Разработка технологического оборудования погрузчиков

 

Проектирование кинематической схемы технологического оборудования. Построение кинематики рычажного механизма поворота ковша. Расчёт усилий на штоках гидроцилиндров привода поворота ковша.

Расчёт параметров и построение кинематической схемы механизма поворота ковша или захвата производится в соответствии с разделом 2.1 [1]. Размеры рычажной системы и гидроцилиндра привода должны обеспечить не только поворот ковша, но и сохранение заданного положения его в пределах всего угла φ поворота стрелы. Последовательность расчёта и построение схемы (рис.2.1, 2.2) [1]:

) Определить высоту расположения центра шарнира крепления стрелы к раме базовой машины - Нс. Данный размер приближённо можно определить по формуле (2.1) [1] или принять

 

Нс= (0,35…0,45) Но. (4.1)

Н_с=0,4*3801,25=1520,5 мм.

 

) Выбрать точку А на высоте Но от уровня поверхности и провести из неё под углом ε=φ_р линию длиной Rо или Rч, которые определяются по формуле (1.30) или п5 раздела 1.3 данных методических указаний.

Расстояние от кромки ковша до уровня поверхности пути равно высоте разгрузки Нр. Полученные значения Нр сравнить с рекомендуемыми по ГОСТ 568 и в случае необходимости увеличить его до требуемого по стандарту. При этом на эту же величину необходимо увеличить и размер Но, сохраняя величину γ_р = ε и L. L = (b_т/2) +∆b, ∆b=150…200 мм (1.29) [1].

) Принять размер l_в рис.2.1 [1]

 

l_в = (0,7…0,8) L. (4.2)

l_в = (0,7…0,8) 690 = 552 мм.

 

) Определить длину стрелы lс по формуле (2.2) [1] или из графических построений в выбранном масштабе по размерам L, l_в, Нс, Но, γ_р,R_о,R_г (рис.2.1 [1]). l_c= 2350 мм

 

(4.3)

мм.

 

) Определить размеры рычажной системы механизма поворота ковша (рис.2.2 [1]) l_ш, а, в, с, р по соотношениям, приведённым на странице 48 [1].

 

l_ш = (0,48…0,5) l_с= мм, а = (0,11…0,12) l_с= мм,

в = (0,22…0,24) l_с= мм, с = (0,27…0,29) l_с= мм

р = (0,13…0,14) l_с= мм

 

) Компоновка механизма поворота ковша или захвата выполняется в соответствии с пунктами 1-8 раздела 2.1 (с.48-50 [1]).

Построение кинематической схемы механизма поворота ковша или захвата

) Сектор движения стрелы разбить на 3…5 положений, точку А₁ (конец стрелы) совместить с поверхностью пути (рисунок 1).

) Установить захват в нижнем положении под углом γ_з, в верхнем под углом γ_р.

) Определить ∆ - плечо относительно точки А₅ и положение точки D’₅ - на пересечении касательной из точки В₅ и дуги радиуса, равного Р с центром в точке А₅. ∆= (0,125…0,135) R_о, R_о=R_ч, R_о - определяется по 1.4 [1].

 

∆ = 0,13*1100 = 143 мм.

 

) Определить угол ψ и по нему определить положение точки D₁ в нижнем положении стрелы и положение точек D₂,D₃,D₄,D₅,D’₁,D’₂,D’₃,D’₄.

) Определить положение точки Е₅’ на пересечении линии D₅’B₅ и дуги радиусом равным С. Линия D₅’Е₅’=d - длине тяги.

) Зная положение точки D₁,D₂,D₃,D₄,D₅, размеры c, в, d, Р, определить положение точек С₁, С₂, С₃, С₄, С₅ путём графического построения.

) Определить положение точки F и провести дугу окружности радиусом S₂ через С₁, С₂, С₃, С₄, С₅.

) Аналогичным построением определить положения точек С₁’, С₂’, С₃’, С₄’, С₅’ (по известным положениям точек D₁’,D₂’,D₃’,D₄’,D₅’ размерам c, в, d, Р) и провести через них дугу радиусом S₁.

S₁ - минимальный размер гидроцилиндра привода поворота ковша;

S₁=985 мм.

S_{2 -} максимальный размер гидроцилиндра. S₂=1378,25 мм.

Ход поршня

 

S=S₂ - S_1, S=1518-1046=472 мм.

 

Полученное значение S сравнить со стандартными значениями по таблице 2.2 [2] и округлить до ближайшего. S=500 мм.

Расчёт усилий на штоках гидроцилиндров привода поворота ковша

1) Усилие на штоках гидроцилиндров привода поворота ковша определяется по формуле (2.4) и рис. [1].

 

Р_К = S_К = (4.4)

 

где К= 1,25 - коэффициент запаса, учитывающий потери;

N_{в -} выглубляющее усилие, N_в= 84 кН/см.

Z_к - число цилиндров привода, Z_к=2 шт.

G_к = Q_Н+G_Н - вес ковша с грузом, (4.5)

где G_д - вес самого ковша.

 

G_Д = (0.45 … 0.5) *Q_H (4.6)

G = 0,45*40 = 18 кН.

G_к = 18+40 = 58 кН.

 

i_П - мгновенное передаточное усилие механизма поворота ковша

для выглубляющего усилия.

 

i_П = l₆*l₈/l₇*l₉ (4.7)

 

где l₆ - l₉ - размеры элементов рычажного механизма поворота ковша l₆ = R_о = 1,1м, l₇ = p = 0,444м, l₈ = с = 0,888м, l₉ = в = 0,697м, l₁₁ = l₆/2 = 0,55м,

 

i_П = 1,1*0,888/0,444*0,697 = 3,16

i_К= l₁₁*l_8/l₇ *l₉ (4.8)

i_К = 0,55*0,888/0,444*0,697 = 1,58

Р_К = S_К = кН.

 

По усилию на штоках гидроцилиндров определяем их диаметр и основные размеры по ОСТ22-1417-79.

Определяем диаметр гидроцилиндра, D_ц

 

D_ц = √4P_k/P_ном*π*ή_ц, мм

 

где ή_ц - КПД гидроцилиндра, ή_ц=0,9 - 0,97;

 

D_ц=√4*223200/16*3,14*0,97 = 135 мм.

 

Проектом принимается диаметр цилиндра-D_ц = 140 мм и ход поршня-L = 710 мм.

По полученному значению диаметра и ход штока принимаем гидроцилиндр, по ОСТ22-1417-79. Основные размеры гидроцилиндра сводим в таблицу.

 

D	d, мм при φ=1.6	D1	d1	d2	b	rmax	lmin
			М42х2

 

) При расчёте передаточных отношений по формулам (2.5) размеры звеньев рычажной системы обозначать в соответствии с рис.2.1, рис.2.2, рис.2.3, рис.2.4 [1].

 

l₆ = R₀ = R_ч; l₇ = p; l₈ = c; l₉ = в; l₁₁ = l₆/2.

 

Размеры звеньев определены в разделе 2.1.

) Усилие в тягах d - S_т можно определить из уравнения равновесия коромысла относительно точки О:

 

åМ_о= 0 S_т = Р_к, (4.9)

Р_к*l₉-S_т*l₈ = 0 (4.10)

 

Отсюда

 

S_т = . (4.11), S_T = кН.

Расчёт параметров кинематики механизма подъёма стрелы.

Оптимальные значения параметров кинематики механизма подъёма стрелы определяются методом математического моделирования движения стрелы с грузом под действием усилий на штоках гидроцилиндров привода Р. Для реализации алгоритма необходимы данные, приведённые в таблице.

 

Таблица 4.1 - Исходные данные

Параметры состояния системы	Параметры управления
М1, кг	М2, кг	F1, град	L=lc, м	S1, м	S2, м	Fнач, град	F2, рад/с2	Рн, МПа	L1н£L1£L1к	G1н£G1£G1к
1121,3			3,170	1,046	1,518		0,04		-0,15 0,15	70 75 80

 

Таблица по каждому варианту заполняется по данным задания на курсовой проект (приложение 1 [1]), а также по результатам выполнения пунктов 1…5 данного раздела.

) Начальный угол наклона стрелы F_нач определяется по известным размерам Н_с и l_с (рисунок 2). При этом конец стрелы (т. А) совмещается с поверхностью пути. Общий угол поворота стрелы F³90°.

 

Из рис.2 F_нач=arcsin (Н_с/l_с). (4.12)

F_нач=arcsin (1520,5/3170) =29⁰

 

) Масса подвижных частей рабочего оборудования М₁, приведённая к центру тяжести груза Q_н, определяется по формуле

 

М₁= (1000*в_о*G_о) / (q*а_г), кг, (4.13)

 

здесь G_о - вес технологического оборудования, кН.

(Раздел 1.1, п.3; раздел 1.2, п.8).

Размеры в_о, а_г - рис.1.7, 1.8 [1].

 

М₁= (1000*0,9912*22) / (9,81*1,9824) =1121,3 кг

 

) Масса груза

 

М₂= (1000*Q_н) /q, кг, (4.14), М₂= (1000*40) /9,81=4077 кг

 

Q_н - по заданию на курсовой проект, кН.

) Угол между осями стрелы и гидроцилиндра - G₁, а также размер L₁ и пределы их варьирования, размеры S₁ и S₂ принимать в следующих пределах.

 

G₁=70° 65°£70°£75°

L₁=0,25*l_c =0,25*3,170=0,70м. L₁-0,15£ L₁£ L₁+0,15

S₁=1,1м S₂=1,75м S=0,62м.

 

) Угловое ускорение F₂ для всех вариантов задания принимать

F₂=0,04 рад/с².

) Определить размер С=О₁D (рис.2) по начальным размерам G₁ L₁ S_{1 (}2.9) [1], С=930 мм

 

C = (4.15)

 

) Определить начальное значение угла G₃ - (2.10) [1]. G₃ =75^о

 

G₃ = (4.16)

G₃ =

 

) Определить угол между линией О₁D и осью Х

 

F₁= ½F_нач½+G₃. (4.17)

 

) Текущее значение угла G₃, увеличивающееся при вращении стрелы,

 

В₁= F₁ - F_нач+D F= G₃+D F. (4.18)

В₁=75⁰+10⁰=85⁰

В₂=75⁰+20⁰=95⁰

В₃=75⁰+30⁰=105⁰

В₄=75⁰+40⁰=115⁰

В₅=75⁰+50⁰= 125⁰

В₆=75⁰+60⁰=135⁰

В₇=75⁰+70⁰=145⁰

В₈=75⁰+80⁰=155⁰

В₉=75⁰+90⁰=165⁰

 

Значение F_нач принимается отрицательным, т.к. стрела находится ниже уровня оси ОХ, D F - приращение угла поворота стрелы D F=10°, 20°,30°,…90°. (Шаг увеличения угла G₃ - 10°).

) Вычисление промежуточных размеров гидроцилиндра привода (2.12) [1]. Все дальнейшие действия по решению задачи на min max выполняется в соответствии с [1].

 

S= (4.19)

S₁= =1,114 м.

 

Остальные результаты расчетов перемещения штока гидроцилиндра сводим в таблицу 4.2

 

Таблица 4.2 - Расчеты перемещения штока гидроцилиндра

S, мм	В1,
1,114
1,212
1,301
1,380
1,450
1,508
1,556
1,592
1,616

 

) Усилие на штоках гидроцилиндров подъёма стрелы с грузом:

 

P = , кН. (4.20)

 

где F = - F_нач + D F;

I₁ - момент инерции масс относительно оси вращения стрелы.

 

I₁= , кг*м/с² (4.21)

I₁= кН*м/с²

G= , кН (4.22)

G= кН

 

Результаты расчетов усилия на штоке гидроцилиндра сводим в таблицу 4.3

 

Таблица 4.3 - Расчет усилия на штоке гидроцилиндра подъёма стрелы

F, град.	P, кН.
-29	182,3
-19	196,8
-9	205,4
	207,7
	204,2
	194,4
	178,6
	157,7
	131,9

 

В зависимости от усилия на штоке выбираем гидроцилиндр.

 

Di = (4.23)

D_i = м = 134 мм

 

Принимаем в зависимости от (ОСТ 22-1417-79) внутреннего диаметра цилиндра D_i=140 мм.

 

D	d =1.2d 1.6D1d 1d 2b 2r maxr min
				М42*2

 

Расчет поперечного сечения стрелы и проверка его на прочность.

Для определения поперечного сечения стрелы и проверки ее на прочность необходимо составить расчетную схему с расставленными на ней нагрузками которая представлена на рисунке 4.2 Расчетная схема представляет собой балку, закрепленную шарнирно - подвижной опоры с одной стороны и шарнирно - неподвижной опорой с другой. Для расчета необходимы следующие данные: усилие на штоке Р=219 кН; расстояние от точки приложения силы до оси стрелы l=0,12 м; угол между горизонтальной осью и осью действия силы Y=45º.

 

Определяем крутящий момент Мкр, кН от силы Р.

 

 

Определяем опорные реакции Rау и Rву, кН

Для определения опорных реакций необходимо составить сумму моментов относительно точек А и В (ΣМА=0, ΣМВ=0), а также для проверки необходимо составить сумму всех сил на ось Y (ΣМY=0).

 

ΣМВ=0;

;

кН.

ΣМА=0

;

кН.

 

Проверка:

 

ΣМY=0;

;

,8+219*sin (45) - 145,3=0.

 

Условие выполняется. Продольное усилие Рпр, кН.

 

кН

 

Выбор поперечного сечения стрелы. Для данного курсового проекта принимаем прямоугольное поперечное сечение стрелы, материалом марки: Сталь 45ХН с допустимым напряжением [σ] =350000кН/ .

 

Рис.4.3 - Поперечное сечение стрелы.

 

b=0,16 м.

h=0,26 м.

В=0,18 м.

Н=0,28 м.

Площадь поперечного сечения стрелы F,

 

 

Момент сопротивления поперечного сечения W, .

 

, .

 

Напряжение при изгибе σи, кН/

 

 

Где: - максимальный изгибающий момент, кН*м.

Максимальный изгибающий момент, принимаем максимальное значение из эпюры изгибающих моментов: =

 

9,758*

 

Напряжение при растяжении - сжатии σр, кН/

 

кН/

 

Касательное напряжение на срез τср, кН/

 

 

Где: Рср - максимальное усилие на срез, кН.

Максимальное усилие на срез, принимаем максимальное значение из эпюры поперечных сил, Рср=145,3, кН.

 

 

Эквивалентная нагрузка σэкв, кН/

 

=1,107*

 

Допустимая нагрузка σдоп, кН/

 

;

 

Где: Кб - коэффициент безопасности; Кзп - коэффициент запаса прочности. Для данного расчета коэффициент безопасности и коэффициент запаса прочности принимаем равные 1,2 и 1,5 соответственно.

 

 

Условие прочности:

 

,107* ≤1,944*

 

Условие прочности выполняется!