Пояснительная записка (Повышение производительности одноковшового экскаватора модели ЭО-1222), страница 5

Конструктивную схему стрелы выбираем по аналогии с прототипом. На основе принятой конструкции вычерчиваем расчетную схему стрелы с буквенным обозначением ее геометрических параметров и внешних нагрузок.

Расчет продольно-осевых сил. При левосторонней системе сил:

кН

=

= кН

кН

Проверка: ;

кН

Ошибка не превышает 0,04%.

Расчет поперечных сил. При левосторонней системе сил:

кН;

= кН;

кН

Проверяем правильность расчета:

кН.

Погрешность расчета незначительна.

Рассчитываем моменты сил, действующих в сечениях стрелы:

кН.м;

кН м

Момент справа:

По результатам расчетов строим эпюры продольно-осевых, поперечных сил и изгибающих моментов.

Эпюры свидетельствуют о том, что наиболее опасными по сочетанию нагрузок являются сечения Е и О.

Условие прочности по нормальным напряжениям для сечения Е:

, (57)

, (58)

где F_E - площадь поперечного сечения E;

W_Z - момент сопротивления сечения E.

По касательным напряжениям наиболее опасным является сечение E. В этом случае условие прочности определяется по формуле Журавского:

, (59)

где S_(y) - статический момент сечения E; b - ширина сечения;

- осевой момент инерции относительно оси рукояти E.

Для определения геометрических характеристик сечений необходимо

разработать их конструкцию.

Современные конструкции моноблочных стрел выполнены сварными из листовой стали 10Г2С1, 10ХСНД, 15ХСНД, 14Г2 по ГОСТ 19282-73. Форма поперечных сечений показана на рис. 16,17.

Значения параметров сечения E: b =0,6 м; h =0,8 м; b₁ =0,58 м; t =0,016 м; t₁ =0,012 м. Для сечения О: b =0,6 м; h =0,6 м; b₁ =0,58 м; t =0,016 м; t₁ = 0,012м.

Рисунок 15 - Конструктивная и расчетная схема. Эпюры , и М.

Рисунок 16 - Схема сечения E и эпюры действующих напряжений: 1 - верхний пояс; 2 – стенка; 3 - косынка; 4 - цапфа; 5 - нижний пояс

Рисунок 17 - Схема сечения О и эпюра нормальных напряжений.

Площади сечений:

Статические моменты сечений:

Моменты инерции рассчитываемых сечений:

(60)

(61)

где , - моменты инерции стенок относительно оси Z:

, - моменты инерции относительно осей симметрии поясов Z:

, - площади поперечных сечений поясов:

Тогда:

Нормальные напряжения в крайних сжатых волокнах сечения:

По аналогии нормальные напряжения растяжения в сечении О.

Принимая для стрелы материал сталь 10Г2С1, имеющую мПа, видим, что геометрические параметры сечений при действующих нагрузках

удовлетворяют условиям прочности.

Проверяем условие прочности по касательным напряжениям в сечении Е. Для этого строим эпюру касательных напряжений по высоте сечения.

На поверхностях поясов τ_Е=0.

На внутренних поверхностях поясов:

На поверхностях стенок, примыкающих к поясам:

На уровне нейтрального слоя Z:

Для выбранной стали [τ]=160мПа. Следовательно, условие прочности по касательным напряжениям выполнено с существенным запасом.

Далее проведем расчет на прочность зуб рыхлителя.

Рисунок 18 - Схема сил действующих на зуб

Определим реакцию R_X

(62)

где Т – максимальное усилие заглубление зуба, 122,82 кН;

кН

Определим реакцию R_Y из выражения

(63)

кН

Определим реакцию R_Z

R_Z =P_B (64)

где P_B – сила выглубления, 134,8 кН.

R_Z = 134,8 кН

Запишем геометрическую характеристику сечения I- I рисунок 18.

Определим полярные моменты относительно осей Х-Х и Y-Y.

м (65)

м (66)

Определим изгибающий момент в плоскости ZOX

(67)

к·Нм.

Определим нормальное напряжение по формуле:

(68)

МПа

Определим изгибающий момент в плоскости ZOY

(69)

кН·м

Определим нормальное напряжение по формуле

(70)

МПа

Найдем суммарные напряжения

(71)

МПа

Выбираем материал зуба:

принимаем сталь 40ХН ГОСТ 4543-71

Определяем допускаемое напряжение по формуле

(72)

где σ_Т – предел текучести, 600 МПа;

n – коэффициент запаса прочности, 1,4.

МПа

Сравним полученные данные

МПа

Условие прочности выполняется

Заключение. Произведенные расчеты показывают, что выбранные параметры РО обеспечивают его работоспособность и удовлетворяют условиям прочности при воздействии учтенных внешних нагрузок. Имеющийся запас прочности может компенсировать действие неучтенных нагрузок (боковых сил, окручивающих моментов, динамических нагрузок и др.).

2.7. Проверка экскаватора на устойчивость

Устойчивость экскаватора характеризуется коэффи­циентом устойчивости k_y, который определяется по формуле:

, [3] (73)

где М_у - момент сил, удерживающих экскаватор от опрокидывания;

М_о - момент сил, способствующих опрокидыванию экскаватора. При нормальной устойчивости k_y>1,15. Меньшее значение этого коэффициента указывает на возможность опрокидывания экскаватора, а большие значения - на имеющие место недоиспользуемые резервы устойчивости при проектировании рабочего оборудования. Следует различать так называемую рабочую устойчивость экскаватора, т. е. устойчивость в направлении рабочего оборудования и собственную устойчивость, или устойчивость в направлении противовеса. Обычно устой­чивость в рабочем положении определяется для случая, когда рабочее оборудование располагается поперек к гусеничному ходу. Устойчивость в транспортном состоянии проверяется на максимальном уклоне и подъеме, которые определяются тяговым расчетом.

Устойчивость обратной лопаты проверяется в двух рабочих положе­ниях. Первое положение соответствует концу копания, когда рукоять горизонтальна и выдвинута до конца, а угол наклона стрелы α = 35º-40°. Опрокидывание машины возможно относительно края гусеничного хода на рис. 19.

Расчет устойчивости производим для двух положений.

1) Машина находится на горизонтальном участке, осуществляется отрыв ковша от гранта бровки забоя под действием максимальных усилий (рис. 19);

2) Экскаватор находится на поверхности, наклоненной к горизонту под углом 12º, идет выгрузка вязкого грунта на максимальном вылете ковша (рис.20).

Рисунок 19 - Схема действия сил на экскаватор в первом положении

Как известно из предыдущих расчетов максимальное усилие на режущей кромке ковша Р_max=205,2 кН.

Коэффициент запаса устойчивости:

Условие устойчивости выполняется.

Рисунок 20 - Схема действия сил на экскаватор во втором положении

Коэффициент запаса устойчивости:

Условие устойчивости выполняется.

2.9. Определение производительности экскаватора с модернизированным ковшом

Эксплуатационная часовая производительность П_э экскаватора при экскавационных работах:

, м³/ч [6] (63)

где - геометрическая вместимость ковша, 1,0 м³;

- коэффициент наполнения ковша, =0,9...1,1;

= 20 с - продолжительность рабочего цикла, с;

- коэффициент разрыхления грунта, = 1,0...1,4;

- коэффициент использования экскаватора по времени, = 0,6,..0,8.

Модернизированный экскаватор снабжен зубьями для предварительного рыхления грунтов, следовательно при работе экскаватора без вспомогательных машин (рыхлителя), экскаватор способен самостоятельно разрыхлять грунт, что повлияет на производительность.

Эксплуатационная часовая производительность П_э базового экскаватора:

м³/ч.

Эксплуатационная часовая производительность П_э нового экскаватора:

м³/ч.

Эксплуатационная сменная производительность П_{э см} экскаватора:

базовой конструкции: м³/см.

новой конструкции: м³/см.

где т=8,0 ч - продолжительность смены, ч.

Вывод: в результате получили, что эксплуатационная производительность в результате модернизации увеличилась на 10 %.

Эксплуатационная часовая производительность П_э экскаватора при планировочных работах:

, м²/с, (64)

где - площадь планировки за один проход, м²;

- время одного прохода, с;

- время на обратный ход рукояти стрелы, с;

n – количество проходов.

м².

м²/с.

3. Технологическая часть

Эффективность производства, его технологический процесс, качество выпущенной продукции во многом зависят от опережающего развития производства нового оборудования, машин, станков и аппаратов, от своевременного внедрения методов технико-экономического анализа.

Повышение требования к качеству изделий их надежности заставляют искать новые способы в получении детали. Широкое развитие литейных технологий позволяет получить заготовки требуемые минимум затрат на последующую обработку, что значительно повышает коэффициент использования материала. Совершенствование обрабатывающего оборудования, внедрение программного управления к организации производства позволяет существенно повысить точность обработки, уменьшить время обработки, что в свою очередь сказывается на количественных показателях выпуска деталей.

Важнейшие обязательные требования современного производства является систематическое повышение качества изделий при задании программы выпуска и высокой производительности труда. Качество изготовление продукции является совокупностью свойств процесса ее изготовления, составление этого процесса установленным требованиям. Основными производственными требованиями являются: качество оборудования и инструмента, физико-механические свойства расходных материалов, правильно разработанный технологический процесс, качество выполняемой обработки.

В современном машиностроении все большее распространение получает технологическая огласка, скомпонованная из стандартных деталей и узлов, а также стандартные конструкции приспособлений, изготавливаемые на специализированных заводах. Однако для оригинальных сложных в изготовлении деталей машиностроительным заводом приходится самим конструировать и изготавливать технологическую оснастку.

3.1. Назначение заданной детали