Совершенствования узла экскаватора

где S_n = 545 кН – максимальное подъёмное усилие на ковше;

      ɤ₂ = 6 м – плечо действия силы, рис. 1.2;

     G_k+п = 203,68 кН – вес ковша с грунтом, табл. 1.1;

     ɤ₃ = 6,9 м – плечо действия веса ковша, рис. 1.2;

     G_р = 68,67 кН – вес рукоятки, табл. 1.1;

    ɤ₄ = 2,8 м – плечо действия веса рукоятки, рис. 1.2;

     ɤ₁ = 7,8 м – плечо действия силы Р_01max, рис. 1.2;

β = 64⁰;     ɣ = 0⁰;     рис 1.2.

Р_01max = 545 sin64⁰ – (203,68 * 6,9 + 68,67 * 2,8) cos0⁰

                                                              7,8                                      = 175,5 кН

Сила напора вычисляется по формуле (69) /2/

                       S_н = Р₀₂ +S_п cosβ. кН                                    (1.30)

где β = 64⁰ – угол между осью подъёмного каната и горизонталью, см. рис. 1.7;

     S_п = 545 кН – максимальное подъёмное усилие на ковше;

     Р₀₂ – нормальная составляющая силы копания, перпендикулярная к траектории.

По формуле (62) /2/

                             Р₀₂ = 0,1 Р₀₁, кН                                    (1.31)

Р₀₂ = 0,1 * 17,55 кН;

S_н = 17,55 + 545 cos64⁰ = 256,46 кН

Тогда

М_о = 175,5 * 11,6 + 203,68 кН * 10,6 + 68,67 * 6,4 +133,7 * 4,25 + 1 *

                                                                                                              2

* 256,46 * 66 = 6048,84 кН * м

Удерживающий  момент М_у будет таким же, как и в первом случае, т.е. по формуле (1.27)

М_у = 6653,724 кН * м

ДП 11.00.000 ПЗ

Лист

Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Запас устойчивости для рассмотренного случая:

Ψ = Му   = 6653,72

                                                 М_о   = 6048,84    = 1,1

что соответствует  рекомендуемому для данного типа экскаваторов.

в) Третий случай, движение на подъём.

При передвижках  с точки зрения устойчивости опасны преодоление максимального подъёма и спуск по максимальному уклону.

В обоих случаях  учитываем давление ветра, равное 25 кг/м², действующее в направлении, уменьшающем устойчивость экскаватора.

Для движения на подъём (рис. 1.8) стрела берётся под  минимальным углом 30⁰, рукоять на максимальном вылете с опущенным ковшом у земли.

Из уравнения  моментов относительно точки В определяем угол максимальный подъём х_max. Для этого принимаем, что линия опрокидывания проходит по краю опорной поверхности гусениц (точка В). Коэффициент устойчивости принимаем равным Ψ = 1,5

                                                 М_у   = 1,5                                    (1.32)

                                                                 М_о

М_у = G_к (V_k - h_k tgα) + G_p (V_p – h_p tgα) + G_c (V_c – h_c tgα) + G_xt (V_xt – h_xt tgα)

М_о = G_пр (V_пр – h_пр tgα) + G₁ (V₁ – h₁ tgα) + P_b * S * V_b * 9,81

где G_к = 98,1 кН – вес ковша, табл. 1.1.;

      V_k = 14,6 – плечо действия веса ковша, см. рис. 1.8.;

      h_k = 1 м – высота центра тяжести ковша, рис. 1.8.;

     G_p = 68,67 кН – вес рукоятки, табл. 1.1.;

     V_p = 11,6 м - плечо действия веса рукоятки, рис. 1.8.;

     h_p = 3,9 м – высота центра тяжести рукоятки, рис. 1.8.;

    G_c = 133,7 м – вес стрелы, табл. 1.1.;

ДП 11.00.000 ПЗ

Лист

Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата

V_c –= 9,7 м – плечо действия веса стрелы, рис. 1.8.;

h_c = 5 м – высота центра тяжести стрелы, рис. 1.8.;

G_xt = 686,7 кН – вес ходовой тележки, табл. 1.8.;

V_xt = l   = 2,25 м – плечо действия веса хт, рис. 1.8.

        2

h_xt = 1 м – высота центра тяжести ходовой тележки;

G_пр = 333,54 кН – вес противовеса (1.24);

V_пр = 1.67 м - плечо действия веса противовеса, рис. 1.8.;

h_пр = 2,8 м - высота центра тяжести противовеса;

G₁ = 588,6 кН – равнодействующая весов всех вращающихся частей экскаватора без противовеса и рабочего оборудования;

V₁ = 2,25 – 1.8 = 0,45 – радиус действия силы G₁;

h₁ = 3 м – высота центра тяжести G₁, рис. 1.8.;

P_b = 25 кг/м² – давление ветра;

S = Н_пл * В_пл = 53 * 7 = 37,1 м² – площадь экскаватора. Подвергаемая действию со стороны ветра;

Н_пл – высота кузова от земли, табл. 1.2.;

В_пл – ширина платформы, табл. 1.2.;

V_b = l  Н_пл = 2,65 м – плечо действия силы Р_в;

        2

98,1 (14,6 – 1 tgα) + 68,67 (11,6 – 3,9 tgα) + 133,7 (9,7 – 5 tgα) + 686,7

333,54 (1, + 2,8 tgα) + 588,6 (0,45 + 3 tgα) + 0,025 8 9,81 * 37,1 * 2,65

(2,25 - 1 tgα)   = 1,5

tgα = 0,6494076…;    α = 33⁰

Из уравнения  моментов относительно точки В определяем величину смещения равнодействующей (VII.62) /1/, стр. 431:

Gcosα_max  l

                            2  - e) = М^у – М^о,

откуда    е = l     М_у - М_о

                     2  - Gcosα_max   ,                                                           (1.33)

ДП 11.00.000 ПЗ

Лист

Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата

где e, м – величина смещения равнодействующей

      l = 5 м – длина соприкосновения гусеницы с землёй;

     М_у – удерживающий момент, создаваемый весом всех частей экскаватора, находящихся справа от точки В, рисунок 1.8.;

    М_о – опрокидывающий момент, рисунок 1.8.;

   G – 1962 кН – вес экскаватора;

   α_max = 33⁰ – максимальный угол подъёма.

Рисунок 1.8.

Схема к определению устойчивости экскаватора  при движении на подъём

ДП 11.00.000 ПЗ

Лист

Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата

По формулам (1.32) находим значения М_у и М_о:

М_у = 98,1 (14,6 – 1 tg33⁰) = 68,67 (11,6 – 3,9 tg33⁰) + 133,7 (9,7 – 5 tg33⁰) + 686,7 (2,25 - tg33⁰) = 39,53,799 кН * м;

М₀ = 333,54 (1,7 + 2,8 tg33⁰) + 588,6 (0,45 + 3 tg33⁰) + 24,11 = 26,35,87 кН * м;

Тогда величина смещения равнодействующей

е = 2,25 – 3953,799 – 2635,87     = 1,45 м

                    1962 * 0,83867

Определяем  максимальное удельное давление на грунт, приходящееся на край опорной поверхности  гусениц, точку В на схеме 1.8. Тогда  по формуле (VII.63) /1/, стр.431:

P_max = 2G_Н

                                                            3 (l   - e) * в, кг/см²               (1.34)

                                                                2

где l = 5 м – длина опорной поверхности гусеницы;

      в = 0,9 м – ширина гусеницы;

      е = 1,45 м – величина смещения  равнодействующей;

     G_Н – составляющая рабочего веса, нармальная поверхности грунта, рис.1.8., по формуле /2/, стр.253:

G_Н = G * cosα_max,                                                                              (1.35)

где G – рабочий вес экскаватора;

      α – угол подъёма

G_Н = 200 * cos 33⁰ = 167,734 т;

P_max = 2 * 167,734

                                                     3 (2,25 – 1,45)   = 155,31 т/м² = 15,5 кг/см²

Т.к. е > l

            6  , эпюра давления сохраняет вид треугольника, но работающая часть гусеницы будет меньше её длины (см. рис. 1.8.) и равна

3 (l

    6 – е) = 3 (2,25 – 1,45) = 2,4 м                                                   (1.36)

ДП 11.00.000 ПЗ

Лист

Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Рисунок 1.9.

Схема к определению устойчивости экскаватора  при движении на спуск

ДП 11.00.000 ПЗ

Лист

Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата

г) Четвёртый случай, движение экскаватора на спуск. При движении под уклон стрела берётся под максимальным углом (60⁰), рукоять висит вертикально. Принимаем, что линия опрокидывания проходит по краю опорной поверхности гусениц (точка В). Коэффициент устойчивости принимаем равным 1,5.

В направлении. Уменьшающем устойчивость экскаватора, учитываем давление ветра, равное25 кг/м².

Удерживающий  момент создаётся весом всех частей экскаватора, находящегося слева от точки В, а опрокидывающийся –  весом всех частей, находящихся справа от точки В и действия, создаваемого ветром. Рис. 1.9.

М_у = G_пр (V_пр – h_пр tgα) + G₁ (V₁ – h₁ tgα) + G_xt (V_xt – h_xt tgα)

М_о = G_к (V_к – h_к tgα) + G_р (V_р – h_р tgα) + G_c (V_c – h_c tgα) + P_b * S * 9,81 Т_в,

где G_пр = 333,54 кН – вес противовеса (1.24);

      V_пр = 6,3 м – плечо действия веса противовеса, рис. 1.9.;

      h_пр = 2,8 м – высота центра тяжести противовеса;

       G₁ = 588,6 кН – равнодействующая весов всех частей экскаватора без противовеса и рабочего оборудования, табл. 1.1.;

      V₁ = 4 м - плечо действия силы G₁, рис. 1.9.;

        h₁ = 3 м – высота центра тяжести G₁, рис. 1.9.;

      G_хт = 686,7 м – вес ходовой тележки, табл. 1.1.;

      V_хт = 2,25 – плечо действия вес ходовой тележки;

      h_хт = 1 м – высота центра тяжести ходовой тележки;

     G_к = 98,1 кН – вес ковша, табл. 1.1.;

     V_к = 4,35 м - плечо действия веса ковша, рис. 1.9.;

     h_к = 1 м – высота центра тяжести ковша, рис. 1.9.;

    G_р = 68,67 м – вес рукоятки, табл. 1.1.;

    V_p = 3,6 м - плечо действия веса рукоятки, рис. 1.9.;

     h_p = 5,1 м – высота центра тяжести рукоятки, рис. 1.9.;

    G_c = 133,7 м – вес стрелы, табл. 1.1.;

ДП 11.00.000 ПЗ

Лист

Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата

V_c = 3,2 м – плечо действия веса стрелы, рис. 1.9.;

h_c = 7,3 м – высота центра тяжести стрелы, рис. 1.9.;

P_в = 25 кг/м² – давление ветра;

S = 37,1 м² – площадь экскаватора, подвергаемая действию со стороны ветра, см. п.п. (в) стр. 24;

Т_в = 2,65 м – плечо действия силы Р_в, п.п. (в) стр. 24

М_у = 333,54 (6,3 – 2,8 tgα) + 588,6 (4 – 3 tgα) + 686,7 (2,25 – 1 tgα) = (6000,78 – 3386,41 tgα) кН * м

М₀ = 98,1 (4,35 + 1 tgα) + 68,67 (3,6 + 5,1 tgα) + 133,7 (3,2 + 7,3 tgα) + 0,025 * 9,81 * 37,1 * 2,65 = (1125,899 + 1424,327 tgα) кН * м;

   М_у   = 1,5 = 6000.78 – 3386,41 tgα = 1,5

                                       М_о                1125,899 + 1424,33 tgα

Откуда

tgα = 0,780736…

α ≈ 37⁰

Из уравнения  моментов относительно точки В определяем величину смещения равнодействующей по формуле (1.33) стр. 24:

е = l     М_у - М_о

       2  - Gcosα_max

где l = 5 м – длина опорной поверхности гусеницы;

     М_у – удерживающий момент, (1.37);

    М_о – опрокидывающий момент, (1.37);

   G – 1962 кН – вес экскаватора, табл. 1.1.;

   α_max = 37⁰ – максимальный угол при движении экскаватора под уклон;

М_у = 6000,78 – 3386,41 * tg 37⁰ = 3448,94 кН * м

М₀ = 1125,9 + 1424,33 * tg 37⁰ = 2199,21 кН * м;

е = 2,25 – 3448,94 – 2199,21     ≈ 1,45 м;

1962 * cos 37⁰

ДП 11.00.000 ПЗ

Лист

Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Максимальное  удельное давление на грунт, приходящееся на край опорной поверхности гусениц  точку В на рисунке 1.9. о формуле (1.34) стр. 25:

Р_max = 2G_H

                                                           3(l)

                                                              6 – e   , кг/см²

где l = 5 м – длина опорной поверхности гусеницы;

      в = 0,9 м – ширина гусеницы, табл. 1.2.

      е = 1,45 м – величина смещения  равнодействующей;

     G_H – составляющая рабочего веса, нормальная поверхности грунта, рис. 1.9. По формуле (1.35)

G_H = G cosα_max

где G = 200 т – рабочий вес экскаватора;

      α_max = 37⁰ – угол подъёма;

      G_H = 200 cos 37⁰ = 159,37 т

P_max =                  2 * 159,73

                                                      3(2,25 – 1,45) * 0,9   = 147,9 т/м² = 14,8 кг/см²

Т.к. е > l

            6 , эпюра давления сохраняет вид треугольника, но работающая часть гусеницы будет меньше её длины (см. рис. 1.9) и равна, согласно формулы (1.36)

3 (l

    6 - е) = 3 (2,25 – 1,45) = 2,4 м

ДП 11.00.000 ПЗ

Лист

Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата

1.3.3. Определение усилий в рамках  и захватывающих устройствах  опорно-поворотного круга

На поворотную платформу экскаватора во время  работы действуют опрокидывающие и  удерживающие моменты, которые в конечном виде можно привести к следующим силам (см. рис. 1.6. П3):

G – действующей на переднюю часть опорно-поворотного круга;

S – отрывающий платформу от нижней рамы;

Т – сдвигающий платформу относительно нижней рамы.

В целях предотвращения опрокидывания платформы и использования в качестве добавочного противовеса нижней тележки экскаватора платформа снабжена захватывающим устройством. Таким устройством служит гайка на верхнем конце центральной цапфы.

Поворотная  платформа опирается на подпятник из роликов, равномерно распределённых по опорному кругу и заключённых в обойму, играющую роль сепаратора.

а) Определение  осевой нагрузки Р₀, кН,

                               Р_о = G_п + G_р.о. + G_пр +Q;                         (1.38)

где G_п – вес поворотной платформы с оборудование, кН;

      G_р.о. – вес рабочего оборудования, к;

      G_пр – вес противовеса, кН;

      Q – вес породы в ковше, кН

Р_о = 1471,5 + 300,47 + 333,54 + 105,58 = 2211 кН

б) Определяем усилия при нахождении равнодействующей силы в пределах ядра сечения (е = Д_о)

                                     4

Для узких кругов катания принимают Д₁ = Д₂ = Д_о, е = Д_о  -

                                                                                            4

ДП 11.00.000 ПЗ

Лист

Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата