Учитывая поправку Штейнера получим:
JX1 + ( y1)2 F1= 0.000314 м4
JX2 + ( y2)2 F2 = 0.000936 м4
JX общ =∑JXi = 0.00125 м4
Определим момент сопротивления относительно нейтральной линии:
W = JX общ / YC = 0.00538 м3
Определим напряжения возникающие в сечение 5-5:
σ max= Mизг /W = 16 МПа,
где
Мизг = 86.6 кНм
τ = Q / ∑Fст = 35.1 МПа,
Q = 413 кН;
∑Fст = 0.01176 м2
σ = N /Fвсего сечения = 8 МПа,
N = 252.7 кН;
Fвсего сечения = 0.03153 м2
σ ЭКВ = = 65 МПа
2.9 Расчет металлоконструкции стрелы
Определим наиболее нагруженное положение стрелы.
В положении 3Р будет максимальное усилие действующие на шарнир В (стрела и рукоять) от рукояти.
Зная значения максимального усилия гидроцилиндра стрелы, гидроцилиндра рукояти, усилия в шарнире соединения стрелы с рукоятью, методом плана сил определим силы, которые действуют в шарнирах стрелы. Все построения для определения сил, выполним в масштабе.
Воспользовавшись методом плана сил, мы определили значение и направление силы Р1 = 790.6 кН.
Рис.20 План сил возникающих в стреле.
Выполним проверку:
ΣFx = 0;
ΣFy = 0;
ΣFx = 0
Р4 = 555.1 · cos 54º = -324 кН;
Р3 = 492.5 · cos 51.5º = 308.6 кН;
Р2 = 824.6 · cos 47º = -560 кН;
Р1 = 790.6 · cos 43.5º= 575.4 кН.
308.6 – 324 + 575.4 – 560 = 0
ΣFy = 0
Р4 = 555.1 · cos36º = -448 кН;
Р3 = 492.5 · cos 38.5º = 387 кН;
Р2 = 824.6 · cos 43º = 604 кН;
Р1 = 790.6 · cos 46.5º = -543 кН;
Исходные данные для расчета стрелы:
Р1 = 790.6 кН;
Р2 = 824.6 кН;
Р3 = 492.5 кН;
Р4 = 555.1 кН;
Р1X = 790.6∙ cos 20º = 742.9 кН;
Р1Y = 790.6∙ cos 80º = 137.28 кН;
Р2X = 824.6 ∙ cos 85.5º = 800 кН;
Р2Y = 824.5 ∙ cos 4.5º = 199.48 кН;
Р3X = 492.5 ∙ cos 4º = 491.3 кН;
Р3Y = 492.5 ∙ cos 86º = 34.3 кН;
Р4X = 555.1 ∙ cos 7.5º = 550.3 кН;
Р4Y = 555.1 ∙ cos 82.5º = 72.45 кН;
М1 = 492.5∙ 0.422 = 207.8 кНм;
q1 = 5.36 кНм – распределенная нагрузка от веса стрелы (для второго участка);
q2 = 8.99кНм – распределенная нагрузка от веса стрелы (для второго участка);
Схема распределений усилий в стреле.
Рассмотрим первый участок 0 ≤ Х1 ≤ 2.35 м:
а). Q1∙(Х1) + Р1Y + q1 ∙X1 = 0
Q1∙(Х1) = - Р1Y – q1 ∙X1
Q1∙(0) = - Р1Y – q1 ∙X1 = -137.28 – 0 = -137.28 кН
Q1∙(2.35) = - Р1Y – q1 ∙X1 = -137.28 – 2.35 ∙ 5.36 = -149.08 кН
б). М1∙(Х1) + Р1Y ∙(Х1)+ q1 ∙X1 ∙( X1/2) = 0
М1∙(Х1) = - Р1Y ∙(Х1) – q1 ∙X1 ∙( X1/2)
М1∙(0) = - Р1Y ∙(Х1) – q1 ∙X1 ∙( X1/2)= 0
М1∙(2.35) = - Р1Y ∙(Х1) – q1∙X1 ∙( X1/2)= - 137.28 ∙(2.35) – 2.35 ∙ 5.36 ∙( 2.35/2)= -337.4 кНм
в). N1∙(Х1) – Р1Х = 0
N1∙(Х1) = Р1Х = 742.9 кН
Рассмотрим второй участок 2.35 м ≤ Х2 ≤ 2.4 м:
а). Q2∙(Х2) + Р1Y - Р2Y + q1∙X = 0
Q2∙(Х2) = - Р1Y + Р2Y - q1∙X2
Q2∙(2.35) = 199.48 - 137.28 - 5.36∙2.35 = 49.6 кН
Q2∙(2.4) = 199.48 - 137.28 - 5.36∙2.4 = 49.3 кН
б). М2∙(Х2) + Р1Y ∙(Х2) - Р2Y ∙(Х2 – l1) + q1 Х2 (Х2 – l1) = 0
М2∙(Х2) = - Р1Y ∙(Х2) - Р2Y ∙(Х2 – l1) - q1∙ Х2 (Х2 – l1)
М2∙(2.35) = 0 – 137.28∙2.35 – 5.36∙2.35∙(2.35/2) = - 337.4 кНм
М2∙(2.4) = 199.48∙(2.4 – 2.35) – 137.28∙2.4 – 5.36∙2.4∙(2.4/2) = -334.9кНм
в). N1∙(Х2) – Р1Х + Р2Х = 0 N1∙(Х2) = Р1Х – Р2Х = 742.9 – 800 = -57.1 кН
Рассмотрим третий участок 0 м ≤ Х3 ≤ 1.83 м:
а). Q3∙(Х3) – Р4Y - q2 ∙ X3 = 0
Q3∙(Х3) = Р4Y +q2 ∙ X3
Q3∙(0) = Р4Y + q2 ∙X3 = 72.45 кН
Q3∙(1.83) = Р4Y + q2 ∙X3 = 72.45 + 8.99∙1.83= 88.9 кН
б). - М3∙(Х3) – Р4Y ∙(Х3) – q2 ∙X3∙( X3/2) = 0
М3∙(Х3) = – Р4Y ∙(Х3) – q2 ∙X3∙( X3/2)
М3∙(0) = 0 кНм
М3∙(1.83) = – Р4Y ∙(Х3) – q2 ∙X3∙( X3/2)= - 8.99 ∙1.83 ∙ (1.83 /2) – 72.45∙1.83 = -269.1 кНм
в). N3∙(Х3) + Р4Х = 0 N3∙(Х3) = - Р4Х = - 550.3 кН
Рассмотрим четвертый участок 1.83 ≤ Х4 ≤ 2.64 м:
а). Q4∙(Х4) + Р3Y – Р4Y - q∙X4 = 0 Q4∙(Х4) = - Р3Y + Р4Y + q∙X4
Q4∙(1.83) = - Р3Y + Р4Y + q∙X4 = 8.99 ∙1.83 + 72.45 - 34.3 = 54.6 кН
Q4∙(2.64) = - Р3Y + Р4Y + q∙X4 = 8.99 ∙2.64 + 72.45 - 34.3= 61.88 кН
б). - М4∙(Х4) – М1 – Р4Y ∙(Х4) + Р3Y ∙(Х4 – l1) - q∙X4 ∙( X4/2) = 0
М4∙(Х4) = – М1 – Р4Y ∙(Х4) + Р3Y ∙(Х4 – l1) - q∙X4 ∙( X4/2)
М4∙(1.83) =- 207.8 – 72.45 ∙(1.83) + 0 – 8.99∙1.83 ∙( 1.83/2) = - 355.43 кНм
М4∙(2.64) =- 207.8 – 72.45 ∙(2.64) + 34.3(2.64-1.83) – 8.99∙2.64 ∙( 2.64/2) = =- 402.6 кНм
в). N4∙(Х4) – Р3Х + Р4Х = 0
N4∙(Х4) = Р3Х - Р4Х = 491.3 – 550.3 = - 59 кН
Произведем расчет пальцев проушин стрелы.
1. Расчет пальца проушины стрелы для крепления рукояти:
Расчет производится на срез и изгиб.
Исходные данные:
DПАЛ = 75 мм – диаметр пальца;
LПАЛ = 376 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 в шарнире стрелы РРУК = 555.1 кН, определим τПАЛ, МПа:
τПАЛ = Ррук / 2∙ А ПАЛ = 555100 / 2∙ 4415.625 = 62.85 МПа
Определим напряжение возникающие в пальце стрелы, МПа:
σПАЛ = Ррук ∙ L ПАЛ /2 ∙ 2 ∙ W ПАЛ = 1260 МПа
В качестве материала пальца используем сталь 40ХН σтек = 1450 МПа (термообработка – закалка и средний отпуск). 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 стрелы для крепления гидроцилиндра рукояти:
DПАЛ = 70 мм – диаметр пальца;
LПАЛ = 236 мм – длина пальца;
А ПАЛ = 0.785 ∙ d2 = 0.785 ∙ 702 = 3846.5 мм2
W ПАЛ = 0.785 ∙ r3 = 0.785 ∙ 353 = 33656.875 мм3
Зная значение усилия гидроцилиндра стрелы РГЦР = 492.5 кН, определим τПАЛ, МПа:
τПАЛ = Ргцр / 2∙ А ПАЛ = 492500 / 2∙ 3846.5 = 64 МПа
Определим напряжение возникающие в пальце рукояти, МПа:
σПАЛ = Ргцр ∙ L ПАЛ /2 ∙ 2 ∙ W ПАЛ = 702 МПа
В качестве материала пальца используем сталь 40Х σтек = 900 МПа (термообработка – закалка и средний отпуск). 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.)
3. Расчет пальца проушины стрелы для крепления гидроцилиндра стрелы:
DПАЛ = 120 мм – диаметр пальца;
LПАЛ = 376 мм – длина пальца (определяется исходя из ширины стрелы);
А ПАЛ = 0.785 ∙ d2 = 0.785 ∙ 1202 = 11304 мм2
W ПАЛ = 0.785 ∙ r3 = 0.785 ∙ 603 = 169560 мм3
Зная значение усилия гидроцилиндра стрелы РСТР = 824.6 кН, определим τПАЛ, МПа:
τПАЛ = Рстр / 2∙ А ПАЛ = 824600 / 2∙ 11304 = 36 МПа
σПАЛ = Рстр ∙ L ПАЛ /2 ∙ 2 ∙ W ПАЛ = 457 МПа
4. Расчет пальца проушины для крепления стрелы к базе экскаватора:
LПАЛ = 595 мм – длина пальца (определяется исходя из ширины стрелы);
Зная значение усилия в шарнире стрелы РБ = 790.6 кН, определим τПАЛ, МПа:
τПАЛ = Рб / 2∙ А ПАЛ = 790600 / 2∙ 11304 = 34.9 МПа
σПАЛ = Рб ∙ L ПАЛ /2 ∙ 2 ∙ W ПАЛ = 693.5 МПа
Определим сечение стрелы в шарнире соединения стрелы с базой экскаватора 1-1.
Определим размеры поперечного сечения стрелы 1-1. Рассмотрим сечение, его геометрические характеристики, размеры сечения, исходя из условий прочности.
1. F1 = b ∙ (H - h) = 0.595 ∙ (0.234 – 0.120) = 0.06783 м2
X1 = b / 2 = 0.2975 м
Y1 = H / 2 = 0.117 м
Определим момент инерции сечения:
JX1 = b / 12 ∙ (H3 – h3) = 0.595 / 12 ∙ (0. 2343 – 0. 1203) = 0.0005536 м4
W = b / 6Н ∙ (H3 – h3) =0.00469 м3
Определим напряжения возникающие в сечение 1-1:
σ = N /Fвсего сечения = 10.9 МПа,
N = 742.9 кН;
Fвсего сечения = 0.06783 м2
σ ЭКВ = = 10.9 МПа
Определим сечение стрелы 2-2.
Определим размеры поперечного сечения стрелы 2-2. Рассмотрим сечение, его геометрические характеристики, размеры сечения, исходя из условий прочности.
F = HB - bh = 0.369 ∙ 0.340 – 0.323∙ 0.298 = 0.029206 м2
X1 = 0.17 м
Y1 = 0.1845 м
JX = HB3 –b h3 / 12 = 0.000496 м4
Определим момент сопротивления сечения:
W = HB3 –b h3 / 6H = 0.002919 м3
Определим напряжения возникающие в сечение 2-2:
σ max= Mизг /W = 57.79 МПа,
Мизг = 168.7 кНм
τ = Q / ∑Fст = 10.55 МПа,
Q = 143.18 кН;
∑Fст = 0.013566 м2
σ = N /Fвсего сечения = 12.7 МПа,
N = 371.45 кН;
Fвсего сечения = 0.029206 м2
σ ЭКВ = = 72.85 МПа
Определим сечение стрелы в шарнире соединения стрелы с гидроцилиндром стрелы 3-3.
Определим размеры поперечного сечения стрелы 3-3. Рассмотрим сечение, его геометрические характеристики, размеры сечения, исходя из условий прочности.
1. F1 = b ∙ (H - h) = 0.298 ∙ (0.200 – 0.120) = 0.02384 м2
X1 = b / 2 = 0.149 м
Y1 = H / 2 = 0.1 м
1. F2 = Bh+2b ∙ (H - h) = 0.340 ∙ 0.023 + 2 ∙ 0.021 ∙ (0.1675 – 0.023) =
= 0.013889 м2
X1 = B / 2 = 0.17 м
Y1 = Bh2+2b ∙ (H2 - h2) / 2(Bh+2b ∙ (H - h)) = 0.0483 м
Y1' = H - Y1 = 0.1192 м
2. F3 = Bh+2b ∙ (H - h) = 0.340 ∙ 0.023 + 2 ∙ 0.021 ∙ (0.1675 – 0.023) =
Определим моменты инерции сечения в отдельности и всего сечения в целом:
1. JX1 = b / 12 ∙ (H3 – h3) = 0.298 / 12 ∙ (0.23 – 0.123) = 0.000155754 м4
2. JX2 = Bh3 + 2 b ∙ (H – h) 3/ 12 + Bh(Y1 – h/2) 2 + 2 b ∙ (H – h) (H – h / 2 + h - Y1)= = 0.000306433 м4
3. JX3 = Bh3 + 2 b ∙ (H – h) 3/ 12 + Bh(Y1 – h/2) 2 + 2 b ∙ (H – h) (H – h / 2 + h - Y1)= = 0.000306433 м4
JX2 + ( y2)2 F2 = 0.000446 м4
JX3 + ( y3)2 F3 = 0.000446 м4
JX общ =∑JXi = 0.00105 м4
W = JX общ / YC = 0.00461 м3
Определим напряжения возникающие в сечение 3-3:
σ max= Mизг /W = 73.18 МПа,
Мизг = 337.4 кНм
τ = Q / ∑Fст = 31.5 МПа,
Q = 49.6 кН;
∑Fст = 0.0015918 м2
σ = N /Fвсего сечения = 1.1 МПа,
N = 57.1 кН;
Fвсего сечения = 0.051618 м2
σ ЭКВ = = 74.3 МПа
Определим сечение стрелы 4-4.
Определим размеры поперечного сечения стрелы 4-4. Рассмотрим сечение, его геометрические характеристики, размеры сечения, исходя из условий прочности.
F = HB - bh = 0.00588 м2
X1 = 0.170 м
Y1 = 0.2275 м
JX = HB3 –b h3 / 12 = 0.000588 м4
W = HB3 –b h3 / 6H = 0.00346 м3
Определим напряжения возникающие в сечение 4-4:
σ max= Mизг /W = 97.15 МПа,
Мизг = 336.15 кНм
τ = Q / ∑Fст = 2.8 МПа,
∑Fст = 0.017178 м2
σ = N /Fвсего сечения = 9.71 МПа,
Fвсего сечения = 0.00588 м2
σ ЭКВ = = 106.96 МПа
Определим сечение стрелы 5-5.
Определим размеры поперечного сечения стрелы 5-5. Рассмотрим сечение, его геометрические характеристики, размеры сечения, исходя из условий прочности.
F = HB - bh = 0.0031138 м2
Y1 = 0.2075 м
JX = HB3 –b h3 / 12 = 0.000545508 м4
W = HB3 –b h3 / 6H = 0.00320887 м3
σ max= Mизг /W = 46 МПа,
Мизг = 147.63 кНм
τ = Q / ∑Fст = 5.73 МПа,
Q = 88.9 кН;
∑Fст = 0.015498 м2
σ = N /Fвсего сечения = 176.7 МПа,
N = 550.3 кН;
Fвсего сечения = 0.0031138 м2
σ ЭКВ = = 222.92 МПа
Определим сечение стрелы 6-6.
Определим размеры поперечного сечения стрелы 6-6. Рассмотрим сечение, его геометрические характеристики, размеры сечения, исходя из условий прочности.
F = HB - bh = 0.0028282 м2
Y1 = 0.1735 м
JX = HB3 –b h3 / 12 = 0.000472746 м4
W = HB3 –b h3 / 6H = 0.00278086 м3
Определим напряжения возникающие в сечение 6-6:
σ max= Mизг /W = 48.38 МПа,
Мизг = 134.55 кНм
τ = Q / ∑Fст = 5.2 МПа,
Q = 66.137 кН;
∑Fст = 0.012642 м2
σ = N /Fвсего сечения = 27.8 МПа,
N = 78.6 кН;
Fвсего сечения = 0.0028282 м2
σ ЭКВ = = 76.7 МПа
Определим сечение стрелы в шарнире соединения стрелы с рукоятью 7-7.
Определим размеры поперечного сечения стрелы 7-7. Рассмотрим сечение, его геометрические характеристики, размеры сечения, исходя из условий прочности.
F = hb = 0.067 ∙ 0.064 = 0.004288 м2
X1 = b / 2 = 0.032 м
Y1 = h / 2 = 0.0335 м
Учитывая поправку Штейнера получим JX :
JX = (b h3 / 12+ F ∙ (y) 2) ∙ 4 = 0.000352268 м4
W = JX / YC = 0.0033709 м3
Определим напряжения возникающие в сечение 7-7:
τ = Q / ∑Fст = 7.23 МПа,
Q = 124 кН;
∑Fст = 0.017152 м2
σ = N /Fвсего сечения = 27.05 МПа,
N = 463.9 кН;
Fвсего сечения = 0.017152 м2
σ ЭКВ = = 29.8 МПа
По окончанию расчетов рукояти, стрелы и ковша примем сталь марки 09Г2С ГОСТ 19282-73 с пределом текучести 305 МПа, которая рекомендуется в "РД 2201…86" для проектирования металлоконструкции экскаватора.
Заключение
В проекте, в соответствии с темой "Проектирование рабочего оборудования одноковшового экскаватора", было спроектировано рабочее оборудование экскаватора, состоящие из стрелы, рукояти и ковша, тяги, коромысла с привязанными к ним гидроцилиндрами. Для осуществления данного проекта проведены расчеты:
- разработка базовой части гусеничного экскаватора;
- определение основных параметров рабочего оборудования;
- расчет рабочего оборудования;
- расчет параметров ковша;
- расчет объёмного гидропривода рабочего оборудования экскаватора;
- расчет параметров насосно- силовой установки. Выбор типоразмеров насосов и первичного двигателя;
- расчет металлоконструкции рабочего оборудования;
В результате данных расчетов получили основные характеристики экскаватора:
- объём ковша – 0.4 м3;
- глубина копания – 5.91 м;
- максимальная высота выгрузки – 4.6 м;
- максимальный радиус копания – 8.9 м;
- угол поворота рабочего оборудования - 360º;
1. Крикун В.Я., Манасян В.Г. "Расчет основных параметров гидравлических экскаваторов с рабочим оборудованием обратная лопата" Издание первое – М., "Издательство Ассоциации строительных вузов", 2001 г.
2. Анурьев В.И. " Справочник конструктора-машиностроителя", т.1. М., "Машиностроение", 1979 г.
3. Анурьев В.И. " Справочник конструктора-машиностроителя", т.2. М., "Машиностроение", 1980 г.
4. Анурьев В.И. " Справочник конструктора-машиностроителя", т.3. М., "Машиностроение", 1981 г.
5. Крикун В.Я., "Привязка гидравлических цилиндров копающих механизмов к рабочему оборудованию экскаватора" – М., "Строительные и дорожные машины", 1997 г.
Размещено на
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
