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*«:--к^р+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

(2.7)

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

С_п

От момента Mg , действующего в вертикальной плоскости, в проушинах крепления пяты стрелы возникает пара сил

fib

(2.8)

-~Rn -

Mg

M

tn

(2.9)

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    ’

где:

(_с - длина стрелы;

~ усилие в цепи привода напора или в напорных канатах;

£>ик - усилие в подъемном канате.

Черт. 2.3

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.

5п

?л

(2.12)

где:    i_n    - 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

$т^гь = $ из cost, = О

- радиус головных блоков стрелы, плечи сил, действующих на стрелу.

S= cizcig ■ ^г,~. h

Для большинства конструкций без больших погрешностей можно

принимать coS 6 = I

COS У

*    4

£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 + С_с 1 $    +

+ Сни ” S« ^6 ⁺ $нЗ ^ 7)

(2.13)

^ЧеРТ. 2.6

Для комбинированной схемы напора с напорным барабаном, расположенным в пяте стрелы

$пс — j |^а * 1_сСО$а —    (7₃ +■ Zg_H) +-

+ Сс^5 ⁺ 6-нм 7// — S* + $_из Z₇J ^

где Z_5H - 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

Р^Г —    £"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.

Sk

f

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

Группа Г02

РД 22-157-86

Введен впервые

Экскаваторы одноковшовые Поворотные платформы и ходовыв рамы.

с 01.07.87 г.

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:

a.i)

б'пр 6 1,15 ЙуГП йуГП

т< fism

РД 22-157-86 стр.19

Черт. 2.7

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 R_ym    (1.2)

R_ym , Rsfli, где е_х 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:

6Мх . t² '

" t² '

(1.4)

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 Т_х*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<R_sm, 6aR_ym

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

Стр. 4 РД 22-157-вб

Черт. I.I.

Коэффициенты условий работы принимаются по таблице 1.2. В неоговоренных случаях Ю = I.

Таблица 1.2

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

0,9

2. Болты диаметром до 12 мм

0,85

3. Элементы коробчатых конструкций с соотношением сторон более 3:1

0,9

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

птт!

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).

P^F'r:-R^F=

"а 2 ^Го С_п >    (2.2)

I

где:    £к - ширина коша;

Iп - расстояние между проушинами крепления пяты стрелы.