Технические науки/4. Транспорт

д.т.н. Сазамбаева Б.Т., к.т.н Киргизбаева Г.Т.

Казахстанский университет «Алатау», Казахстан

К расчету экскаватора

Известно, что экскаватор динамическая машина, одним из составляющих рабочего цикла которого являются разгон и торможение поворотной платформы, поэтому минимизация массы элементов рабочего оборудования и энергоемкость операций представляют актуальную задачу.

Рабочий орган предлагаемого нами экскаватора сделать несколько независимых движений:

- поворот стрелы состоящего рабочего органа (ковша), захватывающего устройства относительно поворотной платформы;

- поворот рукояти ковша относительно рукояти;

- подъем и опускание захватывающих устройств относительно рукояти.

В предлагаемом экскаваторе количество степеней свободы более трех, имеет место пространственное манипулирование захватывающими устройствами, т.е. захвата твердотелого объема различной конфигурации.

Упор ковша (при работе с ковшом) или захватывающих устройств в непреодолимое препятствие может произойти при различном положении элементов рабочего оборудования.

В зависимости от этого положения меняются плечи сил, направления действия и их величины.

В результате независимых движений захватывающих устройств (ЗУ) можно получить бесконечное множество различных положений в пространстве.

При расчете прочности и определении напряжений в элементах рабочего органа необходимо учитывать:

- величину и направления внешних сил;

- положения захватывающего устройства в пространстве.

При работе с ковшом и поднятом в нерабочем положении захватывающего устройства основная нагрузка на ковш – это сопротивление перемещению режущей кромки, наибольшее значение будет при встрече с препятствиями.

Величина этой нагрузки зависит от ее направления.

В предлагаемом рабочем оборудовании экскаватора, рабочее оборудование - многозвенный механизм, состоящий из нескольких звеньев, совершающих вращательное или поступательное направление.

Рисунок 1 – Рабочее оборудование при подъеме нестандартного штучного груза

Обратная лопата обладает 4-мя степенями свободы (стрелы, рукояти, ковша, захватывающего устройства) и определяется функциями угловых координат

Положение значений угловых координат соответствует положению вращающегося против часовой стрелки рабочих органов.

Для силового и кинематического анализа можно составить матрицу обобщенной координаты любого шарнира или расчетной точки рабочего оборудования в основной системе координат OXY совместно с поверхностью поднимаемого груза и осью вращения платформы.

Системы координат стрелы, рукояти, ковша в локальной области связаны в соответствии с опорными и соединительными шарнирами. Каждая Ось повернута относительно предшествующей системы координат (оси ) соотвественно на угол . Перемещение -ой системы относительно (-1)-ой характеризует движение -го звена относительно (-1)-го.

Каждому соединительному шарниру присвоен номер , который .

На ковш экскаватора действует сила

, (1)

где усилие резания

, (2)

где ширина ковша; глубина копания; удельное сопротивление копанию, зависящее от категории грунта.

= (3)

= (4)

Одна из задач расчета определение угла при котором элементы рабочего оборудования испытывают наибольшие нагрузки, при этом, то , это условие не приемлемое.

Из вышесказанного можно сделать следующие выводы:

1. Рабочее оборудование не абсолютно жесткая система.

2. Величину силы ограничивают устойчивость и другие факторы.

3. Характеристики гидроцилиндра влияют на величину реакции препятствию силе .

4. Ограничение силы зависит от давления в запертых гидроцилиндрах, которые определяются параметрами насоса или настройкой предохранительного клапана.

Литература:

1. Зеленин А.Н. Машины для земляных работ. М: Машиностроение, 1975.

2. Федоров Д.И. Рабочие органы землеройных машин. М: Машиностроение, 1990.