МИНИСТЕРСТВО СТРОИТЕЛЬНОГО, ДОРОЖНОГО И КОММУНАЛЬНОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ СССР
РУКОВОДЯЩИЙ НОРМАТИВНЫЙ ДОКУМЕНТ
ЭКСКАВАТОРЫ ОДНОКОВШОВЫЕ. ПОВОРОТНЫЕ ПЛАТФОРМЫ И ХОДОВЫЕ РАМЫ. РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ
РД 22-157-86
МОСКВА
УТВЕРЖДЕН: Зам. генерального директора НПО «ВНИИстройдормаш» П. В. Панкрашкиным 22 октября 1986 г.
ИСПОЛНИТЕЛИ: А. Р. Айзенштат, инж.; О. И. Грицевец, инж; В. Б. Елизарова, инж.; А. М. Крылов, к.т.н.; М. М. Гайцгори, к.т.н.; В. Л. Лифшиц, к.т.н.; Ю. М. Гольдин, к.т.н.; Г. А. Кондрахин, к.т.н.; Н. Н. Лукшо, инж.
(НПО «ВНИИстройдормаш»)
Суммарные векторы усилий м и Тп в проушинах крепления пяты стрелы, возникающие от усилия на зубе ковша, выразятся:
левая проушина
т,хр*«:--кр+р.х), (2.з)
правая проушина , . » \
T-J-F+SS-HF-R-g)
2.4*6* В расчете учитывается действие боковой силы возникающей на режущей кромке ковша от включения механизма поворота при стопорении.
р =Лп-
^ и
tn.c.+ & ,
- расстояние от оси вращения до пяты стрелы;
- расстояние от пяты стрелы до зубьев ковша по горизонтальной оси у , расположенной в плоскости рабочего оборудования (черт. 2.2).
Расстояния d и t> от пяты стрелы до зубьев ковша по горизонтальной оси У и вертикальной оси Z соответственно меняются в зависимости от положения ковша в забое (черт. 2,2).
Боковая сила Р<У создает в проушинах крепления пяты стрелы реактивную силу и момент Мб" равный
М* = РггС(
где: с - расстояние от пяты стрелы до зубьев ковша в
плоскости рабочего оборудования.
Момент Г16 раскладывается на два составляющих момента Пг и Мь , действующих в горизонтальной и вертикальной
плоскости соответственно.
Мг=Р*а
Расчетные нагрузки в левой и правой проушинах крепления пяты стрелы от действия боковой силы Ptf на рабочем органе выражаются следующим образом (черт. 2.3).
От момента Пг , действующего в горизонтальной плоскости, в проушинах крепления пяты стрелы возникает пара сил
Dr_ Mr _ Р?а-Кп — а р
Сп
От момента Mg , действующего в вертикальной плоскости, в проушинах крепления пяты стрелы возникает пара сил
fib
При боковых зазорах в пятах стрелы боковая сила Рs может восприниматься одной проушиной (правой или левой). Следует прикладывать боковую силу к наиболее нагруженной проушине (черт. 2.3).
рл р*
2.4.7. Все расчетные нагрузки, действующие в проушинах крепления пяты и цилиндров стрелы на поворотной платформе, приводятся к вертикальным и горизонтальным равнодействующим для каждой проушины.
2.5. Расчетные нагрузки, действующие на поворотную платформу канатных экскаваторов.
2.5.1. При расчете прочности платформ и ходовых рам канатных экскаваторов нагрузки выбираются для момента отрыва препятствия ковшом прямой лопаты усилиями подъема и возврата, когда возникают максимальное усилие в стрелоподъемном полиспасте и максимальное усилие сжатия стрелы.
2.5.2. Расчетные нагрузки, возникающие от взаимодействия ковша с грунтом, определяются для положения рабочего оборудования согласно черт. 2.4. Стрела находится под минимальным углом
d рукоять перпендикулярна стреле на полном вылете.
2.5.3. Реакции V и U в пяте стрелы, которые передаются на поворотную платформу, определяются из суммы моментов, действующих на стрелу нагрузок, относительно оси блоков головы стрелы и их проекций на продольную ось стрелы.
На стрелу действуют следующие нагрузки: расчетные усилия на блоке ковша Sn и напора или возврата in ; веса стрелы &с , блоков головы стрелы Gsa и напорного механизма расположенного на стреле (черт. 2.4, 2.6).
При определении реакций U и V необходимо учитывать схему запасовки канатов подъема ковша (черт. 2.5).
Для независимой схемы с канатным или цепным напором и для комбинированной схемы напора с напорным барабаном, расположенным на валу напора,
V«7-[SH(f«-*.)-fc(/ecosrf-i,)_ (2Л0)
ь-с
— &нм (tcCO$c(~~ + + *
Ц= $„C0$<P+$nKiC0$){ + Snc С0$р + + (£д| + + &H3COS6 ’
(с - длина стрелы;
~ усилие в цепи привода напора или в напорных канатах;
£>ик - усилие в подъемном канате.
Р1>гг-/57-26 л»/>. /4.
Черт.2,5, Схема запасовки канатов подъема ковша экскаватора: а-независимая полиспастная; б-независимая бесполиспастная; в-зависимая; 1-барабан подъема ковша; 2-блоки головы стрелы; 3-блок ковша; 4-напорный барабан.
где: in - кратность полиспаста механизма подъёма ковша;
£п - к.п.д. полиспаста механизма подъёма.
Для комбинированной схемы напора с напорным барабаном, расположенным в пяте стрелы, в формуле (2.10) принимается (Sn~SnKl = 0, а в формуле (2.II) вместо Sn*i CDS у
подставляется 5>Пк (со$ У + C0S<f>)
Для индивидуального привода напора при напорном механизме, расположенном на стреле, в формуле (2.10) и (2.II) значения
$тгь = $ из cost, = О
- радиус головных блоков стрелы, плечи сил, действующих на стрелу.
Для большинства конструкций без больших погрешностей можно
£пс - усилив в подвеске стрелы находится из суммы моментов относительно пяты стрелы.
Для независимой схемы с канатным или цепным напором и для независимой схемы напора с напорным барабаном, расположенным на валу напора
Snc = (^лг,г + — $лк I %3 + Сс 1 $ +
+ Сни ” S« ^6 + $нЗ ^ 7)
ЧеРТ. 2.6
Для комбинированной схемы напора с напорным барабаном, расположенным в пяте стрелы
$пс — j |^а * 1сСО$а — (73 +■ ZgH) +-
+ Сс^5 + 6-нм 7// — S* + $из Z7J ^
где Z5H - радиус зависимой части напорного барабана.
Для индивидуального привода напора при расположении напорного механизма на стреле усилие Snc определяется по формуле (2.13) при Sh3 27 = 0.
р* Р<г (и
сл
РГ — £"6
'5 - р
2.5.4. При задании внешних нагрузок учитывается боковая сила Рр , которая находится по формуле (2.4). Составляющие реакции от боковой силы Р* определяются зависимостями: (черт. 2.6)
9
(2.15)
где t»g - расстояние от пяты стрелы до напорного вала (нопорной оси).
Ввиду наличия значительных боковых зазоров в опорах пяты стрелы боковая сила Ру действует только на одну более нагружьнную проушину.
2.5.5. Реакции в опорах штанг двуногой стойки на поворотной платформе определяются следующим образом
(2.16)
где $к - усилие в ветвях полиспаста; ft - количество ветвей.
Находятся проекщи усилий в ветвях полиспаста на оси У и У = SItlCCi f
Skx = ISk£ COSrti
РУК0ЮДЯ1ЩЙ НОРМАТИВНЫЙ ДОКУМЕНТ
Экскаваторы одноковшовые Поворотные платформы и ходовыв рамы.
Расчет на прочность.
Срок введения
Настоящий руководящий документ (РД) устанавливает порядок расчета на прочность металлоконструкций поворотных платформ и ходовых рам гидравлических и канатных одноковшовых экскаваторов с применением стандартных программ, реализующих метод конечных элементов (МКЭ) на ЭВМ. При разработке РД использованы материалы исследований, проведенных во ВНИИстройдормаше.
I. ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К РАСЧЕТУ
1.1. РД устанавливает методику расчета и порядок подготовки исходных данных для расчета на прочность металлоконструкций поворотных платформ и ходовых рам одноковшовых экскаваторов.
1.2. РД распространяется на металлоконструкции поворотных платформ и ходовых рам универсальных гидравлических и канатных экскаваторов на гусеничном и колесном ходу.
1.3. Расчетные схемы представляют собой пространственные идеализированные конструкции, включающие все конструктивные элементы, работающие совместно: поворотные платформы, нижние, ходовые и гусеничные рамы, опорно-поворотное устройство.
1.4. Нагрузки определяются с учетом коэффициентов перегрузки и задаются в узлах расчетной схемы.
1.5. Для обеспечения прочности должны выполняться условия:
б'пр 6 1,15 ЙуГП йуГП
т< fism
где 6~Лр - приведенное расчетное напряжение в элементе;
Ry - расчетное сопротивление стали растяжению, сжатию, изгибу по пределу текучести;
6" - нормальное напряжение;
Z - касательное напряжение
R3 - расчетное сопротивление стали сдвигу;
/Т) - коэффициент условий работы.
Для конечных элементов пластинчатого типа
6*пр= Убх-б^бу+бд+ЭГ** 1,15 Rym (1.2)
Rym , Rsfli, где ех и 6у - нормальные напряжения по двум взаимно
перпендикулярным осям X и у локальной системы координат (черт. I.I)
Напряжения, входящие в формулу (1.2) определяются по зависимостям:
6>=бх + бЦ'.бдшбу+бЦ; ?=т^+г^ , (1-з)
где |
6х, б(/ > |
- изгибные напряжения по толщине |
|
£> Н /> II Ч °х , Оу , L ху |
пластинки; |
|
- мембранные напряжения. |
|
Изгибные напряжения по толщине пластинки определяются из соотношений: |
где Мх,Му, Пху “ внутренние моменты, действующие на
единицу длины X и ;
t - толщина пластинки;
РД 22-157-86 стр.З
_ п м
Нормальные мембранные напряжения и действуют вдоль осей Хну соответственно местной системы координат пластинки, напряжение сдвига Тх*д соответствует деформации, при которой диагональ 1-4 удлиняется, а диагональ 2-3 укорачивается, либо наоборот (черт.1.1).
Напряжения 6% и 6^ следует определять в одной точке конечного элемента и брать каждое со своим знаком.
для конечных элементов стержневого типа
6-пр = )1б'* + эг* « U5Rym ,т сч
' (1.5)
T<Rsm, 6aRym
Нормальные напряжения б' и касательные напряжения V определяются в соответствии с рекомендациями РД 22-158-86 ’’Экскаваторы одноковшовые гидравлические. Рабочее оборудование. Расчет на статическую прочность металлоконструкций" (пункты
6.2, 6.3, 6.6).
Геометрические характеристики поперечных сечений вычисляются в соответствии с пунктами 6.4, 6.5 РД 22 158-86.
Расчетные сопротивления принимаются по приложению I в соответствии со. СНиП II-23-8I "Стальные конструкции". Для сталей, не представленных в Приложении I, расчетное сопротивление принимается равным меньшему из двух значений: 0,8 от предела текучести или 0,5 от предела прочности.
Коэффициенты перегрузки принимаются по таблице I.I.
Таблица I.I.
Нагрузка |
Коэффициент перегрузки К |
I. Собственный вес металлоконструкций |
1,1 |
2. Усилия в гидроцилиндрах стрелы |
1,1 |
3. Момент механизма привода поворота |
1,1 |
4. Усилия в пяте стрелы для гидравлических экскаваторов |
1,1 |
5. Усилия в шарнирах крепления двуногой стойки |
1,2 |
6. Усилия в опорах валов лебедок |
1,2 |
7. Усилия в пяте стрелы для канатных экскаваторов |
1,2 |
Коэффициенты условий работы принимаются по таблице 1.2. В неоговоренных случаях Ю = I.
Коэдаациенты условий работы ГП
_ — --!“"■
Наименование элемента ! |
Схема элемента |
|
конструкции ! |
конструкции |
|
m
I. Элементы с малым поперечным сечением: листы, трубы, гнутые профили со стенками толщиной до 4 мм, равнобокие уголкиL63X6. неравнобокие уголки до1.90x56x6, швеллеры до £ 8
2. Болты диаметром до 12 мм
3. Элементы коробчатых конструкций с соотношением сторон более 3:1
4. Сечения, включающие швы и основной металл, например, |
|
5. Элементы внутренних углов в узлах без узловых уши-рений, косынок, дифрагм, ребер жесткости |
Продолжение табл.1.2
Наименование элемента *, Схема элемента конструкций конструкции
6. То же с узловыми уширениями, косынками, диафрагмами,
ребрами жесткости 0,9
|
|
|
|
|
|
4 |
ребре -W* с т
Агось/MActf |
7. Проушины крепления
пяты стрелы и цилиндров стрелы |
0,8 |
8. Участки продольных балок поворотной платформы прилегающие к проушинам крепления пяты стрелы |
0,7 |
2. НАГРУЗКИ
2.1. Нагрузками при определении прочности металлоконструкций поворотных платформ и ходовых рам являются: веса узлов металлоконструкций, веса наиболее крупных агрегатов, расположенных на поворотной платформе; максимальный момент механизма поворота; расчетные усилия в опорах пяты стрелы, гидроцилиндров стрелы для гидравлических экскаваторов, валов лебедок и двуногой стойки для канатных экскаваторов.
2.2. Весовые нагрузки от агрегатов и механизмов, расположенных на поворотной платформе, прикладываются в.узлах расчетной схемы, соответствующих креплению агрегатов и механизмов.
2.3. Собственные веса металлоконструкций определяются по чертежам и распределяются по узлам конечных элементов. Для упрощения расчетов допускаются отклонения от действительной схемы передачи нагрузок, не снижающие запаса прочности: собственный вес можно присоединять к сосредоточенным нагрузкам.
2.4. Расчетные нагрузки, действующие на поворотную платформу гидравлических экскаваторов.
2.4.1. Для гидравлических экскаваторов расчет прочности поворотных платформ и ходовых рам ведется с оборудованием обратная лопата, в момент стопорения (упор в непреодолимое препятствие), так как в этом случае по исследованиям ШИИстройдормаша на поворотную платформу и ходовую раму передаются наибольшие нагрузки.
2.4.2. Расчетные нагрузки в проушинах крепления пяты стрелы и цилиндров стрелы определяются по результатам расчета рабочего оборудования для трех расчетных случаев:
а) усилие в пяте стрелы максимально;
б) вертикальная составляющая усилия в пяте стрелы максимальна;
в) горизонтальная составляющая усилия в пяте стрелы максимальна.
2.4.3. Для задания расчетных нагрузок в проушинах крепления пяты и цилиндров стрелы, возникающих при взаимодействии коша с грунтом, рекомендуется пользоваться разработанной во ШИИстрой-дормаше программой МЕСИ, позволяющей определить величину и направление максимальных усилий в пяте стрелы и соответствующих
им усилий в гидроцилиндрах стрелы в результате перебора всех вероятных положений коша в забое с учетом ограничений по устойчивости и по реактивному давлению в гидроцилиндрах. Копание производится как выдвижением цилиндра коша, так и выдвижением цилиндра рукояти. (См. РД 22-158-86 Экскаваторы одноковшовые гидравлические. Рабочее оборудование. Расчет на статическую прочность металлоконструкций).
2.4.4. Коэффициент перегрузки принимается равным I при задании расчетных нагрузок в проушинах крепления пяты стрелы и цилиндров стрелы по результатам расчета рабочего оборудования по программе МЕСИ, так как величины усилий в пяте стрелы и в цилиндрах стрелы вычисляются по программе МЕСИ с учетом соответст^ вующих коэффициентов перегрузки.
2.4.5. В пяте стрелы при взаимодействии коша с грунтом от усилия ?с , действующего на зубе коша, возникает усилие F , величина и направление которого определяются по результатам расчета рабочего оборудования. Усилие передается на поворотную платформу в проушинах крепления пяты стрелы (черт. 2.1)
где h, Fn - усилия в левой и правой проушинах крепления пяты стрелы;
F - реакция в пяте стрелы от усилия Ро .
Усилие Ро прикладывается к крайнему зубу коша и создает момент в пяте стрелы, который передается на поворотную платформу. Момент представляется парой сил R\ и ^ , приложенных к
проушинам крепления пяты стрелы (черт. 2.1).
PF'r:-RF=
"а 2 Го Сп > (2.2)
I
где: £к - ширина коша;
Iп - расстояние между проушинами крепления пяты стрелы.