Курсовая работа (т): Расчет одноковшового гидравлического экскаватора

Вес грунта в ковше необходимо увеличивать по мере поворота рукояти (ковша) от G=0 в начале копания до веса грунта в конце копания, Н:

где γ₀ - плотность грунта в естественном его залегании, кг/м; g - ускорение свободного падения, м/с².

Приведенные формулы для определения Р₀₁ позволяют вычислять касательное усилие на режущей кромке ковша (по усилию гидроцилиндра) после выбора координат крепления корпуса и штока гидроцилиндров. Эти формулы записаны для фиксированного угла поворота рукояти или ковша, поэтому каждому значению угла поворота соответствуют свои длины плеч действующих сил. С изменением положения рукояти или ковша в формулах для вычисления касательного усилия на режущей кромке ковша изменяются длины плеч соответствующих сил. По расчетной схеме необходимо также решить вопрос, какие знаки, "+" или "-" будут иметь моменты от сил тяжести. Касательное усилие можно определить следующим образом:

касательное усилие поворотом рукояти

- касательное усилие поворотом ковша

По этим формулам учитывают зависимость касательного усилия от координат крепления корпуса и штока выбранного гидроцилиндра, т.е. от угла γ_н. С изменением угла γ_н изменяются координаты ρ и ℓ, а следовательно, и касательное усилие. Таким образом, оказывается целесообразным использовать ЭВМ для выявления зависимости координат ρ и ℓ от угла γ_н, а также касательного усилия от углов γ и γ_н. Поскольку координаты ρ и ℓ зависят от хода поршня гидроцилиндра, а также от полного угла γ_о поворота рукояти или ковша, с помощью ЭВМ можно установить зависимость (прил. 4 ) геометрических параметров механизмов, а затем и касательного усилия от углов γ_н, γ_о,, хода S, диаметра  поршня давления - Р_ц в гидроцилиндре.

В результате расчета получен следующий график зависимости усилия копания от угла поворота рукояти и ковша

Рисунок 4.1. Зависимость усилия копания от угла поворота рукояти

Касательное усилие на режущей кромке ковша ограничивается реактивными усилиями в неподвижных цилиндрах стрелы и ковша при копании поворотом рукояти или в неподвижных цилиндрах стрелы и рукояти при копании поворотом ковша, а также условиями устойчивости экскаватора. Поэтому реактивные усилия на штоках неподвижных гидроцилиндров определяем по известным касательным усилиям на режущей кромке ковша.

Вычислив усилия Р₀₁ для соответствующих положений рукояти, определяем реактивные усилия на штоках неподвижных гидроцилиндров:

стрелы

- ковша

где r - длины плеч соответствующих сил относительно точек A, C и Д ; - касательные усилия на режущей кромке ковша

; ;

вес ковша с грунтом, принимаем что ковш в этом положении заполнен на половину:

;

Вес рукояти:

;

Вес стрелы:

;

- вес соответственно ковша, рукояти, стрелы.

.

По известным усилиям Р₀₁ для соответствующих положений ковша находим реактивные усилия на штоках неподвижных гидроцилиндров (см. рис. 4.2):

Рукояти

трелы

где r измеряют непосредственно по расчетной схеме, построенной в произвольном масштабе.

По найденным реактивным усилиям определяют реактивные давления в цилиндрах стрелы, ковша и рукояти с учетом того, какая полость гидроцилиндров работает:

Стрела

Рукоять

Ковша

где Р_п, Р_ш - реактивное давление соответственно в поршневой и штоковой полости; F_ц - реактивное усилие на штоке гидроцилиндра.

Если реактивное давление превышает номинальное не менее чем в 1,2-1,5 раза, необходимо предусмотреть установку предохранительного клапана в соответствующей магистрали.

. Определение максимальных нагрузок на рабочее оборудование обратной лопаты

Максимальные нагрузки на рабочее оборудование обратной лопаты действуют при копании поворотом ковша. При этом реактивное давление в цилиндре рукояти не может быть выше предельного значения P_max=(1,2...1,5)P_Н , где P_Н - давление в гидроприводе.

Па

Максимальное реактивное усилие в цилиндре рукояти (при работе поршневой полостью):

.

Нагрузки на рабочее оборудование достигают максимальных значений примерно во втором положении рукояти при копании поворотом ковша примерно в четвертом положении. При этом усилие на зубьях ковша Р₀₁ не может быть больше, чем при копании поворотом рукояти с максимальным реактивным усилием в ее цилиндре. Усилие Р₀₁, перпендикулярное к радиусу ковша, находим при условии ΣМ_В=0:

где G_кr - сила тяжести ковша с грунтом, наполненного на ½ своей вместимости.

Длину плеч сил берем из расчетной схемы. Нормальная составляющая Р₀₂=0,2Р₀₁.

Нагрузки на рабочее оборудование достигают максимальных значений при повороте рукояти от начального положения на 44, 928⁰. при этом усилие на зубьях ковша Р=53,9942кН

Активное усилие в цилиндре ковша при условии равновесия рычага:

где r_цД, r_ТД - длина плеча силы соответственно F_цк и Т

Усилия по величине и направлению во всех шарнирах рабочего оборудования определяем графически. Для чего строим многоугольники сил по расчетной схеме приведенной в .

Получаем:

реакцию в точке  построением многоугольника сил , . Отсюда ;

реакцию в точке С построением многоугольника сил ; ; ; . Отсюда ;

реакцию в точке В построением многоугольника сил ; ;  . Отсюда ;

реакцию в точке А находятся построением многоугольника сил  - равнодействующая сил направлена противоположно реакции . Отсюда ,

При построении многоугольников направление сил и усилий берутся со схемы, численные значение которых определены ранее. Направление реакций определяются построением. Численные значения откладываются в масштабе.

. Расчет на прочность элементов рабочего оборудования

Цель данного раздела - разработать конструкции элементов рабочего оборудования, а также рассчитать параметры их сечений из условия прочности и надежности при действии экстремальных нагрузок. Исходными данными являются ранее выполненные расчеты по определению геометрических параметров и нагрузок в шарнирных сочленениях рассматриваемых элементов при строгом соблюдении их пространственной ориентации.

Условия работы: стрела находится в крайнем нижнем положении. На стрелу действуют максимальные внешние нагрузки, находящиеся в продольно-вертикальной осевой плоскости:  - реакция шарнира стойки платформы на пяту стрелы;  - усилие действия рукояти на стрелу в шарнире В ; - усилия штоков гидроцилиндров стрелы;  - максимальное усилие корпуса гидроцилиндра рукояти. Весом стрелы можно пренебречь, поскольку его влияние на напряженное состояние металлоконструкции из-за распределенного характера незначительно.

В данном расчете принимается допущение об отсутствии действия на металлоконструкцию стрелы боковых нагрузок и скручивающих моментов, хотя в реальных условиях действие этих факторов необходимо учитывать.

Исходные данные:  = 99,71 кН;  = 323,92 кН; = 79,9774 кН; = 284,955 кН, = 2,337 м; = 6,45 м; =4,601м; =1,753м;  = 0,323 м; = 86,56°;  = 30,79°; = 19,44°;  = 11,23°; ; ;

Под действием внешних нагрузок в сечениях стрелы возникает сложное напряженное состояние, обусловленное наличием нормальных напряжений растяжения (сжатия) и касательных напряжений сдвига. Первые возникают в результате действия осевых нагрузок и изгибающих моментов, а вторые - в результате действия поперечных сил.

Конструктивную схему стрелы выбираем по аналогии с прототипом. На основе принятой конструкции вычерчиваем расчетную схему стрелы с буквенным обозначением ее геометрических параметров и внешних нагрузок

Рисунок 6.1. Конструктивная и расчетная схема. Эпюры , и М

Расчет продольно-осевых сил. При левосторонней системе сил

кН

=

=кН

 кН

Проверка:

;

кН

Ошибка не превышает 0,04%.

Расчет поперечных сил. При левосторонней системе сил

 кН;

=кН;

 кН

Проверяем правильность расчета:

 кН.

Погрешность расчета незначительна.

Рассчитываем моменты сил, действующих в сечениях стрелы:

 кН.м;

кНм

Момент справа:

По результатам расчетов строим эпюры продольно-осевых, поперечных сил и изгибающих моментов (см. рис. 7.1).

Эпюры свидетельствуют о том, что наиболее опасными по сочетанию нагрузок являются сечения Е и О.

Условие прочности по нормальным напряжениям для сечения Е: