Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Аналитический обзор

1.1 Характеристика предприятия

1.2 Характеристика участка. Обоснование выбранного проекта

1.3 Литературный обзор и патентное исследование

1.4 Выводы по разделу «Аналитический обзор»

2. Расчетная часть

2.1 Выбор оборудования

2.2 Проектирование траверсы

2.3 Усиление металлоконструкции крана

3. Расчет методом конечных элементов

3.1 Основные положения метода конечных элементов

3.2 Реализация МКЭ в системах инженерного анализа

3.3 Расчет траверсы МКЭ

3.4 Анализ полученных результатов

4. Экономическая часть

4.1 Расчет капитальных вложений при проектировании нового оборудования

4.2 Расчет затрат на эксплуатацию оборудования

4.3 Расчет стоимости силовой энергии

4.4 Расчет фонда заработной платы

4.5 Расчет прибыли

4.6 Определение экономической эффективности проектных разработок

5. Безопасность жизнедеятельности

5.1 Общие требования безопасности при работе электромостового крана

5.2 Требования безопасности при производстве ремонтных работ

5.3 Анализ опасных и вредных производственных факторов при работе электромостового крана

5.4 Расчет искусственного освещения

5.5 Электробезопасность мостового крана

5.6 Пожарная безопасность

5.7 Анализ и оценка возможных аварийных ситуаций

5.8 Выводы по разделу «Безопасность жизнедеятельности»

Заключение

Список литературы

Введение

Поточные технологические линии, межцеховой и внутрицеховой транспорт, погрузочно-разгрузочные операции органически связаны с применением разнообразных подъемно-транспортных машин и механизмов, обеспечивающих непрерывность и ритмичность производственных процессов. Использование подъемно-транспортных машин во многом определяет эффективность производства, а уровень механизации технологического процесса -степень совершенства и производительность предприятия. Присовременнойинтенсивностипроизводстванельзяобеспечитьегоустойчивыйритмбезсогласованнойибезотказнойработысредстватранспортированиясырья, полуфабрикатов, готовой продукции на всех стадиях обработки и складирования.

Цель настоящего проекта состоит в переводе электромостового крана №14558 в режим работы с электромагнитом на грузоподъемность 8,0 тонн и разработкой траверсы.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1) провести аналитический обзор научно-технической литературы, патентной информации по вопросу различных грузозахватных устройств и приспособлений для перемещения длинномерных ферромагнитных грузов;

2) разработать грузоподъемную траверсу, выбрать необходимое оборудование;

3) усилить кронштейн проходной галереи крана для установки грузостраховочного оборудования и шкафов управления;

4) выполнить расчет траверсы в САПР SolidworksSimulation;

5) в экономической части проекта дать экономическое обоснование принятым техническим решениям;

6) в разделе безопасность жизнедеятельности разработать мероприятия по обеспечению безопасной эксплуатации спроектированного оборудования.

В заключении дать краткую характеристику полученных результатов по каждому пункту.

I. Аналитический обзор

1.1 Характеристика предприятия

ЧерМК ПАО «Северсталь» - один из крупнейших интегрированных заводов по производству стали в мире. Основные виды выпускаемой предприятием продукции - это арматура, катанка, круг, уголок, швеллер, шестигранник, судовая сталь, сталь для мостостроения, строительства зданий и сооружений, сталь для сосудов, работающих под давлением, электротехническая сталь, оцинкованная сталь, оцинкованная сталь с полимерным покрытием, автолист, гнутые профили, двухслойная плакированная сталь, трубная заготовка.

Череповецкий металлургический комбинат включает восемь видов производств: агломерационное, коксохимическое, доменное, сталеплавильное, горячекатаного плоского проката, холоднокатаного проката, сортопрокатное и трубное. Технологическая схема комбината представлена на рис. 1.

Все производства объедены в следующие комплексы:

1. Комплекс производства чугуна включает в себя коксохимическое, агломерационное и доменное производство.

2. Сталеплавильный комплекс включает в себя конверторное производство и электросталеплавильный цех.

3. Комплекс производства горячего проката включает в себя листопрокатный цех №1, листопрокатный цех №2, листопрокатный цех трубопрокатного производства, цех гнутых профилей.

4. Комплекс производства холодного проката включает в себя цех травления металла, цех прокатки и отжига, цех отделки металла, цех покрытия металла №1, цех покрытий металла №2, участок полимерных покрытий металла.

5. Комплекс трубного производства в который входят трубопрофильный завод ЗАО «Северсталь ТПЗ-Шексна» - новое предприятие по производству стальных замкнутых сварных профилей, а также производственные мощности цеха гнутых профилей.

Рис. 1. Технологическая схема комбината.

1.2 Характеристика участка. Обоснование выбранного проекта

Участок упаковки и отгрузки потребителю, готовой продукции, расположен в строительной пристройке к цеху гнутых профилей, бывший склад. Участок обеспечивает перегрузку, упаковку и отправку потребителю груза, идущего из ЛПЦ-2 через ЦГП-1 железнодорожным транспортом.

Для осуществления, выше указанных работ, на участке (в пролете Е-Ж ПГП, ЦГП-1) работает электромостовой кран № 14558 характеристики которого представлены в таблице 1, а также требования и параметры перемещаемых грузов.

Таблица 1 - Перечень основных данных и требований.

№ п/п	Основные данные и требования	Содержание
1	2	3
1	Основные технико-экономические показатели объекта	Характеристики электромостового крана: Режим работы крана -тяжелый. Грузоподъемность крана - 15 т (7,5+7,5). Высота подъема - 10 м. Высота подъема траверсы - 5,45 м. Скорость подъема - 20 м/мин. Скорость передвижения моста - 120 м/мин. Скорость передвижения тележки - 60 м/мин. Пролет крана - 28 м. База крана - 7,5 м. База тележки - 1,68 м. Высота крана от уровня головки рельса - 2,325 м. Расстояние между крайними точками буферов в направлении движения крана - 9,29 м. Расстояние по вертикали от головки рельса до центра буфера крана - 1,14 м. Полный вес крана - 45,5 т. Давление колеса крана на рельс - 260 кН. Тип передачи -зубчатая. Диаметр барабана - 512 мм. Диаметр блока полиспаста - 500 мм. Диаметр уравнительных блоков - 500 мм. Число ветвей полиспаста - 4+4. Диаметр каната - 16,5 мм. Длина каната - 2*77 м.
2	Требования к технологии, режиму предприятия	Эксплуатация крана -круглосуточно. Основной объем выполняемой работы краном: транспортировка пачек вкрытыеп/вагоны, т.е. сукрывнойкрышкойнап/вагоне 3200*6000 мм, массой 2400 кг; перемещениепачекметаллавесомот 0,5 до 8 т; толщина листов в пачках от 1,2 до 16 мм; ширина пачки от 1000 до 1500 мм; длина пачки от 2000 до 6000 мм (основная масса отгрузки до 3200 мм); высота пачек от 20 до 40 мм; температура металла не более 50 град.С
3	Требования к составу оборудования	- ремонтопригодность; - максимальная совместимость с существующим оборудованием; - траверса размер не более 6000 мм; - высота траверсы вместе с грузозахватным устройством должна быть минимальной; - высота п/вагонов от головки рельса до верхней точки 3840-3900 мм.
4	Необходимость защиты от внешних влияний.	Исключить отказы в работе оборудования при кратковременном перерыве в электропитании, вызванном кратковременным отсутствием контакта токосъемников с главными питающими троллеям крана.

Кран работает с грузоподъемной траверсой, груз располагается на обвязках, строповку груза осуществляет стропольщик. В ходе рабочего дня кран осуществляет следующие операции: разгрузка металла из вагонов на стеллажи, для упаковки в пачки; погрузка пачек металла на железнодорожный и автомобильный транспорт для отправки потребителю.

В ходе эксплуатации крана, не предназначенного для работы с длинномерными ферро-магнитными грузами, инженерными работниками цеха были выявлены ряд проблем, а именно:

- падение груза, в виду обрыва обвязок из-за истирания их острыми кромками листового металла;

- во время погрузки-выгрузки пачек листового проката происходит деформация листа;

- низкая производительность, использование ручного труда (стропальщика).

- работа с металлопрокатом и грузоподъемными машинами создает опасные производственные факторы, такие как движущиеся части механизмов, острые кромки металла, что усиливает риск получения травмы.

Анализируя данные проблемы, можно сделать вывод об необходимости изменения грузозахватного устройства.

1.3 Литературный обзор и патентное исследование

Проведем обзор научных трудов посвященных решению проблем, описанных в разделе 1.2. Литературный обзор включает в себя проработку научных статей из журналов и сборников научных трудов.Результаты поиска представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Научно-техническая документация, отобранная для последующего анализа.

Предмет поиска	Наименование источника и краткое описание	Вид публикации	Выходные данные
1	2	3	4
Грузозахватное устройство для перемещения ферромагнитных и длинномерных грузов	Современные технологии использования грузозахватных устройств. Рассмотрены основные виды современных грузозахватных устройств, их принцип работы и основные достоинства и недостатки.	Журнал «Вестник тульского государственного университета»	№12/2013, с. 78-80 Рус.
Грузозахватное устройство для перемещения длинномерных грузов	Самые популярные стропы. Приведено описание различных видов стропов, необходимые требования, характеристики, их применение, способы выбраковки. Рекомендации к применениям.	Журнал «Основные средства»	№6/2004, с. 8-14
Грузоподъемное устройство для перемещения ферромагнитных грузов	Выбор грузоподъемного электромагнита. Даны советы по выбору электромагнита, рассказывается о всех параметрах оборудования, а также о «подводных камнях», которые могут ожидать при эксплуатации.	Журнал «MetalRussia»	№10/2012, с. 10-13
Грузоподъемный электромагнит	Фавориты среди грузоподъемного оборудования. Рассматривается навесное грузозахватное оборудование. Отмечено что для подъема и перемещения металла лучше подойдут грузоподъемный электромагнит. Описаны преимущества при погрузке и разгрузке.	Журнал «Промышленные страницы Сибири»	№9/2011, с. 22-24

Статья «Выбор грузоподъемного электромагнита» посвящена проблеме выбора грузоподъемных электромагнитов, оценке их основных параметров.

Автор статьи пишет, что грузоподъемные электромагниты удобный и производительный механизм, так как для строповки груза не нужен подсобный рабочий, всеми операциями управляет крановщик и обеспечивается большая безопасность в работе. В статье рассматриваются различные варианты электромагнитов, предлагаемые рынком, описывается их конструкция, параметры и назначение, что помогает определиться с выбором. Также положительным моментом является то, что автор пишет о факторах, влияющих на грузоподъемность электромагнита: воздушный зазор между полюсами магнита и грузом, температура перемещаемого груза, характер груза.

В статье выявлена и раскрыта проблема нагрева катушки во время работы, описываются пути её решения, а именно сильное оребрение корпуса.

Отдельного внимания заслуживает рассмотрение системы управления магнитом. Даётся полное описание и характеристика специальных систем управления, которые позволяют контролировать параметры нагрузки (обрыв кабеля, межвитковое замыкание в катушке электромагнита), звуковую сигнализацию возникновения аварийных ситуаций.

Данная статья выполнена на высоком научном уровне, содержит ряд выводов, представляющих практический интерес.

В статье «Современные технологии использования грузозахватных устройств» рассмотрены современные виды грузозахватных устройств, проведена их классификация, выявлены основные достоинства и недостатки.

Автором проделана работа по сравнению технологий, построена аналитическая диаграмма, анализировав которую он приходит к выводу, что: поддерживающие устройства самые простые в эксплуатации их стоимость самая низкая, но самая медленная скорость захвата; спредерные устройства самые дорогие, высокая сложность эксплуатации; зажимные устройства -неограниченная грузоподъемность, невысокая цена оборудования, надежные и долговечные; зачерпывающие-неограниченная грузоподъемность, высокая долговечность и надежность; электромагниты-высокая стоимость, высокая сложность эксплуатации, большая грузоподъемность, максимальная скорость захвата; вакуумные грузозахватные устройства -низкая грузоподъемность, невысокая долговечность.

Важным является то, что в статье затронута проблема переноса длинномерного металлопроката: листов, труб различного диаметра, кругов, квадратов, сортового проката. Автором предлагается несколько путей решения данной проблемы одна из них траверса, оснащенная электромагнитами, так называемая электромагнитная траверса, отмечены её достоинства и недостатки, а также некоторые другие вопросы, а именно:

1. Во время погрузки-выгрузки пачек листового проката в вагон при помощи строп не всегда обеспечивается целостность листов (возможна необратимая деформация листов). При работе электромагнитной траверсой не возникает прогиб листа, приводящий к необратимой деформации.

2. При переносе листов, лежащих «навалом», электромагнитами можно захватить пачку металла общей толщиной 50-60 мм.

3. Безопасность работ при переносе горячего металла (t до 500 °С).

4. Перенос нескольких заготовок круглого или квадратного сечения за один подъем.

5. Отсутствие стропальщика.

Данная статья имеет высокую практическую значимость, так как новые технологии, проанализированные в этой работе не отражены в доступной учебной и нормативной литературе. Их применение позволило бы сократить сроки выполнения работ, повысить безопасность работ, а также автоматизировать процесс, что уменьшит материальные затраты.

Проведем патентное исследование. Целью патентных исследований является определение достигнутого технического уровня и тенденций развития вида техники по предмету поиска грузозахватное устройство для перемещения ферромагнитных материалов, листового металла.

В процессе поиска были найдены несколько авторских свидетельств, патентов, касающиеся грузозахватных устройств. Патентный поиск проведён по нескольким развитым странам: России, Великобритании, США, Франции, Германии и другим.

Ретроспективность поиска - 37 лет. Результаты представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Патентная документация, отобранная для последующего анализа

Предмет исследования	Страна, вид, № документа, дата, классификационный индекс	Заявитель, наименование организации, фирмы, № свидетельства	Краткое описание технического решения
1	2	3	4
Грузоподъемный электромагнит	Россия, патент, №2255893, 17.11.2003, B66C 1/06	Общество с ограниченной ответственностью «ДимАл», Трегубов Д.А, №2003133348	Грузоподъемный электромагнит, содержащий магнитопровод с внутренним и наружным полюсами, катушку управления, выполненную из изолированного провода, защитную шайбу и заливочную массу, отличающийся тем, что катушка управления состоит из первой и второй катушек, причем первая катушка размещена вблизи наружного полюса магнитопровода и выполнена так, что в ней обеспечивается большая плотность тока, чем во второй катушке, а вторая катушка размещена вдоль внутреннего полюса магнитопровода.
Грузоподъемный электромагнит	Россия, патент, №2111160, 20.05.1998, B66C 1/06	Красноперова Р. А, Федорова В. И	Изобретение относится к электротехнике, а именно грузозахватным устройствам и может быть использовано для захвата и удержания ферромагнитных материалов и деталей из них. Грузозахватный магнит, содержащий магнитопровод с внутренним и наружным полюсами, катушку управления, защитную шайбу и заливочную массу, отличающийся тем, что катушка управления выполнена в виде кольца с фланцем.
Круглый грузоподъемный электромагнит	Россия, патент, 27.03.2003, № 2243142, B66C 1/06	Елецкий государственный университет им. И.А. Бунина, № 2003108542	Круглый грузоподъемный электромагнит, состоящий из стального корпуса с центральным сквозным отверстием и электромагнитной катушки, последовательно подключенной к источнику переменного тока грузоподъемной машины, отличающийся тем, что в центральном сквозном отверстии стального корпуса подвижно размещена пружина сжатия, верхняя часть которой жестко закреплена на валу электродвигателя, установленного на корпусе, а нижняя также жестко соединена с цапфой стального диска, на поверхности которого, обращенной к корпусу, выполнены углубления, а в них с возможностью углового поворота расположены секторальной формы плоские ножи, связанные пружинами растяжения с упомянутой цапфой стального диска.
Эксцентриковый захват для листового материала	СССР, патент, №673587, 15.07.79, В66С 1/48	В.М. Виноградов, В.Е. Шинтьяков, №2521034/29-11	Эксцентриковый захват для листового материала, содержащий скобу с опорной поверхностью и поворотный эксцентрик с прижимной поверхностью, отличающийся тем, что, с целью увеличения диапазона захватываемых материалов по толщине, скоба снабжена несколькими, например, двумя опорными поверхностями, причем разность расстояний от оси поворота эксцентрика до опорных поверхностей меньше разности между векторами эксцентрика.
Электромагнитная траверса	Россия, патент, 06.07.2010, № 2437825, B66C 1/06	ЗАО «Конструкторско-технологическое бюро "Технорос», Крюков И.В, № 2010127889/11	Изобретение относится к подъемно-транспортному машиностроению, в частности к грузозахватным устройствам, конструктивно приспособленным для использования с крановыми механизмами для подъема, опускания или перемещения штучных грузов из ферромагнитных материалов. Электромагнитная траверса с грузостраховочным приспособлением содержит несущую продольную балку с установленными на ней электромагнитами.
Грузоподъемный магнит	США, патент, 05.12.2013, WO2013179126, В66С 1/66	MAGSWITCH TECHNOLOGY INC. [US/US]; 8774 Yates Drive Suite 140 Westminster, CO 80031 (US), MORTON, David; (US).	Задачей предлагаемой полезной модели является перемещение грузов из ферромагнитных сплавов исключая какие-либо дополнительные источники питания. Поставленная задача решается магнитным устройством (грузозахватом), представляющем собой конструкцию из блоков постоянных магнитнитов, часть магнитных блоков которого, выполнена подвижными для изменения вектора магнитного поля, за счет чего происходит отключение магнитного поля. Грузозахват имеет несколько полюсов работающих как единое целое, что дает возможность достичь максимального соотношения грузоподъемности изделия к собственной массе. Переключение полюсов, всех роторов в положение вкл. и выкл. происходит рукояткой через передаточный механизм.
Съёмное грузозахватное приспособление	Россия, патент, №2336218, 30.01.2007, В66С 1/12	Леухин Н.Н.	Изобретение относится к области погрузо-разгрузочных работ, а конкретно к съемным грузозахватным приспособлениям грузоподъемных машин. Строп состоит из звена и трех захватов, соединенных со звеном тремя гибкими ветвями, причем длина двух ветвей «с» зависит от длины пакета из длинномерных гибких грузов «в» и «>» длины третьей ветви «а». Достигается более высокая надежность погрузо-разгрузочных работ с длинно-мерными гибкими грузами.
Грузостраховочное приспособление для электромагнитной траверсы	Россия, патент, №2293055, 10.02.2007, B66C 1/04	Braun Manfred (DE), Daniel Schneider (DE), 2005121245/11	Электромагнитная траверса для перегрузки допускающих возможность их подъема под действием магнитного притяжения заготовок из железа, либо стали, или иных магнитных материалов, имеющая по меньшей мере одну продольную балку с по меньшей мере одним расположенным на ней электромагнитом в качестве грузозахватного приспособления, отличающаяся тем, что на продольной балке и/или сбоку от нее расположена по меньшей мере одна подвижная вдоль ее продольной оси каретка грузостраховочного приспособления с по меньшей мере одним установленным на ней механизмом лебедочного типа для разматывания, соответственно сматывания страховочного стропа и тем самым для его ослабления, соответственно натяжения.

В патенте (РФ N 2111160, В 66 С 1/06, 20.05.98) приведена конструкция грузоподъемного устройства, а именно электромагнита для захвата и удержания ферромагнитных материалов и деталей из них (рис. 2).

Отличающаяся тем, что катушка электромагнита выполнена в виде кольца с фланцем и делится на две условные части - основную и фланцевую (которая, кроме всего прочего, отклоняет магнитное поле к наружному полюсу). Данное решение позволяет увеличить глубину проникновения электромагнитного поля за счет повышения индукции в рабочем зазоре. Увеличенная площадь поверхности катушки улучшает теплоотдачу, позволяя повысить ПВ (продолжительность включения) или обеспечить работу на горячем грузе.

Рис. 2. Общий вид грузозахватного электромагнита:

1 - магнитопровод; 2 - основная часть катушки; 3 - фланцевая часть катушки; 4 - заливочная масса; 5 - защитная шайба.

Недостатком данной конструкции является сравнительно небольшая грузоподъемность для сыпучих грузов, таких как скрап, стружка, чушки. Это вызвано концентрацией магнитного потока по внутреннему полюсу в результате того, что здесь расположено наибольшее число витков катушки. В то же время магнитный поток по наружному полюсу значительно слабее, из-за чего поднимаемый скрап стремится к внутреннему полюсу, где площадь магнитного взаимодействия небольшая. Кроме того, в связи с тем, что наибольшее число витков катушки расположено у внутреннего полюса, очень сильно ухудшаются условия теплоотвода, из-за чего происходит неравномерный нагрев катушки, требующий продолжительных пауз между включениями электромагнита для выравнивания температуры катушки. Катушка управления данного электромагнита имеет сложную форму и нетехнологична. Для размещения такой катушки магнитопровод тоже должен иметь специальную конструкцию, что затрудняет его изготовление и не позволяет реализовать предложение в порядке модернизации электромагнита с обычной конструкцией магнитопровода при его ремонте.

В патенте (РФ N 2336218, В66 С 1/12, 30.01.2007) приведена конструкция съемного грузозахватного приспособления (стропа) для погрузочно-разгрузочных работа, подъема и перемещения длинномерных гибких грузов (рис. 3).

Рис. 3. Общий вид стропа Леухина Н.Н, с зацепленным длинномерным гибким грузом: 1 -звено; 2 -захват; 3, 4, 5 -гибкиеветви.

Отличающаяся тем, что длина двух ветвей зависит от длины пакета из длинномерных гибких грузов и длины третьей ветви. Ввиду того что захват длинномерного гибкого груза берется в трех точках, пакет с грузом становится более жестким и более надежно закрепленным.

Недостатком данной конструкции является то, что при значительной длине груза приходится увеличивать и длину стропов, чтобы не допустить изгиба консольных частей груза и увеличении усилий в ветвях из-за повышения угла между ними, при этом теряется высота подъема груза и возникает возможность его кручения.

В патенте (СССР N 673587, В66 С 1/48, 15.07.79) приведена конструкция эксцентрикового захвата для листового металла (рис. 4).



Рис. 4. Общий вид захвата для листового материала:

1 -эксцентрик; 2 -ось; 3 -лапа; 4 -опорныеступени; 5 -проушина.

Отличающаяся тем, что, с целью увеличения диапазона захватываемых материалов по толщине, скоба снабжена несколькими опорными поверхностями, разность расстояний от оси поворота эксцентрика до опорных поверхностей меньше разности между векторами эксцентрика. Выбор диапазона толщин зажимаемых листов производится путем подвода той или иной опорной ступени под лист перед его подъемом.

Недостатком данной конструкции является, то что при подъеме и транспортировке листов металла небольшой толщины создается нагрузка в плоскости контакта захвата с листом, которая может вызвать деформацию торцовой кромки листа. Также данный захват не позволяет перемещать листы металла уложенные друг на друга. При большой длине перемещаемых листов требуется несколько захватов, чтобы избежать провисания и деформации груза, что в свою очередь увеличивает время строповки.

В патенте (РФ N 2293055, В66 С 1/04, 10.02.2007) приведена конструкция электромагнитной траверсы с по меньшей мере одним расположенным на ней электромагнитом (рис. 5).

Отличающаяся тем, что на продольной балке и/или сбоку от нее расположена по меньшей мере одна подвижная вдоль ее продольной оси каретка грузостраховочного приспособления с по меньшей мере одним установленным на ней механизмом лебедочного типа для разматывания, соответственно сматывания страховочного стропа и тем самым для его ослабления, соответственно натяжения.

Рис. 5. Электромагнитная траверса с грузостраховочным приспособлением.

Недостатком данной конструкции является, то что грузостраховочное приспособление имеет сравнительно сложную конструкцию, при падении груза возможен разрез и разрыв стропы острой кромкой падающего груза. Также данный захват увеличивает габариты траверсы и исключают возможность применения траверсы в физически ограниченных, узких пространствах, при ограниченной высоте подъема. Отсутствует возможность автоматизированной работы, необходимость в ручной заводке стропа под поднимаемый груз.

1.4 Выводы по разделу «Аналитический обзор»

В результате анализа литературы и исследовании различных технических решений было установлено, что в настоящий момент для решения обозначенных нами проблем используется грузоподъемные магниты, установленные на траверсе с разнообразными грузостраховочными устройствами (стропами, механическими подхватами).

Применительно к данному случаю, использование представленных выше грузостраховочных устройств не представляется возможным, потому что работа происходит в стеснённых условиях (погрузка и разгрузка в вагоне), также не все грузостраховочные устройства обеспечивают безопасную работу.

Таким образом, в ходе проведённой научно-исследовательской работы, берутся во внимание патенты (РФ N 2293055, В66 С 1/04, 10.02.2007; РФ, патент, 06.07.2010, № 2437825, B66C 1/06) и научная статья«Современные технологии использования грузозахватных устройств» на основе которых, предлагается разработать траверсу с подвешенными на ней грузоподъемными магнитами для подъема и транспортировки, в полувагоны, ферромагнитных грузов.

Для обеспечения полной загрузки вагона реализуются три режима работы: работают два магнита справа, работают два магнита слева, работают три магнита. Для предотвращения падения груза, с учетом стесненных условий работы, в качестве грузостраховочного устройства используется аккумуляторный шкаф, благодаря чему при внезапном отключении электропитания груз удерживается в течении 30 минут, что достаточно для восстановления подачи электроэнергии и/или аварийном снятии груза. Тем самым, полученный проект ведет к частичному снижению экономических затрат на участке, повышению безопасности трудящихся и исключению ручного труда, т.е. полной механизации и автоматизации проводимых работ.

2. Расчетная часть

2.1 Выбор оборудования

грузоподъемный траверса электромостовой кран

Для перемещения ферромагнитных грузов в том числе пачек металла, будет использоваться следующее грузоподъемное оборудование (рис. 6): 1 -грузоподъемная траверса; 2 -кабельный барабан; 3 -грузоподъемный электромагнит.

Рис. 6. Грузоподъемное оборудование

Грузоподъёмные электромагниты применяются на кранах в качестве дистанционного грузозахватного приспособления для чугунных и стальных грузов любой формы: стальных болванок и листов, рельс, валов, металлолома, стружки и других, в том числе и горячих грузов с предельной температурой до 500°. Электромагнитные захваты представляют собой электромагниты с плоским якорем, обладающие большой силой притяжения. Электромагнитные захваты имеют круглую или прямоугольную форму.

Подбирая электромагнит, необходимо учесть характер грузов, с которыми предстоит работать крану, а также их геометрические размеры (табл. 4).

Таблица 4 - Характеристика транспортируемого груза

Наименование груза	Длина, мм	Ширина, мм	Масса, т	Температура, 0С
Пачка металла	2000…6000	1000…1500	0,5…8	до 50

Учитывая указанные выше характеристики выбираем электромагнит ДКМ-120-Л/М-У1 производства фирмы «ДимАл» со следующими характеристиками:

Таблица 5 - Характеристика электромагнита ДКМ-120-Л/М-У1.

Исполнение катушки	Медь
Ток, А	44
Мощность, кВт	9,7
Масса, кг	1600
Отрывное усилие, кг	27000
Температура переносимого груза, 0С	не более 100
Продолжительность включения, %	75
Грузоподъемность, кг	На слябе	13500
	На ломе плотностью 0,8 т/м3	350
	На ломе плотностью 1,6 т/м3	550
	На ломе плотностью 2,4 т/м3	830
	На чугунных чушках	800
	На стружке 15А	350

Геометрические характеристики ДКМ 120 Л/М-У1 (рис. 7) представлены в таблице 6.



Рис. 7. Схема магнита ДКМ-120-Л/М-У1.

Таблица 6 - Основные габаритные размеры ДКМ-120-Л/М-У1.

А, мм	В, мм	С, мм
1200	320	1300

Электрооборудование выбираем по справочнику завода изготовителя «ДимАл».

Управление грузоподъемными электромагнитами при питании от сети постоянного тока осуществляется при помощи шкафа управления типа ПНС-600. Преобразователь рассчитан на эксплуатацию при температуре воздуха от минус до плюс т относительной влажности не более 98%.

Данный преобразователь обеспечивает симметричное трехфазное потребление мощности. Преобразователь имеет защиту от коротких замыканий в нагрузке и между выходными клеммами и «землей», а также при обрыве кабеля нагрузки, плавную регулировку напряжения электромагнита, возможность сепарирования перемещаемых материалов. Возможное одновременное управление несколькими электромагнитами, суммарный ток которых не превышает 200 А.

Технические характеристики преобразователя напряжения (рис. 8) приведены в таблице 7.

Рис. 8. Схема ПНС-600.

Таблица 7 - Техническая характеристика ПНС-600.

Модель ПНС-600	Блок управления
Масса, кг	13
Габаритные и присоединительные размеры, мм	А	410
	В	360
	С	210
	D	385
	E	275
Технические данные	Питание	3-50 Гц, 380 В
	Выходное напряжение, В	220
	Выходной ток (max), А	200
	Режим работы (ПВ), %	75
	Время размагничивания, с	3

Для обеспечения необходимой безопасности работ, предотвращая аварийное отпускание груза, удерживаемого электромагнитом при пропадании сетевого напряжения (аварийный режим) выбираем источник бесперебойного питания ИБП-150, который комплектуется шкафом управления, аккумуляторным шкафом и выносным пультом (рис. 9 а, б, в).

Технические характеристики источника бесперебойного питания приведены в таблице 8.

Рис. 9. ИБП-150 и комплект оборудования.

Таблица 8 - Техническая характеристика ИБП-150

Модель	Масса, кг	Габаритные размеры, мм	Технические данные
		А	В	С	Питание	Вых. напр., В	Мин. время работы от батареи, мин
ИБП-150	Шкаф управления	100	600	1300	450	3x380В, 50 Гц	220	15
	Аккумуляторный шкаф	1350	1590	1525	650
	Выносной пулт	12	300	110	70



Рис. 10. Схема барабана ДКБ-П-5-63-12-У1.

Для токоподвода к электромагнитам используем пружинные кабельные барабаны, которые служат для надежной электрификации подвижного оборудования путем автоматической намотки гибкого кабеля за счет усилия пружин.

Пружинный привод состоит из спиральных пружин, изготовленных из пружинной стали высокого качества. В зависимости от условий и интенсивности эксплуатации пружины рассчитаны на большое число рабочих циклов.

Исходя из высоты подъема крана Н=10 м, а также из условия режимов работы электромагнитной траверсы (с тремя магнитами, с двумя магнитами справа, с двумя магнитами слева) выбираем два кабельный барабана ДКБ-П-5-63-12-У1 (рис. 10).

Техническая характеристика кабельного барабана представлена в таблице 9.

Таблица 9 - Техническая характеристика ДКБ-П-5-63-12-У1.

Наименование	Единицы измерения	Значение
Количество контактных колец	штук	5
Максимальный ток (одного кольца)	А	63
Канатоемкость (КГ 4x6+1x4.0), не менее	м	12
Масса, не более	кг	100

2.2 Проектирование траверсы

Электромагнитная траверса может работать в трех режимах (рис. 11 а, б, в): работают три магнита; работают два магнита справа; работают два магнита слева.

Траверса состоит из четырех листов: двух вертикальных -стенок и двухгоризонтальных - полок. Для придания конструкции жесткости, устанавливаются ребра жесткости и диафрагмы (рис. 12).

Рассмотрим первый случай -работа с тремя магнитами (рис. 11а).

Расчет траверсы производится по методике описанной в [9].

Определяем нагрузки, действующие на траверсу (рис. 13).



Рис. 11. Режимы работы электромагнитной траверсы:

а - работают три магнита; б - работают два магнита слева; в - работают два магнита справа.



Рис. 12. Конструкция сварной траверсы.

Рис. 13. Расчетная схема траверсы.

Нагрузку от массы траверсы принимаем как распределенную по её длине:

(1)

где: - масса траверсы, ориентировочно принимаем (по существующим аналогам), ;

- ускорение свободного падения, ;

- длина траверсы, .

.

Вес магнита:

(2)

где: - ускорение свободного падения, ;

- масса магнита, .

.

Нагрузка от навесного оборудования и перемещаемого груза:

(3)

где: - вес магнита, кН;

- номер нагрузки по расчетной схеме, ;

- нагрузка от веса перемещаемого груза, кН;

- динамическая нагрузка, кН.

Нагрузка от веса перемещаемого груза:

(4)

где: - масса поднимаемого груза, ;

- коэффициент перегрузки для режима работы А7 и грузоподъемности 15 т, [1];

- ускорение свободного падения, .

.

Вертикальная динамическая нагрузка. Она возникает при работе механизма подъема груза и действует на грузозахватный орган.

(5)

где: - масса поднимаемого груза, ;

- масса грузозахватного органа, ;

- динамический коэффициент, для скорости подъема , [1];

- ускорение свободного падения, ;

- корректирующий коэффициент (ограниченное увеличение нагрузки вследствие частичного притягивания груза к основанию), [1].

,

,

,

.

Для нахождения реакции в точке «В» составим уравнение моментов сил относительно точки «А».

,

.

Откуда

,

.

Аналогично определяем реакцию в точке «А», составив уравнение моментов сил относительно точки «В».

,

.

Откуда

,

.

Проверяем правильность определения реакций. Для этого составим уравнение равновесия, а именно сумму проекций сил на вертикальную ось «у»:

.

Тогда

,

.

Как видно из выражения выше сумма проекций сил на вертикальную ось равна нулю, следовательно, реакции найдены правильно.

Составим выражения для поперечных сил и изгибающих моментов по участкам:

Участок АС (рассматривается часть балки слева от сечения):

,

- является линейной функцией «» (эпюра-наклонная прямая).

,

.

,

- является квадратичной функцией «» (эпюра-парабола).

,

.



Рис. 14. Эпюры изгибающих моментов и поперечных сил (первый случай).

Участок СВ (рассматриваемая часть балки слева от сечения):

,

- является линейной функцией «» (эпюра-наклонная прямая).

,

.

,

- является квадратичной функцией «» (эпюра-парабола).

,

.

По полученным значениям строим эпюры поперечных сил и изгибающих моментов (рис. 14 б, в).

Рис. 15. Схема для определения максимальной массы перемещаемого груза на двух магнитах.

Рассмотрим второй случай -работасдвумямагнитамислева (рис. 11 б).

Определим максимальную массу груза, перемещаемого траверсой, с учетом того, что усилие в канате «RA», наиболее нагруженной стороны, механизма подъема не должно превышать 8 т (рис. 15).

Составим уравнение моментов сил относительно точки «В».

,

.

Откуда ,

где: - усилие в канате механизма подъема, ;

- вес магнита, ;

- расстояние между ветвями канатов, ;

- распределенная нагрузка, от массы траверсы, ;

- ускорение свободного падения, .

.

Принимаем - грузоподъемность траверсы на двух магнитах.

Определяем нагрузки, действующие на траверсу при работе двух магнитов (рис. 16).



Рис. 16. Расчетная схема траверсы - второй случай.

Нагрузка от веса перемещаемого груза:

(6)

где: - максимальная масса поднимаемого груза двумя магнитами, ;

- коэффициент перегрузки для режима работы А7 и грузоподъемности 15 т, [1];

- ускорение свободного падения, .

.

Вертикальная динамическая нагрузка:

(7)

где: - максимальная масса поднимаемого груза двумя магнитами, ;

- масса грузозахватного органа, ;

- динамический коэффициент, для скорости подъема , [1];

- ускорение свободного падения, ;

- корректирующий коэффициент (ограниченное увеличение нагрузки вследствие частичного притягивания груза к основанию), [1].

.

Нагрузка от навесного оборудования и перемещаемого груза:

(8)

где: - вес магнита, ;

- нагрузка от веса перемещаемого груза, ;

- динамическая нагрузка, ;

- ускорение свободного падения, .

.

Для нахождения реакции в точке «А» составим уравнение моментов сил относительно точки «В».

,

.

Откуда

,

.

Аналогично определяем реакцию в точке «В», составив уравнение моментов сил относительно точки «А».

,

.

Откуда

,

.

Проверяем правильность определения реакций. Для этого составим уравнение равновесия, а именно сумму проекций сил на вертикальную ось «у»:

.

Тогда

,

.

Как видно из выражения выше сумма проекций сил на вертикальную ось равна нулю, следовательно, реакции найдены правильно.

Составим выражения для поперечных сил и изгибающих моментов по участкам:

Участок АС (рассматривается часть балки слева от сечения):

,

- является линейной функцией «» (эпюра-наклонная прямая).

,

.

,

- является квадратичной функцией «» (эпюра-парабола).

,

.

Участок СВ (рассматриваемая часть балки слева от сечения):

,

- является линейной функцией «» (эпюра-наклонная прямая).

,

.

,

- является квадратичной функцией «» (эпюра-парабола).

,

.



Рис. 17. Эпюры изгибающих моментов и поперечных сил (второй случай).

По полученным значениям строим эпюры поперечных сил и изгибающих моментов (рис. 17 б, в).

Сравнивая эпюры (рис. 14 б, в) и (рис. 17 б, в) делаем вывод, что внутренние усилия, возникающие в траверсе больше во втором случае, когда работают два магнита, с грузом .

Дальнейший расчет ведем по второму случаю (рис. 17).

В соответствии с РД 24.090.52-90 выбираем материал из которого будет изготовлена металлоконструкция, сталь марки Ст3сп5 ГОСТ 14637-89 со следующими характеристиками:

- предел текучести;

- сопротивление временному разрыву.

- относительное удлинениедля толщины проката до 20 мм.

Определим геометрические характеристики сечения траверсы (рис. 18).

Условие прочности при изгибе:

(9)

где: - максимальный изгибающий момент в опасном сечении, ;

- момент сопротивления сечения, см3;

- коэффициент условий работы, ;

-расчетное сопротивление на изгиб, .



Рис. 18. Сечение траверсы.

Выразим из (2.9) требуемый момент сопротивления сечения:

,

.

Определяем минимальную высоту балки исходя из условия обеспечения её жесткости:

(10)

где: - длина траверсы, см;

- коэффициент зависящий от предельного прогиба, [9].

.

Находим оптимальную высоту траверсы, исходя из условия экономичного расхода стали:

(11)

где: - требуемый момент сопротивления сечения, см3;

- коэффициент для сварных балок постоянного сечения, [9];

- толщина стенки, см.

Толщина стенки, мм:

(12)

где: -величина L, подставляется в метрах.

.

Принимаем с учетом толщины листа по ГОСТу.

.

Толщина полки:

(13)

где: - толщина стенки, .

.

Из условия обеспечения местной устойчивости сжатого пояса для стали Ст3 расстояние между стенками:

(14)

где: - толщина полки, .

.

Из технологических соображений принимаем .

Ширина консольной части полки:

(15)

где: - толщина полки, .

.

Принимаем .

Находим фактический момент инерции траверсы, с учетом принятых размеров:

,

где: - момент инерции стенки, см4;

- момент инерции полки, см4.

Момент инерции стенки:

(16)

где: - толщина стенки, ;

- высота стенки, .

.

Момент инерции полки:

(17)

где: - толщина полки, ;

- высота стенки, ;

- ширина полки, .

.

.

Фактический момент сопротивления сечения:

(18)

где: - фактический момент инерции траверсы, ;

- высота траверсы, .

.

,

.

Из выражения выше можно сделать вывод, что прочность траверсы обеспечена.

Прочность сварных швов, соединяющих пояс со стенкой, проверяют по формуле:

(19)

где: - наибольшая поперечная сила в рассматриваемом сечении, ;

- статический момент пояса балки, относительно нейтральной оси, см3;

- толщина углового шва, ;

- коэффициент учитывающий глубину провара, ;

- расчетное сопротивление углового шва, ;

- момент инерции траверсы, ;

- коэффициент условий работы, .

Статический момент пояса балки, относительно нейтральной оси:

(20)

где: - площадь сечения полки, ;

- расстояние между центрами масс полок, .

.

.

.

Прочность шва обеспечена.

Рассчитаем проушину верхнего пояса траверсы (рис. 19).

Рис. 19. Схема проушины, верхний пояс (сжатый).

Проверяем проушину на растяжение в сечении «а-а».

(21)

где: - усилие, действующее на проушину, Н;

- площадь сечения проушины, мм2;

- расчетное сопротивление прокатной сталина растяжение, для стали Ст3 ;

- коэффициент условий работы,.

Усилие действующее на проушину:

,

где: - максимальная опорная реакция (второй случай), .

.

Площадь сечения проушины:

(22)

где: - ширина проушины в сечении, ;

- толщина проушины, ;

- диаметр отверстия, мм.

Подставив (22) в (21), выразим диаметр отверстия:

,

.

Проверяем проушину на срез в сечении, «в-в».

(23)

где: - усилие, действующее на проушину, Н;

- площадь среза, мм2;

- расчетное сопротивление прокатной сталисрезу, ;

- коэффициент условий работы,.

Площадь среза:

 (24)

где: - толщина проушины, ;

- расстояние от отверстия в проушине, до её кромки, мм.

Подставив (24) в (23), выразим расстояние от отверстия до кромки:

,

.

Проверяем проушину на смятие:

(25)

где: - усилие, действующее на проушину, Н;

- диаметр отверстия проушины, мм;

- расчетное сопротивление смятию, для стали Ст3 ;

- толщина проушины, ;

- коэффициент условий работы,.

Выразим из (25) диаметр отверстия проушины:

,

.

Проверим прочность сварного шва, соединяющего проушину с верхним поясом траверсы (рис. 20).



Рис. 20. Схема сварных швов проушины с верхним поясом траверсы.

Материал проушины и траверсы - сталь марки Ст3сп5 ГОСТ 14637-89.

Допускаемое напряжение среза при сварке, осуществляемой вручную электродами обыкновенного качества Э42:

(26)

где: - допускаемое напряжение растяжения для стали Ст3, МПа.

.

Условие прочности сварного соединения:

(27)

где: - усилие, действующее на проушину, Н;

- допускаемое напряжение среза, ;

- катет шва, из технологических соображений ;

- длина шва,.

.

Условие прочности соединения выполняется.

Найдем изгибающий момент в пальце, при опирании его на две проушины (рис. 21 б):

,

где: - опорная реакция, кН;

- расстояние между точками приложения сил, .

.

Рис. 21. Эпюра изгибающих моментов пальца.

Определяем минимальный момент сопротивления поперечного сечения пальца:

(28)

где: - максимальный изгибающий момент в опасном сечении, кН·см;

- коэффициент условий работы, ;

- расчетное сопротивление круглой прокатной стали 45 на изгиб, .

.

Подсчитываем диаметр пальца:

,

.

Для обеспечения центрирования каната рабочую зону пальца делаем криволинейной (рис. 22), тогда , .

Рис. 22. Схема пальца.

С учетом размеров пальца, диаметр отверстия проушины принимаем .

Расстояние от отверстия в проушине до её кромки примем .

Рассчитаем проушину нижнего пояса траверсы (рис. 23).

Проверку на растяжение проводим только для сечения «б-б», по наиболее опасному случаю, так как площадь поперечного сечения «а-а» меньше площади поперечного сечения «б-б», соответственно сечение «а-а» и будет опасным.

Рис. 23. Схема проушины, нижний пояс (растянутый).

Проверяем проушину на растяжение в сечении «а-а».

(29)

где: - усилие, действующее на проушину, Н;

- площадь сечения проушины, мм2;

- расчетное сопротивление прокатной сталина растяжение, для стали Ст3 ;

- коэффициент условий работы,.

Усилие действующее на проушину:

,

где: - нагрузка от навесного оборудования и перемещаемого груза, .

.

Площадь сечения проушины:

,

где: - ширина проушины в сечении, ;

- толщина проушины, ;

- диаметр отверстия, .

.

,

.

Условие прочности при растяжении выполняется.

Проверяем проушину на срез в сечении, «в-в».

(30)

где: - усилие, действующее на проушину, Н;

- площадь среза, мм2;

- расчетное сопротивление прокатной сталисрезу, ;

- коэффициент условий работы,.

Площадь среза:

(31)

где: - толщина проушины, ;

- расстояние от отверстия в проушине, до её кромки, мм.

Выразим расстояние от отверстия до кромки:

,

.

Из конструктивных соображений принимаем .

Проверяем проушину на смятие:

(32)

где: - усилие, действующее на проушину, Н;

- диаметр отверстия проушины, мм;

- расчетное сопротивление смятию, для стали Ст3 ;

- толщина проушины, ;

- коэффициент условий работы,.

,

.

Условие прочности при смятии выполнено.

Проверим прочность сварного шва, соединяющего проушину с нижним поясом траверсы.

Материал проушины и траверсы - сталь марки Ст3сп5.

Допускаемое напряжение среза при сварке, осуществляемой вручную электродами обыкновенного качества Э42:

,

где: - допускаемое напряжение растяжения для стали Ст3, МПа.

.

Условие прочности сварного соединения:

,

где: - усилие, действующее на проушину, Н;

- допускаемое напряжение среза, ;

- катет шва, из технологических соображений ;

- длина вертикального шва, .

.

Условие прочности соединения выполняется.

Расстояние между проушинами и их высота, выбраны из условия свободного захода крюка крана под палец.

2.3 Усиление металлоконструкции крана

Для предотвращения падения груза, при отключении электропитания, грузоподъемные магниты комплектуются шкафом с аккумуляторами.

Шкаф с аккумуляторами устанавливаем на крановые галереи (рис. 24). Ввиду значительной массы шкафа с аккумуляторами , необходимо проверить опорные кронштейны на прочность и при необходимости их усилить.

Рис. 24. Схема шкафа с аккумуляторами:

1 - главная балка крана; 2 - перильные ограждения; 3 - аккумуляторный шкаф; 4 - опорный кронштейн.

Проверим на прочность опорный кронштейн, расчетная схема которого представлена на рисунке 25.

Рис. 25. Расчетная схема кронштейна.

Нагрузка от силы инерции:

(33)

где: - масса шкафа с аккумуляторами, ;

- ускорение при пуске, .

.

Нагрузка от массы шкафа и рамы:

(34)

где: - ускорение свободного падения, ;

- масса рамы, ;

- масса шкафа с аккумуляторами, .

.

Нагрузка на проходную галерею от массы людей, ремонтного оборудования и д.р.

Принимаем [1].

Нагрузка от массы перильных ограждений, принимаем (перильные ограждения изготовлены из Уголок 50x50x5 ГОСТ 8509-93).

Нагрузка от настила:

(35)

где: - масса настила, ;

- ускорение свободного падения, .

.

Составим выражение для изгибающих моментов по участкам (рис. 26 а).

Участок «0» (рассматривается часть балки справа от сечения):

,

- является линейной функцией «» (эпюра-наклонная прямая).

,

.

Участок «1» (рассматривается часть балки справа от сечения):

,

- является линейной функцией «» (эпюра-наклонная прямая).

,

.

Участок «2» (рассматривается часть балки справа от сечения):

,

- является линейной функцией «» (эпюра-наклонная прямая).

,

.

Участок «3» (рассматривается часть балки справа от сечения):

,

- является линейной функцией «» (эпюра-прямая).

,

.

Участок «4» (рассматривается часть балки справа от сечения):

,

- является линейной функцией «» (эпюра-наклонная прямая).

Участок «5» (рассматривается часть балки справа от сечения):

,

- является линейной функцией «» (эпюра-наклонная прямая).

,

По полученным значениям строим эпюру «» (рис. 26 б).

Кронштейн изготовлен из стали марки 09Г2С ГОСТ 19281-89 со следующими характеристиками:

- предел текучести;

- сопротивление временному разрыву.

Условие прочности при изгибе:

(36)

где: - максимальный изгибающий момент в опасном сечении, ;

- момент сопротивления сечения, ;

- допускаемое напряжение при изгибе, МПа.



Рис. 26. Эпюра изгибающих моментов кронштейна до усиления.

Допускаемое напряжение при изгибе:

(37)

где: - предел текучести, МПа;

- коэффициент запаса прочности, (ПОТ Р М-012-2001п.2.2.15).

.

Подставляем в (36):

,

.

Исходя из выражения выше условие прочности не соблюдается.

По (рис. 26) видно, что максимальный момент возникает в заделке, разгрузим сечение А-А (рис. 24) установив распорку на каждый из двух кронштейнов (рис. 27).

Рис. 27. Усиление кронштейна.

Найдем максимальную реакцию в стержне-распорке, расчетная схема представлена на (рис. 28).

Кронштейнодин раз статически неопределим, т.к. возникают четыре неизвестные реакции (, , , ), а уравнений равновесия можно составить только три.

В качестве основной системы примем балку с защемленным концом (рис. 29 а). Она получена из заданной системы (рис. 28) путем удаления одной связи, а именно шарнирно подвижной опоры «В».

Рис. 28. Расчетная схема к нахождению реакции в растяжке.

К основой системе прикладываем неизвестную реакцию и заданную нагрузку, тем самым получив эквивалентную систему (рис. 29 б).

Составим каноническое уравнение, выражающее условие эквивалентности систем:

(38)

где: - вертикальная составляющая от (реакции) отброшенной связи;

- перемещение по направлению , вызванное действием силы ;

- перемещение по направлению , вызванное заданной нагрузкой.

Рис. 29. Схемы основной и эквивалентной систем.

Из (38) следует, что перемещение по направлению удаленной опоры отсутствует.

Строим эпюру он единичной силы (рис. 30 б).

Участок «1» (рассматривается часть балки справа от сечения): ,

- является линейной функцией «» (эпюра-наклонная прямая).

,

.

Рис. 30. Эпюра от единичной силы .

Эпюра от внешней нагрузки (рис. 26 б).

Коэффициенты и соответственно равны:

(39)

(40)

где: - эпюра моментов от единичной силы;

- эпюра моментов от заданной нагрузки;

- модуль Юнга;

- момент инерции сечения.

По правилу Верещашина:

.

По правилу Симпсона:

Подставив значения и в каноническое уравнение (38) и решив его относительно , найдем:

,

.

Определим реакцию в распорке:

,

.

Горизонтальная и вертикальная составляющие «N» соответственно равны:

,

.

Найдем продольное усилие в стрежне:

;

,

Откуда

.

Составим выражения для продольных сил и изгибающих моментов по участкам, расчетная схема (рис. 31 а).

Участок «0» (рассматривается часть балки справа от сечения):

,

,

- является линейной функцией «» (эпюра-наклонная прямая).

,

.

Участок «1» (рассматривается часть балки справа от сечения):

,

,

- является линейной функцией «» (эпюра-наклонная прямая).

,

.

Участок «2» (рассматривается часть балки справа от сечения):

,

,

- является линейной функцией «» (эпюра-наклонная прямая).

,

.

Участок «3» (рассматривается часть балки справа от сечения):

,

,

.

,

- является линейной функцией «» (эпюра-прямая).

,

.

Участок «4» (рассматривается часть балки справа от сечения):

,

,

.

- является линейной функцией «» (эпюра-наклонная прямая).

,

.

Участок «5» (рассматривается часть балки справа от сечения):

,

,

.

- является линейной функцией «» (эпюра-наклонная прямая).

.

Участок «6» (рассматривается часть балки справа от сечения):

,

,

.

- является линейной функцией «» (эпюра-наклонная прямая).

,

По полученным значениям построим эпюры изгибающих моментов и продольных сил (рис. 31 б, в).

Проведем кинетическую проверку окончательной эпюры изгибающих моментов (рис. 31 б).

(41)

где: - единичная эпюра;

- окончательная эпюра.



Рис. 31.Эпюры изгибающих моментов и продольных сил, после усиления кронштейна.

По правилу Симпсона:

Как видно по (рис. 31), усилив кронштейн раскосом мы уменьшили момент в заделке.

Проверим кронштейн на прочность от совместного действия изгибающего момента и продольной силы.

Условие прочности:

(42)

где: - максимальный изгибающий момент в опасном сечении, ;

- момент сопротивления сечения, ;

- площадь поперечного сечения, ;

- максимальное продольное усилие в раскосе, ;

- допускаемое напряжение, .

.

Условие прочности выполняется.

Проверим раскос на прочность.

Условие прочности при растяжении:

(43)

где: - максимальное усилие в раскосе, ;

- площадь поперечного сечения, мм2;

- допускаемое напряжение при растяжении, МПа.