Расчет рыбообразных стрел

Расчетная схема разнообразной стрелы с дополнительными подвесками приведена на рис. 154 ([3], стр.237). Стрела представляет собой многоопорную неразрезную балку, подвешенную при помощи независимых подвесок и двуногой или дополнительной стойке. Ковш экскаватора под действием подъемных и тяговых канатов может находиться в любой точке под стрелой.

Исследования показали, что за расчетные случаи нагружения стрелы следует принимать следующие два положения ковша с грунтом: наибольший вылет при вертикальном положении подъемных канатов и подъем груженного ковша на выгрузку при минимальном угле между канатами подъема и осью стрелы. Таким образом, равнодействующая от канатов подъема имеет два значения и направления R_n^I и R_n^II.

На стрелу действуют следующие нагрузки:

R_n^I, R_n^II – равнодействующая расчетных усилий в канатах подъема в двух расчетных положениях; q_стр – распределенный вес стрелы; G_б – вес блоков головы стрелы и головной части стрелы; Р^к – горизонтальная инерционная нагрузка от ковша с грунтом, возникающая при повороте экскаватора; q^е – распределенная горизонтальная инерционная нагрузка от собственного веса стрелы; Р^σ – горизонтальная инерционная нагрузка от веса блоков головы стрелы и головной части стрелы. Угол наклона α стрелы к горизонту имеет обычно постоянное значение.

Расчетная схема стрелы с двумя дополнительными подвесками при действии вертикальных и горизонтальных нагрузок показана на рис. 154, а ([3], стр.237).

Подбор сечений элементов подвески стрелы производят по усилиям в них Т₁, Т₂ и Т₃. По усилиям в подвеске стрелы подбирают их натяжения при монтаже (при независимых подвесках) или кратность полистпастов (при зависимых подвесках).

При зависимых подвесках усилия Т₁, Т₂ и Т₃ необходимо подбирать таким образом, чтобы соотношения между ними составляли четные числа – кратности полиспаста. Для достижения этого приходится варьировать длину пролетов l₁, l₂ и l₃, а также высоту и наклон дополнительной стойки.

Проверяют общую устойчивость стрелы в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Потеря общей устойчивости стрелы в вертикальной плоскости может произойти при ее выпучивании вверх. В этом случае промежуточные опоры от дополнительных подвесок не будет работать.

Проверяют общую устойчивость и подбирают элементы стрелы аналогично крановым решетчатым стрелам.

Расчет разнообразных стрел без дополнительных подвесок не отличается от расчета крановых стрел с прямолинейной осью.

Расчет трехгранных стрел

Действуют следующие нагрузки: R_n^I и R_n^II – равнодействующие расчетных усилий в канатах подъема в двух расчетных положениях; G_i – вес стрелы, приходящийся на i-ый узел стрелы; Р^к – горизонтальная инерционная нагрузка от ковша с грунтом, возникающая при повороте экскаватора; Р_i – горизонтальная инерционная нагрузка в i-том узле стрелы от веса G_i. Схемы действия вертикальных и горизонтальных нагрузок в стреле приведены на рис. 155 ([3], стр.241). Расчет пространственной стрелы следует свести к расчету плоских ферм: двух наклонных (по боковым граням) и одной горизонтальной (по нижней грани). С этой целью нагрузки раскладывают на эти грани также, как это делалось при расчете трехгранной стрелы крана. Расчетная схема боковой грани стрелы при действии инерционных нагрузок от собственного веса стрелы и веса ковша с грунтом показана на рис. 156, а ([3], стр.242), а горизонтальной грани – на рис.156, б ([3], стр.242). Верхний пояс стрелы воспринимает нагрузку от веса стрелы, как от правой, так и от левой наклонных ферм, т.е. усилия от нагрузок, найденных решением схемы (рис. 156, а, [3], стр.242), удваиваются. Нагрузка в поясах горизонтальной фермы от собственного веса стрелы и инерционных нагрузок складывается из усилий в наклонной ферме и горизонтальной ферме. Усилия в раскосах и стойках наклонных и горизонтальной фермы определяют по схемам (рис. 156, [3], стр.242). Гибкость сжатых поясов рекомендуется назначать не выше 80, растянутых – не выше 120, гибкость раскосов и стоек должна находиться в пределах 120…150.

Расчет вантовых стрел

Стрела состоит из трех вантовых ферм (рис. 153, а, [3], стр.235): одной вертикальной и двух наклонных, имеющих общий трубчатый пояс. Вантам наклонных ферм придается предварительное натяжение. Ввиду того, что центральный пояс состоит из трубы большего диаметра, в расчете необходимо учитывать жесткость нижнего пояса.

Высоту фермы стрелы подбирают из условия наивыгоднейшего использования прочности канатов вертикальной фермы. Высота составляет для первой от головы стрелы стойки (0,12…0,13)l, а для главной стойки (0,23…0,25)l. Ширина стрелы В в пятах ограничивается габаритами поворотной платформы экскаватора и принимается равной ее ширине. На стрелу действуют следующие нагрузки (рис. 157, [3], стр.244): R_n^I и R_n^II – равнодействующие усилий от веса ковша с грунтом в I или II расчетном положениях; G_i – собственный вес стрелы, приложенный к узлам стрелы; Р^к – горизонтальная инерционная нагрузка от веса ковша с грунтом; Р_i – горизонтальные инерционные нагрузки от собственного веса стрелы; N₁, N₂ и N₃ – усилия от предварительного натяжения вант наклонных ферм; N₄ и N₅ – усилия от предварительного натяжения перекрестных вант нижних поясов; N₆ и N₇ – усилия от предварительного натяжения перекрестных вант задних подкосов. Расчетная схема стрелы от весовых нагрузок представляет собой статически определимую ферму, показанную на рис. 158, а ([3], стр.244). Усилия в элементах от собственного веса определяют любым известным способом. Элемент, соответствующий вантам, испытывающим усилие N₅ в расчетной схеме отсутствует, так как влияние от предварительного натяжения вант усилием N₅ и N₆ распространяется только на элементы, смежные с этими вантами.

Основная система стрелы при воздействии переменных нагрузок R_n^I или R_n^II приведена на рис.158, б([3], стр.244). Эта система является трижды статически неопределимой и решается методом сил. Для определения действительных значений неизвестных сил определяем усилия в элементах стрелы от R_n^I и R_n^II, а также усилия от ; ; . Усилия от R_n^I или R_n^II целесообразно определять построением диаграммы Кремоны. Усилия в стержнях от неизвестных сил в наклонных фермах стрелы целесообразно определять по схемам, показанным на рис. 159, б ([3], стр.246).

Расчетная схема нижнего пояса стрелы в вертикальной плоскости приведена на рис.163, а ([3], стр.249). На этой схеме q₁– q₅ – равномерно распределенные нагрузки собственного веса нижнего пояса стрелы и веса лестниц стрелы в соответствующих панелях; J₁ ÷ J₅ моменты инерции нижнего пояса стрелы в соответствующих панелях. Систему следует рассматривать как многоопорную неразрезную балку, которую необходимо решать методом последовательных приближений. Эпюра моментов от собственного веса нижнего пояса стрелы (рис.163, б [3], стр.249) представляет собой сумму эпюр пролетных и опорных моментов: = М_оп + М_пр. Для определения изгибающих моментов от горизонтального прогиба стрелы расчетную систему нижнего корпуса стрелы в боковой плоскости следует представлять как многоопорную балку переменной жесткости с моментами инерции J_i сечения в пролетах и длинами панелей l_i (рис.163, в [3], стр.249). После этого легко построить эпюру изгибающих моментов в боковой плоскости (рис.163, г [3], стр.249). Суммарная эпюра моментов М_изг, определяемая по зависимости М_изг = , представлена на рис.163, д ([3], стр.249).

Литература:

Основная: 3 [разд.9: с.180÷214; разд.10: с.215÷255]

Контрольные вопросы.

1. Какие нагрузки действуют на стрелу прямой лопаты, приведите расчетную схему для проверки напряжений в верхней части стрелы экскаватора и в каком случае возникают максимальные напряжения в сечениях верхней части стрелы (выше напорного вала)?

2. Напишите формулу для определения суммарного изгибающего момента в расчетном сечении стрелы в вертикальной плоскости и для каких расчетных положений определяются реактивные усилия R, V и P_б в пятах стрелы?

3. Из скольких возможных положений рукояти следует определять напряженное состояние в наиболее опасных сечениях рукояти, приведите и объясните эти расчетные положения, а также в каком случае возникает наибольшее напряженное состояние в сечениях балки рукояти, приведите расчетную схему с действующими нагрузками?

4. Когда возникают наибольшие нагрузки в балке стрелы и приведите действующие нагрузки в расчетной схеме и как производится расчет стрелы с изменением вылета при помощи подвижной каретки?

5. Приведите геометрические параметры стрел с учетом назначения генеральных размеров фермы стрелы с прямолинейной осью, а также для стрел, работающих на изгиб?

6. Как производится расчет башен кранов, трехгранных, рыбообразных и вантовых стрел?