книги из ГПНТБ / Родин И.И. Проектирование одноковшовых строительных экскаваторов учеб. пособие

•'+

Ä

о

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦИАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РСФСР

КРАСНОЯРСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

И. И. РОДИН, В. П. ПОНОМАРЕВ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОДНОКОВШОВЫХ СТРОИТЕЛЬНЫХ ЭКСКАВАТОРОВ

(Учебное пособие)

I

КР АСНОЯРСК • 1973

_

ж

0 Красноярский политехнический институт

“ 'S . . .

ВВ Е Д Е Н И Е

Внародном хозяйстве насчитывается свыше 90 тысяч экс­ каваторов отечественного производства, из них в строитель­ стве работают около 80 тысяч. Экскаваторами ежегодно вы­ полняется около 70% всего объема земляных работ, или в натуральном выражении — свыше 4 миллиардов куб. метров грунта.

Сначала 60-х годов Советский Союз по выпуску экскава­

торов занимает первое место в мире. За последние 26 лет производство строительных экскаваторов возросло с 76 штук в 1946 году до 34 тысяч в 1972 году. Этому успеху способст­ вовало создание экскаваторной промышленности с развитой научно-исследовательской и конструкторской базой и теоре­ тические и экспериментальные работы, выполненные в Мос­ ковском инженерно-строительном институте (МИСИ) им. Куй­ бышева, ВНИИСтройдормаше, ЦНИИ транспортного строи­ тельства, на Уралмашзаводе, Воронежском, Ковровском и других заводах.

Развитие конструкций экскаваторов происходило как пу­ тем создания новых оригинальных моделей, так и путем со­ вершенствования целого ряда узлов, внедрение которых спо­ собствовало повышению производительности, надежности и срока службы машины.

Использование гидравлического привода на одноковшовых экскаваторах позволило повысить их универсальность, расши­ рить область применении и в значительной мере сократить ручной труд при зачистных и доборочных работах.

Предлагаемое учебное пособие представляет второе изда­ ние выпущенной в 1965 году книги «Проектирование одноков­ шовых строительных экскаваторов». Цель его — дать система­ тический материал, позволяющий студенту производить проек­ тирование экскаваторов в целом или отдельных узлов на уров-

3

ГЛАВА I

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ

§ 1. Требования, предъявляемые к проекту [11, 22]

При проектировании .нового экскаватора или модерниза­ ции действующего перед конструктором стоит задача запро­ ектировать машину с характеристикой, отвечающей лучшим мировым образцам машин данного класса, используя для этой цели новейшие достижения науки и техники.

Стоимость экскаватора, металлоемкость и энергоемкость должны быть не выше, чем у аналогичных экскаваторов, ра­ нее запроектированных и изготовленных, а производитель­ ность, ремонтоспособность, надежность и долговечность — выше или равны аналогичным машинам.

В задании на проектирование должны быть обязательно указаны емкость ковша, тип рабочего оборудования, а для универсальных экскаваторов — виды сменного оборудования, входящие в комплект поставки, рабочие параметры, тип хо­ дового оборудования, вид силового оборудования, тип приво­ да, несущая способность грунта, горногеологические и клима­ тические условия, для которых предназначена машина.

§ 2. Этапы проектирования

Проектирование новых машин, изготавливаемых впервые, или особо сложных (карьерных и вокрышяых экскаваторов) производится в три стадии, а модернизация существующих или разработка новых проектов на базе освоенных типов ма­ шин — в две стадии. При трехетадийном проектировании сна­ чала разрабатывается эскизный проект, затем на его осно-

5

ве — технический и после этого выполняются рабочие черте­ жи; при двухстадийном проектировании после эскизного про­ екта разрабатывают рабочие чертежи. В соответствии с при­ нятой стадийностью проектирования устанавливают объем и содержание каждого вида проекта.

Э с к и з н о е п р о е к т и р о в а н и е

Эскизное проектирование является наиболее важной ча­ стью проекта и имеет целью установить: технико-экономиче­ ское обоснование выбора конструкций, экономическую це­ лесообразность создания новой машины или модернизацию действующей по сравнению с машинами, находящимися в эксплуатации. В эскизном проекте определяются: габаритные размеры, рабочие параметры, вес, мощность; выбирают кине­ матическую схему, тип привода, систему управления, ходо­ вое и рабочее оборудование, поворотный и подъемный меха­ низмы. Эскизный проект состоит из технико-экономического обоснования выбора проектируемого типа машины, графиче­ ской части и расчетно-пояснительной записки. В графиче­ скую часть входят: общин вид машины, компоновка обору­ дования на поворотной платформе, общие виды узловходово­ го механизма, подъемного, поворотного, напорного рабочего оборудования и система управления.

Т е х н и ч е с к и й п р о е к т

Технический проект разрабатывается для машин тяжело­ го типа или проектируемых впервые. Целью его является рас­ чет отдельных узлов, которые ло своей сложности не могут быть выяснены в процессе эскизного проектирования. В каж ­ дом отдельном случае необходимость трехетадийного проек­ тирования устанавливается особо по согласованию с органи­ зацией, выдавшей заказ на проектирование.

При трехстадийяом проектировании эскизный проект мо­ жет быть сокращен и представлен в следующем объеме: тех­ нико-экономическое обоснование, общий вид машины, рабо­ чие параметры, рабочее оборудование и др.

Объем технического проекта — общий вид машины, рабо­ чие параметры, компоновка оборудования на поворотной платформе, узловые чертежи отдельных механизмов, ходово­ го, подъемного, поворотного и напорного рабочего оборудо­

6

вания, отдельные подузловые чертежи, расчетно-пояснитель­ ная записка и технико-экономическое обоснование.

Р а б о ч и е ч е р т е ж и

Рабочие чертежи выполняют после утверждения эскизно­ го или технического проекта. На стадии рабочего проектиро­ вания уточняют все размеры, принятые в эскизном и техни­ ческом проектах, и разрабатывают детальные чертежи узлов, подузлов и деталей, входящих в них со всеми допусками, принятыми в машиностроении. Объем рабочего проекта сос­ тоит из общих видов, узловых чертежей, сборочных чертежей на отдельные детали и нормалей, принятых в проекте и рас­ четно-пояснительной записке.

§ 3. Экономическая часть

Экономическая часть проекта должна состоять из техни­ ко-экономического обоснования выбора отдельных видов конструкций, принятых в проекте, и всей конструкции в це­ лом я экономического обоснования целесообразности изго­ товления машины.

Технико-экономическое обоснование выбора конструкции, удовлетворяющее требованиям прочности и экономической целесообразности, производят на основания сравнения раз­ личных вариантов, рассматриваемых на стадии эскизного проекта. При определении стоимости конструкции пользуют­ ся укрупненными показателями, принятыми в данной отрас­ ли промышленности.

Экономическое обоснование целесообразности строитель­ ства экскаватора предварительно производятся на стадия эскизного проекта и окончательно — после изготовления опыт­ ного образца я проведения заводских испытаний. Критерия­ ми целесообразности служат себестоимость единицы продук­ ции, стоимость изготовления машины, производительность, ремонтоапособность и надежность.

§ 4. Этапы .проектирования іпри выполнении учебного проекта

Учебный проект должен содержать в себе элементы трех­ стадийного проектирования. Это относится как к курсовому, так и к дипломному проекту.

Курсовой проект обычно выполняют в объеме 4—5 листов.

7

Он состоит из эскизной разработки общего вида машины (1 лист), разработки на стадии технического проекта отдель­ ных узлов экскаватора — рабочего оборудования, подъемной лебедки, механизма поворота и т. п. (2—3 листа) и (выполне­ ния на одном листе рабочих чертежей наиболее характерных деталей проектируемого узла. Дипломный проект должен составлять -в объеме 12—15 листов.

На первом этапе работы проектант знакомится по литера­ турным источникаім, чертежам машин и натуральным образ­ цам машин с машинами, близкими по параметрам (емкости ковша), ходовому устройству и назначению к проектируемой машине. На основе анализа общей компоновки, устройства отдельных узлов и кинематических схем существующих ма­ шин выбирают конструктивную схему проектируемой маши­ ны. На этой стадии работы должны быть решены вопросы по принципиальной конструкции отдельных узлов (стандарт­ ный или полукруглый ковш, однобалочная или двухбалочная рукоять, тип напорного механизма, система управления, одновальная или двухвальная главная лебедка, тип фрикцион­ ных муфт, литые или сварные рамы и т. д.).

На втором этапе производят общий расчет экскаватора, т. е. определяют основные габаритные размеры, размеры ра­ бочего оборудования, ве-са узлов; скорости рабочих движе­ ний; определяют требуемые усилия и мощности для подъема, напора, поворота, хода; выбирают тип двигателя. При выбо­ ре размеров, весов, скоростей и мощностей следует широко пользоваться сравнением выбранных величии с аналогичны­ ми величинами у эксплуатируемых машин, эмпирическими данными и рекомендациями по этому вопросу [11, гл VII]. Такой подход к проектированию в достаточной мере гаран­ тирует получение работоспособной конструкции. Однако при ориентировке на существующие образцы машин проектант должен не слепо копировать эти образцы, а критически оце­ нивать их положительные и отрицательные стороны и только после такого анализа использовать в проекте в аналогичном или измененном виде конструктивные решения.

После установления усилий и скоростей рабочих движе­ ний и выбора типа двигателя возможно определить общие передаточные числа основных кинематических цепей. Затем следует уточнить кинематическую схему экскаватора путем разбивки общих передаточных чисел на передаточные числа отдельных кинематіичеаиих пар и установить межцентровые расстояния между валами и осями механизмов. По павест-

8

ньш общим весам узлов и координатам их положения произ­ водится расчет устойчивости экскаватора (определение за­ пасов устойчивости в различных положениях, определение веса противовеса).

В заключение общего расчета следует оценить техниче­ скую производительность проектируемой машины.

На третьем этапе производится техническая разработка отдельных узлов машины. Наиболее сложным на этом этапе является установление внешних .нагрузок для различных рас­ четных положений. Внешние нагрузки на узлы экскаваторов принимают во многих случаях ориентировочно, так как точ­ ное определение нагрузок может быть произведено в основ­ ном экспериментальными статистическими исследованиями натуральных образцов машин.

При расчетах по несущей способности и на выносливость внешние нагрузки выбирают с учетом динамических коэффи­ циентов.

Динамические коэффициенты при расчете по несущей спо­ собности в ряде случаев могут быть определены путем дина­ мического расчета, в котором рассчитываемая схема рас­ сматривается как колебательная. Следует отметить, что при динамических расчетах наиболее точно могут быть получены максимально возможные значения динамических коэффици­ ентов (например, случай упора ковша в абсолютно твердое препятствие при расчете максимальных нагрузок в подъем­ ных канатах). При таких значениях динамических коэффи­ циентов требуемый коэффициент запаса прочности ' следует значительно снижать (принимать его близким к единице).

После проверочного расчета окончательно вычерчивают сборочный чертеж узла (иодузла). На нем дается полная конструктивная разработка с указанием (размеров (с посад­ ками для сопряженных размеров).

На четвертом этапе работы при курсовом проекте вычер­ чивают конструктивную схему машины, а при дипломном — общий вид машины. На общем виде изображаются узлы с подробностью, позволяющей судить об общей компоновке машины. Здесь же следует привести техническую характери­ стику, кинематическую .схему и схему запасовки канатов ра­ бочего оборудования. При необходимости приводятся схемы монтажа (демонтажа) и транспортировки машин.

На пятом этапе (последнем) окончательно дорабатыва­ ется конструктивная схема или общий вид машины (о уче-

9