Разработка цепного траншейного экскаватора с баровым рабочим оборудованием

   Рабочая жидкость из бака 1 насосом 2 подается по трубопроводу в золотниковый трехпозиционный гидрораспределитель 3. Гидрораспределитель в позиции a подает жидкость в поршневую область гидроцилиндра 4, а жидкость, выходящая при этом из штоковой области, идет на слив в бак, при этом шток гидроцилиндра выдвигается. В позиции с, наоборот, жидкость подается в штоковую область, а из поршневой выходит на слив, и шток гидроцилиндра втягивается. Позиция b является нейтральной. В этом случае жидкость из гидрораспределителя сразу подается в сливной патрубок.

   В схеме предусмотрен предохранительный клапан 5, который настроен на максимально допустимое давление в системе, и при его увеличении он открывается, понижая давление до допустимого.

   Двусторонний  гидрозамок 6 перекрывает обе гидролинии, идущие к гидроцилиндру. Он не пропускает жидкость при отсутствии управляющего воздействия ни в одной из линий, а при его наличии пропускает в жидкость в обоих направлениях в обоих гидролиниях. Он установлен для надежной фиксации и предотвращения самопроизвольного рабочего органа машины при нейтральном положениигидрораспределителя. 

Рисунок 4 – Гидравлическая схема управления рабочим органом:

1 – гидробак; 2 – насос; 3 – гидрораспределитель; 4 – гидроцилиндр; 5 – предохранительный

клапан; 6 – гидрозамок; 7 – фильтр рабочей жидкости. 

   В сливной линии установлен фильтр 7 для очистки рабочей жидкости. Он установлен в паре с предохранительным клапаном. При забивании фильтра или других причинах повышения давления клапан срабатывает и пускает жидкость в бак, минуя фильтр, тем самым предохраняя гидросистему от повреждений. 

3.3.2 Определение усилия в гидроцилиндре

   Для определения мощности, затрачиваемой  на подъем/опускание бара подберем, для начала, гидроцилиндр управления баром. Для этого, согласно [10, с. 182], определим усилие в гидроцилиндре в следующих расчетных положениях:

1. Рабочее положение, рама рабочего органа опущена на максимальную глубину под углом 30° к вертикали. Гидроцилиндр подъема бара находится в запертом положении.
2. Рабочее положение по п. 1. Встреча рабочего органа на максимальной глубине с непреодолимым препятствием.
3. Транспортное положение. Рама рабочего органа поднята на максимальную высоту под углом 60° к горизонту.
4. Перевод рабочего органа из транспортного положения в рабочее. Рама расположена горизонтально.
5. Заглубление рабочего органа.

   Рассмотрим  нагрузки, возникающие в указанных положениях. Схемы расчетных положений приведены в приложении А.

   Положение 1. На рабочий орган действует  усилие гидроцилиндра P_ц, горизонтальная и вертикальная составляющие усилия резания R_г, R_в, сила тяжести рабочего оборудования (бара) G_б.

   Горизонтальная  составляющая усилия резания была определена по формуле (3.7) и составляет

   Тогда вертикальная составляющая равна

   Т.к. гидроцилиндр управляет лишь баром, а не всей навесной установкой, то сила тяжести, рассматриваемая при дальнейших расчетах будет приниматься следующей:

   Из  суммы моментов действующих сил  относительно точки A определим усилие в гидроцилиндре.

;

;

   Отсюда

 

   Положение 2. На рабочий орган действуют усилие гидроцилиндра P_ц, сила тяжести рабочего органа G_б и реакция от препятствия T_р, которая определяется по формуле:

где T_макс – максимальное тяговое усилие, развиваемое базовым трактором с учетом пригрузки от силы тяжести навесного оборудования и вертикальной составляющей сил резания, Н.

   Машина  развивает максимальное тяговое  усилие при максимальном крутящем моменте на двигателе и наибольшем передаточном числе трансмиссии, т.е.

где – максимальный крутящий момент на двигателе, Н∙м; Н∙м;

    u_max – наибольшее передаточное число трансмиссии;

    η_т – КПД трансмиссии; η_т = 0,85 [10, с. 26];

    R_к – радиус приводного колеса, м; R_к = 0,78 м.

   Наибольшее  передаточное число трансмиссии  для трактора МТЗ-82.1:

где u₁ – передаточное число 1-ой передачи трансмиссии; u₁ = 13,342;

   u_п.р – передаточное число понижающего редуктора; u_п.р = 1,35.

.

   Тогда максимальное тяговое усилие

Н.

   Проверим  выполнение условия

где P_сц – сила сцепления ходового оборудования с опорной поверхностью, Н;

φ_сц – коэффициент сцепления пневмоколесного хода. Для грунта VII категории φ_сц = 0,32 [9, табл. 1.16];

   G_сц – сцепная сила тяжести, Н. Для пневмоколесного хода:

где B – число ведущих осей машины; B = 2;

   A – общее число осей машины; A = 2.

   Сила  тяжести машины с рабочим оборудованием

   Сцепная сила тяжести машины

Н.

   Проверим  условие (2.17):

Н Н.

   Условие выполняется.

   Тогда по выражению (3.14)

Н.

   Из  суммы моментов действующих сил  относительно точки A определим усилие в гидроцилиндре.

;

;

   Отсюда

 

   Положение 3. На рабочий орган действуют  усилие в цилиндре P_ц и сила тяжести рабочего органа G_б.

   Из  суммы моментов действующих сил  относительно точки A определим усилие в гидроцилиндре.

;

;

   Отсюда

 

   Положение 4. На рабочий орган действуют  усилие в цилиндре P_ц и сила тяжести рабочего органа G_б.

   Из  суммы моментов действующих сил  относительно точки A определим усилие в гидроцилиндре.

;

;

   Отсюда

 

   Положение 5. Рассматривается резание грунта одним кулачком при максимальной глубине резания. На рабочий орган действует усилие гидроцилиндра P_ц, горизонтальная и вертикальная составляющие усилия резания P_г, P_в, сила тяжести рабочего оборудования (бара) G_б.

   Силы  R_г и R_в определим по методике Н.Г. Домбровского [7, с. 15]. Т.к. наибольшее количество резцов в одном кулачке составляет 2, то

где k_р – коэффициент удельного сопротивления резанию, МПа. Для грунта VII категории k_р = 2,5 МПа [7, табл. 1.1].

Н.

   Вертикальная  составляющая усилия резания определяется как часть горизонтальной составляющей:

   Из  суммы моментов действующих сил  относительно точки A определим усилие в гидроцилиндре.

;

;

   Отсюда

   Знак  “–“ означает, что усилие в гидроцилиндре направлено в противоположную сторону принятому направлению.

   Таким образом, подбор гидроцилиндра будет  осуществлять по следующему значению усилия:

3.3.3 Подбор гидроцилиндра

   Ход штока гидроцилиндра определяем графически, вычертив его положение в крайних точках движения. Ход штока составляет

   В соответствии с ГОСТ 12445-80 из стандартного ряда [4, с. 8], учитывая ОСТ 22-1417-79 для гидроцилиндров двухстороннего действия [4, с. 89], принимаем номинальное давление в гидросистеме

МПа.

   Т.к. гидроцилиндр используется для привода  рабочего органа довольно большой массы, то, чтобы не применять гидроцилиндр с торможением (демпфированием) поршня в конце хода, скорость его перемещения должна быть меньше 0,3 м/с [4, с. 250]. Поэтому принимаем скорость перемещения штока гидроцилиндра

м/с.

   Определим перепад давления на гидроцилиндре