Расчеты прочности элементов конструкции рабочего оборудования

Расчеты прочности элементов конструкции рабочего оборудования выполняют для трех положений, рассмотренных в разделе 4.2. В каждом положении из уравнений равновесия рабочего оборудования определяют нагрузки на элементы конструкции (гидроцилиндры, ковш, стрелу, тяги, коромысла, портал). Усилия на гидроцилиндры поворота ковша от внешних нагрузок (Рис.2.4.) определяют по формуле

 

 

 

Рис.4.8. Схема для расчета выглубляющих усилий

 

, (4.6)

где i_k.y , i_k.x , i_k — мгновенные передаточные отношения внешних сил R_Y и R_X и веса ковша G_K ; z_k — число гидроцилиндров поворота ковша. Мгновенные передаточные отношения определяются из соотношений элементов кинематики рабочего оборудования.

 

, . (4.7)

Усилие на гидроцилиндры подъема стрелы (Рис.2.4.)

, (4.8)

где G₀ — вес рабочего оборудования; l_i — размеры элементов кинематики; z_C — число гидроцилиндров подъема стрелы.

Усилие в каждой тяге определяется из условия равновесия ковша относительно оси крепления его к стреле

. (4.9)

Знак “ — “ при R_Y принимается при заглублении ковша в грунт, знак “+” — при выглублении.

Элементы конструкции механизма поворота (коромысла, тяги, шарнирные соединения) рассчитывают по максимальному усилию S_К в гидроцилиндрах поворота ковша. В перекрестной рычажной системе для коромысла опасным является сечение, проходящее через ось центрального шарнира. Коромысло, как правило, работает в сложном напряженном состоянии (изгиб с кручением). С учетом этого необходимо определить требуемые значения моментов сопротивления и выбрать размеры сечения. Тяги рассчитывают по усилию S_T на растяжение при запрокидывании ковша и на сжатие при вывешивании погрузчика на режущей кромке и задних колесах или ведущих звездочках гусениц. В последнем случае тяги необходимо проверить так же на устойчивость (продольный изгиб). Наиболее рациональным является сечение тяги в виде круга или трубы. Приемлемым считается так же прямоугольное сечение. Оси в шарнирных соединениях рассчитывают на срез, изгиб и смятие. Втулки подшипников скольжения необходимо проверить по допускаемому удельному давлению для выбранного материала.

Расчет стрелы. Стрелы самоходных погрузчиков выполняют чаще всего сварной конструкции из двух продольных балок соединенных поперечной связью (П — образной формы), вследствие чего они представляют собой одиножды статически неопределимые системы.

На Рис 4.9. представлена схема сил, действующих на стрелу. При определении нагрузок ковш рассматривается как балка, шарнирно соединенная с боковинами стрелы. Нагрузки на механизмы поворота принимаются равными, так как гидроцилиндры привода гидравлически соединены между собой параллельно.

Усилия N_АX , N_AY , N_BX , N_BY определяются из условия равновесия ковша относительно стрелы, а F_X и F_Y — как составляющие нагрузок на стрелу от механизма поворота, передающихся через коромысла с учетом силы тяжести самого механизма. Силы S_CX и S_CY являются составляющими усилий гидроцилиндров подъема стрелы.

Пространственную систему сил, действующих на стрелу приводят к двум плоским системам сил и моментов сил (Рис.4.10.). Изгибающие и крутящие моменты, а так же поперечные силы определяют в каждой плоскости. Условно разрезая поперечную связь и заменяя взаимодействие частей единичными силами, раскрывают неопределенность системы решением канонических уравнений методами, известными из курса “Сопротивление материалов”.

Эпюры изгибающих и крутящих моментов и поперечных сил строят в двух плоскостях. Для выбранных поперечных сечений балок и поперечной связи стрелы рассчитывают нормальные и касательные напряжения. Опасными являются сечения 1-1 (Рис.4.9.) — в зоне крепления к стреле гидроцилиндров подъема, 11 - 11 — в зоне крепления коромысел, 111-111 — в местах соединения поперечной связи с боковинами, 1Y-1Y — в середине поперечной связи.

Наибольшие суммарные нормальные напряжения s_c в прямоугольных сечениях возникают в углах. С учетом касательных напряжений по третьей теории прочности определяют эквивалентные напряжения. Затем по пределу текучести s_Т выбранной для изготовления стрелы марки стали определяют расчетное значение коэффициента запаса прочности

n =s_T / s_ЭКВ £ [ n_min ] =1,3...1,5. Для изготовления металлоконструкции рабочего оборудования погрузчиков целесообразно применять низколегированные стали марок 10ХСНД, 15ХСНД, 09Г2С, не теряющие пластические свойства при отрицательных температурах и ударном приложении нагрузок.

Портал рассчитывают по нагрузкам, передающимся от стрелы, гидроцилиндров поворота ковша и подъема стрелы. Портал представляет собой сложную сварную металлоконструкцию. При проведении расчетов расчетную схему упрощают. Обычно каждую боковину рассчитывают отдельно. Определяют нормальные, касательные и эквивалентные напряжения и относительно предела текучести материала рассчитывают коэффициент запаса прочности.

 

Рис.4.9. Схема сил, действующих на стрелу

 

 

Рис.4.10. Схема для расчета стрелы

Ковш как и портал рассчитывают по упрощенным схемам, разбивая его на отдельные элементы (режущую кромку, задний брус, козырек и т. д.).

Контрольные вопросы.

1. Из каких конструктивных элементов состоит рабочее оборудование погрузчика?

2. Какие основные расчетные схемы определения внешних нагрузок на рабочее оборудование погрузчика?

3. Расчет внешних нагрузок на рабочее оборудование при упоре кромки ковша в препятствие.

4. Расчет внешних нагрузок на рабочее оборудование при внедрении ковша в штабель материала с одновременным отрывом?

5. Расчет внешних нагрузок на рабочее оборудование при внедрении ковша с одновременным его заглублением.

6. Расчеты нагрузок на элементы конструкции рабочего оборудования.

7. Особенности расчета на прочность элементов конструкции механизма поворота ковша.

8. Особенности расчета стрелы погрузчика на прочность.