Опорно-поворотный круг грузоподъемной машины

 

Изобретение относится к грузоподъемным машинам, в частности к опорно-поворотным кругам крановJ экскаваторов и других машин. Цель - повышение надежности опорно-поворотного круга, снижение металлоемкости и трудоемкости крепления. Для этого шаг крепежных элементов подвижной обой мы от продольной оси поворотной pai-M к поперечной выполнен увеличивающимся и определен по формуле. Постоянный шаг крепления неподвижной обоймы связан с минимальным шагом крепления подвижной обоймы определенной зависимостью. Для равнопрочности элементов крепления подвижной обоймы к поворотной раме с элементами крепления неподвижной обоймы к ходовой раме необходимо обеспечить равенство объемов частей эпюр напряжений, приходящихся на один крепежный элемент неподвижной обоймы, имеющий наименьшую площадку стыка. 5 ил. § (Л

СООЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) S< (1и (5i) 4 Е 02 Г 9 2

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИД=ТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4083351/29-,03 (22) 13. 05 ° 86 (46) 23. 09.88. Бюл. У 35 (71) Челябинский механический завод им. 60-летия Октября (72) Г.И.Гудис И.А.Торопов, Н.В.Гудис и В.М.Власов (53) 621.879.34(088.8) (56) Опоры поворотные роликовые од. норядные с зубьями внутреннего зацепления. ОСТ 22-1401-79.

Чертеж У 631.09.00.000.01 Челябин" ского механического завода, Инв.

Ф 49431, 1985. (54) ОПОРНО-ПОВОРОТНЫЙ КРУГ ГРУЗОПОДЪЕМНОЙ МАШИНЫ (57) Изобретение относится к грузоподъемным машинам, в частности к опор. но-поворотным кругам кранов1 экскаваторов и других машин. Цель - повышение надежности опорно-поворотного круга, снижение металлоемкости и трудоемкости крепления, Для этого шаг крепежных элементов подвижной обой мы от продольной оси поворотной рамы к поперечной выполнен увеличивающимся и определен по формуле. Постоянный шаг крепления неподвижной обоймы связан с минимальным шагом крепления подвижной обоймы определенной зависимостью. Для равнопрочности элементов крепления подвижной обоймы к поворотной раме с элементами крепления-неподвижной обоймы к ходовой раме необходимо обеспечить равенФ ство объемов частей эпюр напряжений, приходящихся на один крепежный элемент неподвижной обоймы имеющий на- . именьшую площадку стыка. 5 ил.

1425282

Изобретение относится к грузоподьемным машинам, в частности к опорноповоротным кругам кранов, экскаваторов и других машин, имеющих поворотную часть °

Цель изобретения - повышение надежности опорно-поворотного круга, снижение металлоемкости и трудоемкости крепления. 10

На фиг, 1 показан опорно-поворотный круг; на фиг, 2 — сечение А-А на фиг. 1 на фиг. 3 — эпюра напряжений от внешней нагрузки на площади стыка подвижной обоймы с рамой при ! различных направлениях опрокидывающего момента на фиг. 4 — разбивка пло, щади развертки внешней боковой поверхности объемной эпюры напряжений для, случая с четным количеством крепежных 20, элементов; на фиг.. 5 — разбивка площа:,ди развертки в ешней боковой поверх,.ности объемной ..>пюры напряжений для ! ! . случая с нечетным количеством крепеж ных элементов. 25

Опорно-поворотный круг содержит, две кольцевые обоймы: подвижную обойму 1, закрепленную крепежными элементами 2 на поворотной раме 3 „и неподвижную обойму 4, закрепленную крепежньпи элементами 5 на ходовой раме б. Обоймы 1 и 4 образуют кольцевую полость, в которой размещены тела

7 качения.

Подвижная обойма 1 испытывает ме1 стное нагружение, передаваемое крепежными элементами 2, обусловленное внешней нагрузкой на опорно-поворотный круг, опрокидывающим моментом М и осевой силой Q. Если опрокидывающий момент положителен (например, пр .. действии максимального груза на стре-ле), то внешняя нагрузка оказывает отрывающее действие на те крепежные элементы 2, которые расположены по

Ц 1 одну сторону от поперечной оси 8 по-. воротной рамы, а если опрокидывающий момент отрицателен (например, при отсутствии груза на стреле), то внешнял нагрузка оказывает отрывающее действие на крепежные элементы 2, расположенные с противоположной " ãîðîíû подвижной обойьгы 1 относительно поперечной оси 8.

Крепежные элементы 2 на полови. е

9 подвижной обоймы 1 установлены в сo.„.) 5 ответствии с эпюрой 10 внешней на-" грузки на пбдвижную обойму 1 с переменным шагом, постоянно увеличиваю" щнмся от продольной оси 11 поворотной рамы 3 к поперечной оси 8 таким образом, что величины шагов представляют собой строго возрастающую числовую последовательность. Крепежные элементы 2 на половине 12 подвижной обоймы 1 также установлены с постоянно увеличивающися шагом, однако величины этих шагов отличны от величин шагов на половине 9, так как установка крепежных элементов на половине

12 выполнена в соответствии с эпюрой 13 внешней нагрузки, Иеподвижная обойма 4 и крепежные элементы 5 испытывают циркуляционное нагружение, так как воспринимаемая подвижной обоймой нагрузка перемещается относительно неподвижной обоймы 1. Поэтому крепежные элементы 5 установлены равномерно по окружности на неподвижной обойме 4.

Для определения шага расстановки элементов крепления на подвижной обойме из условия . их равнонагруженности рассматривается объемная эпюра напряжений от внешних нагрузок (опрокидывающего момента М и осевого усилия О) по площади стыка,, уплотняе" мого элементами крепления (фиг.3) .

Объемная эпюра имеет основание

14 на площади стыка, внешнюю и внут- . реннюю боковые поверхности 15 и 16 (цилиндрические поверхности диаметрами D =- 2К и d = 2r соответственно)

У верхнюю плоскость 17, секущую цилиндрические поверхности 15 и 16 под углом d к плоскости опорно-поворотного круга.

Численное значение объема эпюры

10 соответствует усилию, раскрывающему стык, уплотняемый крепежными элементами 2. Задача равномерного распределения усилия между отдельными крепежными элементами сводится к разбивке обьема эпюры на части равной величины. Численные значения объемов каждой из частей должны соответствовать усилию на отдельный крепежный элемент, уплотняющий соовтетствующую площадку стыка.

Часть эпкры 10, расположенная выше плоскости опорно-поворотного кру а, т.е. эпюра отрывающих нагрузок, делится на части равной величины плос" костями„ проходящими через центр опорнс-поворотного круга перпендикулярно его плоскости. Полученные тела

1425282 (например, тело ABCDA,Â,Ñ,Ï, на фиг. 3) считаются призмами с высотами, равными разнице наибольшего и наименьшего радиусов окружностей, огра5 ничивающих площади стыка R-r (величина АВ на фиг. 3), и основаниями, расположенными на внешней боковой поверхности эпюры (криволинейная трапеция ВВ,СС, (фиг. 3). Так как высоты 10 всех призм равны между собой, разбивка объема эпюры на призмы равных объемов сводится к разбивке внешней боковой поверхности 15 на криволиней ные трапеции, имеющие равные площади. 15

Развертка внешней боковой поверхности 15 эпюры на плоскость изображена на фиг, 4 и 5.

Количество площадок, на которое разбивается боковая поверхность эпю- 20 ры, соответствует количеству крепежных.элементов Z которое получается

I J при округлении до большего целого

I числа- Z

f(y) BB, LBtgeL, ССq.+OE

Сдо = — — ——

М Я стк

Я

SI где M где S — площадь криволинейной трапе-! ции, на которые разбита боковая поверхностью эпюры, определяется из величины объема призмы, численное значение которого соответвует максимально допустимому усилию

P на крепежный элемент: стк

OE усилия, OE

Рст к

P.

R — r

S - площадь боковой поверхности

15 эпюры 10 вычисляется с помощью определенного интеграла 45 . от функции f (у), ограничивающей эту площадь сверху:

Чк

s = г j r

LB = КВ-KL-, KL OFj

OE

50 OF --— --— ---= = — — Я вЂ” - -;

tg oL Рстк К е Отскда:

S(R-r)

С учетом этого Z

f (у), ограничивающей боковую поверхность эпюры сверху. Для этого выражается текущее значение ординаты ВВ через центральный угол ср опорно-поворотного круга, определяющий положе ние текущей ординаты: где ь — угол наклона верхней плоскости !7 к плоскости опорно-поворотного круга, где СС вЂ” величина максимального наt пряжения, действующего в направлении раскрытия. стыка, определяется как разность нормальных напряжений от действия опрокидывающего момента и осевой силы момент сопротивления площади стыка площадь стыка, величина осевого смещения верхней плоскости 17, обусловленная наличием осевого м» «g

M F F M

ЯХЬ Л25. з ==== °

К э

КВ = R-совiд

LB = RcosytgeC

f (у) =ВВ, =(Rcos g — — - — -) tgC

F «<

1425282

М сов Ч)- - стк стк

Так как

Я с

) Тогда

S — — если 7. четное

° p

1 S — - если Z нечетное

2 Z"

) 30

OF

cos

OWR — - -ч ) стк

О WR О)т

Так как

ОМ

Ц)к arccoa — --—

Гс „М

Я с то

Я () етк

ОИ ." - -агссов — " — -) . стк

Fc „М

С учетом (1) И

R(- — s in ц) — - - у ) т

" tgg. R сов с - - - — - R cos(gМ стк

Таким образом, ураенение кривой, ограничивающей боковую поверхность эпюры сверху, имеет вид

Е(у) * †-coвЧ) — - W Fe к а площадь S боковой поверхности 15 эпюры 10 равна

А»

S 2 j (— -cos g — - -) dl, М

w стк (де dl R-dg, де dq - элементарное приращение . центральнрго угла опорноповоротного круга.

Ф(М

2К (- — совЦ вЂ” - -) dc) 4 2R(- — sing — - - ср)

W F (И

» 2R(-- axn) » - - -q ), Ы Г „к

Вычисляется с1) (фиг, 3):

С учетом выражения для ц„получается:

М W

В R(†-sinarccos- -««--—

W F M

IIo количеству площадок Z,на которое разбивается боковая поверхность эпюры, выбирается схема разбивки: схема, изображенная на фиг. 4, если

Е четное число, и схема, изображенная на фиг. 5, если Z нечетное число.

Для определения угловой координаты Ц„ границы площадки, уплотняемой и-м крепежным элементом, записываются выражения для определения площадей криволейных трапеций:

Ц, М р, ((- — cos (p - - -) d <у ,} W ст к о

М О

R(- — вing — - -p)

5 о

М

R(— -sin Q — - - ).

W 5„„

S если Е четное

1 У

13

2Z если Z нечетное

) М то R(— -sin(g - - -g,) стк

Ч»

М

$ К (cosg )dy

W Fcr» о

И О

R(===sin(f - - - Ч) )

W Fcc» с1, к(s in (f ь Ц)с) R(a in/ñ

М . Я М а стк W

R(— -sing, — - -Ц,) — К(ainq, M М стк

1425282

М

R(si ë, . ц ) если Z четное

1 $

2-- если Z нечетное

2 Ев

Я У (2) 15

М

R(— -sing — - Су )

W Р„„

Я(). стк

Так как

S з з п если Z четное;

С учетом (2) S

R(- sing — - -g )

М

"ст к

R(sin(f, -Ц )

М стх

t„ = А r (qÄ вЂ” ср„,), 2, если Z четное;

1

3 S — если Z нечетное

2 Z

У

Ц

s =R J (— -cos(g- - -)dq=

М

W Fс к z

М О

R(81п — - - g)

Чх

М . О М

R(81пс - -(g ) — R(sing

1д з F W то

R(— -sing - - tg,) сто

М ° 0 S

R(sing g ) R(вЫ<у - - -q,)—

W стк

2, если Z четное;

z

3 S — если Z нечетное

2 Z

3 — — если Z четное

Z

5 $ если Z нечетное.

Таким образом, имеем: если Z четное;

1 S если 7. нечетное, 2 Z

2 —.— если Z четное

У

3 S если Z нечетное

2 Z

М

R(- †si — — -ц )

3 — — если Z четное

Ф

5 $ если 2 нечетное

2 Z

S п если Z четное

2п-1 S если Z нечетное.

2 Z

25 где n — порядковый номер крепежного элемента от продольной оси поворотной платформы к поперечной, 30 R- „„„-Rî „-N 0

9 сто гдето=

2п-1

35 если Z нечетное

2 У

Таким образом, получено трансцендентное уравнение, которое не приводится к алгебраическому.Так как такие уравнения не имеют решений в общем

40 виде, ц>„ может быть получено одним из приближенных методов, например методом итераций. Решение для случая нагружения опорно-поворотного круга грузоподъемной машины опрокидывающим

45 моментом и осевой силой показывает, что значения.(р„ представляют собой строго возрастающую числовую последовательность.

Шаг установки ° крепежных элементов

50 на подвижной обойме определяют по формуле

Для обеспечения равнопрочности элементов крепления подвижной обоймы к поворотной раме с элементами крепления неподвижной обоймы к ходовой

1О

1425282

S(R-r ) Z — — — 76

P э т

25 е: (R-r) (— ——

М

1 W т ж-r )(—-М н H н

Я )

Я ) сткя

R — — 4537 кг/см:

М

Э

- - = 853 кг/см, "р атк — 819 5 кг/см.

S у I раме необходимо обеспечить равенство объемов частей эпюр напряжений, приходящихся на один крепежный элемент нЕподвижной обоймы имеющей наименьЭ

5 ею площадку стыка.

Объем части эпюры напряжений,приодящийся на первый крепежный элемент сдвижной обоймы

V = (R-r)(— - — - -).

М и

"ст к!

Объем части эпюры напряжений, приодящийся на один крепежный элемент 15 одвижной обоймы

Ч„- t(R„-г„) (— — — - -)

М стк

Исходя из условия V V„, опредеим постоянный шаг t установки кре- . ежных элементов на неподвижной обойПример . Определим величины агов установки крепежных элементов а половине 9 подвижной обоймы 1 порно-поворотного круга (ОПК) крана

ДЭК-251 для случая максимального на ружения по предлагаемой методике, Исходные данные для расчета: опрокидывающий момент М = 124371 кгм, осевая нагрузка О = 48 105 кг; наибольший и наименьший диаметры площа40 ди стыка соответственно 0 = 2К =

w 208,8 см и = 2r =. 190 см, предельно допустимая осевая нагрузка на болт

30 Р 8100 кг.

Я

Определим площадь стыка F„„è моМент сопротивления площади стьпса W:

F (R2-r ) n = 5888 см

CTk ) с14

W *= 0 1D (1- --g) 286172 см .

Определим центральный угол ОПК, ограничивающий половину отрывающей части эпюры 10$„: 55 (Щ о („ш атссоа- — — = 79,16

F Ä ° М

Определим площадь боковой поверхности 15 эпюры 10:

S = 2R(- — sing„- - -q ) 6556 кг/см.

М стк

Определим количество крепежных элементов 7., округлив до большего целого Z

Так как Z — четное число,то в уравлении (;„- Р- г „- N — — - 0 поэтому уравнение примет вид:

R- — sining — -"- „— - n-— -- - = О. стк

Определим коэффициент этого уравнения:

Уравнение примет вид:

453 7sin g„-853 („-n 819,5 О.

Придавая п значения от 1 до 4 и решая уравнение методом итерации, по. лучим угловые координаты границ площадокт уплотняемых данными болтами

q, =12 54 ; q, = 26 42 ; ср 43 6 ;

Цг = 79 12 .

Болты с 5-ro по 8-й расположены симметрично болтам с 1-го по 4-й соответственно относительно продольной оси;

Аналогично определим величины шагов установки крепежных элементов на второй половине 12 подвижной обоймы

1 для случая отсутствия рабочей на1425282

Zц = 26 шт.

30 гЯ - A rö ((4 (4 ), 40

3 Рчц

Z = — - — -=253

1 ° грузки (опрокидывающий момент от противовеса) .

При этом в исходных данных изменяются величины опрокидывающего момента M=36588 кг/и и осевой нагрузки

23105 кг. В результате расчета получим: 22 шт. cP, = М„72 Об .

По угловым координатам границ площадок, уплотняемых данными болтами, определим шаги (дуговые) установки болтов: А = 1, т.к. Z — чегное, r

97 ° 5 см, Г1 7 (Рь Рк в )

С помощью этой формулы получим:

t, - 21,9 см; е = 23,5см; г.

27,9 см; t4 = 61,4 см.

На второй половине обоймы t

134,8 см.

Определим расстояние (дуговые) от продольной оси до первого болта и между болтами:

11 см от продольной оси

01 до пер вог о болта, + 2 22,7 см между гг

1-м и 2-м болтами, — + — = 25 7 см между

t2 t3

2 2

2-м и 3-м болтами, + -2- 44,7 См между

3-м и 4-м болтами.

На второй половине обоймы Гщ

67 4 см от продольной оси

tI

1 до болта.

Определим дуговой шаг расстановки болтов на неподвижной обойме опор" но-поворотного круга:

М

t (R-r) (- — — - -) стк

tm

М (R„-г„) (— — — - -)

Мц Р,„„

Исходные данные: наибольший и наименьший радиусы площади стыка соответственно Кн 112 см, г„ = 105,5 см площадь стыка F „„ =:4441 см,момент сопротивления площади стыка М<

239068 см, диаметр осей болтов

D 218,4 см, t = 27,1 см.

Определим количество болтов на не" подвижной обойме, округлив до больI шего целого Z„:

Таким образом, на половине 9 подвижной обоймы 1 8 болтов, на половине 12 подвижной обоймы 1-2 болта, на неподвижной обойме 26 болтон. Всего крепление ОПК составляют 36 болтов.

Формула изобретения Опорно-поворотный круг грузоподьемной машины, содержащий подвижную обойму, связанную с рамой крепежными элементами, расположенными по окружности с шагом разной величины, и неподвижную обойму, взаимодействующую через тела качения с подвижной обоймой и связанную с ходовой рамой кре20 пежньми элементами, расположенными по окружности с постоянным шагом, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью снижения металлоемкости и трудоемкости крепления, а также повышения надежности опорно-поворотного круга, шаг крепежных элементов подвижной обоймы от продольной оси поворотной рамы к поперечной выполнен увеличивающимся и определен по формуле где r — радиус окружности, на кото4 рой расположены центры крепежных элементов, — угловая координата границы площадки, уплотняемой п-м крепежным элементом, определяется нз зависимости

R(sing — R- - q — N — — = 0

М и

v " г " z стк радиус внешней окружности, ограничивающей площадь стыка на подвижной обойме опрокидывающий момент, действующий на опорно-поворотный круг; момент сопротивления площади стыка, уплотняемого крепежными элементами подвижной обоймы; осевая нагрузка на опорноповоротный круг; площадь внешней боковой поверхности объемной эпюры напряжений от внешних нагрузок на площадь стыка определяется по формуле

1425282

А=

S(2R-d)

2Р где и где R è r„

W и

F стк Н м 0W

S®2R(— "sinarccos- — --—

W оч — - - arccos — — -); стк стк

Z - число крепежных элементов, округленное до большего целого: — внутренний диаметр окружности, ограничивающей площадь стыка на подвижной обойме, - предельно допустимая осевая нагрузка на крепежный элемент, — величина, зависящая от порядкового номера и крепежного элемента при нуМерации от продольной оси поворотной рамы к поперечной п если Z четное число, Ф

2п-1 если Z нечетное число, 30

A — коэффициент, зависящий от номера крепежного элемента и количества крепежных элементов

2, если Z нечетное и и 1;

1 во всех остальных случаях, а постоянный шаг t крепления неподвижной обоймы связан с минимальным шагом,, крепления подвижной обоймы следующей зависимостью1

t (R- ) (— — — - -)

М

Fcт

t сто (R -r )(— — - — -) н H

Wg стк и соответственно наибольший и наименьший радиусы окружностей, ограничивающих площадь стыка, уплотняемого крепежными элементамн на неподвижной обойMP q момент сопротивления площади стыка неподвижной обоймы, площадь стыка неподвижной обоймы.

1425282

1425282

Составитель H.Òóëåíèíîâ

Редактор A.Ворович Техред М. Ходанич Корректор Л.Пилипенко

Заказ 4745/27

Тираж 637 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4