Проектирование рабочего оборудования одноковшового экскаватора (стр. 7 из 10)

ΣFx = 0

Р_ГЦР = 492.5 · cos54º = 325.7 кН

Р_КОРОМ = 77.48 · cos54º = 51.3 кН

Р_СТРЕЛЫ = 555.1 · cos55º = -360.4 кН

Р_КОВША = 230.73 · cos5º = 230.4 кН

Р_ГЦК = 248.6 · cos5.5º = -247 кН

325.7 + 51.3 – 360.4 – 247 + 230.4 = 0

ΣFy = 0

Р_ГЦР = 492.5 · cos36º = 414 кН

Р _КОРОМ = 77.48 · cos36º = 64 кН

Р_СТРЕЛЫ = 555.1 · cos 35º = -474.3 кН

Р_КОВША = 230.73 · cos 85º = -54 кН

Р_ГЦК = 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:

Р_О = 230.73 кН;

Р₁ = 77.18 кН;

Р₂ = 248.6 кН;

Р₃ = 555.1 кН;

Р₄ = 492.5 кН;

Р_ОX = 230.7 ∙ cos3.5º = 230 кН;

Р_ОY = 230.7 ∙ cos86.5º = 14.1 кН;

Р_1X = 77.18∙ cos59.5º = 39.17 кН;

Р_1Y = 77.18 ∙ cos30.5º = 66.5 кН;

Р_2X = 248.6 ∙ cos0º = 248.6 кН;

Р_2Y = 0 кН;

Р_3X = 555.1 ∙ cos60.5º = 273.3 кН;

Р_3Y = 555.1 ∙ cos29.5º = 483.3 кН;

Р_4X = 492.5 ∙ cos82.5 = 64.2 кН;

Р_4Y = 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.

Рис. 19. Схема распределений усилий в рукояти.

Рассмотрим первый участок 0 ≤ Х₁ ≤ 0.231 м:

а). -Q₁∙(Х₁) + Р_ОY- q∙X₁ = 0

Q₁∙(Х₁) = Р_ОY - q∙X₁

Q₁∙(0) = Р_ОY - q∙X₁ = 14.1 – 0 = -14.1 кН

Q₁∙(0.354) = Р_ОY - q∙X₁ = 14.1 – 6.75 ∙ 0.231 = 12.54 кН

б). М₁∙(Х₁) - Р_ОY ∙(Х₁)+ q∙X₁ ∙( X₁/2) = 0

М₁∙(Х₁) = Р_ОY ∙(Х₁) - q∙X₁ ∙( X₁/2)

М₁∙(0) =- Р_ОY ∙(Х₁) - q∙X₁ ∙( X₁/2)= 0

М₁∙(0.231) = Р_ОY ∙(Х₁) - q∙X₁ ∙( X₁/2)= 14.1 ∙(0.231) – 6.75∙0.231∙( 0.0.231/2)= 3.07 кНм

в). N₁∙(Х₁) - Р_ОХ = 0

N₁∙(Х₁) = Р_ОХ = 230 кН

Рассмотрим второй участок 0.231 м ≤ Х₂ ≤ 1.74 м:

а). -Q₂∙(Х₂) + Р_ОY-Р_1Y- q∙X₂ = 0

Q₂∙(Х₂) =- Р_ОY - Р_1Y- q∙X₂

Q₂∙(0.231) = Р_ОY- Р_1Y- q∙X₂ = 14.1 – 66.5 – 6.75 ∙ 0.231 = -53.95 кН

Q₂∙(1.74) = Р_ОY- Р_1Y- q∙X₂ = -14.1 – 66.5 – 6.75 ∙ 1.74 = -64.145 кН

б). М₂∙(Х₂) - Р_ОY ∙(Х₂)+ Р_1Y ∙(Х₂ – l₁)+ М₁ + q∙X₂∙( X₂/2) = 0

М₂∙(Х₂) = Р_ОY ∙(Х₂) - Р_1Y ∙(Х₂ – l₁) - М₁ - q∙X₂∙( X₂/2)

М₂∙(0.231) = Р_ОY ∙(Х₂) - Р_1Y ∙(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) = - Р_ОY ∙(Х₂)- Р_1Y ∙(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) - Р_ОХ - Р_1Х = 0

N₁∙(Х₂) = Р_ОХ + Р_1Х = 234.1 кН

Рассмотрим третий участок 1.74 м ≤ Х₃ ≤ 2.52 м:

а). -Q₃∙(Х₃) + Р_ОY- Р_1Y- q∙X₃ = 0

Q₃∙(Х₃) = Р_ОY - Р_1Y- q∙X₃

Q₃∙(1.75) = Р_ОY - Р_1Y- q∙X₃= 14.1 – 66.5 -6.75∙1.74 = -64.14 кН

Q₃∙(2.52) = = Р_ОY - Р_1Y- q∙X₃= 14.1 – 66.5 -6.75∙2.52 = -69.41 кН

б). М₃∙(Х₃) - Р_ОY ∙(Х₃)+ Р_1Y ∙(Х₃ – l₁)+ М₁ + М₂ + q∙X₃∙( X₃/2) = 0

М₃∙(Х₃) = Р_ОY ∙(Х₃) - Р_1Y ∙(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) - Р_ОХ - Р_1Х +Р_2Y = 0

N₃∙(Х₃) = Р_ОХ +Р_1Х -Р_2Y = -4.5 кН

Рассмотрим четвертый участок 2.52 ≤ Х₄ ≤ 2.7 м:

а). -Q₄∙(Х₄) + Р_ОY - Р_1Y+Р_3Y - q∙X₄ = 0

Q₄∙(Х₄) = Р_ОY - Р_1Y+Р_3Y - 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 – Р_ОY ∙(Х₄) + Р_3Y ∙(Х-l1-l2) + q∙X₄ ∙( X₄/2) +

+ Р_1Y ∙(Х-l1) = 0

М₄∙(Х₄) = М₃ - М₁-М₂ + Р_ОY ∙(Х₄) - Р_3Y ∙(Х-l1-l2) - q∙X₄ ∙( X₄/2) - Р_1Y ∙(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) - Р_ОХ - Р_1Х +Р_2Y + Р_3Y= 0 N₄∙(Х₄) = Р_ОХ +Р_1Х -Р_2Y - Р_3Y= -252.73 кН

Рассмотрим пятый участок

0 ≤ Х₅ ≤ 0.3 м:

а). –Q₅∙(Х₅) +Р_4Y – q2∙X₄ = 0

Q₅∙(Х₅) = -Р_4Y + q2∙X₄

Q₄∙(0) = -Р_4Y = -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) = -Р_4Х = -64.2 кН

Произведем расчет пальцев проушин рукояти.

1. Расчет пальца проушины рукояти для крепления ковша:

Расчет производится на срез и изгиб.

Исходные данные:

D_ПАЛ = 75 мм – диаметр пальца;

L_ПАЛ = 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

Знаязначение усилия ковша Р_КОВ = 230.73 кН, определим τ_ПАЛ, МПа:

τ_ПАЛ = Р_ков / 2∙ А _ПАЛ = 230730 / 2∙ 4415.625 = 26.1 МПа

Определим напряжение возникающие в пальце рукояти, МПа:

σ_ПАЛ = Р_ков ∙ 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:

Расчет производится на срез и изгиб.

Исходные данные:

D_ПАЛ = 75 мм – диаметр пальца;

L_ПАЛ = 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

Знаязначение усилия от коромысла Р_кор = 77.18 кН, определим τ_ПАЛ, МПа:

τ_ПАЛ = Р_кор / 2∙ А _ПАЛ = 77180 / 2∙ 4415.625 = 8.73 МПа

Определим напряжение возникающие в пальце рукояти, МПа:

σ_ПАЛ = Р_кор ∙ L _ПАЛ /2 ∙ 2 ∙ W _ПАЛ = 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:

D_ПАЛ = 75 мм – диаметр пальца;

L_ПАЛ = 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

Знаязначение усилия стрелы Р_СТР = 555.1 кН, определим τ_ПАЛ, МПа:

τ_ПАЛ = Р_стр / 2∙ А _ПАЛ = 555100 / 2∙ 4415.625 = 62.85 МПа

Определим напряжение возникающие в пальце рукояти, МПа:

σ_ПАЛ = Р_стр ∙ L _ПАЛ /2 ∙ 2 ∙ W _ПАЛ = 1260 МПа

В качестве материала пальца используем сталь 40ХН σ_тек = 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:

D_ПАЛ = 75 мм – диаметр пальца;

L_ПАЛ = 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

Знаязначение усилия гидроцилиндра рукояти Р_ГЦР = 492.5 кН, определим τ_ПАЛ, МПа:

τ_ПАЛ = Р_гцр / 2∙ А _ПАЛ = 492500 / 2∙ 4415.625 = 55.76 МПа

Определим напряжение возникающие в пальце рукояти, МПа: