Проект стрелы экскаватора. Составление конструктивной схемы стрелы. Выбор материала и определение допускаемых напряжений

Содержание

Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

1. Составление конструктивной схемы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2. Выбор материала и определение допускаемых напряжений . . . . . . . . . . . . .  6

3. Силовой расчет. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

4. Подбор поперечных сечений. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  8

5. Проверка прочности поперечных сечений. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  11

6. Проверка местной устойчивости стенки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

7. Расчет шарнирных соединений. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  . 18

8. Расчет сварных соединений. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  22

9. Проверка жесткост. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

Список литературы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  . 27

Приложение

Введение

На сегодняшний день экскаватор является одной из наиболее распространенных землеройно-транспортных машин. Строительные экскаваторы предназначены для земляных работ в грунтах I … IV категорий. С помощью унифицированного сменного рабочего оборудования (до 40 видов) они могут выполнять также погрузочно-разгрузочные, монтажные, сваебойные, планировочные, зачистные и другие работы. К основным видам сменного рабочего оборудования относятся прямая и обратная лопаты, грейфер, погрузчик. Для разработки мерзлых грунтов широко используется рыхлительное оборудование и гидромолоты.

Обратная лопата является самым распространенным видом рабочего оборудования гидравлических экскаваторов (рис.1) и предназначена для копания выемок, расположенных ниже уровня стоянки экскаватора.

Рисунок 1 – Экскаватор гидравлический с обратной лопатой.

Рабочее оборудование одноковшового экскаватора состоит из стрелы, рукояти и ковша.

Цель данного курсового проекта – спроектировать стрелу экскаватора.

1. Составление конструктивной схемы стрелы

Стрела экскаватора представляет собой балку переменного коробчатого сечения (рис. 2) с переломом оси. Наибольшая ее высота – в сечении на перегибе стрелы, где действует максимальный изгибающий момент, и наименьшая – на концах балки. Стрела выполняется в виде сварной составной конструкции из стальных листов. В наиболее нагруженных участках предусмотрено усиление конструкции в виде накладок.

Рисунок 2 – Конструктивная схема стрелы экскаватора.

Длина стрелы L определяется глубиной копания грунта при обеспечении безопасности производства работ.

Размеры поперечных сечений у изгиба стрелы определяются по соотношениям [1]:

Высота сечения h, м:

,                                                (1)

где L – длина стрелы, м (L = 6 м).

.

Ширина сечения b, м:

,                                               (2)

.

Ширина сечения у пяты b₀ , м:

,                                                 (3)

.

Высота концевых сечений h_к = 0,4 м.

2. Выбор материала и определение допускаемых напряжений

Материал для металлоконструкций машин должен быть прочным,  упругим, должен сопротивляться циклическим и ударным воздействиям как при положительных, так и при отрицательных температурах, обладать коррозийной стойкостью и хорошей свариваемостью [2].

Для снижения металлоемкости конструкции и улучшения технической характеристики машины сталь необходимо выбирать наиболее прочную. Но в тоже время сталь должна быть вязкой, обладать динамической и циклической прочностью. 

По рекомендациям [2] принята сталь 10ХСНД, в химический состав которой входят: углерод (0,1%), хром (1%), кремний (1%), никель (1%), медь (1%).

Выбранная сталь имеет следующие характеристики [2]:

Нормативное сопротивление по пределу текучести            R_уп = 390 МПа;

Нормативное временное сопротивление                               R_un = 510 МПа.

Расчетные характеристики определяются в зависимости от применяемого метода расчета по предельным состояниям или по допускаемым напряжениям. Метод предельных состояний, наиболее прогрессивный является единым методом расчета всех  инженерных конструкций, но стрелу экскаватора рекомендуется рассчитывать по методу допускаемым напряжениям.

Допускаемое нормальное напряжение при растяжении, сжатии и изгибе, σ_доп , МПа:

,                                                      (4)

где  R_уп – предел текучести стали, МПа (R_уп = 390 МПа);

n₀ – коэффициент запаса прочности (n₀ = 1,4).

.