Опорно-поворотный круг грузоподъемной машины Советский патент 1988 года по МПК E02F9/12 

Изобретение относится к грузоподъемным машинам, в частности к опорно- поворотным кругам кранов, экскаваторов и других машин, имеющих поворотную часть,

Цель изобретения - повьшение надежности опорно-поворотного круга, снижение металлоемкости и трудоемкости крепления.

На фиг. 1 показан опорно-поворотный круг; на фиг, 2 - сечение А-А на фиг. 1j на фиг. 3 - эпюра напряжений от внешней нагрузки на площади стыка подвижной обоймы с рамой при различных направлениях опрокидывающего момента; на фиг. 4 - разбивка площади развертки внешней боковой поверх ности объемной эпюры напряжений для случая с четным количеством крепежньк элементов; на фиг 5 - разбивка площа ди развертки внешней боковой поверх- .ности объемной эпюры напряжений случая с нечетным количеством крепежных элементов.

Опорно-поворотный круг содержит две кольцевые обоймы: подвижную обойму 1, закрепленную крепежными элементам 2 на поворотной раме 3, и неподвижнуто обойму 4, закрепленную крепежнь&и элементами 5 на ходовой раме 6. Обоймы 1 и 4 образуют кольцевую полость, в которой размещены тела 7 качения.

Подвижная обойма 1 испытьгоает местное нагр ужение, передаваемое крепежными элементами 2, обусловленное внешней нагрузкой на опорно-поворотный 1фуг, опрокидьшающим моментом М и осевой силой Q, Если опрокидывающий момент положителен (например, при действии максимального груза на стрв-- ле), то внешняя нагрузка оказывает отрывающее действие на те крепежные элементы 2, которые расположены по одну сторону от поперечной оси 8 по-- воротной рамы, а если опрокидывающие момент отрицателен (например, прИ отсутствии груза на стреле), то внешняя нагрузка оказьшает отрывагощее действие на крепежные элементы 2, расположенные с противоположной с тороны подвижной обойьгы 1 относительно поперечной оси 8.

Крепежные элементы 2 на пслшвика 9 подвижной обоймы 1 установлены в соответствии с эпюрой 10 внешней на- грузки на подвижную обойму 1 с переменным шагом, постоянно увеличивак-0

5

0

5

0

5

0

3

0

щимся от продольной оси 11 поворотной рамы 3 к поперечной оси 8 таким образом, что величины шагов представляют собой строго возрастающую числовую последовательность. Крепежные элементы 2 на половине 12 подвижной обоймы 1 также установлены с постоянно увеличивающися шагом, однако величины этих шагов отличны от величин шагов на половине 9, так как установка крепежных элементов на половине 12 выполнена в соответствии с эпюрой 13 внешней нагрузки.

Неподвижная обойма 4 и крепежные элементы 5 испытывают циркуляционное нагружение, так как воспринимаемая подвижной обоймой нагрузка перемещается относительно неподвижной обоЙ- мы 1. Поэтому крепежные элементы 5 установлены равномерно по окружности на неподвижной обойме 4,

Для определения шага расстановки элементов крепления на подвижной обойме из условия/ их равнонагружен- ности рассматривается объемная эпюра напряжений от внешних нагрузок (опрокидываклцего момента М и осевого усилия Q) по площади стыка, , уплотняемого элементами крепления (фиг.З).

Объемная эпюра имеет основание 14 на площади стыка, внешнюю- и внут- . реннюю боковые поверхности 15 и 16 (цилиндрические поверхности диаметрами D 2R и d 2г соответственно) верхнюю плоскость 17, секущую цилиндрические поверхности 15 и 16 под углом d к плоскости опорно-поворотного круга.

Численное значение объема эпюры 10 соответствует усилию, раскрывающему стыКр уплотняемый крепежными эле- ментами 2, Задача равномерного распределения усилия между отдельными крепежными элементами сводится к разбивке объема эпюры на части равной величины. Численные значения объемов каждой из частей должны соответство- ват-ь усилию на отдельньй крепежный элемент, уплотняющий соовтетствующую площадку стыка.

Часть эпюры 10, расположенная выше плоскости опорно-поворотного круга, т.е, эпнзра отрьшающих нагрузок, делится на части равной величины плоскостями., пpoxoдящи йi через центр опорнс-поворотного круга перпендикулярно его плоскости. Полученные тела

(например, тело АВСЭА,В,С,П, на фиг. 3) считаются призмами с высотами, равиыми разнице наибольшего и наименьшего радиусов окружностей, огра- ничивающих площади стыка R-r (величина АВ на фиг. 3), и основаниями, расположенными на внешней боковой поверхности эпюры (криволинейная трапе- дая , (фиг. 3). Так как высоты всех призм равны между собой, разбивка объема эпюры на призмы равных объемов сводится к разбивке внешней боковой поверхности 15 на криволиней- ные трапеции, имеющие равные площади,

Развертка внешней боковой поверхности 15 эпюры на плоскость изображена на фиг. 4 и 5.

Количество площадок, на которое разбивается боковая поверхность эпю- ры, соответствует количеству крепежных элементов Z, которое получается при округлении до большего целого числа-z :

f(y), ограничивающей боковую поверхность эпюры сверху. Для этого выражается текущее значение ординаты ВВ, через центральный угол q опорно-поворотного круга, определяющий положение текущей ординаты:

f(y)

вв.

LBtgci,

ех, - угол наклона верхней плоскости 17 к плоскости опорно-поворотного круга,

, CCt+OE tgcd -|-

CCj - величина максимального напряжения, действующего в направлении раскрытия.стыка, определяется как разность нормальных напряжений от действия опрокидывающего момента и осевой силы

Изобретение относится к грузоподъемным машинам, в частности к опорно-поворотным кругам крановJ экскаваторов и других машин. Цель - повышение надежности опорно-поворотного круга, снижение металлоемкости и трудоемкости крепления. Для этого шаг крепежных элементов подвижной обой мы от продольной оси поворотной pai-M к поперечной выполнен увеличивающимся и определен по формуле. Постоянный шаг крепления неподвижной обоймы связан с минимальным шагом крепления подвижной обоймы определенной зависимостью. Для равнопрочности элементов крепления подвижной обоймы к поворотной раме с элементами крепления неподвижной обоймы к ходо- вой раме необходимо обеспечить равенство объемов частей эпюр напряжений, приходящихся на один крепежный элемент неподвижной обоймы, имеющий наименьшую площадку стыка. 5 ил. § (Л

z - -5 S

,г

где S - площадь криволинейной трапеции, на которые разбита бо- ковая поверхностью эпюры, определяется из величины объема призмы,

численное значение которого соответвует максимально допустимому усилию

Р на крепежный элемент:

S

R - г

-7 S(R-r) С учетом этого Z -;

- площадь боковой поверхности

15 эпюры 10 вычисляется с помощью определенного интеграла от функдаи f(y), ограничивающей эту площадь сверху:

S Z j f(tf)dl,

о

центральный угол опорно-поворотного круга, ограничивающий половину отрывающей части эпюры (фиг. 3)j dl - элементарное приращение длины дуги окружности радиуса R. Используя схему, изображенную на . 3, определяют уравнение кривой

СС,

М

w

етк

момент сопротивления площади стыка) площадь стыка; величина осевого смещения верхней плоскости 17, обусловленная наличием осевого усилия,

35

ОБ

-Q-.

F .

tgo.

м 9. Q.

.wEcjiБза.

М

LB KB-KL;

45

KL OF;

OF

OE

tgoc: Q.

tguL

KB E cosq ;

LB Rcosif-

CTH

Отсюда:

tgei

f(y)BB,(RcosCp- ) tgoi.

F«Ktgoi

tg(.-R cos cf

- QM

- Щ-.R CORtf- CTK

QMQ

- F..: -i5-°B f- -.

CTK

CTK

j Таким образом, уравнение кривой, ограничивающей боковую поверхность эпюры сверху, имеет вид

If(y) - -rj-coscf- -2- }

Iwff.

ja площадь S боковой поверхности 15 |эпюры 10 равна

I

I s 2 J (-l-cosc - -)dl.

i0

i

{где dl - ,

где dcp - элементарное приращение

центрального угла опорно- поворотного круга. Тогда

tfK

$«2R j (-|-cos(.f - -2-)dtf14252826

схема, изображенная на фиг. 4, если Z четное число, и схема, изображенная на фиг. 5, если Z нечетное число. 5Для определения угловой координаты rpaHHiJtbi площадки, уплотняемой п-м крепежным элементом, записьшаются выражения для определения площадей криволейных трапеций: 10tf.

S. R ( (--coeCf- )dCf- J wt

. R(.y.3inc --Q-cf)r

Jj CTK

CTK

«R(-g-einc,Так как

CT(i

0

.)20

25

---, если Z четное о

IS

r--, если Z нечетное

TO R(-g-sinq,- ,)

(

M

i 2R(-™sinq -

-

M

Q,

2R(-g-sinCF, - ). Чти

Вычисляется Cf,(фиг. 3):

OF . cosq) -g-;

-QWR. .

tg, FcTK M

CTR

p

-Q-y-K QW

F M

arccos

gw

F -M

етк

С учетом выражения для ( получается:

IS R(---sinarccos- --- - WР„ M

-9.

.

-arccos-- ---).

ei-K CTK

По количеству площадок Z,Ha которое разбивается боковая поверхность эпюры, выбирается схема разбивки:

CTK

R(-g-einc,Так как

CT(i

0

.)---, если Z четное о

IS

r--, если Z нечетное

TO R(-g-sinq,- ,)

(

--- если Z четноеJ /J

1 S

г--,если Z нечетное,

(1)

ifi

S,R

5

( J W

COSCf

. Q-.

-Q.

R(L.3inCf. . Ц,)

CTV.

fl

Ч.

)dcf

40

R(- -8inCf, - ,) - R(-|-8in(,..9.,f).

CTK

Так как

50 R(-|-8intp, - -S-Cfp - R(- -sinq. Q

FCTK 55 с учетом (1)

R(-|-sincf - ) -

, если Z четное Z

1 S

я-, если Z нечетное

R(-Q-8intf - )

2---, если Z четное;

3 S

- , если Z нечетное,

S,Rj(y.cosCf zR(-sin4

Q

R(-|-8inCf,- ) - R(- -sinCf, CTK

- -Q-u)).

F z

Так как

8з -Г

о

R(-|-8intf,- ,)

- R(- -sin4,,- ,) -

учетом (2)

R(- -sincf, - ) стк

о S„1

2--, если Z четное;

U 3 SI

--- --,если Z He4eTHoeJ 2, Z

S .

Т

м

R(- -8intf, -

|.3---, если Z четное;

Lt

5 Т

если Z нечетное.

Z Таким образом, имеем:

R(-g-sincf. - -tf,)

r-Tfc

---, если Z четное; LI

1

2

, если Z нечетное.

10

R(---sincp, - ,)

(2)

3---, если Z четное;

15

5 Т

-, если Z нечетное,

М

стк

R(-;j -sincf, - -c)

20

n---, если Z четное;

.

2n-1 S 2 Z

если Z нечетное.

где n - порядковый номер крепежного элемента от продольной оси поворотной платформы к поперечной,

или

W

sine, - N-pстк

О,

где N

П(, если Z четное;

2п-1„

-т-, если Z нечетное.

Таким образом, получено трансцендентное уравнение, которое не приводится к алгебраическому.Так как такие уравнения не имеют решений в общем

виде, q)., может быть получено одним из приближенных методов, например методом итераций. Решение для случая нагружения опорно-поворотного круга грузоподъемной машины опрокидывающим

моментом и осевой силой показывает, что значения Cf представляют собой строго возрастающую числовую последовательность.

Шаг установки-крепежных элементов

на подвижной обойме определяют по формуле

A-r,(tfb -tfn-, )

55 Для обеспечения равнопрочности элементов крепления подвижной обоймы к поворотной раме с элементами крепления неподвижной обоймы к ходовой

9142328210

раме необходимо обеспечить равенство Опредапим площадь боковой поверх- объсмов частей эпюр напряжений, при- ностн 15 эпюры 10: хЬдящихся на один крепежный элемент

неподвижной обоймы,имеющей наимень- М . О /

i5 S -;R(---8in J.. - )6556 кг/см. шУю площадку стыка.W F,,.

шУю площадку стыка.

|Ы напряжений приг 1/4 ГТ S ef Г-ТЙ iTIOMOtinP

Определим количество крепежных

I

Объем части эпюры напряжений при- х1одя1цийся на первый крепежный элемент

подвижной обоймы

0 элементов Z, округлив до большего целого Z : У„ t, (R-r)(-2- - ).

Объем части эпюры напряжений, при5(одящийся на один крепежный элемент 15 ., о

„ „2 0 шт.

цодвижной обоймы

Так как Z - четное числоjто в /

V., t(R..-r,.)( -- -)уравлении

W F

WH стк20

К-|-81п(„- (|,- N-|- - О

Исходя из условия У„ V, опреде™ i., им постоянный шаг t установки кре ежных элементов на неподвижной обой-N - п,

йе:25

1поэтому уравнение примет вид:

t,(R-r)(- - S „

t -I&- - R-fsinc, - с. - п-|- о.

/г, / мON СТК

(н- иХ-й; - F,

30 Определим коэффициент этого урав1 Пример. Определим величиньгнения:

inaroB установки крепежных элементов

на половине 9 подвижной обоймы 4537 кг/смопорно-поворотного круга (ОПК) крана

il3K-251 для случая максимального на- 35Q

Гружения по предлагаемой методике, кг/см{

Исходные данные для расчета: опрокидывающий момент М 124371 5 кг/см, осевая нагрузка Q 48105 кг; наи- больший и наименьший диаметры площади стыка соответственно D 2R Уравнение примет вид: и 208,8 см; d 2г 190 см, предельно допустимая осевая нагруэка на болт 4537з1пЦ)„-853-(f -п 819,5 0.

ИЗО Р « 8100 кг.

45 Придавая п значения от 1 до 4 и

Определим площадь стыка ° решая уравнение методом итерации, по- мент сопротивления площади стыка W: лучим угловые координаты границ площаДок уплотняемых данными болтами F (R2-r2) 5888 см ; , 1254 , Ц 2б 42 ; f, 43°б ;

450 7912.

W 0,1D (1 -гз-) 286172 см . Болты с 5-го по 8-й расположены

симметрично болтам с 1-го по 4-й соОпределям центральный угол ОПК, ответственно относительно продольной ограничивающий половину отрывающей оси,

части эпюры Аналогично определим величины шагов установки крепежных элементов на

ОУ овторой половине 12 подвижной обоймы

Ср arccos- ;-- - /У,1 случая отсутствия рабочей нагрузки (опрокидьтающий момент от противовеса) .

При этом в исходных данных изменяются величины опрокидывающего момента М 36588 кг/м и осевой нагрузки Q 23105 кг. В реэ/льтате расчета получим: шт. tf, ср 7206 .

По угловым координатам границ площадок, уплотняемых данными б злтами, определим шаги (дуговые) установки болтов: А 1, т.к. Z - четное, Гц.

97,5 см, t 97,5(ср„-е „.,). С помощью этой формулы получим: 21,9 см; t 23,5 см; t,

27,9 CM} t4 61,4 см.

На второй половине обоймы t, 134,8 см.

Определим расстояние (дуговые) от продольной оси до первогр болта и

между болтами:

t 11 см от продольной ос см /

до первого болта .

-| - 1-м и 2-м болтами;

,. 25,7

см меяаду

-г- 2 2 2-м и 3-м болтами

t. + с 44,7 СМ между

3-м и 4-м болтами.

На второй половине обоймы t,,

в --i 67,4 см от продольной оси

до болта.

Определим дуговой шаг расстановки болтов на неподвижной обойме опор- дд но-поворотного круга:

..

гт -г Г---Q-

н .

СТКЧ

Исходные данные: наибольший и наименьший радиусы площади стыка соответственно Кц 112 см, г„ 105,5 см площадь стыка F, ;4441 см,момент сопротивления площади стыка W, 239068 см , диаметр осей болтов

D

и,и

218,4 см; t 27,1 см.

Определим количество болтов на неподвижной обойме, округлив до большего целого ZjJ :.

ZM

±2ilL.

t

25,3;

U25282

о12Zj 26 шт.

Q

s

0

5

5

д

5

5

0

0

Таким образом, на половине 9 под- В11жной обоймы 1 8 болтов, на половине 12 подвижной обоймы 1-2 болта, -на неподвижной обойме 26 болтов. Всего крепление ОПК составляют 36 болтов.

Формула изобретения

Опорно-поворотный круг грузоподъемной машины, содержащий подвижную обойму, связанную с рамой крепежными элементами, расположенными по окружности с шагом разной величины, и неподвижную обойму, взаимодействующую через тела качения с подвижной обоймой и связанн то с ходовой рамой крепежными элементами, расположенными по окружности с постоянным шагом, отличающийся тем, что, с целью снижения металлоемкости и трудоемкости крепления, а также повышения надежности опорно-поворотного круга, i шаг крепежных элементов подвижной обоймы от продольной оси поворотной рамы к поперечной вьтолнен увеличивающимся и определен по формуле

tn A.r,.(., ),

где г - радиус окружности, на которой расположены центры крепежных элементов} - угловая координата гранищл площадки, уплотняемой п-м крепежным элементом, определяется из зависимости

R(-|-sinc - tf,- N-|- 0;

стк

R - радиус внешней окружности, ограничивающей площадь стыка на подвижной обойме , ,

М - опрокидьшающий момент, действующий на опорно-поворотный круг;

W - момент сопротивления площади стыка, уплотняемого крепежными элементами подвижной обоймы;

Q - осевая нагрузка на опорно- noBopoTHbrii круг;

S - площадь внешней боковой поверхности объемной эпюры напряжений от внешних нагрузок на площадь стыка определяется по формуле

м

13

QW о-а-.-

(- -sinarccos f CTK

1A2528214

количества крепежных элементов

0.

FCTK Z

arccoБ-- ---);

- число крепежных элементов, округленное до большего целого:

„ S(2R-d) - -р .

fke d

N

-внутренний диаметр окружности, ограничивающей площадь 5 стыка на подвижной обойме{

-предельно допустимая осевая нагрузка на крепежный элемент

-величина, зависящая от по рядкового номера п крепежного элемента при нумерации от продольной оси поворотной рамы к поперечной

t

t,(R-t)(-g-- )

TcTJi

М

- г 25

N

П|, если Z четное число

2п-1 ,

-г-, если Z нечетное число,

- коэффициент, зависящий от номера крепежного элемента и

20 Д н соответственно наибольший и наименьший радиусы окружностей, ограничивающих площадь стыка, уплотняемого крепежными элементами на неподвижной обойме j

-момент сопротивления площади стыка неподвижной обоймы;

-площадь стыка неподвижной обоймы.

30

W

стк Н

лТ

ФцгЛ

А

2, если Z нечетное и п 1; 1 во всех остальных случаях.

а постоянный шаг t крепления непод- 10 важной обоймы связан с минимальным шагом t,, крепления подвижной обоймы следующей зависимостью}

t,(R-t)(-g-- )

TcTJi

М

- г W

стк Н

.

п

-/f

15

1

О 1 /г

ФизМ

«2

%

S

«6

VV