Способ повышения несущей способности решетчатой стрелы экскаватора-драглайна

(19) 01) 14 Е 02 ГОСУДАРСТЗЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ редварительосредствомерхнем пояьно создают ение сжатия х канатов в дополнит ное напр стягиваю илия сжаяя величинусимости опредя из за Вб макс1-К нвм. ф начение к ффицие нтакла;напряжениянем и нижнем асимметрии максимальны сжатия в ве мак оясах; мин е напряже минималсжатияплощадьпояса,оясах;чения верхнег аннуюельного повышают на п усилие предваего пояса. еличинусжатия ниж(56) Авторское свидетельство СССРФ 1170059, кл. Е 02 Г 3/48, 1984.(54)(57) СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ НЕСУЩЕЙСПОСОБНОСТИ РЕШЕТЧАТОЙ СТРЕЛЫ ЭКСКАВАТОРА-ДРАГЛАЙНА по авт.св. У 1170059, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью сниженияметаллоемкости и повышения срокаслужбы стрелы путем увеличения сопротивления усталостному разрушению,12734 Изобретение относится к землеройным машинам, а более конкретнок экскаваторам-драглайнам с решетчатыми стрелами, и является дополнительпьм к авт. св, 9 1170059, 5Цель изобретения - снижение металлоемкости и повышение срока службы стрелы путем увеличения сопротивления усталостному разрушению засчет создания более эффективной ас- Осиметрии цикла нагружения поясовстрелы переменным сжатием,На Фиг. 1 изображена стрела, видсбоку; на Фиг. 2 - то же, вид вплане; на фиг. 3 - сечение Б-Б на 5Фиг. 1; на Фиг. 4 - расчетная схемастрелы.Стрела содержит две вертикальныефермы 1 (фиг. 1), связанные двумярешетками (раскосами) 2, расположенными в плоскости верхнего 3 и нижнего 4 поясов вертикальных ферм 1.Для создания дополнительного (предварительного) напряжения сжатия внижнем поясе 4 используют стальные л 5канаты 5, а в верхнем поясе - стальные канаты 6, закрепленные по концамобоих поясов у головного блока стрелы 7 и ее основания (опорных проушин) 8, Посередине пролета стрелы ЗОостальные канаты 5 и 6 опираются набашмаки 9, а у основания стрелыстальные канаты 5 и 6 взаимосвязанысоответственно с обоими поясами 3 и4 посредством натяжных, например,.пружинных тарировочных устройств 10(тарировочные устройства для натяжения канатов 5 и 6 могут быть конструктивно одинаковыми, например какустройство для натяжения канатов,описанное в основном изобретении).Предложенный способ осуществляетсяв следующей последовательности. Оббмнн линбмакс /максгде б- исходное значение минимальных напряжений цикловнагружения (в верхнем иникнем поясе);б- исходное значение максимальных напряжений цикловнагружения в верхнем инижнем поясах (т.е, б мини б ллакс - минимальные и,максимальные напряженияцикла нагружения, полученные в результате использования основногоизобретения); Стальными канатами 6 в верхнем поясе стрелы 3 создают предварительФ 45 ные напряжения с;катия за счет тогоЭ что натяжными тарировочпыми устройствами 10 предварительно натягивают их на величину, которую определяют из зависимости50 55 рс Кбб максллнн1- В.п.6Затем посредством натяжных тарировочных устройств 10 дополнительно увеличивают усилие натяжных канатов 5 (т.е. усилие предварительного сжатия нижнего пояса) на установлен 52 2ную величину Б , имея в виду, что согласно основйому изобретению нижний сжатый пояс стрелы уже предварительно сжат канатами 5 с усилителем Б.Необходимое усилие Я предварительного сжатия верхнего пояса и дополнительного дожатия нижнего пояса определяется следующим образом.Как уже отмечалось, предварительное сжатие верхнего пояса усилием Я и дожатие таким же усилием нижнего пояса обусловлено необходимостью (желательностью) получения наиболее благоприятной асимметрии цикла по условию усталости сварных соединений при сжатии2.Ми НК= - . 1.К, (1)б максгде б ллн - минимальные напряженияцикла нагружения (в верхнем и нижнем поясах), полученные в результатепредварительного сжатияверхнего пояса и дополнительного дожатия нижнегопояса усилием Б;макс - максимальные найряженияцикла нагружения, полученные в результате использования предложенного способа;К 1 - наиболее желательное(задаваемое) значениекоэффициента асимметриицикла по критерию усталости,Выражение (1) можно записать Ыллн= -- напряжение в поясах отпредварительного сжатияусилием верхнего пояса цдополнительного пожатия стем же усилием нижнегопояса, суммирующееся с исходным значением минимальных напряжений циклов (вмомент, когда разгруженныйковш находится на грунтес провисшими подъемнымиканатами); площадь сечения верхнего или нижнего поясов;усилие предварительногосжатия верхнего пояса и 5дополнительного дожатиянижнего пояса; напряжение в поясах от20 предварительного сжатия канатами б верхнего пояса и дополнительного дожатия нижнего пояса, суммирующееся с исходными максимальными напряжениями цикла (момент, когда гружен - ный ковш у головы стрелы); соответственно усилие сжатия канатами верхнего пояса и дополнительного дожатия нижнего пояса в момент, когда груженный ковш находится у головы стрелы.Строго говоря Б Я", поскольку в 35момент, когда груженнйй ковш у головы стрелы, вследствие сжатия стрелы в целом усилия в стягивающих канатах несколько ослабевают, т.е. где а Б=С Ь, - величина уменьшенияусилия в натяжныхканатах; 45 Ь 1 - величина сокращениядлины стрелы под действием максимальной нагрузки сжатия); 50С - жесткость канатов(или системы, состоящей из каната итарировочной пружины). 55 Однако ввиду того, что, с одной стороны величина ЬЯ небольшая, а с другой стороны для упрощения выводимой расчетной формулы с обеспечением достаточно необходимой для инженернойпрактики точности, принимается Б =Ятогда Следовательно, выражение (2) будетиметь видминК =фмакс"ЬОКб макс - С миц1- КБаУчитывая что Ь 6 = -получаемЭр кнеобходимое усилие предварительного сжатия Я верхнего и дополнительного дожатия нижнего пояса, обеспечивающее заданную наиболее благоприятную асимметрию цикла где Р - площадь верхнего или нижнегопояса.Пример конкретного выполнения предложенного способа повышения несущей способности стрелы новой модели экскаватора-драглайна ЗШ/70 Б.Использование основного изобретения создает более благоприятную асимметрию цикла, изменив коэффици.ент асимметрии цикла со значения К =0,0936 (Вб=10,7) до значения К =0,26(К =3,85). При этом пределы выносливости сварных соединений увеличились на 31-39,5 Х.Необходимые для расчета исходные данные: бмип =407 кг/см ; б макс407=1566 кг/см ; К = = 0,26; Р=Р =Гп =54,6 см; Я=14093 кг - усилие предварительного сжатия ниж- него пояса. Пусть заданный коэффициент асимметрии цикла составляет примерно К,335 (К=2,99), т.е. близок к наиболее желательному по условию усталости при переменном сжатииВ. =0,35-0,4,Для обеспечения заданного (желаемого) коэффициента асимметрии цикла необходимо усилие Б предварительноУго сжатия верхнего и дополнительно го дожатия нижнего поясася по формуле (5)к бмас-б ин р1-Кб0,335 ф 1566-407 1-0,3351273452 6определяет- Следонательно, максимальные напряжения цикла нагружения в обоих поясахсоставят 5 -,ч б махс +б 1566 1329=9700 кг. -1698 кг/см.Суммарное усилие сжатия нижнего пояса с учетом его дожатия усилием Я10 составит Б =Б+Б =(14093 кг + 9700 кг)= =23739 кг. 6 б = - ф = = -178 кг/смБ -9700р 54,6 20 Тогда минимальные напряжения цикланагружения в обоих поясах равны 6 =б +ьб =-407-178=мин мин= - 585 кг/см. 25 Величина уменьшения усилия сжатия от стягивающих канатов вследствие сжатия стрелы в целом под действием30 максимальной нагрузки, когда груженный ковш находится у головы стрелы, определяется по формуле (4) 6 Я=С Ь 0 =1, 97 х 1262=2487 кг, 35 где С=1262 кг/см - жесткость каната;ь 1 =1, 97 см - величина сокращения длины стрелы под действием 40максимальной нагруэки сжатия (см. пример конкретного выполнения основйого изобретения).Значение Б , соответствующее добавочному усилию сжатия в верхнем поясе и нижнем поясе при максимальной нагрузке, составит 45 50 Б =Я-ЬБ=9700-2487=7213 кг, Ф тогда добавочные напряжения сжатияв этом случае составят 55ьб = - -- 132 кг/см. Б -7213 15Добавочные напряжения сжатия в обоихпоясах от усилия Б составят В результате полученное значениекоэффициента асимметрии цикла равноб мин -585б" 16980,35(2,86) .Повышение пределов выносливости сварных соединений в результате создания более благоприятной асимметрии цикла при переменном сжатии по известным данным показано в таблице.Как видно из таблицы, в результате создания более благоприятной асимметрии цикла в нашем случае пределы выносливости сварных соединений при переменном сжатии увеличились примерно на 19%.С учетом того, что максимальные напряжения сжатия по сравнению с ис 1698-1566 ходными увеличились на 566 х х 100 .=8,4 ., а пределы выносливости выросли в среднем на 19 , увеличение несущей способности поясов стрелы по условию усталости при переменном сжатии при использовании предложенного способа составляет 10,6 . В результате металлоемкость сварной конструкции всей стрелы уменьшается на 0,67 10,6%=7,1% (где 0,67 - коэффициент, основанный на анализе металлоемкости решетчатых стрел экскаваторов типа ЭШ/70 Б).Вес силового элемента (канатов, тарировочных пружин и т.д.) для сжатия верхнего пояса (учитывая относительно небольшую величину усилия его сжатия), составляет 2 от веса металлоконструкции стрелы (секции).В итоге общее снижение металло- емкости стрелы в целом в результате использования предложенного способа по сравнению с металлоемкостью стрелы, полученной от использования основного изобретения, составляет 5 .Исходя из известного соотношения(снижение веса металлоконструкциистрелы на 1 приводит к снижениювеса всей машины на 0,4-0,5%), общее1273452 снижение металлоемкости на одной машине типа ЭШ/70 Б составит не менее С =700=700-25=675 т - вес экскаватора с облегченной стрелойвследствие использоЗначения пределов выносливости б,кг/мм, на базе И=2 10 Материал,сталь 10 ХСНД К=22 К=31 К=35 К=40 17,7 15,2 20,7 К =0,26 32,4 38,2 19,3 20,9 20,4 18 К =0,35Повышение предела выносливости, 7 вания основного изобретения;т - вес базовой моделиЭШ/70 Б с традиционной стрелой; А - величина снижения металлоемкости машины от использования основного изобретения. 25 21,4 18,2Составитель В. ПрокофьРедактор М. Келемеш Техред И.Попович Луговая рект 6394/23 Тираж 641 ВНИИПИ Государственного комитета по.делам изобретений и открыт 113035, Москва, Ж, Раушская на