Проектирование рабочего оборудования одноковшового экскаватора

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

Зная значение усилия ковша Р_КОВ = 230.73 кН, определим ф_ПАЛ, МПа:

ф_ПАЛ = Р_ков / 2• А _ПАЛ = 230730 / 2• 4415.625 = 26.1 МПа

Определим напряжение возникающие в пальце рукояти, МПа:

у_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

Зная значение усилия от коромысла Р_кор = 77.18 кН, определим ф_ПАЛ, МПа:

ф_ПАЛ = Р_кор / 2• А _ПАЛ = 77180 / 2• 4415.625 = 8.73 МПа

Определим напряжение возникающие в пальце рукояти, МПа:

у_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

Зная значение усилия стрелы Р_СТР = 555.1 кН, определим ф_ПАЛ, МПа:

ф_ПАЛ = Р_стр / 2• А _ПАЛ = 555100 / 2• 4415.625 = 62.85 МПа

Определим напряжение возникающие в пальце рукояти, МПа:

у_ПАЛ = Р_стр • L _ПАЛ /2 • 2 • W _ПАЛ = 1260 МПа

В качестве материала пальца используем сталь 40ХН у_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

Зная значение усилия гидроцилиндра рукояти Р_ГЦР = 492.5 кН, определим ф_ПАЛ, МПа:

ф_ПАЛ = Р_гцр / 2• А _ПАЛ = 492500 / 2• 4415.625 = 55.76 МПа

Определим напряжение возникающие в пальце рукояти, МПа:

у_ПАЛ = Р_гцр • L _ПАЛ /2 • 2 • W _ПАЛ = 743.5 МПа

В качестве материала пальца используем сталь 40Х у_тек = 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:

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

Зная значение усилия гидроцилиндра ковша Р_гцк = 248.6 кН, определим ф_ПАЛ, МПа:

ф_ПАЛ = Р_гцк / 2• А _ПАЛ = 248600 / 2• 4415.625 = 28.15 МПа

Определим напряжение возникающие в пальце рукояти, МПа:

у_ПАЛ = Р_гцк • L _ПАЛ /2 • 2 • W _ПАЛ = 375 МПа

В качестве материала пальца используем сталь 40Х у_тек = 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 Y_C:

S_X = F₁ • ^Y₁ + F₂ • ^Y₂ + F₃ • ^Y₃ = 0.001737 м³ Y_C = S_X / ? F_общ = 0.001737/ 0.021184 = 0.082 м

Определим моменты инерции сечения в отдельности и всего сечения в целом:

1. J_X1 = b / 12 • (H³ - h³) = 0.196 / 12 • (0.118³ - 0.075³) = 0.000119673 м⁴

2. J_X2 = 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. J_X3 = 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:

J_X2 + ( y₂)² F₂ = 0.000066358 м⁴

J_X3 + ( y₃)² F₃ = 0.000066358 м⁴

J_{X общ} =?J_Xi = 0.000252389 м⁴

Определим момент сопротивления относительно нейтральной линии:

W = J_{X общ} / Y_C = 0.00307 м³

Определим напряжения возникающие в сечение 1-1:

у = N /F_{всего сечения} = 10.8 МПа,

N = 230 кН;

F_{всего сечения} = 0.021184 м²

у _ЭКВ = = 10.8 МПа

Определим сечение рукояти 2-2.

Определим размеры поперечного сечения рукояти 2-2. Рассмотрим сечение, его геометрические характеристики, размеры сечения, исходя из условий прочности.

F = HB - bh = 0.195 • 0.238 - 0.149• 0.196 = 0.017206 м²

^X₁ = 0.119 м

^Y₁ = 0.0975 м

Определим момент инерции сечения:

J_X = HB³ -b h³ / 12 = 9.3 • 10^-5 м⁴

Определим момент сопротивления сечения:

W = HB³ -b h³ / 6H = 0.000954 м³

Определим напряжения возникающие в сечение 2-2:

у _max= M_изг /W = 46 МПа,

где

М_изг = 44.54 кНм

ф = Q / ?F_ст = 9.43 МПа,

где

Q = 59.04 кН;

?F_ст = 0.006258 м²

у = N /F_{всего сечения} = 13.6 МПа,

где

N = 234.1 кН;

F_{всего сечения} = 0.017206 м²

у _ЭКВ = = 61.7 МПа

Определим сечение рукояти в шарнире соединения рукояти с коромыслом 3-3.

Определим размеры поперечного сечения рукояти 3-3. Рассмотрим сечение, его геометрические характеристики, размеры сечения, исходя из условий прочности.

1. F₁ = b • (H - h) = 0.196 • (0.135 - 0.075) = 0.01176 м²

^X₁ = b / 2 = 0.098 м

^Y₁ = H / 2 = 0.0675 м

1. F₂ = Bh+2b • (H - h) = 0.238 • 0.023 + 2 • 0.021 • (0.0551 - 0.023) =

= 0.00682 м²

^X₁ = B / 2 = 0.119 м

^Y₁ = Bh²+2b • (H² - h²) / 2(Bh+2b • (H - h)) = 0.0169 м

^Y₁^' = H - ^Y₁ = 0.0382 м

1. F₃ = Bh+2b • (H - h) = 0.238 • 0.023 + 2 • 0.021 • (0.0849 - 0.023) =

= 0.0080738 м²

^X₁ = B / 2 = 0.119 м

^Y₁ = Bh²+2b • (H² - h²) / 2(Bh+2b • (H - h)) = 0.02516 м

^Y₁^' = H - ^Y₁ = 0.05974 м

Определим статические моменты каждой фигуры, а так же общие координаты Y_C:

S_X = F₁ • ^Y₁ + F₂ • ^Y₂ + F₃ • ^Y₃ = 0.00273409 м³

Y_C = S_X / ? F_общ = 0.00273409/ 0.030576 = 0.09 м

Определим моменты инерции сечения в отдельности и всего сечения в целом:

1. J_X1 = b / 12 • (H³ - h³) = 0.196 / 12 • (0.135³ - 0.075³) =

= 0.000033287 м⁴

2. J_X2 = Bh³ + 2 b • (H - h) ³/ 12 + Bh(^Y₁ - h/2) ² + 2 b • (H - h) (H - h / 2 + h - ^Y₁)= = 0.000156 м⁴

3. J_X3 = Bh³ + 2 b • (H - h) ³/ 12 + Bh(^Y₁ - h/2) ² + 2 b • (H - h) (H - h / 2 + h - ^Y₁)= = 0.000151 м⁴

Учитывая поправку Штейнера получим:

J_X1 + ( y₁)² F₁= 0.0000346 м⁴

J_X2 + ( y₂)² F₂ = 0.000192 м⁴

J_X3 + ( y₃)² F₃ = 0.000231 м⁴

J_{X общ} =?J_Xi = 0.000458 м⁴

Определим момент сопротивления относительно нейтральной линии:

W = J_{X общ} / Y_C = 0.0051 м³

Определим напряжения возникающие в сечение 3-3:

у _max= M_изг /W = 0.13 МПа,

где

М_изг = 0.68 кНм

ф = Q / ?F_ст = 33.9 МПа,

где

Q = 53.95 кН;

?F_ст = 0.0015918 м²

у = N /F_{всего сечения} = 8.78 МПа,

где

N = 234.1 кН;

F_{всего сечения} = 0.026656 м²

у _ЭКВ = = 59.3 МПа

Определим сечение рукояти 4-4.

Определим размеры поперечного сечения рукояти 4-4. Рассмотрим сечение, его геометрические характеристики, размеры сечения, исходя из условий прочности.

F = HB - bh = 0.022876 м²

^X₁ = 0.119 м

^Y₁ = 0.165 м

Определим момент инерции сечения:

J_X = HB³ -b h³ / 12 = 0.0001925 м⁴

Определим момент сопротивления сечения:

W = HB³ -b h³ / 6H = 0.00161 м³

Определим напряжения возникающие в сечение 4-4:

у _max= M_изг /W = 27.6 МПа,

где

М_изг = 44.54 кНм

ф = Q / ?F_ст = 4.9 МПа,

где

Q = 59 кН;

?F_ст = 0.011928 м²

у = N /F_{всего сечения} = 10.2 МПа,

где

N = 234.1 кН;

F_{всего сечения} = 0.022876 м²

у _ЭКВ = = 38.74 МПа

Определим сечение рукояти в шарнире соединения рукояти с стрелой.

Определим размеры поперечного сечения рукояти. Рассмотрим сечение, его геометрические характеристики, размеры сечения, исходя из условий прочности.

1. F₁ = b • (H - h) = 0.238 • (0.135 - 0.075) = 0.0143 м²

^X₁ = b / 2 = 0.119 м

^Y₁ = H / 2 = 0.0675 м

2. F₂ = Bh+2b • (H - h) = 0.238 • 0.023 + 2 • 0.021 • (0.303 - 0.023) =

= 0.01723 м²

^X₁ = B / 2 = 0.119 м

^Y₁ = Bh²+2b • (H² - h²) / 2(Bh+2b • (H - h)) = 0.0115 м

^Y₁^' = H - ^Y₁ = 0.188 м

Определим статические моменты каждой фигуры, а так же общие координаты Y_C:

S_X = F₁ • ^Y₁ + F₂ • ^Y₂ = 0.0073 м³

Y_C = S_X / ? F_общ = 0.0073/ 0.03153 = 0.232 м

Определим моменты инерции сечения в отдельности и всего сечения в целом:

1. J_X1 = b / 12 • (H³ - h³) = 0.238 / 12 • (0.135³ - 0.075³) = 0.0000404 м⁴ 2. J_X2 = Bh³ + 2 b • (H - h) ³/ 12 + Bh(^Y₁ - h/2) ² + 2 b • (H - h) (H - h / 2 + h - ^Y₁)= = 0.00070024 м⁴

Учитывая поправку Штейнера получим:

J_X1 + ( y₁)² F₁= 0.000314 м⁴

J_X2 + ( y₂)² F₂ = 0.000936 м⁴

J_{X общ} =?J_Xi = 0.00125 м⁴

Определим момент сопротивления относительно нейтральной линии:

W = J_{X общ} / Y_C = 0.00538 м³

Определим напряжения возникающие в сечение 5-5:

у _max= M_изг /W = 16 МПа,

где

М_изг = 86.6 кНм

ф = Q / ?F_ст = 35.1 МПа,

где

Q = 413 кН;

?F_ст = 0.01176 м²

у = N /F_{всего сечения} = 8 МПа,

где

N = 252.7 кН;

F_{всего сечения} = 0.03153 м²

у _ЭКВ = = 65 МПа

2.9 Расчет металлоконструкции стрелы

Определим наиболее нагруженное положение стрелы.

В положении 3_Р 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:

УFx = 0;

УFy = 0;

УFx = 0

Р₄ = 555.1 · cos 54? = -324 кН;

Р₃ = 492.5 · cos 51.5? = 308.6 кН;

Р₂ = 824.6 · cos 47? = -560 кН;

Р₁ = 790.6 · cos 43.5?= 575.4 кН.

308.6 - 324 + 575.4 - 560 = 0

УFy = 0

Р₄ = 555.1 · cos36? = -448 кН;

Р₃ = 492.5 · cos 38.5? = 387 кН;

Р₂ = 824.6 · cos 43? = 604 кН;

Р₁ = 790.6 · cos 46.5? = -543 кН;

Исходные данные для расчета стрелы:

Р₁ = 790.6 кН;

Р₂ = 824.6 кН;

Р₃ = 492.5 кН;

Р₄ = 555.1 кН;

Р_1X = 790.6• cos 20? = 742.9 кН;

Р_1Y = 790.6• cos 80? = 137.28 кН;

Р_2X = 824.6 • cos 85.5? = 800 кН;

Р_2Y = 824.5 • cos 4.5? = 199.48 кН;

Р_3X = 492.5 • cos 4? = 491.3 кН;

Р_3Y = 492.5 • cos 86? = 34.3 кН;

Р_4X = 555.1 • cos 7.5? = 550.3 кН;

Р_4Y = 555.1 • cos 82.5? = 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) + Р_1Y + q₁ •X₁ = 0

Q₁•(Х₁) = - Р_1Y - q₁ •X₁

Q₁•(0) = - Р_1Y - q₁ •X₁ = -137.28 - 0 = -137.28 кН

Q₁•(2.35) = - Р_1Y - q₁ •X₁ = -137.28 - 2.35 • 5.36 = -149.08 кН

б). М₁•(Х₁) + Р_1Y •(Х₁)+ q₁ •X₁ •( X₁/2) = 0

М₁•(Х₁) = - Р_1Y •(Х₁) - q₁ •X₁ •( X₁/2)

М₁•(0) = - Р_1Y •(Х₁) - q₁ •X₁ •( X₁/2)= 0

М₁•(2.35) = - Р_1Y •(Х₁) - q₁•X₁ •( X₁/2)= - 137.28 •(2.35) - 2.35 • 5.36 •( 2.35/2)= -337.4 кНм

в). N₁•(Х₁) - Р_1Х = 0

N₁•(Х₁) = Р_1Х = 742.9 кН

Рассмотрим второй участок 2.35 м ? Х₂ ? 2.4 м:

а). Q₂•(Х₂) + Р_1Y - Р_2Y + q₁•X = 0

Q₂•(Х₂) = - Р_1Y + Р_2Y - 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) + Р_1Y •(Х₂) - Р_2Y •(Х₂ - l₁) + q₁ Х₂ (Х₂ - l₁) = 0

М₂•(Х₂) = - Р_1Y •(Х₂) - Р_2Y •(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) - Р_1Х + Р_2Х = 0 N₁•(Х₂) = Р_1Х - Р_2Х = 742.9 - 800 = -57.1 кН

Рассмотрим третий участок 0 м ? Х₃ ? 1.83 м:

а). Q₃•(Х₃) - Р_4Y - q₂ • X₃ = 0

Q₃•(Х₃) = Р_4Y +q₂ • X₃

Q₃•(0) = Р_4Y + q₂ •X₃ = 72.45 кН

Q₃•(1.83) = Р_4Y + q₂ •X₃ = 72.45 + 8.99•1.83= 88.9 кН

б). - М₃•(Х₃) - Р_4Y •(Х₃) - q₂ •X₃•( X₃/2) = 0

М₃•(Х₃) = - Р_4Y •(Х₃) - q₂ •X₃•( X₃/2)

М₃•(0) = 0 кНм

М₃•(1.83) = - Р_4Y •(Х₃) - q₂ •X₃•( X₃/2)= - 8.99 •1.83 • (1.83 /2) - 72.45•1.83 = -269.1 кНм

в). N₃•(Х₃) + Р_4Х = 0 N₃•(Х₃) = - Р_4Х = - 550.3 кН

Рассмотрим четвертый участок 1.83 ? Х₄ ? 2.64 м:

а). Q₄•(Х₄) + Р_3Y - Р_4Y - q•X₄ = 0 Q₄•(Х₄) = - Р_3Y + Р_4Y + q•X₄

Q₄•(1.83) = - Р_3Y + Р_4Y + q•X₄ = 8.99 •1.83 + 72.45 - 34.3 = 54.6 кН

Q₄•(2.64) = - Р_3Y + Р_4Y + q•X₄ = 8.99 •2.64 + 72.45 - 34.3= 61.88 кН

б). - М₄•(Х₄) - М₁ - Р_4Y •(Х₄) + Р_3Y •(Х₄ - l₁) - q•X₄ •( X₄/2) = 0

М₄•(Х₄) = - М₁ - Р_4Y •(Х₄) + Р_3Y •(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) - Р_3Х + Р_4Х = 0

N₄•(Х₄) = Р_3Х - Р_4Х = 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:

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

Зная значение усилия в шарнире стрелы Р_РУК = 555.1 кН, определим ф_ПАЛ, МПа:

ф_ПАЛ = Р_рук / 2• А _ПАЛ = 555100 / 2• 4415.625 = 62.85 МПа

Определим напряжение возникающие в пальце стрелы, МПа:

у_ПАЛ = Р_рук • L _ПАЛ /2 • 2 • W _ПАЛ = 1260 МПа

В качестве материала пальца используем сталь 40ХН у_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.)

2. Расчет пальца проушины стрелы для крепления гидроцилиндра рукояти:

Расчет производится на срез и изгиб.

Исходные данные:

D_ПАЛ = 70 мм - диаметр пальца;

L_ПАЛ = 236 мм - длина пальца;

Определим площадь сечения пальца, мм²:

А _ПАЛ = 0.785 • d² = 0.785 • 70² = 3846.5 мм²

Определим момент осевой сопротивления пальца, мм³:

W _ПАЛ = 0.785 • r³ = 0.785 • 35³ = 33656.875 мм³

Зная значение усилия гидроцилиндра стрелы Р_ГЦР = 492.5 кН, определим ф_ПАЛ, МПа:

ф_ПАЛ = Р_гцр / 2• А _ПАЛ = 492500 / 2• 3846.5 = 64 МПа

Определим напряжение возникающие в пальце рукояти, МПа:

у_ПАЛ = Р_гцр • L _ПАЛ /2 • 2 • W _ПАЛ = 702 МПа

В качестве материала пальца используем сталь 40Х у_тек = 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:

Расчет производится на срез и изгиб.

Исходные данные:

D_ПАЛ = 120 мм - диаметр пальца;

L_ПАЛ = 376 мм - длина пальца (определяется исходя из ширины стрелы);

Определим площадь сечения пальца, мм²:

А _ПАЛ = 0.785 • d² = 0.785 • 120² = 11304 мм²

Определим момент осевой сопротивления пальца, мм³:

W _ПАЛ = 0.785 • r³ = 0.785 • 60³ = 169560 мм³

Зная значение усилия гидроцилиндра стрелы Р_СТР = 824.6 кН, определим ф_ПАЛ, МПа:

ф_ПАЛ = Р_стр / 2• А _ПАЛ = 824600 / 2• 11304 = 36 МПа

Определим напряжение возникающие в пальце стрелы, МПа:

у_ПАЛ = Р_стр • L _ПАЛ /2 • 2 • W _ПАЛ = 457 МПа

В качестве материала пальца используем сталь 40Х у_тек = 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.)

4. Расчет пальца проушины для крепления стрелы к базе экскаватора:

Расчет производится на срез и изгиб.

Исходные данные:

D_ПАЛ = 120 мм - диаметр пальца;

L_ПАЛ = 595 мм - длина пальца (определяется исходя из ширины стрелы);

Определим площадь сечения пальца, мм²:

А _ПАЛ = 0.785 • d² = 0.785 • 120² = 11304 мм²

Определим момент осевой сопротивления пальца, мм³:

W _ПАЛ = 0.785 • r³ = 0.785 • 60³ = 169560 мм³

Зная значение усилия в шарнире стрелы Р_Б = 790.6 кН, определим ф_ПАЛ, МПа:

ф_ПАЛ = Р_б / 2• А _ПАЛ = 790600 / 2• 11304 = 34.9 МПа

Определим напряжение возникающие в пальце стрелы, МПа:

у_ПАЛ = Р_б • L _ПАЛ /2 • 2 • W _ПАЛ = 693.5 МПа

В качестве материала пальца используем сталь 40Х у_тек = 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 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:

J_X1 = b / 12 • (H³ - h³) = 0.595 / 12 • (0. 234³ - 0. 120³) = 0.0005536 м⁴

Определим момент сопротивления относительно нейтральной линии:

W = b / 6Н • (H³ - h³) =0.00469 м³

Определим напряжения возникающие в сечение 1-1:

у = N /F_{всего сечения} = 10.9 МПа,

N = 742.9 кН;

F_{всего сечения} = 0.06783 м²

у _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

Определим момент инерции сечения:

J_X = 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:

у _max= M_изг /W = 57.79 МПа,

где

М_изг = 168.7 кНм

ф = Q / ?F_ст = 10.55 МПа,

Q = 143.18 кН;

?F_ст = 0.013566 м²

у = N /F_{всего сечения} = 12.7 МПа,

где

N = 371.45 кН;

F_{всего сечения} = 0.029206 м²

у _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) =

= 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

Определим моменты инерции сечения в отдельности и всего сечения в целом:

1. J_X1 = b / 12 • (H³ - h³) = 0.298 / 12 • (0.2³ - 0.12³) = 0.000155754 м⁴

2. J_X2 = 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. J_X3 = Bh³ + 2 b • (H - h) ³/ 12 + Bh(^Y₁ - h/2) ² + 2 b • (H - h) (H - h / 2 + h - ^Y₁)= = 0.000306433 м⁴

Учитывая поправку Штейнера получим:

J_X2 + ( y₂)² F₂ = 0.000446 м⁴

J_X3 + ( y₃)² F₃ = 0.000446 м⁴

J_{X общ} =?J_Xi = 0.00105 м⁴

Определим момент сопротивления относительно нейтральной линии:

W = J_{X общ} / Y_C = 0.00461 м³

Определим напряжения возникающие в сечение 3-3:

у _max= M_изг /W = 73.18 МПа,

где

М_изг = 337.4 кНм

ф = Q / ?F_ст = 31.5 МПа,

Q = 49.6 кН;

?F_ст = 0.0015918 м²

у = N /F_{всего сечения} = 1.1 МПа,

где

N = 57.1 кН;

F_{всего сечения} = 0.051618 м²

у _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

Определим момент инерции сечения:

J_X = HB³ -b h³ / 12 = 0.000588 м⁴

Определим момент сопротивления сечения:

W = HB³ -b h³ / 6H = 0.00346 м³

Определим напряжения возникающие в сечение 4-4:

у _max= M_изг /W = 97.15 МПа,

где

М_изг = 336.15 кНм

ф = Q / ?F_ст = 2.8 МПа,

где

Q = 49.6 кН;

?F_ст = 0.017178 м²

у = N /F_{всего сечения} = 9.71 МПа,

где

N = 57.1 кН;

F_{всего сечения} = 0.00588 м²

у _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

^X₁ = 0.170 м

^Y₁ = 0.2075 м

Определим момент инерции сечения:

J_X = HB³ -b h³ / 12 = 0.000545508 м⁴

Определим момент сопротивления сечения:

W = HB³ -b h³ / 6H = 0.00320887 м³

Определим напряжения возникающие в сечение 5-5:

у _max= M_изг /W = 46 МПа,

где

М_изг = 147.63 кНм

ф = Q / ?F_ст = 5.73 МПа,

где

Q = 88.9 кН;

?F_ст = 0.015498 м²

у = N /F_{всего сечения} = 176.7 МПа,

где

N = 550.3 кН;

F_{всего сечения} = 0.0031138 м²

у _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

^X₁ = 0.170 м

^Y₁ = 0.1735 м

Определим момент инерции сечения:

J_X = HB³ -b h³ / 12 = 0.000472746 м⁴

Определим момент сопротивления сечения:

W = HB³ -b h³ / 6H = 0.00278086 м³

Определим напряжения возникающие в сечение 6-6:

у _max= M_изг /W = 48.38 МПа,

где

М_изг = 134.55 кНм

ф = Q / ?F_ст = 5.2 МПа,

где

Q = 66.137 кН;

?F_ст = 0.012642 м²

у = N /F_{всего сечения} = 27.8 МПа,

где

N = 78.6 кН;

F_{всего сечения} = 0.0028282 м²

у _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

Определим моменты инерции сечения в отдельности и всего сечения в целом:

Учитывая поправку Штейнера получим J_X :

J_X = (b h³ / 12+ F • (y) ²) • 4 = 0.000352268 м⁴

Определим момент сопротивления относительно нейтральной линии:

W = J_X / Y_C = 0.0033709 м³

Определим напряжения возникающие в сечение 7-7:

ф = Q / ?F_ст = 7.23 МПа,

где

Q = 124 кН;

?F_ст = 0.017152 м²

у = N /F_{всего сечения} = 27.05 МПа,

где

N = 463.9 кН;

F_{всего сечения} = 0.017152 м²

у _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 - 360?;

экскаватор ковш гидроцилиндр металлоконструкция

Список литературы

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 Allbest.ru