2. Тематика курсовой работы
Курсовую работу выполняют по одной из следующих расчетных схем металлоконструкций строительных и дорожных машин:
схема 1 – стрела рабочего оборудования экскаватора прямая лопата;
схема 2 – однобалочная рукоять рабочего оборудования экскаватора прямая лопата;
схема 3 – стрела и рукоять рабочего оборудования экскаватора обратная лопата;
схема 4 – рама бульдозера с неповоротным отвалом;
схема 5 – основная рама автогрейдера.
3. Указания к выполнению курсовой работы
Расчет на прочность элементов металлоконструкции ведут по действующим нагрузкам [1, 4, 6]: силе тяжести конструкции, сопротивлению грунта копанию, силе тяжести поднимаемого груза или другому технологическому сопротивлению; усилиям в элементах механизмов управления (гидроцилиндрах, канатах и т.д.); реакциям, условно отброшенным при расчете частей машины: силам инерции. Во время рабочего процесса машины эти нагрузки могут неблагоприятно сочетаться при воздействии на металлоконструкцию. Поэтому предварительно выясняют, в каких положениях и при каких условиях работы металлоконструкции машина может испытывать наибольшие нагрузки, т.е. намечают расчетные положения и расчетные условия на основании анализа общей схемы, действующих сил и характера их изменения во время работы. Такой анализ и выбор расчетных положений производится при изучении дисциплины «Машины для земляных работ» и др. В курсовой работе задаются расчетные схемы в соответствии с расчетными положениями.
Сила
тяжести определяется по аналогии с
существующими конструкциями (в курсовой
работе сила тяжести задана). Сопротивление
грунта копанию рассчитывается по
формулам спецкурса, и в курсовой работе
оно задано. Реакция связей и усилия в
гидроцилиндрах и канатах подлежат
определению. Динамический характер
нагрузок учитывают введением коэффициента
динамичности
.
Для
изготовления металлических конструкций
строительных и дорожных машин применяются
прокатные углеродистые и низколегированные
стали. Предел текучести применяемых
сталей не должен превышать
450
МПа, т.к. стали с более высоким
чувствительны к концентрации напряжений,
имеют пониженную усталостную прочность
и возможно их разупрочение в зоне
термического влияния у сварных швов.
Наиболее широкое применение получила
стали 09Г2С, 10ХСНД и 15ХСНД как хорошо
сваривающиеся, достаточно прочностные
350 МПа и пластичные –
20 %. Сталь поставляется в виде проката:
листового – сталь толстолистовая (
4
мм), широкополосная и полосовая;
профильного – сталь угловая, швеллеры,
Рис.1. Расчётное сечение |
балки двутавровые, трубы стальные бесшовные, сварные стальные трубы и гнутые профили.
Напряженное
состояние определяют в точках сечений,
которые даются на расчетной схеме,
при этом следует иметь в виду следующее.
Если в заданном сечении (рис. 1) действует
изгибающий момент в вертикальной
плоскости
|
,
который растягивает верхнюю полку и
сжимает нижнюю; изгибающий момент в
горизонтальной плоскости
,
который растягивает правую стенку
сечения и сжимает левую; сжимающее
усилие
;
скручивающий момент
;
поперечная сила
,
действующая вдоль
оси
X
– X
сечения, и поперечная сила
,
действующая вдоль оси Y
– Y
сечения, то напряжения в рассматриваемой
точке сечения определяют с учетом знака
по следующим зависимостям:
нормальное напряжение в точке 1
;
(1)
нормальное напряжение в точке 2
;
(2)
нормальное напряжение в точке 3
;
(3)
нормальное напряжение в точке 4
;
(4)
касательные
напряжения в точках 1, 2 от скручивающего
момента
не учитываются, а от поперечных сил
равны нулю;
касательное напряжение в точке 3
;
(5)
касательное напряжение в точке 4
,
(6)
где
–
расстояние от осей сечения
и
до рассматриваемой точки;
–
моменты инерции сечения относительно
осей
и
;
–
площадь сечения;
–
площадь, охватываемая средней линией
замкнутого профиля сечения;
–
толщина стенки или полки в рассматриваемом
сечении;
–
статический момент сопротивления
сдвигающей части сечения относительно
нейтральной оси соответственно
и
;
если усилие
растягивающее, то знак перед выражением
в формулах (1) – (4) изменяют на
противоположный.
Приведенное напряженное состояние:
в точке 3
;
(7)
в точке 4
.
(8)
Запас прочности по пределу текучести определяют для точки сечения, в которой приведенное напряжение максимальное. Если в рассматриваемом сечении какое-либо внутреннее усилие не действует или им пренебрегают ввиду его малости, то соответствующий компонент напряженного состояния равен нулю и формулы для расчета упрощаются.
При сложной геометрической форме сечения предварительно находят центр тяжести сечения, а затем рассчитывают геометрические характеристики сечения по формулам дисциплины «Сопротивление материалов».
Недостающие размеры (плечи сил, углы и т.д.) рассчитывают аналитически или определяют графически путем измерения на расчетной схеме, вычерченной в масштабе в положении, соответствующем заданию.
При конструировании металлоконструкции выбирают типы сварных швов, которые обозначают в соответствии с ГОСТ 2.312-72, выдержки из которого приведены в учебном пособии [2].