Способ повышения несущей способности решетчатой стрелы экскаватора-драглайна

 

СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ РЕШЕТЧАТОЙ СТРЕЛЫ ЭКСКАВАТОРА-ДРАГЛАЙНА по авт. св. № 1170059, отличающийс я тем, что, с целью снижения металлоемкости и повышения срока службы стрелы путем увеличения сопротивления усталостному разрушению. дополнительно создают предварительное напряжение сжатия посредством стягивающих канатов в верхнем поясе , определяя величину усилия сжатия из зависимости R 5-Обмане в.п. 1-Кл где R - значение коэффициента асимметрии цикла; максимальные напряжения макс сжатия в верхнем и нижнем поясах; минимальные напряжения мин сжатия в поясах; i площадь сечения верхнего 8.П. пояса, W при этом повышают на указанную величину Sa усилие предварительного сжатия нижнего пояса. ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А2 (19) (11) (51)4 Е 02 F 3/48

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Бо макс 6мнн

1-R вм.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (6 I) 1170059 (2i) 3850381/29-03 (22) 31.01.85 (46) 30. 11.86. Бюл. № - 44 (71) Производственное объединение

"Ново-Краматорский машиностроительный завод" (72) А.Г. Буренко, Н.А. Стецюк, В.С. Расторгуев и А.И. Марченко (53) 621.879.3(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1170059, кл. Е 02 F 3/48, 1984. (54) (57) СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ НЕСУЩЕЙ

СПОСОБНОСТИ РЕШЕТЧАТОЙ СТРЕЛЫ 3КСКАВАТОРА-ДРАГЛАЙНА по авт. св. № 1170059, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью снижения металлоемкости и повышения срока службы стрелы путем увеличения сопротивления усталостному разрушению, дополнительно создают предварительное напряжение сжатия посредством стягивающих канатов в верхнем поясе, определяя величину усилия сжатия из зависимости где R — значение коэффициента о асимметрии цикла; бм „, — максимальные напряжения сжатия в верхнем и нижнем поясах;

d„,„„ — минимальные напряжения сжатия в поясах;

F» площадь сечения верхнего пояса, пги этом повышают на указанную величину S усилие предварительного сжатия нижнего пояса.

12734

52 2 ную величину S имея в виду, что согласно основйому изобретению нижний сжатый пояс стрелы уже предварительно сжат канатами 5 с усилителем S.

Необходимое усилие S предварительного сжатия верхнего пояса и дополнительного дожатия нижнего пояса определяется следующим образом.

Как уже отмечалось, предварительное сжатие верхнего пояса усилием Я и дожатие таким же усилием нижнего пояса обусловлено необходимостью (желательностью) получения наиболее благоприятной асимметрии цикла по условию усталости сварных соединений при сжатии

T мин 1 )

К = — - ° LRЧ, (1) б макс где 6 M„> — минимальные напряжения цикла нагружения (в верхнем и нижнем поясах), полученные в результате предварительного сжатия верхнего пояса и дополнительного дожатия нижнего пояса усилием S ; б„ак — максимальные найряжения цикла нагружения, полученные в результате использования предложенного способа;

К j — наиболее желательное (задаваемое) значение коэффициента асимметрии цикла по критерию усталости.

Выражение (1) можно записать

Изобретение относится к землеройным машинам, а более конкретно к экскаваторам-драглайнам с решетчатыми стрелами, и является дополнительным к авт. св. ¹ 1I70059. 5

Цель изобретения — снижение металлоемкости и повышение срока службы стрелы путем увеличения сопротивления усталостному разрушению за счет создания более эффективной ас- !О симетрии цикла нагружения поясов стрелы переменным сжатием.

На фиг. 1 изображена стрела, вид сбоку; »а фиг. 2 — то же, вид в плане; на фиг. 3 — сечение Б-Б на 15 фиг. 1; на фиг. 4 — расчетная схема стрелы.

Стрела содержит две вертикальные фермы 1 (фиг. 1), связанные двумя решетками (раскосами) 2, расположен- 20 ными в плоскости верхнего 3 и нижнего 4 поясов вертикальных ферм 1.

Для создания дополнительного (предварительного) напряжения сжатия в нижнем поясе 4 используют стальные канаты 5, а в верхнем поясе — стальные канаты 6, закрепленные по концам обоих поясов у головного блока стрелы 7 и ее основания (опорных проушин) 8. Посередине пролета стрелы ЗО о стальные канаты 5 и 6 опираются на башмаки 9, а у основания стрелы стальные канаты 5 и 6 взаимосвязаны соответственно с обоими поясами 3 и

4 посредством натяжных, например, пружинных тарировочных устройств 10 (тарировочные устройства для натяжения канатов 5 и 6 могут быть конструктивно одинаковыми, например как устройство для натяжения канатов, описанное в основном изобретении).

Предложенный способ осуществляется в следующей последовательности.

О б 6 мнн мин

С макс ма кс где б „„„ — исходное значение минимальных напряжений циклов нагружения (в верхнем и нюкнем поясе);

d » — исходное значение максимальных напряжений циклов нагружения в верхнем и нижнем поясах (т.е. б м„н и б „,„ — минимальные и, максимальные напряжения цикла нагружения, полученные в результате использования основного изобретения);

Стальными канатами 6 в верхнем поясе стрелы 3 создают предварительФ 43 ные напряжения с;катия за счет того

Э что натяжными тарировочпыми устройствами 10 предварительно натягивают их на величину, которую определяют из зависимости

33 р кб OMaкс ллин в.п.

Затем посредством натяжных тарировочных устройств 10 дополнительно увеличивают усилие натяжных канатов 5 (т.е. усилие предварительного сжатия нижнего пояса) на установлен«

Ьб„„„= — — напряжение в поясах от предварительного сжатия

1273452

Ф

d6 ми d6 agc f0

F-F в.п.

F н.п. откуда

Ф ма кс„

6 бмакс мин

40 (3) S*=S -hS, =3 усилием верхнегn пояса н дополнительного пожатия с тем же усилием нижнего пояса, суммирующееся с исходным значением минималь — 5 ных напряжений циклов (в момент, когда разгруженный ковш находится на грунте с провисшими подъемными канатами); площадь сечения верхнего или нижнего поясов; усилие предварительного сжатия верхнего пояса и »5 дополнительного дожатия нижнего пояса; напряжение в поясах от

20 предварительного сжатия канатами 6 верхнего пояса и дополнительного дожатия нижнего пояса, суммирующееся с исходными максимальными напряжениями цикла (момент, когда гружен— ный ковш у головы стрелы); соответственно усилие сжатия канатами верхнего пояса и дополнительного дожатия нижнего пояса в момент, когда груженный ковш находится у головы стрелы.

Строго говоря S PS", поскольку в 35

2 2 момент, когда груженнйй ковш у головы стрелы, вследствие сжатия стрелы в целом усилия в стягивающих канатах несколько ослабевают, т.е. где а S=C 4 f — величина уменьшения усилия в натяжных канатах; 45

Ь 1 „— величина сокращения длины стрелы под действием максимальной нагрузки сжатия); 50

С вЂ” жесткость канатов (или системы, состоящей из каната и тарировочной пружины). 55

Однако ввиду того, что, с одной стороны величина а Я небольшая, а с друrnA стороны для упрощения выводимой расчетной формулы с обеспечением достаточно необходимой для инженерной практики точности, принимается S =S тогда

Следовательно, выражение (2) будет иметь вид мин ф

t макс ding

К6 мокс С мип

1 R6

Sà

Учитывая что dCi = - получаем

Э

F У необходимое усилие предварительного сжатия S верхнего и дополнительного дожатия нижнего пояса, обеспечивающее заданную наиболее благоприятную асимметрию цикла где F — площадь верхнего или нижнего пояса.

Пример конкретного выполнения предложенного способа повышения несущей способности стрелы новой модели экскаватора-драглайна ЗШ-10/70Б.

Использование основного изобретения создает более благоприятную асимметрию цикла, изменив коэффици.ент асимметрии цикла со значения

К =0,0936 (В6=10,7) до значения

К =0,266 (R =3,85) . При этом пределы выносливости сварных соединений увеличились на 31-39,5Х.

Необходимые для расчета исходные данные: армии =407 кг/см ; б м„„

407

=1566 кг/см; R 1566 = Оь26;

F=F> =F„„ =54,6 см ; S=14093 кг усилие предварительного сжатия ниж него пояса.

Пусть заданный коэффициент асимметрии цикла составляет примерно

К6=0,335 (К =2,99), т.е. близок к наиболее желательному по условию усталости при переменном сжатии

В. =0,35-0,4.

Для обеспечения заданного (желаемого) коэффициента асимметрии цикла необходимо усилие S предварительно9 го сжатия верхнего и дополнительного дожатия нижнего пояса ся по формуле (5)

R6 0иаас б мн

31-Кб

0,335 1566-407

1-0,335

1273452 6 определяет- Следонательно, максимальные напряжения цикла нагружения в обоих поясах составят б м „, =бмс,„с +б =-1566-132=

9=9700 кг. †16 кг/см .

Б =S+S =(14093 KI + 9700 Kr)=

2:

=23739 кг.

Добавочные напряжения сжатия в обоих поясах от усилия S составят

66 = — = = -178 кг/см

S -9700

F 54,6

Тогда минимальные напряжения цикла нагружения в обоих поясах равны

6 =6 +ьб =-407-178=

Мин MNH

= — 585 кг/см .

Величина уменьшения усилия сжатия от стягивающих канатов вследствие сжатия стрелы в целом под действием

30 максимальной нагрузки, когда груженный ковш находится у головы стрелы, определяется по формуле (4) 68=С, 6 6 =1,97 х 1262=2487 кг, где С„=1262 кг/см — жесткость каната;

n f 1, 97 см — величина сокращения длины стрелы под действием 40 максимальной нагруэки сжатия (см. пример конкретного выполнения основйого изобретения).

Значение S, соответствующее добавочному усилию сжатия в верхнем поясе и нижнем поясе при максимальной нагрузке, составит

50

S =S-6S=9700-2487=7213 кг, Ф

1 тогда добавочные напряжения сжатия в этом случае составят 55 к бо = -- = = 132 кг/см .

S -7213

Суммарное усилие сжатия нижнего пояса с учетом его дожатия усилием S

10 составит

В результате полученное значение коэффициента асимметрии цикла равно

1 б „„„-585 б ма с — 1698 0,35(2,86*) .

Повышение пределов выносливости сварных соединений в результате создания более благоприятной асимметрии цикла при переменном сжатии по известным данным показано в таблице.

В

Как видно из та блицы, в р е з ультате создания более благоприятной асимметрии цикла в нашем случае пределы выносливости сварных соединений при переменном сжатии увеличились примерно на 19Х.

С учетом того, что максимальные напряжения сжатия по сравнению с ис1698-1566

xo+HblMH увеличились х 100 .=8,4 ., а пределы выносливости выросли в среднем на 19Х, увеличение несущей способности поясов стрелы по условию усталости при переменном сжатии при использовании предложенного способа составляет 10,6Х. В результате металлоемкость сварной конструкции всей стрелы уменьшается на 0,67 10,6Х 7,1Х (где 0,67 — коэффициент, основанный на анализе металлоемкости решетчатых стрел экскаваторов типа ЭШ-10/70Б).

Вес силового элемента (канатов, тарировочных пружин и т.д.) для сжатия верхнего пояса (учитывая относительно небольшую величину усилия его сжатия), составляет 2Х от веса металлоконструкции стрелы (секции).

В итоге общее снижение металлоемкости стрелы в целом в результате использования предложенного способа по сравнению с металлоемкостью стрелы, полученной от использования основного изобретения, составляет 5

Исходя из известного соотношения (снижение веса металлоконструкции стрелы на 1Х приводит к снижению веса всей машины на 0,4-0,5X) общее

1273452 снижение металлоемкости на одной машине типа ЭШ-10/70Б составит не менее

G =700

° А = м 5Х Оэ4=675 Оь05 0>4= 13,5 т, f где G„=G„-À=

=700-25=675 т — вес экскаватора с облегченной стрелой вследствие использоЗначения пределов выносливости б, кг/мм, на базе N=2 10

Материал, сталь 10ХСНД

К = 2 2 К = 3,1 К = 3,5 К = 4 0

17,7 15,2

20,7

К,=0,26

32,4

38,2

19,3

20,9

20,4

R =0,35

Повышение предела выносливости, X вания основного изобретения; т — вес базовой модели

ЭШ-10/70Б с традиционной стрелой;

А — величина снижения металлоемкости машины от использования основного изобретения.

25 21,4 18,2

1273452

А-л

Çä

Составитель В. Прокофьев

Редактор М. Келемеш Техред И.Попович Корректор О. Луговая

Заказ 6394/23 Тираж 641 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по.делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4