Конструкторский раздел

3.1. Описание конструкции отвала повышенной эффективности

Технический результат применения данного отвала - упрощение конструкции и повышение производительности. Отвально-ковшовый рабочий орган включает основной отвал, свободно вращающиеся диски, поворотное днище, состоящее из шарнирно-сочлененной верхней и нижней секций, выполненных соответственно в виде П-образной рамы, и отвала с режущей кромкой, и гидроцилиндры управления, шарнирно закрепленные на основном отвале. Отвально-ковшовой рабочий орган снабжен тягами, шарнирно связывающими нижнюю секцию поворотного днища с основным отвалом. На торцах основного отвала закреплены кронштейны с осями, на которых шарнирно установлены свободно вращающиеся диски и П-образная рама, связанная с гидроцилиндрами управления.

Наиболее близким к данному отвалу является бульдозерное оборудование, состоящее из основного отвала и поворотного ковша, днище которого выполнено составным из двух шарнирно-сочлененных верхней и нижней секций, соединенных между собой и основным отвалом посредством гидроцилиндров управления, при этом верхняя секция выполнена в виде П-образной рамы, а нижняя - в виде отвала, оснащенного двусторонней режущей кромкой. Кроме того, боковые стенки ковша выполнены в виде свободно вращающихся дисков, закрепленных на П-образной раме.

Такое оборудование позволяет упростить конструкцию механизма поворота ковша и повысить его эффективность за счет улучшения условий разгрузки. Однако при резании и наборе грунта основным отвалом такого рабочего органа боковые стенки ковша находятся в верхнем положении, что способствует растеканию грунта в боковые валики и снижению производительности, при этом наличие четырех гидроцилиндров управления усложняет конструкцию.

Задача предлагаемого отвала - упрощение конструкций и повышение производительности.

Рисунок 3.1. Конструкция модернизированного отвала

Задача решается тем, что отвально-ковшовый рабочий орган снабжен тягами, шарнирно связывающими нижнюю секцию поворотного днища с основным отвалом, а на торцах основного отвала закреплены кронштейны с осями, на которых шарнирно установлены свободно вращающиеся диски и П-образная рама, связанная с гидроцилиндрами управления.

Отвально-ковшовый рабочий орган состоит из основного отвала 1, на торцах которого жестко закреплены два кронштейна 2 с установленными в них осями 3, на которых с внутренней стороны отвала 1 шарнирно установлены два свободно вращающихся диска 4, и П-образная рама 5, выполняющая функции поворотного днища рабочего органа (рис. 3.1).

К П-образной раме 5 шарнирно крепятся нижняя секция 6 поворотного днища, выполненная в виде отвала с режущей кромкой, и гидроцилиндры управления 7, закрепленные при помощи осей 8 на торцах основного отвала 1. На осях 8 шарнирно закреплены тяги 9, которые связывают основной отвал 1 с нижней секцией 6.

Отвально-ковшовый рабочий орган работает следующим образом.

Перед началом работы П-образная рама 5 под действием гидроцилиндров 7 поднимается в верхнее положение, при этом нижняя секция 6 при помощи тяг 9 отводится от дисков 4 вверх, как это показано на фиг.3. Затем основной отвал 1 и диски 4 заглубляются в грунт и производят его резание и набор в призму волочения. При этом свободное вращение дисков 4 способствует снижению потерь грунта в боковые валики при его наборе. После этого осуществляется загрузка грунта в отвально-ковшовый рабочий орган путем перевода П-образной рамы 5 под действием гидроцилиндров 7 в нижнее положение и смыкания нижней секции 6 с основным отвалом 1. При этом нижняя секция 6 совершает в продольной вертикальной плоскости сложное плоскопараллельное захватное движение, что позволяет догрузить рабочий орган грунтом.

Разгрузка грунта производится путем перевода П-образной рамы 5 в верхнее положение и размыкания нижней секции 6 с основным отвалом 1 под действием гидроцилиндров 7 и тяг 9. Таким образом, предлагаемый отвал позволяет повысить производительность отвально-ковшового рабочего органа за счет уменьшения потерь грунта в боковые валики при его наборе и загрузке. Кроме того, соединение нижней секции поворотного днища с основным отвалом тягами упрощает конструкцию рабочего органа и повышает его эксплутационную надежность.

3.2. Определение усилия на штоке гидроцилиндра при копании отвалом

Допуская, что напряжения на отвале распределены по пропорциональному закону, отношение усилия на верхнюю часть отвала к усилию на всём отвале определить по формуле:

, (3.1)

где W_В - усилие действующее на отвал, кН;

W – максимальное тяговое усилие, развиваемое бульдозером, кН;

Н ₁ - высота, мм;

Н – полная высота отвала, мм.

Усилие, действующее на отвал (из формулы 1) определить по формуле:

, (3.2)

=21, 2 кН.

Составить уравнение моментов относительно точки О:

, (3.3)

S_{r 1} - усилие на штоке гидроцилиндра, кН;

l ₀, l_{r 1}, 1/3 H - плечи соответствующих сил, м.

Вес верхней части отвала определить по формуле:

G_B = т · g, (3.4)

G_B =0, 37·9, 8=3, 63 кН.

Определить усилие на штоке гидроцилиндра по формуле:

, (3.5)

=27, 1 кН.

Наибольшее усилие на штоке гидроцилиндра S_{r 1} =27, 1 кН создаётся при копании грунта отвалом.

Выбираем гидроцилиндр из условия S_действ ≥ S_{r 1}.

Гидроцилиндр 1.16.1.У1 – 50х22 по ОСТ22 – 1417-79.

S_{r 3}= 3, 63·0, 310/0, 060=18, 8 кН.

Расчёт проушин. Задачей расчёта является выбор толщины металла для изготовления проушин крепления гидроцилиндра открывания (закрывания).

Исходные данные:

1) S _max – максимальное усилие на штоке гидроцилиндра, кН, S _max=31, 4 кН;

2) d ₂ - диаметр отверстия проушины, мм, d ₂=25 мм;

3) [σ _см] – допускаемые напряжения при смятии для стали 10ХСНД, МПа,

определяется по формуле:

, (3.6)

где δ - толщина листа проушины.

Примем [σ _см] =210 МПа.

Из формулы 12 определить толщину листа проушин:

, (3.7)

=3 мм.

Учитывая динамические нагрузки, примем толщину листа проушины δ =10 мм.