Пояснительная записка (Повышение производительности одноковшового экскаватора модели ЭО-1222), страница 4

р . (м)Ρ(м)r к .гр. (м)r р (м)1234560,600,600,600,600,600,603,062,782,461,981,751,110,150,090,1580,390,630,720,080,080,080,080,080,08Р011 565  0.6  8  0.15  4.4  0.08 110 .3кН3.06Р012 565  0.6  12.056  0.09  4.4  0.08 121 .4кН2.78Р013 565  0.6  16.112  0.18  4.4  0.08 110 .3кН2.46Р014 565  0.6  20.167  0.39  4.4  0.08 167 .1кН1.98Р015 565  0.6  24.223  0.63  4.4  0.08 189 ,4кН1.75Р016 565  0.6  28.279  0.72  4.4  0.08 201,2кН1.11Отпор грунта для зубьев, Р02i , кН:Р021  0.2  Р01i  0.2  110 .2  2.1кНР022  0.2  121 .4  24 .3кНР023  0.2  136 .5  27 .3кНР024  0.2  167 .1  33.4кНР025  0.2  189 .4  37 ,9кНР026  0.2  201,2  40 ,2кНУсилие на режущей кромке ковша, Rmax , кН:1Rmax 110 .32  22 .12  112 .5кН2Rmax 121 .4 2  24.32  123 .8кН3Rmax 136 .5 2  27.32  139 .2кН4Rmax 167 .12  33 .4 2  170 .4кН5Rmax 189 ,4 2  37.9 2  192 ,4кН6Rmax 201,2 2  40 ,2 2  205 ,2кНТаблица 9 - Результаты расчёта№123456Положения ковшаР01 , кН110,3121,4136,5167,1189,4201,2Р02 , кНРmax ,кН22,1112,524,3123,827,3139,233,4170,437,9192,440,2205,22.5.3.

Определение усилия в гидроцилиндре ковшаВыбираем положение ковша, при котором усиление на режущейкромке максимальное. Данному усилию соответствует положение ковша вшестой точке. Усилие в тяге ковша относительно в точке С, Т, кН,определяется по формуле:T6Pmax rp .к  Gк .гр .  r1rm,(54)гдеrP .К  плечо усилия на режущей кромке ковша, относительно т. С, мr1  плечо силы ковша с грунтом, относительно т. С, мrm .1  плечо усилия в тяге, относительно т. С, мТ205 ,2  1.05  29 ,0  0.75 298 ,0 кН0.65Усилие в цилиндре ковша, Рц .к .

, кН:Рц .к . гдеТ  rТ 2,rц .к .(55)rT 2  плечо усилия в тяге, относительно точки D, мr2  плечо усилия в цилиндре ковша, относительно точки D, мРц .к . 298 ,0  0,55 234 ,2 кН.0,7Давление в гидроцилиндре ковша, Рг .ц . , Н/см²;Рг .ц . Рг .ц .Рц .к .Fг .ц .,234 ,2  10 3 1036 ,3 Н/см2.226(56)2.6.

Расчет на прочность элементов рабочего оборудованияэкскаватора, оснащенного ковшом повышенной планировочнойспособностиУсловия работы: стрела находится в крайнем нижнем положении. Настрелу действуют максимальные внешние нагрузки, находящиеся впродольно-вертикальной осевой плоскости: RA - реакция шарнира стойкиплатформы на пяту стрелы; FB - усилие действия рукояти на стрелу вшарнире В; Fцс - усилия штоков гидроцилиндров стрелы; Fцрт максимальное усилие корпуса гидроцилиндра рукояти. Весом стрелыможно пренебречь, поскольку его влияние на напряженное состояниеметаллоконструкции из-за распределенного характера незначительно.В данном расчете принимается допущение об отсутствии действия наметаллоконструкцию стрелы боковых нагрузок и скручивающих моментов,хотя в реальных условиях действие этих факторов необходимо учитывать.Исходные данные: RA = 99,71 кН; FB = 323,92 кН; Fцс = 79,9774 кН;Fцр.

м = 284,955 кН,  = 2,337 м; lc = 6,45 м; l1 =4,601м; l2 =1,753м; l3 = 0,323 м;1 = 86,56°;  2 = 30,79°; 3 = 19,44°;  4 = 11,23°; 5  11,920 ;  6  45,860 ;Под действием внешних нагрузок в сечениях стрелы возникаетсложное напряженное состояние, обусловленное наличием нормальныхнапряжений растяжения (сжатия) и касательных напряжений сдвига.Первые возникают в результате действия осевых нагрузок и изгибающихмоментов, а вторые - в результате действия поперечных сил.Конструктивную схему стрелы выбираем по аналогии с прототипом.На основе принятой конструкции вычерчиваем расчетную схему стрелы сбуквенным обозначением ее геометрических параметров и внешнихнагрузок.Расчет продольно-осевых сил.

При левосторонней системе сил:N AE   RA  cos 1  99, 71 cos86,580  5,95 кНN EO  RA  cos 1800   7   6   Fцс  cos  3   6  ==99, 71 cos 1800  86, 60  45,860   79,9774cos 19, 440  45,860   4, 015  33, 4199  37, 4349кНNOB  NOE  Fцр. м cos  4  37, 4349  284,955cos11, 230  316,93 кНПроверка:NOB  FB cos5  0 ;316,93  323,92cos11,92  0,0053 кНОшибка не превышает 0,04%.Расчет поперечных сил. При левосторонней системе сил:QAE  RA sin 1  99, 71 sin 36,580  99,53 кН;QEO  RA sin 1800  1  6  Fцс sin3  6  =99, 71sin 1800  86,580  45,860   79,9774sin 19, 440  45,860   73,584  72, 6601  0,9243кН;QOB  QEO  Fцр.

м sin  4  0б 9243  284,955sin11, 230  66,9 кНПроверяем правильность расчета:QOB  FB sin 5  66,9  323,92sin11,920  0,0042 кН.Погрешность расчета незначительна.Рассчитываем моменты сил, действующих в сечениях стрелы:MA  0M E  RA sin 1    99, 71sin 86,580  2,337  232, 6 кН.м;M 0  RA sin 1800  1   6     cos  6  l2   RA cos 1800  1   6   sin  6  FЦС sin  3   6  l2  99, 71sin 1800  86,580  45,860    2,337 cos 45,860  1, 753  99, 71cos 1800  86,580  45,860  2,337sin 45,860  79,9774sin 19, 440  45,860 1, 7529  128,113 кН  мМомент справа:М 0  FB sin 5 ( 1 2)  232,92sin11,92(4,6007 1,7529)  190,53кН  м;М В  0.Порезультатамрасчетовстроимэпюрыпродольно-осевых,поперечных сил и изгибающих моментов.Эпюры свидетельствуют о том, что наиболее опасными по сочетаниюнагрузок являются сечения Е и О.Условие прочности по нормальным напряжениям для сечения Е: сж N АЕ M E [ сж ] ,FEWZ(57)N ЕO M E [ р ] ,FEWZ(58)p гдеFE - площадь поперечного сечения E;WZ - момент сопротивления сечения E.По касательным напряжениям наиболее опасным является сечениеE.

В этом случае условие прочности определяется по формуле Журавского:QAE S( y )b  JZ,(59)гдеS(y) - статический момент сечения E; b - ширина сечения;J Z - осевой момент инерции относительно оси рукояти E.Для определения геометрических характеристик сечений необходиморазработать их конструкцию.Современные конструкции моноблочных стрел выполнены сварнымииз 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 =0,016м; 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.RA460,07175,29ÅÎ30,7911,23Föð.ìÀ11,9245,8686,5832,28,7233ÂRB6458419,FÖ.ñ.ÅNeN0QoÎ MoNaQa ÀQb Nb99,53 êÍ0,924 êÍ-66,9 êÍÝïþðà Q37,435 êÍ316,9 êÍ5,95 êÍÝïþðà N232,6 êÍ120 êÍÝïþðà M190,5 êÍРисунок 15 - Конструктивная и расчетная схема. Эпюры N , Q и М.600Ó1612128003420,8 êÍZ51 5 ,9 ê Í16125809 4 , 6 1 êÍРисунок 16 - Схема сечения E и эпюры действующих напряжений: 1 верхний пояс; 2 – стенка; 3 - косынка; 4 - цапфа; 5 - нижний пояс6001216600ÓZ1 0 0 ,52 êÍ1612Рисунок 17 - Схема сечения О и эпюра нормальных напряжений.Площади сечений:FE  2[t  b  t1 (h  2t )]  2  [1, 6  60  1, 2(80  2 1, 6)]  345,5см2 ;FО  2[t  b  t1 (h  2t )]  2  [1,6  60  1, 2(60  2 1,6)]  328,32см2 .Статические моменты сечений:t (h  2t ) 2h t80 1, 6 1, 2(80  2 1, 6) 2S ZE  2t  b(  )  1 2 1, 6  60  ( ) 9885, 66см 22 23223t (h  2t ) 2h t60 1, 6 1, 2(60  2 1, 6) 2S ZО  2t  b(  )  1 2 1, 6  60  ( ) 6896,89см 22 23223Моменты инерции рассчитываемых сечений:cJ ZE  2 J ZE 2[ J Zn , E  FEn  (hE t E )];2 2(60)cJ ZО  2 J ZО 2[ J Zn ,О  FОn  (hО tО )],2 2(61)ccгде J ZE, J ZO- моменты инерции стенок относительно оси Z:cJ ZEJcZОt1 (hE  2t )3 1, 2(80  2 1, 6)3 45298, 48см 4 ;1212t1 (hО  2t )3 1, 2(60  2 1, 6)3 18325, 04см 4 ;1212J Zn , E , J Zn ,O - моменты инерции относительно осей симметрии поясов Z:J Zn , E b  t 3 60 1, 63 20, 48см 4 ;1212J Zn ,O  J Zn , E  20, 48см 4 ;FEn , FOn - площади поперечных сечений поясов:FEn  FOn  t  b  1, 6  60  96см2J ZE  2  45298, 48  2  [20, 48  96  (Тогда:J ZО  2 19325, 04  2  [20, 48  96  (80 1, 6)]  98164,32см 4 ;2260 1, 6)]  42297, 44см 4 .22Нормальные напряжения в крайних сжатых волокнах сечения:Е сжN AE M E  h5,95 103232, 6 10 3  80 10 2 94, 61мПа.4FE2 J ZE345,5 102  98164,32 10 8По аналогии нормальные напряжения растяжения в сечении О. Ор N EО M О  hО 316,93 103 128,113 103  60 102 100,52 мПа.FE2  J ZО328,32 1042  42297, 44 103Принимая для стрелы материал сталь 10Г2С1, имеющую  T   250 мПа,видим, что геометрические параметры сечений при действующихнагрузкахудовлетворяют условиям прочности.Проверяем условие прочности по касательным напряжениям всечении Е.

Для этого строим эпюру касательных напряжений по высотесечения.На поверхностях поясов τЕ=0.На внутренних поверхностях поясов:n QAE  Sb  J ZEnZhE tE80 1, 6 ) 99,53 103 1, 6  60(  ) 1062 2 22 0, 636 мПа.2b  J ZE60 10  98164,32 108QAE  t  b(На поверхностях стенок, примыкающих к поясам:Q Sn  AE Z 2t1  J ZEсhE t80 1, 6 ) 99,53 103 1, 6  60( ) 1062 2 22 15,9 мПа.2t1  J ZE2 1.2  98164,32 1010QAE  t  b  (На уровне нейтрального слоя Z:n QAE  S ZE99,53  9885, 66 109 20,88 мПа.2  2t1  J ZE 4 1, 2  98164,32 1010Для выбранной стали [τ]=160мПа. Следовательно, условие прочностипо касательным напряжениям выполнено с существенным запасом.Далее проведем расчет на прочность зуб рыхлителя.Рисунок 18 - Схема сил действующих на зубОпределим реакцию RXRX  T где(62)Т – максимальное усилие заглубление зуба, 122,82 кН;RX  122,82 кНОпределим реакцию RY из выраженияRY  0,4  RX(63)RY  0,4  122 ,82  49,13 кНОпределим реакцию RZRZ =PB(64)где PB – сила выглубления, 134,8 кН.RZ = 134,8 кНЗапишем геометрическую характеристику сечения I- I рисунок 18.Определим полярные моменты относительно осей Х-Х и Y-Y.0,06  0,24 2  0,055 2 WY  1   0,511  10 3 м260,24 WX 0,24  0,06 2 0,144  10 3 м6(65)(66)Определим изгибающий момент в плоскости ZOXM 1  RX  l1  0,5  RZ  l 2(67)M 1  122,8  0,425  0,5  134,8  0,27  70 к·Нм.Определим нормальное напряжение по формуле:1 1 M1WY(68)70 140 МПа0,511  10 3Определим изгибающий момент в плоскости ZOYM 2  RY  l1M 2  49,1 0,425  20,8 кН·мОпределим нормальное напряжение по формуле(69)2 2 M2WX(70)20 ,8 144 МПа0,144  10 3Найдем суммарные напряжения    12(71)   140  144  284 МПаВыбираем материал зуба:принимаем сталь 40ХН ГОСТ 4543-71Определяем допускаемое напряжение по формуле   Тn(72)где σТ – предел текучести, 600 МПа;n – коэффициент запаса прочности, 1,4.   600  428 ,6 МПа1,4Сравним полученные данные  284     428 ,6 МПаУсловие прочности выполняетсяЗаключение.

Произведенные расчеты показывают, что выбранныепараметры РО обеспечивают его работоспособность и удовлетворяютусловиям прочности при воздействии учтенных внешних нагрузок.Имеющийся запас прочности может компенсировать действие неучтенныхнагрузок (боковых сил, окручивающих моментов, динамических нагрузок идр.).2.7. Проверка экскаватора на устойчивостьУстойчивость экскаватора характеризуется коэффициентомустойчивости Ky, который определяется по формуле:КУ гдеМУ, [3]МО(73)Му - момент сил, удерживающих экскаватор от опрокидывания;Мо - момент сил, способствующих опрокидыванию экскаватора.