
книги из ГПНТБ / Родин И.И. Проектирование одноковшовых строительных экскаваторов учеб. пособие
.pdf1) из напряжений в вертикальной плоскости
2,3Rrп + |
0,5 gpr'n -f- 2/3 SHmax hi |
кгс'см- |
(7.22) |
а и |
W |
||
|
|
|
Силу напора S Hmax следует принимать только для многомо торного привода, при одномоторном приводе величина ее не значительна;
2 ) растяжения или сжатия
|
|
2 ;3 S Н Ш Я У |
кгс, см* |
(7.23) |
||
где \Ѵ — момент сопротивления сечения одной балки, |
ши3; |
|||||
gp — вес одной балки рукояти, кгс; |
|
|||||
hi — расстояние до |
нейтральной |
оси; |
|
|||
|
ер — коэффициент, |
учитывающий |
гибкость сечения и |
|||
|
принимаемый по таблице в зависимости от |
|
||||
|
|
/Р |
|
|
|
|
|
|
min |
|
|
|
|
|
|
F |
|
|
|
|
Здесь |
/р — свободная длина рукояти; |
|
|
|||
Imin— наименьший момент инерции, см*\ |
|
|||||
3) |
напряжения от изгиба в горизонтальной плоскости |
|||||
|
С И Г |
P f / ' n - f Р 02 1 |
кгс[см2 ; |
(7.24) |
||
|
|
w, |
|
|
|
4)напряжения от скручивания балок рукояти силами Р0і
иРб.
Здесь следует иметь в виду возможность двух видов де формаций: скручивание балок или изгиб в вертикальной пло скости. Если боковые зазоры рукояти в седловом подшипни ке меньше деформаций балки, то расчет производить на скру чивание, как и однобалочные рукояти, по формуле (7.5).
При больших зазорах в седловом* подшипнике под дей ствием силы Р0і, приложенной к крайнему зубу, создается скручивающий момент Р0і/, воспринимаемый в седловом под-
„ |
сил |
Ррі ^ |
, изгибающий балки рукояти |
од |
|
шипнике парой |
|
||||
ну вверх, другую вниз в вертикальной плоскости. |
|
||||
Сила Pp, приложенная к крайнему зубу |
в момент сопри |
||||
косновения с препятствием, |
также вызовет |
скручивание |
па- |
123
рои сил k • . Напряжение от этих двух сил составит
Роі* |
+ Pfid |
гп—ш |
|
|
W |
____ кгс'см* . |
(7.25) |
|
|
|
|
Наибольшие нормальные напряжения в расчетном |
сечении |
||
будут |
|
|
|
Зтах = асж ”Ь V |
°и2 “Ь °иг2 4" аиі2 KZCjCM2 . |
(7.26) |
|
Сечение т—т вычисляют по |
формулам (7.13) —(7.21) для |
однобалочных рукоятей. При расчете считают, что вся нагруз ка воспринимается одной балкой.
Р а с ч е т р у к о я т и о б р а т н о й л о п а т ы
Опасными сечениями рукояти являются сечение у шар нира А при соединении тяг ковша и у шарнира.В соединение
рукояти со стрелой. |
|
А проверяют на действие мак |
||
С е ч е н и е |
у ш а р н и р а |
|||
симального тягового |
усилия |
ST max с учетом |
динамических |
|
нагрузок для |
случая |
стопорения механизма |
тяги при упоре |
в препятствие с жесткостью грунта 10 000 т/м. Тяговый канат должен составлять с рукоятью угол, близкий к 90° (рис. 28). Усилие подъема принимают Sn=0.
При определении максимальных напряжений в сечении А следует учесть напряжения от скручивающего момента вслед ствие внецентреннего приложения силы Р0ь а также сжима ющего усилия от веса стрелы, рукояти и прочего оборудова ния.
С е ч е н и е у ш а р н и р а В — напряжение в сечении проверяют на действие следующих нагрузок (в трех положе ниях) :
1. Отрыв препятствия с помощью каната подъема. Ковш расположен от поверхности на 1/3 глубины копания, канат подъема перпендикулярен оси рукояти у = 90°.
Усилие |
подъема Sn max соответствует |
наибольшему |
дина |
|
мическому |
усилию — рывку-стопорению |
механизма |
подъ |
|
ема |
с учетом жесткости грунта С= 10 000 т/м, тяговый канат |
|||
при |
этом заторможен. |
|
|
При расчете учитывается, как и для сечения у шарнира А, внецентренное приложение сопротивлений копанию Р0ь
124
Рис. 28. Расчетная схема обратной лопаты.
2. На режущую кромку действует боковое усилие Рб при упоре ковша в грунт во время включения поворотного меха низма. За расчетное положение принимается: рукоять со стрелой составляет ß—45—50°, стрела находится горизон тально, а = 0°.
Усилие Рб находят из наибольшего крутящего статическо го момента.
3. Действуют максимальные динамические нагрузки при торможении поворотной платформы с груженым ковшом и горизонтальной рукоятью. Стрела к горизонту составляет угол а = 50—60°.
Усилия Sn и ST определяются для удержания рабочего оборудования в данном положении.
Расчет рукояти производится в следующей последователь ности.
Составляют уравнение моментов сил относительно зуба ковша, находят реакцию в шарнире В и затем опредёляют напряжение в заданном сечении.
125-
Р а с ч е т р у к о я т и э к с к а в а т о р а с г и д р а в л и ч е с к и м п р и в о д о м
На рукоять действуют силы: сопротивление копанию Р0і, приложенное к крайнему зубу, величина отпора Р„2, усилие на штоке цилиндра рукояти Sp, открытия днища ковша SK и боковое усилие при встрече зуба ковша с препятствием Рб. Усилие на штоке цилиндра рукояти определяется для 5— 8 по ложений по траектории копания (гл. 5, § 4, формула (5.27). По полученным данным определяют максимальное усилие на штоке цилиндра и находят максимальное реактивное усилие в шарнире крепления рукояти к стреле.
Опасными сечениями являются п—п у крепления оттяж ки ковша и т—т у шарнира крепления рукояти к стреле.
Сечение п—п проверяется на изгиб в вертикальной плос кости, сжатие, скручивание — от действия внецентренно при ложенных сил Роі, открытия днища ковша SK — на изгиб в горизонтальной плоскости ОТ Р0 2 и Рб-
Кроме того, рукоять следует проверить на включение ги дроцилиндра стрелы на подъем рабочего оборудования с од новременным упором зубьев ковша в препятствие.
Сечение т —т рассчитывают на действие инерционных на грузок в горизонтальной плоскости, полагая, что зуб ковша встретился с жестким препятствием. Методика расчета оста ется та же, как и для экскаваторов с канатно-блочным под вешиванием.
Р а с ч е т р у к о я т и о б р а т н о й л о п а т ы
Расчет рукояти производят на одновременное действие сил на штоке поршня цилиндра рукояти Sp и цилиндра по ворота ковша SK. Усилия Sp и SKпо траектории схемы копа ния определяют для 3—4 положений: 1) ковш на максималь ном вылете; 2 ) копание на уровне стоянки; 3) ковш на мак симальной глубине и 4) на выходе из траншеи. При расчете следует иметь в виду, что лучшее заполнение ковша грунтом производится гидроцилиндром поворота ковша.
Действующими силами при расчете будут Р0і, Р02, Рб, Sp, SK.
Опасные сечения — в рукояти п—п, место крепления ковша и т—т у шарнира крепления рукояти к стреле (рис. 28а, 29).
Напряжения в сечении п—п складываются от действия изгибающего момента в вертикальной плоскости, изгибаюіце-
126
Рис. 28 а.
го момента от внецентренно приложенных и сжимающих сил: Rrn-n -f- SKh + Sph1
~W |
-f- |
p СЖ— KlcjcM 2 |
(7.27) |
|
Ф |
|
(в (7.27)^величина Sph; применяется при положении Sp меж
ду опорой и ковшом), изгибающего момента в горизонталь ной плоскости от сил Р02 и Рб:
щг |
РбГп ~Ь Рр2^ |
кгсісм2 |
(7.28) |
|
W, |
|
> |
|
|
|
127
от скручивающего момента |
|
|
|
— Ррі^ |
Sfrh Ч~ Рб^ |
кгс ’см2 . |
(7.29) |
|
W0 |
||
|
|
|
|
Реакцию в шарнире А определяют аналитически или гра |
|||
фически. В первом |
случае составляют уравнение |
моментов |
сил относительно зуба ковша и находят реактивную силу R, во втором — строят многоугольник сил и находят результиру ющую силу R.
Сечение т—т рассчитывают на динамические нагрузки по формулам (7.13) — (7.18).
Р а с ч е т на д о л г о в е ч н о с т ь ' и в ы н о с л и в о с т ь р у к о я т е й [7]
Кроме расчета на прочность, рукояти проверяют на вы носливость и долговечность. Проверка производится по се чениям, которые рассчитываются на прочность и имеют боль шие концентраторы напряжений в зоне действия напряжений растяжения, особенно в зоне сварных швов в процессе копа ния.
Расчет сечений п— п и т— т производят на эквивалентные нагрузки, определяемые для среднего положения ковша в за бое по траектории копания.
Для рукоятей прямоугольного сечения амплитуда нор мальных и касательных напряжений и среднее ее значение
эквивалентных |
напряжений: |
|
|
|
|
|
||
°Эан = |
- |
- |
гсж) + |
+ |
зэиг(1 |
- |
гиг) |
кгс/см2, |
|
|
|
|
|
|
|
|
(7.30) |
аэтн |
- |
(1 + |
Дж) + - n f - |
+ |
(1 |
+ |
Гиг) |
кгс1см* • |
|
|
|
|
|
|
|
|
(7.31) |
Здесь: |
аэсж, аэи, оДг— нормальные |
эквивалентные |
напря |
|||||
|
|
|
жения, определяемые |
по среднему |
||||
|
|
|
положению ковша; |
|
|
эквива |
||
|
Гсж, г„, Гиг— коэффициенты асимметрии |
|||||||
|
|
|
лентной |
нагрузки, |
их принимают: |
|||
|
Г-Ж= |
0,3 , ги = 0 , |
гиг = |
1 ; |
|
|
128
для рукоятей круглого сечения
Зэа„ = - 0,65 зэсж + /(0 ,5 З и 3)2 + (0,5 а* и г )2 кгссм ' (7.32)
Разделив аэан и аэтн на коэффициент KJp, учитывающий влияние количества циклов нагружений, получим аэа, и аэт, тэа и тэт, которые дадут возможность определить коэффици ент безопасности в сечении.
С е ч е н и е у с е д л о в о г о п о д ш и п н и к а т—т
При расчете в. формуле (7.14) крутящий момент сил инерции заменяется на Мэкр и r = 0,9rmax; Гтах — максималь ное расстояние от центра вращения до ц. т. ковша.
Величина эффективного момента
МэКр = 0,9 |
|
Мсті, |
(7.33) |
где Мст — стопорный статический |
момент, развиваемый дви |
||
гателем, или расчетный момент муфты привода по |
|||
ворота; |
момент |
инерции рукояти и |
|
Jn! — средний приведенный |
|||
ковша; |
инерции |
механизма поворота |
|
Jn 2 — приведенный момент |
|||
и платформы со стрелой; |
механизма со стрелой. |
||
і — передаточное отношение |
Р у к о я т ь о б р а т н о й л о п а т ы
За расчетное положение на выносливость в сечении п—п принимают эквивалентные нагрузки на ковш, находящиеся на 1/2 глубины забоя. За эквивалентное тяговое усилие при нимают S 3T = 0,75 STст (STст — стопорное тяговое статиче ское усилие). Нагрузка Sn принимается равной нулю. Экс
центриситет |
приложения |
нагрузки |
на |
ковше |
принимается |
|
/ = 0,3/т ах, а |
боковое усилие Рб = 0,ЗРбст |
[7]. |
напряжений, |
|||
Коэффициенты асимметрии и сжимающих |
||||||
вызываемых усилием ST, принимают г= —0,2. Коэффициенты |
||||||
асимметрии напряжений, вызываемые силами Рб |
и внецент- |
|||||
ренно приложенной силы, |
г= —1. |
при |
определении Кра и |
|||
Количество |
перемен напряжений |
|||||
КРХ принимается j = 1,5. |
|
|
|
|
||
С е ч е н и е |
т—т. Расчетное положение — поворот экска |
ватора с груженым ковшом, подтянутым к стреле. Эквива
5 Заказ 179 |
129 |
лентные нагрузки S3n и S3T определяют из условия равнове сия оборудования.
Динамический крутящий момент в плоскости поворота М3д=0,75 Мд maxКоэффициент нормальных напряжений асим метрии в вертикальной плоскости от сжатия и изгиба при нимается Гсш = г£=-—0,2, а для изгиба в плоскости поворота —г= —1.
Р у к о я т ь э к с к а в а т о р а с г и д р о п р и в о д о м
Расчет на выносливость и долговечность в сечении произ водят на эквивалентную нагрузку, представляющую среднее
усилие на |
штоке |
цилиндра |
рукояти на траектории копания |
|
y.S |
• |
по |
которой |
определяется эквивалентное нор- |
Sp3= “ _PL |
пі мальное напряжение изгиба в вертикальной плоскости и сжа
тия. Амплитуда нормальных и касательных напряжений и среднее значение эквивалентных напряжений определяются по формулам (7.30), (7.31).
Коэффициенты эквивалентной нагрузки могут быть при няты для изгиба в вертикальной плоскости г„= 0. Здесь S9P изменяется от 0 до максимума и гсж = —0,2-1-0,25, коэффици
ент асимметрии при изгибе в горизонтальной |
плоскости от |
|
действия внецентренных |
нагрузок принимается |
гпг= г кр= —1. |
Сечение у крепления |
рукояти к стреле т—т проверяется |
по тем же формулам, как и для рукоятей с канатно-блочным подвешиванием.
Рукоять обратной лопаты. Проверка производится анало гично предыдущему.
За расчетную нагрузку принимают эквивалентное усилие на штоке цилиндра рукояти. Коэффициент асимметрии при этом принимается, как и для обратной лопаты.
Р а с ч е т с тре лы э к с к а в а т о р а
с к а н а т :н о - 'б л о ч н ы ім п о д в е ш и в а н и е м
При расчете стрелы рассматриваются 4 положения нагру жений.
Положение 1. Рукоять выдвинута под прямым углом к стреле, канат полиспаста вертикален, стрела поставлена под углом 45° (рис. 30). На нее действуют максимальное стопор ное усилие подъема Snmax и напора SHmax (жесткость грунта
130
Рис. 30. Схема |
к расчету стрелы с канатно-блоч |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
ным подвешиванием. |
|
|
|
|
|||||
принимается С=;1000 т/м), масса |
ее, усилие ів стреловом ка |
||||||||||||
нате Sc и максимальная боковая |
статическая |
сила Рб ст. |
|||||||||||
Усилия |
Sn max, |
SHmax и SnK определяются |
по формулам |
||||||||||
(5.17), (5.18), (5.19). Величина усилия |
Sc в стреловом |
канате |
|||||||||||
находится |
из условия |
равновесия |
силового узла А |
на |
ось |
||||||||
у—у, т. е. |
2Sy = 0 |
[14]: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Sc sin f + |
SnK sin 5 |
- |
|
Snmax sin p + |
|
|
|
-----gp/’ ^°S— |
= |
0 , |
|||
|
S n |
|
|
ß - |
|
|
|
сЛ |
lяSin fP02/0 |
(7.34) |
|||
откуда |
|
|
|
' |
|
|
|
||||||
sC |
max sin |
SnK sin 8 |
g |
|
|
||||||||
= |
|
|
|
|
|
cos |
- |
|
|
Sin If
Сжимающая стрелу реактивная сила Rx определится как сумма проекций всех сил на ось х—х, а реактивная попереч ная сила Ry — из условия суммы проекций всех сил на ось
У—у: |
|
кгс ; (7.35) |
Rx = Sc cosf + SnKcos§ + Snmaxcosß + gc sin<x |
||
УR= SHmax “b sc sin f -(- SnK sin 8 |
Sn max sin p |
gc cos о. K Z C . |
|
|
(7.36) |
5 * |
131 |
Стрела рассчитывается на изгиб от действия сил в вертикаль ной плоскости, сжатие и кручение — от боковой силы Рбст. Напряжение в сечении II—II в вертикальной плоскости будет
|
а = Ry ll |
I |
Sc cos у |
(7.37) |
||
|
|
|
F |
|||
в сечении I—I |
w |
+ |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
R y'o |
- g c C O S а (/0 - - |
M |
+ |
Sc cos у |
||
3 ~ |
W |
|
|
|
(7.38) |
|
|
|
|
|
|
||
Скручивающий стрелу момент |
|
|
|
|||
|
Мк = |
Рбст |
' Ьі , |
(7.39) |
||
где Ьі — расстояние от зуба |
ковша до |
оси стрелы; |
||||
Рбст — максимальная боковая |
сила, |
она может быть опре |
||||
делена по формуле |
(5.6). |
|
|
Положение 2. Рукоять с ковшом перпендикулярна стреле, как и в предыдущем случае. Действуют . боковое усилие Рбст, максимальное напорное усилие SHmax при стопорении в грунтах с условной жесткостью 10 000 т/м. Подъемное уси лие Sn max определяется из условия равновесия стрелы отно сительно пяты при действии SHmax и нагрузки в стреловых канатах Sc = 0, но не более Sn max, рассчитанного для I по ложения.
Положение 3. Рукоять горизонтально выдвинута на пол ную длину, подъемный канат со стрелой составляет угол. —90°. Напорный механизм заторможен. Происходит подъем ковша при максимальном сопротивлении копанию (рис. 31).
Расчет стрелы производится в последовательности, изло женной для расчетного положения I. При расчете стрелы с внутренней однобалочной рукоятью следует дополнительно учесть кручение от внецентреннего приложения силы Р0і к крайнему зубу ковша.
Положение 4. Рукоять вытянута на полную длину, ковш наполнен грунтом, происходит поворот ковша в сторону раз грузки (рис. 32).
В сечении I—I, кроме напряжений от действия статиче ских нагрузок, изгиба и сжатия, возникают инерционные уси лия и моменты от влияния масс ковша с грунтом и рукояти.
132