Металлоконструкции и расчет стрел и рукоятей прямых лопат одноковшовых экскаваторов с канатной подвеской

Стрелы прямых лопат изготавливаются из гнутых профилей, которые затем сваривают друг с другом (рис. 104). В более мощных экскаваторах стрелы сваривают из листов. Обычно сечение стрелы коробчатые. Внутри стрелы устанавливают диафрагмы. В головной части стрелы размещают блоки для каната подъема, а в средней части – напорный вал, на котором монтируют седловой подшипник, шестерни напорного механизма балок рукояти, приводную звездочку и напорный барабан (при комбинированной схеме напорного механизма). В нижней части стрела раздваивается и заканчивается двумя пятами, с помощью которых она шарнирно крепится к поворотной платформе.

Продольная ось стрелы, как правило, не совпадает с осью центра тяжести сечения и образует с ней эксцентриситет s, имеющий переменную величину по длине стрелы. Наибольшие напряжения в сечениях верхней части стрелы (выше напорного вала) возникают при действии максимального усилия в канатах подъема и ослабленных канатах подвески стрелы. При этом направление канатов подъема, сбегающих с блоков головы стрелы, образует прямой угол с продольной осью стрелы.

Расчетная схема для указанного случая приведена на рис. 105.

Рисунок 104 – Стрела одноковшового экскаватора

Рисунок 105 – Расчетная схема для проверки напряжений в верхней части стрелы экскаватора.

На стрелу действуют следующие нагрузки: наибольшее усилие на блоке ковша экскаватора (усилие подъема); вес блоков головы стрелы G_бл; распределенная нагрузка q_x собственного веса верхней части стрелы. Усилие в подъемном канате S_ПК определяется нагрузкой на блоке ковша и выражается формулой

S_пк = S_п / i_п · η_п, (274)

где i_п – кратность полистпаста механизма подъема ковша; η_п – к.п.д. полистпаста.

Суммарный изгибающий момент в расчетном сечении стрелы в вертикальной плоскости будет равна сумме моментов М₁, М₂, М₃, М₄ и М₅:

М_изг^в = М₁ + М₂ + М₃ + М₄ + М₅, (275)

где М₁ = S_п (r_бл + l_x) – изгибающий момент в сечении А от силы S_п; М₂ = – S_пк i (r_бл + l_x sinγ) = – –S_пк i [r_бл + l_x (r – r_бл) / l_c] – изгибающий момент в сечении А (см. рис. 105) от усилия S_пк для первого и второго вариантов; М₂ = – S_пк [2r_бл + l_x (sinγ – sinβ)] – изгибающий момент в сечении А от усилия S_пк для третьего варианта; М₃ = G_бл l_x cos α – изгибающий момент в сечении А – А от веса блоков головы стрелы; М₄ = q₁ l_x (l_x / 2)cos α + (q_A – q₁) l_x · 1/3 · l_x cosα – изгибающий момент в рассматриваемом сечении от веса стрелы на участке l_x; М₅ = – N_s – дополнительный изгибающий момент в сечении от наличия эксцентриситета S (рис.106).

Напряжение в сечении А – А определяют по формуле

, (276)

где у – расстояние от оси х – х до рассматриваемой точки; J_x – момент инерции сечения относительно оси х – х (см. рис.104); N – суммарное сжимающее усилие; F – площадь сечения.

Для определения напряженного состояния точек в сечениях нижней части стрелы следует рассмотреть случай копания, при котором рукоять составляет прямой угол с осью стрелы [см. (рис. 119) [3], разд. 2, стр.183 - 186].

Реактивные усилия R, V и Р_б в пятах стрелы определяются для следующих двух расчетных положений:

– копание при взаимно перпендикулярном расположении продольных осей стрелы и рукояти [см. рис. 119, [3], стр.187];

– копание при максимально возможном боковом усилии Р_б в положении, когда зубья ковша находятся на вертикали, опущенной из оси напорного вала [см. рис. 121,б, [3], стр.188].