Способ повышения несущей способности решетчатой стрелы экскаватора-драглайна

 

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;

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН ((9) ((1)

SU, (5Ц4 Е02Р 348

1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ры опорных проушин и головного блока);

6 — величина смещения линии, соединяющей центры опорных проушин и головного блока, относительно центра сечения стрелы посередине ее пролета;. высота сечения стрелы в середине пролета;

0 — угол между направлением линии, соединяющей центры опорных проушин и головного блока, и Я направлением каната, параллельного нижнему поясу, — расстояние между кана- том и нижним поясом, а центры опорных проушин и головного блока расположены на одной линии, при, этом линия, их соединяющая, смещена

I относительно геометрического центра поперечного сечения стрелы в средней части ее пролета на величину с, определяемую по формуле

a5(H со5с(, +2t)

2Ðåàõñ Рмик) ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET СССР

1 10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГП 1Й (21) 3739117/29-03 (22) 11.05.84 (46) 30.07.85. Бюл. II 28 (72) А.Г.Буренко, Н.А.Стецюк, А.И.Иарченко и В.С.Расторгуев (71) Производственное объединение

"Ново-Краматорский машиностроительный завод" (53) 621.874.3(088.8) (56) Виноградов В.С. Оборудование для механизации производственных про(1 tl цессов на карьерах. М., Недра, . 1974, с. 232, рис. 11-130.

Авторское свидетельство СССР

9 626161, кл. E 02 P .3/48, 1974. (54) (57) СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ НЕСУЩЕЙ

СПОСОБНОСТИ РЕШЕТЧАТОЙ GTPEJlbI 3KCKA

ВАТОРА-ДРАГЛАЙНА, включающий присое- динение к стреле стягивающих канатов, их натяжение усилием для создания в поясе предварительного напряжения сжатия, о т л и ч а ю щ и й— .с я тем, что, с целью снижения ме- . таллоемкости и повышения долговечнос; ти путем изменения асимметрии цикла нагружения поясов стрелы переменным сжатием, предварительное напряжение сжатия создают в нижнем поясе, при этом усилие 5 натяжения канатов определяется по формуле

2(М» „- Рмин e) .

8=

II cp5 0(+ 2 4

2 где М > t — изгибающий момент в середине пролета от собственного веса стре. лы и), „— минимальное усилие chaтия, действующее вдоль оси стрелы (вдоль линии, соединяющей центгде ма„, — максимальное усилие сжатия стрелы в момент,когда груженый ковш находится у головы стрелы, 5 - 56 Ñ вЂ” величина уменьшения усис лия в канате вследствие сжатия стрелы максимальной нагрузкой;

1170059 величина сокращения длины стрелы под действием максимальной нагрузки сжатия макс

Изобретение относится к экскаваторам, а именно к стрелам экскаваторовдраглайнов.

Цель изобретения — снижение металлоемкости и повышение долговечности 5 путем изменения асимметрии цикла нагружения поясов стрелы переменным сжатием.

На фиг.1 изображена стрела, вид сбоку; на фиг.2 — вид А на фиг. 1; 10 на фиг.3 — сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.4 — узел I на фиг.1; на фиг.5 расчетная схема стрелы.

Стрела содержит две вертикальные фермы 1 (фиг.1), связанные двумя ре- 15 шетками (раскосами) 2, расположенными в плоскости верхнего 3 и нижнего

4 поясов вертикальных ферм 1. Для создания дополнительного напряжения сжатия в нижнем поясе 4 используют 20 стальные канаты 5, закрепленные по концам нижнего пояса у головного блока 6 и основания стрелы (опорных проушин) 7. Посередине пролета стрелы стальные канаты 5 опираются на башма- 25 ки 8, а у основания 7 стрелы стальные канаты 5 взаимосвязаны с нижним поясом 4 посредством натяжных тарировочных устройств 9. Натяжное тарировочное устройство 9 содержит тариро- 30 вочную пружину 10, размещенную в корпусе 11, натяжную гайку 12, а также стопорный винт 13 и гайку 14, которые обеспечивают крепление стального каната 5 к нижнему поясу 4 при выклю35 ченной иэ 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 натягиваютна величину, которую определяют из зависимости жесткость каната или системы, состоящей из каната и тарировочной пружины.

2Фи. - Р„„„е)

5=

Н сова 2t

При этом линию, которая проходит через центры опорных проушин и головного блока, смещают относительно геометрического центра се.:ения стрелы посередине ее пролета в сторону нижнего пояса, а величину смещения выбирают иэ зависимости ь5 (H-cosMi2t) е=

2(Рмакс Р мин

Ъ

Ниже приведен вывод установленных аналитических зависимостей по определению расчетного усилия натяжения канатов 5 и величины смещения в вертикальной плоскости линии, соединяющей центры опорных проушин и головного блока, относительно геометрического центра сечения стрелы посередине ее пролета в сторону нижнего пояса (фиг.5).

Принято, что минимальные напряжения циклов нагружения несущих поясов соответствуют моменту, когда ковш разгружен и лежит на грунте с ослабленными подъемными канатами, а максимальные напряжения цикла — когда груженый ковш 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

hQ =2 „., где 6ц — напряжения в

1170059

При применении способа повышения несущей способности стрелы после стягивания (сжатия) нижнего пояса: канатом (или канатами) в разгруженном состоянии стрелы (ковш на грунте) 1 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 поясео„, =" е-оч+ е+ d кц 4 57 гдето «1„„„j F — напряжения сжатия от веса головной части стрелы, составляющая от веса головной части стрелы, действующая вдоль оси стрелы (т.е. минимальная нагрузка сжатия), общая площадь несущих поясов стрелы, напря кения, вызванныеые изгибом стрелы от действия собственного3 веса, изгибающий момент (в середине пролета), высота вертикальных ферм в середине проле-40 та, — площадь верхнего или нижнего поясов, — угол наклона верхнего и нижнего поясов к 4> 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 5 мала по сравнению с вйсотой фермы Н и длиной пролета

Г 1 н г

Н. Fcos® .з,—

Н поясах, вызванные изгибом стрелы в вертикальной плоскости от воздейст-. вия собственного веса.

Из этого условия определяют предварительно (с некоторым запасом) необходимое усилие натяжения в канатах, обеспечивающее равные напряжения в поясах 5 =2 d Г, где 1 — площадь сечения нижнего пояса., а также подбирают канат и тарировочную пружину. 10 принимаем углы наклона о верхних и нижних поясов к оси стрелы равными, напряжения, вызванные смещением линии, соединяющей центры опорной проушины и головного блока, относительно центра сечения стрелы посередине ее пролета в сторону нижнего пояса, — величина смещения (эксцентриситет), напряжение дополнительного сжатия нижнемин е

Н F. cos

FH го пояса, вызванное натяжением каната, — усилие натяжения каната, (канатов), à — площадь сечения нижнего пояса, км = — напряжения контризНсовк F гиба, вызванные конструктивным смещением 1 (фиг.1,5) каната от нижнего пояса, 4 — расстояние между канатом и нижним поясом (фиг.1, 5).

Исходя из условия равенства минимальных напряжений цикла в верхнем и нижнем поясах из системы уравнений (1) необходимое напряжение дополнительного сжатия в нижнем поясе от канатов составляет

3 откуда точное значение усилия натяжения каната (канатов), обеспечивающее одинаковые напряжения сжатия в верхнем и нижнем поясах, определяется

Ъ следующей зависимостью

Смещение 8 линии, соединяющей цен.тры опорной проушины и головного блока, относительно центра сечения стрелы посередине ее пролета 0 (фиг.5) в сторону нижнего пояса вызвано необходимостью выравнивания за счет внецентренного сжатия максимальных напряженич циклов нагружения .в момент, когда груженый ковш нахо дится перед разгрузкой у головы стрелы, поскольку в этот момент вследст1170059 вие сжатия. стрелы в целом усилия в стягивающих канатах ослабевают.

При максимальной нагрузке сжатия стрелы (груженый ковш у головы стрелы) усилия в стягивающих аманатах уменьшаются и составляют

5"= 5-а5 де й5 вв . с — величина. уменьшения усилий в натяжных кана- 10 тах, Й,* величина сокращения

15 с K длины стрелы под действием максимальной нагрузки . сжатия, Р„ „ - максимальное усилие макс сжатия стрелы (груженый ковш у головы стрелы), Р„„„- минимальное усилие сжатия стрелы, т.е. составляющая от веса головной части стрелы вдоль оси .стрелы (порожний ковш на грунте с ослабленными подъемными канатами), Р— длина пролета стрелы, — модуль упругости материала несущих поясов, — общая площадь несущих поясов стрелы, 0 — жесткость канатов (или системы, состоящей из

35 канатов и тарировочной пружины).

Из условия равенства максимальных напряжений циклов в верхнем и нижнем

40 поясе (в положении, когда груженый ковш у головы стрелы) усилие натяжения канатов определяется зависимостью, аналогичной зависимости (3), т.е., 2(М„„- Рма„, Е)

g c

Н со сС+ 2t

Из зависимостей (3) и (4), зная величину А б 5 - 5, определяют велик чину 6 необходимого смещения линии, соединяющей центры опорной проушины 50 и головного блока относительно цент- ра сечения стрелы посередине ее пролета в сторону нижнего пояса, обеспечиванлщее равенство максимальных напряжений циклов в верхнем и нижнем 55 яоясе: (Н.ссз вс i24)

1= 8 г (у..„, — р...1

Пример (применительно к верхней решетчатой секции стрелы экскаваторадраглайна ЭШ 10/70Б).

Необходимые для расчета исходные данные.

Длина пролета стрелы (секции)к:=

=3500 см.

Высота сечения стрелы в середине пролета H =250 см.

Вес металлоконструкции решетчатой

11300 секции Ц = ††-- = 5650 кг.

Изгибающий момент посередине пролета е

М = — — = 21 25 ° 10 кг см

N3f — Y

co53Q 30 — угол наклона оси

1 и стрелы к горизонтали) .

Площадь сечения поясов: верхних Fs =2 27,3=54,6 см (состоит из двух уголков 140 140 10), нижних F =2 27,3=54,6 см (так;ке из двух уголков 140 140 10), общая площадь сечения F< =4 27,3=, =109,2 см .

Напряжения в поясах, вызванные изгибом стрелы от собственного веса ,6„- 156 кг/см .

hhuзг

Hcose FH

Минимальная нагрузка сжатия (т. е. составляющая от веса головной части вдоль оси стрелы) P м„„=30400 кг.

Максимальная нагрузка сжатия Р„ „, =

=159 500 кг.

Угол между направлением несущих о о поясов и осью стрелы е =3 (cos 3

=0,9986), он же угол между осью стрелы и направлением каната, при условии параллельности каната нижнему поясу.

Минимальные напряжения цикла нагружения:

1 Р

18 МИН > в верхнем поясе С =- <, мин F

Е

=-278-156=434 кг/см2, Р „„ в нижнем поясе он мин +б мин F u=

=-2 78+ 156=-122 кг/см .

Максимальные напряжения цикла наг жени ру ,>в Рмакс

В ВЕРХНЕМ ПОЯСЕ 1>мак макс

=-1460-156=-1616 кг/см, Рмакс

B нижнем Horace с — — -....— о мокс C u

Е

;-- 1460+ 1 56=- 1 304 к г /i м .

1170059 на

30.Р 17035

Ск = = = 1262 кг/см,.

Р. 6к 1.7035 3400

Ек к 1к15 10 "3 73

=13,47 см.

Величина сокращения стрелы под действием максимальной нагрузки сжатия

Имакс Гмин) (.1 59500-30400) 3500

40 с Ес Fà 2,1 10 4 ° 27,3

=1,97 см.

Уменьшение усилия в натяжных канатах вследствие сжатия стрелы макси- 45 мальной нагрузкой

5 ь8 ° C 1, 97 ° 1262-2487 кг

Необходимое смещение, обеспечивающее равенство максимальных напряже- 50 ний циклов в верхнем и нижнем поясе, определяется по формуле (5):

<4 cosoc,t 2e)

=дб = 2487»

2(Рмакс амин}

„(250 Оь9986+2 ° 20) -2 (159500-30400) 2

Исходные характеристики цикла на- гружения переменным сжатием: в верхнем поясе бм„„=-434 кг/см2, б м„к =-1616 кг/см, R = —,е-6-=0,269, 1З4 в нижнем поясе б „„„ =-122 кг/см2, 122

=-1309 кг/см2 ° R„макс 1304

=0,0936.

Материал несущих поясов-сталь

10ХСНД.

Предварительное определение (с. некоторым запасом) усилия натяжения в канате, обеспечивающее равные напряжения сжатия в поясах 5„ =2 6„: F» = 15

=2 156 54,6=17035 кг.

Выбор каната двойной свивки с металлическим сердечником типа АК-ГО.

ГОСТ 7669-80- 28 мм.

Необходимые для расчета характе- 20 ристики каната: разрывное усилие - Ир, =49,7 тс, суммарная. площадь проволок Г к

=373,25 ммв=3,73 см вес.одного погонного метра 3,395 кг, 25 длийа каната 6 =3400 см (принята конструктивно), жесткость каната данной длины равгде с =20 см — принятое. конструктивно расстояние между нижним поясом и канатом (сИ.фиг.1) .

Фиксированное значение усилие натяжения каната, обеспечивающее одина ковые минимальные напряжения цикла в верхнем и нижнем поясе,. определяется по формуле (3):

"С05К > Qt

2 (21к25 10 -30400 2 79)

--250 0, -14093 кг. коэффициент запаса прочности каната фраер 49 7 тс и — — — + — — = 3 53. б 14,093

Определение характеристики цикла переменного.нагружения сжатием после использования предлагаемого способа повышения несущей способности.

Минимальные напряжения цикла в не. сущих.,поясах составляют в соответствии с зависимостью (1):

Фб

М44 В 4 С в верхнем поясе б „=-d - Д ig + кч 7 в нижнем поясе 6„"„„=-C 6„-6 -dê„Рмин 30400 где 6в — — — — ""-- — — — — -278 кг/см2

109,2 к .бц =+156 кг/см, мин 30400 2 79 т

H FÄ os 250 ° О, 9986 54,6

= 6 кг/см

/ 5 + -14093- 20

Н собес Г„250 0,9986 ° 54,6

=+21 кг/см, б 14093

= -- = — — -=-258 кг/см . н 54,6

Тогда G ми4 =-278-156+6+21= в

=-407 кг/см, б ниц =-278+156-6-21-258=

=-407 кг/см .

Максимальные напряжения цикла в несущих поясах составляют:

1в в верхнем поясе uìc,„Gp -б + в макс макс 4

+ Г.

" е(рма кс) + кч s в нижнем поясе d "м -(сармак а+d макс р макс

<(p макс1 1 в р макс 159500 где

109 2

Ф

=-1460 кг/см2, ба =+156 кг/см, . 1170059

10!

Таким образом, несущая способность40 стрелы по условию усталости увеличи вается на 15, а следовательно, мож Но увеличить полезную нагрузку (обь- ем ковша) и тем самым снизить уделю ную.металлоемкость стрелы и повысить 45 производительность машины.

Р «8 159500 2 79 (Рм «) Н р .сое, 250 54,6.0,9986

+33 кг/см

Э

5 (14093-2487$ 20

Н совж ° Рн 250 0,9986 54,6 417 кг/см2, 14093-2487 -212

54 н

Э в тогда асмо„с -1460-156+33+17

-1566 кг/см макс = 1460+156 33 17 212

=-1566 кг/см .

Полученные в результате использования способа характеристики цикла нагружения переменным сжатием: в верхнем поясе в .в °

0 мя„-407 .кг/ м, ми с

-1566 кг/см, Rg 0,26, в нижнем поясе к в сии = 407 кг/смв макс

=1566 кг/см, " =0,26.. 25

В табл. 1 приведены исходные и полученные характеристики циклов нагру-. жения и повышение пределов выносливости в процентах с изменением асимметрии цикла нагружения. 30

Как видно из;табл.1, хотя максимальные напряжения в нижнем поясе

1566-1304: увеличив тся на 1304 -20 . пре делы выносливости с изменением коэффициента асимметрии цикла lj c

0,0936 до 0,26 увеличиваются в среднем на 35Х.

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 3

=45 м применительно к рассматриваемому экскаватору.

Из табл.2 видно, что хотя максимальные напряжения в нижнем поясе

1 1688-1246 увеличились на -" — "— — =35, пре1246 делы выносливости с изменением коэффициента асимметрии цикла 2 с 0,04 до 0 31 увеличиваются в среднем на

57Х. В данном случае уже несущая способность стрелы по условию усталости повышается примерно на 57-35=

=22 .

Таким образом, повышение несущей способности поясов по меньшей мере на 15-22Х приводит к снижению металлоемкости всей стрелы в целом на

0,67 ° (15-22X)=10,1-14,8Х, где 0,67 — . коэффициент, основанный на анализе металлоемкости решетчатых стрел типа

ЭШ 10/70Б..

Beñ силового элемента (канатов, тарировочных пружин и т.д.) составляет 4-5 в среднем 4,5Х от веса металлоконструкций, стрелы (секции) в целом.

В итоге снижение металлоемкости стрелы в целом с учетом веса натяжения устройств (силового элемента) составляет в сумме 12,5Х-4,5X=8X. Исходя из известного соотношения (сннжение веса металлоконструкции стрелы на 1Х приводит к снижению на 0,4-0,5Х веса всей машины) общее снижение металлоемкости на одной машине типа ЭШ 10/

/70Б составит м (8X 0,45)=700 0,08 0,45=

=25,1 т где Ci+ - вес базовой модели, т.е. эк скаватора ЭШ 10/70Б.

1170059

Т а б л и ц а 1

Увеличение

Полученные характеристики цикла нагружения

Несущий элемент (сталь (10ХСНД) макс кг/см биик

KF/СМ2 мин кг/см макс кг/см

Зерхний .ояс

-1616 -О, 269 407

0,26

1566

-434

11ижний пояс

-1304 -0,0936 407

0,26 39,5-31

1566

-122

Таблица 2

Полученные характеристики цикла нагружения

Несущий элемент (сталь

10ХСНД) макс кг/см Мин кг/см мин

Kr/cM2 макс кг/см

Верхний пояс

-564 -1760 0,3204 -521

1688

0,31

Нижний пояс

-50 -1246 0,04 -521

0,31 65,9Х. 50Х

1688

Исходные характеристики цикла нагружения

Исходные характеристики цикла нагружения пределов выносливосTHу Х с иэ менением11g от 0,0936 до 0,2 (при

К =4,0) Увеличение пределов выносливости, Х (при

Кд =2,2-4) с иэменением

Й от 0,04 до

0,31

1170059

1170059

1170059

Фиг. 3

1170059 !

pub. Х

Составитель И.Синицкая

Редактор М.Циткина Техред Л.Микеш Корректор В.Синицкая

Заказ 4678/26 Тираж 649 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðoä, ул.Проектная, 4