Машины и оборудование для разработки мерзлых грунтов

где Wк – момент сопротивления при кручении,

468/ 2,7 10 6 173МПа.

Нормальные и касательные напряжения складываем по третьей теории прочности:

2 3 2 7102 3 95,42 728МПа.

Допускаемое напряжение при растяжении для стали 40ХН [σ] = = 800 МПа.

Определим запас прочности:

6.6.2.Расчет прочности шлицевого соединения на смятие

Принимая перепад давления рабочей жидкости на поршне при повороте зубьев Р = 1,2 МПа и площадь поршня

Fраб 4 (D2 d 2 ) 4 (52 2,52 ) 14,7 см2 ,

определяем осевое усилие, действующее на поршень:

Pос PFраб 120 14,7 1764кгс.

По найденной величине усилия вычислим: а) усилие от силовой пружины;

б) составляющую момента трения между поршнем и торцом гайки, момента трения в резьбе гайки (втулки) и штока при взаимном скольжении и повороте, а также при скольжении гайки (втулки) по шлицам штока.

142

Суммарное усилие от пружины и от трения уплотнения поршня Рпр 40 кгс. Другие перечисленные потери оценим суммарным ко-

где D0 – номинальный диаметр резьбы многозаходной гайки-втулки,

D0 = 42 мм.

Момент, передающийся на шлицевое соединение гайки-втулки со штоком,

М д Рос D20 Мкр 176442,2 1572 2132,4 кгс/cм.

При найденном действительном крутящем моменте на гайкевтулке Mд = 2132,4 кгс/см, диаметре образующих шлиц d0 = 30 мм, модуле зацепления т = 1,5 мм определяем контактные напряжения смятия в шлицах:

где Z – число шлиц в соединении, Z = 20; l – длина зацепления, l = 12 мм;

0,75 – коэффициент, учитывающий неравномерность зацепления. Для штока выбираем сталь типа 18ХНВА с термообработкой

HRC 34...45. При такой твердости для подвижных шлицевых соединений допускаемое контактное напряжение смятия [σсм] = 6...8 кгс/см2.

6.6.3. Расчет гидроаккумулятора на прочность

Считаем, что процесс зарядки и разрядки происходит медленно и можно считать его изотермическим.

Определим коэффициент перепада давлений φ. Он должен быть не более 0,2…0,3 [7]:

143

Pmax Pmin ;

Pmax

Pmax = 250 кгс/см2; Pmin = 200 кгс/см2; 250 200 0,2 .

250

Толщину стенок гидроаккумулятора находим по формуле

S D Pmax (1 2 ) ,

2 Pmax (1 )

где D – внутренний диаметр гидроаккумулятора, D = 0,1 м; Рmaх – максимальное давление, Pmax = 250 кгс/см2;

σ – допускаемое напряжение на разрыв для Ст3, σ = 900 кгс/см2;

μ– коэффициент Пуассона, равный 0,3. Толщина стенок

принимаем S = 7 мм.

Находим толщину плоского днища:

принимаем Sп.дн = 8 мм.

6.6.4. Проверка на прочность гидроцилиндра активизатора

Проверка на прочность соединения фланца с цилиндром. Соеди-

нение осуществляется четырьмя болтами М8. Условие прочности имеет вид

F p

144

где σ – напряжение, возникающее в болтах при растяжении, Па; Q – сила, растягивающая болты, Н;

F – площадь поперечного сечения болта, м2;

[σр] – допускаемое напряжение на разрыв материала болта, [σр] = = 180 · 106 Па.

Определяем силу, отрывающую фланец и растягивающую болты:

где D – внутренний диаметр цилиндра, D = 0,05 м,

р– максимальное давление рабочей жидкости, р = 25 · 106 Па. Определяем площадь поперечного сечения болтов:

где i – число болтов, равное 4;

d1 – внутренний диаметр резьбы болта, d1 = 0,0066 м.

Полученные значения подставим в формулу (93) и в результате получим:

Болты М8 удовлетворяют условиям прочности.

Проверка на прочность стенки гидроцилиндра. Условие проч-

ности имеет вид

PD x[ p ] ,

2

где σ – напряжение, возникающее в стенке, Па; Р – максимальное давление рабочей жидкости, Р = 25 · 106 Па;

D – внутренний диаметр гидроцилиндра, D = 0,05; σ – толщина стенки, σ = 0,005;

[σр] – допустимое напряжение на разрыв для стали 45, [σр] = 200 · 106 Па.

145

Тогда

25 106 0,05 12,5 106 200 106 Па. 2 0,005

Стенка толщиной σ = 0,005 м удовлетворяет условиям прочности.

6.7. Расчет рукояти экскаватора на прочность

Наибольшее напряжение в рукояти возникает при копании, когда стрела предельно опущена, угол между штоком гидроцилиндра рукояти и хвостовой частью рукояти равен 90°, а зубья ковша находятся на продолжении оси рукояти. Копание происходит гидроцилиндрами ковша и стрелы.

Особенностью машины является то, что при наполнении ковша разрушение грунта осуществляется не всей режущей кромкой ковша, а двумя парами зубьев поочередно. Такое решение позволяет создать большее усилие на режущей кромке, чем у обычной машины.

Усилие резания (рис. 64)

Р01 = 2Р01 = 2 · 46 596 = 93 192 Н,

где Р01 – усилие резания одним зубом. Нормальная реакция грунта

Р02 = ψР01 = 0,4 · 93 192 = 37 277 Н,

где ψ – коэффициент пропорциональности.

Боковая сила Рбок (Н), действующая на кромку ковша, находится из условия

Pбок = Мтoр / Rтор ,

где Мтoр – тормозной момент механизма поворота, приведенный к оси

поворотной платформы, Н · м, Мтор = 35 · 103 Н · м;

Rтор – расстояние от режущей кромки зуба до оси поворотной платформы, м;

Rтор = RK · 10–3,

R – радиус (см. рис. 64), мм; К – масштаб, К = 35,

Rтор = 47 · 35 · 10–3 = 1,65 м; Pбок = 35 · 103 / 1,65 = 21 300 Н.

146

где γ – объемный вес грунта, кг/м3. Таким образом,

Gк+г = 9000 + 8700 = 17 700 Н.

Вес рукояти Gp = 25 300 Н.

Из условия равновесия ковша найдем усилие РЕ в тяге поворота ковша ( M A 0 , плоскость X0Y):

где lP1A, lGA, lPEA – плечи соответствующих сил (см. рис. 64), мм. Найдем реакции в шарнире А из условия равновесия ковша:

X 0 : P2 Gк г cos αG PE PАКX 0,

На рукоять в точке А будут действовать реакции, противоположные найденным:

PAPX | PAKX | 156 649 Н;

PAPY | PAPY | 108963H.

Усилие в гидроцилиндре ковша найдем из равенства

Mн 0 : PElPEA PK lPKB 0,

PK PE lPEA / lPKB 185 890 19 /16 220 745 H.

148

Найдем реакции в шарнире В, системе координат X'0'Y':

X' 0 : PE cos αPE PK cosαPK PXBX' 0,

PXBX' PK cos αPK PE cosαPE 220 745cos60o

185 890cos56o 6424 H.

Y' 0 : PE sin αPE PK sin αPK PBY' 0,

PBY' PK sin αPK PE sin αPE 220 745sin 60o

185 890sin 56o 37 061 H.

Переведем реакции PXBX ' , PXBY ' в систему X0Y:

X' 0: PXBY cos αB PXBX sin αB PBX 0,

PXBX PXBY cos αB PXBX sin αB 37 061cos36o

6424sin 36o 33 759 H.

Y 0: PBY sin αB PBX cosαB PBY 0,

PBY PBY sin αB PBX cosαB 37 061sin 30o

6424cos36o 16 587 H.

PBX , PBY – реакции в шарнире B, действующие на рукоять.

Разложим по осям в системе X0Y усилие на гидроцилиндре ковша Pк и вес рукояти Gp:

PкX Рк cos αPк H 220 745cos 4o 220 207 H.

PкY Рк sin αPк H 220 745sin 4o 159 398 H.

GpX Gp cos αG 25 300cos63 12 486 H.

GpY sin αG 25 300sin 63 22 543 H.

Определим усилие в гидроцилиндре рукояти Pp (рис. 65):

Mc 0 : Pp 0,81 PAPY 2,1 PBY 1,75 PкY 0,42PкX 0,67 GрY 0,56 (PAPX PBX GрY ) 0,37 0.

149