Дипломная работа (бакалавр/специалист) на тему Модернизация рабочего органа экскаватора ЭО-3323А с целью повышения производительности экскаватора.

Содержание:

Введение 3
1 Общие сведения о гидравлических одноковшовых экскаваторах 5
1.1 Назначение и область применения проектируемого изделия 5
1.2 Техническая характеристика экскаватора ЭО-3323А 13
1.3 Анализ патентной и научно-технической литературы в данной области проектирования 17
2 Описание и обоснование выбранной конструкции 35
2.1 Разработка ковша экскаватора активного действия для разработки прочных грунтов 35
2.2 Расчетная часть 37
2.2.1 Определение усилий резания 37
2.2.2 Расчет основных параметров гидроударного устройства 40
3 Расчет гидросистемы 44
3.1 Выбор управляющего устройства, давления и составление гидросхемы 44
3.2 Расчет и выбор гидронасоса 44
3.3 Определение потерь мощности в гидроприводе 45
3.4 Расчет статистических характеристик гидропривода с машинным регулированием 48
4 Ремонт и эксплуатация экскаватора ЭО-3323А 52
5 Безопасность жизнедеятельности 67
Заключение 71
Список используемых источников литературы 72

Введение:

В настоящее время в парке строительных одноковшовых экскаваторов в нашей стране и за рубежом преобладают гидравлические машины с жесткой подвеской рабочего оборудования. Исключение составляют экскаваторы с рабочим оборудованием драглайна, в которых сохранена гибкая (канатная) подвеска. Широкое распространение гидравлических экскаваторов обусловлено неоспоримыми преимуществами гидрообъёмного привода перед приводом с механической трансмиссией и гибкой подвеской рабочего оборудования, в первую очередь, простотой кинематических связей между источниками и потребителями энергии, способностью простыми средствами преобразовать вращательное движение первичного двигателя в поступательное движение конечного звена исполнительного механизма, способностью реализовать большие усилия на рабочих органах при минимальных размерах передаточных устройств, возможностью силового воздействия на рабочие органы, как в прямом, так и в возвратном направлении и др. эти преимущества обеспечили гидравлическим экскаваторам высокую эффективность в частности, более низкую, чем у канатных экскаваторов материалоемкость.
Гидравлические экскаваторы появились в начале ХХ в. Один из первых гидравлических экскаваторов французской фирмы Поклейн представлял собой прототип широко распространенных полуповоротных тракторных экскаваторов.
Установка на экскаваторе с гидравлическим приводом оборудования обратной лопаты позволила получить на зубьях ковша усилия в 3…4 раза превышающие усилия, развиваемые подобным оборудованием канатных машин такой же мощности и массы. Это резко расширило область их применения. В нашей стране освоен серийный выпуск строительных экскаваторов с ковшами вместимостью 0,25…3,2 м3.
Конструктивно-кинематическая схема рабочего оборудования гидравлической обратной лопаты обеспечивает жесткую передачу усилий при любом движении ковша, что создало особые условия для работы ковша – точность и возможность изменения скорости и направления движения, недостижимых при канатных системах. Главной особенностью явилась возможность непосредственного воздействия привода на исполнительные органы экскаватора без применения сложных механических трансмиссий, снабженных муфтами, тормозами, редукторами, коробками передач, требующих сложного управления с применением для этого значительных усилий и сервомоторов, трансформирующих крутящие моменты в конечные, обычно поступательные и возвратные перемещения исполнительных органов. Все эти элементы заменяются в гидравлических экскаваторах трубопроводом, подающим от насосов жидкость в исполнительные рабочие цилиндры, штоки которых воздействуют через простые рычажные системы на рабочие органы. Ввиду того, что рабочие цилиндры должны перемещаться вместе с рабочими органами, подводка трубопроводом к цилиндрам в основном осуществляется гибкими шлангами. Сложное силовое управление механическими передачами при этом заменилось легким управлением золотниками, изменяющими направление движения жидкости, подаваемой насосом высокого давления в рабочие цилиндры. Однако в тех механизмах, которые должны выполнять работу, приводя в движение исполнительные и рабочие органы, – ведущие колеса ходового оборудования, гусеницы, поворотные платформы, сверла, буры, – частично сохранились зубчатые передачи, но максимально сократилось их количество за счет применения мотор-колес, высокомоментных гидродвигателей и др. Механические передачи, насчитывающие в экскаваторах тысячи деталей, заменяются несколькими десятками элементов. Таким образом, главной особенностью гидравлического экскаватора является малое количество элементов трансмиссии.

Заключение:

В данном дипломном проекте был разработан ковш активного действия экскаватора ЭО-3323А.
В первой части дипломного проекта было произведено обоснование темы, а именно назначение и область применения проектируемого ковша активного действия, его техническая характеристика, а также проведен патентный и научно-технический анализ в данной области проектирования.
В конструкторском разделе дипломного проекта описан и обоснован выбор проектируемой конструкции. На основе анализа приведенных материалов предложено смешанное рабочее оборудование с ковшом активного действия. Выполнены необходимые расчеты, доказывающие работоспособность и эффективность предлагаемой конструкции.
Расчеты гидропривода подтвердили правильность выбора управляющих устройств. Проведен расчет элементов, а также статистических характеристик гидропривода с машинным регулированием.
Описана организация работ с применением разработанного изделия.
В 3-м разделе описан ремонт и эксплуатация рассматриваемого экскаватора ЭО-3323А. Здесь представлены: порядок подготовки экскаватора к разборке; технические требования к разборке экскаватора; технические требования на дефектацию деталей после разборки; технические требования на замену, ремонт и регулирование изделий электрооборудования; технические требования на замену, ремонт и регулирование изделий электрооборудования; требования к сборке; требования к испытаниям после ремонта экскаватора.
Также в данной работе рассмотрен вопрос безопасности жизнедеятельности при эксплуатации рассматриваемого экскаватора ЭО-3323А.

Фрагмент текста работы:

1 Общие сведения о гидравлических одноковшовых экскаваторах

1.1 Назначение и область применения проектируемого изделия

Согласно ГОСТ 30067-93 конструкция экскаватора должна обеспечивать возможность использования не менее 3 видов рабочего оборудования с различными сменными рабочими органами, устойчивость при работе, в том числе с наклоном в любом направлении на угол 5 градусов к горизонту с основным рабочим оборудованием; устойчивость при передвижении по твердой сухой поверхности вдоль косогора; стопорение поворотной части относительно неповоротной в транспортном положении.
В качестве основных рабочих органов на гидравлических экскаваторах используют ковши прямой и обратной лопат, погрузчика, грейфера. Сменными рабочими органами, расширяющими номенклатуру выполняемых этими машинами работ, могут быть бульдозерные отвалы для грубой планировки земляных поверхностей, однозубые и многозубые рыхлителидля рыхления прочных грунтов, пород и прослоек, взламывания асфальтовых покрытий при ремонте автомобильных дорог, а так же работ, крановые подвески, различные модификации грейферов и захватов для работы экскаватора в режиме крана, шнековые буры для рытья колодцев небольших диаметров и др. экскаваторы, способные работать с различными сменными рабочими органами, называют универсальными, а экскаваторы, работающие только с одним видом рабочего оборудования – специальными.
В качестве основного для экскаваторов СНГ до 5-ой размерной группы включительно принято рабочее оборудование обратная лопата, а для 6-ой размерной группы – прямая лопата. Диапазон использования рабочего оборудования обратная лопата в конструкциях зарубежных гидравлических экскаваторов существенно расширен. Как на отечественных, так и на зарубежных экскаваторах устанавливают ковши различной вместимости: основные (типа 02 по отечественной индексации), узкие (01) – меньшей вместимости, для слабых грунтов и широкие (03) – большей вместимости, для слабых грунтов. Ковши всех типов имеют одинаковые размеры профильной проекции и отличаются шириной и числом устанавливаемых на их передней стенке зубьев.
Рабочее оборудование обратная лопата включает последовательно соединенные между собой шарнирами стрелу, рукоять и ковш. Стрела, кроме того, шарнирно соединена с поворотной платформой. Вместе с последней элементы рабочего оборудования образуют шарнирно-рычажный четырехзвенный механизм, позволяющий занимать ковшу и режущим кромкам его зубьев различные положения в пределах рабочей зоны экскаватора на всех операциях его рабочего цикла.
Стрела может быть составной и моноблочной. Первая состоит из двух секций: корневой, шарнирно соединённой с поворотной платформой, и удлиняющей, соединяемой с корневой секцией болтами. Чаще составными стрелами комплектуют универсальные экскаваторы. При замене рабочего оборудования обратной лопаты на прямую сохраняют только корневую секцию, а удлиняют секцию либо используют в качестве рукояти прямой лопаты, соответственно перемонтировав её, либо заменяют новой. Моноблочная стрела коробчатого поперечного сечения, обычно с разнесенными шарнирами для соединения с поворотной платформой и вилкой на противоположном конце, в её головной части, для соединения с рукоятью, изогнутой конфигурации в профильной проекции, обусловленной необходимостью работы в её нижнем положении без задевания за ходовую тележку (особенно при таком взаимном положении поворотной платформы и нижней рамы, когда вертикальная плоскость симметрии рабочего оборудования совмещена с диагональной плоскостью опорного контура – «на угол ходовой тележки») и созданием подстрелового пространства при движениях ковша без задевания за стрелу. Стрела поднимается и опускается одним или двумя гидроцилиндрами, шарнирно соединенными с ней и с передней поперечной балкой поворотной платформы. При одном гидроцилиндре шарнир его соединения со стрелой располагается либо в теле стрелы, либо в проушинах под стрелой. В первом случае шток гидроцилиндра перемещается в прорези нижнего листа стрелы. Для компенсации прочностных свойств стрелы её боковые листы в этой зоне усиливают накладками или устраивают дополнительные внутренние продольные перегородки. При двух гидроцилиндрах их шарниры располагаются по обе стороны стрелы на приваренных к ней цапфах.
Рукоять так же коробчатого поперечного сечения с хвостовой частью (кривошипом), ориентированным относительно основной её части от приводящего её гидроцилиндра, шарнирно соединенного с кривошипом и со стрелой.
Ковш в форме емкости, открытой с одной стороны, с зубьями, установленными в карманы на передней стенке, или без них (для разработки слабых грунтов), соединен с рукоятью шарнирно в её головной части и приводится шарнирно установленным одним концом на рукояти гидроцилиндром через шарнирно-рычажный механизм, состоящий из коромысла и тяги и выполняющий функцию мультипликатора. В качестве основных в конструкциях гидравлических экскаваторов применяют ковши, оснащенные зубьями.
Рабочий цикл гидравлического одноковшового экскаватора состоит из следующих последовательно выполняемых операций: отделения грунта от массива и заполнения им ковша (копания), перемещения грунта в ковше к месту выгрузки, собственно разгрузки грунта и возвращения рабочего оборудования на исходную позицию следующего рабочего цикла. Только первые три операции являются рабочими, последняя же, четвертая операция вспомогательна, необходимая для подготовки экскаватора к следующему рабочему циклу. Рабочий процесс экскаватора также называют экскавацией.
Копают грунт либо поворотом рукояти при фиксированном на ней ковше, либо поворотом ковша при фиксированных стреле и рукояти, либо совместным поворотом рукояти и ковша. Чаще всего используют первый способ. При этом гидроцилиндр стрелы отключают от насоса, переведя его в плавающий режим работы. Поворотом рукояти к стреле ковш перемещается снизу вверх, отделяя грунт от массива и заполняясь им, стрела при этом в каждый момент времени занимает положение, соответствующее минимуму затрат энергии на перемещение рабочего оборудования и на преодоление сил сопротивления грунта копанию. Этому же условию подчиняется траектория движения режущих кромок ковша. В общем случае эта траектория может отличаться от требуемой, например, по условиям получения однородных по форме срезов на всех рабочих циклах. Её корректируют кратковременным включением стрелового гидроцилиндра на подъем или опускание стрелы. Такая схема копания характерна при работе экскаватора открытой проходкой – удлинением или уширением уже имеющейся выемки. При разработке же выемки закрытой проходкой (от поверхности земли), включая разработку пионерной выемки, грунт копают любым из перечисленных выше способов.
В конце операции копания для предотвращения от просыпания грунта из ковша на следующей транспортной операции ковш подворачивают к рукояти, после чего рабочее оборудование поднимают стреловым гидроцилиндром. Поворотное движение платформы начинают после того как рабочее оборудование будет выведено из выемки. Одновременно с подъемом стрелы маневровыми движениями рукояти и ковша добиваются установки последнего в конце поворота платформы в положение выгрузки.
Разгружают грунт отворотом ковша от рукояти. Различают разгрузку в отвал и в транспортное средство. В первом случае эта операция не требует полной остановки платформы – разгрузку начинают в конце поворотного движения в прямом направлении и заканчивают в начале возвратного вращения. Во втором же случае во избежание просыпания грунта при его разгрузке требуется четкая координация ковша относительно кузова транспортного средства. Для этого платформу останавливают и включают на возвратное вращение только после полной выгрузки ковша. Разгрузка в транспортное средство требует большего времени чем разгрузка в отвал, а следовательно она менее производительна по сравнению с последней. Заметим, что эта оценка справедлива только в части производительности экскаватора, но не всего механизированного комплекса, занятого на отрывке выемки. Если, например, отвал рассматривать как промежуточное хранилище грунта, который впоследствии будет вывезен за пределы, строительной площадки, то на этом последнем этапе дополнительно будут задействованы те же экскаваторы или погрузочные машины, что, безусловно, снизит производительность комплекса по сравнению с работой экскаватора вместе с транспортными средствами без промежуточного отвала.
По составу рабочих движений последняя операция – возврат рабочего оборудования на исходную позицию следующего рабочего цикла – аналогична операции транспортирования грунта на разгрузку, но выполняется в обратной последовательности указанных движений.
После отработки элемента забоя в пределах допустимой СНиП части рабочей зоны экскаватора последний перемещают на новую стоянку (позицию), предварительно сориентировав рабочее оборудование вдоль гусениц. При межпозиционных передвижках пневмоколёсных экскаваторов, кроме того, требуется поднять выносные опоры и бульдозерный отвал, если таким оборудован экскаватор, а на новой позиции установить эти устройства в рабочее положение. Совокупность всех рабочих циклов, выполненных с одной позиции экскаватора, вместе с его передвижкой на новую позицию образует большой цикл.
Используя принцип ударного воздействия на забой, были разработаны различные конструктивные схемы активных ковшей с электрическим, пневматическим и гидравлическими приводами.
С электрическим проводом можно выделить работы НИИ по строительству (г. Екатеринбург, Россия), которым были созданы различные модели ковшей с виброударными зубьями, а также МИСИ и ВНИИСтройдормаш (Россия), проводивших теоретические и экспериментальные исследования активных ковшей с принудительными колебаниями передней стенки. Однако они не нашли применения в практике вследствие отсутствия обратной связи между исполнительными механизмами и забоем, низкой удельной энергии на рабочих инструментах, значительных динамических нагрузках на электродвигателях, трудности регулирования энергии и частоты колебания при суммарном воздействии напорного, режущего усилия и веса грунта в ковше.
С 1969 по 1971 г.г. в СССР осуществлялся выпуск ковшей активного действия отдельными небольшими сериями, использующих в качестве привода сжатый воздух. Эксплуатация их на различных строительных объектах подтвердила перспективность непосредственной экскавации прочных и мерзлых грунтов рабочими органами, оснащенными источниками импульсной энергии. К недостаткам ковшей с пневматическими ударными устройствами следует отнести применение дорогостоящих и громоздких компрессорных установок, имеющих малый коэффициент использования мощности и снижающих маневренность базовой машины.
Широкое применение гидравлических экскаваторов, создают предпосылки к создания ковшей активного действия с гидравлическими импульсными системами. Гидравлический привод импульсных систем активных ковшей по конструктивным особенностям дополнительных механизмов, подразделяется на: виброударный, вибрационный, кулачковый с гидросвязью и гидроударный. Гидропривод импульсных систем активных ковшей можно выделить в три структурные схемы: общий, индивидуальный, насосно-аккумуляторный. Одним из направлений использования гидропривода в ковшах активного действия является импульсная система с гидропневмоаккумуляторным приводом, достоинство которой – высокая энергия единичного удара, малые габаритные размеры, низкая металлоемкость высокий КПД, возможность плавного в широком диапазоне изменения энергии и частоты ударов.
Для обобщения и систематизации импульсных систем ковшей активного действия составлена их классификация, учитывающая вид энергии, принцип действия исполнительных механизмов, наличие обратной связи между забоем и исполнительным механизмом и вид импульсов, возникающих на режущей кромке ковша.

Таблица 1 – Импульсные системы активных ковшей
Импульсные системы активных ковшей
По виду импульса
Виброколебательные Ударные
По виду подводимой энергии
электрические электрические гидравлические пневматические
шатунно-эксцентриковые вибрационный кривошипно-шатунный кулачковый виброударный гидравлический гидропневматический пневматический
По виду обратных связей между забоем и исполнительным механизмом
Без обратной связи С обратной связью

Рассмотрим реализацию различных конструктивных схем ковшей активного действия. Ковш с виброударными зубьями ВК-2 (рис 1.1) был выполнен как сменное навесное оборудование к экскаватору Э-505. Параметры виброударных механизмов обеспечивали получение на режущей кромке ковша удельной энергии 0,05 Н/м.

Рис 1.1 – Активный ковш:
1 – зуб; 2 – вибромолот; 3 – дебаланс; 4 – спинка ковша; 5 – шток зуба

Ударной частью вибромолота является вибратор, состоящий из электродвигателя АО-42-4, на выходных валах которого насажены дебалансы и плита с наковальней. При работе электродвигателя с дебалансами, последние сообщают ударные нагрузки плите с наковальней, которая в свою очередь через зубьям. На оптимальный режим вибромолоты настраиваются путем изменения степени поджатия пружин, регулировкой стяжных болтов. Для гашения холостых ударов, при отсутствии контакта с грунтом, предусмотрены амортизационные пружины.

Рис 1.2 – Активный ковш:
1 – рама; 2 – рыхлитель грунта; 3 – эксцентрик; 4 – двигатель; 5 – рама;
6 – пружина; 7 – стержень

Ковш модели «Hymas Dynamin» (Щвеция) емкостью 0,11 м3 (рис 1.3) имеет шесть сменных рабочих органов различного типа и используется на гусеничных и пневмоколесных гидравлических экскаваторах различных моделей для рыхления мерзлых грунтов и скальных пород, уплотнения грунтов, погружения шпунта и ударного бурения. Ударный механизм позволяет развивать энергию единичного удара 400 Дж с частотой 8,3 …10,0 Гц.

Рис 1.3 – Ковш активного действия фирмы «Hymas Dynamin»