Реферат: Проектирование рабочего оборудования одноковшового экскаватора

--PAGE_BREAK--
Радиусы закруглений корпуса, <img width=«13» height=«23» src=«ref-1_1655913349-90.coolpic» v:shapes="_x0000_i1064"> и <img width=«15» height=«23» src=«ref-1_1655913439-91.coolpic» v:shapes="_x0000_i1065">
<img width=«244» height=«43» src=«ref-1_1655917080-820.coolpic» v:shapes="_x0000_i1066">

<img width=«244» height=«43» src=«ref-1_1655917900-840.coolpic» v:shapes="_x0000_i1067">
2.3 Определение основных параметров рабочего оборудования
Из всех основных видов сменного рабочего оборудования одноковшовых экскаваторов с гидравлическим приводом (обратной и прямой лопаты, грейфера, погрузочного ковша и т. д.) чаще всего применяют рабочее оборудование обратной лопаты. Этот вид рабочего оборудования характеризуется большим числом совмещаемых операций в цикле и более тяжелым нагруженном привода.

Для гидравлического экскаватора рабочее оборудование обратной лопаты следует считать расчетным видом оборудования, определяющим места крепления всех видов оборудования на поворотной платформе и мощность привода исполнительных механизмов.

Размеры элементов рабочего оборудования по длине должны соответствовать заданным предельным рабочим параметрам экскаватора — максимальной глубине копания НК и максимальной высоте выгрузки НВ при опущенной рукояти. Между НК и НВ существует зависимость:


<img width=«358» height=«25» src=«ref-1_1655918740-1119.coolpic» v:shapes="_x0000_i1068">
где b= 0.85 м— ширина ковша, м;

kР= 1.26— коэффициент разрыхления грунта, задаётся в зависимости от категории грунта согласно таблицы. Hк=5.91 м, максимальная глубина копания, м. Определим длину стрелы lС, м:
<img width=«205» height=«56» src=«ref-1_1655919859-901.coolpic» v:shapes="_x0000_i1069">
где αС — угол поворота стрелы, αС = 94°.

Определим размер рукояти lР, м:
<img width=«256» height=«31» src=«ref-1_1655920760-648.coolpic» v:shapes="_x0000_i1070">
где Ki= 0.7645, коэффициент пропорциональности рукояти относительно массы экскаватора.

По найденным размерам <img width=«16» height=«24» src=«ref-1_1655921408-100.coolpic» v:shapes="_x0000_i1071"> и <img width=«16» height=«23» src=«ref-1_1655921508-97.coolpic» v:shapes="_x0000_i1072">, троят осевой профиль рабочей зоны

<img width=«248» height=«294» src=«ref-1_1655921605-3701.coolpic» v:shapes="_x0000_i1073">

Рис. 4. Осевой профиль рабочей зоны


В процессе экскавации грунта надземная часть рабочей зоны может быть использована полностью, а подземная часть — только в пределах безопасной зоны, согласно СНиП ограниченной откосом безопасности не ближе 1 м (на уровне стоянки) от наиболее удаленной от оси вращения поворотной платформы точки опорного контура. Крутизна откоса безопасности зависит от вида разрабатываемого грунта и глубины копания. Абсциссу точки L— начала откоса безопасности на уровне стоянки экскаватора определим как
<img width=«146» height=«30» src=«ref-1_1655925306-476.coolpic» v:shapes="_x0000_i1074">
где а — расстояние от крайней точки опорного контура экскаватора до начала откоса, согласно СНиП принимаемое равным 1 м;

Bк=0.85 м – ширина ковша; lг – расчетная глубина копания
<img width=«206» height=«40» src=«ref-1_1655925782-552.coolpic» v:shapes="_x0000_i1075">

<img width=«235» height=«31» src=«ref-1_1655926334-557.coolpic» v:shapes="_x0000_i1076">
<img width=«300» height=«292» src=«ref-1_1655926891-2746.coolpic» v:shapes="_x0000_i1077">

Рис. 5. Схема к определению параметров гидроцилиндра рукояти.


2.4 Выбор типоразмеров гидроцилиндров и их привязка
2.4.1 Выбор типоразмеров гидроцилиндра привода рукояти

Определим работу, затрачиваемую на преодоление сопротивлений грунта копанию рукоятью:
<img width=«305» height=«50» src=«ref-1_1655929637-1380.coolpic» v:shapes="_x0000_i1078">
где К1 – удельное сопротивление грунта копанию, К1=220 кПа;

Кэ – коэффициент энергоемкости, Кэ=0.94;

q– вместимость ковша, q=0.4 м3;

lк=R1=1.2 м;

Hp=3.94 м – оптимальная глубина копания;

τ – угол наклона откоса безопасности к уровню стоянки экскаватора, τ=75˚30’
<img width=«418» height=«57» src=«ref-1_1655931017-1936.coolpic» v:shapes="_x0000_i1079">
Для определения работы AG(кДж), затрачиваемой на преодоление сил тяжести рабочего оборудования и грунта в ковше, предварительно найдем силы тяжести ковша, рукояти с гидроцилиндром привода ковша, коромыслом и тягой, стрелы с гидроцилиндром привода рукояти и грунта в ковше.

Масса ковша mк(т) определена ранее, массы рукояти тр(т) и стрелы mс(т) определим приближенно по подобию с уже имеющимися экскаваторами как
<img width=«193» height=«27» src=«ref-1_1655932953-661.coolpic» v:shapes="_x0000_i1080"> <img width=«202» height=«27» src=«ref-1_1655933614-644.coolpic» v:shapes="_x0000_i1081">


где <img width=«29» height=«25» src=«ref-1_1655934258-119.coolpic» v:shapes="_x0000_i1082">  — масса 1 п. м. металлоконструкции рукояти или стрелы, выбираемая из пределов <img width=«29» height=«25» src=«ref-1_1655934258-119.coolpic» v:shapes="_x0000_i1083">= 0,08… 0,38 т/м при mэ= 6… 40. Принимаем <img width=«29» height=«25» src=«ref-1_1655934258-119.coolpic» v:shapes="_x0000_i1084">= 0,24 т/м.
<img width=«219» height=«27» src=«ref-1_1655934615-713.coolpic» v:shapes="_x0000_i1085">

<img width=«237» height=«27» src=«ref-1_1655935328-701.coolpic» v:shapes="_x0000_i1086">
Массу грунта в ковше в начале (тгн, т) и в конце (mгв, т) прямолинейного участка ВС определим как:
<img width=«107» height=«26» src=«ref-1_1655936029-340.coolpic» v:shapes="_x0000_i1087"> <img width=«105» height=«26» src=«ref-1_1655936369-319.coolpic» v:shapes="_x0000_i1088">
где <img width=«16» height=«17» src=«ref-1_1655936688-92.coolpic» v:shapes="_x0000_i1089">  — плотность грунта, <img width=«16» height=«17» src=«ref-1_1655936688-92.coolpic» v:shapes="_x0000_i1090"> =1.9 т/м3;

V— объем грунта в ковше
<img width=«477» height=«57» src=«ref-1_1655936872-2007.coolpic» v:shapes="_x0000_i1091">
Тогда
<img width=«204» height=«24» src=«ref-1_1655938879-624.coolpic» v:shapes="_x0000_i1092">

<img width=«195» height=«24» src=«ref-1_1655939503-615.coolpic» v:shapes="_x0000_i1093">
Определим силы тяжести рабочего оборудования.

Сила тяжести рукояти:
<img width=«259» height=«24» src=«ref-1_1655940118-914.coolpic» v:shapes="_x0000_i1094">




Сила тяжести стрелы:
<img width=«277» height=«24» src=«ref-1_1655941032-911.coolpic» v:shapes="_x0000_i1095">
Сила тяжести ковша:
<img width=«259» height=«24» src=«ref-1_1655941943-876.coolpic» v:shapes="_x0000_i1096">
Сила тяжести грунта в ковше в начале и в конце участка ВС:
<img width=«284» height=«24» src=«ref-1_1655942819-882.coolpic» v:shapes="_x0000_i1097">

<img width=«275» height=«24» src=«ref-1_1655943701-894.coolpic» v:shapes="_x0000_i1098">
С использованием полученных данных вычислим работу, затрачиваемую на преодоление сопротивления сил тяжести элементов рабочего оборудования и грунта в ковше на указанных перемещениях:
<img width=«397» height=«73» src=«ref-1_1655944595-1747.coolpic» v:shapes="_x0000_i1099">

<img width=«567» height=«74» src=«ref-1_1655946342-2278.coolpic» v:shapes="_x0000_i1100">
Полная работа, затрачиваемая на преодоление сопротивлений грунта копанию и подъему рабочего оборудования с грунтом, определится суммой:
<img width=«265» height=«34» src=«ref-1_1655948620-930.coolpic» v:shapes="_x0000_i1101">




Такую же работу, с учетом потерь на трение в кинематических парах, учитываемых коэффициентом полезного действия (КПД) механизма поворота рукояти, выполнит гидроцилиндр ее привода:
<img width=«99» height=«29» src=«ref-1_1655949550-216.coolpic» v:shapes="_x0000_i1102">,
Приближенно указанный КПД можно определить как:
<img width=«91» height=«27» src=«ref-1_1655949766-214.coolpic» v:shapes="_x0000_i1103">
где <img width=«25» height=«23» src=«ref-1_1655949980-108.coolpic» v:shapes="_x0000_i1104">  — КПД одного шарнира (для смазанных шарниров <img width=«69» height=«23» src=«ref-1_1655950088-179.coolpic» v:shapes="_x0000_i1105">);

n— число шарниров (п = 3); <img width=«28» height=«25» src=«ref-1_1655950267-119.coolpic» v:shapes="_x0000_i1106">  — механический КПД гидроцилиндра, учитывающий потери на трение в парах поршень — зеркало цилиндра и шток — накидная гайка (<img width=«72» height=«25» src=«ref-1_1655950386-190.coolpic» v:shapes="_x0000_i1107">).
<img width=«185» height=«37» src=«ref-1_1655950576-716.coolpic» v:shapes="_x0000_i1108">
Тогда работа гидроцилиндра механизма поворота рукояти будет равна:
<img width=«220» height=«63» src=«ref-1_1655951292-1020.coolpic» v:shapes="_x0000_i1109">
Представим работу <img width=«29» height=«25» src=«ref-1_1655952312-121.coolpic» v:shapes="_x0000_i1110"> через параметры гидроцилиндра: перепад давлений рабочей жидкости в его полостях, принимаемый как среднее рабочее давление <img width=«36» height=«24» src=«ref-1_1655952433-123.coolpic» v:shapes="_x0000_i1111"> (кПа); площадь F(м2) и ход поршня <img width=«23» height=«23» src=«ref-1_1655952556-106.coolpic» v:shapes="_x0000_i1112"> (м). С учетом примерно 10% потерь при перемещении жидкости от насоса к гидроцилиндру среднее рабочее давление определится как:


<img width=«107» height=«24» src=«ref-1_1655952662-227.coolpic» v:shapes="_x0000_i1113">, МПа
где <img width=«39» height=«24» src=«ref-1_1655952889-125.coolpic» v:shapes="_x0000_i1114">  — среднее рабочее давление, развиваемое насосом, МПа. Для аксиально-поршневых насосов серии 223 <img width=«39» height=«24» src=«ref-1_1655952889-125.coolpic» v:shapes="_x0000_i1115">= 32 МПа.
<img width=«197» height=«27» src=«ref-1_1655953139-788.coolpic» v:shapes="_x0000_i1116">
В пределах рассматриваемого перемещения рабочего оборудования ход поршня Lnиспользуется лишь частично — Ln'. Предполагая перемещение поршня примерно пропорциональным синусу половины углового перемещения рукояти относительно стрелы, найдем:
<img width=«88» height=«25» src=«ref-1_1655953927-197.coolpic» v:shapes="_x0000_i1117">, м
где ради сокращения записи в дальнейших расчетах обозначено:
<img width=«124» height=«80» src=«ref-1_1655954124-547.coolpic» v:shapes="_x0000_i1118">
где <img width=«21» height=«23» src=«ref-1_1655954671-103.coolpic» v:shapes="_x0000_i1119"> и <img width=«20» height=«23» src=«ref-1_1655954774-100.coolpic» v:shapes="_x0000_i1120">  — углы между кинематическими звеньями <img width=«16» height=«24» src=«ref-1_1655921408-100.coolpic» v:shapes="_x0000_i1121"> и <img width=«16» height=«23» src=«ref-1_1655921508-97.coolpic» v:shapes="_x0000_i1122"> соответственно в их нижнем и верхнем положениях (определяются непосредственным измерением по схеме рис. 5), <img width=«21» height=«23» src=«ref-1_1655954671-103.coolpic» v:shapes="_x0000_i1123">=145˚ и <img width=«20» height=«23» src=«ref-1_1655954774-100.coolpic» v:shapes="_x0000_i1124">=82.5˚

<img width=«21» height=«23» src=«ref-1_1655955274-103.coolpic» v:shapes="_x0000_i1125">  — полное угловое перемещение рукояти, <img width=«21» height=«23» src=«ref-1_1655955274-103.coolpic» v:shapes="_x0000_i1126">=105˚
<img width=«194» height=«94» src=«ref-1_1655955480-947.coolpic» v:shapes="_x0000_i1127">


Представим работу гидроцилиндра в виде:
<img width=«181» height=«25» src=«ref-1_1655956427-330.coolpic» v:shapes="_x0000_i1128">, кДж
Произведение <img width=«43» height=«23» src=«ref-1_1655956757-133.coolpic» v:shapes="_x0000_i1129"> есть рабочий объем гидроцилиндра <img width=«31» height=«25» src=«ref-1_1655956890-130.coolpic» v:shapes="_x0000_i1130"> (м3) — его обобщенная характеристика. Тогда рабочий объем гидроцилиндра будет равен
<img width=«132» height=«52» src=«ref-1_1655957020-359.coolpic» v:shapes="_x0000_i1131">, л

<img width=«234» height=«49» src=«ref-1_1655957379-989.coolpic» v:shapes="_x0000_i1132">
По этому параметру (отклонение в меньшую сторону не более 10%) предварительно выберем типоразмер гидроцилиндра (таб. 3).
Таблица 3



2.4.2 Выбор типоразмеров гидроцилиндра механизма поворота ковша

Механизм поворота ковша состоит из стойки (рукояти) 1 (рис. 6), ползунковой пары гильза гидроцилиндра — поршень со штоком 2, коромысла 3, тяги 4 и ведомого звена (ковша) 5.


<img width=«355» height=«129» src=«ref-1_1655958368-10904.coolpic» v:shapes="_x0000_i1133">

Рис. 6. Конструктивная схема механизма поворота ковша
Не располагая исчерпывающими результатами исследований оптимальных отношений кинематических звеньев механизма, для расчета назначим их по подобию с существующими экскаваторными механизмами (в долях от длины ведомого звена <img width=«24» height=«24» src=«ref-1_1655969272-108.coolpic» v:shapes="_x0000_i1134">  — расстояния между проушинами ковша, <img width=«24» height=«24» src=«ref-1_1655969272-108.coolpic» v:shapes="_x0000_i1135">=0.35 м):

Длина стойки
<img width=«242» height=«27» src=«ref-1_1655969488-783.coolpic» v:shapes="_x0000_i1136">
Длина большего плеча коромысла
<img width=«267» height=«27» src=«ref-1_1655970271-835.coolpic» v:shapes="_x0000_i1137">
Длина тяги
<img width=«267» height=«27» src=«ref-1_1655971106-876.coolpic» v:shapes="_x0000_i1138">
Вычислим работу сил сопротивления грунта копанию без учета влияния изменчивости толщины грунтовой стружки:
<img width=«334» height=«33» src=«ref-1_1655971982-1105.coolpic» v:shapes="_x0000_i1139">


Работа, затрачиваемая на преодоление сопротивлений грунта копанию поворотом ковша, равна:
<img width=«127» height=«29» src=«ref-1_1655973087-463.coolpic» v:shapes="_x0000_i1140">
где ξ – поправочный коэффициент, учитывающий изменчивость толщины стружки, ξ=1.25 для глин и суглинков.
<img width=«226» height=«27» src=«ref-1_1655973550-806.coolpic» v:shapes="_x0000_i1141">
Работа, затрачиваемая на преодоление сопротивлений сил тяжести ковша и грунта в нем, не превышают 2,5. ..3,5% от вычисленной выше работы <img width=«23» height=«23» src=«ref-1_1655974356-108.coolpic» v:shapes="_x0000_i1142">, в связи с чем учтем ее поправочным коэффициентом в полной работе сил сопротивления копанию грунта поворотом ковша:
<img width=«393» height=«34» src=«ref-1_1655974464-1298.coolpic» v:shapes="_x0000_i1143">
Вычислим рабочий объем гидроцилиндра
<img width=«169» height=«63» src=«ref-1_1655975762-773.coolpic» v:shapes="_x0000_i1144">
где <img width=«20» height=«25» src=«ref-1_1655976535-104.coolpic» v:shapes="_x0000_i1145">  — механический КПД гидроцилиндра, учитывающий потери на трение в парах поршень — зеркало цилиндра и шток — накидная гайка (<img width=«67» height=«25» src=«ref-1_1655976639-182.coolpic» v:shapes="_x0000_i1146">).
<img width=«185» height=«37» src=«ref-1_1655976821-713.coolpic» v:shapes="_x0000_i1147">


<img width=«21» height=«23» src=«ref-1_1655977534-107.coolpic» v:shapes="_x0000_i1148">  — коэффициент, определяется как
<img width=«269» height=«115» src=«ref-1_1655977641-2183.coolpic» v:shapes="_x0000_i1149">
Тогда рабочий объем гидроцилиндра равен
<img width=«239» height=«49» src=«ref-1_1655979824-1046.coolpic» v:shapes="_x0000_i1150">
Выбираем гидроцилиндр с рабочим объемом Wгц=9.7 л, ходом поршня L=630 мм. Остальные параметры гидроцилиндра приведены в таб.3.

По полученным значениям стойки, коромысла, тяги и гидроцилиндра строим схему привязки гидроцилиндра и находим точку его крепления (рис. 7).

Сориентируем теперь гидроцилиндр по отношению к коромыслу, для чего определим места расположения концевых шарниров гидроцилиндра на рукояти (шарнир D, см. рис. 7) и на коромысле (шарнир Е). Эту операцию будем называть в дальнейшем привязкой гидроцилиндра.
<img width=«402» height=«156» src=«ref-1_1655980870-14677.coolpic» v:shapes="_x0000_i1151">

Рис. 7 Привязка гидроцилиндра привода ковша.


Потребуем, чтобы в крайних положениях ковша сопротивления грунта копанию преодолевались равными усилиями на штоке гидроцилиндра. Неудовлетворение этому требованию приводит к перегрузке гидроцилиндра в одном положении и недоиспользованию его силового потенциала в другом положении. Согласно этому требованию гидроцилиндр можно было бы привязать к коромыслу в точке Е'0так, чтобы длина отрезка Е'0Е'К, параллельного отрезку С0СК, была в точности равна ходу поршня <img width=«23» height=«23» src=«ref-1_1655952556-106.coolpic» v:shapes="_x0000_i1152">=630мм, а шарнир привязки гильзы к рукояти (точка D') находился бы на расстоянии L0 (длина гидроцилиндра по концевым шарнирам при полностью втянутом штоке) на одной прямой с отрезком Е'0Е'К. На завершающем этапе следует, не изменяя угла AE'0D', повернуть ломаную AE'0D' относительно шарнира А в положение, при котором, во избежание задевания проушины гильзы за рукоять, центр шарнира Dнаходился бы на удалении <img width=«37» height=«17» src=«ref-1_1655995653-115.coolpic» v:shapes="_x0000_i1153"> (<img width=«12» height=«13» src=«ref-1_1655995768-82.coolpic» v:shapes="_x0000_i1154"> — наружный радиус проушины; <img width=«15» height=«17» src=«ref-1_1655995850-91.coolpic» v:shapes="_x0000_i1155"> = 100...150 мм — зазор) от верхнего обреза рукояти. Положения шарниров Dи Е определят ориентацию гидроцилиндра по отношению к коромыслу, а взаимное расположение шарниров А, Е и С0, кроме того, определит конфигурацию коромысла.
<img width=«333» height=«168» src=«ref-1_1655995941-1588.coolpic» v:shapes="_x0000_i1156">

Рис. 8. Привязка гидроцилиндра привода ковша.
2.4.3 Выбор типоразмеров гидроцилиндра привода стрелы

В приводе стрелы устанавливают либо один, либо два гидроцилиндра.

При подъеме рабочего оборудования стреловыми гидроцилиндрами одолеваются силы тяжести стрелы, рукояти, ковша, грунта в нем, гидроцилиндров привода рукояти и ковша, коромысла и тяги, а также собственных поршней со штоками.

Найдем суммарный рабочий объем гидроцилиндров привода стрелы:
<img width=«216» height=«63» src=«ref-1_1655997529-1015.coolpic» v:shapes="_x0000_i1157">
где <img width=«19» height=«24» src=«ref-1_1655998544-102.coolpic» v:shapes="_x0000_i1158"> (кН), и <img width=«16» height=«24» src=«ref-1_1655998646-98.coolpic» v:shapes="_x0000_i1159"> (м) — сила тяжести и вертикальное перемещение центра масс i– го элемента рабочего оборудования или грунта. <img width=«16» height=«24» src=«ref-1_1655998646-98.coolpic» v:shapes="_x0000_i1160">-определяется по схеме высотных перемещений центров масс элементов рабочего оборудования (рис. 9).
<img width=«375» height=«434» src=«ref-1_1655998842-6106.coolpic» v:shapes="_x0000_i1161">

Рис. 9. Схема высотных перемещений центров масс элементов рабочего оборудования.


<img width=«519» height=«49» src=«ref-1_1656004948-1784.coolpic» v:shapes="_x0000_i1162">
Рабочий объем одного гидроцилиндра равен:
<img width=«160» height=«51» src=«ref-1_1656006732-700.coolpic» v:shapes="_x0000_i1163">
По полученному рабочему объему выбираем гидроцилиндр (таб.4)
Таблица 4



Предварительно гидроцилиндр привязывают к стреле. В качестве исходных данных используют полный угол поворота стрелы <img width=«103» height=«24» src=«ref-1_1656007432-212.coolpic» v:shapes="_x0000_i1164">, длины Lи L+ Lпгидроцилиндра по концевым шарнирам соответственно с полностью втянутым и выдвинутым штоком, а также вероятное отношение моментов внешних сил относительно оси пяты стрелы <img width=«100» height=«24» src=«ref-1_1656007644-226.coolpic» v:shapes="_x0000_i1165"> в начале подъема рабочего оборудования из предельного нижнего положения (Мсн) и в конце подъема на максимальную высоту (Мсв). Используется нижняя часть схемы, представленной на рис.9. Суммарный момент сил тяжести относительно оси пяты стрелы определится как
<img width=«272» height=«27» src=«ref-1_1656007870-691.coolpic» v:shapes="_x0000_i1166">, кНм


где <img width=«16» height=«24» src=«ref-1_1656008561-91.coolpic» v:shapes="_x0000_i1167"> и <img width=«17» height=«24» src=«ref-1_1656008652-91.coolpic» v:shapes="_x0000_i1168"> (м) — абсцисса и ордината центра масс i— го элемента рабочего оборудования или грунта, отсчитываемые соответственно от оси вращения поворотной платформы и от уровня стоянки экскаватора рис.9.
<img width=«435» height=«35» src=«ref-1_1656008743-1497.coolpic» v:shapes="_x0000_i1169">

<img width=«396» height=«32» src=«ref-1_1656010240-1350.coolpic» v:shapes="_x0000_i1170">

<img width=«475» height=«32» src=«ref-1_1656011590-1668.coolpic» v:shapes="_x0000_i1171">
Момент сил тяжести и центробежных сил относительно оси пяты в верхнем положении рабочего оборудования (рис.8 верхнее положение) определится как
<img width=«344» height=«27» src=«ref-1_1656013258-884.coolpic» v:shapes="_x0000_i1172">, кНм
где <img width=«96» height=«27» src=«ref-1_1656014142-229.coolpic» v:shapes="_x0000_i1173"> кН – центробежные силы,

где <img width=«20» height=«24» src=«ref-1_1656014371-100.coolpic» v:shapes="_x0000_i1174">  — масса i-го элемента, т; <img width=«16» height=«15» src=«ref-1_1656014471-88.coolpic» v:shapes="_x0000_i1175">  — угловая скорость поворотной платформы в конце разгона, ориентировочно принимаем
<img width=«168» height=«61» src=«ref-1_1656014559-671.coolpic» v:shapes="_x0000_i1176">
Тогда
<img width=«558» height=«33» src=«ref-1_1656015230-1318.coolpic» v:shapes="_x0000_i1177">

<img width=«562» height=«32» src=«ref-1_1656016548-1221.coolpic» v:shapes="_x0000_i1178">

<img width=«532» height=«29» src=«ref-1_1656017769-1125.coolpic» v:shapes="_x0000_i1179">


Этот момент не должен превышать допустимого момента [М] по условиям устойчивости экскаватора, для гусеничных экскаваторов — <img width=«87» height=«23» src=«ref-1_1656018894-227.coolpic» v:shapes="_x0000_i1180">.
<img width=«413» height=«51» src=«ref-1_1656019121-1511.coolpic» v:shapes="_x0000_i1181">
Условие Мсв ≤ [М] выполняется.

Схема привязки стрелового гидроцилиндра представлена на рис.10, где через а = ОсА обозначено расстояние от оси пяты стрелы до оси шарнира, соединяющего гидроцилиндр со стрелой, а через b= ОсОпц — расстояние между осями пят стрелы и гидроцилиндра. Найдем сначала показанные на рис. 10 углы <img width=«17» height=«23» src=«ref-1_1656020632-100.coolpic» v:shapes="_x0000_i1182"> и <img width=«19» height=«23» src=«ref-1_1656020732-101.coolpic» v:shapes="_x0000_i1183">. Потребуем, чтобы сопротивления подъему рабочего оборудования в его крайних положениях преодолевались равными усилиями на штоке гидроцилиндра, для чего необходимо, чтобы было выполнено условие:
<img width=«121» height=«45» src=«ref-1_1656020833-381.coolpic» v:shapes="_x0000_i1184">

<img width=«189» height=«53» src=«ref-1_1656021214-1052.coolpic» v:shapes="_x0000_i1185">
Приближенно, учитывая малость углов <img width=«17» height=«23» src=«ref-1_1656020632-100.coolpic» v:shapes="_x0000_i1186"> и <img width=«19» height=«23» src=«ref-1_1656020732-101.coolpic» v:shapes="_x0000_i1187">, можно принять <img width=«68» height=«23» src=«ref-1_1656022467-173.coolpic» v:shapes="_x0000_i1188">; <img width=«72» height=«23» src=«ref-1_1656022640-174.coolpic» v:shapes="_x0000_i1189">; <img width=«117» height=«23» src=«ref-1_1656022814-227.coolpic» v:shapes="_x0000_i1190">, после чего:
<img width=«169» height=«45» src=«ref-1_1656023041-500.coolpic» v:shapes="_x0000_i1191">; <img width=«60» height=«23» src=«ref-1_1656023541-156.coolpic» v:shapes="_x0000_i1192">.
где


<img width=«219» height=«53» src=«ref-1_1656023697-934.coolpic» v:shapes="_x0000_i1193">
Тогда
<img width=«320» height=«56» src=«ref-1_1656024631-1306.coolpic» v:shapes="_x0000_i1194">

<img width=«136» height=«35» src=«ref-1_1656025937-374.coolpic» v:shapes="_x0000_i1195">
После отыскания углов <img width=«17» height=«23» src=«ref-1_1656020632-100.coolpic» v:shapes="_x0000_i1196"> и <img width=«19» height=«23» src=«ref-1_1656020732-101.coolpic» v:shapes="_x0000_i1197"> расстояния а и bопределятся как
<img width=«348» height=«45» src=«ref-1_1656026512-896.coolpic» v:shapes="_x0000_i1198">, м;

<img width=«177» height=«31» src=«ref-1_1656027408-365.coolpic» v:shapes="_x0000_i1199">, м

<img width=«486» height=«47» src=«ref-1_1656027773-1301.coolpic» v:shapes="_x0000_i1200">

<img width=«373» height=«35» src=«ref-1_1656029074-1216.coolpic» v:shapes="_x0000_i1201">
<img width=«169» height=«205» src=«ref-1_1656030290-7944.coolpic» v:shapes="_x0000_i1202">

Рис. 10. Привязка стрелоподъемного гидроцилиндра.
2.4.4 Привязка гидроцилиндра привода рукояти

В качестве исходных данных для привязки гидроцилиндра привода рукояти используют размеры очертания удлиняющей части стрелы вместе с кинематической осью последней (по результатам построения конфигурации стрелы), положения кинематической оси рукояти, предельно отвернутой от стрелы 1 (рис. 11) и предельно подвернутой к ней 2(из построений осевого профиля), размеры окончательно выбранного гидроцилиндра -ход поршня Lпи длина по концевым шарнирам с полностью втянутым штоком L.
<img width=«277» height=«156» src=«ref-1_1656038234-10220.coolpic» hspace=«672» vspace=«4» v:shapes="_x0000_i1203">

Рис. 11. Привязка гидроцилиндра привода рукояти.
Первоначально хвостовую часть рукояти (кривошип) можно ориентировать произвольно относительно ее кинематической оси, например, на продолжении последней: ОрА' при отвернутой от стрелы рукояти, ОрВ при подвернутой рукояти. Длину кривошипа <img width=«129» height=«25» src=«ref-1_1656048454-257.coolpic» v:shapes="_x0000_i1204"> назначают из условия, чтобы основание А'В треугольника А'ВОр в точности было равно размеру Lп, так что
<img width=«117» height=«45» src=«ref-1_1656048711-313.coolpic» v:shapes="_x0000_i1205">, м

<img width=«222» height=«57» src=«ref-1_1656049024-1130.coolpic» v:shapes="_x0000_i1206">
Все последующие действия аналогичны таковым для привязки ковшового гидроцилиндра: А'С' = Lна продолжении отрезка А'В, поворот ной ОрА'С' в положение ОрАС (точка С на расстоянии <img width=«37» height=«17» src=«ref-1_1655995653-115.coolpic» v:shapes="_x0000_i1207"> от верхнего обреза балки стрелы). В результате привязки гидроцилиндра получено положение шарнира С относительно удлиняющей части стрелы и ориентация кривошипа ОрА относительно кинематической оси рукояти 1.
2.5 Расчет рабочего оборудования
<img width=«285» height=«366» src=«ref-1_1656050269-31131.coolpic» v:shapes="_x0000_i1208">

Рис. 12. Схема к определению усилий, действующих на рабочее оборудование одноковшового экскаватора.
Копание поворотом ковша. На рабочее оборудование действуют наибольшие нагрузки в период копания гидроцилиндром ковша на максимальной глубине. Если наибольшее усилие на режущей кромке ковша не может быть достигнуто из-за ограниченной устойчивости экскаватора или ограничения реактивного усилия в гидроцилиндре рукояти, то за расчетное принимают положение, при котором рукоять повернута на угол, допускающий развитие максимального усилия на режущей кромке ковша, что соответствует расчетному положению рукояти 3р (рис.12) и ковша Зк (рис.13).


<img width=«278» height=«233» src=«ref-1_1656081400-15838.coolpic» v:shapes="_x0000_i1209">

Рис. 13. Схема к определению усилий в тяге ковша.
Определим наибольшее реактивное усилие, которое возникает в цилиндре рукояти РЦР, кН:

Определим реактивное усилие, которое возникает в цилиндре рукояти в положении 6р:
ΣМВ = 0

— РЦР6 · (rЦР6) + GК.ГР · (rК.ГР6) + GР · (rР6) + РСР · (ρ) = 0

РЦР6 = 1 / rЦР6· (GК.ГР · (rК.ГР6) + GР · (rР6) + РСР · (ρ)) =

= 1/0.39 · (11· 2.97 + 7.65· 0.83 + 39.5· 3.7) = 473.8 кН
Определим реактивное усилие, которое возникает в цилиндре рукояти в положении 5р:
ΣМВ = 0

— РЦР5 · (rЦР5) + GК.ГР · (rК.ГР5) + GР · (rР5) + РСР · (ρ) = 0

РЦР5 = 1 / rЦР5· (GК.ГР · (rК.ГР5) + GР · (rР5) + РСР · (ρ)) =

= 1/0.502 · (11· 2.81 + 7.65· 0.78 + 39.5· 3.7) =364.6 кН
Определим реактивное усилие, которое возникает в цилиндре рукояти в положении 4р:


ΣМВ = 0

— РЦР4 · (rЦР4) + GК.ГР · (rК.ГР4) + GР · (rР4) + РСР · (ρ) = 0

РЦР4 = 1 / rЦР4· (GК.ГР · (rК.ГР4) + GР · (rР4) + РСР · (ρ)) =

= 1/0.55 · (11· 2.3 + 7.65· 0.65 + 39.5· 3.7) =320 кН
Определим реактивное усилие, которое возникает в цилиндре рукояти в положении 3р:
ΣМВ = 0

— РЦР3 · (rЦР3) + GК.ГР · (rК.ГР3) + GР · (rР3) + РСР · (ρ) = 0

РЦР3 = 1 / rЦР3· (GК.ГР · (rК.ГР3) + GР · (rР3) + РСР · (ρ)) =

= 1/0.54 · (11· 1.62 + 7.65· 0.45 + 39.5· 3.7) =310 кН
Определим реактивное усилие, которое возникает в цилиндре рукояти в положении 2р:
ΣМВ = 0

— РЦР2 · (rЦР2) + GК.ГР · (rК.ГР2) + GР · (rР2) + РСР · (ρ) = 0

РЦР2 = 1 / rЦР2· (GК.ГР · (rК.ГР2) + GР · (rР2) + РСР · (ρ)) =

= 1/0.54 · (11· 0.72 + 7.65· 0.2 + 39.5· 3.7) =324 кН
Определим реактивное усилие, которое возникает в цилиндре рукояти в положении 1р:
ΣМВ = 0

— РЦР1 · (rЦР1) — GК.ГР · (rК.ГР1) — GР · (rР1) + РСР · (ρ) = 0

РЦР1 = 1/ rЦР1· (- GК.ГР · (rК.ГР1) — GР · (rР1) + РСР · (ρ)) =

= 1/0.36 · (-11· 0.26 — 7.65· 0.07 + 39.5· 3.7) =396.5 кН


Мы определили, что наибольшее реактивное усилие в цилиндре рукояти будет возникать в положении 6р. Далее мы выбираем по стандартизированному ряду гидроцилиндр, определяя его диаметр и площадь поршневой полости. Из полученных расчетов выбираем гидроцилиндр с диаметром поршня d= 0.125 м. Максимальное давление в гидроцилиндре принимаем равным 32 МПа. Подробный расчет гидроцилиндра будет рассмотрен нами далее.

Определим максимальное реактивное усилие в цилиндре рукояти РЦР, кН:
РЦРмакс = pМАКС· FЦР = 320 · 153.9 =492.5 кН,
где рМАКС — максимальное давление в цилиндре рукояти, кН;

В этом случае при копании поворотом ковша на его режущей кромке развивается усилие (рис. 12, 13) в положении 6Р:
ΣМВ = 0

Р1-6 · (ρ) – РЦР · (rЦР6) + GК.ГР · (rК.ГР) + GР · (rР6) = 0

Р1-6 = 1 / ρ· (РЦР · (rЦР6) — GК.ГР · (rК.ГР) — GР · (rР6)) =

= 1/3.7 · (-11·2.97 — 7.65· 0.83 + 492.5· 0.39) =41.4 кН,
в положении 3Р:
ΣМВ = 0

Р1-3 · (ρ) — РЦР · (rЦР1) — GК.ГР · (rК.ГР) — GР · (rР1) = 0

Р1-3 = <img width=«212» height=«44» src=«ref-1_1656097238-465.coolpic» v:shapes="_x0000_i1210"> =

= 1/3.7 · (-11·1.62 — 7.65· 0.45 + 492.5· 0.54) =66.1 кН,




в положении 1Р:
ΣМВ = 0

Р1-1 · (ρ) — РЦР · (rЦР1) — GК.ГР · (rК.ГР) — GР · (rР1) = 0

Р1-1 = <img width=«211» height=«44» src=«ref-1_1656097703-462.coolpic» v:shapes="_x0000_i1211"> =

= 1/3.7 · (11·0.26 + 7.65· 0.45 + 492.5· 0.36) =48.8 кН,
где ρ — плечо силы Р1 действующей относительно точки В, м.

Определим нормальную составляющую для положений 6Р, 3Р и 1Р:
P2-6 ≈ 0,2P1-6= 0.2 · 41.4 = 8.28 кН

P2-3 ≈ 0,2P1-3= 0.2 · 66.1 = 13.22 кН

P2-1 ≈ 0,2P1-1= 0.2 · 48.8 = 9.76 кН
Усилие на режущей кромке ковша для положений 6Р, 3Р и 1Р:
РК6мах = <img width=«102» height=«33» src=«ref-1_1656098165-251.coolpic» v:shapes="_x0000_i1212"> = 42.22 кН

РК3мах = <img width=«100» height=«33» src=«ref-1_1656098416-249.coolpic» v:shapes="_x0000_i1213"> = 67.41 кН

РК1мах = <img width=«99» height=«32» src=«ref-1_1656098665-247.coolpic» v:shapes="_x0000_i1214"> = 49.76 кН
Из расчетов мы видим, что усилие на режущей кромке ковша для положения 3Р, равно РК1мах = 67.41 кН, это усилие на режущей кромке ковша будет являться максимальным, так как в этом положении будет максимальное плечо гидроцилиндра рукояти относительно шарнира В.

При копании без поворота ковша. Стрела максимально опущена вниз, копают без поворота ковша при движении рукояти снизу вверх, участок 1Р на траектории является наиболее нагруженным для гидроцилиндра стрелы, так как в этом положении плечо гидроцилиндра стрелы будем минимальным. Расчетные положения рабочего оборудования для этого случая показаны на рис. 13.

Из суммы моментов, действующих относительно точки В (шарнира рукоять—стрела), и по усилию в гидроцилиндре рукояти находят усилия на режущей кромке ковша. При этом считаем, что максимальный отпор грунта будет равен:
Р1-1 · (ρ) — РЦР · (rЦР1)+ GК.ГР · (rК.ГР) + GР · (rР1) = 0

Р1-1 = 1/(3.7) · (492.5 · (0.36) — 11 · (0.26) — 7.65· (0.07)) = 47 кН,
где P1-1— касательное усилие, действующее на кромке ковша при копании рукоятью; р — радиус приложения усилия на кромке ковша при копании рукоятью, м; РЦР=492.5 кН — усилие, действующее в гидроцилиндре рукояти; rЦР— плечо приложения усилия в гидроцилиндре рукояти, м; GР и GК.ГР — вес рукояти с гидроцилиндром ковша и ковша с грунтом; rР и rК.ГР — плечи сил тяжести рукояти и ковша с грунтом, м.

По найденному усилию P1-1, действующему на зубья ковша (режущую кромку ковша), и сумме моментов относительно точки А (пяты стрелы) определяют реактивное усилие в гидроцилиндрах стрелы по формуле:
РЦС = <img width=«283» height=«47» src=«ref-1_1656098912-586.coolpic» v:shapes="_x0000_i1215">
Реактивное усилие в цилиндрах стрелы PЦСдля положений 1Р определим по формуле:
PЦС1= (1 / 0.54) · (47 · 8.04 + 14.35 · ∙2.1 + 7.65 · 3.48 + 11 · 3.66 – -9.76· 3.03) = 824.6 кН,


По результатам расчета активных и реактивных усилий для рассматриваемых положений находим наиболее неблагоприятное расчетное положение. Этому положению соответствует крайнее нижнее положение стрелы 1Р. При копании поворотом ковша. Определим усилие для положений 6Р, 3Р и 1Р, действующее в тяге ковша (относительно шарнира крепления ковша и рукояти) Т, кН:
Т6 = <img width=«135» height=«45» src=«ref-1_1656099498-343.coolpic» v:shapes="_x0000_i1216"> = (1 / 0.234) · (49.76 · 1.2 + 11 · 0.049) =257.5 кН,
где r1 = 0.049 м — плечо силы тяжести ковша с грунтом относительно точки C1; rРк = 1.2 м – плечо силы РК.
Т3= <img width=«135» height=«45» src=«ref-1_1656099841-334.coolpic» v:shapes="_x0000_i1217"> = (1 / 0.34) · (49.76 · 1.2 — 11 · 0.565) =157.3 кН,
где r1 = 0.565 м — плечо силы тяжести ковша с грунтом относительно точки C1;
Т1 = <img width=«135» height=«45» src=«ref-1_1656099841-334.coolpic» v:shapes="_x0000_i1218"> = (1 / 0.268) · (49.76 · 1.2 — 11 · 0.24) =212.9 кН,
где r1 = 0.24 м — плечо силы тяжести ковша с грунтом относительно точки C1;

Определим усилие в цилиндре ковша для положений 6Р, 3Р и 1Р:
PЦК6= TrТ2/r2= 257.5 · 0.435 / 0.24 = 466.7 кН,
где r2= 0.24 м — плечо силы РЦК относительно точки D; rТ2 = 0.435 м — плечо усилия в тяге Т относительно точки D.


PЦК3= TrТ2/r2= 157.3 · 0.43 / 0.38 = 177.9 кН,
где r2= 0.38 м — плечо силы РЦК относительно точки D; rТ2 = 0.43 м — плечо усилия в тяге Т относительно точки D.
PЦК1= TrТ2/r2= 212.9 · 0.3 / 0.22 = 290.3 кН,
где r2= 0.22 м — плечо силы РЦК относительно точки D; rТ2 = 0.3 м — плечо усилия в тяге Т относительно точки D.
2.6 Расчет на прочность гидроцилиндров
Расчет гильзы выполняется на три вида напряжений, возникающих от давления жидкости.

Определим касательное напряжение, действующее в окружном направлении, мПа:

Для гидроцилиндра стрелы:
σt= 1,1[p](D+δ)/2δ= 1.1 · 32 · (0.14 + 0.021) / 2· 0.021 = 134.93 мПа,
где 1,1[p] – наибольшее (пиковое) давление; [p] = 32 мПа — давление настройки предохранительного клапана; D= 0.14 м – диаметр гидроцилиндра стрелы; δ = 0.015 м — толщина стенки, определяется по таб.5 .

Для гидроцилиндра рукояти:
σt= 1,1[p](D+δ)/2δ= 1.1 · 32 · (0.14 + 0.021) / 2· 0.021 = 134.93 мПа,
где 1,1[p] – наибольшее (пиковое) давление; [p] = 32 мПа — давление настройки предохранительного клапана; D= 0.14 м – диаметр гидроцилиндра рукояти;

δ = 0.021 м – толщина стенки, определяется по таб.5 .
σt= 1,1[p](D+δ)/2δ= 1.1 · 32 · (0.14 + 0.021) / 2· 0.021 = 134.93 мПа,
где 1,1[p] – наибольшее (пиковое) давление; [p] = 32 мПа — давление настройки предохранительного клапана; D= 0.14 м – диаметр гидроцилиндра рукояти;

δ = 0.021 м – толщина стенки, определяется по таб.5 .


    продолжение
--PAGE_BREAK--Таблица 5.


Определим напряжение в осевом направлении, мПа:

Для гидроцилиндра стрелы:
σ0= 1,1[p]D2 / 4(D+δ)δ= 1.1 · 32 · 0.142 / 4 · (0.14 + 0.021) · 0.021 =51МПа
Для гидроцилиндра рукояти:
σ0= 1,1[p]D2 / 4(D+δ)δ= 1.1 · 32 · 0.142 / 4 · (0.14 + 0.021) · 0.021 =51МПа
Для гидроцилиндра ковша:
σ0= 1,1[p]D2 / 4(D+δ)δ= 1.1 · 32 · 0.142 / 4 · (0.14 + 0.021) · 0.021 =51МПа
Радиальными напряжениями ввиду их незначительности можно пренебречь.

Определим эквивалентные напряжения, МПа:




σэкв = (σt2 + σo2 — σtσo)1/2 ≤ [σ] = σT/ n

σэкв = (σt2 + σo2 — σtσo)1/2 = (134.92 +512 — 134.9 · 51)1/2 = 118 МПа 3.93

118 ≤ [σ]= 250 / 1.8 = 138.8 МПа
Расчет штока выполняется для худшего случая работы штока – сжатие при полном его выдвижении.

В этом случае напряжения сжатия равны, МПа:

Для штока стрелы:
σсж= РЦ / Sшφ≤ [σсж] = РЦ / Sшφ= 0.412 / 0.0063 · 0.95 = 68.8 ≤ [σсж] =300 / 1.8 = 166.7 МПа
Для штока рукояти:
σсж= РЦ / Sшφ≤ [σсж] = РЦ / Sшφ= 0.473 / 0.0063 · 0.89 = 84.3 ≤ [σсж] = 300 / 1.8 = 166.7 МПа
Для штока ковша:
σсж= РЦ / Sшφ≤ [σсж] = РЦ / Sшφ= 0.466 / 0.0063 · 0.89 = 90.2 ≤ [σсж] = 300 / 1.8 = 166.7 МПа
где РЦ – усилие на штоке, Н; SШ – площадь штока, м2; φ – коэффициент, зависящий от гибкости штока λ и его свободной длины lш

Определим длину штока, м:
lш=L+(A-D),
Для штока стрелы:


lш=L+(A-D) = 1.12 + (0.58 – 0.14) = 1.56 м
Для штока рукояти:
lш=L+(A-D) = 0.9 + (0.58 – 0.14) = 1.34 м
Для штока ковша:
lш=L+(A-D) = 0.63 + (0.58 – 0.14) = 1.07 м
где L– ход штока, м;

А – конструктивный параметр гидроцилиндра, м;

D– диаметр цилиндра, м.
2.7 Параметры насосно–силовой установки. Выбор типоразмеров насосов и первичного двигателя
Определим типоразмер насосов по наиболее энергоемкой операции копания, продолжительность которой определим приближенно, в соответствий с рекомендациями, по эмпирической зависимости:
<img width=«251» height=«37» src=«ref-1_1656100509-828.coolpic» v:shapes="_x0000_i1219">
где q= 0.4 м3, вместимость основного ковша.

Приведенная к насосу регуляторная мощность определится как:
<img width=«324» height=«58» src=«ref-1_1656101337-982.coolpic» v:shapes="_x0000_i1220">


где АΣ = 146 кДж, kИ= 0.85 – коэффициент использования мощности насосной установки; ηΣ = 0.54 … 0.66.

Определим номинальную подачу, при РН ном = 20 МПа:
<img width=«282» height=«54» src=«ref-1_1656102319-1325.coolpic» v:shapes="_x0000_i1221">
По этой подаче выберем насос серии 223.5 (двухпоточный аксиально– поршневой насос).

Определим требуемую частоту вращения вала, об / мин:
η НОМ = η НОМ ТАБЛ · QНОМ / QНОМ табл= 1400 ·198 / 290.6 =

=953 об / мин
Типоразмер выполнен правильно, так как η НОМ < η НОМ, где η МАХ = 2700 об / мин

Определим требуемую мощность двигателя внутреннего сгорания:
NE= NРЕГ · kСН/ η РЕД · kВЫХ = 66 ·1.1 / (0.97·0.9) =83 кВт,
где kСН= 1.1 …1.15 — коэффициент учитывающий потребление мощности на собственные нужды (обогрев кабины, кондиционирование воздуха, электроосвещение); η РЕД = 0.97 – КПД редуктора; kВЫХ= 0.9 – коэффициент снижения выходной мощности двигателя вследствие колебания нагрузки.

По мощности определим тип двигателя внутреннего сгорания серии СМД — 14

Определим передаточное число редуктора:




U= nДВ / nН= 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= <img width=«135» height=«45» src=«ref-1_1656099841-334.coolpic» v:shapes="_x0000_i1222"> = (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:
<img width=«193» height=«152» src=«ref-1_1656103978-807.coolpic» v:shapes="_x0000_i1223">

Рис. 14. Схема распределений усилий в ковше.
<img width=«159» height=«146» src=«ref-1_1656104785-1838.coolpic» v:shapes="_x0000_i1224">

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:
<img width=«260» height=«130» src=«ref-1_1656106623-957.coolpic» v:shapes="_x0000_i1225">

Рис. 16. Схема распределений усилий в коромысле.


<img width=«167» height=«146» src=«ref-1_1656107580-1806.coolpic» v:shapes="_x0000_i1226">

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
<img width=«223» height=«304» src=«ref-1_1656109386-3924.coolpic» v:shapes="_x0000_i1227">

Рис. 18. План сил определения усилия возникающего в шарнире рукояти и стрелы.
Выполним проверку:
ΣFx= 0;

ΣFy= 0;

ΣFx= 0

РГЦР = 492.5 · cos54º = 325.7 кН

РКОРОМ = 77.48 · cos54º = 51.3 кН

РСТРЕЛЫ = 555.1 · cos55º = -360.4 кН

РКОВША = 230.73 · cos5º = 230.4 кН

РГЦК = 248.6 · cos5.5º = -247 кН

325.7 + 51.3 – 360.4 – 247 + 230.4 = 0

ΣFy= 0

РГЦР = 492.5 · cos36º = 414 кН

РКОРОМ = 77.48 · cos36º = 64 кН

РСТРЕЛЫ = 555.1 · cos35º = -474.3 кН

РКОВША = 230.73 · cos85º = -54 кН

РГЦК = 248.6 · cos84.5º = 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 ∙ cos3.5º = 230 кН;

РОY= 230.7 ∙ cos86.5º = 14.1 кН;

Р1X= 77.18∙ cos59.5º = 39.17 кН;

Р1Y= 77.18 ∙ cos30.5º = 66.5 кН;

Р2X= 248.6 ∙ cos0º = 248.6 кН;

Р2Y= 0 кН;

Р3X= 555.1 ∙ cos60.5º = 273.3 кН;

Р3Y= 555.1 ∙ cos29.5º = 483.3 кН;

Р4X= 492.5 ∙ cos82.5 = 64.2 кН;

Р4Y= 492.5 ∙ cos7.5º = 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.
<img width=«371» height=«303» src=«ref-1_1656113310-1309.coolpic» v:shapes="_x0000_i1228">

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:
АПАЛ = 0.785 ∙ d2 = 0.785 ∙ 752 = 4415.625 мм2
Определим момент осевой сопротивления пальца, мм3:
WПАЛ= 0.785 ∙ r3 = 0.785 ∙ 37.53 = 41396.48 мм3
Знаязначение усилия ковша РКОВ = 230.73 кН, определим τПАЛ, МПа:
τПАЛ = Рков / 2∙ АПАЛ = 230730 / 2∙ 4415.625 = 26.1 МПа
Определим напряжение возникающие в пальце рукояти, МПа:
σПАЛ = Рков ∙ LПАЛ/2 ∙ 2 ∙ WПАЛ= 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:

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:
АПАЛ = 0.785 ∙ d2 = 0.785 ∙ 752 = 4415.625 мм2
Определим момент осевой сопротивления пальца, мм3:
WПАЛ= 0.785 ∙ r3 = 0.785 ∙ 37.53 = 41396.48 мм3
Знаязначение усилия от коромысла Ркор = 77.18 кН, определим τПАЛ, МПа:
τПАЛ = Ркор / 2∙ АПАЛ = 77180 / 2∙ 4415.625 = 8.73 МПа
Определим напряжение возникающие в пальце рукояти, МПа:
σПАЛ = Ркор ∙ LПАЛ/2 ∙ 2 ∙ WПАЛ= 175.25 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.)

3. Расчет пальца проушины рукояти для крепления стрелы:

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:
АПАЛ = 0.785 ∙ d2 = 0.785 ∙ 752 = 4415.625 мм2
Определим момент осевой сопротивления пальца, мм3:
WПАЛ= 0.785 ∙ r3 = 0.785 ∙ 37.53 = 41396.48 мм3
Знаязначение усилия стрелы РСТР = 555.1 кН, определим τПАЛ, МПа:
τПАЛ = Рстр / 2∙ АПАЛ = 555100 / 2∙ 4415.625 = 62.85 МПа
Определим напряжение возникающие в пальце рукояти, МПа:
σПАЛ = Рстр ∙ LПАЛ/2 ∙ 2 ∙ WПАЛ= 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.)

4. Расчет пальца проушины рукояти для крепления гидроцилиндра рукояти:

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:
АПАЛ = 0.785 ∙ d2 = 0.785 ∙ 752 = 4415.625 мм2
Определим момент осевой сопротивления пальца, мм3:
WПАЛ= 0.785 ∙ r3 = 0.785 ∙ 37.53 = 41396.48 мм3
Знаязначение усилия гидроцилиндра рукояти РГЦР = 492.5 кН, определим τПАЛ, МПа:
τПАЛ = Ргцр / 2∙ АПАЛ = 492500 / 2∙ 4415.625 = 55.76 МПа
Определим напряжение возникающие в пальце рукояти, МПа:
σПАЛ = Ргцр ∙ LПАЛ/2 ∙ 2 ∙ WПАЛ= 743.5 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.)

5. Расчет пальца проушины рукояти для крепления гидроцилиндра 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:
АПАЛ = 0.785 ∙ d2 = 0.785 ∙ 752 = 4415.625 мм2
Определим момент осевой сопротивления пальца, мм3:
WПАЛ= 0.785 ∙ r3 = 0.785 ∙ 37.53 = 41396.48 мм3
Знаязначение усилия гидроцилиндра ковша Ргцк = 248.6 кН, определим τПАЛ, МПа:
τПАЛ = Ргцк / 2∙ АПАЛ = 248600 / 2∙ 4415.625 = 28.15 МПа
Определим напряжение возникающие в пальце рукояти, МПа:
σПАЛ = Ргцк ∙ LПАЛ/2 ∙ 2 ∙ WПАЛ= 375 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.)

Определим сечение рукояти в шарнире соединения рукояти с ковшом

Определим размеры поперечного сечения рукояти. Рассмотрим сечение, его геометрические характеристики, размеры сечения, исходя из условий прочности.
1. F1= b∙ (H— h) = 0.196 ∙ (0.118 – 0.075) = 0.00843 м2

X1= b/ 2 = 0.098 м

Y1= H/ 2 = 0.059 м

2. F2= Bh+2b∙ (H— h) = 0.238 ∙ 0.023 + 2 ∙ 0.021 ∙ 0.021) =

= 0.00638 м2

X1= B/ 2 = 0.119 м

Y1= Bh2+2b∙ (H2— h2) / 2(Bh+2b∙ (H— h)) = 0.0147 м

Y1'= H— Y1= 0.02985 м

1.F3= Bh+2b∙ (H— h) = 0.238 ∙ 0.023 + 2 ∙ 0.021 ∙ 0.021) =

= 0.00638 м2

X1= B / 2 = 0.119 м

Y1= Bh2+2b ∙ (H2 — h2) / 2(Bh+2b ∙ (H — h)) = 0.0147 м

Y1'= H— Y1= 0.02985 м
Определим статические моменты каждой фигуры, а так же общие координаты YC:
SX= F1∙ Y1+ F2∙ Y2+ F3∙ Y3= 0.001737 м3 YC= SX/ ∑ Fобщ= 0.001737/ 0.021184 = 0.082 м
Определим моменты инерции сечения в отдельности и всего сечения в целом:
1. JX1= b/ 12 ∙ (H3– h3) = 0.196 / 12 ∙ (0.1183 – 0.0753) = 0.000119673 м4

2. JX2= Bh3+ 2 b∙ (H– h)3/ 12 + Bh(Y1– h/2)2 + 2 b∙ (H– h) (H– h/ 2 + h— Y1)= =0.000037432 м4

3. JX3= Bh3+ 2 b∙ (H– h)3/ 12 + Bh(Y1– h/2)2 + 2 b∙ (H– h) (H– h/ 2 + h— Y1)= =0.000037432 м4
Учитывая поправку Штейнера получим:
JX2+ ( y2)2F2= 0.000066358 м4

JX3+ ( y3)2F3= 0.000066358 м4

JXобщ=∑JXi= 0.000252389 м4
Определим момент сопротивления относительно нейтральной линии:
W= JXобщ/ YC= 0.00307 м3
Определим напряжения возникающие в сечение 1-1:
σ= N/Fвсего сечения= 10.8 МПа,

N= 230 кН;

Fвсего сечения = 0.021184 м2

σЭКВ = <img width=«133» height=«33» src=«ref-1_1656114619-404.coolpic» v:shapes="_x0000_i1229">    продолжение
--PAGE_BREAK--