромке ковша при копании рукоятью;
𝑙_𝑝 –длина рукояти, м;
𝑙_𝑘 – длина ковша, м;
𝑟_ц.р. – плечо приложения усилия в гидроцилиндре рукояти, м;
𝐺_р, 𝐺_к.+гр. – вес рукояти с гидроцилиндром ковша и ковша с грунтом;
𝑟_р и 𝑟_к.+гр. – плечи сил тяжести рукояти и ковша с грунтом, м.

^Рц.р.
₌ 37∙10³∙⁽2,42+1,2⁾+22650∙3,02+11703∙0,67 _{=350, кН.}
0,6

Плечо приложения усилия гидроцилиндра рукояти 𝑟_ц.р.:

1

4
^𝑟ц.р. ⁼


_𝑟 1

• 
  𝑙_𝑝, м, (2.17)
  

ц.р. ⁼

Плечо силы тяжести рукояти:

∙ 2,42=0,6, м.
4

1
𝑟_𝑝 = ₃ ∙ 𝑙_𝑝, м; (2.18)
1
𝑟_𝑝 = ₃ ∙ 2,42 = 0,8, м.
Плечо силы тяжести ковша с грунтом:

𝑟_к+гр = 𝑙_𝑝 + 0,5 ∙ 𝑙_к, м; (2.19)

𝑟_к+гр = 2,42 + 0,5 ∙ 1,2 = 3,02, м.
Схема для определения усилия в гидроцилиндре показана на рисунке 2.3.