Способ повышения несущей способности решетчатой стрелы экскаватора-драглайна Советский патент 1985 года по МПК E02F3/48 

L

величина сокращения длины стрелы под действием максимальной нагрузки сжатия

маю:

с - жесткость каната или системы, состоящей из каната и тарировочной пружины.

СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ РЕШЕТЧАТОЙ СТРЁЖ ЭКСКА-. ВАТОРА-ДРАГЛАЙНА, включающий присоединение к стреле стягивакшщх канатов, их натяжение усилием для создания в поясе предварительного напряжения сжатия, отличающийся тем, что, с целью снижения ме-. таллоемкости и повьшения долговечное-, ти путем изменения асимметрии цикла нагружения поясов стрелы переменным сжатием, предварительное напряжение сжатия создают в нижнем поясе, при этом усилие S натяжения канатов определяет ся по формуле г(Ми,г-Рмин-е). 5 Hco5C6-f-2t М - изгибающий момент в где середине пролета от собственного веса стрелы; РП,; - минимальное усилие c5saтия, действующее вдоль оси стрелы (вдоль линии, соединянщей центры опорных проушин и головного блока); в - величина смещения линии, соединяющей центры опорных проушин и головного блока, относительно центра сечения стрелы посередине её пролета; Н высота сечения стрелы в середине пролета; ot угол между направлением линии, соединяющей центры опорных проушин и головного блока, и S направлением каната, сл параллельного нижнему поясу i расстояние между канатом и нижним поясом, а центры опорных проушин и головного блока расположены на одной линии, при, этом линия, их соединяющая, смещена относительно геометрического центра поперечного сечения стрелы в средней части ее пролета на велич11ну 2 , определяемую по формуле ;л u6(Hcoso,+2i ф умакс °мин) где Рд,а|(;д - максимальное усилие сжатия стрелы в момент,когда груженый ковш находится у головы стрелы, величина уменьшения усиС ЛИЯ в канате вследствие сжатия стрелы максимальной нагрузкой;

Изобретение относится к экскавато рам, а именно к стрелам экскаваторов драглайнов . Цель изобретения - снижение метал лоемкости и повышение долговечности путем изменения асимметрии цикла нагружения поясов стрелы переменным сжатием. На фиг.1 изображена стрела, вид сбоку; на фиг.2 - вид А на фиг.1; на фиг.З - сечение Б-Б на фиг.1, на фиг.4 - узел I на фиг.1; на фиг.З расчетная схема стрелы. Стрела содержит две вертикальные фермы 1 (фиг.1), связанные двумя решетками (раскосами) 2, расположенными в плоскости верхнего 3 и нижнего 4 поясов вертикальных ферм 1. Для создания дополнительного напряжения сжатия в нижнем поясе 4 используют стальные канаты 5, закрепленные по концам нижнего пояса у головного бло ка 6 и основания стрелы (опорных про ушин) 7. Посередине пролета стрелы стальные канаты 5 опираются на башма ки 8, а у основания 7 стрелы стальны канаты 5 взаимосвязаны с нижним поясом 4 посредством натяжных тарировочных устройств 9. Натяжное тарировочное устройство 9 содержит тарировочную пружину 10, размещенную в кор пусе 11, натяжную гайку 12, а также стопорный винт 13 и гайку 14, которы обеспечивают крепление стального каната 5 к нижнему поясу 4 при выключенной из работы пружине 10. Способ повышения несущей способности стрелы осуществляют при следующей последовательности выполнения операций. Стальным канатом в нижнем поясе стрелы создают дополнительные напряжения сжатия за счет того, что натяж ным тарировочным устройством его предварительно натягивают на величину которую определяют из зависимости 2(Ми,г-Рмии-е1 H-coeoi При этом линию, которая проходит через центры опорных проушин и головного блока, смещают относительно геометрического центра сечения стрелы посередине ее пролета в сторону нижнего пояса, а величину смещения выбирают из зависимости й5(Н.сов(й421) 2(Р«акс-Рмин) Ниже приведен вьшод установленных аналитических зависимостей по определению расчетного усилия натяжения канатов S и величины смещения Е в вертикальной плоскости линии, соединяющей центры опорных проушин и головного блока, относительно геометрического центра сечения стрелы посередине ее пролета в сторону нижнего пояса (фиг.З). Принято, что минимальные напряжения циклов нагружения несущих поясов соответстбуют моменту, когда ковш разгружен и лежит на грунте с ослабленными подъемными канатами, а максимальные напряжения цикла - когда груженый коБЩ находится у головы стрелы перед разгрузкой. С учетом изгиба стрелы от собственного веса в вертикальной плоскости минимальные напряжения цикла в верхнем поясе представляют собой сумму напряжения сжатия вдоль оси стрелы от веса ее головной части и напряжений сжатия, вызванных изгибом от веса, а в нижнем поясе минимальные напряжения равны разнице напряжений сжатия от веса головной части и напряжений растяжения от ее изгиба. До стягивания каналами нижнего пояса разница в напряжениях сжатия в верхнем и нижн м поясах составляет йС 2(5 . , где J dy - напряжения н поясах, вызванные изгибом стрелы в вертикальной плоскости от воздействия собственного веса. Из этого условия определяют предварительно (с некоторым запасом) не- j обходимое усилие натяжения в канатах, обеспечивающее равные напряжения в поясах н И площадь сечения нижнего пояса, а также подбирают канат и тарировочную пружину, ю При применении способа повышения несущей способности стрелы после стягивания (сжатия) нижнего пояса .канатом (или канатами) в разгруженном состоянии стрелы (ковш на грунте) напряжения в сечении Б-Б (фиг.1, 5) в верхнем и нижнем поясах, т.е. минимальные напряжения цикла нагружения, слагаются из следующих составляющих: в верхнем поясебд,-(вЧ;ц+С)е в нижнем поясе6мин в ; тдеда-Рщ,/Fj- напряжения сжатия от веса головной части стрелы. PI.... составляющая от веса мкп ГОЛОВНОЙ части стрелы, действующая вдоль оси стрелы (т.е. ми. нимальная нагрузка сжатия),30 F - общая площадь несущих f поясов стрелы, - напря:.кения, вызван H-Fcosoi ные изгибом стрелы от действия собственногоЗЗ веса, М изгибающий момент (в середине пролета),. Н - высота вертикальных ферм в середине проле-40 та, - площадь верхнего или нижнего поясов, об - угол наклона верхнего и нижнего поясов к 45 оси стрелы (или к. линии, содержащей центры опорной проушины и головного блока), в данном случае это так-50 же угол между осью стрелы и направлением каната, учитывая что величина смещения е (фиг.5) относительно 55 мала по сравнению с вйсотой фермы Н и длиной пролета В , . KU Ис мальн и ниж ний ( полни от ка откуд ния к одина нем и следу См ;тры о блока стрел (фиг. вано за сч мальн .в мом дится лы, п принимаем углы наклона аи верхних и нижних поясов к оси стрелы п . . равными. -J:. - напряжения, вызванные HF-coso, смещением линии, соединяющей центры.опорной проушины и головного блока, относительно центра сечения стрелы посередине ее пролета в сторону нижнего пояса, е - величина смещения с (эксцентриситет), С) -г- - напряжение дополнительного сжатия нижнего пояса, вызванное натяжением каната, 5 - усилие натяжения каната, (канатов), Рц - площадь сечения ниж(-. I него пояса. напряжения контризHco5«-Fгиба, вызванные конструктивным смещением t (фиг.1,5) каната от нижнего пояса, Ь - расстояние между канатом и нижним поясом (фиг.1., 5). ходя из условия равенства миниых напряжений цикла в верхнем нем поясах из. системы уравне1) необходимое напряжение дотельного сжатия в нижнем поясе натов составляет 4 2(d,-d,,-(J), а точное значение усилия натяжеаната (канатов), обеспечивакицее ковые напряжения сжатия в верхнижнем поясах, определяется ющей зависимостью .) ещение е линии, соединяющей ценпорной проушины и головного , относительно центра сечения ы посередине ее пролета О 5) в сторону нижнего пояса вызнеобходимостью выравнивания ет внецентренного сжатия максиых напряжений циклов нагружения ент, когда груженый ковш нахоперед разгрузкой у головы стреоскольку в этот момент вследствне сжатия стрелы в целом усилия в стягивающих канатах ослабевают. При максимальной нагрузке сжатия стрелы (груженый ковш у головы стре- 5 лы) усилия в стягивающих Манатах уменьшаются и составляют где (. величина-уменьшения усилий в натяжных кана- Ю (макс величина сокращения длины стрелы под действием максимальной нагрузки сжатия, макс максимальное усилие сжатия стрелы (груженый 2о ковш у головы стрелы), РМИН минимальное усилие сжатия стрелы, т.е. составляющая от веса головной части стрелы 25 вдоль оси .стрелы (порожний ковш на грунте с ослабленными подъемными канатами), Р - длина пролета стрелы, Е - модуль упругости матариала несущих поясов, Fg- - общая площадь несущих поясов стрелы, С - жесткость канатов (или системы, состоящей из канатов и тарировочной пружины). Из условия равенства максимальных напряжений циклов в верхнем и нижнем поясе (в положении, когда груженый ковш у головы стрелы) усилие натяжения канатов определяется зависимостью аналогичной зависимости (3), т.е. .- 2(М,,р- 6) H. cos ОС t 2t Из зависимостей (3) и (4), зная величину А 5 5 - 5 , определяют величину 8 необходимого смещения линии, соединяющей центры опорной проушины 50 и головного блока относительно центра сечения стрелы посередине ее пролета в сторону нижнего пояса, обеспечивающее равенство максимальных напряжений циклов в верхнем и нижнем 55 лоясе: (Ц.cos ос f2i) С.-,РМОШС РМИН I р д д п с л г т и г с в п с у м г г Пример (применительно к верхней шетчатой секции стрелы экскаваторааглайна ЭШ 10/70Б). Необходимые для расчета исходные нные. Длина пролета стрелы (секции)В 500 см. Высота сечения стрелы в середине олета Н 250 см. Вес металлоконструкции решетчатой 11300 ,,,„ кции Q -2- 5650 кг. Изгибающий момент посередине проета . ч Мм,г -g- 21,25-10 КГсм, е д , -собЗО 30 - угол наклона оси ( t стрелы к горизонтали). Площадь сечения поясов: верхних Fg 2-27,,6 см (сосоит из двух уголков 140140-10), нижних Рц 2-27,,6 см (так,же з двух уголков 140-140-10), общая площадь сечения Fg. 427,3 109,2 см2 . Напряжения в поясах, вызванные изибом стрелы от собственного веса , г- КГ/СМ. Нсобоб TH Минимальная нагрузка сжатия (т.е. оставляющая от веса головной части доль оси стрелы) Р 30400 кг. Максимальная нагрузка сжатияР 159 500 кг. Угол меж,цу направлением несущих оясов и осью стрелы ot 3 (cos 3 0,9986), -он же угол между осью трелы и направлением каната, при словии параллельности каната нижнеу поясу. Минимальные напряжения цикла наружения:рв верхнем поясе |,f, . -278-156 434 кг/см, в нижнем поясе -- . мин р t -278+156 -122 КГ/СМ2. Максимальные напряжения цикла наружения:в в верхнем поясе -1460-156 -1616 КГ/CMS макс J в нижнем поясе (j . .-14604-156 -1304 . Исходные характеристики цикла наг гружения переменным сжатием: в верхнем поясе djj,HK 434 кг/см,, л,с,с -1616 КГ/CMS R,; Гбт|- 0.269, в нижнем поясе б , -122 кг/см, 122 ма« 309 кг/см - Rc5 0,0936. Материал несущих поясов-сталь 10ХСНД. Предварительное определение (с некоторым запасом) усилия натяжения в канате, обеспечивающее равные напряжения сжатия в поясах 5,р 2-йц Гц 215654,6 17035 кг. Выбор каната двойной свивки с металлическим сердечником типа АК-ГОГОСТ 7669-80-1 28 мм. Необходимые для расчета характеристики каната: разрывное усилие -Rp,. 49,7 тс, суммарная площадь проволок F 373,25 ,73 см, вес .одного погонного метра 3,395 кг, длина каната В 3400 см (принята конструктивно),жесткость каната данной длины равна 1262 кг/CMi С й6 13,47 Р. бц 1.7035J.3400 где ьЕ Е. F 13,47 см. .Величина сокращения стрелы под действием максимальной нагрузки сжатия . 1Рма1гс-Р линУ (.159500-30400) 3500 EC-FS-° 2,140.4 27,3 1,97 см. Уменьшение усилия в натяжных канатах вследствие сжатия стрелы максимальной нагрузкой -С. 1,97-1262 2487 кг. Необходимое смещение, обеспечивающее равенство максимальных напряжений циклов в верхнем и нижнем поясе, определяется по формуле (5): е.-л5 ° -2487. 2- °woiicc РМНН) ;i250 0A9986i2:20) (159500-30400)-2 г н к 5 т к .в п к 20 п и п 25 с в ; jg н де (; 20 см - принятое конструктиво расстояние между нижним поясом и анатом (с1.фиг.1). Фиксированное значение усилие наяжения каната,- обеспечивакщее одина овые минимальные напряжения цикла в ерхнем и нижнем поясе, определяется о формуле (3): . 2-(кэг-Рмин-е). Э ---- - Нсобк. + 2t iH 5i5Ji r - ° оэффициент запаса прочности каната тс 5 - Т4,093 Определение характеристики цикла еременного.нагружения сжатием после спользования предлагаемого способа овьппения несущей способности. Минимальные напряжения цикла в неущих, лоясах составляют в соответстии с зависимостью (1): - в-с5м(с в верхнем поясе и в нижнем поясе (-(-6 «rd, - кг/см Fg. 109 2 кг/см , 1156 КГ/СМ, и . . 130400 2 79 ®Н-Рц.cos 06 250 579986 547б 6 кг/см , -14093-20 °Н С05Л. РН ,9986. 547б i21 кг/см,. 14093 d, |-. I2 -258Kr/CM. 54, Тогда d -278-156+6+21 -407 кг/см2 j б1;,ин -278+156-6-21-258 -407 кг/см.. Максимальные напряжения цикла в есущих поясах составляют: в верхнем поясеи а -Йр д„-Йц + е(рма«)хч; „,. в нижнем поясе d,, u e(p waiccr Ku-с 5 J ,Рмакс 159500 Р««.с FJ, Т097Г -1460 кг/см, кг/см. V,,се 159500-2 79 ()н-Р.со5об 250-54,6-0,9986 «133 кг/см2, (9-&S).i (14093-2487)20 .°Н-собоЬ-Кц 250 о79986 547б ±17 кг/см, 14093-2487 о,о / , 54:Г Kr/CMS тогда OMQKC -1460-156+33+17 -1566 кг/см, -1460+156-33-17-212 --1566 кг/см. Полученные в результате использо вания способа характеристики цикла нагружения переменным сжатием: в верхнем поясе .в -407 .кг/см, 4 ДАЧХС О мин 1566 кг/см, ROI 0,26 в нижнем поясе «JMHH -407 кг/см, 1566 кг/см, . . В табл.1 приведены исходные и по лученные характеристики циклов нагр жения и повышение пределов выносливости в процентах с изменением аси метрии цикла нагружения. Как видно из табл.1, хотя максимальные напряжения в нижнем поясе 1566-1304 .„„ увеличиваются на --Т лд-«/ил, пр делы выносливости с изменениемкоэф фициента асимметрии цикла с 0,0936 до 0,26 увеличиваются всред нем на 35%.Таким образом, несущая способнос стрелы по условию усталости увеличи вается на 15%, а следовательно, мож IHO увеличить полезную нагрузку (объ ем ковша) и тем самым снизить удель ную металлоемкость стрелы и повысит производительность машины. Эффективность использования способа увеличивается с ростом линейных параметров стрел (длины стрелы). В табл.2 приведено сравнение исходных и получаемых характеристик цикла для длины пролета стрелы и 45 м применительно к рассматриваемому экскаватору. Из табл.2 видно, что хотя максимальные напряжения в нижнем поясе 1688-1246 35%, пре увеличились на -ToTt li4o делы выносливости с изменением коэффициента асимметрии цикла с 0,04 до 0,31 увеличиваются в среднем на 57%. В данном случае уже несущая способность стрелы по условию усталости повьппается примерно на 57-35 22%. : .. . Таким образом, повьш1ение несущей способности поясов По меньшей мере на 15-22% приводит к снижению металлоемкости всей стрелы в целом на 0,67.(15-22%)10,1-14,8%, где 0,67 -. коэффициент, основанный на анализе металлоемкости решетчатых стрел типа ЭЩ 10/70Б.. Ве.с силового элемента (канатов, тарировочных пружин и т.д.) составляет 4-5% в среднем 4,5% от веса металлоконструкций, стрелы (секции) в целом. В итоге снижение металлоемкости стрелы в целом с учетом веса натяжения устройств (силового элемента) составляет в сумме 12,5%-4,. Исходя из известного соотношения (снижение веса металлоконструкции стрелы на 1% приводит к снижению на 0,4-0,5% веса всей машины) общее снижение металлоемкости на одной машине типа ЭШ 10/ /70Б составит А QM (8%.0,45),080,45 25,1 т где QM sec базовой модели, т.е. эк скаватора ЭШ 10/70Б. -434

-1616 -0,269 407 -1304 -0,0936 407

-122 Верхний пояс -564 -1760 0,3204 -521 Нижний -50 -1246 0,04 -521 пояс

Таблица 1

15660,26

15660,26 39,5-31

Таблица2 1688 0,31 1688 0,31 65,9%...50%

ka

«V

:5r &

«М

«vi

&

Фи9, 3