Расчет рабочего оборудования

Рабочее оборудование экскаватора включает стрелу, рукоять и ковш с гидроцилиндрами. Гидроцилиндр рукояти (рис. 1.5) шарнирно прикреплен к стреле в точке О. Шток гидроцилиндра присоединен к рукояти в точке С. Рукоять соединена со стрелой в точке Д. В конце рукояти, в точке А, приложена внешняя нагрузка Q. Вес рукояти G_p приложен к центру тяжести рукояти в точке В. Вес гидроцилиндра со штоком приложен в точке Е.

Рукоять можно рассматривать как балку длиной а, опирающуюся в точках Д и С. Вес гидроцилиндра со штоком в случае превращения его в одно звено распределится между точками О и С, тогда

;(1.32)

. (1.33)

От веса рукояти и от внешней силы Q в точках О и С возникнут реактивные силы

;(1.34)

. (1.35)

Зная действующие нагрузки и углы расположения отдельных элементов рабочего оборудования, можно определить силы, возникающие в этих элементах в продольном и поперечном направлениях.

При расчете штока гидроцилиндра рукояти (рис. 1.5) необходимо знать усилие, сжимающее шток. В данном случае

. (1.36)

При расчете элементов крепления гидроцилиндра рукояти к стреле в точке О нужно знать усилия, передаваемые от рукояти и веса гидроцилиндра. Общее усилие, действующее в точке О по направлению оси гидроцилиндра

. (1.37)

Определение необходимого движущего усилия привода (в рассматриваемом случае, отличающемся от изображенного на рис. 1.4, называют прямой задачей. В обратной задаче по известной движущей силе, например, по развиваемой гидроцилиндром силе, находят допустимое значение полезного сопротивления – внешней силы Q.

Копание без поворота ковша. Стрела максимально опущена вниз, копают без поворота ковша при движении рукояти снизу вверх, этот участок траектории является наиболее нагруженным. Расчетные положения рабочего оборудования для этого случая показаны на рис.1.6.

Рис.1.5. Кинематическая схема гидравлического механизма

рукояти экскаватора

Рис. 1.6. Схема к определению усилий, действующих

на рабочее оборудование одноковшового экскаватора

Из суммы моментов, действующих относительно точки В (шарнира рукоять – стрела), и по усилию в гидроцилиндре находят усилия на режущей кромке ковша. При этом считают, что отпор грунта

; (1.38)

, (1.39)

где – касательное усилие, действующее на кромке ковша при копании поворотом рукояти;

– радиус приложения усилия на кромке ковша при копании поворотом рукояти;

– усилие, действующее в гидроцилиндре рукояти;

– плечо приложения усилия в гидроцилиндре рукояти, м;

и – вес рукояти с гидроцилиндром ковша и ковша с грунтом;

и – плечи сил тяжести рукояти и ковша с грунтом, м.

По найденному усилию , действующему на зубья ковша (режущую кромку ковша), и сумме моментов относительно точки А (пяты стрелы), определяют реактивное усилие в гидроцилиндрах стрелы для всех ее расчетных положений по формуле

, (1.40)

где – плечи всех сил, действующих относительно точки А (рис. 1.7), м;

– усилие в гидроцилиндрах стрелы;

– вес стрелы с гидроцилиндрами стрелы и рукояти.

Результаты расчета активных и реактивных усилий для всех рассматриваемых положений сводятся в таблицу для того, чтобы можно было найти наиболее неблагоприятное расчетное положение.

Зная все усилия, действующие на рукоять , , , , , , , а также их направления для всех расчетных положений и точек приложения, определяют реакции в шарнирах А и В.

Рис. 1.7. Схема к определению усилий в тяге ковша

Копание поворотом ковша. На рабочее оборудование действуют наибольшие нагрузки в период копания гидроцилиндром ковша на максимальной глубине. Если наибольшее усилие на режущей кромке ковша не может быть достигнуто из-за ограниченной устойчивости экскаватора или ограничения реактивного усилия в гидроцилиндре рукояти, то за расчетное принимают положение, при котором рукоять повернута на угол, допускающий развитие максимального усилия на режущей кромке ковша, что соответствует расчетному положению рукояти (см. рис. 1.6) и ковша (см. рис. 1.7).

Максимальное реактивное усилие в цилиндре рукояти

, (1.41)

где – максимальное давление в цилиндре рукояти;

– площадь поршневой полости цилиндра рукояти.

В этом случае при копании поворотом ковша на его режущей кромке развивается усилие

, (1.42)

где – плечо силы , действующей относительно точки В, м.

Нормальная составляющая . (1.43)

Усилие на режущей кромке ковша

. (1.44)

Реактивное усилие в цилиндрах стрелы

. (1.45)

При этом усилие, действующее в тяге ковша (относительно шарнира крепления ковша и рукояти),

. (1.46)

Усилие в цилиндре ковша

, (1.47)

где – плечо силы относительно точки D;

– плечо силы тяжести ковша с грунтом относительно точки – плечо усилия в тяге Т относительно точки Д.

В рассматриваемой конструкции оборудования экскаватора стрела состоит из верхней и нижней частей, соединенных тягой.

Максимальное усилие в тяге стрелы (см. рис. 1.5) находят из суммы моментов относительно точки С от усилия в гидроцилиндре рукояти , реакции в точке крепления рукояти к верхней секции стрелы и веса верхней части стрелы.

Расчет одноковшового экскаватора включает также проверку устойчивости, определение потребной мощности привода, расчет гидроцилиндров рабочего оборудования, механизмов передвижения и поворота.