Роторный траншейный экскаватор состоит из рабочего органа, тележки, отвального конвейера, или метателя, двигателя, механизмов управления, передаточных и подъемных механизмов, платформы и поддерживающих металлоконструкций.
Ковши 5 рабочего органа присоединены к колесу 9, расположенному внутри рамы 13. Вращательное движение колесу сообщается при помощи внутреннего зубчатого венца 12 и шестерни 11. Для фиксации вертикального положения ковшового колеса служат ролики 10. Внутри ковшового колеса, под прямым углом к плоскости его вращения, находится отвальный конвейер, или метатель, 4, опирающийся на раму. На отвальный конвейер грунт попадает под действием силы тяжести.
Рама ковшового колеса задним по ходу экскаватора концом с помощью колес 7 и подъемного гидроцилиндра 6 опирается о дно траншеи. Передний конец рамы соединен с гидроцилиндром 2 подъемного механизма. К раме ковшового колеса прикреплен зачистной башмак 8. На тележке экскаватора 15 находится платформа 14, на которой уставлены двигатель Д, механизмы системы управления У, гидропривод /. передаточные механизмы /, //, /// и рама 3, поддерживающая механизмы и конструкции экскаватора.
Ковши применяют, как правило, саморазгружающиеся, отрытые спереди и сверху. Болтами через проушины в боковых стенках они жестко прикрепляются к колесу.
Конструкции корпуса и козырька ковша роторного экскаватора аналогичны конструкциям цепного многоковшового траншеекопателя. Выпуклое очертание корпуса способствует лучшему заполнению и опорожнению ковша и, кроме того, повышает устойчивость ротора в забое.
Замена большого числа зубьев на роторе после их износа требует значительных затрат времени. Поэтому конструкцией зубьев должна предусматриваться возможно малая трудоемкость их установки или снятия. Для сокращения затрат времени на эти операции целесообразно применять двухсторонние зубья. Для отрывки узких щелей зубья крепятся непосредственно к дисковому ротору — фрезе.
Ковш роторного траншейного экскаватора:
а - крепление ковша на обечайке; б — режущая часть; 1 — зуб; 2 — козырек; 3 - обечайка; 4 — цепное днище; 5 — карман крепления зуба; 6 — зуб-уширитель.
Ширину траншеи можно изменять при смене ротора или установке зубьев-уширителей.
Колесо ротора состоит из двух колец, соединенных ковшами и образующих с ними жесткую конструкцию. На торцах колец укреплен зубчатый венец для сообщения ротору вращения. При двухрядном расположении ковшей посредине между двумя кольцами, несущими зубчатые венцы, устанавливается третье кольцо. Внутренняя поверхность зубчатого венца обычно является также беговой дорожкой для поддерживающих и направляющих роликов.
Ротор для отрывки узких траншей или прорезания щелей представляет собой сварной диск коробчатого сечения с зубодержателями. Благодаря последовательному боковому смещению зубодержателя и зубьев обеспечивается отрывка траншеи расчетной ширины. Зубчатые венцы ротора помещаются на обоих его торцах. Для очистки ротора от грунта и перемещения грунта на бермы траншеи служат специальные очистители и отвалообразователи.
Рама ротора — пространственная металлическая конструкция для удержания ротора в необходимом рабочем или транспортном положении. Она служит также опорой для отвального конвейера, механизма привода ротора и электродвигателя этого механизма у многодвигательных машин.
Передним по ходу экскаватора концом рама ротора соединяется с подъемным механизмом. Задний конец рамы поддерживается колесной опорой 7 (рис. 124), перекатывающейся по дну траншеи, или подвеской (в экскаваторах с навесным ротором).
Механизмы подъема имеют в большинстве случаев гидравлический привод. По конструктивному исполнению различают гидравлические, гидроканатные и гидроцепные разновидности механизмов. В гидроканатных и гидроцепных механизмах ротор опускается и поднимается гидравлическими цилиндрами, включенными в систему полиспастов.
Грунт может перемещаться по обе стороны от экскаватора, если предусмотрена возможность перестановки конвейера и перемены направления движения его ленты. Конвейер переставляется обычно вручную с помощью реек или цевочного зацепления, в крупных экскаваторах — гидроцилиндром или специальным механическим приводом, управляемым с пульта машиниста.
Схемы механизма подъема ротора:
а — с подвеской заднего конца рамы; б — с раздельным подъемом переднего и заднего концов рамы ротора; 1 — рама ротора; 2, 4 — звездочки; 3 — цепь; 5 — гидроцилиндр.
Некоторые модели экскаватора оборудованы складными конвейерами, а самые крупные — двумя конвейерами, что позволяет выдавать грунт одновременно по обе стороны от траншеи.
В экскаваторах с механической трансмиссией конвейеры имеют обычно привод на оба концевых барабана с натяжным устройством.
Ленты конвейеров снабжены бортами. Для предотвращения сбега с барабана ленты применяются с направляющим ребром.
Продольный профиль конвейеров может быть прямолинейным, дугообразным и ломаным (V-образным). Наиболее распространены дугообразные конвейеры в которых благодаря действию центробежных сил грунт прижимается к ленте и быстро приобретает ее скорость.
Для придания криволинейного профиля в направлении продольной оси конвейера ленту прижимают сверху к концевым барабанам и промежуточным роликовым опорам резинотканевыми ремнями, которые одновременно служат элементами направляющих бортов для грунта.
Ходовое оборудование большинства моделей роторных траншейных экскаваторов гусеничное. Более рационален передний привод гусениц: двигатель и трансмиссия тележки располагаются впереди, а свободное место сзади тягача позволяет приблизить рабочий орган к центру тяжести всей машины. Рама экскаватора опирается на гусеничную тележку в трех точках: на две точки сзади и одну (балансир) — спереди.
Зачистной башмак служит для выравнивания дна траншеи. Он помещается на конце наклонной или криволинейной балки, находящейся в вертикальной осевой плоскости перемещения экскаватора и прикрепленной к задней по ходу экскаватора части рамы ротора и задней опоре. Грунт, перенесенный ротором через его верхнюю часть, подгребается зачистным башмаком под ротор.
2. Расчет основных деталей и узлов
Для предварительного определения массы машин служит ГОСТ 19618-74 и типаж на эти машины. Ориентировочные массы отдельных узлов экскаватора определяются по соответствующим показателям машин-аналогов с учетом правил масштабности конструкций, установленных по теории подобия.
Для определения общих размеров машины и ориентировочных размеров ее узлов служат эмпирические формулы.
Dp = 1,75 * 1.8 = 3.15
bk = 0.9 * 0.7 = 0.63
hk = 0.5 * 0.7 = 0.35
Tk = 3.14 * 3.15 / 0.35 = 28.26
lk = 0.4 * 28.26 = 11.3
3. Расчет технико-экономических показателей машины
Производительность:
Эксплуатационная производительность роторных траншейных экскаваторов по выносной способности, м3/ч,
Q = 3600 nmqkнkв/kр,
где n - частота вращения ротора, с-1; m - число ковшей; q - вместимость ковша, м3; kв - коэффициент использования машины по времени (0,7...0,85); kн - коэффициент наполнения (0,9... 1,1); kр - коэффициент разрыхления грунта (1,1…1,4).
Мощность:
Мощность, расходуемая на копание грунта, кВт,
Р = RК*Q/3600,
где Rк - удельное сопротивление копанию (кПа), зависящее от категории разрабатываемого грунта; для грунтов I категории Rк ~ 100 кПА, II категории Rк ~ 200 кПА, III - Rк ~ 300 кПА, IV - Rк ~ 400 кПа.
Глубина отрываемой траншеи :
Rp – радиус ротора до режущих кромок;
Ho.p – разница уровней платформы экскаватора и оси вращения ротора;
4. Тестовый расчет
Q = (3600*n*m*qz*kv*kn)/kp = (3600*0.13*14*0.16*0.7*0.9)/1.1 = 600 m3/ч
Мощность необходимая для рытья траншеи:
P = (Rk*Q)/3600 = (100*600)/3600 = 16.6 кВm
5. Методы, применяемые для определения оптимального режима работы
5.1 Нахождение max значения производительности с помощью метода Фибоначчи
Предположим, что нужно определить минимум как можно точнее, т. е. с наименьшим возможным интервалом неопределенности, но при этом можно выполнить только n вычислений функции. Как следует выбрать n точек, в которых вычисляется функция? С первого взгляда кажется ясным, что не следует искать решение для всех точек, получаемых в результате эксперимента. Напротив, надо попытаться сделать так, чтобы значения функции, полученные в предыдущих экспериментах, определяли положение последующих точек. Действительно, зная значения функции, мы тем самым имеем информацию о самой функции и положении ее минимума и используем эту информацию в дальнейшем поиске.
Предположим, что имеется интервал неопределенности (x1, x3) и известно значение функции f(х2) внутри этого интервала (см. рис. 5.1). Если можно вычислить функцию всего один раз в точке х*, то где следует поместить точку х4 , для того чтобы получить наименьший возможный интервал неопределенности?
Положим x2-x1 = L и х3 - x2 = R, причем L > R, и эти значения будут фиксированы, если известны x1, x2, x3. Если x4 находится в интервале (x1; x2) , то:
1) если f(х4) < f(x2), то новым интервалом неопределенности будет (x1; x2) длиной x2-x1 = L;
2) если f(х4) > f(х2), то новым интервалом неопределенности будет (x4; x3) длиной х3 - x4.
Поскольку не известно, какая из этих ситуаций будет иметь место, выберем x4 таким образом, чтобы минимизировать наибольшую из длин х3 - х4 и х2 - x1. Достигнуть этого можно, сделав длины х3 - x4 и х2 - x1 равными, т. е. поместив х4 внутри интервала симметрично относительно точки х2, уже лежащей внутри интервала. Любое другое положение точки x4 может привести к тому, что полученный интервал будет больше L. Помещая х4 симметрично относительно х2, мы ничем не рискуем в любом случае.
Если окажется, что можно выполнить еще одно вычисление функции, то следует применить описанную процедуру к интервалу (х1, х2), в котором есть значение функции, вычисленное в точке x4, или к интервалу (x4; x3) , в котором уже есть значение функции, вычисленное в точке х2. Следовательно, стратегия ясна с самого начала. Нужно поместить следующую точку внутри интервала неопределенности симметрично относительно уже находящейся там точке. Парадоксально, но, чтобы понять, как следует начинать вычисления, необходимо разобраться в том, как его следует кончать.
На n-м вычислении (рис. 5.2) n-ю точку следует поместить симметрично по отношению к (n-1)-й точке. Положение этой последней точки в принципе зависит от нас. Для того чтобы получить наибольшее уменьшение интервала на данном этапе, следует разделить пополам предыдущий интервал. Тогда точка хn, будет совпадать с точкой хп-1. Однако при этом мы не получаем никакой новой информации. Обычно точки хп-1 и хп отстоят друг от друга на достаточном расстоянии, чтобы определить, в какой половине, левой или правой, находится интервал неопределенности. Они помещаются на расстоянии є/2 по обе стороны от середины отрезка Lп-1; можно самим задать величину є или выбрать эту величину равной минимально возможному расстоянию между двумя точками. (Предположим, что в нашем примере инженер может регулировать температуру с интервалом в 1°С, поэтому є = 1.)
Интервал неопределенности будет иметь длину Ln, следовательно, Lп-1= 2 Ln – є (рис. 11, нижняя часть).
На предыдущем этапе точки хп-1 и хп-2 должны быть помещены симметрично внутри интервала Lп-2 на расстоянии Lп-1 от концов этого интервала. Следовательно,
Lп-2 = Lп-1 + Lп (рис. 5.2, средняя часть).
Из рисунка ясно, что на предпоследнем этапе хп-2 остается в качестве внутренней точки.
Аналогично Lп-3 = Lп-2 + Lп-1 (рис. 5.2, верхняя часть)
В общем случае
Lj-1 = Lj + Lj+1 при 1 < j < n.
Таким образом,
Lп-1 =2 Lп – ε,
Lп-2 = Lп-1+ Lп =3Lп – ε,
Lп-3 = Lп-2+ Lп-1 =5 Lп – ε,
Lп-4 = Lп-3+ Lп-2 =8 Lп – ε и т. д.
Если определить последовательность чисел Фибоначчи следующим образом:
F0= 1, F1 = 1 и Fk=Fk-1 + Fk-2 для k = 2,3, … , то
Ln-j=Fj+1 . Ln – Fj-1 . ε, j = 1,2, … , n-1
Если начальный интервал (а, b) имеет длину L1 (= b - а), то
L1=Fn . Ln – ε . Fn-2,
т.е.
Следовательно, произведя n вычислений функции, мы уменьшим начальный интервал неопределенности в 1/Fn раз по сравнению с его начальной длиной (пренебрегая ε) , и это — наилучший результат.
Если поиск начат, то его несложно продолжить, используя описанное выше правило симметрии. Следовательно, необходимо найти положение первой точки, которая помещается на расстоянии L 2 от одного из концов начального интервала, причем не важно, от какого конца, поскольку вторая точка помещается согласно правилу симметрии на расстоянии L2 от второго конца интервала:
После того как найдено положение первой точки, числа Фибоначчи больше не нужны. Используемое значение е может определяться из практических соображений. Оно должно быть меньше L1/Fn+1, в противном случае мы будем напрасно тратить время на вычисление функции. Таким образом, поиск методом Фибоначчи, названный так ввиду появления при поиске чисел Фибоначчи, является итерационной процедурой. В провесе поиска интервала (х1, х2) с точкой х2, уже лежащей в этом интервале, следующая точка x4 всегда выбирается такой, что х3 - x4 = x2 - x1 или х4 - х1 =х3 - х2, т. е. х4 = x1 - х2 + х3.
Если f(х2) > f(х4) и f(х4) < f(х2), то можно рассмотреть четыре случая, нахождения max функции методом Фибоначчи.
Рисунок 5.3. Четыре варианта расположения точек в интервале поиска max функции методом Фибоначчи
5.2 Определение min значения мощности методом золотого сечения
Не всегда можно заранее определить, сколько раз придется вычислять функцию. В методе Фибоначчи это нужно знать для определения L2, т. е. положения начальной точки.
Метод "золотого сечения" почти столь же эффективен, как и метод Фибоначчи, однако при этом не требуется знать п — количество вычислений функции, определяемое вначале. После того как выполнено j вычислений, исходя из тех же соображений, что и ранее, записываем
Lj-1 = Lj + Lj+1 .
Однако если п не известно, то мы не можем использовать условие Ln-1 = = 2Ln - ε. Если отношение последующих интервалов будет постоянным, т.е.
т. е. т = 1 + 1/τ.
Таким образом, τ 2 - τ -1 = 0, откуда . Тогда
и т. д.
Следовательно,
т.е
Рисунок 5.4 Поиск экстремума функции методом золотого сечения
В результате анализа двух рассмотренных значений функции будет определен тот интервал, который должен исследоваться в дальнейшем. Этот интервал будет содержать одну из предыдущих точек и следующую точку, помещаемую симметрично ей. Первая точка находится на расстоянии L1/τ от одного конца интервала, вторая — на таком же расстоянии от другого. Поскольку , то видно, что поиск методом "золотого сечения" является предельной формой поиска методом Фибоначчи. Название "золотое сечение" произошло от названия отношения в уравнении. Видно, что Lj-1 делится на две части так, что отношение целого к большей части равно отношению большей части к меньшей, т. е. равно так называемому "золотому отношению".
Рисунок 5.5. Четыре варианта расположения точек в интервале поиска min функции методом золотого сечения
В процессе расчета оптимальных технико-экономических показателей работы многоковшового роторного траншейного экскаватора был проанализирован характер изменения его от частоты вращения вала n. По мнению наблюдателя определились следующие оптимальные значения технико-экономических показателей при n=0.145:
Qопт=780 м3/ч;
Pопт=21.22 кВт.
Зависимость графика Q(n) строго линейная, что позволяет увеличивать частоту вращения вплоть до значения, при котором производительность максимальна (указана в технической характеристике). Производительность может быть ограничена только потребляемой машиной мощностью изменяющейся в зависимости от частоты вращения и категории грунта.
График зависимости производительности Q и мощности Р от частоты вращения n.
7. Список литературы
1. конспект лекций
2. #"#">#"#">http://ru.wikipedia.org/wiki/Метод_золотого_сечения
Страницы: 1, 2
