Совершенствование сварных металлоконструкций гидравлических экскаваторов на стадиях расчета, конструирования и изготовления

• Автор: Рябов, Артем Вячеславович
• Шифр специальности: 05.05.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 139 с. : ил.

1. АНАЛИЗ, СОСТОЯНИИЕ ВОПРОСА
1.1 Обзор работ по нагруженности и методов расчета металлоконструкций строительных машин
1.2. Методы исследования долговечности при случайном режиме нагружения
1.3. Выводы по главе
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НАГРУЖЕННОСТИ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ЭКСКАВАТОРА В УСЛОВИЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ И ЕЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ С ПОМОЩЬЮ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
2.1 Гидравлические экскаваторы объединения Витаг (Польша)
2.2. Экспериментально-теоретические исследования нагруженности экскаватора
2.2.1. Объект исследования, время и место исследования
2.2.2. Исследовательская аппаратура
2.2.3. Вид зарегистрированных операций
2.2.4. Продолжительность регистрации
2.2.5. Размещение тензодатчиков и установка на ходовой раме
измерительной системы
2.2.6. Измерения
2.2.7. Анализ нагруженности ходовой рамы
2.3. Моделирование нагруженности несущей металлоконструкции экскаватора
2.4. Анализ нагруженности ходовой рамы и поворотной платформы экскаватора
III размерной группы на пневмоколесном ходу в условиях эксплуатации
2.5. Способы моделирования и анализа нагруженности рабочего оборудования экскаватора в зоне копания
2.6. Выводы по главе
3. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ ОТДЕЛЬНЫХ ЭТАПОВ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ
ГИДРАВЛИЧЕСКИХ ЭКСКАВАТОРОВ
3.1. Определение напряженного состояния металлоконструкции
экскаватора оборудованного скользящей тележкой
3.2.Напряженное состояние проушины рабочего оборудования экскаватора
3.2.1. Объект численного анализа
3.3.2. Результаты расчета напряжений и деформаций проушины
3.3.Метод расчета на усталостную долговечность металлоконструкций одноковшовых гидравлических экскаваторов
3.4. Анализ ошибок и сходимость решения по методу конечных элементов
3.5. Выводы по главе
4. РЕЗУЛЬТАТЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ НЕСУЩИХ УЗЛОВ И СВАРНЫХ
СОЕДИНЕНИЙ ДЛЯ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ
ЭКСКАВАТОРОВ
4.1. Жесткость центральной части ходовой рамы экскаватора
4.2.Влияние геометрических параметров ходовой рамы экскаватора на её
жесткость и напряженное состояние
4.3. Совершенствование сварных узлов строительных машин
4.4. Влияние способа сварки на напряженное состояние тавровых
соединений ходовой рамы одноковшового экскаватора
4.5. Влияние геометрии сварного соединения проушины
на напряженное состояние
4.6. Оптимизация несущих конструкций и сварных соединений при их
расчетах методом конечных элементов
4.7. Выводы по главе
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Одной из основных задач совершенствования сварных металлоконструкций гидравлических экскаваторов (МКГЭ) является снижение их металлоемкости и, в частности, уменьшение наплавленного металла при одновременном повышении надежности.
Перенасыщенность отечественных сварных МКГЭ как основным, так и наплавленным металлом, в сравнении с зарубежными аналогами ставит эту проблему в ряд актуальных. Кроме того, сокращение объема наплавленного металла в сварных металлоконструкциях является крупным резервом снижения энерго- и трудоемкости, снижает уровень остаточных сварочных напряжений и деформаций, что ведет к повышению долговечности. Расчет и совершенствование МКГЭ на любой стадии ее создания принадлежат к числу важных научных проблем, а их решение остается одним из актуальных направлений исследований. По данному направлению выполнено значительное количество фундаментальных исследований в области общего машиностроения и очевидны определенные успехи в отрасли строительного и дорожного машиностроения.
Для повышения надежности конструкций, важной задачей является разработка методов расчета и проектирования конструкций, которые, отвечая всем предъявленным к ним функциональным требованиям, были бы наиболее экономичными по стоимости материалоемкости и, кроме того, отличались высокой надежностью в течение планируемого срока их эксплуатации. Снижение материалоемкости конструкций достигается благодаря применению материалов повышенной прочности, использованию методов оптимального проектирования и современных технологий изготовления.

Рис.2.43. Конечноэлементная стержневая модель экскаватора 4011 ВКАУАЬ (I - ходовая рама; II - поворотная платформа; III - передвижная тележка; IV -стрела - основная секция; V - стрела - верхняя секция; VI - рукоять; VII - ковш; 81, 82 - 83, 84, 85, 86 - гидроцилиндры тележки, основной секции стрелы, стяжка верхней секции, гидроцилиндры рукояти и ковша соответственно).
Предварительный анализ напряжений в стреле и рукояти, проведенный для различных конфигурации оборудования при разных направлениях усилия резания показал, что существуют положения ковша, при которых нагруженность рабочего оборудования максимальна. Одно из таких положений обнаружено на глубине равной 0,7 максимальной глубины копания. В таблице 2.1 приведены результаты расчета нагрузок в соединениях узлов при различных конфигурациях рабочего оборудования. Учтены ограничения по статической устойчивости машины и по допустимым усилиям в гидроцилиндре перемещения тележки и в гидроцилиндрах поворотов стрелы, рукояти и ковша. Направление усилия сопротивления копанию арк принималось равным 0°, 90° и 180°. На рис.2.44 приведены максимальные для данной конфигурации значения изгибающих моментов в стреле и рукояти (М1, М2 в кНм), нормальных и поперечных усилий в шарнирах Е, О, Т (1Уе, Те, Тф Ы,, Т, в кН) и сопротивления копанию (Рк в кН). Там же, в скобках, указано какое ограничение «сработало» в расчете данной величины. Ограничения по устойчивости относительно точек А и В обозначены ЯА и Яв, а по допустимым усилиям в гидроцилиндрах тележки, стрелы, рукояти и