Дипломная работа: Совершенствование конструкции экскаватора с целью расширения технических возможностей

Содержание

Введение

1. Конструкторская часть

1.2 Тяговый расчет экскаватора

1.3 Расчет на прочность

1.6 Расчет устойчивости экскаватора

2. Технологическая часть

3. Экономическая часть

4. Безопасность и экологичность проекта

Заключение

Литература

Введение

Машины для земляных работ широко применяются в промышленном и гражданском строительстве, в сельском хозяйстве и горнорудной промышленности строительных материалов. По назначению их разделяют на землеройные, транспортирующие, грунтоуплотняющие, трамбующие, вибрационные и другие машины.

Землеройными машинами разрабатывают сыпучие и связные грунты, а также рыхлят и погружают мерзлые и скальные грунты.

Тяжелые грунты, а также грунты с примесями, разработка которых в состоянии природной плотности затруднена, подлежат предварительному рыхлению.

По назначению одинаковые экскаваторы разделяют на строительные и строительно-карьерные, карьерные вскрышные, для открытых горных и крупных гидротехнических работ, туннельные и шахтные.

Строительные и строительно-карьерные экскаваторы имеют массу 2 - 250т. и оснащены ковшами емкостью 0,1 – 6,0м³ . Они являются универсальными машинами.

Одноковшовые универсальные экскаваторы классифицируют по типу привода, возможность вращения поворотной части, конструкции ходового устройства, подвески и видами рабочего оборудования. Одноковшовые экскаваторы являются землеройной машиной циклического действия предназначенной для выемки и перемещения грунта или иного материала. Универсальный одноковшовый экскаватор, кроме того, может производить планировочные, погрузочные, монтажные, сваебойные и другие работы при помощи сменного рабочего оборудования.

В данном дипломном проекте рассматривается вариант усовершенствованного одноковшового экскаватора одновременно имеющего и рабочее оборудования ковш, и рыхлительное оборудования гидромолот. Цель изобретения – расширение технологических возможностей экскаватора и повышение его производительности при разработке мерзлых и плотных грунтов.

Реферат

Пояснительная записка 119, табл. 6, рис. 4, библ. 14 наименований

Экскаватор, гидроцилиндр, рукоять, ковш, нож, тяга, гидромолот, гидролиния.

Цель дипломного проекта – расширение технологических возможностей экскаватора и повышение его производительности при разработке мерзлых и плотных грунтов.

В данном проекте выполнены следующие расчеты: тяговый расчет, расчет на прочность, расчет устойчивости экскаватора, технологическая часть, экономическая часть.

Ожидаемый экономический эффект достигнут при определении капитальных затрат, при расчете годовой производительности машины, при расчете себестоимости машины. Определили основные показатели экономической эффективности капитальных вложений. Капитальные вложения составили 397014 рублей.

1. Конструкторская часть

Экскаватор ЭО – 4121 является первым в нашей стране полноповоротным гидравлическим экскаватором на гусеничном ходу с ковшом емкостью 0,65 – 1,5 м³ . Он предназначен работ в грунтах I – IV категорий.

Рабочее оборудование работает следующим образом: манипулируя цилиндрами, направляют рыхлитель на место рыхления. Опускают стрелу на грунт, вызывают колебания рыхлителя, продолжают опускать стрелу. По мере разрыхления грунта рыхлитель заглубляется. Далее производят разрыхление в нескольких точках, затем рыхлитель выводят, подтягивая его к стреле цилиндрами, и выбирают разрыхленный грунт ковшом.

После откалывания приямка процессы рыхления и экскавация грунта совмещаются. Для этого рабочее оборудование экскаватора опускают в приямок до соприкосновения ковша с грунтом.

Одновременно манипулируя цилиндрами, опускают рыхлитель на грунт, наполняют его и поднимают рабочее оборудование из забоя, одновременно подтягивая рыхлители к стреле цилиндрами, а затем поворачивают платформу и разгружают ковш. В дальнейшем цикл копания повторяется.

1.1 Обзор существующих конструкций

Изобретения относятся к землеройной технике и используются для рыхления мерзлых и плотных грунтов, а также асфальтобетонных покрытий.

Применяется навесное оборудование к экскаватору для рыхления мерзлых и плотных грунтов, например гидромолот, который установлен с возможностью возвратно-поступательного движения.

Наиболее по технической сущности и достигаемому результату является рабочее оборудование экскаватора, который содержит рабочий орган, кронштейн и его подвески, рычаг, силовой цилиндр направления рычагом.

Гидромолот заглубляют с помощью силового цилиндра, производят отламывание грунта путем поворота платформы, затем поднимают гидромолот из забоя и удаляют грунт ковшом.

Цель изобретения расширения технических возможностей экскаватора и повышения его производительности при разработке мерзлых и плотных грунтов, в соответствии с рисунком 1.

Рисунок №1 - Гидравлический молот

1- Гидромолот

Гидромолоты на экскаваторах. В последние годы в связи с широким распространением гидравлических экскаваторов большое применение получают Гидромолоты, используемые в качестве сменного оборудования для рыхления мерзлых грунтов, твердых покрытий, пашенистых включений. Кроме того, гидромолот применяют для уплотнения грунтов в местах, где обычные типы уплотняющих машин не могут быть использованы.

Основные достоинства гидромолотов заключаются в том, что источником энергии для их работы является гидравлический привод базовой машины, который позволяет автоматизировать рабочий процесс. Кроме того, при установке гидромолотов вместо ковша, используют существующие на экскаваторах гидромагистрали. В настоящее время изготавливают или предусматривают изготовить Гидромолоты к экскаваторам 2-5-й размерных грунт.

Конструкция состоит из базовой машины, гидромолота, которых закреплен верхней частью к стреле экскаватора, а в нижней к штокам экскаваторных гидроцилиндров. К верхнему тору гидроцилиндра закреплено распределительное устройство, соединенное гибкими рукавами с гидравлической системой экскаватора.

Распределительное устройство обеспечивает автоматическую работу гидромолота. Для подъема гидромолота используется стреловой цилиндр, а для поворота и установления требуемого наклона служат цилиндры рукояти.

Экскаватор с таким оборудованием может разрушать грунты выше и ниже уровня стоянки. Замена гидромолота на рукоять с ковшом выполняется обслуживающим персоналом в течение 1,5-2 часов.

Это оборудование предназначено для разработки мерзлых грунтов и твердых покрытий не только на уровне и ниже стоянки машины, но и насыпных смерзшихся отвалов, фундаментов и других объектов, расположенных выше уровня стоянки машины. Кроме того, допускается разработка наклонных поверхностей, возвышающихся над плоскостью стоянки машины. Эти качества обеспечивают эффективное использование машин с гидромолотами в условиях городского строительства и реконструкций промышленных зданий.

ВНИИ стройдормаш разработал гидромолот СП-62, предназначенный в качестве сменного оборудования к экскаватору ЭО-4121. Гидромолот крепится к рукояти стрелы экскаватора посредствам промежуточного кронштейна, который соединяется с проушинами гидромолота с помощью пальцев. Питание гидромолота обеспечивается от гидросистемы экскаватора, в соответствии с рисунком 2.

Рисунок №2 - Гидравлическая схема

Гидравлическая система: 1; 10 - гидромоторы гусеничного хода, 2 - гидромотор поворота платформы; 3 - гидроцилиндр поворота верхней секции стрелы; 4, 5 - гидроцилиндры поворота опускания стрелы; 6, 7 - гидроцилиндры поворота рычага; 8 – гидроцилиндр поворота ковша; 9 - гидроцилиндр поворота гидромолота; 11, 12 - блоки гидрораспределителя; 13 - сдвоенный насос.

Сравнительная оценка технических характеристик отечественной и зарубежной техники.

Таблица 1 - Техническая характеристика

Техническая характеристика экскаватора с рыхлительным оборудованием.

Масса, т 23,650;

Вместимость ковша, м³ 0,65;

Двигатель:

марка ЯМЗ - 236;

мощность, кВт 147;

частота вращения вала, мин^-1 2000;

Скорость передвижения, км/ч 28;

Глубина копания, м 4,95;

Радиус копания, м 82;

Угол поворота ковша, градус 173;

Габаритные размеры:

длина 8200

ширина 3150

высота 3200

1.2 Тяговый расчет экскаватора

Максимальное тяговое усиление W, H определяется по формуле:

Sт max = Wвn + Wн + Wк + Wв + Wnp + Wn, (1)

где Wвn - внутреннее сопротивление ходовых механизмов;

Wн - сопротивление при трогании с места;

Wk - сопротивление катанию;

Wв - сопротивление ветру;

Wn - сопротивление подъему.

Внутреннее сопротивление ходовых механизмов определяется Wвn Н определяется по формуле:

Wвn = (W₁ + W₂ + W₃ + W₄ + W₅ + W₆ + W₇ ), (2)

где W₁ - сопротивление в подшипниках опорных катков;

W₂ - сопротивление в подшипниках ведущих колес;

W₃ - сопротивление в подшипниках направляющих колес;

W₄ - сопротивление катанию опорных колес;

W₅ - сопротивление изгибанию гусеничных цепей на ведущих колесах;

W₆ - сопротивление изгибанию гусеничных цепей на направляющих колесах;

W₇ - сопротивление передвижению верхней части цепи по поддерживающим каткам.

= 1,2 коэффициент, учитывающий добавочное сопротивление трения от действий внешних сил.

W₁ = (Gэк - gзв) M*d/ D, (3)

где Gэк - вес экскаватора; Gэк = 23650 кг.

gзв - вес гусеничных звеньев лежащих на земле; gзв = 670 кг.

d - диаметр оси опорного катка; d = 60 мм.

D - диаметр катка; D = 260мм.

M - коэффициент трения скольжения стали на бронзе; M = 0,1

W₁ = (23650 - 670) * 0,1 * 60 / 260 = 5202; 2Н

Сопротивление в подшипниках ведущих колес расчитывается по формуле:

W₂ = 2 * R * M^I * d₁ / D₁ ; (4)

Реакция подшипников ведущего колеса равна:

R = 1,4 * Sт; (5)

Тяговое усилие принимаем равным окружному усилию на звездочке, соответствующему номинальному моменту гидродвигателя.

Sт = Мгg * * * 2 / Dзв₁ , (6)

где Мгg - номинальному моменту гидродвигателя; Мгg = 27 кгс * м

- передаточное число редуктора хода; = 64,1

- КПД этого редуктора; = 0,93

Dзв₁ - условный диаметр ведущего колеса; Dзв = 0,65м

Sт = 27 * 64,1 * 0,93 * 2 / 0,65 = 48583,04 Н,

R = 1,4 * 48583,04 = 68016,25 Н

W₂ = 2 * 68016,25 * 0,02 * 15 / 65 = 627,84 Н

Передний ход:

W₃ = 2 * 0,3 * Sт * М^I * d₂ / D₂ ; (7)

Задний ход:

W_{3 1} = 4 * Sт * М^I * d₂ / D₂ ; где (8)

М^I - коэффициент трения качения, М^I = 0,02

d₂ - диаметр оси направленного колеса, d₂ = 140мм условно равным диаметру на котором расположен шарики подшипника.

Передний ход:

W₃ = 2 * 0,3 *48583,04 * 0,02 * 14 / 58,5 = 139,3 Н

Задний ход:

W₃ ¹ = 4 * 48583,04 * 0,02 * 14 / 58,5 = 931,95 Н

Сопротивление копанию опорных колес расчитывается по формуле:

W₄ = 2 * (23650 - 670) * 0,12 / 26 = 9,81 = 2080,9 Н (9)

Сопротивление изгибанию гусеничных цепей на ведущих колесах расчитывается по формуле:

Передвижение вперед:

W₅ = 2 * 1,15 * Sт * В * d₀ / D₁ ; (10)

W₅ = 2 * 1,15 * 48583,04 * 0,35 * 3 / 65 = 1805,04 Н где

В - коэффициент трения в шарнирах гусеничной цепи, В = 0,35

d₀ - диаметр пальцев гусеничной цепи, d₀ = 30мм

Передвижение назад

W₅ ¹ = 2 * Sт * В * d₀ / D₁ ; (11)

W₅ ¹ = 2 * 48583,04 * 0,35 * 3 / 65 = 1569,6 Н

Сопротивление изгибанию гусеничных цепей на направляющих колесах рассчитываем по формуле:

W₆ = 2 * 0,3 * Sт * В * d₀ / D₂ ; (12)

Передвижение вперед

W₆ = 2 * 0,3 * 48583,04 * 0,35 *3 / 58,5 = 522,87 Н

Передвижение назад

W₆ ¹ = 4 * Sт * В * 3 / D₂ ; (13)

W₆ ¹ = 4 * 4858,04 * 0,35 * 3 / 58,5 = 3487,45 Н

Сопротивление передвижению верхней части цепи по поддерживающим палочкам рассчитываем по формуле:

W₇ = gзв (М * d + 2 * f ) / D₃ ; (14)

W₇ = 760 (0,1 * 6 + 2 * 0,12) / 26 = 211,89 Н

Полное внутреннее сопротивление ходовых колес

Передвижение вперед

Wвn = 1,2 (5202,2 + 627,84 + 139,3 + 2080,9 + 1805,04 + 522,87 + 211,89) = 12708,04 Н

Передвижение назад

Wвn^I = 1,2 = (5202,2 + 627,84 + 2080,9 + 1569,6 + 3487,45 + 211,89 + 931, 95) = 16970,1 Н

Сопротивление энергии при трогании с места

Wn = Gэк * V / g * t; (15)

где V - начальная скорость передвижения экскаватора при номинальных оборотах гидродвигателя равной 1400об/мин; V - 0,743м/с.

t - время разгона; t - 3с.

Wn = 23650 * 0,743 / 9,81 * 3 = 597кгс = 5857 Н

Сопротивление катанию для многоопорной гусеницы.

Wк = 1,125 * n * в * P² ср / Р₀ ; (16)

где n - число гусениц; n = 2,

в - ширина гусениц, в - 580мм

Р_{0 -} коэффициент сопротивления грунта для шины средней влажности Р₀ = 0,3

Pср = 23650 / 2 (375 + 25,5) * 58 = 0,67кгс/с²

Wк = 1,125 * 2 *58 * 0,67² / 0,3 = 195,27кгс = 1915,6 Н

Сопротивление ветру

Wв = g * F; где (17)

g - давление ветра; g = 40 кгс/см²

F - наветренная площадь экскаватора; F = 11,5 м²

Wв = 40 * 11,5 = 460 кгс = 4512,6 Н

Сопротивление повороту

Wпр = Wтр + Wтр / R; (18)

Wтр = момент трения гусениц о грунт.

Мск - момент сопротивления грунта скалыванию

Момент трения двух гусениц о грунт определяется по формуле:

Мmp = М * Рср * 10⁴ / 12 [2 LB√L² + B² + L³ Ln (B + √L² + B² / L) + B³ Ln (L + √L² + B² / B)) - (2Ld√L² + d² + L³ Ln (d + √L² + d² / L) + d³ Ln (L + √L² + d² / d))]; (19)

где М - коэффициент трения гусениц о грунт М = 0,5

Средне удельное давление на грунт

Рср = 0,5 * Gэк / в (L + t); (20)

Рср = 0,5 * 23650 / 58 (275 + 25,5) = 0,67кгс/см² ;

Мтр = 0,5 * 0,67 * 10⁴ / 12 [(2 * 2,93 * 2,75 √ 2,75² + 2,93² + 2,75³ Ln (2,93 + √ 2,75² + 2,93² / 2,75) + 2,93³ Ln (2,75 √ 2,75² + 2,93² / 2,93) - (2 * 2,75 * 1,77 √ 2,75² + 1,77² + 2,75² Ln (1,77 √ 2,75² + 1,77² / 2,75) + 1,77³ Ln (2,75 + √ 2,75² + 1,77² / 1,77) )] = 15 545кгс см = 1525,5 Н/м

Момент сопротивления грунта скалыванию

Мск = 2 * 0,29 * К * h * e² ,(21)

Мск = 2 * 0,29 * 1 * 2 * 275² = 87725кгс см = 8605,8 Н/м,

где к - коэффициент щепления грунта, к = 1;

n = Рср / Ро = 0,67 / 0,3 = 2,2 - глубина

Сопротивление повороту равно;

Wкр = 15545 + 87725 / 2,35 = 6988кгс = 68552,2 Н

Полное сопротивление передвижению на горизонтальном участке при передвижении вперед.

Sтr = Wn + Wн + Wк + Wв; (22)

Sтр = 12708,04 + 5857 +5857 +1915,6 + 4512,6 = 24993,2Н;

Полное сопротивление передвижению на горизонтальном участке при движении назад:

Sтr^I = Wвн^I + Wн + Wк + Wв; (23)

Sтr^I = 1970,1 + 5857 + 1915,6 + 4512,6 + 29255,26 Н

Полное сопротивление развороту на горизонтальном участке при движении вперед:

Sт max = Wвн + Wк / 2 + Wн + Wкр; (24)

Sт max = 12708,04 + 1915,6 / 2 + 5857 + 68552,2 = 81721 Н

Полное сопротивление развороту при движении назад на горизонтальном участке.

Sт^I max = Wвн^I + Wк / 2 + Wн + Wкр; (25)

Sт^I max = 16970,1 + 1915,6 / 2 + 5857 + 68552,2 = 83852 Н

Максимальное тяговое усилие на одной гусенице равно:

Sт^дв = Мmax * * * 2 / Д^зв ; (26)

где Мmax - момент гидродвигателя максимальный при р = 250кгс/см² ; Мmax =42,5кгс. м.

- 64,06 - передаточное число редуктора хода;

- КПД этого редуктора, = 0,94;

Д^зв - диаметр ведомой звездочки по шарнирам ленты, Д^зв = 0,65м.

Sт^дв = 42,5 * 64,06 * 0,94 * 2 / 0,65 = 7874,4кгс = 77247,86 Н

Расчет мощности двигателя

Мощность двигателя N, кВт определяется по формуле:

N = ∑ * Wпер * / 3,6 * ; (27)

где - скорость экскаватора, = 4,2км/ч.

- механический коэффициент полезного действия; = 0,7.

N = 81,721 * 4,2 / 3,6 * 0,7 = 136 кВт

1.3 Расчет на прочность

1.3.1 Определение необходимых усилий на режущей кромке ковша

Ковш 0,65м² с зубьями. Площадь сеяния стружки для грунтов четвертой категории.

_IV = 9 * Кн * Нn * Kp; (28)

где Kp - коэффициент разрыхления, Кр = 1,25;

Кн - коэффициент наполнения, Кн = 1,35;

Нn - высота напорного вала, Нn = 300см.

_IV = 650000 * 1,35 / 300 * 1,25 = 2340см²

Толщина стружки равна:

c = _IV / Вк; (29)

где Вк - ширина режущей кромки ковша, Вк = 115см.

c = 2340 / 115 = 20,35;

Касательная составляющая реакции грунта резанию для прямоугольного периметра режущей кромки, оснащенного зубьями.

Р_01р = * hc * (Bk + hc) * (0,55 + 0,015 ) + 146 * * p; (30)

где - максимальная прочность на срез, = 0,8кгс/м² ;

- передний угол резания, = 30⁰ ;

G - прочность грунтов, G = 8кгс/см² ;

p - ширина кромки зуба; p = 10мм;

ц/- проекции износа режущей кромки ковша на вертикальную и горизонтальную ось; ц/ = 5; = 1см.

Р_01р = 0,8 * 20,35 (115 + 20,35) * (0,55 + 0,015 * 30) + 14 * 8 * 10 * 1 = 3322,68кгс = 32595,49 Н;

Составляющая наполнения ковша в первом положении:

Р_01н ¹ = 0,66 * Вк * Нn² * Кн² * * cos * M / Кр; (31)

где Нn - высота наполнения ковша, Нn = 0,576м;

- объемный вес грунта, = 1900кгс/м³ ;

М - коэффициент трения грунта о грунт, М = 0,8;

Р_01р = 0,6 * 1,15 * 0,576² * 1,35² * 1900 * 0,8 * 0,999/ 1,25 = 557,51кгс

Составляющее положение ковша в последнем положении:

Р_01н ⁸ = 557,51 * cos 73⁰ = 557, 51 * 0,292 = 162,79кгс;

Касательная составляющая резания

Р₀₁ ¹ = √ Р_01р ² + Р_01н ²

Р₀₁ ¹ = √ 3322,68² + 557,51² = 3370кгс;

Р₀₁ ⁸ = √ 3322,68² + 162,79² = 3327кгс;

Нормальная составляющая реакция резания

Р₀₂ = 20 * G * * p;

Р₀₂ = 20 * 8 * 10 * 1 = 1600кгс;

1.3.2 Расчет на прочность тяги

Расчетное положение: Тяга наклонена к горизонтальной плоскости под углом 45⁰ , рукоять на полном вылете. Усилие в цилиндре тяги определим из моментов всех сил действующих на рыхлительное оборудование, относительно тяги стрелы.

Рц.с. = 0,49 * 1,09 + 0,91 * 1,31 + 0,26 * 1,78 + 0,74 * 3,64 / 0,72 + 0,8 * 1,2 + 11,5 * 5,11 / 0,72 = 102,5т

Вертикальную и вертикальную составляющие реакции в тяги определим из сезмны проекции всех сил действующих на рыхлительное оборудование, на вертикальную и горизонтальную оси.

Ав = 102,5 * cos 30⁰ - 0,49 - 0,91 - 0,26 - 0,74 - 1,88 - 11,5 * cos 29⁰ = 102,5 * 0,866 - 0,49 - 0,91 - 0,26 - 0,74 - 1,88 - 0,875 * 11,5 = 74,4т

Аг = 102,5 * cos 60⁰ - 11,5 * cos 61 = 102,5 * 0,5 - 11,5 * 0,485 = 45,7

Усилие в цилиндре Рц.р. определяем из уравнения моментов всех сил действующих на систему тяга-гидромолот относительно шарнира стрела-тяга.

Рц.р = Qp * 1,24 + Qkr * 3 * 4,05 / 1,01 = 0,74 * 1,24 + 1,88 * 3 * 11,5 / 1,01 = 52,6т

Вертикальную и горизонтальную составляющие реакций в шарнире определим из суммы проекций всех сил действующих на систему тяга-гидромолот на вертикальную и горизонтальную оси.

Бв = 52,6 * cos 69⁰ - 0,74 - 1,88 - 11,5 * cos 29⁰ = 52,6 * 0,515 - 0,74 -1,88 - 11,5 * 0,875 = 14,4т

Бг = 52,6 * cos 31⁰ - 11,5 - 11,5 * cos 61⁰ = 52,6 * 0,857 - 11,5 - 11,5 * 0,485 = 39,5т

Изгибающий момент А - А тяги.

Миз = 39500 * 56 - 14400 * 64 = 1290000кгс/см

Момент сопротивления этого сечения при изгибе.

Wx = (48 * 36,5³ - 44 * 34,9³ ) * 2 / 12 * 36,5 = 2117см³

Нормальные напряжения

Gи = Миз / Wx = 1290000 / 2117 = 609кгс/см²

Расчетное положение тяги: тяга наклонена к горизонтальной плоскости под L 42⁰ , тяга на полном вылете, гидромолот занимает рабочее положение.

В цилиндре тяга максимального усиления равна 38,5т

Усилие в цилиндре рукояти Рц.р. определяем из уравнения моментов всех сил, действующих на систему тяга-стрела, относительно шарнира стрела-тяга.

Рц.р. = 0,74 * 1,25 + 1,2 * 2,59 + 14,6 * 3,36 / 1,01 = 53т;

Реакция в шарнире тяга-стрела определим из суммы проекций всех сил, действующих на систему тяги-стрела, на вертикальную и горизонтальную оси.

Усилие резания дано суммарное.

Аг = 53 * cos 31⁰ - 14,6 * cos 27⁰ = 32,41т;

Ав =53 * cos 59⁰ - 0,74 - 1,2 - 14,6 * cos 63⁰ = 18,72т.

Реакция в шарнире гидромолот-тяга (действие на тягу).

Б = 38,5 * cos 40⁰ + 14,6 * cos 63⁰ + 1,2 = 38,5 * 0,766 + 14,6 * 0,454 + 1,2 = 37,3т.

Б₂ = 38,5 * cos 50⁰ - 14,6 * cos 27⁰ = 38,5 * 0,643 - 14,4 * 0,891 = 11,75т.

Силы действия на тягу. Изгибающий момент в сечении I - I

Ми_I = Б * 107 - Бг * 70; (32)

Ми_I = 37300 * 107 - 11750 * 70 = 3168600кгс/см

Момент инерции данного сечения при изгибе.

J₁ = (8,8 * 34³ - 31,6³ * 7,2) * 2 / 12 = 9890,2см³

Изгибающие направления в данном сечении

Gи_I = 3168600 / 2 *582 = 2722кгс/см³

Запас прочности по нормальным напряжениям

G = 4400 / 2722 = 1, 61кгс/см² ;

Изгибающий момент в сечении 2 - 2.

Ми₂ = 37300 * 55 - 11750 * 41 = 7571800кгс.см

Момент инерции сечения при изгибе

J₂ = (8,8 * 21,6³ - 7,2 * 19,2³ / 12 = 582см³ ;

Момент сопротивления при изгибе

W₂ = 6287?15 * 2 / 582 = 2700кгс/ см² .

1.3.3 Расчет на прочность сечения 3-3 сварного шва

Принципиальная схема сечения 3-3 показана на рисунке №3.

Рисунок №3 - Схема к расчетам на прочность

Момент инерции для этого сложного сечения вычисляем табличным способом.

Таблица 2 - Момент инерции

сечение	F	У	Fу	Fу2
Две коробки	213,6	27,75	5927,4	164485	72080
(44 х 1,2)	105,6	22,6	2386,6	53936	17040
(0,6 х 35,2)	21,12	0,3	6,3	2	1
итого	340,2	50,65	8315,3	218423	89121

Расстояние от оси х до центра тяжести сечения

L₁ = 8315,3 / 340,3 = 24,43см

Расстояние от нижней кромки сечения до центра тяжести

L₂ = 55,5 - 24,43 = 31,07см

Момент инерции относительно центра тяжести

₃ = 89121 + 218423 - 24,43² * 340,3 = 104446см³

Момент сопротивления для нижних волокон

W₃ = 14 * 104446 /31,07 = 3361,6см³

Изгибающий момент в данном сечении

Ми = 14 √ 32410² + 18720² = 519000кгс.см

Нормальное напряжение

Gи = Ми / W₃ = 519000 / 3361,6 = 154,3кгс/см²

Вывод: При расчете сварного шва 3-3 Ми определили прочность сварного шва в момент инерции относительно центра тяжести, 104446см³ и нормальное напряжение которое составило 154,3кгс/см² .

1.3.4 Расчет на прочность пальца шарнира рычаг-гидромолот

Максимальная реакция пальца

Б = √ Б₂ ² + Б₂ ² ; (33)

Б = √ 37300 + 11750 = 39100кг/см² ;

Максимальный изгибающий момент

Ми = 39100 * 15,8 / 2 = 308890кгс.см

Момент сопротивления при изгибе

Wи = 0,1 * d³ ; (34)

Wи = 0,1 * 9³ = 72,9см³ .

Изгибающие напряжения:

Gи = 308890 / 72,9 = 4237.17кг/см² ;

Запас прочности по нормальным напряжениям:

G = 6500 / 4237,17 = 1,53кг/см² ;

1.4 Расчет гидроцилиндра тяги

Предлагается делать цилиндр с толщиной стенки 15мм. вместо 20мм. из трубы 170 х 18 ГОСТ 8734-75 вместо 180 х 28 ГОСТ 8732-70. Материал трубы сталь г 45 ГОСТ 8731-66. Предел текучести по ГОСТ 1050-74, Gг = 36005кг/см² .

Расчет на прочность сечения посредине цилиндра

В указанном сечении не сказывается влияние сварки, крепящей цилиндр к днищу, по этому, напряжение можно вычислить по формуле. Напряжение сжатия на внутренней поверхности равны /при р = 350кг/см² /.

Gw = Р * D² + d² - d² ;

Gw = 350 * 17² + 14² / 17- 14² = 1825 кг/см² /.

Эти же напряжения для существующих цилиндров

Gw = 350 * 18² + 14² / 18- 14² = 1422 кг/см² /.

Запас прочности для нового цилиндра n = 1,5-5;

G = 3600 / 1825 = 1,97;

Запас прочности для существующего цилиндра

G = 3600 / 1422 = 2,53;

Запас прочности достаточны.

Расчет на прочность цилиндра в сечении сварки, крепящей цилиндр к пяте.

Момент на единицу длины окружности по срезу радиусу.

М₀ = Р / 2В² * (1 -М / 2);

В = ⁴ √ 3 * (1 - М² ) / ² ср * h² ; (35)

где М - коэффициент Пуассона, М = 0,3;

h - толщина стенки; h = 1,5см;

ср - средний радиус, ср = 7,75см.

Р = 350 * 70 / 77,5 = 316 кгс/см² - приведенное давление к среднему радиусу.

В = √ 3 * (1 - 0,3² ) / 7,75² * 1,75² = 0,378¹ см;

М₀ = 316 / 2 * 0,378² * (1 - 0,3 / 2) = 939кгс * см /см;

Напряжение без учета осевой линии

Gx = М₀ * 6 / h² ;

Gx = 936 *6 / 1,5² = 2500кг/см² /;

Предел текучести для материала сварки

Gт^св = 0,9 * 3600 = 3240кг/см² /;

Запас прочности

КG = 3240 / 1,2 * 2500 = 1,08; где

КG - эффективный коэффициент концентрации напряжения, КG = 1,2.

Для сравнения просчитаем прочность существующих цилиндров:

В = √ 3 * (1 - 0,3² ) / 8² * 2² = 0,324¹ см;

М₀ = 316 * 0,85 / 2 * 0,324² = 1279кгс * см /см;

Например, без учета осевой силы:

Gх = 1279 * 6 / 2² = 1920кгс/см² ;

G = 3240 / 1,2 * 1920 = 1,41

Момент инерции цилиндра предлагаемого в сечении перпендикулярно оси.

Jy = 0,05 * ( 17⁴ - 14⁴ ) = 2255см² ;

Момент инерции штока.

Jшт = 0,05 * 9⁴ = 328см⁴ ;

Отношение Jy / Jшт = 2255 / 328 = 6,87 > 5;

Вывод: гидроцилиндр тяги может делать из трубы 170х18 по ГОСТу 8734-75

1.5 Расчет гидромолота

Определение КПД оборудования. При забивании в мерзлый грунт рабочего органа, последнему передается только часть энергии А падающего бойка.

При непосредственном ударе бойка по инструменту АПД можно определить по формуле:

= ³ √ 0,1 * m₁ / m₂ ; (36)

где m₁ - масса бойка

m₂ - масса инструмента

= ³ √ 0,1 * 200 / 65 = 0,67;

КПД оборудования составило 0,67

Мощность привода

Рабочий цикл машины ударного действия состоит из следующих операций: установка оборудование в исходное положение, нанесение удара до отделения грунта от массива, извлечение рабочего органа из грунта.

Наиболее энергоемкой является операция по извлечению рабочего органа из грунта, на выполнение которого необходима мощность привода.

N = (G₁ + G₂ ) [] К₂ /₁ ; (37)

где G₁ - масса бойка;

G₂ - масса рабочего органа;

- скорость подъема оборудования;

К₂ - коэффициент учитывающий защемляемость рабочего органа; К₂ = 1,5;

₁ - КПД.

N = (200 + 65) * 0,8 * 1,5 / 0,67 = 474кВт.

Вывод: При расчете мощности привода, мы получаем 474кВт что позволяет машине для поднятия бойка из грунта.

1.6 Расчет устойчивости экскаватора с рыхлительным оборудованием

Устойчивость экскаватора характеризуется коэффициентом устойчивости.

Ку = Му / Мо; (38)

где Му - момент сил, удерживающий экскаватор от опрокидывания;

Мо - момент сил, способствующих опрокидыванию экскаватора

Устойчивость обратной лопаты проверяется по двум обратным схемам. На рис №4 предполагается, что происходит отрыв ковша у бровки забоя.

Из уравнения моментов всех сил относительно оси шарнира пяты стрелы определяют реакцию грунта Р_01, которую полагают направленной перпендикулярно прямой, соединяющей ось шарнира пяты стрелы с зубом ковша.

Р₀₁ = Sn * Sn^I * ГS - Gc гс - Gp гр - Gк гк / го; (39)

Р₀₁ = 3 * 3,3 * 4 - 0,74 * 3,4 - 0,83 * 5,1 - 0,97 * 5,3 /8 = 25,09 / 8 =3130кгс

Второе расчетное положение соответствует разгрузке липкого грунта на максимальной высоте ковша показана на рис №4

Рисунок №4 - Схема к расчетам устойчивости экскаватора

Опрокидывание машины происходит относительно точки А. Опрокидывающий момент Мом определяется по формуле:

Мом = Gp (rp - a₂ ) + Gc (rc - a₂ ) + Po ro^I ; (40)

Мом = 0,83 (5,1 - 1,27) + 0,74 (3,4 - 1,27) + 0,97 (5,3 - 1,27) + 3,13 * 5,3 = 25,23т

Удерживающий момент определяется по формуле:

Му = Gn (r₁ + a₂ ) + Ga (r₂ + a₂ ) + G₁ a₂ ; (41)

Му = 1,25 (2,78 + 1,27) + 1,56 (1,50 + 1,27) + 5,766 * 1,27 = 16,7т

Коэффициент устойчивости обратно лопаты с рыхлительным оборудованием.

Ку = 25,23 / 16,7 = 1,5;

Мом^I = Gp (rp - a₂ ) + Gc (r₂ - a₂ ) + Gk (rk - a₂ ); (42)

Рисунок №5 - Схеме к расчету устойчивости экскаватора

Моn^I = 0,74 (5,5 -1,27) + 0,7 (3,4-1,27) + 0,83 (6,8 - 1,27) * 3,7 = 35,03т;

Удерживающий момент.

Му = Gn (r₁ + a₂ ) + Ga (r₂ + a₂ ) + Gт a₂ ; (43)

Му = 1,25(2,78 + 1,27) + 1,56 (1,50 + 1,27) + 5,766 * 1,27 = 16,7т

Коэффициент устойчивости при выгрузке ковша

Ку = 35,03 / 16,7 = 2

Вывод: Определили устойчивость экскаватора при копании ямы, которое составило коэффициент устойчивости 1,5; а при выгрузке грунта с ковша Коэффициент составил 2.

2. Технологическая часть

Технологический процесс изготовления детали состоит из операции, которые заполняются технологические карты, прилагаемые пояснительной записке.

Расчет технологического процесса и определение режимов резания производятся на основе данных заготовке и ее габаритных размеров, материала, технических данных станков, инструментом и затрат времени на изготовление деталей.

Деталь: палец;

Материал: сталь 40 ГОСТ - 1050-74;

Характер заготовки: прокат 125 * 700 1,5;

Вес заготовки: 25кг.;

Станок: 1 Е 365Б / 32, [8], токарный;

Скорость главного двигателя: об/мин 22-1500;

Подача: мм/мин 0,25-1,6;

Мощность главного двигателя: кВт 15;

Инструмент: резец Т16 К6 1=45⁰ ;

Станок: 6 Н 10 [8] фрезерный;

Частота вращения шпенделя: об/мин 50-2240;

Подача: мм/мин 25 -1140;

Мощность привода: кВт 3;

Станок: 2554 Ф/37 [8];

Скорость главного движения: об/мин 18-2000

Подача: мм/мин 0,05-5;

Мощность привода: кВт 5,5.

Расчет режимов обработки и затрат времени на изготовление детали.

Методика расчетов взята из [8], стр. 5

Переход 1.

Точить поверхность 1 и торец 8. При этом устанавливаем глубину резания t₁ = 1мм, подача исходя из возможностей станка S = 1мм, скорость резания V = 731м/мин при частоте вращения шпенделя 1500об/мин.

Определяем основное время.

То = L / S * ; (44)

где L - длина обрабатываемой поверхности, L = 700

То^{первого прохода} - 700 / 1 * 1500 = 0,46мин;

То^{второго прохода} - 700 / 1 * 1500 = 0,46мин;

То^{торца прохода} - 130 / 1 * 1500 = 0,08мин;

Сумма основного времени равна 1 минуте.

Время вспомогательное складывается из:

Т₁ - время перехода, Т₁ - 0,6мин.

Т₂ - время изменения подачи, Т₂ - 0,06мин.

Т₃ - время контроля, Т₃ - 0,06мин.

Т₄ - время перемещения частей станка, Т₄ - 0,05мин.

Т_в = 0,6 + 0,06 + 0,06 + 0,05 = 0,77мин для каждой операции

Переход 2

Точим поверхность 2.

Определяем основное время одного прохода.

То = То = L / S * ; (45)

где L - 262мин;

S - 1500об/мин;

- 1мм;

То = 262 / 1 * 1500 = 0,174мин,

При глубине резания t = 1мин необходимо сделать 12 проходов, при этом основное время равно.

То = 0,174 * 12 = 2,09мин

Определяем вспомогательное время

Т₁ - время перехода, Т₁ - 0,16мин.

Т₂ - время установки глубины резания, Т₂ - 0,01мин.

Т₃ - время контроля, Т₃ - 0,06мин.

Т₄ - время перемещения частей станка, Т₄ - 0,05мин.

Т_в = Т₁ + (Т₂ * 12) + (Т₄ * 12) + Т₃ , (46)

Т_в = 0,16 + (0,01 * 12) + 0,06 + (0,05 * 12) = 0,94мин

Переход 3

Точить поверхность 3 со снятием фаски 7

Т₁ = 1мин; S= 1мин; = 800об/мин;

Определим скорость резания

V = П * L * n / 1000; (47)

где L - длина обрабатываемой поверхности, L = 120

V = 3,14 * 120 * 800 / 1000 = 301,4мм/мин,

Основное время равно

То₁ = 120 / 1 * 800 = 0,15 на один проход.

Основное время, затрачиваемое на одну операцию

То= То₁ * F; (48)

где F - количество проходов, F = 4;

То = 0,15 * 4 = 0,6мин.

Вспомогательное время складывается из:

Т₁ - время перехода, Т₁ - 0,1мин.

Т₂ - время установки подачи, Т₂ - 0,06мин.

Т₃ - время контроля, Т₃ - 0,06мин.

Т₄ - время перемещения частей станка, Т₄ - 0,05мин.

Т_в = Т₁ + (Т₂ * 4) + (Т₄ * 4) + Т₃ ; (49)

Т_в = 0,1 + (0,06 * 4) + 0,06 + (0,05 * 4) = 0,6мин

Переход 4

Точим фаски 7, 127; Инструмент: резец Т15К6; t = 1мин; S = 0,4об/мин; = 1500.

Определим скорость резания фаски 7

V = П * L* n / 1000; (50)

где L = d = 120мм, L * 12 *15 = 152мм,

V₇ = 3,14 * 120 * 1500 / 1000 = 565,2мм/мин,

Определяем основное время

То= L / S * ;

То₇ = 15 / 1 *1500 = 0,01мин;

То_12-17 = 6 / 1 *1500 = 0,004мин;

То = То₇ + (То_12-17 + 4) = 0,016мин;

Вспомогательное время складывается из:

Т₁ - время перехода, Т₁ - 0,4мин.

Т₂ - время контроля, Т₂ - 0,3мин.

Т₃ - время перемещения частей станка, Т₃ - 0,25мин.

Т_в = (Т₁ * 5) + (Т₂ * 5) +(Т₃ * 5),

Т_в = (0,04 + 0,3 + 0,25) * 5 = 2,95мин,

Переход 5

Точим поверхность 5, t = 1мин; S = 1мм; = 1500об/мин.

Определим скорость резания

V = П * L * n / 1000; (51)

где L - длина обрабатываемой поверхности, L = 700;

V = 3,14 * 700 * 1500 / 1000 = 730мм/мин,

Определяем затраты основного времени на один проход

То₁ = 235 / 1 *1500 = 0,22мин;

Количество проходов F = 16

То = То₁ * 16 = 0,22 * 16 = 3,52мин;

Вспомогательное время складывается из:

Т₁ - время перехода, Т₁ - 0,4мин.

Т₂ - время контроля, Т₂ - 0,7мин.

Т₃ - время перемещения деталей станка, Т₃ - 0,2мин.

Т₄ - время установки глубины резания, Т₄ - 0,02мин.

Т_в = Т₁ + Т₂ + (Т₃ * 16) + (Т₄ * 16); (52)

Т_в = 0,4 + 0,7 + (0,2 + 0,02) * 16 = 4,62мин,

Переход 6

Точим поверхность 4 и фаску 6.

t = 1мин; S = 1мм; n = 1500мм; V = 730м/мин;

То_м = L / S * n; (53)

где L = 10мм,00 = 0,113мин за один переход,

То_n = То₁ * F; (54)

где F - количество переходов; F = 16;

To = 0,113 * 16 = 1,8мин;

Вспомогательное время

Т_вп = Т₁ + Т₂ + Т₃ ; где

Т₁ - время перехода, Т₁ - 0,05мин.

Т₂ - время контроля, Т₂ - 0,07мин.

Т₃ - время перемещения деталей станка, Т₃ - 0,05мин.

Т_вп = 0,05 + 0,07 + 0,05 = 0,17мин

Точим фаску

То_ф = L / S * n; (55)

где L = 3;

То_ф = 3 / 1 * 1500 = 0,02мин;

Вспомогательное время

Т₁ - время перехода, Т₁ - 0,05мин.

Т₂ - время контроля, Т₂ - 0,07мин.

Т₃ - время перемещения деталей станка, Т₃ - 0,05мин.

Т_вф = 0,05 + 0,07 + 0,05 = 0,17мин

Основное время общее

Т₀ = Т_оп + Т_оф = 1,82мин;

Переход 7

Точим канавки I - II, Инструмент: резец Т30 К4;

t = 3мин; S = 0,3мм/об; n = 1500об/мин

V = 120 * 3,14 * 1500 /1000 = 656м/мин;

То= 120 / 1500 * 0,3 * 2 = 0,022мин;

Вспомогательное время складывается из:

Т₁ - время перехода, Т₁ - 0,4мин.

Т₂ - время контроля, Т₂ - 0,07мин.

Т₃ - время перемещения деталей станка, Т₃ - 0,1мин.

Т₄ - время на установку глубины резания, Т₄ - 0,2мин.

Т_в = Т₁ + Т₂ + (Т₃ * 2) + (Т₄ * 2); (56)

Т_в = 0,4 + 0,07 + (0,1 *2) + (0,2 * 2) = 1,07мин;

Переход 8

Отрезать деталь; t = 1мин; n = 1500об/мин

То= D / n * t; где

D - диаметр отрезанного конца заготовки

То = 120 / 1500 * 1 = 0,08мин;

Вспомогательное время складывается из:

Т₁ - время перехода, Т₁ - 0,2мин.

Т₂ - время перемещения деталей станка, Т₂ - 0,1мин.

Т₃ - время на установку глубины подачи, Т₃ - 0,1мин.

Т_в = 0,2 + 0,1 + 0,1 = 1,4мин;

Переход 9

Фрезерование паза

Инструмент: Фреза концевая для обработки паза; d = 32

S = 12,5мм; t = 3мм; n = 140об/мин;

То= L / n * S; (57)

где L - длина паза, L = 9мм;

То = 9 / 140 * 12,5 = 0,05мин;

Вспомогательное время складывается из:

Т₁ - время на установку детали, Т₁ - 0,2мин.

Т₂ - время на закрепление детали, Т₂ - 0,1мин.

Т₃ - время перемещения инструментов станка, Т₃ - 0,02мин.

Т₄ - время контроля, Т₄ - 0,07мин.

Т₅ - время на установку глубины фрезерования, Т₅ - 0,03мин.

Т₆ - время на снятие детали, Т₆ - 0,01мин.

Т_в = Т_{1 +} Т₂ + Т₃ + Т₄ + Т₅ + Т₆ ; (58)

Т_в = 0,2 + 0,1 + 0,02 + 0,07 + 0,03 + 0,01 = 0,34мин;

Переход 10

Сверление отверстия 19, Инструмент: Сверла d = 18 с нормальной заточкой

t = 0,25мм; n = 1800об/мин,

То= L / t * n; (59)

где L - глубина отверстия, L = 26мм;

То = 26 / 0,25 * 1800 = 0,05мин;

Вспомогательное время:

Т₁ - время на установку детали, Т₁ - 0,20мин.

Т₂ - время на закрепление детали, Т₂ - 0,1мин.

Т₃ - время контроля, Т₃ - 0,07мин.

Т₄ - время перемещения инструмента, Т₄ - 0,01мин.

Т₅ - время на снятие детали, Т₅ - 0,02мин.

Т_в = 0,15мин;

Т_в = 1,04мин;

Переход 11.

Нарезаем резьбу в отверстия.

Инструменты: Метчих d = 22.

t = 3мм; S = мм; n = 60об/мин

То = 22 / 60 * 1 = 0,36мин

Вспомогательное время

Т₁ - время на закрепление детали, Т₁ - 0,01мин.

Т₂ - время контроля, Т₂ - 0,07мин.

Т₃ - снять деталь, Т₃ - 0,01мин.

Время, затрачиваемое на отверстия

Т_в = Т₁ (Т₂ * 1) + Т₃ ; (60)

Т_в = 00,1 + (0,07 * 1) + 0,1 = 0,09мин;

3. Экономическая часть

3.1 Определение капитальных затрат

В основу расчета принимают иевентарно-расчетную стоимость машины, которая состоит из оптово-отпускной цены и расходов, связанных с доставкой машины. Расходы по доставке с включением заготовительно-складских и снабженских расходов учитывает коэффициент перехода от оптовой цены к расчетно-балансовой стоимости.

Стоимость базовой машины Сбаз, руб. определяем по формуле:

С баз = Ц опт * Кб; (61)

где Ц опт- оптово-отпускная цена машины, руб;

Кб - коэффициент перехода от оптовой цены к расчетно-балансовой стоимости, Кб = 1,09;

С баз. = 2300275 * 1,09 = 2540000руб.

Балансовая стоимость машины после модернизации Сб.мод. руб., определяется по формуле:

С б.мод. = С баз + С мод; (62)

где С мод - стоимость модернизации, руб.

С мод = Смод^пак + Смод^изг ; (63)

где Смод^пак - сумма затрат, связанных с приобретением и монтажом покупных, стандартных изделий, руб.

Смод^изг - сумма затрат, связанных с изготовлением модернизированных узлов, руб.

Смод^пак = ∑ (П * Ц опт) * К тр * К м; (64)

где П - число комплектующих изделий, используемых для модернизации одной машины.

Ц опт - оптовая цена соответствующей единицы комплектующих элементов, руб.

К тр - коэффициент, учитывающий расходы по транспортировке комплектующих элементов с завода изготовителя, К тр = 1,09.

К м - коэффициент, учитывающий расходы по монтажу модернизированных узлов, К м = 1,12.

На комплектующие изделия составляем ведомость, указанная в таблице №3

Таблица №3 - Ведомость

Смод^пак = (1 * 12800 + 2 * 15800 + 3 * 1500 + 2 * 1200 + 1 * 8100 + 1 * 145000) * 1,09 * 1,12 = 249365руб.

Затраты, связанные с изготовлением модернизированных узлов Смод^изг, руб. определяются по формуле:

Смод^изг = М + З + Ц + О; (65)

где М - стоимость основных материалов и полуфабрикатов, расходуемых на модернизацию машины, руб.

З - основная и дополнительная заработная плата с отчислением на социальные нужды основных рабочих, связанных с изготовлением и монтажом модернизированных узлов, руб.

Ц - цеховые расходы, руб.

О - общезаводские расходы, руб.

Составляем таблицу №4, куда будут занесены данные о норме расходов материалов на модернизацию одной машины.

Таблица №4 - Отображение расходов материалов на модернизацию одной машины

Стоимость основных материалов и полуфабрикатов, расходуемых на модернизацию машин М, руб. определяем по формуле:

М = ∑ (Нм * Ц м); (66)

где Нм - норма расходов материалов на модернизацию машин, кг.

Ц м - цена принятой единицы материалов, руб.

М = 2 * 250 * 20 * + 1 * 25 * 20 + 2 * 8 * 20 + 1 * 37 * 20 + 1 * 27 * 20 + 1 * 20 * 20 + 1 * 15 * 20 = 7640руб.

Основную и дополнительную заработную плату с отчислениями на социальные нужды основных рабочих, связанную с изготовлением и монтажом модернизированных узлов З, руб. определяем по формуле:

З = ∑t_i * T_n * K₁ * K₂ * K₃ ; (67)

где t_i = трудоемкость на изготовление и монтаж детали, чег-г.

T_n = средняя часовая тарифная ставка, руб; T_n = 25руб.

K₁ = коэффициент, учитывающий доплаты до часового фонда заработной платы, K₁ = 1,4.

K₂ = коэффициент, учитывающий доплаты до дневного и месячного фондов заработной платы, K₂ =1,1.

K₃ = коэффициент, учитывающий отчисления на социальные нужды, K₃ =1,356.

Трудоемкость находим на основании нормативов трудоемкости в чел-г, затраченной на изготовление и монтаж единицы массы продукции.

t_n = B *t_б ; ; (68)

где t_n - трудоемкость одной тонны новой конструкции;

B - масса новой конструкции;

t_б - трудоемкость одной тонны механоизделий однотипной конструкции.

Если при изготовлении и монтаже изделия используется кузнечнопрессовое оборудование, то на 1 кг. конструкции затрачивается трудоемкость 0,5 чел-г; если используются металлорежущие станки, то трудоемкость на 1 кг. конструкции составляет 0,7 чел-г. Если же используется то и другое оборудование при изготовлении и монтаже изделия, то трудоемкости на 1 кг. конструкции, складываются.

t = (0,5 + 0,7) * 2 * 250 + 0,7 + 25 + 0,7 * 8 * 2 + 0,7 *37 + 0,7 * 27 + 0,7 * 20 + 0,7 * 15 = 71,76 чел-г.

З = 71,76 * 25 * 1,4 * 1,1 * 1,356 = 3757,35руб.

Цеховые расходы Ц, руб. принимаются в размере 200% от прямой заработной платы основных рабочих.

Ц = 71,76 * 25 * 2 = 3588руб.

Общезаводские расходы О, руб. принимаются в размере 85% от прямой заработной платы основных рабочих.

О = 71,76 * 25 * 0,85 = 1524,9руб.

Определяем затраты, связанные с изготовлением модернизированных узлов:

Смод^изг = 7640 + 3757,35 + 3588 + 1524,9 = 16510,25руб.

Определяем стоимость модернизации машины:

Смод = 249365 + 16510,25 = 265875,25руб.

Определяем балансовую стоимость машины, после модернизации:

Сб.мод = 2540000 + 265875,25 = 2805875,25руб.

3.2 Определение годовой эксплуатационной производительности машины

В экономической части дипломного проекта расчитывается эксплутационная производительность машины до модернизации и после нее.

Годовая эксплутационная производительность машины П^э год, м³ /год расчитывается по формуле:

П^э год = П^э ч * Тгод * Кв; (69)

где Тгод - годовой действительный фонд рабочего времени работы машины, ч; Тгод = 3104ч.

П^э ч - часовая эксплутационная производительность, м^3/2 .

Кв - коэффициент использования внутреннего времени. Кв = 0,5.

1. Для базовой машины

П^э год.б. = 128 * 3104 * 0,5 = 198656м³ /год.

2. Для модернизированной машины

П^э год.м. = 160 * 3104 * 0,5 = 248320м³ /год.

Продолжительность работы на объекте на модернизированной машине Тоб.м., машинно-ч, определяем по формуле:

Тоб.м. = Тоб.б. * П^э г.б. / П^э г.м.; (70)

где Тоб.б.- продолжительность работы на объекте базовой машины, машинно-ч; Тоб.б. = 2650 машинно-ч.

Тоб.м. = 2650 * 128 / 160 = 2120 машинно-ч.

3.3 Определение себестоимости машино-смены

Себестоимость машино-смены С, руб/машинно-ч определяем следующей формуле:

Смаш = А + Р + Б + З + О + Э + С + Г + П, (71)

где А - амортизационное отчисление на полное восстановление, руб/ машинно-ч.

Р - затраты на выполнение всех видов ремонта, диагностирование и всех видов технического обслуживания, руб/ машинно-ч.

Б - затраты на замену быстроизнашивающихся частей, руб/ машинно-ч.

З - оплата труда рабочих, управляющих машиной, руб/ машинно-ч. руб/ машинно-ч.

О - отчисления на социальные нужды, руб/ машинно-ч.

Э - затраты на энергоносители, руб/ машинно-ч.

С - затраты на смазочные материалы, руб/ машинно-ч.

Г - затраты на гидравлическую и охлаждающую жидкость, руб/ машинно-ч.

П - затраты на перебазировку машин с одной строительной площадки на другую, руб/ машинно-ч.

Амортизационные отчисления А, руб/ машинно-ч на полное восстановление машины определяем по следующей формуле.

А = С б. мод * На / Т * 100, (72)

где С б. мод - балансовая стоимость машины после модернизации, руб С б. мод = 2805875,25руб.

На - норма амортизационных отчислений, %.; На = 14,29%.

В связи с тем, что экскаватор используется в условиях повышенной интенсивности, а именно разработка грунтов мерзлой прочности, то норма амортизационных отчислений умножается на 2.

Т - среднегодовой режим эксплуатации машины, руб/ машинно-ч/год; Т = 2120 руб/ машинно-ч/год.

А = 2805875 * 14,29 * 2 / 2120 * 100 = 378,26 руб/ машинно-ч.

Затраты на выполнение всех видов ремонта, диагностирование и техническое обслуживание Р, руб/ машинно-ч определяем по формуле:

Р = С б. мод * Нр / Т * 100; (73)

где Нр - годовая норма затрат и техническое обслуживание, %.

Нр = ∑ (Р + ТО) / С б. мод; (74)

где ∑ (Р + ТО) - сумма среднегодовых затрат на ремонт и техническое обслуживание машины, руб/машинно-ч.

Сумма среднегодовых затрат на ремонт и техническое обслуживание ∑ (Р + ТО), руб/машинно-ч включает в себя следующие затраты:

1. Затраты на приобретение запасных частей, узлов и агрегатов с учетом затраты на их доставку (Р + ТО)^I руб.

Эти затраты составляют:

а) На эксплуатацию, которые составляют 9% от балансовой стоимости машины (Р + ТО)^I экс. = 2805875,25 * 0,09 * 1,09 = 275256,35 руб.

б) На капитальный ремонт, который составляет 12% от базовой стоимости машины (Р + ТО)^I кр. = 2805875,25 * 0,12 * 1,09 = 367008,48руб.

Затраты на приобретение запасных частей, узлов и агрегатов с учетом затраты на их доставку (Р + ТО)^I руб. в расчете на год определяем по следующей формуле:

(Р + ТО)^I = (Р + ТО)^I экс + ((Р + ТО)^I к. * р. / Т к. р. * Т); (75)

где Т к. р. - периодичность проведения капитального ремонта, машинно-ч; Т к. р. = 6000 машинно-ч.

(Р + ТО)^I = 275256,35 + (367008,48 / 6000 * 2120) = 404915,55руб.

2. Затраты на приобретение ремонтных материалов с учетом затрат на их доставку по фактическим данным (Р + ТО)^II , руб. Они составляют 10% от стоимости основных частей.

(Р + ТО)^II = 404915,55 * 0,1 = 40491,55руб.

3. Затраты, связанные с оплатой труда ремонтных рабочих (Р + ТО)^II , руб.

(Р + ТО)^II = ∑ti * T_ч , (76)

где ∑ti - трудоемкость выполнения ремонтов, чег-г.

Тч - средняя часовая тарифная ставка, руб. Tч = 25руб.

∑ti = t то + t тр + t кр; (77)

где t то - трудоемкость выполнения ТО-1 и ТО-2, чет -ч.

t тр - трудоемкость выполнения текущих ремонтов, чел-ч.

tто = Т / Т то-1 * t^то-1 + Т / Тто-2 * t^то-2 ; (78)

где Тто-1, Тто-2 - периодичность проведения соответственно То-1 и То-2, машинно-ч;

Тот-1 = 50 машинно-ч.

Тот-2 = 250 машинно-ч.

t^то-1 , t^то-2 - трудоемкость проведения соответственно, То-1 и То-2 чел-ч.

t^то-1 = 5 чел-ч.

t^то-2 = 15 сел-ч.

tто = 2120 / 50 + 2120 / 250 * 15 = 339,2 чел-ч.

Трудоемкость выполнения текущих ремонтов tтр, чел-ч определяем по формуле: tто

tтр = Т / Ттр * t^тр ; (79)

где Ттр - периодичность проведения текущего ремонта, машинно-ч; Ттр = 1000 машинно-ч.

t^тр - трудоемкость выполнения одного текущего ремонта, чел - ч; t^тр = 420 чел-ч.

t^тр = 2120 / 1000 * 420 = 890 чел-ч.

Трудоемкость выполнения капитальных ремонтов tкр, чел-ч определяем по формуле:

tкр = Т / Т кр * tкр; (80)

где Т кр - периодичность проведения капитального ремонта, машинно-ч; Т кр = 6000 машинно-ч.

tкр - трудоемкость проведения одного капитального ремонта, чел-ч; tкр = 730 чел-ч.

tкр = 2120 / 6000 * 730 = 255,5 ЧЕЛ-Ч.

3.4 Определяем затраты, связанные с оплатой труда ремонтных работ за год

(Р + ТО)^III = (339,2 + 890 + 255,5) 25 = 37117,5руб.

4. Затраты на эксплуатацию ремонтных баз и технологического ремонта оборудования (Р + ТО)^IV , руб.

Эти затраты составляют 50% от оплаты ремонтных рабочих.

(Р + ТО)^IV = 37117,5 * 0,4 = 14847руб;

5. Накладные расходы на организации, осуществлению технического обслуживания и ремонта машин, (Р + То)^V , руб.

Эти расходы принимаются в размере 70% от оплаты труда ремонтных рабочих (Р + То)^V , руб.

(Р + То)^V = 37117,5 * 0,7 = 25982,25 руб.

6. Прибыль организации в собственности которой находится машина (Р + То)^VI , руб.

Прибыль составляет 30% от оплаты труда ремонтных рабочих.

(Р + То)^VI = 37117,5 * 0,3 = 11135,25 руб.

3.5 Определяем сумму среднегодовых затрат на ремонт и техническое обслуживание

∑ (Р + ТО) = 40491,55 + 40491,55 + 37117,5 + 14847 + 25982,25 + 11135,25 = 170065руб.

Определяем годовую норму затрат на ремонт и техническое обслуживание.

Нр = 170065 / 2805875,25 * 100 = 6%

3.6 Определяем затраты на выполнение всех видов ремонта, диагностирования и технического обслуживания

Р = 2805875,25 * 6 / 2120 * 100 = 79,41руб. машинно-ч.

Затраты на замену быстроизнашивающихся частей Б, руб/машинно-ч определяем по формуле:

Б = Ц бч * К д бч * К бч / Тр; (81)

где Ц бч - цена быстроизнашивающейся части данного вида детали, руб.

К д К бч - коэффициент, учитывающий затраты на доставку быстроизнашивающихся частей, К д К бч = 1,09.

Кбч - количество быстроизнашивающихся частей данного вида, одновременно заменяемых на машине.

Тр - нормальный ресурс быстроизнашивающихся частей данного вида, машинно-ч; Тр = 80 машинно-ч.

На проектируемом экскаваторе с рыхлительным оборудованием одновременно производили замену клина и наконечников.

Цена клина - Ц бч^клин = 4800руб.

Цена наконечника - Ц бч^нак = 350руб.

Б = (4800 * 1 + 350 * 5) * 1,09 / 80 = 89,24руб/машинно-ч.

Затраты связанные с оплатой труда рабочих, управляющих машиной определяем по формуле:

З = Зр * t; (82)

где Зр - оплата труда рабочего 6-го разряда, руб/чел-ч; Зр = 40руб/чел-ч.

t - затраты труда рабочего, чел-ч/машинно-ч; t = 1 чел-ч/машинно-ч.

З = 40 * 1 = 40руб/машинно-ч.

Затраты связанные с отчислением на социальные нужды О, руб/машинно-ч принимаются в размере 35,6% от заработной платы.

О = 0,356 * 40 = 14,24руб/ машинно-ч.

Затраты на энергоносители Э, руб/машинно-ч, а именно, на дизельное топливо определяем по формуле:

Эд = Нд * Цд * Кдд; (83)

где Нд - норма расхода дизельного топлива при работе машины в технологическом режиме, кг/машинно-ч; Нд = 10,4кг/машинно-ч.

Кдд - коэффициент, учитывающий затраты на доставку дизельного топлива до заправляемой машины; Кдд = 1,09

Цд - цена приобретения дизельного топлива, руб/кг; Цд = 15руб/кг.

Эд = 10,4 * 15 * 1,09 = 170руб/машинно-ч.

Затраты на смазочные материалы С, руб/машинно-ч определяются по формуле:

С = 0,63 * Ц с м * Н д; (84)

где 0,63 - коэффициент, учитывающий расход смазочных материалов.

Ц с м - средневзвешенная региональная рыночная цена на смазочные материалы с учетом затрат, связанных с доставкой до обслуживаемой машины, руб/кг Ц с м = 30руб.

Нд - норма расхода дизельного топлива при расходе машины в технологическом режиме, кг/машинно-ч.

Нд = 10,4 кг/машинно-ч.

С = 0,063 * 30 * 10,4 = 19,66руб/машинно-ч.

Затраты на гидравлическую и охлаждающую жидкость Г, руб/машинно-ч определяем по формуле:

Г = О * Д г * К д * П г * Ц г * К д г / Т; (85)

где О - средневзвешенный показатель вместимости гидравлической системы, л; О = 120л.

Д г - плотность гидравлической жидкости, кг/л; Д г = 0,87кг/л.

К д - коэффициент доливок гидравлической жидкости, восполняющие ее систематические утечки при работе экскаватора, К д = 1,5.

П г - периодичность полной замены гидравлической жидкости, П г = 2.

Ц г - цена приобретения гидравлической жидкости, руб/кг; Ц г = 35руб/кг.

К д г - коэффициент затрат на доставку гидравлической жидкости до обслуживаемой машины, К д г = 1,09.

Т - среднегодовой режим эксплуатации машины, машинно-ч/год; Т = 2120машинно-ч.

Г = 120 * 0,87 * 1,5 * 2 * 35 * 1,09 / 2120 = 5,63руб/машинно-ч.

Затраты на перебазировку машины с одной строительной площадки на другую П, руб/машинно-ч определяем по следующей формуле:

П = [Р т + Р м с + Р п р + З * (1 + Н + П)] * В / Т п; (86)

где Р т - сметная расценка на эксплуатацию тягача, руб/машинно-ч; Р т =400 руб/машинно-ч.

Р м с - сметная расценка на эксплуатацию машины сопровождения, руб/машинно-ч; Р м с = 300 руб/машинно-ч.

Р п р - сметная расценка на эксплуатацию прицепа, руб/машинно-ч; Р п р = 90 руб/машинно-ч.

З - оплата труда машиниста экскаватора, руб/машинно-ч; З = 40 руб/машинно-ч.

В - время перебазировки машины по средней продолжительности, машинно-ч; В = 6 машинно-ч;

Н - индивидуальные нормы соответственно накладных расходов и сметной прибыли в долях от оплаты труда машиниста, Н = 0,98.

П = 0,5.

Т п - время работы машины на одной строительной площадке, машинно-ч.

Т п = Т / К п е р; (87)

где К п е р - количество перебазировок экскаватора в год, К е р =24.

Т п = 2120 / 24 = 88,3машинно-ч.

П = [400 + 300 + 90 + 40 * (1 + 0,98 + 0,5)] * 6 / 88,3 = 60,43 руб/машинно-ч.

3.7 Определяем общие затраты на эксплуатацию машины

С Маш = 378,26 + 79,41 + 89,24 + 40 + 14,24 + 170 + 19,66 + 5,63 + 60,43 = 856,87 руб/машинно-ч.

Все рассчитанные статьи затрат заносим в таблицу №5. Значения для базовой машины принимаем по нормативам.

Таблица №5 - Статьи затрат на эксплуатацию машины

3.8 Определение основных показателей и определение экономической эффективности капитальных вложений

Удельные капитальные вложения на 1000м³ разработанного грунта К у, руб.год/м³ определяем по формуле:

К у = 1000 * Ц / П^э год; (88)

где Ц - цена машины, руб.

1. Для базовой машины

К у^б = 1000 * 2540000 / 198656 = 12780руб.год/м³ .

2. Для модернизированной машины

К у^м = 1000 * 2805875,25 / 248320 = 11290руб.год/м³ .

Удельные текущие затраты на 1000м³ разработанного грунта S у, руб.год/м³ определяем по формуле:

S у = 1000 * S / П^э год; (89)

где S - годовые текущие затраты, руб.

S = C Маш * Т; (90)

где Т - среднегодовой режим эксплуатации машины, машинно-ч/год.

1. Для базовой машины

S = 818,24 * 2120 = 1734668руб.

2. Для модернизированной машины

S = 856,87 * 2120 = 1816564руб.

1. Для базовой машины

S ц^б = 1000 * 1734668 / 198656 = 8730руб.год/м³ .

2. Для модернизированной машины

S ц^м = 1000 * 1816564 / 248320 = 7310руб.год/м³ .

Удельные приведенные затраты на 1000м³ разработанного грунта З п р , руб.год/м³ определяем по формуле:

З п р = S ц + Е н * К у; (91)

где Е н - нормативный коэффициент экономической эффективности, Е н = 0,12.

1. Для базовой машины

З п^б = 8730 + 0,12 * 12780 = 10263,6 руб.год/м³ .

2. Для модернизированной машины

З п^м = 7310 + 0,12 * 11290 = 8664,8руб.год/м³ .

Годовой экономический эффект на одну машину Эг, руб определяем по формуле:

Эг = (З пр^б - З пр^м ) * П^э год / 1000; (92)

где П^э год. м. - годовая эксплутационная производительность модернизированной машины, м³ /год; П^э год. м. = 248320 м³ /год;

Эг = (10263,6 - 8664,8) * 248320/1000 = 397014руб.

Срок окупаемости дополнительных, капитальных вложений считать не будем, так как Ку^м < Ку^б .

3.9 Расчет трудоемкости разработки 1000м³ грунта и экономия по затратам труда

Годовые затраты труда слагаются из затрат труда на доставку машины на площадку, затрат труда обслуживающего персонала и на ремонт.

Затраты труда на доставку З дост. чел-ч определяются по формуле:

З дост = t * B * hr / h пл; (93)

где t - трудоемкость транспортирования 1 тонны массы машины, чел-ч; t = 0,39чел-ч.

B - масса экскаватора, тонн.

hr - число смен в году, hr = 396.

h пл - число смен работы на площадке, h пл = 20.

1. Для базовой машины

З дост^б = 0,39 * 21 * 396 / 20 = 162чел-ч.

2. Для модернизированной машины

З дост^м = 0,39 * 23,36 * 396 / 20 = 180чел-ч.

Затраты труда обслуживающего персонала З обсл, чел-ч определяем по формуле:

З обсл = h * hr * g; (94)

где h - режим работы сменность рабочих, h = 2.

g - продолжительность рабочего дня, ч. g = 8 ч.

Для базовой и модернизированной машин

З обсл = 2 * 396 * 8 = 6336чел-ч.

Затраты труда на ремонт в смену З рем, чел-ч определяем по формуле.

З рем = t рем * hr; (95)

где t рем - затраты на ремонт в смену, чел-ч; t = 4,08чл-ч.

Для базовой и модернизированной машин

З рем = 4,08 * 396 = 1615,68чел-ч.

Общегодовые затраты труда по машине Зо год, чел-ч определяем по формуле:

Зо год = З дост + Зо бал + З рем; (96)

1. Для базовой машины

Зо^б год = 162 + 6336 + 1615,68 = 8113чел-ч.

1. Для модернизированной машины

Зо^м год = 180 + 6336 + 1615,68 = 8131чел-ч.

Трудоемкость разработки 1000м³ грунта Т разраб, чел-ч, год/м³ определим по формуле:

Т разраб = Зо год / П^э год; (97)

1. Для базовой машины

Т разраб = 8113 / 198656 * 10^-3 = 40,84 чел-ч.

1. Для модернизированной машины

Т разраб = 8113 / 1248320 * 10^-3 = 32,74 чел-ч.

Годовая экономия по затратам труда Т год, чел-ч определяется по формуле:

Т год = (Т разраб^б - Т разраб^м ) * П^э год м / 1000 * F эфф; (98)

где F эфф - действительный годовой фонд рабочего времени одного рабочего, F эфф = 1584ч.

Т год = (40,84 - 32,74) * 248320 / 1000 * 1584 = 1,25 чел-ч.

Расчет металлоемкости по сравниваемым вариантам

Удельная металлоемкость G уд, кг/м³ год определяется по формуле:

G уд = G / П^э год; (99)

где G - масса экскаватора, кг

1. Для базовой машины

G уд^б = 21000 / 198656 = 0,1 кг/м³ год.

2. Для модернизированной машины

G уд^м = 23650 / 248320 = 0,09 кг/м³ год.

Годовую экономию металла на одну машину ∆G год, кг определяется по формуле:

∆G год = (G уд^б - G уд^м ) * П^э год. м. (100)

∆G год = (0,1 - 0,09) * 248320 = 2483,2 кг.

Все данные по расчету модернизированной машины сводим в таблицу, на основании которой оформляем лист график, как иллюстрированный материал.

Таблица №6 - Данные по расчету модернизированной машины

4. Безопасность и экологичность проекта

Охрана труда - это системе законодательных актов и норм, направленных на обеспечение безопасности труда. Условия труда формируются из следующих основных элементов: санитарно - гигиенических, определяющих внешнюю среду в рабочей зоне; психофизиологических - рабочая поза в процессе труда, нагрузка, напряжение; эстетических элементов процесса производства и труда; социально - психологических, социально - экономические отношения в обществе, психологический климат, отношение к труду.

В целом, по строительству, уровень травматизма и профессиональных заболеваний снижается. Однако по отдельным видам работ этот уровень сохраняется.

По статистическим данным из общего количества несчастных случаев в строительстве, 18% приходится на электротравматизм, который вызвал наибольшее количество тяжелых травм.

Из числа профессиональных заболеваний особо следует выделить вибрационную болезнь, связанную с применением электрических и пневматических машин.

В среде строителей чаще всего подвержены травмам - монтажники, шоферы, строповщики - грузчики, разнорабочие, мотористы - операторы и машинисты автокранов. По частоте случаев травматизма особо опасными являются профессии связанные с обслуживанием дорожно-строительных машин.

Проведенные исследования в ряде случаев показали не удовлетворительное состояние условий труда в кабинах машинистов строительных машин и водителей транспортных средств. Так, например, машинисты экскаваторов 40% рабочего времени работают стоя или в полусогнутом состоянии. Параметры шума и вибрации допускают предельно допустимые: в экскаваторах Э-505, Э-801 и Э-10011 они составляют 100 ДБ; амплитуда колебаний в экскаваторе Э-602 достигает 3,1 мм при частоте 17Гц. В летнее время в кабинах экскаватора Э-505 и Э-602 температура превышает 40⁰ С. В этих же экскаваторах содержание оксида углерода и углеводородов (50мг/м³ ) выше предельно допустимых концентраций. У машинистов экскаваторов Э-505, Э-602, ЭР-4 и ЭР-7 отмечается повышенная общая заболеваемость, в том числе простудными болезнями и болезнями нервной периферической системы.

4.1 Промсанитария

Производственная санитария - система организационных мероприятий и технических средств, предотвращающих или уменьшающих воздействия на работающих вредных производственных факторов.

4.1.2 Микроклимат на проекционном объекте. Температура. Скорость. Ветер

Для обеспечения в кабинах экскаваторов предельно допустимых концентраций вредных веществ в воздухе в соответствии с нормами ГОСТ 12.1.005-76 устраивают естественную вентиляцию люки, форточки, опускающиеся стекла, а также пылеулавливатели, воздухоохладители, кондиционеры и отопители.

На некоторых экскаваторах, на базе тракторов, обогрев и вентиляцию кабины устраивают раздельно. Тепло поступает в кабину через рукав от растриба-заборника. Нагретый вентилятором от радиатора воздух подается в раструб заборника. Принудительная вентиляция осуществляется вентилятором установленном на крыше кабины. Вентилятор, приводимый в движение электродвигателем, засасывает наружный воздух под колпак. Поступивший воздух подвергается центробежной очистке от пыли на лопастях вентилятора. Далее чистый воздух через патрубок поступает в кабину, а пыль, отделенная от воздуха выбрасывается наружу через отверстия в корпусе вентилятора. Вентилятор- пылеотделитель, создавая в кабине избыточное давление 40…50 Па, препятствует проникновению пыли через неплотности в кабине. Отопитель начинает эффективно работать, если жидкость, цилькулирующая в системе охлаждения двигателя, имеет температуру 75…80⁰ С. Температура воздуха поступающего от отопления должна быть не более 80⁰ С.

4.1.3 Запыленность и загазованность

В условиях запыленности наружного воздуха, например, при земляных работах, в кабинах устанавливается фильтровентиляционные установки или кондиционеры.

Фильтровентиляционная установка для кабин экскаваторов состоит из вентилятора, двухступенчатого фильтра, климатизера, воздухораспределительного устройства и напорного воздуха с нагревательными элементами и увлажнителем воздуха.

С помощью установки можно вентилировать кабину по рециркулярционной или прямоточной системе. Поступающий воздух очищается от пыли в две ступени. Холодный воздух подогревается электрокалорифером, а теплый охлаждается и увлажняется водой.

4.1.4 Освещение

Источником естественного освещения является лучистая энергия солнца. Под естественным освещение понимают освещение кабины экскаватора солнечным светом через световые проемы.

Для обеспечения нормальных условий эксплуатации механизмов и приборов внутри кабин экскаваторов освещенность должна быть не менее 50лк. Во избежание ослепления применяют светильники рассеянного света.

Освещение приборов и указателей не должно давать бликов на стекле, не действовать раздражающе на глаза машиниста и исключать необходимость менять позу при обзоре прибора. Величина освещенности приборов и указателей должна быть в пределах 0,3…1,1лк.

Индивидуальное освещение предусматривают для каждого прибора путем размещения малогабаритного светильника за его панелью. Освещенность шкалы приборов должна плавно регулироваться до полного выключения.

4.1.5 Шум и вибрация

В экскаваторах источником шума является двигатель внутреннего сгорания. Уровень шума от рабочего и ходового оборудования, а также вентилятор системы охлаждения, система впуска, система выпуска, двигатель, механизм газораспределения, процесс сгорания, кривошипно-шатунный механизм, силовая передача. Глушители предназначены для глушения шума, возникающего при перемещении воздуха и газов, при работе двигателей внутреннего сгорания.

По способу передачи на человека вибрацию делят на общую, передающиеся через опорные поверхности на тело сидящего или стоящего человека, и локальную, передающуюся через руки человека.

Сиденья в самоходных строительно-дорожных машинах, должны обеспечивать санитарно-гигиенические условия для длительной работы водителей. Сиденье должно смягчать толчки, удары и часть вибрации, превращающую гигиенические характеристики и нормы вибрации по ГОСТ 12.1.012-78.

4.2 Охрана труда и техника безопасности

На каждый экскаватор, а также на оборудование составляют паспорта и инструкции по технике безопасности. К управлению экскаватором или оборудования допускаются рабочие, имеющие удостоверение на право управления ими.

За безопасной эксплуатацией экскаватора и съемных приспособлений на каждом строительном участке должно следить специально назначенное лицо из инженерно-технического персонала.

Перед пуском в эксплуатацию экскаватора и съемные приспособления, на которые распространяются правила Гостехнадзора, подвергают техническому освидетельствованию. Оно включает осмотр, статическое и динамическое испытания. При статическом испытании проверяют прочность экскаватора и устойчивость.

Опасной зоной считается пространство в габаритах фронта работы при отсутствии ограждения или других предохранительных средств. Опасная зона в течение рабочего дня может перемещаться в зависимости от ведения строительного процесса. К опасным зонам относят участки разработки траншей и котлованов, мерзлого грунта, грунта экскаватора в забое, которые ограждают щитами, сборно-разборными инвентарными ограждениями или вокруг них устанавливают предупреждающие надписи, а в темное время суток зажигают красный свет.

Охранной зоной считается территория, на которой запрещено выполнять строительные работы и перемещать экскаватор, в частности пространство, пересекаемое высоковольтными линиями электропередачи. Размеры охранной зоны высоковольтной линии определены СНлП ||| - 4-80. “Техника безопасности в строительстве”.

Для безопасного перемещения экскаватора стрелу устанавливают вдоль пути его передвижения.

Предельные углы наклона дороги при спуске или подъеме экскаватора принимают по данным его паспорта. Если эти углы превышают указанные в паспорте, для работы следует применять тракторы или лебедки. Во время работы экскаватор должен стоять на ровной площадке с заторможенным ходовым оборудованием; кроме того, включают стопор, а под колеса подкладывают башмаки.

4.2.1 Опасности с движущимся и работающим агрегатом

Во избежание потери экскаватором устойчивости следует соблюдать следующие условия безопасности: встречающиеся в разрабатываемом грунте валуны и прочие включения нужно предварительно обкатывать грунтом. Заполнять ковш грунтом следует равномерно и без излишних врезаний в забой. Поворачивать стрелу экскаватора можно лишь после окончания резания и вывода ковша из грунта. Не допускается резко тормозить в конце поворота и передвигать экскаватор с загруженным ковшом.

При погрузке грунта экскаватором в автомобиль, последний подают под погрузку задним ходом.

Во время разработки экскаватором грунта с откосами, наибольшая опасность возникает от обрушения грунтовых масс.

При разработке мерзлого грунта ударным способом клин-молотом, подвешиваемым к стреле экскаватора, опасную зону определяют с учетом дальности и высоты разлета кусков разрушенного грунта.

4.2.2 Электробезопасность

Электропривод экскаватора подключают к сети через подключательный пункт. Заземляющий болт подключающего пункта присоединяют к нулевому проводу и повторному заземляющему устройству. Кабель, питающий экскаватор, должен иметь четыре жилы, в том числе одну нулевую. Один конец кабеля присоединяют к пункту, причем заземляющую жилу прикрепляют к заземляющему болту. Другой конец кабеля присоединяют к вводной коробке закрепленной на нижней раме экскаватора. Фазные жилы кабеля присоединяют к клеймам, а жилу к заземленному болту вводной коробки. Через этот болт и заземляют экскаватор, так как коробка прикреплена к металлическому корпусу, также имеющую металлическую связь с электроприводом.

4.2.3 Работа под давлением

Экскаватор снабжен гидравлическим приводом рабочего органа, проверяют состояние всех органов, шлаков, трубопроводов. Агрегаты должны быть надежно закреплены, рычаги включения элементов гидропривода должны включаться и надежно удерживаться в рабочих положениях. Запустив двигатель, дают поработать гидроприводу в холостую при малом числе оборотов в течение 3-5 минут. При этом необходимо следить за тем, чтобы не перегревались агрегаты. Температуру рабочей жидкости определяют на ощупь, прикладывая руку к баку или к всасывающему трубопроводу насосу. После прогрева при температуре рабочей жидкости около 20-30⁰ С проверяют работу гидропривода.

Рабочий орган должен плавно, без рывков подниматься сразу после перевода рычага распределителя в положение подъем. По окончании рабочего хода при снятии руки с рычага распределителя, рычаг должен автоматически возвращаться в нейтральное положение.

4.3 Пожаробезопасность

Противопожарные мероприятия подразделяют на предупредительные и на мероприятия по тушению загоревшихся материалов. На экскаваторах нужно выполнять следующие требования:

а) На машине должен находиться огнетушитель.

б) Топливо и смазочные материалы необходимо хранить с соблюдением всех противопожарных правил.

в) Открытые склады с горючим должны находиться на расстоянии не менее 20 метров от места работы экскаватора.

г) При подогреве двигателя внутреннего сгорания в зимнее время не в коем случае нельзя пользоваться непосредственно огнем. Разогревать двигатель нужно, заливая в радиатор горячую воду, а в картер подогретое масло;

д) Запрещается хранить в кабине экскаватора бензин, керосин и другие легковоспламеняющиеся вещества.

е) Масляные тряпки и обтирочные концы следует складывать в специальные ящики с крышками и по мере наполнения ящиков, удалять.

ж) Воспрещается курить при заправке горючими и смазочными маслами и при контрольном осмотре топливных баков и двигателя.

з) Категорически воспрещается открывать бочку с бензином, ударяя по пробкам металлическими предметами;

и) В случае воспламенения горючего следует тушить пламя с помощью огнетушителя или забрасывать землей, песком, покрывать войлоком, брезентом. Тушить горючее водой нельзя.

к) Нельзя допускать каких-либо подтеканий топлива или масел.

л) Выхлопную трубу двигателя следует содержать всегда чистой, очищая, ее от нагара.

н) В кабине экскаватора запрещается разжигать какие-либо приборы, паяльные лампы, переносные горны, фонари, имеющие открытое или закрытое пламя, и пользоваться ими.

о) Паяльные, сварочные и другие работы, связанные с образованием искр или пламени, производят непосредственно на экскаваторе только в исключительных случаях, когда не возможно удалить деталь и выполнить операцию вне машины. При этом принимают специальные меры, предотвращая возможность возникновения пожара.

п) Приборы пожаротушения должны находиться в исправном состоянии и к ним должен быть свободный доступ.

4.4 Спецчасть

4.4.1 Мероприятия при эксплуатации экскаватора

Повреждение экскаватора и травмирование людей происходят в результате нарушений правил эксплуатации экскаваторов. Правила работы на экскаваторах должны знать не только машинист, но и другие работники, работающие на объекте.

Существует правило, согласно которому рабочие органы должны быть опущены на землю при остановке машин в связи с прекращением работы. Существует также запрет кому бы то ни было находиться под поднятым рабочим органом или в непосредственной к нему близости.

Для обеспечения безопасной работы людей и экскаваторов разработана и непрерывно совершенствуется специальная отрасль - техника безопасности.

Техника безопасности предусматривает совокупность всех мероприятий по обеспечению безопасной работы людей и машин в промышленности, строительстве и других областях народного хозяйства. Техникой безопасности установлен ряд правил и запретов для работы экскаваторов.

Неукоснительное соблюдение правил и запретов техники безопасности является основой для полной ликвидации производственного травматизма и аварий экскаваторов.

а) Выполнять работы разрешается только на исправных экскаваторах. Запрещается работать на экскаваторах, у которых неисправны даже отдельные узлы и механизмы.

б) Запрещается направлять на работу экскаватор с неисправными тормозами гусениц, а также с неисправными стояночными тормозами.

в) Для работы в темное время суток экскаватор должен быть оснащен достаточным числом внутренних и внешних приборов освещения. Работать в темное время суток без включенных приборов внешнего освещения запрещается.

г) Экскаваторы, имеющие топливные баки или отопительные устройства, в том числе для обогрева кабин, должны быть снабжены огнетушителями.

д) На экскаваторах с работающим двигателем запрещается осматривать агрегаты, узлы и выполнять сборочно-демонтажные, наладочные, регулировочные, ремонтные и любые другие работы.

е) При работающих двигателях запрещается менять масло в агрегатах и редукторах, а также смазывать узлы и детали машин.

ж) На экскаваторах, имеющих подвижные рабочие органы обратная лопата, гидромолот, запрещается производить осмотры, наладочные, регулировочные, ремонтные и любые другие работы, находясь под рабочими органами. В случае необходимости производства таких работ, поднятые рабочие органы устанавливают на предусмотренные в конструкции запоры или при отсутствии последних - надежно укрепляют козлами или бревнами, опертыми о землю.

з) В кабинах базовых экскаваторов может находиться столько людей, сколько предусмотрено инструкцией. Нарушать это правило строго запрещается.

и) Машинист должен работать на экскаваторе в крепкой одежде и в целых перчатках, чтобы не зацепиться за движущие части экскаватора рваными частями одежды или перчаток.

к) Заправлять экскаватор горючим разрешается только при выключенном двигателе.

л) При снятии заливной пробки с радиатора горючего двигателя следует соблюдать осторожность; во избежание Ожегов рук пробку снимают, прикрыв ее плотной тряпкой. Доливать жидкость в радиатор следует при включенном на малых оборотах или остановленном двигателе. Если двигатель перегрет, заливать жидкость в радиатор запрещается.

м) Запускать двигатель экскаватора без подключенного воздухоочистителя запрещается, так как это приводит к повышенному износу двигателя.

н) Машинист никогда не должен включать любой из механизмов, если его не возможно немедленно выключить, так как в противном случае может создаться аварийная обстановка или его рабочего оборудования.

о) Машинист не должен сходить с экскаватора до ее полной остановки.

4.5 Вибрация рабочего места

При скоростях n = 2000об/мин оборудование устанавливают на пружинные виброизоляторы.

Частота колебаний возмущающей силы.

1 = n/ 60; (101)

1 = 2000 / 60 = 33Гц;

= √ 1 / х + 1; (102)

следует, что х = 1 - 0,01 * И;

где И -эффективность виброизоляции; И = 87,5%

= √ 1 / 1 - 0,01 * 87,5 + 1 = √ 1 / 1 - 0,875 + 1 = 3

Собственную частоту системы определяем по формуле:

0 = 1 / 2; (103)

0 = 33 / 3 = 11 Гц

Необходимая жесткая жесткость системы виброизоляции

С₀ = 4 * Р * 0² ; где (104)

Р - общий вес изолируемой установки, Н

С₀ = 4 * 980 * 11² = 4,74 * 10⁵ Н/м

Если система виброизоляции состоит из 10 пружин, расположенных симметрично относительно вертикальной оси, проведенной через центр масс, то жесткость одной пружины составляет

С1 = С₀ / 10; (105)

С1 = 4,74 * 10⁵ / 10 = 4,74 * 10⁴ Н/м

Статическая нагрузка на одну пружину

Р ст₁ = Р / 6; (106)

Р ст₁ = 2256 / 6 = 376 Н

Амплитуда вертикальных колебаний агрегата Z₀ , согласно формуле:

Z₀ = g / 4 П² (1² - 0² ); (107)

Z₀ = 1 / 4 * (33² - 11² ) = 1 / 4 * (1089 - 121) = 2,58 * 10^-4 м.

Максимальная нагрузка на одну пружину.

Р1 = Р ст + 1,5 * Z₀ * С1; (108)

Р1 = 376 + 1,5 * 123 = 560 Н

Индекс пружины для Р1 < 725 Н равен 9, коэффициент ожидаемости К = 1,18 для = 9. Режим работы средней, для расчета берем g для стали 70:

g = 3,73 * 10⁸ Н / м² .

Рассчитываем диаметр проволоки по формуле:

d≥ 1,6 √ Р ст₁ * * К / g; (109)

Принимаем d = 5 * 10^-3 .

d = 1,6 √ 376 * 9 * 1,18 / 3,73 * 10⁸ . = 5,23 * 10^-3 м.

Тогда средний диаметр пружины составляет:

D = * d; (110)

D = 6,0 * 10^-3 м.

Число рабочих витков пружины определяем по формуле:

р = G * d / 8 * ³ Со; (111)

где G = 7,83 * 10¹⁰ для стали 70.

р = 7,83 * 10¹⁰ * 6 * 10^-3 / 8 * 10³ * 4,74 * 10⁴ = 2

Полное число витков пружины рассчитываем по формуле:

= р + м; (112)

= 2 + 1,5 = 3,5

Параметры виброизоляторов: материл - сталь 70; режим работы - средний; d = 6 * 10^-3 ; = 3,5.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

УТВЕРЖДАЮ

Зав. кафедрой ___________________

“____”___________________200___г.

ЗАДАНИЕ №

на проведение патентных исследований

Наименование темы __________________________________________

_____________________________________________________________

_____________________________________________________________

Шифр темы ___________________

Целью патентных исследований является получение исходных данных для обеспечения высокого технического уровня проектируемого объекта техники и использования современных научно-технических достижений при выполнении дипломного проекта.

Задачи патентных исследований:

выбор и обоснование проектируемого объекта;

определение возможных путей достижения поставленной технико-

экономической задачи проекта;

определение тенденции развития данного вида техники.

Исполнитель _________________________________________

Регламент поиска:

начало ______________

окончание ____________

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Таблица 1

Руководитель проекта_________________________

ПРИЛОЖЕНИЕ В

Перечень

изобретений, использованных при анализе

технического уровня проектируемого объекта

Таблица 2

Патентная документация, отобранная для последующего анализа

Справка о поиске

Задание на проведение патентных исследований Совершенствование конструкции экскаватора с целью расширения технических возможностей.

Шифр темы 38.

Выводы:

В результате проведенных патентных исследований, установлены основные тенденции развития конструкции экскаватора, что предопределила выбор известных технических решений для использования их в данном проекте.

Изучение патентных документов отбор для последующего анализа, показало, что наиболее эффективным техническим решением является предложение по авторскому свидетельству под номером № 846671. Многие технические решения, рассмотренные мной, требуют дополнительной исследовательской работы для выявления и обоснования их эффективности. Поэтому не представляется возможным использования их в данном проекте.

Заключение

Цель дипломного проекта - совершенствование конструкции экскаватора с целью расширения технических возможностей выполнена.

В конструкторской части было приведено рыхлительное оборудование (гидромолот) гидравлическая схема модернизированного экскаватора. Произведен тяговый расчет экскаватора, расчет мощности двигателя, расчет на прочность тяги, расчет устойчивости экскаватора.

В технологической части произведен расчет обработки детали, называемой пальцем.

В экономической части определили капитальные затраты, определили годовую производительность машины, рассчитали себестоимость машино-смены, определили основные показатели экономической эффективности капитальных вложений, расчет трудоемкости разработки 1000м³ грунта и экономия по затратам труда, расчет металлоемкости по сравниваемым вариантам.

В разделе охрана труда и техника безопасности разработали мероприятия по охране труда и защите человека при работе на экскаваторе.

Список используемой литературы

1. Костин М.И., Шиманович С.В. “Экскаваторы” - справочник. М., 1959.

2. Домбровский Н.Г. “Экскаваторы”. М., 1969.

3. Шмаков А.Т. “Эксплуатация дорожных машин”. М., 1987.

4. Гринкевич П.С. “Строительные машины”. М., 1975.

5. Журба В.А., Тараканов Г.П., Хаикис М.Л. “Машины для транспортного строительства”. М., 1984.

6. Хархута Н.Я. “Дорожные машины теория, конструкция и расчет”. Ленинград, 1976.

7. Волков Д.П. “Динамика и прочность одноковшовых экскаваторов”. М., 1965.

8. Беркшан И.Л., Раннев А.В., Рейм А.К. “Одноковшовые гидравлические экскаваторы”. М., 1973.

9. Баумана В.А., Лапира Ф.А. “Строительные машины”. Справочник. М., 1976.

10. Беляков Ю.И., Левлнзон А.Л., Галимуллин В.А. “Земляные работы”. М., 1990.

11. Полосин-Никитин С.М. “Основные технологии дорожных работ”. М., 1972.

12. Броневич Г.А. “Курсовое дипломное проектирование по специальности строительные машины и оборудования”. М., 1972.

13. Крутякова В.С. “Охрана труда в транспортном строительстве”. М., 1993.

14. Филиппов Б.И. “Охрана труда при эксплуатации строительных машин”. М., 1984