ev-E2902

В.Н. Епифанов

РАСЧЁТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА ПО СТРОИТЕЛЬНЫМ МАШИНАМ

методические указания для специальности 290300 (ПГС)

Киров, 2009

1

УДК 69.002.5 (07) E 676

Рецензент: кандидат технических наук, доцент А.А. Фуражев

ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ

Работа состоит из пяти самостоятельных задач, в которых рассматриваются важные для строительных машин проблемы:

прочность, производительность, технические возможности, со-

ставные части и их функционирование.

Работа выполняется в виде отчёта на листах формата А4 в

компьютерном или рукописном варианте. Титульный лист произ-

вольной формы. Вариант определяется руководителем, срок сда-

чи работы - 1 месяц после выдачи задания.

2

ЗАДАЧА 1. РАСЧЕТ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Резьбовыесоединениядолжныобеспечиватьпрочность,авнекото­ рых случаях и герметичность стыков. Обычно используют соединения трех типов: болтами, винтами, шпильками (рис.1.1). В строительных машинах эти соединения обеспечивают прочность и надёжность многих самых ответственных узлов двигаетелей, трансмиссий и рабочих органов.

		I		I
		d
		d1
а	б	в
Рис. 1.1. Соединения: а - болтами, б - винтами, в - шпильками
Ниже рассмотрены два наиболее распространенных случая нагру-
жения таких соединений.	,
Случай 1 (рис. 1.2).	Внешняя	нагрузка F	действует в плоско-

сти стыка­ . Болты установлены с зазором, поэтому внешняя нагрузка уравновешивается­ только силами трения на стыке деталей. При затягивании болта в нем возникает продольная сила Fзат, которая обеспечивает с заданным запасом отсутствие сдвига деталей. Внешняя нагрузка распределяется между болтами равномерно, поэтому на один болт действует сила F1 =F/Z, где Z - число болтов.

Потребная сила затяжки болта

Fɡɚɬ = ɤFif1 ,

где к = 1,5 - запас сцепления; f - коэффициент трения деталей в стыке; i - число стыков.

Fзат

F

Fзат

Рис. 1.2

3

При затягивании болты не только растягиваются, но и скручивают­ ся, поэтому их расчет должен выполняться по одной из теорий прочности для сложного сопротивления.

Опасным является сечение с диаметром d1 (рис. 1.1), а резьба на­ значается по диаметру d в соответствии с ГОСТ 9150-81 (табл. 1.1).

Таблица 1.1

Обозна-
чение		М6	М8	М10	М12	М14	М16	М18	М20	М22	М24	М25
резьбы
Диаметр		4,8	6,5	8,2	9,9	11,6	13,6	15,0	17,0	19,0	20,4	22,6
d	, мм
1

По четвертой теории прочности

d τ	4 1,3 Fɪɚɫ ,			(1.1)
1	π>σ

где Fpac - расчетная продольная сила в опасном сечении болта; [σ] = σт/n - допускаемое нормальное напряжение;

σт - предел текучести материала болта (табл. 1.2); n - коэффициент запаса прочности (табл. 1.2).

В данном случае болт нагружен только одной продольной силой

Fзат, поэтому Fpac = Fзат.

Механические свойства болтов, винтов и шпилек, изготовленных из стали разных марок, указаны в табл.1.2.

										Таблица 1.2
		Предел								Принятый
		прочности				Предел
Сталь	Марка	σ		, МПа		текучести­		σ,		коэффициент­
	стали	в		ɇ			ɇ		т	запаса прочно­
		(			)	МПа (			)
										сти n
				2			ɦɦ	2
			ɦɦ
Углероди-­	СтЗ;10	340...490				200
	20	400...550				240				2,5
стая
	30;35	500...700				300
Легирован-	35Х; 38ХА;	800... 1000				640				4
­ная	45Г

Случай 2 (рис. 1.3). Внешняя сила F действует перпендикулярно плоскости стыка так, что все Z болтов нагружены одинаково рабочей на­ грузкой Fp = F/Z. Кроме рабочей нагрузки в болтах от их затягивания дей­ ствует растягивающая сила F'зат, обеспечивающая герметичность стыка.

4

F'зат

Fр

				D	F
	Fр			р
	F'зат
				Рис. 1.3
Расчетной для болта является общая сила
	F	рас	=F	+F ́=F		[ν(1-χ)+ χ],
			р	зат	р
где ν= 2- коэффициент затяжки; χ- коэффициент внешней нагрузки,
учитывающий­	податливость деталей, который зависит от их материа-
ла.

Диаметр d1 болта, обеспечивающий прочность и герметичность со­ единения, определяется по уравнению (1.1).

ЗАДАНИЕ HA ЗАДАЧУ № 1

1. Определить размер болтов для соединения пластины с корпусом (рис.1.2) при следующих данных: внешняя нагрузка F; число болтов Z; коэффициент­ трения в стыке f; число стыков i=1. Значения исходных дан­ных приведены в табл. 1.3.

Таблица 1.3

	Вариант задания	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
	F, кН	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
	Z	3	3	4	3	5	5	4	6	6	8
	f	0,15	0,2	0,25	0,3	0,15	0,25	0,3	0,2	0,15	0,2
	Марка стали	СтЗ	10	20	30	35	СтЗ	10	20	30	35
	болта
	Вариант задания	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
	F, кН	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24
	Z	8	6	10	8	8	6	10	8	6	6
	f	0,25	0,3	0,15	0,2	0,25	0,3	0,15	0,20	0,25	0,3
	Марка стали	СтЗ	10	20	30	35	СтЗ	10	20	30	35
	болта

5

Последовательность расчета:

1.1.Вычертить эскиз соединения.

1.2.Определить нагрузку на один болт (в Ньютонах).

1.3.Определить требуемую силу затяжки болта (в Ньютонах).

1.4.Определить требуемый диаметр опасного сечения d1 (в милли­

метрах).

1.5.Выбрать болт со стандартной резьбой по табл. 1.1 (ближайший

красчетному, обеспечивающий прочность).

2. Определить размер болтов для соединения крышки с сосудом для сжатого газа (рис.1.3) при следующих данных: давление в сосуде р; диаметр горловины сосуда D; число болтов Z; между крышкой и корпусом имеется неметаллическая прокладка с коэффициентом внешней нагрузки χ = 0,5. Значения исходных данных приведены в табл.1.4.

Таблица 1.4

	Вариант задания			1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
	Р, МПа (	ɇ	)	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	0,2
		ɦɦ2
	D, мм			300	250	200	150	120	140	100	80	90	200
	Z			8	6	6	4	4	4	4	6	4	6
	Марка стали			10	Ст3	20	Ст3	35	35	35Х	45Г	38ХА	Ст3
	болта
	Вариант задания			11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
	Р, МПа (	ɇ	)	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	0,2	0,3
		ɦɦ2
	D, мм			180	160	150	140	120	100	90	100	200	240
	Z			6	4	4	4	6	6	4	4	6	6
	Марка стали			10	20	30	45Г	35	35Х	45Г	38ХА	10	45Г
	болта

Последовательность расчета: 2.1. Вычертить эскиз сосуда.

2.2. Определить внешнюю нагрузку (в Ньютонах).

2.3. Определить рабочую нагрузку на каждый болт (в Ньютонах). 2.4. Определить расчетную силу нагружения болта (в Ньютонах). 2.1. Определить требуемый диаметр опасного сечения болта d1 (в

миллиметрах).

2.5. Выбрать болт со стандартной резьбой.

6

ЗАДАЧА 2. РАСЧЕТ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ОДНОКОВШОВОГО ЭКСКАВАТОРА

Техническая производительность машины Пт определяется макси­ мальным количеством продукции, получаемой за один час в данных конкретных­ условиях при непрерывной работе. Эксплуатационная производительность­ машины Пэ меньше технической, так как при ее определении учитываются квалификация исполнителей, задержки и перерывы в работе­ .

Для одноковшового экскаватора техническая производительность,

м3/ч, ɉɬ = 60 qn Kɇ , KɊ

где q - емкость ковша, м3; n - число циклов в минуту; Кн - коэффициент наполнения ковша; Кр - коэффициент разрыхления грунта.

Эксплуатационная производительность, м3/ч,

ɉɗ = 60 qn Kɇ KɁ Kȼ Kɍ, KɊ

где К3- коэффициент забоя; Кв - коэффициент использования рабочего времени; Ку - коэффициент качества управления.

ЗАДАНИЕ HA ЗАДАЧУ № 2

1.Рассчитать техническую и эксплуатационную производительности экскаватора по данным, приведенным в табл. 2.1, для рабочего оборудования­ в вариантах: «прямая лопата» и «обратная лопата».

2.Сделатьвыводобэффективностивариантоврабочегооборудова­

ния.

Технические характеристики экскаваторов приведены в табл. 2.2, средние значения расчетных параметров - в табл. 2.3.

7

Таблица 2.1

Вари-	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
ант
Экска-	ЭО-	ЭО-	ЭО-	ЭО-	ЭО-	ЭО-	ЭО-	ЭО-	ЭО-	ЭО-
ватор	3311	3211	3332	5111	4121	6111	5122	4221	5122A	3311
Грунт	Лег-	Гли-	Скаль-	Лег-	Гли-	Скаль-	Лег-	Гли-	Скаль-	Гли-
	кий	ни-	ный	кий	ни-	ный	кий	ни-	ный	ни-
		стый			стый			стый		стый
Угол
пово-
рота	180º	135º	90º	180º	135º	90º	180º	135º	90º	90º
на вы-
грузку
α
Вы-
грузка
грунта:
ОТ -	ОТ	ТР	ОТ	ТР	ОТ	ТР	ОТ	ТР	ОТ	ТР
отвал,
ТР -
транс-
порт
Вари-	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
ант
Экска-	ЭО-	ЭО-	ЭО-	ЭО-	ЭО-	ЭО-	ЭО-	ЭО-	ЭО-	ЭО-
ватор	3211	3332	5111	4121	6111	5122	4121	5122А	3311	3332
Грунт	Лег-	Гли-	Скаль-	Лег-	Гли-	Скаль-	Лег-	Гли-	Скаль-	Лег-
	кий	ни-	ный	кий	ни-	ный	кий	ни-	ный	кий
		стый			стый			стый
Угол
пово-
рота	180º	135º	90º	180º	135º	90º	180º	135º	90º	180º
на вы-
грузку
α
Вы-
грузка
грунта:
ОТ -	ОТ	ТР	ОТ	ТР	ОТ	ТР	ОТ	ТР	ОТ	ТР
отвал,
ТР -
транс-
порт

8

Таблица 2.2

	Экскаватор	ЭО-	ЭО-	ЭО-	ЭО-	ЭО-	ЭО-	ЭО-	ЭО-	ЭО-
		3311	3211	3332	5111	4121	6111	5122	4221	5122A
	Основное ра-
	бочее оборудо-	ПР	ОБ	ОБ	ПР	ОБ	ПР	ОБ	ОБ	ОБ
	вание - лопата:	(ОБ)	(ПР)	(ПР)	(ОБ)	(ПР)	(ОБ)	(ПР)	(ПР)	(ПР)
	ПР - прямая,
	ОБ - обратная
	Емкость ковша,	0,4	0,4	0,5	1,0	1,0	2,5	1,6	1,0	2,0
	м3
	Привод: М - ме-	М	М	Г	М	Г	М	Г	Г	Г
	ханический, Г -
	гидравлический
	Масса, т	12,4	13,1	12,7	34,2	23,0	41,5	36,1	24,0	37,0
	Мощность дви-	37	37	59	79	96	110	125	96	125
	гателя, кВт
	Ход:
	Гус - гусенич-	П	Гус	П	Гус	Гус	Гус	Гус	Гус	Гус
	ный, П - пнев-
	моколесный

Примечания.

1.В скобках указан вариант рабочего оборудования для сравнительной оценки эффективности машин.

2.Данные о массе, мощности и о ходовой части машин приведены

для сведения.

Таблица 2.3

Коэффи-		n		КН	КР		КЗ		КВ		КУ
циенты
Условия	ПР		ОБ	-	-	α=180º	α=135º	α=90º	ОТ	ТР	М	Г
Песчаные	4		2,8	0,9	1,15	0,8	0,9	1	0,9	0,8	0,88	0,96
и легкие
грунты
Глинистые	3		2,1	0,8	1,25	0,8	0,9	1	0,9	0,8	0,88	0,96
грунты
Скальные
породы	2		1,6	0,55	1,4	0,8	0,9	1	0,9	0,8	0,88	0,96
взорван-
ные

Примечание. В таблице обозначено: ПР и ОБ - прямая и обратная лопаты соответственно; α - угол поворота на выгрузку в забое; ОТ и ТР -выгрузкагрунтавотваливтранспортсоответственно;МиГ-приводра­ бочего оборудования механический и гидравлический соответственно.

9

ЗАДАЧА 3. ТЯГОВЫЙ РАСЧЕТ БУЛЬДОЗЕРА

Движение машины возможно, если выполняются условия:

1.Сила тяги движителей (колес или гусениц) FT должна быть не меньше суммы всех сопротивлений движению FΣ, т.е. FТ ≥ FΣ. Иначе дви­ гатель заглохнет.

2.Сила тяги не должна превышать силу сцепления движителей с

дорогой FСЦ, т.е. FТ ≤ FСЦ.

Второе условие означает, что сила тяги может быть ограничена по сцеплению с дорогой, иначе машина будет пробуксовывать. Силы, действующие­ на бульдозер при резании и перемещении грунта, указаны на рис. 3.1.

F
T	F
	СЦ	F
	β
		4

Рис. 3.1

F3	Н
φ
F2
δ F1	h

α

B

Полное сопротивление движению бульдозера, кН,

FΣ = F1 +F2 +F3 +F4.

Сила F1 - это сопротивление грунта резанию, кН,

F1 =В sinα hкрез 103, (3.1)

где В - длина отвала, м (табл. 3.1); α - угол поворота отвала в плане, град. (табл. 3.1); h - толщина, срезаемого слоя грунта, м; крез - удельное сопротивление­ грунта резанию, МПа (табл. 3.3).

Сила F2 - это сопротивление волочению призмы грунта впереди от­ вала, кН,

10