Курсовая работа (т): Расчет одноковшового гидравлического экскаватора

где F_E - площадь поперечного сечения E;

W_Z - момент сопротивления сечения E.

По касательным напряжениям наиболее опасным является сечение E. В этом случае условие прочности определяется по формуле Журавского:

где S_(y) - статический момент сечения E; b - ширина сечения;

 - осевой момент инерции относительно оси рукояти E.

Для определения геометрических характеристик сечений необходимо разработать их конструкцию.Современные конструкции моноблочных стрел выполнены сварными из листовой стали 10Г2С1, 10ХСНД, 15ХСНД, 14Г2 по ГОСТ 19282-73. Форма поперечных сечений показана на рис. 7.2, 7.3.

Рисунок 6.2. Схема сечения E и эпюры действующих напряжений:

1 - верхний пояс; 2 - стенка; 3 - косынка; 4 - цапфа; 5 - нижний пояс

Рисунок 6.3. Схема сечения О и эпюра нормальных напряжений

Значения параметров сечения E (см. рис. 9): b =0,6 м; h =0,8 м; b₁ =0,58 м; t =0,016 м; t₁ =0,012 м. Для сечения О (см. рис. 10): b =0,6 м; h =0,6 м; b₁ =0,58 м; t = 0,016 м; t₁ = 0,012 м.

Площади сечений

Статические моменты сечений

Моменты инерции рассчитываемых сечений

где ,  - моменты инерции стенок относительно оси Z;

,  - моменты инерции относительно осей симметрии поясов Z:

,  - площади поперечных сечений поясов:

Тогда

Нормальные напряжения в крайних сжатых волокнах сечения

По аналогии нормальные напряжения растяжения в сечении О.

Принимая для стрелы материал сталь 10Г2С1, имеющую мПа, видим, что геометрические параметры сечений при действующих нагрузках удовлетворяют условиям прочности.

Проверяем условие прочности по касательным напряжениям в сечении Е. Для этого строим эпюру касательных напряжений по высоте сечения.

На поверхностях поясов τ_Е=0.

На внутренних поверхностях поясов

На поверхностях стенок, примыкающих к поясам,

На уровне нейтрального слоя Z

Для выбранной стали [τ]=160мПа. Следовательно, условие прочности по касательным напряжениям выполнено с существенным запасом.

Заключение. Произведенные расчеты показывают, что выбранные параметры стрелы обеспечивают ее работоспособность и удовлетворяют условиям прочности при воздействии учтенных внешних нагрузок. Имеющийся запас прочности может компенсировать действие неучтенных нагрузок (боковых сил, окручивающих моментов, динамических нагрузок и др.).

Расчета на прочность пальца шарнира креплений рукояти к стреле.

Условия работы: палец шарнира крепления рукояти к стреле выполняет функции оси и воспринимает через втулки рукояти усилие F_B. Учитывая, что длина пальца невелика и зазор между втулками рукояти и стрелы составляет 0,8...1,5 мм, преобладающим условием прочности рассматриваемого шарнирного сочленения является обеспечение прочности пальца от действия срезающих нагрузок между втулками стрелы и рукояти. При этом принимается допущение, что вся нагрузка приложена в одном из двух опасных сечений B₁, B₂, (рис. 7.4).

Исходные данные: R_B =323,92 кН; материал пальца - Сталь 45, термообработка ТВ 456; [τ_ср] =145мПа.

Необходимо определить минимально допустимый диаметр пальца из условия прочности его сечения на срез у опоры В₁ и В₂.

В этом случае условие прочности

где S_n - площадь поперечного сечения пальца.

Рисунок 7.4. Конструктивная схема шарнирного сочленения рукояти со стрелой: 1 - втулка стрелы; 2 -корпус стрелы; 3 - втулка рукояти;4 - корпус шарнира; 5 - корпус рукояти; 6 - палец

Отсюда диаметр пальца

Таким образом, выбранный диаметр пальца d=80мм удовлетворяет условию прочности на срез.

. Устойчивость экскаватора при оборудовании обратной лопатой

Устойчивость экскаватора проверяется по трем расчетным схемам.

Первое расчетное положение (рис. 7.1). Экскаватор находится на горизонтальной площадке, платформа поперек ходовой рамы, стрела на полном вылете, производится копание на уровне стоянки цилиндром поворота рукояти.

Момент сил, удерживающих экскаватор от опрокидывания, относительно точки О

где G_ПЛ =134144кН, G_ХЧ = 91472,85 кН- вес соответственно поворотной платформы с механизмами и ходовой части.

Нм

Опрокидывающий момент

Плечи сил и угол φ выбираем из расчетной схемы, вычерченной в масштабе.

Усилие Р₀₁ перпендикулярно к прямой, соединяющей зубья ковша с шарниром в крепления рукояти к стреле. Его находим из уравнения равновесия моментов относительно шарнира В при копании поворотом рукояти с номинальным давлением в системе .

Нм

Коэффициент устойчивости

В данном рабочем положении можно реализовать все усилие на зубьях ковша, которое может быть создано цилиндром рукояти.

Второе расчетное положение (рис. 7.2) соответствует повороту на выгрузку, платформа поперек рамы, ковш на вылете наибольшего радиуса выгрузки подвернут под рукоять. Уклоном площадки и инерционными силами пренебрегаем. Устойчивость проверяем, как и в первом положении, относительно точки О: Коэффициент устойчивости должен быть К = 1,1...1,15.

Момент сил, удерживающих экскаватор от опрокидывания, относительно точки О

Нм

Опрокидывающий момент

 Нм

Коэффициент устойчивости

Условие устойчивости выполняется.

Третье расчетное положение соответствует движению экскаватора под уклон (α=22°), стрела поднята до предела, рукоять подвернута под стрелу, ковш пустой, давление Р_В=250Н/см ветра в сторону уклона. Опрокидывание возможно относительно точки О в сторону рабочего оборудования. Удерживавший момент находим как и в первом расчетном положении,

Нм

Опрокидыващий момент

,

где - момент от сил ветра;  - подветренная площадь нетто соответственно кузова, кабины, ходовой и выступающей частей стрелы;  - высота приложения силы ветра, равна 2/3 высоты кузова, кабины и т.д. м²; м²; м²; м²;

 Нм

 Нм

Коэффициент устойчивости должен быть не менее 1,2:

Коэффициент устойчивости

Условие выполняется.

. Определение производительности и себестоимости разработки I м³ грунта

Эксплуатационная часовая производительность П_э экскаватора

где =0,7 м³ - геометрическая вместимость ковша, м ;

 - коэффициент наполнения ковша, =0,9...1,1;

=20 с - продолжительность рабочего цикла, с;

- коэффициент разрыхления грунта, = 1,15...1,4;

-коэффициент использования экскаватора по времени, = 0,6,..0,8.

Эксплуатационная сменная производительность П_э экскаватора:

где т=8,2 ч - продолжительность смены, ч.

Себестоимость разработки I м грунта (без учета стоимости подготовительных работ)

где  - планово-расчетная себестоимость I машино-ч. грн.,

где М=90842 грв - расчетная стоимость экскаватора; А=18,5%- амортизационные отчисления, %; =201 - число дней работа экскаватора в году;  - число смен работы экскаватора в течение суток (планируемое для данных условий), обычно = 2; =0 - стоимость одного монтажа и демонтажа, грн.; = 226,57 грн. - стоимость транспортирования экскаваторе на данный объект с прежнего места его работы, грн.; =1028,2=164 - время работы экскаватора на данном объекте, ч при работе в две смены по 8,2 ч на протяжении 10 дней; Р=4,082 грн - затраты на техническое обслуживание и текущий ремонт; В=0,742 грн. - затраты на замену и ремонт сменной оснастки; Э=4,77 грн. - затраты на энергоматериалы; 3=7,102 грн.- заработная плата машиниста.

грн/м³

Если известна сметная стоимость I маш.-смены, то себестоимость разработки I м³ грунта (без учета косвенных расходов) находят делением этой стоимости на сменную эксплуатационную производительность экскаватора.

Литература

1. Беркман И.Л., Буланов А.А., Ранев А.В., Рустанович А.В., Скворцов Г.С., Смирнов О.А./ Одноковшовые экскаваторы и самоходные краны с гидравлическим приводом. - М.: Машиностроение, 1971. - 303 с.

. Методическое указание к выполнению курсового проекта "Одноковшовые гидравлические экскаваторы" по дисциплине "Машины для земляных работ"/ Составители: Тимошенко В.К., Хмара Л.А., Деревянчук М.И., Кулик И.А. Днепроперовск ДИСИ 1989., 63 с.

. Машины для земляных работ / Под ред. Ю.А. Ветрова. - К.: Выща шк., 1981. - 384 с.

. Машины для земляных работ / Под ред. Н.Г. Гаркави. - М.: Высш шк., 1982. - 335 с.

. Расчет и проектирование строительных и дорожных машин на ЭВМ / Под ред. Е.Ю. Малиновского. - М.: Машиностроение, 1980. - 216 с.

. Теория, конструкция и расчет строительных и дорожных машин / Под ред. Л.Н. Гобермана. - М.: Машиностроение, 1979. - 407 с.

. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х томах, т.2/Под редакцией А.Г. Косиловой, Р.К. Мещерекова, -4 изд.перераб. и доп. -М.:: "Машиностроение", 1985. 496с.

. Проектирование машин для земляных работ /Под ред. А.М.Холодова.-Х,: Изд-во при Харьк. Ун-те, 1986. - 272 с.

. Сиденко В.М., Любченко В.А. Охрана труда в дорожном строительстве. - Киев: Вища школа, 1980. - 222 с.

. Филлипов Б.И. Охрана труда при эксплуатации строительных машин. - М.: Высшая школа, 1984. - 247 с.