Проект стрелы экскаватора. Составление конструктивной схемы стрелы. Выбор материала и определение допускаемых напряжений, страница 2

Допускаемое касательное напряжение при сдвиге τ_доп , МПа:

,                                               (6)

.

3. Силовой расчет

При работе экскаватора на рабочее оборудование (стрела, рукоять, ковш) действуют нагрузки как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях. В данном случае сила сопротивления резания F_р направлена под углом α. Боковая нагрузка F_b приложена к ковшу и действует в плоскости перпендикулярной плоскости рабочего оборудования. При расчете стрелы необходимо учесть вес самой стрелы Q_с. Удельный вес стрелы равен q = 1,0 кН/м. Силы тяжести рукояти и ковша могут не учитываться, так как такое упрощение идет в запас прочности.

Основные размеры системы стрела – рукоять – ковш представлены на рисунке 4. Расчетная схема к определению усилий в стреле экскаватора представлена на рисунке 3.

Силовой расчет произведен в программе «RADUGA». Результаты расчета представлены в приложении А. Полученные эпюры сил и моментов возникающих в металлоконструкции представлены на рисунке 4.

Рисунок 3 – Расчетная схема для определения усилий.

4. Подбор поперечных сечений стрелы экскаватора

Рисунок 5 – Основные размеры поперечного сечения.

По данному значению изгибающего момента М и расчетному сопротивлению используемого материала R_y, Па, определяется требуемый момент сопротивления W_тр, м³:

                                                   (9)

Высота балки назначается исходя из оптимальной h_opt и минимальной h_minвысот. Ее значение должно удовлетворять условию:

,                                         (10)

Оптимальную высоту балки определяют из условия ее минимальной массы:

,                                            (11)

Минимальную высоту определяют из условия обеспечения ее достаточной жесткости:

,                                       (12)

где  – допустимый относительный прогиб, (  ).

Принято , .

По эмпирической зависимости определяется суммарная толщина стенки стрелы t_с, мм:

,                                             (13)

где L – вылет стрелы, м (L = 6 м).

Толщина пояса t_п, мм:

,                                             (14)

Ширина пояса b_п , мм:

                                              (15)

Расчетные сечения представлены на рисунке 2.

Результаты расчетов и подбора представлены в таблице 1.

Таблица 1 – Геометрические характеристики сечений

Сечение	А – А	Б – Б	В – В	Г – Г	Д – Д
Параметр
H , мм	300	1000			200
B , мм	600	600			600
tс , мм	14
tп , мм	30
Ас , м2	0,00476	0,01316			0,00196
Ап , м2	0,03	0,018			0,018
А , м2	0,06934	0,06232			0,03992
Ix ·10-6 , м4	2149,71	11408,83			309,2
Iy ·10-6 , м4	7175,323	2538,545			807,017

5. Проверка прочности сечений

В общем случае напряженное состояние в точках опасного сечения оценивается по эквивалентным напряжениям σ_экв, определяемым по четвертой (энергетической) теории прочности по формуле:

  ,                                            (16)

где σ_∑ и τ_∑  – суммарные нормальные и  касательные  напряжения.

Условия несущей способности по методу предельных состояний имеют вид:

,                                                  (17)

 ,                                                  (18)

 ,                                                   (19)

Суммарные нормальные напряжения определяются арифметическим суммированием нормальных напряжений от соответствующих внешних нагрузок:

,                                            (20)

,                                                 (21)

,

, где σ_x, σ_y – нормальные напряжения от внешней нагрузки в соответствующей плоскости;

М_x, М_y – расчетный изгибающий момент внешней нагрузки в соответствующей плоскости;

Суммарные касательные напряжения находятся арифметическим суммированием напряжений от действующих в поперечном сечении усилий.

,                                       (22)

где τ_Qx и τ_Qy – касательные напряжения от соответствующего поперечного усилия;

 ,                                             (23)

 ,                                            (24)

где  I_x , I_y – момент инерции сечения относительно главных осей х-х, y-y соответственно, м⁴;

– статический момент отсеченной части сечения, м³;

, где  А_отс – площадь отсеченной части сечения;

y_с – расстояние между центрами масс отсеченной части и всего сечения;

b_x – ширина рассеченной части сечения, м;

b – расстояние между серединами стенок, м;