Задание 5 расчет на прочность сечения рукояти прямой лопаты экскаватора
При оформлении работы:
- записать в тетради дату, название задания;
- из методических указаний переписать условия задачи;
- из табл. 31 переписать исходные данные, соответствующие заданному варианту. При записи исходных данных перевести все параметры (усилия, распределенную нагрузку, линейные размеры в систему СИ);
- нарисовать в тетради в масштабе расчетную схему рукояти (рис. 5).
Рисунок 5.1 – Схема к расчету рукояти экскаватора
Рукоять прямой лопаты экскаватора (рис.4) изготовляют из стали класса 09Г2С, у которой предел текучести Т = 330 МПа. При определении допускаемого напряжения принять коэффициент запаса прочности = 1,5.
Расположение элементов схемы экскаватора, работающего в забое, показано на рис. 5.2.
Таблица 5.1 – Исходные данные к расчету рукояти экскаватора
Вари- ант |
GК+Г, кН |
РК, кН |
РБ, кН |
GР, кН |
РОТ, кН |
l0, м |
l1, м |
l2, м |
l3, м |
l4, м |
l5, м |
d, м |
d1, м |
d2, м |
b, м |
1 |
74 |
100 |
10 |
18 |
20 |
0,2 |
2,5 |
5 |
0,5 |
0,6 |
0,9 |
0,8 |
0,9 |
0,7 |
0,3 |
2 |
70 |
94 |
10 |
17 |
18,8 |
0,2 |
2,5 |
5 |
0,5 |
0,6 |
0,9 |
0,8 |
0,9 |
0,7 |
0,28 |
3 |
76 |
104 |
10 |
18 |
20,8 |
0,2 |
2,5 |
5 |
0,5 |
0,6 |
0,9 |
0,8 |
0,9 |
0,7 |
0,32 |
4 |
65 |
90 |
10 |
16 |
18 |
0,2 |
2,5 |
5 |
0,5 |
0,6 |
0,9 |
0,8 |
0,9 |
0,7 |
0,3 |
5 |
74 |
94 |
10 |
17 |
18,8 |
0,2 |
3 |
6 |
0,5 |
0,6 |
0,9 |
0,8 |
0,9 |
0,7 |
0,28 |
6 |
68 |
92 |
10 |
16 |
18,4 |
0,2 |
2,4 |
4,8 |
0,5 |
0,6 |
0,9 |
0,8 |
0,9 |
0,7 |
0,26 |
7 |
70 |
94 |
10 |
18 |
18,8 |
0,2 |
2,6 |
5,2 |
0,5 |
0,6 |
0,9 |
0,8 |
0,9 |
0,7 |
0,28 |
8 |
72 |
100 |
10 |
16 |
20 |
0,2 |
2,5 |
5 |
0,5 |
0,6 |
0,9 |
0,8 |
0,9 |
0,7 |
0,3 |
9 |
74 |
100 |
10 |
18 |
20 |
0,2 |
3 |
6 |
0,5 |
0,6 |
0,9 |
0,8 |
0,9 |
0,7 |
0,28 |
10 |
76 |
110 |
10 |
17 |
22 |
0,2 |
2,5 |
5 |
0,5 |
0,6 |
0,9 |
0,8 |
0,9 |
0,7 |
0,26 |
11 |
74 |
100 |
10 |
16 |
20 |
0,2 |
2,4 |
4,8 |
0,5 |
0,6 |
0,9 |
0,8 |
0,9 |
0,7 |
0,32 |
12 |
72 |
92 |
10 |
18 |
18,4 |
0,2 |
3 |
6 |
0,5 |
0,6 |
0,9 |
0,8 |
0,9 |
0,7 |
0,3 |
13 |
70 |
90 |
10 |
17 |
18 |
0,2 |
2,5 |
5 |
0,5 |
0,6 |
0,9 |
0,8 |
0,9 |
0,7 |
0,3 |
14 |
68 |
88 |
10 |
16 |
17,6 |
0,2 |
2,5 |
5 |
0,5 |
0,6 |
0,9 |
0,8 |
0,9 |
0,7 |
0,28 |
15 |
74 |
100 |
10 |
17 |
20 |
0,2 |
3 |
6 |
0,5 |
0,6 |
0,9 |
0,8 |
0,9 |
0,7 |
0,28 |
Продолжение табл. 5.1
Вари- ант |
GК+Г, кН |
РК, кН |
РБ, кН |
GР, кН |
РОТ, кН |
l0, м |
l1, м |
l2, м |
l3, м |
l4, м |
l5, м |
d, м |
d1, м |
d2, м |
b, м |
16 |
72 |
100 |
10 |
18 |
20 |
0,2 |
3 |
6 |
0,5 |
0,6 |
0,9 |
0,8 |
0,9 |
0,7 |
0,32 |
17 |
70 |
94 |
10 |
17 |
18,8 |
0,2 |
2,4 |
4,8 |
0,5 |
0,6 |
0,9 |
0,8 |
0,9 |
0,7 |
0,3 |
18 |
74 |
96 |
10 |
16 |
19,2 |
0,2 |
2,6 |
5,2 |
0,5 |
0,6 |
0,9 |
0,8 |
0,9 |
0,7 |
0,32 |
19 |
72 |
92 |
10 |
16 |
18,4 |
0,2 |
2,5 |
5 |
0,5 |
0,6 |
0,9 |
0,8 |
0,9 |
0,7 |
0,30 |
20 |
68 |
80 |
10 |
17 |
16 |
0,2 |
2,6 |
5,2 |
0,5 |
0,6 |
0,9 |
0,8 |
0,9 |
0,7 |
0,28 |
21 |
74 |
100 |
10 |
18 |
20 |
0,2 |
2,4 |
4,8 |
0,5 |
0,6 |
0,9 |
0,8 |
0,9 |
0,7 |
0,28 |
22 |
70 |
102 |
10 |
16 |
20,4 |
0,2 |
2,7 |
5,4 |
0,5 |
0,6 |
0,9 |
0,8 |
0,9 |
0,7 |
0,30 |
23 |
72 |
104 |
10 |
17 |
20,8 |
0,2 |
2,6 |
5,2 |
0,5 |
0,6 |
0,9 |
0,8 |
0,9 |
0,7 |
0,32 |
24 |
74 |
98 |
10 |
18 |
19,6 |
0,2 |
2,5 |
5 |
0,5 |
0,6 |
0,9 |
0,8 |
0,9 |
0,7 |
0,26 |
25 |
70 |
96 |
10 |
18 |
19,2 |
0,2 |
2,7 |
5,4 |
0,5 |
0,6 |
0,9 |
0,8 |
0,9 |
0,7 |
0,32 |
26 |
72 |
92 |
10 |
16 |
18,4 |
0,2 |
2,6 |
5,2 |
0,5 |
0,6 |
0,9 |
0,8 |
0,9 |
0,7 |
0,3 |
27 |
74 |
100 |
10 |
17 |
20 |
0,2 |
2,5 |
5 |
0,5 |
0,6 |
0,9 |
0,8 |
0,9 |
0,7 |
0,28 |
28 |
68 |
70 |
10 |
18 |
16 |
0,2 |
2,8 |
5,6 |
0,5 |
0,6 |
0,9 |
0,8 |
0,9 |
0,7 |
0,3 |
29 |
70 |
88 |
10 |
16 |
17,6 |
0,2 |
2,7 |
5,4 |
0,5 |
0,6 |
0,9 |
0,8 |
0,9 |
0,7 |
0,32 |
30 |
72 |
90 |
10 |
18 |
18 |
0,2 |
2,5 |
5 |
0,5 |
0,6 |
0,9 |
0,8 |
0,9 |
0,7 |
0,3 |
Рисунок 5.2 – Схема общего вида экскаватора с канатно-блочным управлением
Требуется определить толщину листов поперечного сечений рукояти. Исходные данные приведены в табл. 5.1.
Условные обозначения действующих усилий схемы 5.1:
Sп – усилие в подъемном канате;
Рк – усилие копания;
Sн = 0,2Рк – усилие напора;
Рот = 0,2 Рк – усилие отпора;
Рб – боковое усилие, возникающее во время поворота при упоре крайнего зуба ковша в грунт;
Gк+г – вес ковша с грунта;
Gp – вес рукояти.
ПОРЯДОК РЕШЕНИЯ ЗАДАЧИ
Определить усилие в подъемном канате по уравнению моментов сил, действующих на рукоять относительно точки А
(5.1)
Ввиду малой величины угла α считать cosα = 1.
Усилие напора вызывает в сечении рукояти напряжения сжатия.
Рассчитать изгибающей момент, действующий в сечении рукояти «m-m» в вертикальной плоскости:
(5.2)
Определить изгибающий момент в горизонтальной плоскости от действия бокового усилия РБ и усилия отпора Рот:
(5.3)
Найти напряжения от сжатия и изгиба в двух плоскостях, которые в сечении «m-m» испытывает рукоять.
(5.4)
где Fc – площадь поперечного сечения рукояти;
Wв и Wг – моменты сопротивления поперечного сечения рукояти.
5. Определить крутящий момент, возникающий от действия усилия копания Рк и бокового усилия Рб.
(5.5)
6. Определить полярный момент сопротивления замкнутого тонкостенного профиля.
(5.6)
де Ω – площадь, ограниченная средней линией сечения рукояти;
δ – толщина стенки поперечного сечения рукояти.
Первоначально принять толщину стенки рукояти δ = 10 мм.
7. Найти касательные напряжения, вызываемые крутящим моментом.
(5.7)
8. Определить эквивалентные напряжения в сечении рукояти.
(5..8)
9. Сравнить полученную величину σэ с допускаемым напряжением [σ]. При необходимости повторить п.п. 4 – 8, добившись отклонения σэ от [σ] менее 5 %.