Совершенствование конструкции экскаватора с целью расширения технических возможностей (стр. 3 из 10)

Составляющая наполнения ковша в первом положении:

Р_01н¹ = 0,66 * Вк * Нn² * Кн² *

* cos * M / Кр; (31)

где Нn - высота наполнения ковша, Нn = 0,576м;

- объемный вес грунта, = 1900кгс/м³;

М - коэффициент трения грунта о грунт, М = 0,8;

Р_01р = 0,6 * 1,15 * 0,576² * 1,35² * 1900 * 0,8 * 0,999/ 1,25 = 557,51кгс

Составляющее положение ковша в последнем положении:

Р_01н⁸ = 557,51 * cos 73⁰ = 557, 51 * 0,292 = 162,79кгс;

Касательная составляющая резания

Р₀₁¹= √ Р_01р² + Р_01н²

Р₀₁¹= √ 3322,68² + 557,51² = 3370кгс;

Р₀₁⁸ = √ 3322,68² + 162,79² = 3327кгс;

Нормальная составляющая реакция резания

Р₀₂ = 20 * G *

* p;

Р₀₂ = 20 * 8 * 10 * 1 = 1600кгс;

1.3.2 Расчет на прочность тяги

Расчетное положение: Тяга наклонена к горизонтальной плоскости под углом 45⁰, рукоять на полном вылете. Усилие в цилиндре тяги определим из моментов всех сил действующих на рыхлительное оборудование, относительно тяги стрелы.

Рц.с. = 0,49 * 1,09 + 0,91 * 1,31 + 0,26 * 1,78 + 0,74 * 3,64 / 0,72 + 0,8 * 1,2 + 11,5 * 5,11 / 0,72 = 102,5т

Вертикальную и вертикальную составляющие реакции в тяги определим из сезмны проекции всех сил действующих на рыхлительное оборудование, на вертикальную и горизонтальную оси.

Ав = 102,5 * cos 30⁰ - 0,49 - 0,91 - 0,26 - 0,74 - 1,88 - 11,5 * cos 29⁰ = 102,5 * 0,866 - 0,49 - 0,91 - 0,26 - 0,74 - 1,88 - 0,875 * 11,5 = 74,4т

Аг = 102,5 * cos 60⁰ - 11,5 * cos 61 = 102,5 * 0,5 - 11,5 * 0,485 = 45,7

Усилие в цилиндре Рц.р. определяем из уравнения моментов всех сил действующих на систему тяга-гидромолот относительно шарнира стрела-тяга.

Рц.р = Qp * 1,24 + Qkr * 3 * 4,05 / 1,01 = 0,74 * 1,24 + 1,88 * 3 * 11,5 / 1,01 = 52,6т

Вертикальную и горизонтальную составляющие реакций в шарнире определим из суммы проекций всех сил действующих на систему тяга-гидромолот на вертикальную и горизонтальную оси.

Бв = 52,6 * cos 69⁰ - 0,74 - 1,88 - 11,5 * cos 29⁰ = 52,6 * 0,515 - 0,74 -1,88 - 11,5 * 0,875 = 14,4т

Бг = 52,6 * cos 31⁰ - 11,5 - 11,5 * cos 61⁰ = 52,6 * 0,857 - 11,5 - 11,5 * 0,485 = 39,5т

Изгибающий момент А - А тяги.

Миз = 39500 * 56 - 14400 * 64 = 1290000кгс/см

Момент сопротивления этого сечения при изгибе.

Wx = (48 * 36,5³ - 44 * 34,9³) * 2 / 12 * 36,5 = 2117см³

Нормальные напряжения

Gи = Миз / Wx = 1290000 / 2117 = 609кгс/см²

Расчетное положение тяги: тяга наклонена к горизонтальной плоскости под L 42⁰, тяга на полном вылете, гидромолот занимает рабочее положение.

В цилиндре тяга максимального усиления равна 38,5т

Усилие в цилиндре рукояти Рц.р. определяем из уравнения моментов всех сил, действующих на систему тяга-стрела, относительно шарнира стрела-тяга.

Рц.р. = 0,74 * 1,25 + 1,2 * 2,59 + 14,6 * 3,36 / 1,01 = 53т;

Реакция в шарнире тяга-стрела определим из суммы проекций всех сил, действующих на систему тяги-стрела, на вертикальную и горизонтальную оси.

Усилие резания дано суммарное.

Аг = 53 * cos 31⁰ - 14,6 * cos 27⁰ = 32,41т;

Ав =53 * cos 59⁰ - 0,74 - 1,2 - 14,6 * cos 63⁰ = 18,72т.

Реакция в шарнире гидромолот-тяга (действие на тягу).

Б

= 38,5 * cos 40⁰ + 14,6 * cos 63⁰ + 1,2 = 38,5 * 0,766 + 14,6 * 0,454 + 1,2 = 37,3т.

Б₂ = 38,5 * cos 50⁰ - 14,6 * cos 27⁰ = 38,5 * 0,643 - 14,4 * 0,891 = 11,75т.

Силы действия на тягу. Изгибающий момент в сечении I - I

Ми_I= Б

* 107 - Бг * 70; (32)

Ми_I= 37300 * 107 - 11750 * 70 = 3168600кгс/см

Момент инерции данного сечения при изгибе.

J₁ = (8,8 * 34³ - 31,6³ * 7,2) * 2 / 12 = 9890,2см³

Изгибающие направления в данном сечении

Gи_I= 3168600 / 2 *582 = 2722кгс/см³

Запас прочности по нормальным напряжениям

G = 4400 / 2722 = 1, 61кгс/см²;

Изгибающий момент в сечении 2 - 2.

Ми₂ = 37300 * 55 - 11750 * 41 = 7571800кгс.см

Момент инерции сечения при изгибе

J₂ = (8,8 * 21,6³ - 7,2 * 19,2³ / 12 = 582см³;

Момент сопротивления при изгибе

W₂ = 6287?15 * 2 / 582 = 2700кгс/ см².

1.3.3 Расчет на прочность сечения 3-3 сварного шва

Принципиальная схема сечения 3-3 показана на рисунке №3.

Рисунок №3 - Схема к расчетам на прочность

Момент инерции для этого сложного сечения вычисляем табличным способом.

Таблица 2 - Момент инерции

сечение	F	У	Fу	Fу2
Две коробки	213,6	27,75	5927,4	164485	72080
(44 х 1,2)	105,6	22,6	2386,6	53936	17040
(0,6 х 35,2)	21,12	0,3	6,3	2	1
итого	340,2	50,65	8315,3	218423	89121

Расстояние от оси х до центра тяжести сечения

L₁ = 8315,3 / 340,3 = 24,43см

Расстояние от нижней кромки сечения до центра тяжести

L₂ = 55,5 - 24,43 = 31,07см

Момент инерции относительно центра тяжести

₃ = 89121 + 218423 - 24,43² * 340,3 = 104446см³

Момент сопротивления для нижних волокон

W₃ = 14 * 104446 /31,07 = 3361,6см³

Изгибающий момент в данном сечении

Ми = 14 √ 32410² + 18720² = 519000кгс.см

Нормальное напряжение

Gи = Ми / W₃ = 519000 / 3361,6 = 154,3кгс/см²

Вывод: При расчете сварного шва 3-3 Ми определили прочность сварного шва в момент инерции относительно центра тяжести, 104446см³ и нормальное напряжение которое составило 154,3кгс/см².

1.3.4 Расчет на прочность пальца шарнира рычаг-гидромолот

Максимальная реакция пальца

Б = √ Б₂² + Б₂² ; (33)

Б = √ 37300 + 11750 = 39100кг/см²;

Максимальный изгибающий момент

Ми = 39100 * 15,8 / 2 = 308890кгс.см

Момент сопротивления при изгибе

Wи = 0,1 * d³; (34)

Wи = 0,1 * 9³ = 72,9см³.

Изгибающие напряжения:

Gи = 308890 / 72,9 = 4237.17кг/см²;

Запас прочности по нормальным напряжениям:

G = 6500 / 4237,17 = 1,53кг/см²;

1.4 Расчет гидроцилиндра тяги

Предлагается делать цилиндр с толщиной стенки 15мм. вместо 20мм. из трубы 170 х 18 ГОСТ 8734-75 вместо 180 х 28 ГОСТ 8732-70. Материал трубы сталь г 45 ГОСТ 8731-66. Предел текучести по ГОСТ 1050-74, Gг = 36005кг/см².

Расчет на прочность сечения посредине цилиндра

В указанном сечении не сказывается влияние сварки, крепящей цилиндр к днищу, по этому, напряжение можно вычислить по формуле. Напряжение сжатия на внутренней поверхности равны /при р = 350кг/см²/.

Gw = Р * D² + d² - d² ;

Gw = 350 * 17² + 14² / 17- 14² = 1825 кг/см²/.

Эти же напряжения для существующих цилиндров

Gw = 350 * 18² + 14² / 18- 14² = 1422 кг/см²/.

Запас прочности для нового цилиндра n = 1,5-5;

G = 3600 / 1825 = 1,97;

Запас прочности для существующего цилиндра

G = 3600 / 1422 = 2,53;

Запас прочности достаточны.

Расчет на прочность цилиндра в сечении сварки, крепящей цилиндр к пяте.

Момент на единицу длины окружности по срезу радиусу.

М₀ = Р / 2В² * (1 -М / 2);

В = ⁴√ 3 * (1 - М² ) /

²ср * h²; (35)

где М - коэффициент Пуассона, М = 0,3;

h - толщина стенки; h = 1,5см;

ср - средний радиус, ср = 7,75см.

Р = 350 * 70 / 77,5 = 316 кгс/см² - приведенное давление к среднему радиусу.

В = √ 3 * (1 - 0,3²) / 7,75² * 1,75² = 0,378¹см;

М₀ = 316 / 2 * 0,378² * (1 - 0,3 / 2) = 939кгс * см /см;

Напряжение без учета осевой линии

Gx = М₀ * 6 / h²;

Gx = 936 *6 / 1,5² = 2500кг/см²/;

Предел текучести для материала сварки

Gт^св = 0,9 * 3600 = 3240кг/см²/;

Запас прочности

КG = 3240 / 1,2 * 2500 = 1,08; где

КG - эффективный коэффициент концентрации напряжения, КG = 1,2.

Для сравнения просчитаем прочность существующих цилиндров:

В = √ 3 * (1 - 0,3²) / 8² * 2² = 0,324¹см;

М₀ = 316 * 0,85 / 2 * 0,324² = 1279кгс * см /см;

Например, без учета осевой силы:

Gх = 1279 * 6 / 2² = 1920кгс/см²;

G = 3240 / 1,2 * 1920 = 1,41

Момент инерции цилиндра предлагаемого в сечении перпендикулярно оси.

Jy = 0,05 * ( 17⁴ - 14⁴) = 2255см²;

Момент инерции штока.

Jшт = 0,05 * 9⁴ = 328см⁴;

Отношение Jy / Jшт = 2255 / 328 = 6,87 > 5;

Вывод: гидроцилиндр тяги может делать из трубы 170х18 по ГОСТу 8734-75

1.5 Расчет гидромолота

Определение КПД оборудования. При забивании в мерзлый грунт рабочего органа, последнему передается только часть энергии А падающего бойка.

При непосредственном ударе бойка по инструменту АПД можно определить по формуле:

= ³√ 0,1 * m₁ / m₂; (36)

где m₁ - масса бойка

m₂ - масса инструмента

= ³√ 0,1 * 200 / 65 = 0,67;