Проектирование рабочего оборудования одноковшового экскаватора (стр. 6 из 10)
По найденному усилию P1-1, действующему на зубья ковша (режущую кромку ковша), и сумме моментов относительно точки А (пяты стрелы) определяют реактивное усилие в гидроцилиндрах стрелы по формуле:
РЦС =
Реактивное усилие в цилиндрах стрелы PЦС для положений 1Р определим по формуле:
PЦС1= (1 / 0.54) · (47 · 8.04 + 14.35 · ∙2.1 + 7.65 · 3.48 + 11 · 3.66 – -9.76· 3.03) = 824.6 кН,
По результатам расчета активных и реактивных усилий для рассматриваемых положений находим наиболее неблагоприятное расчетное положение. Этому положению соответствует крайнее нижнее положение стрелы 1Р. При копании поворотом ковша. Определим усилие для положений 6Р, 3Р и 1Р, действующее в тяге ковша (относительно шарнира крепления ковша и рукояти) Т, кН:
Т6 =
= (1 / 0.234) · (49.76 · 1.2 + 11 · 0.049) =257.5 кН,где r1 = 0.049 м - плечо силы тяжести ковша с грунтом относительно точки C1; rРк = 1.2 м – плечо силы РК.
Т3=
= (1 / 0.34) · (49.76 · 1.2 - 11 · 0.565) =157.3 кН,где r1 = 0.565 м - плечо силы тяжести ковша с грунтом относительно точки C1;
Т1 =
= (1 / 0.268) · (49.76 · 1.2 - 11 · 0.24) =212.9 кН,где r1 = 0.24 м - плечо силы тяжести ковша с грунтом относительно точки C1;
Определим усилие в цилиндре ковша для положений 6Р, 3Р и 1Р:
PЦК6 = TrТ2/r2 = 257.5 · 0.435 / 0.24 = 466.7 кН,
где r2 = 0.24 м - плечо силы РЦК относительно точки D; rТ2 = 0.435 м - плечо усилия в тяге Т относительно точки D.
PЦК3 = TrТ2/r2 = 157.3 · 0.43 / 0.38 = 177.9 кН,
где r2 = 0.38 м - плечо силы РЦК относительно точки D; rТ2 = 0.43 м - плечо усилия в тяге Т относительно точки D.
PЦК1 = TrТ2/r2 = 212.9 · 0.3 / 0.22 = 290.3 кН,
где r2 = 0.22 м - плечо силы РЦК относительно точки D; rТ2 = 0.3 м - плечо усилия в тяге Т относительно точки D.
2.6 Расчет на прочность гидроцилиндров
Расчет гильзы выполняется на три вида напряжений, возникающих от давления жидкости.
Определим касательное напряжение, действующее в окружном направлении, мПа:
Для гидроцилиндра стрелы:
σt= 1,1[p](D+δ)/2δ = 1.1 · 32 · (0.14 + 0.021) / 2· 0.021 = 134.93 мПа,
где 1,1[p] – наибольшее (пиковое) давление; [p] = 32 мПа - давление настройки предохранительного клапана; D = 0.14 м – диаметр гидроцилиндра стрелы; δ = 0.015 м - толщина стенки, определяется по таб.5 .
Для гидроцилиндра рукояти:
σt= 1,1[p](D+δ)/2δ = 1.1 · 32 · (0.14 + 0.021) / 2· 0.021 = 134.93 мПа,
где 1,1[p] – наибольшее (пиковое) давление; [p] = 32 мПа - давление настройки предохранительного клапана; D = 0.14 м – диаметр гидроцилиндра рукояти;
δ = 0.021 м – толщина стенки, определяется по таб.5 .
σt= 1,1[p](D+δ)/2δ = 1.1 · 32 · (0.14 + 0.021) / 2· 0.021 = 134.93 мПа,
где 1,1[p] – наибольшее (пиковое) давление; [p] = 32 мПа - давление настройки предохранительного клапана; D = 0.14 м – диаметр гидроцилиндра рукояти;
δ = 0.021 м – толщина стенки, определяется по таб.5 .
Таблица 5.
| Давление[p], МПа | 10 | 16 | 25 | 32 |
| Толщина δ, мм | 0,07D | 0,1D | 0,12D | 0,15D |
Определим напряжение в осевом направлении, мПа:
Для гидроцилиндра стрелы:
σ0= 1,1[p]D2 / 4(D+δ)δ = 1.1 · 32 · 0.142 / 4 · (0.14 + 0.021) · 0.021 =51МПа
Для гидроцилиндра рукояти:
σ0= 1,1[p]D2 / 4(D+δ)δ = 1.1 · 32 · 0.142 / 4 · (0.14 + 0.021) · 0.021 =51МПа
Для гидроцилиндра ковша:
σ0= 1,1[p]D2 / 4(D+δ)δ = 1.1 · 32 · 0.142 / 4 · (0.14 + 0.021) · 0.021 =51МПа
Радиальными напряжениями ввиду их незначительности можно пренебречь.
Определим эквивалентные напряжения, МПа:
σэкв = (σt2 + σo2 - σtσo)1/2 ≤ [σ] = σT/ n
σэкв = (σt2 + σo2 - σtσo)1/2 = (134.92 +512 - 134.9 · 51)1/2 = 118 МПа 3.93
118 ≤ [σ]= 250 / 1.8 = 138.8 МПа
Расчет штока выполняется для худшего случая работы штока – сжатие при полном его выдвижении.
В этом случае напряжения сжатия равны, МПа:
Для штока стрелы:
σсж= РЦ / Sшφ ≤ [σсж] = РЦ / Sшφ = 0.412 / 0.0063 · 0.95 = 68.8 ≤ [σсж] =300 / 1.8 = 166.7 МПа
Для штока рукояти:
σсж= РЦ / Sшφ ≤ [σсж] = РЦ / Sшφ = 0.473 / 0.0063 · 0.89 = 84.3 ≤ [σсж] = 300 / 1.8 = 166.7 МПа
Для штока ковша:
σсж= РЦ / Sшφ ≤ [σсж] = РЦ / Sшφ = 0.466 / 0.0063 · 0.89 = 90.2 ≤ [σсж] = 300 / 1.8 = 166.7 МПа
где РЦ – усилие на штоке, Н; SШ – площадь штока, м2; φ – коэффициент, зависящий от гибкости штока λ и его свободной длины lш
Определим длину штока, м:
lш=L+(A-D),
Для штока стрелы:
lш=L+(A-D) = 1.12 + (0.58 – 0.14) = 1.56 м
Для штока рукояти:
lш=L+(A-D) = 0.9 + (0.58 – 0.14) = 1.34 м
Для штока ковша:
lш=L+(A-D) = 0.63 + (0.58 – 0.14) = 1.07 м
где L – ход штока, м;
А – конструктивный параметр гидроцилиндра, м;
D – диаметр цилиндра, м.
2.7 Параметры насосно–силовой установки. Выбор типоразмеров насосов и первичного двигателя
Определим типоразмер насосов по наиболее энергоемкой операции копания, продолжительность которой определим приближенно, в соответствий с рекомендациями, по эмпирической зависимости:
где q = 0.4 м3, вместимость основного ковша.
Приведенная к насосу регуляторная мощность определится как:
где АΣ = 146 кДж, kИ = 0.85 – коэффициент использования мощности насосной установки; ηΣ = 0.54 … 0.66.
Определим номинальную подачу, при РН ном = 20 МПа:
По этой подаче выберем насос серии 223.5 (двухпоточный аксиально– поршневой насос).
Определим требуемую частоту вращения вала, об / мин:
η НОМ = η НОМ ТАБЛ · QНОМ / QНОМ табл = 1400 ·198 / 290.6 =
=953 об / мин
Типоразмер выполнен правильно, так как η НОМ < η НОМ , где η МАХ = 2700 об / мин
Определим требуемую мощность двигателя внутреннего сгорания:
NE = NРЕГ · kСН / η РЕД · kВЫХ = 66 ·1.1 / (0.97·0.9) =83 кВт,
где kСН = 1.1 …1.15 - коэффициент учитывающий потребление мощности на собственные нужды (обогрев кабины, кондиционирование воздуха, электроосвещение); η РЕД = 0.97 – КПД редуктора; kВЫХ = 0.9 – коэффициент снижения выходной мощности двигателя вследствие колебания нагрузки.
По мощности определим тип двигателя внутреннего сгорания серии СМД - 14
Определим передаточное число редуктора:
U = nДВ / nН = 1400 / 953= 1.9
2.8 Расчет металлоконструкции рукояти
Определим наиболее нагруженное положение рукояти.
В положении 3Р будет максимальное плечо гидроцилиндра рукояти относительно шарнира В (стрела и рукоять). Из этого следует, что в этом положении будет развиваться наибольшее усилие копания, а со стороны ковша на рукоять будут действовать максимальные силы на шарниры рукояти.
Определим усилие для положений 3Р, действующее в тяге ковша (относительно шарнира крепления ковша и рукояти) Т, кН:
Т3=
= (1 / 0.34) · (67.4 · 1.2 + 11 · 0.56) = 219.7 кНОпределим усилие в цилиндре ковша для положений 3Р:
PЦК3 = TrТ2/r2 = 219.7· 0.43 / 0.38 = 248.6 кН
Зная значения максимального усилия копания ковша, усилия в тяге ковша, усилия гидроцилиндра ковша, методом плана сил определим силы, которые действуют в шарнирах рукояти. Все построения для определения сил, выполним в масштабе. Чтобы определить силы возникающие в шарнирах рукояти, рассмотрим каждое звено (ковш, тягу, коромысло, рукоять) в отдельности.
Рассмотрим звено ковша.
Зная направление и значение силы действующей на ковш от тяги, а так же направление и силу действующее на ковш при копании, методом плана сил определим значение и направление силы, которая возникает в шарнире ковша РКОВ:
Рис. 14. Схема распределений усилий в ковше.
Рис. 15. План сил возникающих в ковше.
Воспользовавшись методом плана сил, мы определили значение и направление силы РКОВ = 230.73 кН. Рассмотрим звено коромысла. Зная направление и значение силы действующей в тяги, а так же направление и силу действующее на коромысло от гидроцилиндра ковша, методом плана сил определим значение и направление силы, которая возникает в шарнире коромысла РКОР:
Рис. 16. Схема распределений усилий в коромысле.
Рис. 17. План сил возникающих в коромысле.
Воспользовавшись методом плана сил, мы определили значение и направление силы РКОР = 77.18 кН. Рассмотрим звено рукояти. Зная направление и значение сил действующих в ковше, коромысле, гидроцилиндров рукояти и ковша, методом плана сил определим значение и направление силы, которая возникает в шарнире рукояти РСТЕЛЫ = 555.1 кН
Рис. 18. План сил определения усилия возникающего в шарнире рукояти и стрелы.
Выполним проверку:
ΣFx = 0;
ΣFy = 0;