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:
LПАЛ = 376 мм – длина пальца (определяется исходя из ширины рукояти);
Зная значение усилия от коромысла Ркор = 77.18 кН, определим τПАЛ, МПа:
τПАЛ = Ркор / 2∙ А ПАЛ = 77180 / 2∙ 4415.625 = 8.73 МПа
σПАЛ = Ркор ∙ L ПАЛ /2 ∙ 2 ∙ W ПАЛ = 175.25 МПа
3. Расчет пальца проушины рукояти для крепления стрелы:
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
