În lucrarea de față s-a realizat înbunătățirea parametrilor de săpare a unui buldoexcavator prin modificarea opțională a brațului telescopic. In… [304036]

Licență

În lucrarea de față s-a realizat înbunătățirea parametrilor de săpare a unui buldoexcavator prin modificarea opțională a brațului telescopic. In… [304036]

Byadmin ianuarie 1, 2024

Cuprins

REZUMATUL LUCRĂRII

În lucrarea de față s-a realizat înbunătățirea parametrilor de săpare a unui buldoexcavator prin modificarea opțională a brațului telescopic. [anonimizat] ,[anonimizat], gabarit, productivitate etc.

S-a [anonimizat]-se câteva modele produse de firmele producătoare din acest domeniu. [anonimizat].Pornind de la baza specialiizării [mașini de construcții 2][organe de mașini][acționări hidraulice][mecanisme] am stabilit tipul mecanismului de acționare a brațului. Am modelat forma brațului cu ajutorul programului CATIA V5 R19.

Am proiectat construcția metalică a brațului și a componentelor , pentru a se putea ușor dimensiona brațul am luat în considerare secțiunile cu grad ridicat de dificultate.In continuare am făcut calculele tuturor componentelor brațului.

Brațul este un element foarte inportant și de o greutate deloc neglijabilă în buna funcționalitate a utilajului am calculat centrul de greutate a utilajului cu poziția brațului in diferite poziții.

[anonimizat]-un catalog al producătorilor de pompe hidraulice.

În finalul lucrării am realizat modelarea parametrică a brațului proiectat pentru a se putea observa mult mai ușor îmbunătățirile aduse acestuia.

Abstract

In this paper we tried upgrading diging a buldoescavator by changing arm lengths optional thing.

[anonimizat],[anonimizat], productivity etc.

[anonimizat] a model and a few compaties producting leaders in this field.

Later work focuses on issues that project theme back arm is presented in this chapter and other car models and machines that are eqipped with similar arm.I modeled the shape arm with CATIA V5 R19 CAD program.

I designed metal construction arm and components to be able to easily correct size arm, i considered the most dangerous section. Then I continued with de calculation of all componets arm.

The arm is a very inportant for this machine with a big weight, I [anonimizat].

Then I calculated Hidraulic arm because he is comanded with hydraulic energy reqirement and chose te hydraulic pump manufacture”s catalog.

At the end of the paper we made parametric modeling of the projected arm so that the improvements made to it could be more easily observed.

[anonimizat]:

Puterea motorului…………………………………………………………….90kw

Pompa cu pistoane axiale cu debit maxim150l/min, presiune de lucru 250 bar

Masa totală …………………………………………………………………….9000kg

Lungime…………………………………………………………………………6580mm

Lățime……………………………………………………………………………2350mm

Înălțime………………………………………………………………………….3650mm

Ampatament……………………………………………………………………2173mm

Ecartament……………………………………………………………………..1650mm

Garda la sol…………………………………………………………………….560mm

Lățimea cupei………………………………………………………………….650mm

Înălțimea de ridicare………………………………………………………..5540mm

Distanța de descărcare……………………………………………………..5950mm

Masa maximă a sarcini…………………………………………………….1650kg

Viteza de deplasare………… Treapta Înainte Înapoi

6km/h

10km/h

30km/h 4-10km/h

40km/h

Excavatorul este destinat lucrărilor de săpături în pământ până la categoria a 4-a acesta poate lucra atât deasupra cât și sub baza de sprijin a mașinii.Acest tip de excavator se mai poate utiliza și pentru încărcarea si descărcare materiale, săpături, nivelări etc.[1]

1 MEMORIU TEHNIC

1.1 Generalități

Excavatorul cu o cupă este o mașină cu acțiune periodică,care realizează săparea pământului cu ajutorul unei singure cupe. [1]

Clasificarea excavatoarelor cu o cupă se poate face după mai multe criterii:

După sistemul de acționare pot fi cu acționare hidraulică sau acționare mecanică.Acționarea mecanică se utilizează în prezent la excavatoare de mare capacitate destinate lucrărilor în cariere sau la lucrări de decopertare în industria extractivă.Acționarea hidraulică este utilizată în prezent la întreaga gamă de excavatoare atât pentru cele destinate lucrărilor de construcții cât și în cariere.[7]

După gradul lor de universalitate pot fi excavatoare universale,semiuniversale sau cu destinație specială.Cele universale sunt de mică capacitate (sub 1 m3) și sunt destinate șantierelor cu volume relativ mici de lucrări diferite. Ele pot avea până la 20-30 de echipamente de schimb. Excavatoarele semiuniversale sunt de capacitate mijlocie(2-3 m3) și sunt destinate șantierelor de volume mijlocii de lucrări. Ele au 2-3 echipamente de schimb. Pentru volume mari de săpături,sau pentru lucrări care impun condiții deosebite se utilizează excavatoare cu un singur echipament de lucru. [7]

După sistemul de deplasare pot fi: pe roți cu pneuri,pe șenile,pe șine de cale ferată,pășitoare și plutitoare. [7]

După construcția echipamentului de lucru(de săpare): lingură dreaptă,lingură întoarsă ,draglină,graifăr,cupă cu braț telescopic. Excavatorul cu lingură dreaptă este utilizat de regulă deasupra bazei de sprijin a mașinii.Excavatorul cu lingură întoarsă(acționat hidraulic) poate săpa atât deasupra bazei de sprijin a mașinii cât și sub nivelul acestei baze pentru săparea gropilor sau a șanțurilor. Draglina este destinată săpăturilor în pâmînturi slabe,sub nivelul bazei de sprijin,iar echipamentul cu graifăr la săparea gropilor sau la operația de încărcare. Excavatorul cu braț telescopic este destinat în general unor lucrări de nivelare/talozare.

[ Mașini de construcții 2,Editura Tehnică București-1985] [1]

Excavatoarele hidraulice cu echipament unificat(lingură dreaptă,lingură întoarsă) pentru diferite lucrări de săpat.(Fig.1). Săparea se execută în principal prin bascularea mânerului 2 cu ajutorul cilindrului 5 față de articulația de prindere a acestuia la brațul 1.

Figura 1 Excavator hidraulic cu echipament unificat de lingură dreaptă și întoarsă.[1]

După încărcarea cupei cu pământul săpat întregul echipament de lucru este ridicat cu ajutorul cilindrilor 4 la înălțimea necesară descărcării. În același timp are loc rotirea platformei superioare împreună cu echipamentul de lucru până în momentul când acesta ajunge deasuprea punctului de descărcare. În continuare se descarcă cupa prin bascularea cu ajutorul cilindrilor 6. Se readuce întregul echipament în poziție inițială și ciclul se repetă. [1]

La aceste excavatoare echipamentul de bază este cel cu lingură întoarsă,echipamentul cu lingură dreaptă fiind utilizat deobicei la lucrări de încărcare.

Aceste excavatoare fac parte din categoria mașinilor universale deoarece sunt prevăzute de regulă cu mai multe echipamente de schimb.

Excavatoare hidraulice cu echipament de lingură dreaptă pentru lucrări în condiții grele de carieră.

Specific acestor excavatoare este faptul că cilindrul 4 de acționare a mânerului sunt fixați spre extremitatea inferioară a brațului aproape de articulația de prindere a acesteia la platformă,ceea ce determină solicitări mai reduse în braț în timpul lucrării.

Ciclul de lucru este similiar cu cel al excavatoarelor cu lingură întoarsă. Descărcarea cupei se face prin bascularea peretelui inferior al acesteia cu ajutorul a doi cilindrii hidraulici fixați pe peretele posterior. [7]

Figura 2. Excavator hidraulic cu lingură dreaptă pentru lucrări în carieră [1]

Excavatoare cu braț telescopic

Spre deosebire de excavatoarele obișnuite cu o singură cupă,excavatoarele cu braț telescopic au lungimea brațului variabilă,posibilitatea de al rotii în jurul axei lui longitudinale și de a îl înclina atât în sus cât și în jos. Aceste excavatoare sunt dotate cu 18-20 de echipamente de lucru destinate diferitelor lucrări.

Brațul excavatorului,de regulă de secțiune triunghiulară,este prevăzut cu un tronson de bază în care glisează un tronson de vârf. Glisarea tronsonului de vârf în interiorul celui de bază se face pe role cu ajutorul unui cilindru hidraulic și a unui palan. Lungimea de telescopare variază de la un model la altul între 2-5 metri. Cupa de săpat sau încărcat ,ca și dintele scarificator sunt montate articulat la extremitatea exterioară a tronsonului de vârf,putând fi basculate cu un cilindru hidraulic. Tronsonul de bază al brațului se sprijină prin interiorul unor role montate în plan perpendicular pe axa lui longitudinală,pe un suport așezat pe platforma rotativă a excavatorului. Această sprijinire permite rotirea brațului în jurul axei sale longitudinale.Rotirea se poate face fie cu un cilindru hidraulic fie cu un motor hidraulic și o transmiție cu roți dințate.

În primul caz se asigură o rotire a brațului la unghiuri de 45 de grade.Iar în cazul al doilea de 90 de grade. Suportul brațului poate fi basculat în plan vertical cu ajutorul a doi cilindrii hidraulici ceea ce permite realizarea săpării la diferite niveluri atât sub nivelul bazei de sprijin a mașinii cât și deasupra acestui nivel-și descărcarea materialelor săpate direct în vehiculele de transport. La unul dintre modele adâncimea de săpare ajunge la 7,3 metri iar înălțimea de descărcare la 9,4 metri.

Rotirea platformei superioare a excavatorului se face fie cu unul sau două motoare hidraulice rotative,fie cu 2 cilindrii hidraulici orizontali. Platforma superioară este montată pe cadrul inferior care se sprijină la rândul lui pe roți cu pneuri și șenile. În funcție de echipamentul de lucru aceste excavatoare pot fi utilizate la lucrări de săpare a șanțurilor sau a gropilor ,la taluzări,la nivelări,la operații de încărcare-descărcare etc. [7]

Figura 3 Excavatorul cu braț telescopic S-1201T produs de I. U.G. “ Progresul” Brăila

[ Mașini de construții 2,Editura Tehnică București-1985] [1]

Din categoria utilajelor folosite în construcții face parte și buldoexcavatorul care este un utilaj de capacitate medie spre mic,complex,fiind construit din 2 mașini de construcții: excavator și buldozer. Pe acest utilaj se pot monta diferite echipamente ,funcție de lucrările necesare de efectuat. Șantierele mici și mijlocii folosesc cel mai des acest utilaj datorită universalității acestuia și din punct de vedere tehnico-econonomic.

Buldoexcavatoarele sunt clasificate în funcție de tonajul acestora: buldoexcavatoare mici până în 6 tone,medii până în 10 tone și mari peste 10 tone.

Figura 4 Buldoexcavator [11]

1.2 LUCRUL CU EXCAVATOARE

Lucrul cu excavatoarele cu cupă inversă

Cu acest tip de utilaj se realizează mai ales șanțuri, canale, gropi de fundație, etc. și săpături sub nivelul apei. 66 Principalele caracteristici de lucru ale excavatorului cu cupă inversă sunt prezentate în fig.5.

Figura 5 Schemă principiu excavator cu cupă inversă [10]

Pentru terenuri mai rezistente (categoria III sau IV) autobasculantele pot circula în planul săpăturii (PCA 1) iar rotația planului excavatorului (α) va fi în jur de 40 – 45˚. Se recomandă abataj frontal.

Lucrul cu excavatoare cu cupă dreaptă

Aceste utilaje lucrează, în majoritatea cazurilor, la săparea pământului cu descărcarea directă în mijloacele de transport.

Majoritatea excavatoarelor cu cupă dreaptă sunt activate mecanic, prin sistemul cu cabluri. Există și utilaje acționate hidraulic.

Dacă în mod curent se lucrează cu excavatoare cu capacitatea cupei de până la 10-12 m3 trebuie remarcat că pentru lucrări de foarte mare volum (baraje din materiale locale, exploatări miniere la zi,…) s-a ajuns la utilaje cu cupa de circa 100 m3.

Este evident că și utilajele de transport vor trebui să fie realizate în concordanță cu utilajele de săpat (sunt exploatate autobasculante cu capacități de transport de 240-400 t, circa 150-250 m3 volumul benei!).

Cu excavatoare cu cupă dreaptă se pot săpa:

abataje înguste laterale

Figura 6. Tipuri de abataje executate de excavatoare[10]

Abataje largi, organizate ca abataje frontale implică deplasarea excavatorului în zigzag. Autobasculantele se pot dirija pe ambele laturi ale săpăturii.

Lucrul cu excavatoare de tip draglină

Acest tip de echipament se poate folosi doar la săparea în terenuri de categorii I și II. Se poate lucra și la săpături sub nivelul apei.

Echipamentul de draglină este acționat cu cabluri.

Ca și în cazul excavatoarelor cu cupă inversă, draglinele au planul de lucru (PSE) la partea superioară a abatajului.

Ele pot descărca pământul săpat în depozite provizorii sau în autobasculante.

Abatajele pentru excavatoarele cu echipament cu draglină arată, principial asemănător cu cele pentru excavatoarele cu cupă inversă.Se pot săpa atât abataje înguste cât și largi. Aceste abataje pot fi de tip lateral sau frontal, longitudinal sau transversal.

Schema de principiu a unei dragline și caracteristicile de lucru cele mai importante sunt prezentate în fig. 7.

Figura 7 Schema de funcționare excavator cu draglină [10]

LUCRUL CU EXCAVATOARE CU ECHIPAMENT DE GRAIFĂR

În general nu este rentabilă săparea cu graifăr în spații largi. Ele au o mare eficiență la săpăturile în spații înguste, cum ar fi gropile de fundații, șanțurile (tranșeele) pentru pereți nivelați, chesoanele, etc. Se folosesc graifăre de mare capacitate și la operațiile de încărcare – descărcare a mărfurilor în vrac, în porturi sau în balastiere.

Există în exploatare atât graifăre acționate hidraulic (cele cu cupă mai mică) cât și graifăre acționate cu cabluri (cele cu cupe de capacitate mare).

Tot cu ajutorul graifărelor se pot realiza și lucrări de umplutură.

Graifărele au cea mai bună eficiență la săparea în terenuri de categoria I chiar dacă sunt umede sau chiar sub nivelul apei.Terenurile de categoria III sau IV nu sunt accesibile graifărelor decât după dislocare sau afânare (scarificare) cu alte utilaje terasiere.

Se poate folosi graifărul și pentru încărcarea în autobasculante a pământului din depozitele provizorii rezultate la săparea cu alte tipuri de excavatoare.

Schema unui abataj săpat cu graifărul este prezentată în fig. 8.

[***http://constructiiproiect.ro/upload/normative/cfdp/Tehnologia%20lucrarilor%20de%20constructii%20si%20masini%20de%20constructii%20(mai%202010).pdf][10]

Figura 8 Schema unui abataj săpat cu graifărul [11]

1.3 Principalele părți componente a brațului de buldoexcavator

Brațul de buldoexcavator este un echipament montat în consolă în partea din spate a tractorului.

Construcția unui braț telescopic de buldoexcavator cuprinde următoarele componente:

Brațul-este o construcție metalică sudată. Acesta este proiectat astfel încât să reziste tuturor solicitărilor în procesul de lucru,să aibă o greutate scăzută încât sarcina utililă a buldoexcavatorului să fie cât mai mare.De asemenea a fost conceput încât dimensiunile geometrice minime să obțină o înălțime maximă de ridicare a sarcinii și o bună stabilitate longitudinală a utilajului la deschiderea maximă față de punctul de sprijin. Pentru acționarea brațului se folosesc cilindrii hidraulici. Brațul este format din 2 părți principale(grinzi) una fiind fixată pe șasiul mașinii la un capăt,iar la celălalt capăt este fixat un element). Al doilea element poate fi conceput telescopic dacă este necesar ca lungimea de lucru să satisfacă condiții particulare de lucru. [7]

Figura 9 Braț telescopic pentru buldoexcavator [11]

(https://www.dealsonwheels.co.nz/spec/detail/jcb-5cx-66621)

Cupa- este o construcție sudată compusă dintr-un perete inferior curb prevăzut cu muchiităietoare doi pereți laterali prevăzuți deasemena cu muchii tăietoare.Această contrucție este prevăzută cu elemente de intărire in partea din spate.La partea din spate a cupei se găsesc urechiile de prindere la brațul de excavator și la tiranțul mecanismului de basculare.Elementele sunt confecționate din tablă de 5mm grosime [S355JR] care ajută la reducerea din greutatea cupei la rîndul său ajutînd la cresterea capacității de ridicare. [7]

Figura 10 Cupa braț buldoexcavator [11]

Dinții cupei- sunt componente uzabile, fabricate din oțel manganos. Modelele de dinți diferă de la o cupa la alta prin modul de fixare pot fi fixațti direct pe lama cupei prin stîngere cu șurub sau prin intermediul unui cordon de sudură, alte modele au un element intermediary între lama cupei și dinte fiind numit și adaptor, acesta este fixat pe lama cupei fie prin intermediul șuruburilor cît și prin intermediul cordonului de sudură, ulterior dintele fiind fixat pe adaptor cu ajutorul sigurnțelor sau bolțurilor.[7]

Figura 11 Dinți de cupa[11]

Mecanism de basculare (balansier)

Este un mecanism antiparalelogram și este alcătuit din tiranțul de acționare a cupei,balansier și cilindru hidraulic de basculare.Acest tip de mecanism asigură transmiteri corespunzătoare a mișcării pentru bascularea cupei în orice poziție și parametrii tehnologici incluși.

Figura 12. Mecanism de basculare[12]

5.Cilindri hidraulici

Cilindrul hidraulic este o componentă cheie într-o instalatie hidraulica. Acesta serveste la transformarea energiei fluidului hidraulic in lucru mecanic util. Valoarea de intrare este fluidul hidraulic sub presiune ce actioneaza asupra pistonului cilindrului. Forta aceasta produce o miscare liniara a pistonului si implicit a tijei, in interiorul tevii cilindrulului, sarcina fiind in partea opusa. Astfel, energia hidraulica este transformata intr-o forta controlabila, ce actioneaza in linie dreapta. Mediul hidraulic este de obicei ulei mineral, in hidraulica este reprezentat de ulei sintetic si de emulsie, precum si de apa.

Cilindri hidraulici sunt compusi din doua elemnte principale, si anume: teava si pistonul de care este atasata tija. Cele 2 capace de pe capetele cilindrilor inchid ambele parti ale tevii. Tija iese prin capul cilindrului. Pistonul echipat cu garniturile aferente si ghidaje divizeaza interiorul cilindrului in 2 camere, partea inferioara de presiune si partea superioara reprezentata de camera tijei cilindrului. Presiunea hidraulica genereaza miscarea pistonului si a tijei intr-o directie liniara.

[http://hidraulica-center.ro/biblioteca-tehnica/despre-cilindri/][13]

Figura 13. Cilindru hidraulic [13]

6.Bolțuri

Bolțurile sunt organe de mașini de formă cilindrică utilizate ca elemente de legătură în articulații, pentru poziționarea sau solidarizarea unor organe de mașini, ca organe de siguranță, la transmiterea momentelor de torsiune (cuplaje cu bolțuri, cuplaje cu bolț de forfecare). Acestea elemente sunt standardizate ca forme și dimensiuni.[2]

Figura 14. Asamblarea cu bolțuri[2]

7.Furtunule hidraulice

Sunt elemente de legătură la mecanismul de acționare hidraulică a buldoexcavatorului,având rolul de a transmite energia hidraulică generată de motorul hidraulic principal al utilajului. Acestea se găsesc sub diferite dimensiuni și variante constructive,funcție de presiunea pe care trebuie să o suporte. În general ,acestea sunt fabricate din material cauciuc natural și sintetic,având ca suport de rezistență inserții de fire de oțel și membrană din mix. [5]

Figura 15. Furtune hidraulice de acționare[14]

[https://www.google.com/search?q=furtune+hidraulice+descriere&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0ahUKEwjG6MvK563bAhVDQpoKHa85ARk4ChD8BQgKKAE&biw=1536&bih=710#imgrc=RS3MTkPN0dsadM:]

1.4 Principalii producători de buldoexcavatoare

Caterpillar-La inceputul secolului XX, cand Franta intra in era industriala, firmele franceze importau utilajele din Anglia, tara aflata in varful revolutiei industriale. In acele timpuri Henry Bergerat, intreprinzator si vizionar francez, infiinteaza impreuna cu varul sau, Francis Monnoyeur, firma ''Hy. Bergerat Monnoyeur & Cie''. Obiectul de activitate al firmei era importul de utilaje furnizate de firme industriale de renume mondial precum Armstrong-Whitworth, pentru masini unelte si oteluri speciale, sau Ruston-Proctor, pentru excavatoare cu abur.

Interesat de progresul tehnic, Francis Monnoyeur participa la numeroase expozitii, descoperind in anul 1929, cu ocazia unei calatorii de afaceri in Spania, ''masina viitorului'', faimosul buldozer Caterpillar ''THIRTY''.

Pe 6 decembrie 1929, Francis Monnoyeur semneaza contractul care permite firmei ''Hy. Bergerat Monnoyeur & Cie'' sa devina agentul exclusiv al ''Caterpillar Tractor Company'' in Franta. De atunci, cele doua companii s-au dezvoltat impreuna, fapt care de multe ori s-a concretizat in inovatii tehnologice. Printre acestea, mentionam sistemul de control al tangajului (ride control) cu care sunt dotate incarcatoarele Caterpillar, sistem care a fost inventat de catre un tehnician de la Bergerat Monnoyeur Franta.

(https://www.bm-cat.ro/istoric)[15]

JCB

JCB este unul dintre cei mai puternici producători de utilaje de construcții din lume și cu siguranță cel mai important vânzător în domeniul producției și vânzării de orice tip de buldoexcavator.

Calitatea de producător de utilaje este întărită și de faptul că majoritatea echipamentelor sale sunt dotate cu motoare produse în propriile fabrici.

Cu o discreție tipic englezească,JCB a investit în cercetarea și producerea ulterioară a noi game de motoare. [15]

Figura 16 Buldoexcavator JCB[15]

DOSSAN INFRACORE

Fabricat în Coreea de Sud,Dossan este format din două cuvinte coreeene,”doo” simbolizează o unitate de cercetare în timp ce “san” înseamnă munte. Împreună acestea semnifică “ mici caractere ce pot construi un munte măreț.

Sugerând faptul că pot realiza lucruri mărețe,chiar cu cele mai mici forțe. Gama de utilaje include excavatoare de dimensiuni mari și mici,încărcătoare frontale,accesorii și echipamente avantajoase.[15]

Figura 17. Excavator DOSSAN[15]

SANY

Fabricat în China,de către SANY GROUP CO. A fost fondată în anul 1989 ,obiectivele companiei au fost întotdeauna construirea unei întreprinderi de primă clasă,promovarea talentelor și de a avea o contribuție de primă clasă pentru omenire.

Compania vinde,distribuie și întreține macarale pe șenile,de la 110 până la 500 t ,macarale de teren accidentat de la 40-85 tone,excavatoare hidraulice de la 7,5 până la 33,5 tone. Macarale pentru containere cu ridicare maximă de 99 tone și stivuitoare cu încărcare maximă de 19 tone. [15]

LIEBHERR

Compania LIEBHERR,a fost înființată în anul 1949 de HANS LIEBHERR. Compania și-a crescut în anul 2014 cu 4,6 % cota de piață prin investiții într-un nou centru logistic în Germania și prin adăugarea unei noi unități de producție hidraulică pentru excavatoare hidraulice,încărcătoare frontale și stivuitoare,în Dalian – China. [15]

Figura 19. Utilaj LIEBHERR[15]

TEREX

Compania TEREX are o istorie îndelungată începând cu anul 1933 când frații ARMINGTON au înființat compania EUCLID. General Motors a inventat numele de TEREX în 1970 și provinde din 2 cuvinte latinești: terra-pământ,iar rex-rege.

TEREX este un producător global diversificat ce operează în 5 segmente de activități: platforme aeriene de lucru,construcții,manipularea materialului,macarale,soluții portuare și prelucrarea materialului. [15]

Figura 20. Utilaj marca TEREX[15]

VOLVO CONSTRUCTION EQUIPMENT

Volvo este un producător suedez,a cumpărat compania TEREX în anul 2012,achiziția a adăugat 5 modele de basculante rigide și 3 transportoare articulate în linia celor de la VOLVO,îmbunătățind vânzările de echipamente pentru construcția generală,petrol și gaze ,precum și pentru sectorul de construcții de drumuri și poduri. [15]

Figura 21. Excavator marca VOLVO [15]

HITACHI

Este fabricat în Japonia. HITACHI CONSTRUCTION EQUIPMENT avut o creștere a veniturilor din vânzări . Deasemenea datorită monedei oficiale care a fluctuat și datorită creșterilor exporturilor.

Un alt motiv este cererea puternică pentru excavatoarele hidraulice HITACHI în Chinia și Japonia în cel de-al treilea trimestru al anului 2013. [15]

Figura 22. Excavator pe șenile marca HITACHI[15]

KOMATSU

Este fabricat în Japonia,fiind o organizație internațională care produce echipamente pentru construcții.Aceasta a fost inițial filiala unei alte societăți și a devenit KOMATSU în anul 1921.

Creșterea economică a Chinei a transformat compania KOMATSU CONSTRUCTION EQUIPMENT într-unul dintre cei mai influenți producători de pe piața regională. [15]

Figura 23. Excavator marca KOMATSU[15]

I. CALCULUL GENERAL AL MAȘINII

I.1. Determinarea forței de împingere la cupă

Forța de împingere la cupa dată de puterea motorului de baza se calculează :

Unde : Pm max –puterea maximă a mașinii [ kw ]

V – viteza de deplasare in timpul pătrunderii cupei in material sau în timpul săparii [ km/h ]

p- patinarea

tr – randamentul transmisiei

f – coeficientul de rezistentă la deplasare

Forța de împingere la cupa dată de condiția de aderență se calculează astfel :

Tia = G *  ad= 8000 * 0.75 =6000 da N

Unde : G – greutatea mașinii [ da N ]

ad – coeficientul de aderență

I.2. Determinarea preliminară a capacității nominale de ridicare a echipamentului de incărcător

Determinarea preliminară a capacității nominale de ridicare se face în funcție de greutatea masinii de baza :

Q n = 0.25 * G = 0.25 * 8000 = 2000 daN

Unde : G – greutatea utilajului [ daN ]

I.3. Determinarea greutăți echipamentului de lucru al incărcătorului

Greutatea echipamentului se va aproxima în funcție de greutatea utilajului cu formula ( conform [1 ] ):

G e = k o * G = ( 0.22 0.35 ) * 8000 = 1800 daN

Unde : ko – coeficient al greutății echipamentului față de greutatea utilajului

G – greutatea mașinii [daN ]

I.4. Determinarea capacității cupei de incarcator

Capacitatea cupei de determina ( conform [1] ) in functie de capacitatea de ridicare pentru materiale cu greutate volumica

p = 1600 daN/m3 – 1800 daN/m3

Unde : Qn –capacitatea nominala de ridicare [ daN ]

Kn- coeficient de umplere a cupei

I.5. Determinarea lățimii cupei

Lățimea cupei se determină in functie de forta de tractiune maxima si de forța de pătrundere specifică in conformitate cu [1]

Unde : Tim – forta maxima de impingere la cupa [ daN ]

K/p- forta specifica de patrundere a cupei in material [ daN/cm ]

I.6. Alegerea dimensiunilor si a materialului cupei

Aria utila a peretelui lateral se determina cu relatia:

Unde : Vn – volumul nominal [m3]

Bo – latimea interioara a cupei [m]

Forma si dimensiunile laterale ale cupei trebuiesc alese in asa fel incat aria peretelui lateral sa fie egala cu valoarea determinata mai sus, pentru a se obtine un volum al cupei egal cu volumul nominal . Tinand cont de forma si dimensiunile unor cupe de incarcatoare avand capacitatea nominala de 0.9 m3 se determina prin incercari repetate o forma de cupa care sa respecte aceasta cerinta. Incercarile se fac prin desenare in Autocad si masurarea cu ajutorul acestui program a ariei laterale, pina la obtinerea rezultatului dorit.

Forma si dimensiunile adoptate ale peretelui lateral al cupei sunt prezentatea in figura 1.

Principiile pe baza carora se face alegerea unei anumite marci de oteluri sunt :

rezistenta, rigiditatea, stabilitatea si economicitatea.

Alegerea unei marci de otel dintr-o clasa de rezistenta superioara otelului OL37 (limita de curgere 240 N/mm2 ) are ca efecte :

reducerea greutatii proprii, care poate avea efecte din punct de vedere economic, functional si estetic,

cresterea elasticitatii care poate devenii un avantaj major.

Tinand cont ca la cupa de incarcator reducerea greutatii proprii prezinta un avantaj

major in favoarea cresterii capacitatii de ridicare a utilajului iar cresterea elasticitatii nu reprezinta un avantaj important aleg OL52 (c = 340 N/mm2 )

Acesta realizeaza o crestere a rezistentei admisibile cu circa 32% si o scadere de greutate cu pana la 33%, rezultand o crestere generala a performantelor comparativ cu utilizarea otelului OL37.

I.7. Determinarea greutatii echipamentului de excavator

Greutatea echipamentului se va aproxima in functie de greutatea utilajului cu formula :

Ge = ko *G = ( 0.220.25 )* 8000 = (1760 2000.5)

Ge = 2000 daN

Unde : ko – coeficient al greutatii echipamentului fata de greutatea utilajului

G – greutatea masinii [ daN ]

Greutatea bratului, manerului si a cupei se vor aproxima in functie de greutatea utilajului utilizind furmulele :

Gb = ko * G = ( 0.120.2 ) * 8000 = 1200 daN

Gm =ko * G = ( 0.050.08 ) * 8000 = 500 daN

Gc = ko * G = ( 0.02 0.04 ) * 8000 = 300 daN

Unde : G – greutatea masinii

I.8. Determinarea preliminara a capacitatii nominale de ridicare a echipamentului de excavator

Determinarea preliminara a capacitatii nominale de ridicare se face in functie de greutatea masinii de baza

Qn = 0.25 * G =0.25 * 8000 = 2000 daN

Unde G – greutatea utilajului [ daN ]

I.9. Determinarea capacitatii cupei echipamentului de excavator

Capacitatea cupei se determina in functie de capacitatea de ridicare pentru materiale cu greutate volumica p = 1600 – 1800 daN/cm3( 2000 daN/m3 )

Unde :Qn – capacitatea nominala de ridicare [ dan ]

Ku – coeficient de umplere a cupei..

b= = = 88.7 cm ( latimea cupei calculate )

Adoptam b = 600 mm

q– capacitatea cupei

I.10. Determinarea indicilor cupei

S = = = 1.166

Unde: S – aria laterala a cupei

V – volumul cupei

b– latimea cupei

R1 = 1.1 * + 0.26 = 1.23 m

V1 = 0.22 * + 0.3 = 0.49 m

V2 = 0.45 * + 0.8 = 1.19 m

L1 = 0.8 * + 0.2 = 0.91 m

L2 = V1 – V2 = 0.49 – 1.19 = – 0.7 m

I.11. Cupa.Constructia cupei de excavator

Cupa este o constructie sudata (figura 2.) a carei greutate trebuie sa fie cat mai redusa in vederea obtinerii unei capacitatii de rididare utila, cat mai mare. Din aceste motive constructia cupei se va realiza din table subtiri intarindu-se zonele puternic solicitate ca : cutitul cupei, muchiile peretilor laterali, punctele de prindere la brat si la tirantul mecanismului de basculare. In general constructia cupei , la solicitarile maxime trebuie sa se comporte elastic, evitand posibilitatea atingerii domeniului plastic.

I.12. Justificarea alegerii materialului pentru constructia cupei

Materialul folosit la constructia cupelor sunt oteluri pentru constructii si structuri sudate cum ar fi :

otelurile de uz general, care sunt oteluri carbon si slab aliate livrate in stare laminata, a caror limita de curgere se situeaza in domeniul 240-360 N/mm2, iar tenacitatea este garantata la temperaturi pana la –20oC ( OL37, OL52 ) ;

oteluri cu granulatie fina, sunt oteluri slab aliate care se caracterizeaza prin valori ridicate ale limitei de curgere pana la 470N/mm2 si granulatii de tenacitate pana la –50oC ( OSC44, OSC52, OSC55,OSC58, OSC90 ).Acestea sunt livrate in stare laminata si sunt destinate executiei structurilor de rezistenta suple cu capacitate portanta mare, raportata la greutatea proprie.

Principiile in baza carora se face alegerea unei anumite marci de oteluri sunt : rezistenta, rigiditatea, stabilitatea si economicitatea. Alegereaunei marci de otel dintr-o clasa de rezistenta superioara otelului OL37 are ca efecte :

-reducerea greutatii proprii, care poate avea efecte din punct de vedere economic, functional, estetic;

-cresterea elasticitatii constructiilor care uneori poate devenii un dezavantaj major.

I.13. Determinarea pozitiei centrului de greutate al masinii de baza

Seconsidera excavatorul la pozitie orizontala si cupa inchisa. Punem conditia de stabilitate a masinii fata de punctul de sprijin.

Din conditii de stabilitate dinamica a utilajului deoarece, acesta ruleaza cu sarcina in cupa, se impune ca momentul de rasturnare sa reprezinte jumatate din monentul de stabilitate (figura 3.)

Mr = 0.5 Ms

 Mo = 0 => Gt * Xt + Gech * c – Gc * a – Gb * b = 0

Unde : Gc – greutate cupa

Gb – greutate brat + manere

Gech – greutate echipament incarcator

Gt – greutatea masinii de baza

a = 4200 mm

b = 3000 mm

c = 3000 mm

Gt = G – Gei – Gex = 8000 –1800 – 2000 = 4200 daN

Unde : G – greutatea masinii

Gei – greutate echipament incarcator

Gex – greutate echipament excavator

I.14. Determinarea pozitiei centrului de greutate al intregii masini, cu cupa goala si bratul in pozitie inferioara

Se considera bratul in pozitie de jos, cupa fiind pregatita pentru intrarea in gramada, fara a avea contact cu solul.Din ecuatia de momente in jurul punctulul 0, rezulta pozitia centrului de greutate al intregii masini ( Xn ) in plan longitudinal (figura 4.)

Mo1 = 0 => Gt * X + Gech * a/ – Gc * b/ – Gb * c/ = 0

Unde: a/ =3000 mm

b/ = 5500 mm

c/ = 3500 mm

Gt – greutate tractor

G – greutate cupa

Gb – greutate brat + maner

Gech – greutate echipament incarcator

Xn = = 525 mm

I.15. Determinarea pozitiei centrului de greutate al intregii masini cu cupa plina si bratul in pozitie inferioara

In aceasta situatie , s-a considerat cupa in pozitie de incarcare plina cu material, iar greutatea acestuia concentrata in centrul de greutate al cupei (figura 5.)

Mo2 = 0 => Gt * Xn + Gech * a// – Gc+p * b// – Gb * c// = 0

Unde : a// = 3000 mm

b// = 3700 mm

c// = 3100 mm

Xn = = 1000 mm

II. STABILIREA TIPODIMENSIUNII

CILINDRILOR DE ACTIONARE A MECANISMELOR

II.1. Calculul rezistentelor la sapare

Rezistentele mari la sapare ( in aceiasi categorie de pamint ) la dintii cupei apar atunci cand cupa excavatorului sapa de jos in sus. Rezistenta maxima Rst, apare in momentul in care grosimea brazdei sapate atinge valoarea maxima.

In acest caz grosimea maxima a brazdei sapate se va calcula cu relatia:

Iar rezistenta maxima la sapare cu formula:

Rst = k1 * b * Cmax

Unde : k1 – rezistenta specifica la sapare, k1 = 1800 daN/m3

q – capacitatea cupei [ m3 ]

b – latimea cupei [ mm ]

Hn – inaltimea normala la sapare [ m ]

Ka – coeficient de afinare al pamintului

Rst = 1.8 * 60 * 25 = 2700 daN

II.2. Calculul eforturilor in tija cilindrilor de actionare a minerului

II.2.1. Efortul din tija cilindrului de actionare a minerului

Valoarea maxima a fortei Pm, necesara in cilindrul de actionare a minerului se determina din ecuatia de momentefata de articulatia 0 a tuturor fortelor care actioneaza ansamblul miner-cupa in pozitia II , conform figurii 6.

Unde: rst=540 mm

rm = 330 mm

rc+p = 950 mm

rpm = 250 mm

Pm = = 9320 daN

Cilindrii de actionare a bratului intra in actiunea dupa ce s-a terminat saparea, pentru ridicarea intregului echipament de lucru la inaltimea de descarcare.

II.2.2. Efortul din tija cilindrului de actionare a bratului.

Forta Pb maxima va rezulta din ecuatia de momente fata de articulatia O1 :

Unde : r/c+p = 2040 mm

r/m = 1425 mm

r/b = 520 mm

rb = 500 mm

Greutatea pamantului :

Unde :p – greutatea specifica a pamantului

ka – coeficient de afinare

ku – coeficient de umplere

Gc+p = Gc + Gp = 300 + 875 = 1175 daN

Unde: Gc+p – greutatea cupei cu pamant

Gc – greutatea cupei

Gp – greutatea pamantului

Pb = = 7470 daN

II.2.3. Efortul din tija cilindrului de actionare a cupei

Efortul maxim necesar in cilindrul de actionare a cupei apare in cazul in care saparea se face numai prin bascularea cupei fata de articulatia O2. Saparea cu cupa se face numai in pamanturi de categoria I si II (figura 7.).

In acest caz rezistenta la sapare R/st :

R/st = k/1 * b * c/max

Unde : k/1 = 0.2

b = 60 cm

R/st = 0.2 * 60 * 21 = 250 daN

Unde : c/max – grosimea maxima a brazdei la saparea cu cupa

Hc – adincimea de sapare maxima necesara umplerii cupei

Unde : H1 = 317 mm

r//st = 650 mm

r//c+p = 240 mm

r//c = 200 mm

Pc = = 2220 daN

II.3. Determinarea rezistentelor de deplasare la excavator

La aceste excavatoare rezistentele la deplasare au valori mult mai mici decat la excavatoarele pe senile. Principalele rezistente in acest caz sunt :

W1 – rezistenta la deformatie a terenului

W2 – rezistenta in rampa

W3 – rezistenta la viraj

Rezistenta la deformatie a terenului se determina cu relatia :

W1 = f * G

Unde : f – coeficientul de rezistenta la deplasare

G – greutatea masinii

W1 = 0.2 * 8000 = 1600

Datorita faptului ca in acest caz in afara de deformarea terenului, se deformeaza si amvelopele si ca deformatiile acestora depind de presiunea aerului din amvelopa si de alti factori, nu s-a reusit sa se stabileasca o relatie matematica precisa pentru determinarea rezistentei W1.

Rezistentele care apar in timpul deplasarii in rampa W2 se determina cu relatia:

W2 = G * sin 

 = 10 – 15 0

W2 =8000 * sin 150 = 2070.55

Rezistenta la viraj W3 datorita existentei mecanismului diferential au valori foarte mici. Acesta rezistenta reprezinta circa 1% din greutatea masinii si in calcule pot fi neglijate.

Rezistenta totala la deplasare este determinata cu relatia :

W = W1 + W2

W = 1600 + 2070.55 = 3670.55

II.4. Calculul preliminar al diametrului interior al cilindrului hidraulic.

Diametrul preliminar se cal culeaza cu relatia:

Unde : Fp – forta din piston necesara impingerii [ daN ]

P – presiunea normala de lucru in brazda [ daN/cm2 ]

 – randamentul mecanic al cilindrului

 = ( 0.85 0.95 )

Presiunea p se adopta pe diverse criterii, considerand diametrul acoperitor deoarece sa tinut cont de  si Fp are valoarea maxima din intregul ciclu.

Se calculeaza diametrele interioare ale cilindrilor :

1. Diametrul cilindrului pentru brat :

Din catalogul de cilindrii hidraulici alegem cilindrul CHD12 / 853 avand urmatoarele caracteristici (figura 8.) :

Diametrul alezajului D = 115 mm

Diametrul tijei d = 70 mm

Presiunea maxima de lucru P = 280 bar

Cursa c = 1226 mm

Se adopta presiunea din sistemul hidraulic P = 250 bar.

2. Diametrul cilindrului pentru maner

Din catalogul cu cilindrii hidraulici alegem cilindrul CHD 14 / 853 avand urmatoarele caracteristici (figura 9.) :

Diametrul alezajului D = 115 mm

Diametrul tijei d = 70 mm

Presiunea maxima de lucru P = 280 bar

Cursa c = 1226 mm

Se adopta presiunea din sistemul hidraulic P = 250 bar

Figura 9.

3. Diametrul cilindrului pentru cupa:

Din catalogul de cilindrii hidraulici alegem cilindrul CHD12 / 853 avand urmatoarele caracteristici (figura 9.) :

Diametrul alezajului D = 100 mm

Diametrul tijei d = 70 mm

Presiunea maxima de lucru P = 280 bar

Cursa c = 1226 mm

Se adopta presiunea din sistemul hidraulic P = 250 bar

II.5. Alegerea pompei hidraulice

Calculul presiunii efective in pompa se calculeaza cu relatia :

Pp = Pu + p[ daN/cm2 ]

Unde : Pu – presiunea utila in cilindru

p – pierderile de presiune in circuitul hidraulic

p = (0.1 0.15 ) * Pu

p = ( 0.10.15 ) * 71 = 8.52

Pp( brat ) = 71 + 8.52 = 79.52 bar

2. p = ( 0.10.15 ) * 88 = 10.56

Pp( maner ) = 88 + 10.56 = 98.56 bar

3.p = ( 0.10.15 ) * 28 = 3.36

Pp( cupa ) = 28 + 3.36 = 31.36bar

Cilindrii hidraulici au fost alesi din cataloagele intreprinderilor producatoare astfel incat la presiunea p diametrul cilindrului D>D/. Se alege un cilindru care sa fie accesibil comercial. Astfel s-a stabilit diametrul interior definitiv al cilindrului D.

Dupa alegerea cilindrului se determina din catalog parametrii : diametrul tijei, lungimea cilindrilor la cursa reala, aria maxima a cilindrilor, lungimea maxima a coloanei de referinta, coeficientul de adaptare a ultimei lungimila timpul necesar de fixare, randamentul mecanic al cilindrilor.

Stabilirea presiunii utile in cilindrii:

1.

2.

3.

III. CALCULUL DE REZISTENTA AL ECHIPAMENTULUI

III. 1. Determinarea fortelor ce actioneaza asupra echipamentului

Exista anumite pozitii in care pot aparea solicitari maxime in diferite elemente ale echipamentului.

1. Echipamentul lucreaza pe teren orizontal si extremitatea cupei loveste un obstacol. Schema de calcul este prezentata in figura 10.

In acest caz reactiunea obstacolului Rz se calculeaza (conform [2]) ca suma intre reactiunea data de impingerea statica si cea dinamica. Reactiunea data de impingerea statica, determinata din conditia de aderenta este:

unde: G – greutatea utilajului [daN]

- coeficient de aderenta

Reactiunea data de impingerea dinamica este;

unde: v – viteza de deplasare a masinii in timpul intalnurii obstacolului [m/s]

C – coeficient echivalent de rigiditate

unde : c1 – coeficient de rigiditate al echipanentului

c2 – coeficientul de rigiditate al obstacolului [daN/cm]

c2=11000daN/cm

M – masa echivalenta a excavatorului [kg]

Cu acestea putem scrie :

2. Cea de a doua pozitie presupune ca in timpul lucrului, in momentul patrunderii cupei in material, actionandu-se cu forta maxima in cilindrii de basculare, tractorul se inclina spra inainte. Reactiunea mediului exterior actioneaza asupra exremitatii laterale a cupei.Schema de calcul este prezentata in figura 11.

In acest caz reactiunea este data de relatia :

unde: G – greutatea utilajului [daN]

- coeficient de aderenta

Reactiunea verticala se calculeaza cu relatia :

unde : Gm – greutatea masinii de baza [daN]

Ge – greutatea echipamentului

3. Cea de a treia situatie presupune ca in timpul lucrului se incearca o adancire a cupei in pamant, dar datorita rezistentei mari a terenului, tractorul se inclina spre inapoi. Se presupune ca reactiunile mediului exterior actioneaza asupra exremitatii laterale a cupei. Scema de calcul este data in figura 12.

In acest caz reactiunea varticala se determina cu relatia

unde : Gm – greutatea masinii de baza [daN]

Ge – greutatea echipamentului

Reactiunea orizontala se determina cu relatia :

III.2. Determinarea reactiunilor din articulatiile cupei

Se izoleaza cupa si se scriu ecuatiile de echilibru pentru fiecare din cele trei ipoteze de calcul luate in considerare.

a). Pentru ipoteza 1., schema de calcul este prezentata in figura 13.