Предварительно
гидроцилиндр привязывают к стреле. В качестве исходных данных используют полный
угол поворота стрелы , длины L0 и L0 + Lп гидроцилиндра по концевым шарнирам соответственно с полностью
втянутым и выдвинутым штоком, а также вероятное отношение моментов внешних сил
относительно оси пяты стрелы в начале подъема
рабочего оборудования из предельного нижнего положения (Мсн) и в
конце подъема на максимальную высоту (Мсв). Используется нижняя
часть схемы, представленной на рис.9. Суммарный момент сил тяжести относительно
оси пяты стрелы определится как
Момент сил тяжести и
центробежных сил относительно оси пяты в верхнем положении рабочего
оборудования (рис.8 верхнее положение) определится как
Этот момент не должен
превышать допустимого момента [М] по условиям устойчивости экскаватора, для
гусеничных экскаваторов - .
Рис. 10. Привязка стрелоподъемного
гидроцилиндра.
В качестве исходных
данных для привязки гидроцилиндра привода рукояти используют размеры очертания
удлиняющей части стрелы вместе с кинематической осью последней (по результатам
построения конфигурации стрелы), положения кинематической оси рукояти,
предельно отвернутой от стрелы 1 (рис. 11) и предельно подвернутой к ней 2 (из
построений осевого профиля), размеры окончательно выбранного гидроцилиндра -ход
поршня Lп и длина по концевым шарнирам с полностью втянутым штоком L0.
Рис. 11. Привязка
гидроцилиндра привода рукояти.
Первоначально хвостовую
часть рукояти (кривошип) можно ориентировать произвольно относительно ее
кинематической оси, например, на продолжении последней: ОрА' при отвернутой от
стрелы рукояти, ОрВ при подвернутой рукояти. Длину кривошипа назначают из условия, чтобы основание А'В
треугольника А'ВОр в точности было равно размеру Lп, так
что
Все последующие действия
аналогичны таковым для привязки ковшового гидроцилиндра: А'С' = L0 на продолжении отрезка А'В, поворот ной ОрА'С' в положение ОрАС (точка С на
расстоянии от верхнего обреза балки стрелы). В
результате привязки гидроцилиндра получено положение шарнира С относительно
удлиняющей части стрелы и ориентация кривошипа ОрА относительно кинематической
оси рукояти 1.
Рис. 12. Схема к определению усилий,
действующих на рабочее оборудование одноковшового экскаватора.
Копание поворотом ковша. На рабочее
оборудование действуют наибольшие нагрузки в период копания гидроцилиндром
ковша на максимальной глубине. Если наибольшее усилие на режущей кромке ковша
не может быть достигнуто из-за ограниченной устойчивости экскаватора или
ограничения реактивного усилия в гидроцилиндре рукояти, то за расчетное
принимают положение, при котором рукоять повернута на угол, допускающий
развитие максимального усилия на режущей кромке ковша, что соответствует
расчетному положению рукояти 3р (рис.12) и ковша Зк (рис.13).
Рис. 13. Схема к определению усилий в
тяге ковша.
Мы определили, что
наибольшее реактивное усилие в цилиндре рукояти будет возникать в положении 6р.
Далее мы выбираем по стандартизированному ряду гидроцилиндр, определяя его
диаметр и площадь поршневой полости. Из полученных расчетов выбираем гидроцилиндр
с диаметром поршня d = 0.125 м.
Максимальное давление в гидроцилиндре принимаем равным 32 МПа. Подробный расчет
гидроцилиндра будет рассмотрен нами далее.
В этом случае при копании поворотом
ковша на его режущей кромке развивается усилие (рис. 12, 13) в положении 6Р:
При копании без поворота ковша.
Стрела максимально опущена вниз, копают без поворота ковша при движении рукояти
снизу вверх, участок 1Р на траектории является наиболее нагруженным
для гидроцилиндра стрелы, так как в этом положении плечо гидроцилиндра стрелы
будем минимальным. Расчетные положения рабочего оборудования для этого случая
показаны на рис. 13.
Из суммы моментов, действующих
относительно точки В (шарнира рукоять—стрела), и по усилию в гидроцилиндре
рукояти находят усилия на режущей кромке ковша. При этом считаем, что
максимальный отпор грунта будет равен:
По результатам расчета активных и
реактивных усилий для рассматриваемых положений находим наиболее
неблагоприятное расчетное положение. Этому положению соответствует крайнее
нижнее положение стрелы 1Р. При копании поворотом ковша. Определим
усилие для положений 6Р, 3Р и 1Р, действующее
в тяге ковша (относительно шарнира крепления ковша и рукояти) Т, кН:
Расчет гильзы выполняется на три вида напряжений, возникающих от давления
жидкости.
где 1,1[p] – наибольшее (пиковое) давление; [p] = 32 мПа - давление настройки
предохранительного клапана; D = 0.14
м – диаметр гидроцилиндра стрелы; δ = 0.015 м - толщина стенки,
определяется по таб.5 .
где 1,1[p] – наибольшее (пиковое) давление; [p] = 32 мПа - давление настройки
предохранительного клапана; D = 0.14
м – диаметр гидроцилиндра рукояти;
где 1,1[p] – наибольшее (пиковое) давление; [p] = 32 мПа - давление настройки предохранительного
клапана; D = 0.14 м – диаметр гидроцилиндра
рукояти;
Давление[p],
МПа
|
10
|
16
|
25
|
32
|
Толщина δ, мм
|
0,07D
|
0,1D
|
0,12D
|
0,15D
|
Определим напряжение в
осевом направлении, мПа:
Для гидроцилиндра стрелы:
σ0= 1,1[p]D2 / 4(D+δ)δ = 1.1 · 32 · 0.142 / 4 · (0.14 + 0.021) ·
0.021 =51МПа
Для гидроцилиндра
рукояти:
σ0= 1,1[p]D2 / 4(D+δ)δ = 1.1 · 32 · 0.142 / 4 · (0.14 + 0.021) ·
0.021 =51МПа
Для гидроцилиндра ковша:
σ0= 1,1[p]D2 / 4(D+δ)δ = 1.1 · 32 · 0.142 / 4 · (0.14 + 0.021) ·
0.021 =51МПа
Радиальными напряжениями ввиду их незначительности можно пренебречь.
Определим эквивалентные
напряжения, МПа:
σэкв = (σt2 + σo2 - σtσo)1/2 ≤ [σ] = σT / n
σэкв = (σt2 + σo2 - σtσo)1/2 = (134.92
+ 512 - 134.9 · 51)1/2 = 118 МПа 3.93
118 ≤ [σ]= 250 / 1.8 = 138.8 МПа
Расчет штока выполняется
для худшего случая работы штока – сжатие при полном его выдвижении.
В этом случае напряжения
сжатия равны, МПа:
Для штока стрелы:
σсж= РЦ / Sшφ ≤ [σсж] = РЦ / Sшφ = 0.412 / 0.0063 · 0.95 = 68.8 ≤
[σсж] =300 / 1.8 = 166.7 МПа
Для штока рукояти:
σсж= РЦ / Sшφ ≤ [σсж] = РЦ / Sшφ = 0.473 / 0.0063 · 0.89 = 84.3 ≤
[σсж] = 300 / 1.8 = 166.7 МПа
Для штока ковша:
σсж= РЦ / Sшφ ≤ [σсж] = РЦ / Sшφ = 0.466 / 0.0063 · 0.89 = 90.2 ≤
[σсж] = 300 / 1.8 = 166.7 МПа
где РЦ – усилие на штоке, Н; SШ
– площадь штока, м2; φ – коэффициент,
зависящий от гибкости штока λ и его свободной
длины lш
Определим длину штока, м:
lш=L+(A-D),
Для штока стрелы:
lш=L+(A-D) = 1.12 + (0.58 – 0.14) = 1.56 м
Для штока рукояти:
lш=L+(A-D) = 0.9 + (0.58 – 0.14) = 1.34 м
Для штока ковша:
lш=L+(A-D) = 0.63 + (0.58 – 0.14) = 1.07 м
где L – ход штока, м;
А – конструктивный
параметр гидроцилиндра, м;
D – диаметр цилиндра, м.
2.7 Параметры
насосно–силовой установки. Выбор типоразмеров насосов и первичного двигателя
Определим типоразмер
насосов по наиболее энергоемкой операции копания, продолжительность которой
определим приближенно, в соответствий с рекомендациями, по эмпирической
зависимости:
где q = 0.4 м3, вместимость
основного ковша.
Приведенная к насосу
регуляторная мощность определится как:
где АΣ =
146 кДж, kИ = 0.85 – коэффициент использования мощности насосной
установки; ηΣ = 0.54 … 0.66.
Определим номинальную
подачу, при РН ном = 20 МПа:
По этой подаче выберем
насос серии 223.5 (двухпоточный аксиально– поршневой насос).
Определим требуемую
частоту вращения вала, об / мин:
η НОМ =
η НОМ ТАБЛ · Q НОМ / Q НОМ табл = 1400 ·198 / 290.6 =
=953 об / мин
Типоразмер выполнен
правильно, так как η НОМ < η НОМ , где η
МАХ = 2700 об / мин
Определим требуемую
мощность двигателя внутреннего сгорания:
NE = NРЕГ · kСН / η РЕД · kВЫХ = 66 ·1.1 / (0.97·0.9) =83 кВт,
где kСН = 1.1 …1.15 - коэффициент
учитывающий потребление мощности на собственные нужды (обогрев кабины,
кондиционирование воздуха, электроосвещение); η РЕД = 0.97 –
КПД редуктора; k ВЫХ = 0.9 – коэффициент снижения
выходной мощности двигателя вследствие колебания нагрузки.
По мощности определим тип
двигателя внутреннего сгорания серии СМД - 14
Определим передаточное
число редуктора:
U = nДВ / n Н = 1400 / 953= 1.9
2.8 Расчет
металлоконструкции рукояти
Определим наиболее
нагруженное положение рукояти.
В положении 3Р будет
максимальное плечо гидроцилиндра рукояти относительно шарнира В (стрела и
рукоять). Из этого следует, что в этом положении будет развиваться наибольшее
усилие копания, а со стороны ковша на рукоять будут действовать максимальные
силы на шарниры рукояти.
Определим усилие для положений 3Р,
действующее в тяге ковша (относительно шарнира крепления ковша и рукояти) Т,
кН:
Т3= = (1
/ 0.34) · (67.4 · 1.2 + 11 · 0.56) = 219.7 кН
Определим усилие в цилиндре ковша для
положений 3Р:
PЦК3 = TrТ2/r2 = 219.7· 0.43 / 0.38 = 248.6 кН
Зная значения максимального усилия
копания ковша, усилия в тяге ковша, усилия гидроцилиндра ковша, методом плана
сил определим силы, которые действуют в шарнирах рукояти. Все построения для
определения сил, выполним в масштабе. Чтобы определить силы возникающие в
шарнирах рукояти, рассмотрим каждое звено (ковш, тягу, коромысло, рукоять) в
отдельности.
Рассмотрим звено ковша.
Зная направление и значение силы
действующей на ковш от тяги, а так же направление и силу действующее на ковш
при копании, методом плана сил определим значение и направление силы, которая
возникает в шарнире ковша РКОВ:
Рис. 14. Схема распределений усилий в
ковше.
Рис. 15. План сил
возникающих в ковше.
Воспользовавшись методом
плана сил, мы определили значение и направление силы РКОВ = 230.73
кН. Рассмотрим звено коромысла. Зная направление и значение силы действующей в
тяги, а так же направление и силу действующее на коромысло от гидроцилиндра
ковша, методом плана сил определим значение и направление силы, которая возникает
в шарнире коромысла РКОР:
Рис. 16. Схема
распределений усилий в коромысле.
Рис. 17. План сил
возникающих в коромысле.
Воспользовавшись методом
плана сил, мы определили значение и направление силы РКОР = 77.18
кН. Рассмотрим звено рукояти. Зная направление и значение сил действующих в
ковше, коромысле, гидроцилиндров рукояти и ковша, методом плана сил определим
значение и направление силы, которая возникает в шарнире рукояти РСТЕЛЫ =
555.1 кН
Рис. 18. План сил
определения усилия возникающего в шарнире рукояти и стрелы.
Выполним проверку:
ΣFx = 0;
ΣFy = 0;
ΣFx = 0
РГЦР = 492.5 ·
cos 54º = 325.7 кН
РКОРОМ = 77.48
· cos 54º = 51.3 кН
РСТРЕЛЫ = 555.1
· cos 55º = -360.4 кН
РКОВША = 230.73
· cos 5º = 230.4 кН
РГЦК = 248.6 ·
cos 5.5º = -247 кН
325.7 + 51.3 – 360.4 – 247
+ 230.4 = 0
ΣFy = 0
РГЦР = 492.5 ·
cos 36º = 414 кН
Р КОРОМ = 77.48
· cos 36º = 64 кН
РСТРЕЛЫ = 555.1
· cos 35º = -474.3 кН
РКОВША = 230.73
· cos 85º = -54 кН
РГЦК = 248.6 ·
cos 84.5º = 58 кН
Gр = -7.7 кН
414 + 64 - 474.3 - 54 + 58
- 7.7 = 0
Исходные данные для
расчета рукояти:
РО = 230.73
кН;
Р1 = 77.18 кН;
Р2 = 248.6 кН;
Р3 = 555.1 кН;
Р4 = 492.5 кН;
РОX = 230.7 ∙ cos 3.5º = 230 кН;
РОY = 230.7 ∙ cos 86.5º = 14.1 кН;
Р1X = 77.18∙ cos 59.5º = 39.17 кН;
Р1Y = 77.18 ∙ cos 30.5º = 66.5 кН;
Р2X = 248.6 ∙ cos 0º = 248.6 кН;
Р2Y = 0 кН;
Р3X = 555.1 ∙ cos 60.5º = 273.3 кН;
Р3Y = 555.1 ∙ cos 29.5º = 483.3 кН;
Р4X = 492.5 ∙ cos 82.5 = 64.2 кН;
Р4Y = 492.5 ∙ cos 7.5º = 488.2 кН;
М1 = 77.18 ∙
0.031 = 2.39 кНм;
М2 = 248.6 ∙
0.319 = 79.3 кНм;
М3 = 555.1 ∙
0.240 = 133.2 кНм;
М4 = 492.5 ∙
0.15 = 73.8 кНм;
q1 = 6.75 кНм – распределенная нагрузка от веса рукояти;
q2 = 0.9 кНм – распределенная нагрузка от веса рукояти.
Рис. 19. Схема
распределений усилий в рукояти.
Рассмотрим первый участок
0 ≤ Х1 ≤ 0.231 м:
а). -Q1∙(Х1) + РОY - q∙X1 = 0
Q1∙(Х1) = РОY - q∙X1
Q1∙(0) = РОY - q∙X1 = 14.1 – 0 = -14.1 кН
Q1∙(0.354) = РОY - q∙X1 = 14.1 – 6.75 ∙ 0.231 = 12.54
кН
б). М1∙(Х1)
- РОY
∙(Х1)+ q∙X1 ∙( X1/2) = 0
М1∙(Х1)
= РОY
∙(Х1) -
q∙X1 ∙( X1/2)
М1∙(0)
=- РОY ∙(Х1)
- q∙X1 ∙( X1/2)= 0
М1∙(0.231)
= РОY
∙(Х1) -
q∙X1 ∙( X1/2)= 14.1 ∙(0.231) – 6.75∙0.231
∙( 0.0.231/2)= 3.07 кНм
в). N1∙(Х1) - РОХ = 0
N1∙(Х1) = РОХ = 230 кН
Рассмотрим второй участок
0.231 м ≤ Х2 ≤ 1.74 м:
а). -Q2∙(Х2) + РОY -Р1Y - q∙X2 = 0
Q2∙(Х2) =- РОY - Р1Y - q∙X2
Q2∙(0.231) = РОY - Р1Y - q∙X2 = 14.1 – 66.5 – 6.75 ∙ 0.231 =
-53.95 кН
Q2∙(1.74) = РОY - Р1Y - q∙X2 = -14.1 – 66.5 – 6.75 ∙ 1.74 =
-64.145 кН
б). М2∙(Х2)
- РОY
∙(Х2)+
Р1Y
∙(Х2 – l1)+ М1 + q∙X2∙( X2/2) = 0
М2∙(Х2)
= РОY
∙(Х2) -
Р1Y
∙(Х2 – l1) - М1 - q∙X2∙( X2/2)
М2∙(0.231)
= РОY
∙(Х2) -
Р1Y
∙(Х2 – l1) - М1 - q∙X2∙( X2/2) = 14.1 ∙(0.231) -
- 68.5∙(0) -2.39 – 6.75∙0.231
∙( 0.231/2) = -0.68 кНм
М2∙(1.74)
= - РОY ∙(Х2)-
Р1Y
∙(Х2 – l1)- М1 - q∙X2∙( X2/2) = 14.1 ∙(1.74) -
- 68.5∙(1.74) -2.39
– 6.75∙1.74∙( 1.74/2) = -88.4 кНм
в). N1∙(Х2) - РОХ - Р1Х
= 0
N1∙(Х2) = РОХ + Р1Х
= 234.1 кН
Рассмотрим третий участок
1.74 м ≤ Х3 ≤ 2.52 м:
а). -Q3∙(Х3) + РОY - Р1Y - q∙X3 = 0
Q3∙(Х3) = РОY - Р1Y - q∙X3
Q3∙(1.75) = РОY - Р1Y - q∙X3= 14.1 – 66.5 -6.75∙1.74 = -64.14
кН
Q3∙(2.52) = = РОY - Р1Y - q∙X3= 14.1 – 66.5 -6.75∙2.52 = -69.41
кН
б). М3∙(Х3)
- РОY
∙(Х3)+
Р1Y
∙(Х3 – l1)+ М1 + М2 + q∙X3∙( X3/2) = 0
М3∙(Х3)
= РОY
∙(Х3) -
Р1Y
∙(Х3 – l1) - М1 - М2 - q∙X3∙( X3/2)
М3∙(1.74)
= 14.1 ∙(1.74) – 66.5∙(1.74 – 0.231) – 2.39 - 79.3-6.75∙2.52(1.74/2)
= -167.37 кНм
М3∙(2.52)
= 14.1 ∙(2.52) – 66.5∙(2.52– 0.231) – 2.39 - 79.3-6.75∙2.52
(2.52/2) = -219.8 кНм
в). N3∙(Х3) - РОХ - Р1Х +Р2Y = 0
N3∙(Х3) = РОХ +Р1Х
-Р2Y = -4.5 кН
Рассмотрим четвертый
участок 2.52 ≤ Х4 ≤ 2.7 м:
а). -Q4∙(Х4) + РОY - Р1Y +Р3Y - q∙X4 = 0
Q4∙(Х4) = РОY - Р1Y +Р3Y - q∙X4
Q4∙(2.52) = 14.1 -66.5+483.3-6.75∙2.52 = 413.89
кН
Q4∙(2.7) = 14.1 -66.5+483.3-6.75∙2.7 = 412.89
кН
б). М4∙(Х4)
- М3 + М1+М2 – РОY ∙(Х4) + Р3Y ∙(Х-l1-l2) + q∙X4 ∙( X4/2) +
+ Р1Y ∙(Х-l1) = 0
М4∙(Х4)
= М3 - М1-М2 + РОY ∙(Х4) - Р3Y ∙(Х-l1-l2) - q∙X4 ∙( X4/2) - Р1Y ∙(Х-l1)
М4∙(2.52)
=133.2 – 2.39 – 79.3 -6.75∙2.52 (2.52/2)+ 14.1 ∙2.52
– 66.5∙(2.52– 0.231) +0 = -86.61 кНм
М4∙(2.7)
= 133.2 – 2.39 – 79.3 -6.75∙2.7 (2.7/2)+ 14.1 ∙2.7
– 66.5∙(2.7 –0.231) + 483.3∙(2.7 –0.231) = - 12.2 кНм
в). N4∙(Х4) - РОХ - Р1Х +Р2Y + Р3Y = 0 N4∙(Х4) = РОХ +Р1Х -Р2Y - Р3Y = -252.73 кН
Рассмотрим пятый участок
0 ≤ Х5 ≤
0.3 м:
а). –Q5∙(Х5) +Р4Y – q2∙X4 = 0
Q5∙(Х5) = -Р4Y + q2∙X4
Q4∙(0) = -Р4Y = -488.2 кН
Q4∙(0.3) = -488.2 -0.9∙0.3 = -487.93 кН
б). М4 + М5
– Р4 ∙(Х4) + q∙X5
∙( X5/2) = 0
М5∙(0) =
-73.8 кНм
М5∙(0.3)
= – 73.8 -0.9∙0.3 (0.3/2)+ 488.3∙0.3 = - 72.6 кНм
в). N4∙(Х4) = -Р4Х = -64.2 кН
Произведем расчет пальцев
проушин рукояти.
1. Расчет пальца проушины
рукояти для крепления ковша:
Расчет производится на
срез и изгиб.
Исходные данные:
DПАЛ = 75 мм – диаметр пальца;
LПАЛ = 250 мм – длина пальца
(определяется исходя из ширины рукояти);
Определим площадь сечения
пальца, мм2:
А ПАЛ = 0.785 ∙
d2 = 0.785 ∙ 752 =
4415.625 мм2
Определим момент осевой
сопротивления пальца, мм3:
W ПАЛ = 0.785 ∙ r3 = 0.785 ∙ 37.53 =
41396.48 мм3
Зная значение
усилия ковша РКОВ = 230.73 кН, определим τПАЛ, МПа:
τПАЛ = Рков
/ 2∙ А ПАЛ = 230730 / 2∙ 4415.625 = 26.1 МПа
Определим напряжение
возникающие в пальце рукояти, МПа:
σПАЛ = Рков
∙ L ПАЛ /2 ∙ 2 ∙ W ПАЛ = 348.3 МПа
В качестве материала
пальца используем сталь 40Х (термообработка – закалка и средний отпуск с
пределом текучести 480 МПа). Напряжение в пальце от среза и изгиба не превышает
допустимых. Напряжение среза и изгиба действуют в разных местах (изгиб – по
середине пальца, срез – сбоку от проушины, поэтому напряжения действуют
совместно.)
2. Расчет пальца проушины
рукояти для крепления коромысла:
Расчет производится на
срез и изгиб.
Исходные данные:
DПАЛ = 75 мм – диаметр пальца;
LПАЛ = 376 мм – длина пальца
(определяется исходя из ширины рукояти);
Определим площадь сечения
пальца, мм2:
А ПАЛ = 0.785 ∙
d2 = 0.785 ∙ 752 =
4415.625 мм2
Определим момент осевой
сопротивления пальца, мм3:
W ПАЛ = 0.785 ∙ r3 = 0.785 ∙ 37.53 =
41396.48 мм3
Зная значение
усилия от коромысла Ркор = 77.18 кН, определим τПАЛ,
МПа:
τПАЛ = Ркор
/ 2∙ А ПАЛ = 77180 / 2∙ 4415.625 = 8.73 МПа
Определим напряжение
возникающие в пальце рукояти, МПа:
σПАЛ = Ркор
∙ L ПАЛ /2 ∙ 2 ∙ W ПАЛ = 175.25 МПа
В качестве материала
пальца используем сталь 40Х (термообработка – закалка и средний отпуск с
пределом текучести 480 МПа). Напряжение в пальце от среза и изгиба не превышает
допустимых. Напряжение среза и изгиба действуют в разных местах (изгиб – по
середине пальца, срез – сбоку от проушины, поэтому напряжения действуют
совместно.)
3. Расчет пальца проушины
рукояти для крепления стрелы:
Расчет производится на
срез и изгиб.
Исходные данные:
DПАЛ = 75 мм – диаметр пальца;
LПАЛ = 376 мм – длина пальца
(определяется исходя из ширины рукояти);
Определим площадь сечения
пальца, мм2:
А ПАЛ = 0.785 ∙
d2 = 0.785 ∙ 752 =
4415.625 мм2
Определим момент осевой
сопротивления пальца, мм3:
W ПАЛ = 0.785 ∙ r3 = 0.785 ∙ 37.53 =
41396.48 мм3
Зная значение
усилия стрелы РСТР = 555.1 кН, определим τПАЛ, МПа:
τПАЛ = Рстр
/ 2∙ А ПАЛ = 555100 / 2∙ 4415.625 = 62.85 МПа
Определим напряжение
возникающие в пальце рукояти, МПа:
σПАЛ = Рстр
∙ L ПАЛ /2 ∙ 2 ∙ W ПАЛ = 1260 МПа
В качестве материала
пальца используем сталь 40ХН σтек = 1450 МПа (термообработка –
закалка и средний отпуск). Напряжение в пальце от среза и изгиба не превышает
допустимых. Напряжение среза и изгиба действуют в разных местах (изгиб – по
середине пальца, срез – сбоку от проушины, поэтому напряжения действуют
совместно.)
4. Расчет пальца проушины
рукояти для крепления гидроцилиндра рукояти:
Расчет производится на
срез и изгиб.
Исходные данные:
DПАЛ = 75 мм – диаметр пальца;
LПАЛ = 250 мм – длина пальца
(определяется исходя из ширины рукояти);
Определим площадь сечения
пальца, мм2:
А ПАЛ = 0.785 ∙
d2 = 0.785 ∙ 752 =
4415.625 мм2
Определим момент осевой
сопротивления пальца, мм3:
W ПАЛ = 0.785 ∙ r3 = 0.785 ∙ 37.53 =
41396.48 мм3
Зная значение
усилия гидроцилиндра рукояти РГЦР = 492.5 кН, определим τПАЛ,
МПа:
τПАЛ = Ргцр
/ 2∙ А ПАЛ = 492500 / 2∙ 4415.625 = 55.76 МПа
Определим напряжение
возникающие в пальце рукояти, МПа:
σПАЛ = Ргцр ∙ L ПАЛ /2 ∙ 2 ∙ W ПАЛ = 743.5 МПа
В качестве материала
пальца используем сталь 40Х σтек = 900 МПа (термообработка –
закалка и средний отпуск). Напряжение в пальце от среза и изгиба не превышает
допустимых. Напряжение среза и изгиба действуют в разных местах (изгиб – по
середине пальца, срез – сбоку от проушины, поэтому напряжения действуют
совместно.)
5. Расчет пальца проушины
рукояти для крепления гидроцилиндра ковша:
Расчет производится на
срез и изгиб.
Исходные данные:
DПАЛ = 75 мм – диаметр пальца;
LПАЛ = 250 мм – длина пальца
(определяется исходя из ширины рукояти);
Определим площадь сечения
пальца, мм2:
А ПАЛ = 0.785 ∙
d2 = 0.785 ∙ 752 =
4415.625 мм2
Определим момент осевой
сопротивления пальца, мм3:
W ПАЛ = 0.785 ∙ r3 = 0.785 ∙ 37.53 =
41396.48 мм3
Зная значение
усилия гидроцилиндра ковша Ргцк = 248.6 кН, определим τПАЛ,
МПа:
τПАЛ = Ргцк
/ 2∙ А ПАЛ = 248600 / 2∙ 4415.625 = 28.15 МПа
Определим напряжение возникающие
в пальце рукояти, МПа:
σПАЛ = Ргцк ∙ L ПАЛ /2 ∙ 2 ∙ W ПАЛ = 375 МПа
В качестве материала
пальца используем сталь 40Х σтек = 900 Мпа (термообработка –
закалка и средний отпуск). Напряжение в пальце от среза и изгиба не превышает
допустимых. Напряжение среза и изгиба действуют в разных местах (изгиб – по
середине пальца, срез – сбоку от проушины, поэтому напряжения действуют
совместно.)
Определим сечение рукояти
в шарнире соединения рукояти с ковшом
Определим размеры
поперечного сечения рукояти. Рассмотрим сечение, его геометрические
характеристики, размеры сечения, исходя из условий прочности.
1. F1 = b ∙ (H - h) = 0.196 ∙ (0.118 – 0.075) = 0.00843 м2
Y1 = H / 2
= 0.059 м
2. F2 = Bh+2b ∙ (H - h) = 0.238 ∙ 0.023 + 2 ∙
0.021 ∙ 0.021) =
= 0.00638 м2
X1 = B / 2
= 0.119 м
Y1 = Bh2+2b ∙ (H2 - h2) / 2(Bh+2b ∙ (H - h)) = 0.0147 м
Y1' = H - Y1 = 0.02985 м
1.F3 = Bh+2b ∙ (H - h) = 0.238 ∙ 0.023 + 2 ∙
0.021 ∙ 0.021) =
= 0.00638 м2
X1 = B / 2 = 0.119 м
Y1 = Bh2+2b ∙
(H2 - h2) / 2(Bh+2b ∙ (H - h)) = 0.0147 м
Y1' = H - Y1 = 0.02985 м
Определим статические
моменты каждой фигуры, а так же общие координаты YC:
SX = F1 ∙ Y1 + F2 ∙ Y2 + F3 ∙ Y3 = 0.001737 м3 YC = SX / ∑ Fобщ = 0.001737/ 0.021184 = 0.082 м
Определим моменты инерции
сечения в отдельности и всего сечения в целом:
1. JX1 = b / 12 ∙ (H3 – h3) = 0.196 / 12 ∙ (0.1183
– 0.0753) = 0.000119673 м4
2. JX2 = Bh3 + 2 b ∙ (H – h) 3/ 12 + Bh(Y1 – h/2) 2 + 2 b ∙ (H – h) (H – h / 2 + h - Y1)= =0.000037432 м4
3. JX3 = Bh3 + 2 b ∙ (H – h) 3/ 12 + Bh(Y1 – h/2) 2 + 2 b ∙ (H – h) (H – h / 2 + h - Y1)= =0.000037432 м4
Учитывая поправку
Штейнера получим:
JX2 + ( y2)2 F2 = 0.000066358 м4
JX3 + ( y3)2 F3 = 0.000066358 м4
JX общ =∑JXi = 0.000252389 м4
Определим момент
сопротивления относительно нейтральной линии:
W = JX общ / YC = 0.00307 м3
Определим напряжения
возникающие в сечение 1-1:
σ = N /Fвсего сечения = 10.8 МПа,
N = 230 кН;
Fвсего сечения = 0.021184 м2
σ ЭКВ = = 10.8 МПа
Определим сечение рукояти
2-2.
Определим размеры
поперечного сечения рукояти 2-2. Рассмотрим сечение, его геометрические
характеристики, размеры сечения, исходя из условий прочности.
F = HB - bh =
0.195 ∙ 0.238 – 0.149∙ 0.196 = 0.017206 м2
X1 = 0.119 м
Y1 = 0.0975 м
Определим момент инерции
сечения:
JX = HB3 –b h3 / 12 = 9.3 ∙ 10-5 м4
Определим момент
сопротивления сечения:
W = HB3 –b h3 / 6H =
0.000954 м3
Определим напряжения
возникающие в сечение 2-2:
σ max= Mизг /W = 46 МПа,
где
Мизг = 44.54
кНм
τ = Q / ∑Fст = 9.43 МПа,
где
Q = 59.04 кН;
∑Fст = 0.006258 м2
σ = N /Fвсего сечения = 13.6 МПа,
где
N = 234.1 кН;
Fвсего сечения = 0.017206 м2
σ ЭКВ = = 61.7 МПа
Определим сечение рукояти
в шарнире соединения рукояти с коромыслом 3-3.
Определим размеры
поперечного сечения рукояти 3-3. Рассмотрим сечение, его геометрические
характеристики, размеры сечения, исходя из условий прочности.
1. F1 = b ∙ (H - h) = 0.196 ∙ (0.135 – 0.075) = 0.01176 м2
X1 = b / 2
= 0.098 м
Y1 = H / 2
= 0.0675 м
1.
F2 = Bh+2b ∙ (H - h) = 0.238 ∙ 0.023 + 2 ∙
0.021 ∙ (0.0551 – 0.023) =
= 0.00682 м2
X1 = B / 2
= 0.119 м
Y1 = Bh2+2b ∙ (H2 - h2) / 2(Bh+2b ∙ (H - h)) = 0.0169 м
Y1' = H - Y1 = 0.0382 м
1.
F3 = Bh+2b ∙ (H - h) = 0.238 ∙ 0.023 + 2 ∙
0.021 ∙ (0.0849 – 0.023) =
= 0.0080738 м2
X1 = B / 2
= 0.119 м
Y1 = Bh2+2b ∙ (H2 - h2) / 2(Bh+2b ∙ (H - h)) = 0.02516 м
Y1' = H - Y1 = 0.05974 м
Определим статические
моменты каждой фигуры, а так же общие координаты YC:
SX = F1 ∙ Y1 + F2 ∙ Y2 + F3 ∙ Y3 = 0.00273409 м3
YC = SX / ∑ Fобщ = 0.00273409/ 0.030576 = 0.09 м
Определим моменты инерции
сечения в отдельности и всего сечения в целом:
1. JX1 = b / 12 ∙ (H3 – h3) = 0.196 / 12 ∙ (0.1353
– 0.0753) =
= 0.000033287 м4
2. JX2 = Bh3 + 2 b ∙ (H – h) 3/ 12 + Bh(Y1 – h/2) 2 + 2 b ∙ (H – h) (H – h / 2 + h - Y1)= = 0.000156 м4
3. JX3 = Bh3 + 2 b ∙ (H – h) 3/ 12 + Bh(Y1 – h/2) 2 + 2 b ∙ (H – h) (H – h / 2 + h - Y1)= = 0.000151 м4
Учитывая поправку
Штейнера получим:
JX1 + ( y1)2 F1= 0.0000346 м4
JX2 + ( y2)2 F2 = 0.000192 м4
JX3 + ( y3)2 F3 = 0.000231 м4
JX общ =∑JXi = 0.000458 м4
Определим момент
сопротивления относительно нейтральной линии:
W = JX общ / YC = 0.0051 м3
Определим напряжения
возникающие в сечение 3-3:
σ max= Mизг /W = 0.13 МПа,
где
Мизг = 0.68
кНм
τ = Q / ∑Fст = 33.9 МПа,
где
Q = 53.95 кН;
∑Fст = 0.0015918 м2
σ = N /Fвсего сечения = 8.78 МПа,
где
N = 234.1 кН;
Fвсего сечения = 0.026656 м2
σ ЭКВ = = 59.3 МПа
Определим сечение рукояти
4-4.
Определим размеры
поперечного сечения рукояти 4-4. Рассмотрим сечение, его геометрические
характеристики, размеры сечения, исходя из условий прочности.
F = HB - bh =
0.022876 м2
X1 = 0.119 м
Y1 = 0.165 м
Определим момент инерции
сечения:
JX = HB3 –b h3 / 12 = 0.0001925 м4
Определим момент
сопротивления сечения:
W = HB3 –b h3 / 6H =
0.00161 м3
Определим напряжения
возникающие в сечение 4-4:
σ max= Mизг /W = 27.6 МПа,
где
Мизг = 44.54
кНм
τ = Q / ∑Fст = 4.9 МПа,
где
Q = 59 кН;
∑Fст = 0.011928 м2
σ = N /Fвсего сечения = 10.2 МПа,
где
N = 234.1 кН;
Fвсего сечения = 0.022876 м2
σ ЭКВ = = 38.74 МПа
Определим сечение рукояти
в шарнире соединения рукояти с стрелой.
Определим размеры
поперечного сечения рукояти. Рассмотрим сечение, его геометрические
характеристики, размеры сечения, исходя из условий прочности.
1. F1 = b ∙ (H - h) = 0.238 ∙ (0.135 – 0.075) = 0.0143 м2
X1 = b / 2
= 0.119 м
Y1 = H / 2
= 0.0675 м
2. F2 = Bh+2b ∙ (H - h) = 0.238 ∙ 0.023 + 2 ∙
0.021 ∙ (0.303 – 0.023) =
= 0.01723 м2
X1 = B / 2
= 0.119 м
Y1 = Bh2+2b ∙ (H2 - h2) / 2(Bh+2b ∙ (H - h)) = 0.0115 м
Y1' = H - Y1 = 0.188 м
Определим статические
моменты каждой фигуры, а так же общие координаты YC:
SX = F1 ∙ Y1 + F2 ∙ Y2 = 0.0073 м3
YC = SX / ∑ Fобщ = 0.0073/ 0.03153 = 0.232 м
Определим моменты инерции
сечения в отдельности и всего сечения в целом:
1. JX1 = b / 12 ∙ (H3 – h3) = 0.238 / 12 ∙ (0.1353
– 0.0753) = 0.0000404 м4 2. JX2 = Bh3 + 2 b ∙ (H – h) 3/ 12 + Bh(Y1 – h/2) 2 + 2 b ∙ (H – h) (H – h / 2 + h - Y1)= = 0.00070024 м4
Учитывая поправку
Штейнера получим:
JX1 + ( y1)2 F1= 0.000314 м4
JX2 + ( y2)2 F2 = 0.000936 м4
JX общ =∑JXi = 0.00125 м4
Определим момент
сопротивления относительно нейтральной линии:
W = JX общ / YC = 0.00538 м3
Определим напряжения
возникающие в сечение 5-5:
σ max= Mизг /W = 16 МПа,
где
Мизг = 86.6
кНм
τ = Q / ∑Fст = 35.1 МПа,
где
Q = 413 кН;
∑Fст = 0.01176 м2
σ = N /Fвсего сечения = 8 МПа,
где
N = 252.7 кН;
Fвсего сечения = 0.03153 м2
σ ЭКВ = = 65 МПа
2.9 Расчет
металлоконструкции стрелы
Определим наиболее
нагруженное положение стрелы.
В положении 3Р будет
максимальное усилие действующие на шарнир В (стрела и рукоять) от рукояти.
Зная значения максимального усилия
гидроцилиндра стрелы, гидроцилиндра рукояти, усилия в шарнире соединения стрелы
с рукоятью, методом плана сил определим силы, которые действуют в шарнирах
стрелы. Все построения для определения сил, выполним в масштабе.
Воспользовавшись методом
плана сил, мы определили значение и направление силы Р1 = 790.6 кН.
Рис.20 План сил
возникающих в стреле.
Выполним проверку:
ΣFx = 0;
ΣFy = 0;
ΣFx = 0
Р4 = 555.1 · cos 54º = -324 кН;
Р3 = 492.5 · cos 51.5º = 308.6 кН;
Р2 = 824.6 · cos 47º = -560 кН;
Р1 = 790.6 · cos 43.5º= 575.4 кН.
308.6 – 324 + 575.4 – 560
= 0
ΣFy = 0
Р4 = 555.1 · cos36º = -448 кН;
Р3 = 492.5 · cos 38.5º = 387 кН;
Р2 = 824.6 · cos 43º = 604 кН;
Р1 = 790.6 · cos 46.5º = -543 кН;
Исходные данные для
расчета стрелы:
Р1 = 790.6 кН;
Р2 = 824.6 кН;
Р3 = 492.5 кН;
Р4 = 555.1 кН;
Р1X = 790.6∙ cos 20º = 742.9 кН;
Р1Y = 790.6∙ cos 80º = 137.28 кН;
Р2X = 824.6 ∙ cos 85.5º = 800 кН;
Р2Y = 824.5 ∙ cos 4.5º = 199.48 кН;
Р3X = 492.5 ∙ cos 4º = 491.3 кН;
Р3Y = 492.5 ∙ cos 86º = 34.3 кН;
Р4X = 555.1 ∙ cos 7.5º = 550.3 кН;
Р4Y = 555.1 ∙ cos 82.5º = 72.45 кН;
М1 = 492.5∙
0.422 = 207.8 кНм;
q1 = 5.36 кНм – распределенная нагрузка от веса стрелы
(для второго участка);
q2 = 8.99кНм – распределенная нагрузка от веса стрелы
(для второго участка);
Схема распределений
усилий в стреле.
Рассмотрим первый участок
0 ≤ Х1 ≤ 2.35 м:
а). Q1∙(Х1) + Р1Y + q1 ∙X1 = 0
Q1∙(Х1) = - Р1Y – q1 ∙X1
Q1∙(0) = - Р1Y – q1 ∙X1
= -137.28 – 0 = -137.28
кН
Q1∙(2.35) = - Р1Y – q1 ∙X1 = -137.28 – 2.35 ∙ 5.36 = -149.08
кН
б). М1∙(Х1)
+ Р1Y
∙(Х1)+ q1 ∙X1 ∙( X1/2) = 0
М1∙(Х1)
= - Р1Y ∙(Х1)
– q1 ∙X1 ∙( X1/2)
М1∙(0) =
- Р1Y
∙(Х1) –
q1 ∙X1 ∙( X1/2)= 0
М1∙(2.35)
= - Р1Y ∙(Х1)
– q1∙X1
∙( X1/2)= - 137.28 ∙(2.35) – 2.35 ∙ 5.36 ∙(
2.35/2)= -337.4 кНм
в). N1∙(Х1) – Р1Х = 0
N1∙(Х1) = Р1Х = 742.9 кН
Рассмотрим второй участок
2.35 м ≤ Х2 ≤ 2.4 м:
а). Q2∙(Х2) + Р1Y - Р2Y + q1∙X = 0
Q2∙(Х2) = - Р1Y + Р2Y - q1∙X2
Q2∙(2.35) = 199.48 - 137.28 - 5.36∙2.35 = 49.6
кН
Q2∙(2.4) = 199.48 - 137.28 - 5.36∙2.4 = 49.3
кН
б). М2∙(Х2)
+ Р1Y
∙(Х2) -
Р2Y
∙(Х2 – l1) + q1
Х2 (Х2
– l1) = 0
М2∙(Х2)
= - Р1Y ∙(Х2)
- Р2Y
∙(Х2 – l1) - q1∙ Х2 (Х2
– l1)
М2∙(2.35)
= 0 – 137.28∙2.35 – 5.36∙2.35∙(2.35/2) = - 337.4 кНм
М2∙(2.4)
= 199.48∙(2.4 – 2.35) – 137.28∙2.4 – 5.36∙2.4∙(2.4/2) =
-334.9кНм
в). N1∙(Х2) – Р1Х + Р2Х
= 0 N1∙(Х2) = Р1Х – Р2Х
= 742.9 – 800 = -57.1 кН
Рассмотрим третий участок
0 м ≤ Х3 ≤ 1.83 м:
а). Q3∙(Х3) – Р4Y - q2 ∙ X3 = 0
Q3∙(Х3) = Р4Y +q2 ∙ X3
Q3∙(0) = Р4Y + q2 ∙X3 = 72.45 кН
Q3∙(1.83) = Р4Y + q2 ∙X3 = 72.45 + 8.99∙1.83= 88.9 кН
б). - М3∙(Х3)
– Р4Y
∙(Х3) –
q2 ∙X3∙( X3/2) = 0
М3∙(Х3)
= – Р4Y ∙(Х3)
– q2 ∙X3∙( X3/2)
М3∙(0) =
0 кНм
М3∙(1.83)
= – Р4Y ∙(Х3)
– q2 ∙X3∙( X3/2)= - 8.99 ∙1.83 ∙ (1.83
/2) – 72.45∙1.83 = -269.1 кНм
в). N3∙(Х3) + Р4Х = 0 N3∙(Х3) = - Р4Х =
- 550.3 кН
Рассмотрим четвертый
участок 1.83 ≤ Х4 ≤ 2.64 м:
а). Q4∙(Х4) + Р3Y – Р4Y - q∙X4 = 0 Q4∙(Х4) = - Р3Y + Р4Y + q∙X4
Q4∙(1.83) = - Р3Y + Р4Y + q∙X4 = 8.99 ∙1.83 + 72.45 - 34.3 = 54.6
кН
Q4∙(2.64) = - Р3Y + Р4Y + q∙X4
= 8.99 ∙2.64
+ 72.45 - 34.3= 61.88 кН
б). - М4∙(Х4)
– М1 – Р4Y ∙(Х4)
+ Р3Y
∙(Х4 – l1) - q∙X4 ∙( X4/2) = 0
М4∙(Х4)
= – М1 – Р4Y ∙(Х4)
+ Р3Y
∙(Х4 – l1) - q∙X4 ∙( X4/2)
М4∙(1.83)
=- 207.8 – 72.45 ∙(1.83) + 0 – 8.99∙1.83 ∙(
1.83/2) = - 355.43 кНм
М4∙(2.64)
=- 207.8 – 72.45 ∙(2.64) + 34.3(2.64-1.83) – 8.99∙2.64
∙( 2.64/2) = =- 402.6 кНм
в). N4∙(Х4) – Р3Х + Р4Х
= 0
N4∙(Х4) = Р3Х - Р4Х
= 491.3 – 550.3 = - 59 кН
Произведем расчет пальцев
проушин стрелы.
1. Расчет пальца проушины
стрелы для крепления рукояти:
Расчет производится на
срез и изгиб.
Исходные данные:
DПАЛ = 75 мм – диаметр пальца;
LПАЛ = 376 мм – длина пальца
(определяется исходя из ширины рукояти);
Определим площадь сечения
пальца, мм2:
А ПАЛ = 0.785 ∙
d2 = 0.785 ∙ 752 =
4415.625 мм2
Определим момент осевой
сопротивления пальца, мм3:
W ПАЛ = 0.785 ∙ r3 = 0.785 ∙ 37.53 =
41396.48 мм3
Зная значение
усилия в шарнире стрелы РРУК = 555.1 кН, определим τПАЛ,
МПа:
τПАЛ = Ррук
/ 2∙ А ПАЛ = 555100 / 2∙ 4415.625 = 62.85 МПа
Определим напряжение
возникающие в пальце стрелы, МПа:
σПАЛ = Ррук
∙ L ПАЛ /2 ∙ 2 ∙ W ПАЛ = 1260 МПа
В качестве материала
пальца используем сталь 40ХН σтек = 1450 МПа (термообработка –
закалка и средний отпуск). Напряжение в пальце от среза и изгиба не превышает
допустимых. Напряжение среза и изгиба действуют в разных местах (изгиб – по
середине пальца, срез – сбоку от проушины, поэтому напряжения действуют
совместно.)
2. Расчет пальца проушины
стрелы для крепления гидроцилиндра рукояти:
Расчет производится на
срез и изгиб.
Исходные данные:
DПАЛ = 70 мм – диаметр пальца;
LПАЛ = 236 мм – длина пальца;
Определим площадь сечения
пальца, мм2:
А ПАЛ = 0.785 ∙
d2 = 0.785 ∙ 702 =
3846.5 мм2
Определим момент осевой
сопротивления пальца, мм3:
W ПАЛ = 0.785 ∙ r3 = 0.785 ∙ 353 =
33656.875 мм3
Зная значение
усилия гидроцилиндра стрелы РГЦР = 492.5 кН, определим τПАЛ,
МПа:
τПАЛ = Ргцр
/ 2∙ А ПАЛ = 492500 / 2∙ 3846.5 = 64 МПа
Определим напряжение
возникающие в пальце рукояти, МПа:
σПАЛ = Ргцр ∙ L ПАЛ /2 ∙ 2 ∙ W ПАЛ = 702 МПа
В качестве материала
пальца используем сталь 40Х σтек = 900 МПа (термообработка –
закалка и средний отпуск). Напряжение в пальце от среза и изгиба не превышает
допустимых. Напряжение среза и изгиба действуют в разных местах (изгиб – по
середине пальца, срез – сбоку от проушины, поэтому напряжения действуют
совместно.)
3. Расчет пальца проушины
стрелы для крепления гидроцилиндра стрелы:
Расчет производится на
срез и изгиб.
Исходные данные:
DПАЛ = 120 мм – диаметр пальца;
LПАЛ = 376 мм – длина пальца
(определяется исходя из ширины стрелы);
Определим площадь сечения
пальца, мм2:
А ПАЛ = 0.785 ∙
d2 = 0.785 ∙ 1202 =
11304 мм2
Определим момент осевой
сопротивления пальца, мм3:
W ПАЛ = 0.785 ∙ r3 = 0.785 ∙ 603 =
169560 мм3
Зная значение
усилия гидроцилиндра стрелы РСТР = 824.6 кН, определим τПАЛ,
МПа:
τПАЛ = Рстр
/ 2∙ А ПАЛ = 824600 / 2∙ 11304 = 36 МПа
Определим напряжение
возникающие в пальце стрелы, МПа:
σПАЛ = Рстр
∙ L ПАЛ /2 ∙ 2 ∙ W ПАЛ = 457 МПа
В качестве материала
пальца используем сталь 40Х σтек = 900 МПа (термообработка –
закалка и средний отпуск). Напряжение в пальце от среза и изгиба не превышает
допустимых. Напряжение среза и изгиба действуют в разных местах (изгиб – по
середине пальца, срез – сбоку от проушины, поэтому напряжения действуют
совместно.)
4. Расчет пальца проушины
для крепления стрелы к базе экскаватора:
Расчет производится на
срез и изгиб.
Исходные данные:
DПАЛ = 120 мм – диаметр пальца;
LПАЛ = 595 мм – длина пальца
(определяется исходя из ширины стрелы);
Определим площадь сечения
пальца, мм2:
А ПАЛ = 0.785 ∙
d2 = 0.785 ∙ 1202 =
11304 мм2
Определим момент осевой
сопротивления пальца, мм3:
W ПАЛ = 0.785 ∙ r3 = 0.785 ∙ 603 =
169560 мм3
Зная значение
усилия в шарнире стрелы РБ = 790.6 кН, определим τПАЛ,
МПа:
τПАЛ = Рб
/ 2∙ А ПАЛ = 790600 / 2∙ 11304 = 34.9 МПа
Определим напряжение
возникающие в пальце стрелы, МПа:
σПАЛ = Рб
∙ L ПАЛ /2 ∙ 2 ∙ W ПАЛ = 693.5 МПа
В качестве материала
пальца используем сталь 40Х σтек = 900 МПа (термообработка –
закалка и средний отпуск). Напряжение в пальце от среза и изгиба не превышает
допустимых. Напряжение среза и изгиба действуют в разных местах (изгиб – по
середине пальца, срез – сбоку от проушины, поэтому напряжения действуют
совместно.)
Определим сечение стрелы
в шарнире соединения стрелы с базой экскаватора 1-1.
Определим размеры
поперечного сечения стрелы 1-1. Рассмотрим сечение, его геометрические
характеристики, размеры сечения, исходя из условий прочности.
1. F1 = b ∙ (H - h) = 0.595 ∙ (0.234 – 0.120) = 0.06783 м2
X1 = b / 2
= 0.2975 м
Y1 = H / 2
= 0.117 м
Определим момент инерции
сечения:
JX1 = b / 12
∙ (H3 – h3) = 0.595 / 12 ∙ (0. 2343
– 0. 1203) = 0.0005536 м4
Определим момент
сопротивления относительно нейтральной линии:
W = b / 6Н ∙ (H3 – h3) =0.00469 м3
Определим напряжения
возникающие в сечение 1-1:
σ = N /Fвсего сечения = 10.9 МПа,
N = 742.9 кН;
Fвсего сечения = 0.06783 м2
σ ЭКВ = = 10.9 МПа
Определим сечение стрелы
2-2.
Определим размеры
поперечного сечения стрелы 2-2. Рассмотрим сечение, его геометрические
характеристики, размеры сечения, исходя из условий прочности.
F = HB - bh =
0.369 ∙ 0.340 – 0.323∙ 0.298 = 0.029206 м2
X1 = 0.17 м
Y1 = 0.1845 м
Определим момент инерции
сечения:
JX = HB3 –b h3 / 12 = 0.000496 м4
Определим момент
сопротивления сечения:
W = HB3 –b h3 / 6H =
0.002919 м3
Определим напряжения
возникающие в сечение 2-2:
σ max= Mизг /W = 57.79 МПа,
где
Мизг = 168.7
кНм
τ = Q / ∑Fст = 10.55 МПа,
Q = 143.18 кН;
∑Fст = 0.013566 м2
σ = N /Fвсего сечения = 12.7 МПа,
где
N = 371.45 кН;
Fвсего сечения = 0.029206 м2
σ ЭКВ = = 72.85 МПа
Определим сечение стрелы
в шарнире соединения стрелы с гидроцилиндром стрелы 3-3.
Определим размеры
поперечного сечения стрелы 3-3. Рассмотрим сечение, его геометрические
характеристики, размеры сечения, исходя из условий прочности.
1. F1 = b ∙ (H - h) = 0.298 ∙ (0.200 – 0.120) =
0.02384 м2
X1 = b / 2 = 0.149 м
Y1 = H / 2 = 0.1 м
1.
F2 = Bh+2b ∙ (H - h) = 0.340 ∙ 0.023 + 2 ∙
0.021 ∙ (0.1675 – 0.023) =
= 0.013889 м2
X1 = B / 2
= 0.17 м
Y1 = Bh2+2b ∙ (H2 - h2) / 2(Bh+2b ∙ (H - h)) = 0.0483 м
Y1' = H - Y1 = 0.1192 м
2.
F3 = Bh+2b ∙ (H - h) = 0.340 ∙ 0.023 + 2 ∙
0.021 ∙ (0.1675 – 0.023) =
= 0.013889 м2
X1 = B / 2
= 0.17 м
Y1 = Bh2+2b ∙ (H2 - h2) / 2(Bh+2b ∙ (H - h)) = 0.0483 м
Y1' = H - Y1 = 0.1192 м
Определим моменты инерции
сечения в отдельности и всего сечения в целом:
1. JX1 = b / 12 ∙ (H3 – h3) = 0.298 / 12 ∙ (0.23
– 0.123) = 0.000155754 м4
2. JX2 = Bh3 + 2 b ∙ (H – h) 3/ 12 + Bh(Y1 – h/2) 2 + 2 b ∙ (H – h) (H – h / 2 + h - Y1)= = 0.000306433 м4
3. JX3 = Bh3 + 2 b ∙ (H – h) 3/ 12 + Bh(Y1 – h/2) 2 + 2 b ∙ (H – h) (H – h / 2 + h - Y1)= = 0.000306433 м4
Учитывая поправку
Штейнера получим:
JX2 + ( y2)2 F2 = 0.000446 м4
JX3 + ( y3)2 F3 = 0.000446 м4
JX общ =∑JXi = 0.00105 м4
Определим момент
сопротивления относительно нейтральной линии:
W = JX общ / YC = 0.00461 м3
Определим напряжения
возникающие в сечение 3-3:
σ max= Mизг /W = 73.18 МПа,
где
Мизг = 337.4
кНм
τ = Q / ∑Fст = 31.5 МПа,
∑Fст = 0.0015918 м2
σ = N /Fвсего сечения = 1.1 МПа,
где
N = 57.1 кН;
Fвсего сечения = 0.051618 м2
σ ЭКВ = = 74.3 МПа
Определим сечение стрелы
4-4.
Определим размеры
поперечного сечения стрелы 4-4. Рассмотрим сечение, его геометрические
характеристики, размеры сечения, исходя из условий прочности.
F = HB - bh =
0.00588 м2
X1 = 0.170 м
Y1 = 0.2275 м
Определим момент инерции
сечения:
JX = HB3 –b h3 / 12 = 0.000588 м4
Определим момент
сопротивления сечения:
W = HB3 –b h3 / 6H =
0.00346 м3
Определим напряжения
возникающие в сечение 4-4:
σ max= Mизг /W = 97.15 МПа,
где
Мизг = 336.15
кНм
τ = Q / ∑Fст = 2.8 МПа,
где
Q = 49.6 кН;
∑Fст = 0.017178 м2
σ = N /Fвсего сечения = 9.71 МПа,
где
N = 57.1 кН;
Fвсего сечения = 0.00588 м2
σ ЭКВ = = 106.96 МПа
Определим сечение стрелы
5-5.
Определим размеры
поперечного сечения стрелы 5-5. Рассмотрим сечение, его геометрические
характеристики, размеры сечения, исходя из условий прочности.
F = HB - bh =
0.0031138 м2
X1 = 0.170 м
Y1 = 0.2075 м
Определим момент инерции
сечения:
JX = HB3 –b h3 / 12 = 0.000545508 м4
Определим момент
сопротивления сечения:
W = HB3 –b h3 / 6H =
0.00320887 м3
Определим напряжения
возникающие в сечение 5-5:
σ max= Mизг /W = 46 МПа,
где
Мизг = 147.63
кНм
τ = Q / ∑Fст = 5.73 МПа,
где
Q = 88.9 кН;
∑Fст = 0.015498 м2
σ = N /Fвсего сечения = 176.7 МПа,
где
N = 550.3 кН;
Fвсего сечения = 0.0031138 м2
σ ЭКВ = = 222.92 МПа
Определим сечение стрелы
6-6.
Определим размеры
поперечного сечения стрелы 6-6. Рассмотрим сечение, его геометрические
характеристики, размеры сечения, исходя из условий прочности.
F = HB - bh =
0.0028282 м2
X1 = 0.170 м
Y1 = 0.1735 м
Определим момент инерции
сечения:
JX = HB3 –b h3 / 12 = 0.000472746 м4
Определим момент
сопротивления сечения:
W = HB3 –b h3 / 6H =
0.00278086 м3
Определим напряжения
возникающие в сечение 6-6:
σ max= Mизг /W = 48.38 МПа,
где
Мизг = 134.55
кНм
τ = Q / ∑Fст = 5.2 МПа,
где
Q = 66.137 кН;
∑Fст = 0.012642 м2
σ = N /Fвсего сечения = 27.8 МПа,
где
N = 78.6 кН;
Fвсего сечения = 0.0028282 м2
σ ЭКВ = = 76.7 МПа
Определим сечение стрелы
в шарнире соединения стрелы с рукоятью 7-7.
Определим размеры
поперечного сечения стрелы 7-7. Рассмотрим сечение, его геометрические
характеристики, размеры сечения, исходя из условий прочности.
F = hb = 0.067 ∙ 0.064 = 0.004288 м2
X1 = b / 2
= 0.032 м
Y1 = h / 2 =
0.0335 м
Определим моменты инерции
сечения в отдельности и всего сечения в целом:
Учитывая поправку
Штейнера получим JX :
JX = (b h3 / 12+ F ∙ (y) 2) ∙ 4 =
0.000352268 м4
Определим момент
сопротивления относительно нейтральной линии:
W = JX / YC = 0.0033709 м3
Определим напряжения
возникающие в сечение 7-7:
τ = Q / ∑Fст = 7.23 МПа,
где
Q = 124 кН;
∑Fст = 0.017152 м2
σ = N /Fвсего сечения = 27.05 МПа,
где
N = 463.9 кН;
Fвсего сечения = 0.017152 м2
σ ЭКВ = = 29.8 МПа
По окончанию расчетов
рукояти, стрелы и ковша примем сталь марки 09Г2С ГОСТ 19282-73 с пределом
текучести 305 МПа, которая рекомендуется в "РД 2201…86" для
проектирования металлоконструкции экскаватора.
Заключение
В проекте, в соответствии
с темой "Проектирование рабочего оборудования одноковшового экскаватора",
было спроектировано рабочее оборудование экскаватора, состоящие из стрелы,
рукояти и ковша, тяги, коромысла с привязанными к ним гидроцилиндрами. Для
осуществления данного проекта проведены расчеты:
- разработка базовой
части гусеничного экскаватора;
- определение основных
параметров рабочего оборудования;
- расчет рабочего
оборудования;
- расчет параметров
ковша;
- расчет объёмного
гидропривода рабочего оборудования экскаватора;
- расчет параметров
насосно- силовой установки. Выбор типоразмеров насосов и первичного двигателя;
- расчет
металлоконструкции рабочего оборудования;
В результате данных
расчетов получили основные характеристики экскаватора:
- объём ковша – 0.4 м3;
- глубина копания – 5.91
м;
- максимальная высота
выгрузки – 4.6 м;
- максимальный радиус
копания – 8.9 м;
- угол поворота рабочего
оборудования - 360º;
экскаватор ковш гидроцилиндр металлоконструкция
Список
литературы
1. Крикун В.Я., Манасян В.Г. "Расчет
основных параметров гидравлических экскаваторов с рабочим оборудованием
обратная лопата" Издание первое – М., "Издательство Ассоциации
строительных вузов", 2001 г.
2. Анурьев В.И. " Справочник
конструктора-машиностроителя", т.1. М., "Машиностроение", 1979 г.
3. Анурьев В.И. " Справочник конструктора-машиностроителя",
т.2. М., "Машиностроение", 1980 г.
4. Анурьев В.И. " Справочник
конструктора-машиностроителя", т.3. М., "Машиностроение", 1981 г.
5. Крикун В.Я., "Привязка
гидравлических цилиндров копающих механизмов к рабочему оборудованию
экскаватора" – М., "Строительные и дорожные машины", 1997 г.
Размещено
на