Расчет ковша драглайна
Конструкция ковша драглайна представляет собой специфическую оболочку, у которой отсутствуют передняя и верхняя стенки. При проектировании ковш рассматривается совместно с аркой, которая является его неотъемлемой частью и воспринимает значительные нагрузки. Особое внимание уделяется козырьку, закрепленному на днище: его, как правило, делают более массивным и прочным по сравнению с боковыми стенками для противодействия ударным и абразивным воздействиям. Для повышения износостойкости днище оснащается продольными ребрами жесткости, которые защищают его от преждевременного истирания при контакте с грунтом.
Ключевыми нагрузками, вызывающими деформацию стенок ковша, являются усилия, передаваемые через тяговые цепи. Для расчетов используются составляющие этих сил, направленные перпендикулярно к боковым поверхностям ковша, так как именно они создают максимальное изгибающее воздействие.
Расчет стрелы драглайна
Основной нагрузкой при расчете стрелы является сила в подъемном канате. В качестве расчетного значения принимается так называемая стопорная сила двигателя подъемного механизма, умноженная на коэффициент динамичности. Величина этого коэффициента зависит от типа привода, длины стрелы и вместимости ковша.
Анализ проводится для двух критических положений рабочего оборудования:
- Ковш у пяты стрелы в момент отрыва от забоя. В этом положении подъемный канат расположен почти параллельно оси стрелы, что создает максимальные сжимающие усилия.
- Ковш у головы стрелы. В этом случае, хотя осевая нагрузка может быть меньше, существенно возрастают инерционные нагрузки от поворота платформы с ускорением, а также изгибающие моменты.
Расчет решетчатых стрел включает в себя определение усилий в поясах и элементах решетки. Сечения поясов дополнительно проверяются на устойчивость при продольно-поперечном изгибе в двух плоскостях — вертикальной и горизонтальной. В крестовых решетках, являющихся статически неопределимыми системами, в расчетах обычно учитываются только элементы, работающие на растяжение, так как сжатые стержни могут терять устойчивость.
Для жестких трехгранных стрел расчет заключается в определении усилий в поясах и элементах решетки как горизонтальной, так и наклонных ферм, составляющих конструкцию.
Расчет вантовых стрел имеет свою специфику. Сначала определяются необходимые силы натяжения боковых вант. Эти силы задаются с запасом и должны превышать нагрузки, возникающие при повороте экскаватора и максимальных прогибах стрелы в горизонтальной плоскости. Силы в вертикальной вантовой ферме подбираются таким образом, чтобы обеспечить прямолинейность балки жесткости при максимальных эксплуатационных нагрузках с учетом уже заданного натяжения боковых вант.
Общая устойчивость сжатой стрелы, подверженной колебаниям, проверяется при максимальных амплитудах колебаний в обеих плоскостях.
Особенности расчета многоковшовых экскаваторов
Эксплуатационный опыт показывает, что нагрузки на узлы многоковшовых экскаваторов носят ярко выраженный циклический, колебательный характер. В отличие от одноковшовых машин, динамические нагрузки здесь возникают не только в переходных режимах (пуск, торможение), но и в процессе установившейся работы. Это связано с периодическим изменением сопротивления грунта копанию и риском возникновения резонансных явлений из-за высокой податливости длинных элементов рабочего оборудования (консолей, подвесок, стрел).
Общие принципы расчета металлоконструкций экскаваторов
Многообразие и неопределенность условий работы экскаваторов требуют особого подхода к определению силовых факторов. За расчетные нагрузки принимаются максимальные значения с учетом стопорных моментов двигателей и динамических коэффициентов. Также тщательно прорабатываются все возможные варианты приложения и сочетания этих нагрузок.
Выбор расчетной схемы зависит от конструктивного решения экскаватора и степени статической неопределимости его узлов. Если часть конструкции является статически определимой, общую систему часто разбивают на две независимые расчетные схемы для упрощения анализа.
Особую сложность представляют граничные условия, связанные с опиранием ходового оборудования на грунт. Неоднородность грунта делает эти условия неопределенными. Поэтому в расчетах выбираются такие граничные условия, которые приводят к наибольшим напряжениям в проверяемом узле, что обеспечивает запас прочности.
Перед выполнением комплексного расчета всей несущей системы с учетом совместной работы всех элементов, часто целесообразно провести предварительный анализ каждого узла в отдельности, рассматривая его как статически определимый или условно пренебрегая существующей статической неопределимостью. Это служит хорошей первоначальной оценкой.
Современное проектирование опирается на мощные программные комплексы, позволяющие проводить статический и динамический анализ с учетом множества сложных факторов: геометрической и физической нелинейности материалов, явлений ползучести и пластичности, усталостной долговечности, собственных колебаний, общей устойчивости конструкций, контактных задач и термоупругих деформаций.