Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Расчет и проектирование одноковшовых гидравлических экскаваторов

Покупка
Новинка
Основная коллекция
Артикул: 823971.01.99
Доступ онлайн
600 ₽
В корзину
В учебном пособии рассмотрены основы теории одноковшовых гидравлических экскаваторов, конструкции и методы расчета их основных узлов и систем, общие вопросы расчета и проектирования одноковшовых гидравлических экскаваторов. Представленный материал предназначен для студентов направления подготовки 23.05.01 «Наземные транспортно-технологические средства» по дисциплине «Строительные и дорожные машины и оборудование».
Гринчар, Н. Г. Расчет и проектирование одноковшовых гидравлических экскаваторов : учебное пособие / Н. Г. Гринчар, П. В. Шепелина. - Москва : РУТ (МИИТ), 2022. - 182 с. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.ru/catalog/product/2135324 (дата обращения: 23.05.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное 

учреждение высшего образования

«РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА»

________________________________________________

Кафедра «Наземные транспортно-технологические средства»

Н.Г. Гринчар, П.В. Шепелина

РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ 

ОДНОКОВШОВЫХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ 

ЭКСКАВАТОРОВ

Учебное пособие 

МОСКВА - 2022
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное 

учреждение высшего образования

«РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА»

________________________________________________

Кафедра «Наземные транспортно-технологические средства»

Н.Г. Гринчар, П.В. Шепелина

РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ 

ОДНОКОВШОВЫХ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ 

ЭКСКАВАТОРОВ

Учебное пособие 

для студентов направления подготовки

23.05.01 «НАЗЕМНЫЕ ТРАНСПОРТНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ 

СРЕДСТВА»

МОСКВА - 2022
УДК 621.87
Г-82

Гринчар Н.Г., Шепелина П.В.
Расчет и проектирование 

одноковшовых гидравлических экскаваторов: Учебное пособие.  -
М.: РУТ (МИИТ), 2022. - 182 с.

В учебном пособии рассмотрены основы теории одноковшовых 

гидравлических экскаваторов, конструкции и методы расчета их 
основных 
узлов 
и 
систем, 
общие 
вопросы 
расчета 
и 

проектирования одноковшовых гидравлических экскаваторов. 

Представленный 
материал 
предназначен 
для 
студентов 

направления 
подготовки 
23.05.01 
«Наземные 
транспортно-

технологические средства» по дисциплине «Строительные и 
дорожные машины и оборудование».

Библиограф. назв. – 10.

Рецензенты:

Доцент 
кафедры 
«Подъемно-транспортные 
системы» 

МГТУ им. Н.Э. Баумана, к.т.н., доцент Кузнецов А.А.

Профессор 
кафедры 
ЭВТ 
АВТ 
РУТ 
(МИИТ), 

д.т.н., профессор Конталев В.А.

© РУТ (МИИТ), 2022
Оглавление

Введение........................................................................................... 5
1.
Общие сведения об одноковшовых гидравлических 

экскаваторах................................................................................... 10

1.1
Назначение и классификация одноковшовых 

экскаваторов............................................................................... 10

1.2 Гидравлические экскаваторы ............................................. 18

1.3 Рабочее оборудование......................................................... 35

1.3.1 Обратная лопата............................................................ 35

1.3.2 Прямая лопата............................................................... 44

1.3.3 Погрузчик...................................................................... 50

1.3.4 Грейфер.......................................................................... 53

1.3.5 Планировщик ................................................................ 56

1.3.6 Другие виды рабочего оборудования. ........................ 60

1.4 Унификация и универсализация гидравлических 
экскаваторов............................................................................... 61

1.5 Расчет основных эксплуатационных показателей............ 64

1.5.1 Производительность экскаватора. .............................. 64

1.5.2 Расход топлива.............................................................. 67

2. Расчет и проектирование гидравлических экскаваторов....... 68

2.1 Определение основных параметров................................... 68

2.2  Проектирование экскаватора............................................. 77

2.3 Взаимодействие рабочих органов с материалом при 
копании....................................................................................... 79

2.4 Кинематика рабочего оборудования ............................... 92

2.4.1 Кинематические схемы рабочего оборудования ....... 92

2.5  Кинематика элементов рабочего оборудования............ 100

2.5.1 Обратная лопата.......................................................... 102

2.5.2  Телескопическое рабочее оборудование................. 104
2.5.3 Прямая лопата. ......................................................... 105

2.5.4 Погрузочное оборудование. ...................................... 106

2.6 Механизмы рабочего оборудования................................ 107

2.7 
Определение 
основных 
параметров 
рабочего 

оборудования ........................................................................... 125

2.7.1 Обратная лопата.......................................................... 125

2.7.2 Оборудование прямого копания ......................... 135

2.7.3 Телескопическое рабочее оборудование.................. 140

2.8 Механизм поворота платформы....................................... 146

2.8.1 Требования к механизму поворота платформы....... 146

2.8.2 
Гидрокинематическая 
схема 
механизма 

поворота платформы........................................................... 147

2.8.3. Основные параметры поворотного механизма и 
процесса поворота................................................................ 151

2.8.4 Последовательность определения параметров 
поворотного механизма и процесса поворота .................. 159

2.9 Выбор расчетных нагрузок на элементы рабочего 
оборудования (к расчетам на прочность).............................. 162

2.9.1 Общие положения ...................................................... 162

2.9.2 Обратная лопата.......................................................... 164

2.9.3 Прямая лопата............................................................. 173

2.9.4 Погрузочное оборудование......................................... 176

2.9.5  Телескопическое рабочее оборудование................. 179

Литература.................................................................................... 182
Введение

Впервые промышленное производство экскаваторов с 

гидроприводом началось в США в конце 40-х годов, а затем в 
Англии. Однако гидропривод в этих странах практически 
применялся только на навесных экскаваторах. Примерно тогда 
же в ФРГ гидропривод стал ставится на навесных и на 
полноповоротных экскаваторах.

Более 
последовательное 
применение 
и 
развитие 

гидропривода 
наблюдалось 
в 
экскаваторостроении 
и 

краностроении Италии и Франции, где он, появившись в 
первой половине 50-х годов, развивался непрерывно.

В 60-х годах во всех промышленно развитых странах 

началось широкое применение гидропривода на экскаваторах. 
Так, например, итальянские и французские фирмы выпускают 
экскаваторы преимущественно с гидроприводом; большинство 
американских и английских фирм изготовляют экскаваторы 
наряду с механическим, также и с гидравлическим приводом, а 
некоторые (Warner and Swasey, Bamford, Fergusson и др.) —
только с гидравлическим; в ФРГ — уже в 1966 г., а в Японии 
—
в 1969 г. количество реализованных экскаваторов с 

гидроприводом составило более половины всех проданных 
одноковшовых экскаваторов. До второй половины 60-х годов 
гидропривод 
применялся 
только 
на 
полноповоротных 

экскаваторах весом до 18 — 20 т с ковшами емкостью до 1,2 
м3
(погрузочными) и на навесных машинах. Позднее 

появились полноповоротные машины весом 30 — 40 т и 
более, оборудованные ковшами, емкость которых достигает 3
— 4 м3. В настоящее время выпускается не менее 300 моделей 
экскаваторов с гидроприводом, причем более 200 из них —
полноповоротные. Такое обилие моделей машин не столько 
определяется необходимостью, сколько вызывается условиями 
конкуренции, рекламными соображениями и патентным 
законодательством.  В    нашей стране до 1965 г. с гидроприводом 
серийно выпускались в больших количествах только 
навесные на тракторе экскаваторы с ковшом емкостью 0,15 м3, 
производство 
которых 
началось 
с 
1955 
г. 
Выпуск 

отечественных 
полноповоротных 
экскаваторов 
с 

гидроприводом начался практически только в 1966—1967 гг., 
причем он ограничивался отсутствием специализированного 
производства гидро-аппаратуры. Конструкция экскаваторов с 
гидроприводом совершенствуется как в направлении увеличения 
их мощности, веса и рабочих параметров, так и по 
линии увеличения номенклатуры различных видов рабочего 
оборудования и рабочих органов. Это позволяет расширять область 
применения экскаваторов, и, используя специфические 
качества 
машин 
с 
гидроприводом, 
механизировать 

выполнение ряда работ в строительстве, мелиорации и других 
отраслях хозяйства. Большая номенклатура сменного рабочего 
оборудования, 
означает, 
что 
любой 
из 
этих 
видов 

оборудования освоен и может быть поставлен фирмой по 
заказу потребителей. Но было бы ошибкой считать, что каждая 
машина обязательно снабжается рабочим оборудованием по 
всей 
рекламируемой 
номенклатуре. 
Большое 
внимание 

уделяется повышению мобильности машин, что особенно 
важно для экскаваторов весом до 14 — 15 т, используемых 
для работы на рассредоточенных объектах работ сравнительно 
небольшого объема. Одними из основных направлений в 
развитии конструкции гидропривода экскаваторов являются: 
совершенствование 
его 
схемы 
с 
целью 
расширения 

технологических 
возможностей 
машины; 
применение 

регулируемых насосов, позволяющих наилучшим образом 
использовать мощность насосной установки и уменьшить 
непроизводительные затраты энергии в течение рабочего 
цикла; повышение (в последних моделях — до 25 — 32 МПа и
более) 
давления 
в 
системе 
гидропривода, 
что 
дает 

возможность уменьшить размеры и вес гидроаппаратуры, 
баков и коммуникаций, а также улучшить компоновку 
машины. 
Первое 
направление 
особенно 
важно 
для 

сравнительно небольших машин, в частности, используемых
для сокращения применения ручного труда; влияние двух 
послед-них направлений тем существеннее, чем больше 
мощность экскаватора.

Гидравлические экскаваторы обладают конструктивны-

ми, технологическими и экономическими преимуществами по 
сравнению с экскаваторами с механическим приводом. 
Конструктивные 
и 
технологические 
преимущества 

определяются главным образом применением гидравлического 
объемного привода для передачи мощности от двигателя 
рабочим 
механизмом 
машины. 
Гидравлический 
привод 

позволяет:

- реализовать большие передаточные числа от ведущего 

звена источника энергии к рабочим механизмам и органам 
машины 
без 
применения 
громоздких 
и 
сложных 
по 

кинематике устройств;

- упростить кинематику рабочего оборудования за счет 

исключения 
канатных 
передач, 
а 
также 
значительно 

расширить 
номенклатуру 
рабочего 
оборудования 

(телескопическое оборудование, лопата с двухчелюстным 
ковшом, 
напорный 
грейфер, 
рыхлитель, 
планировщик, 

разнообразные 
захваты, 
крановое 
оборудование 
для, 

монтажных работ и др.);

- расположить рабочие механизмы независимо от силовой 

установки, что создает возможность для их наилучшей 
компоновки;

- достаточно простыми средствами выполнять удобное и 

независимое 
бесступенчатое 
регулирование 
в 
широком

диапазоне скоростей рабочих движений, совмещаемых по 
времени, что улучшает технологические возможности машины 
(в частности, позволяет заменять ручной труд на земляных 
работах) и повышает эффективность использования мощности 
двигателя; этому также способствует жесткая двусторонняя 
фиксация исполнительных механизмов в любом положении и 
возможность без дополнительных устройств реверсировать 
направление движения исполнительного механизма при. 
любой системе гидропривода;

-
применить 
автоматическое 
и 
полуавтоматическое 

управление, использование которого улучшает условия труда 
машиниста и повышает качество выполняемых работ;

- унифицировать и нормализовать конструкцию элементов 

гидропривода для машин разных типоразмеров, ограничив их 
номенклатуру;

- исключить из силовых передач фрикционные муфты и 

тормоза, используемые при механической трансмиссии и 
подверженные интенсивному износу, а также существенно 
уменьшить число мест смазывания, что сокращает время 
технического обслуживания машин.

При гидравлическом приводе улучшаются и расширяются 

технологические возможности экскаваторов с различными видами 
рабочего оборудования. Например, при использовании 
обратной лопать; увеличивается заполнение ковша при 
копании на значительной глубине за счет реализации больших 
усилий копания (так как сопротивление грунта копанию 
воспринимается через стрелоподъемные цилиндры весом 
всего 
экскаватора), 
что 
повышает 
производительность 

машины. Создается возможность копания только посредством 
поворота ковша при неподвижной (относительно стрелы) 
рукояти, что позволяет выполнять работы, например в 
условиях города, в непосредственной близости от подземных 
коммуникаций, где требования к безопасности ведения работ 
часто вынуждают использовать ручной труд.

При использовании погрузчика обеспечиваются близкая к 

горизонтальной траектория движения режущего контура 
ковша и большее его заполнение за счет поворота ковша на 
себя в конце горизонтального перемещения.

При использовании грейфера обеспечивается эффективное 

копание достаточно плотных грунтов благодаря возможности 
воспринимать весом всего экскаватора реакцию грунта при 
копании, возможность использования его для отрывки ям, 
приямков, колодцев, а также для перегрузки длинномерных 
штучных 
грузов 
(например, 
бревен), 
различно 

ориентированных в плане по отношению к экскаватору.

Расширение и улучшение технологических возможностей 

экскаваторов 
с 
гидроприводом 
не 
ограничивается 

приведенными примерами.

Экономические 
преимущества 
экскаваторов 
с 

гидравлическим приводом вытекают из конструктивных и 
технологических. Так, расширение номенклатуры сменного 
рабочего оборудования и его специфическая кинематика, а 
также независимое регулирование скоростей совмещаемых 
рабочих 
движений 
позволяют 
механизировать 
работы, 

которые ранее выполняли вручную. Это дает возможность не 
только 
существенно 
снизить 
стоимость 
и 
ускорить 

производство таких работ, но и высвободить большое число 
рабочих.

Нормализация конструкции и унификация элементов 

гидропривода создают

реальные возможности для организации производства 

гидравлических экскаваторов на базе специализированного 
изготовления унифицированных изделий и выпуска необходимых 
народному хозяйству типоразмеров экскаваторов.

Кроме того, значительно уменьшается номенклатура 

запасных частей для парка эксплуатируемых экскаваторов и 
создается 
возможность 
применения 
агрегатного 
метода 

ремонта машин, а следовательно, уменьшаются их простои в 
ремонте и увеличивается время полезного использования.

Улучшение 
условий 
труда 
за 
счет 
автоматизации 

управления дает возможность повысить производительность 
экскаваторов, а автоматизация их привода ведет к экономии 
энергетических ресурсов вследствие повышения общего КПД 
машин.

Сокращение времени, необходимого для технического 

облуживания машины, позволяет повысить коэффициент ее 
использования 
в 
течение 
смены 
и 
для 
наиболее 

распространенных типоразмеров экскаваторов уменьшить 
число обслуживающего персонала.

Перечисленные факторы обусловливают при надлежащей 

организации изготовления и эксплуатации экскаваторов с 
гидравлическим приводом повышение темпа строительных 
работ и снижение стоимости разработки грунта.

1. Общие сведения об одноковшовых

гидравлических экскаваторах

1.1 Назначение и классификация одноковшовых 

экскаваторов

Одноковшовые экскаватора —
землеройные машины 

цикличного 
действия 
—
бывают 
универсальными 
и 

специальными.

Универсальные 
экскаваторы 
оснащены 
различным 

сменным рабочим оборудованием для выполнения земляных, 
планировочных, 
монтажных, 
сваебойных 
и 
других 

строительных работ. Свыше 90% выпускаемых одноковшовых 
экскаваторов являются   универсальными.

Специальные экскаваторы оснащены только одним видом 

рабочего оборудования для земляных или погрузочных работ.

По назначению одноковшовые экскаваторы подразделяют 

на следующие основные группы: 

- строительные и строительно-карьерные (масса   машины   

2 ... 250 т, вместимость ковша 0,1 ... 6 м3) — универсальные 
машины для выполнения многих строительных работ;

- карьерные (масса машин 75 ... 1000 т, вместимость ковша 

2 ... 20 м3) — в основном для разработки тяжелого грунта в 
карьерах и гидротехническом строительстве с погрузкой в 
транспортные средства;

- вскрышные (масса машины 170... 13000 т, вместимость 

ковша 4 ... 100 м3) для выемки грунтов, закрывающих 
полезные ископаемые, или на открытых горных работах и в 
гидротехническом строительстве;

-
туннельные и шахтные с укороченным рабочим 
оборудованием (масса машины 16 ... 30 т, вместимость ковша 
0,5 ... 1 м3) — для работы под землей при строительстве 
различных инженерных сооружений и разработке полезных   
ископаемых.

По типу привода различают экскаваторы с механическим, 

гидромеханическим, 
гидравлическим, 
электрическим 
и 

комбинированным приводами.

В настоящем пособии рассмотрены только универсальные 

одноковшовые гидравлические экскаваторы, т.е. такие, у 
которых передача энергии от первичного двигателя к 
исполнительному механизму осуществляется с помощью 
гидрообъемного привода.

В объемном гидроприводе первичным потребителем 

энергии являются насосы (один или несколько), нагнетающие 
жидкость под давлением по гидролиниям к гидродвигателям, 
от которых приводятся в движение рабочее оборудование, 
рабочий орган и механизмы экскаватора. Объемные передачи 
в экскаваторах применяют как в сочетании с механическими 
передачами, так и без них.

Если 
в 
трансмиссию 
экскаватора 
включены 

гидродинамические передачи, то такой тип привода называют 
гидродинамическим. В гидродинамической передаче используют 
гидромуфты или гидротрансформаторы, встраиваемые 
между силовой установкой и механическими передачами.

В смешанных приводах используют два или три типа 

различных передач. На большинстве экскаваторов получили 
распространение 
смешанные 
электромеханические 
или 

гидромеханические   передачи.

По возможности вращения поворотной части (платформы) 

экскаваторы бывают полноповоротными, т. е. с платформой, 
вращающейся вокруг вертикальной оси на неограниченный 
угол, и неполноповоротными, т. е. с ограниченным углом 
вращения платформы.

Пo типу ходового устройства (рис. 1.1, а - д) экскаваторы 

разделяют на гусеничные, пневмоколесные, на специальном 
Доступ онлайн
600 ₽
В корзину