Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. РОЗРАХУНОК МЕТАЛОКОНСТРУКЦІЇ КРАНА

1.1 Вихідні дані

Міст крана складається з двох балок 1 (рис.1.1), двох кінцевих балок 5, площадки 6 для обслуговування механізму пересування, площадки 3 для обслуговування струмопідвіду до вантажного візка 4. На головних балках укладаються підвізкові рейки 2.

Рисунок 1.1 - Схема мостового крана

1.2 Навантаження і їх сполучення

Розрахунок балки проводится відповідно методу напруг, що допускаються. Згідно цього методу навантаження поділяються на основні і додаткові.

До основних навантажень відносять постійні ( власна вага балки, вага площадки, механізму пересування, кабіни та ін.). Додаткові навантаження - це динамічні навантаження, що виникають при пуску - гальмуванні мосту.

Розрахунок балки проводиться для двох сполучень навантажень. Сполучення I (кран нерухомий, різкий підйом вантажу) включає:

Сполучення II (кран пересувається, різке гальмування)

У наведених вираженнях: GБ - вага балки і площадки обслуговування; GT - вага вантажного візка; - коефіцієнт, який враховує поштовхи, що виникають через нерівність шляху при пересуванні крана; q, Р - відповідно динамічні навантаження від маси балки і маси візка з вантажем.

Визначення коефіцієнта зв'язано з параметрами механізму підйому. Орієнтовно значення можна призначити в залежності від режиму роботи: при важкому режимі роботи =1,4.

Коефіцієнт К вибирається в залежності від швидкості пересування крана : при v=70 м/хв, К=1,1.

1.3 Визначення навантажень і місць їх прикладання

Постійні навантаження від власної ваги балки і площадки обслуговування приймаються рівномірно розподіленими по довжині балки :

кН/см; (1.1)

Значення GБ приймається за графіком (1, рис.52, с.134) у залежності від прольоту і вантажопідйомності.

Рухоме навантаження Р визначається з умови, що вага візка з вантажем рівномірно розподілена на всі чотири ходові колеса:

кН (1.2)

Динамічні горизонтальні навантаження від маси балки і площадки розподілені рівномірно по прольоту і прикладені до центру ваги перетину балки:

кН/м•с (1.3)

де g = 9,81 м/с2 - прискорення сили ваги

Швидкість пересування v встановлено згідно завдання, а час гальмування t розраховувався у розділі 3.

Динамічні горизонтальні навантаження Р від маси візка з вантажем передаються на головну балку в місці контакту ходового колеса з головкою рейки

кН; (1.4)

Сили Р можна перенести до центру ваги перетину балки (рис.5.2); тоді сили Р, перекреслені один раз, створюють додатковий обертовий момент, який необхідно враховувати при розрахунку балки.

1.4 Вибір марки сталі і напруг, що допускаються

Для виготовлення головних балок застосовуються маловуглецеві сталі звичайної якості за ГОСТ 380-71 і низьколеговані сталі за ГОСТ 19281-73 і ГОСТ 19282-73.

Застосування тієї чи іншої марки сталі обумовлено головним чином температурою зовнішнього повітря, при якій експлуатується кран.

Вибираємо сталь В Ст3 пс 6, тому що кран експлуатується при температурі нижче -200С.

Напруги, що допускаються, для першого і другого сполучень навантажень:

кН/см2;

кН/см2;

1. де т =25 кН/см2- границя текучості для сталі В Ст3 пс 6 n1, n2 коефіцієнти запасу міцності, вибираються в залежності від режиму роботи: при важкому режимі - n1=1,7, n2=1,4. (2, с.39)

1.5 Вибір поперечного перерізу балки

Головна балка (рис.1.2) містить у собі два вертикальних листи 1 (стінки), верхній поясний лист 2 і нижній поясний лист 6.

Для додання просторової твердісті у середину балки вварюються великі діафрагми 3; для місцевої стійкості верхнього поясу приварюються малі діафрагми 4, а для стійкості стінок - поперечні ребра жорсткості 5.



Рисунок 1.2 - Переріз головної балки

З умови міцності висота балки визначається по формулі:

см; (1.5)

де WХ - момент опору перетину балки щодо нейтральної вісі х-х;

С - товщина стінки. Товщина стінки дорівнює 8 мм.

Осьовий момент опору знаходиться відповідно вираження:

см3; (1.6)

де Mq max , MР max - відповідно максимальні згинальні моменти від постійних і рухомих навантажень.

Величина Mq max визначається по формулі:

кНсм; (1.7)

Рухоме навантаження визначається з урахуванням коефіцієнта :

кН; (1.8)

Максимальний згинальний момент від цього навантаження буде під лівим колесом, що відстоїть від лівої опори на відстані 0,5L - 0,25a (рис.4.3);

кНсм; (1.9)

Ширина балки В може бути прийнята:

см, (1.10)

приймемо В=35 см;



Рисунок 1.3 - Епюри згинального моменту й поперечних сил головної балки для першого та другого сполучення навантажень

Товщина поясних листів П вибирається з умови місцевої стійкості:

см; (1.11)

Після вибору геометричних розмірів поперечного перерізу балки визначається фактичне значення WX

 см3; (1.12)

де IХ - момент інерції поперечного перерізу балки відносно нейтральної вісі х-х.

При симетричному перетині, коли товщина верхнього і нижнього поясу однакова.

(1.13)

см4

де IП - момент інерції поясу відносно вісі х1-х1:

см4;

FП- площа пояса:

см2;

IC - момент інерції стінки відносно вісі х-х:

см4

h і bП визначаються по рис.1.2; bП=В+21,5=38, де 15 - відстань необхідна для зручності зварювання в мм.

Напруги в крайніх волокнах на рівні точки А (рис.1.2) буде:

; (1.14)



Перевірку перетину на дію основних і додаткових навантажень (друге сполучення навантажень) виконуємо по формулі:

(1.15)

де Мq - згинальний момент від постійних навантажень:

кНсм

Згинальний момент від рухомого навантаження:

кНсм;

- згинальні моменти від динамічних навантажень q і p, що діють на балку в горизонтальній площині;

Wy - момент опору перетину балки щодо вісі в:

см3;

Де Iy - момент інерції поперечного перерізу балки щодо нейтральної вісі y-y, визначається аналогічно IХ:

см4;

cм4 ;

см4;

см2;

У горизонтальній площині (рис.1.1) міст представляє статично невизначену раму. У практичних розрахунках вплив закладення головних балок у кінцевих можна врахувати зменшенням для них на 20 % згинаючого моменту, розглядаючи при цьому балку як шарнірно обперту на двох опорах.

Для другого сполучення навантажень гальмування приймаємо різким і величину прискорення вважаємо в два рази більшою середньої. Коефіцієнт поштовхів для горизонтальних навантажень не враховується, тобто k=1:

кНсм; (1.16)

кНсм; (1.17)

Дотичні напруження в перетині 1-1 у місці переходу стінки в пояс (точка Б, рис.1.2)

= 1 + 2 = 0.13 + 0,015 = 0.145 МПа; (1.18)

де 1 - дотичного напруження від поперечної сили QР (рис.1.3,г);

2 - дотичного напруження від крутіння балки.

Напруга 1 визначається по формулі:

МПа; (1.19)

де QP - поперечна сила в перетині I-I балки від рухомого навантаження, коли ліве колесо візка стоїть над цим перетином;

 кН;

SП - статичний момент поясу щодо вісі х-х;

cм3

Напруга 2 визначається по формулі:

МПа; (1.20)

де МК - момент, що крутить, від сили Р;

Нcм

hР - висота підвізкової рейки для Р 18 hp=90.0мм;

В0, Н0 - ширина і висота балки по вісях, що проходить через середини листів стінок і поясів (мал.1.2).

Приведені напруги будуть визначені:

; (1.21)

де - нормальна напруга в місці переходу стінки в пояс визначаємо по формулі:

з підстановкою:

cм3;

cм3;

МПа;

Крім перетину I-I, балку необхідно перевірити на міцність в опорному перетині, де головна балка стикується з кінцевою; висота балки тут Н:

Н=0,6Н=0,6105=63 cм

Ліве колесо візка знаходиться на відстані d=H від лівої опори (перетин II-II на мал.8). Положення візка обране не випадково. Далі при розгляді стійкості пластини опорного відсіку це положення нами буде використано.

Єпюри поперечних сил від рухомого навантаження, коли ліве колесо візка знаходиться в перетині II-II, показані на рис.1.3,

Опорний перетин перевіряється по найбільших дотичних напруженнях, оскільки нормальна напруга тут близька до нуля.

; (1.22)

де QP - поперечна сила в опорному перетині від рухомого навантаження:

кН

Qq - поперечна сила в опорному перетині від постійного навантаження:

Qq кН

S - статичний момент опорного напівперетину щодо вісі х-х:

 м3;

I - момент інерції опорного перетину щодо вісі х-х;

м3;

Дотична напруга, що допускається:

= 0,6 1 МПа;

МПа;

1.6 Перевірка балки на статичну і динамічну твердість

Перевірка балки на статичну твердість полягає у визначенні прогину балки від статично прикладеного рухомого навантаження. Максимальний прогин балки при однакових тисках визначаємо по формулі:

(1.23)

де Е = 2,1104 кН/см2 = 2,1105 МПа - модуль пружності при розтяганні стали;

[f] - допустимий прогин балки.

 cм

Перетин балки задовольняє умові (1.23). На цьому закінчується перевірка балки на статичну твердість, а в протилежному випадку необхідно було б змінювати геометричні розміри балки.

Перевірка на динамічну твердість полягає у визначенні часу загасання поперечних коливань балки, що виникають при підйомі чи опусканні вантажу. Час загасання коливань балки визначається з умови, що наприкінці її амплітуда складе близько 5 % від первісної величини.

tЗ = 540Т3; (1.24)

де Т - період власних коливань балки:

; (1.25)

де М - приведена до середини балки маса балки і маса візка без вантажу:

кг

С - коефіцієнт твердісті балки у вертикальній площині:

Н/м

Отриманий час загасання коливань не повинний перевищувати допустимого [tЗ] = 12...15 с.

tЗ = 5400.313 = 16 с >[tЗ]

Так як час затухання колебанй більше ніж 15 с, примемо H=110 см.

см4

1.7 Перевірка балки на стійкість

Елементи балки коробчатого перетину (пояса, стінки), необхідно перевіряти на загальну стійкість. Товщина пояса вже обрана з умови місцевої стійкості. У цьому розділі перевіряються на стійкість тільки стінки балки. Вони можуть зміцнюватися тільки основними поперечними ребрами жорсткості (діафрагмами) 3 (рис.7) при відношенні 80 h/C 160 для балок зі сталі Ст3 і 65 h/C 130 балок з низьколегованих сталей.

Стінки повинні зміцнюватися одночасно поперечними й одним подовжнім ребром жорсткості 5 при відношенні 160 h/C 265 для балок зі сталі Ст3 і 130 h/C 225 балок з низьколегованих сталей.

Подовжні ребра жорсткості ставляться на відстані від крайньої стиснутої крайки пояса: при одному ребрі - (0,2...0…0,25)h; при двох ребрах: перше ребро - (0,15…0,2)h; друге ребро - (0,32...0…0,4)h

Відстань а1 між короткими діафрагмами 4 вибираємо так, щоб рейка цілком сприймала тиск ходових коліс:

см; (1.26)

де Wp - момент опору рейки;

р - напруга, що допускається, для рейки.

Для відсіків, що примикають до кінцевих балок , відстань а між основними діафрагмами приймається рівним Н.

У наступних відсіках ця відстань збільшується й у середині прольоту може призначатися до 2 Н, але не більш 3 м.

Стійкість стінок перевіряється в двох перетинах балки. Перший перетин знаходиться над лівим колесом візка, що відстоїть від лівої опори на відстані 0,5L-0,25ат (рис.8); друге- в опорному відсіку, під лівим колесом, що відстоїть від опори на відстані d=H.

Перетин I-I. Розглянемо відсік балки (рис.1.4,а), де стінка підкріплена тільки основними діафрагмами ( малі діафрагми при розрахунку на стійкість не враховуються). У цьому відсіку стінка представляє пластинку довжиною а, висотою h і товщиною c, що затиснена в поясах і вільно обперта на діафрагмах. У цьому перетині вплив дотичних напружень невелик; стінка тут піддається головним чином впливу нормальних напруг, закон розподілу яких показаний на рис. 1.4, а. Під дією подовжніх сил пластинка випинається і при визначених (критичних) напругах може втратити стійкість, що спричиняє втрату несучої здатності всієї балки.

Рисунок 1.4 - Фрагмент головної балки

Для балок коробчатого перетину з рейкою, покладеною посередині пояса, місцеве напруження стиснення у відсіку приймається М = 0.Для розглянутої пластинки критична нормальна напруга в кН\см2:

 ; (1.27)

де К0 - коефіцієнт, що залежить від ступеню защемлення пластинки в стиснутому поясі, характеризується величиною

; (1.28)

де с = 2 при рейкі, не привареному до поясу балки;

Значення К0 у залежності від наведені в табл.5

Критичні напруження (1.26) порівнюємо з крайовим стискаючим напруженням:

; (1.29)

Пластинка буде стійка, якщо запас місцевої стійкості

; (1.30)

де n1 - запас по міцності:

;

У стінці балки симетричного перетину, укріпленої, крім поперечних діафрагм, одним подовжнім ребром жорсткості, розташованим на відстані b1 від розрахункової (стиснутої) границі відсіку (рис.1.4,б), обидві пластинки, на яких це ребро розділяє відсік, перевіряються окремо.

Критичні напруження в кН/см2 для першої пластинки перевіряють по формулі

кН/см2 (1.31)

Друга пластинка, розташована між подовжнім ребром і розтягнутим поясом, перевіряється по формулі:

кН\см2 (1.32)

Критичні напруження КР1 і КР2 порівнюємо відповідно з 1 (1.29) і 2 за умовою стійкості (1.30);

кН\см2;

Перетин II -II . У цьому перетині переважний вплив на втрату стійкості стінки будуть чинити дотичні напруження, оскільки нормальні напруги тут будуть невеликі і їх можна не враховувати.

Опорний відсік укріплений тільки основними поперечними ребрами жорсткості (рис.1.4, в). Прямокутна пластинка довжиною а, висотою Н і товщиною С, затиснена в поясах і вільно обперта на діафрагмах, знаходиться під дією рівномірно розподілених по краях дотичних сил С.

Під впливом цих сил пластинка розтягується в напрямку діагоналі БД і стискується в напрямку діагоналі АС. У наслідок цього можливо випинаеться в напрямку діагоналі АС.

Критичне дотичне напруження в стінці (кН/см2) визначається формулою

; (1.33)

де d - менша зі сторін пластинки;

- відношення більшої сторони пластинки до меншої.

Напруги порівнюються із середніми дотичними напруженнями,

діючими в перетині II -II (рис.5.3):

; (1.34)

Значення Qp і Qq у (5.22).

Пластинка буде стійка, якщо:

; (1.35)

При підкріпленні пластинки поперечними і подовжніми ребрами жорсткості, як це показано на рис.1.4 б, критичні дотичні напруження визначаються по формулі (1.33) для кожної пластинки окремо.

Сторонами для першої пластинки є а1 і b1, сторонами другої - а і b2. Умови стійкості зберігаються колишніми (1.35).,

кН/см2 =

МПа

Умови стійкості виконуються.

1.6 Розрахунок звареного з'єднання пояса зі стінкою

Пояс зі стінками з'єднують звареним безупинним швом автоматичним зварюванням. Шви накладають на зовнішніх сторонах стінок.

Зварені шви сприймають зусилля, що зсувають, виникаючі при вигині балки. У двостінчатих балках тиск від ходових коліс сприймається стінкою через поперечні діафрагми, тому це навантаження при розрахунку поясних швів не враховують.

Найбільші зусилля, що зсувають, будуть виникати поблизу опорного перетину, коли вантажний візок знаходиться в крайнім лівому положенні. Поясний шов розраховуємо на зріз по формулі

де Q, I - поперечна сила і момент інерції в опорному перетині;

Q = QР +Qq = 99+40.9 = 139.9 кН;

SП - статичний момент пояса щодо нейтральної вісі опорного перетину;

см3;

К - товщина шва;

- коефіцієнт, який залежить від виду зварки: для автоматичної = 1; для ручної = 0,7.

Найменшу товщину шва можна приймати рівної 0,5 товщини стінки.

0,50,8=0,4 см

2. Визначення зусиль від навантажень, що діють у вертикальній площині ферми

Визначаємо вагу головної ферми, яка сприймає більшу частину ваги балки

Вага розноситься по вузлах верхнього поясу. Навантаження в кожному вузлі складає:

Тиск на одне ходове колесо:

P=

Визначаємо реакції і від власної ваги ферми:

Висота ферми:

H=d=160

Висота ферми в місці кріплення до кінцевої балки:

H'=c=80

Розраховуємо зусилля в стрижнях від власної ваги

кран балка ферма міст



;

;

Розраховуємо зусилля в стрижнях від ваги візка з вантажем:

;

;

;

;

Визначаємо динамічні навантаження:



3. Вибір перерізів елементів головної ферми

Для проектування головної ферми необхідно вибрати перерізи нижнього і верхнього поясів, розкосів і стійок.

3.1 Вибір перерізу нижнього поясу

Нижній пояс розтягнутий. Приймемо переріз із двох кутників. Визначаємо площу перерізу:

Вибираємо розмір кутників нижнього поясу з даних таблиці, приймаємо 2 кутка розміру:

2L14014010

3.2 Вибір перерізу розкосів і стійок

Визначаємо площу перерізу розкосу:

попередньо приймаємо 0,5;

отриману площу ділимо на 2 та отримуємо величину 8,6см2.

Обираємо 2 кутка 2L з параметрами , , .

,

<, тобто умова виконана.

Визначаємо площу перерізу стійки:

, отриману площу ділимо на 2 та отримуємо величину .

Обираємо 2 кутка з параметрами , , .

,

<, тобто умова виконана.

3.3 Вибір перерізу верхнього поясу

Приймемо переріз верхнього поясу у вигляді тавра. Спочатку площа перерізу обирається орієнтовно, за максимальним зусиллям, що виникає в стрижні поясу від навантажень першого сполучення:

де

Визначивши площу перерізу поясу F, призначаємо розміри полиці і стінки тавра. Площу перерізу розподіляємо приблизно рівномірно між стінкою і полицею.

.

Задаємося розмірами:

Визначаємо реальну площу тавру:

розраховуємо відстань від крайки полиці до нейтральної осі перерізу:

.

Обраний переріз верхнього поясу перевіряємо за методом допустимих напружень:

,

де момент опору перерізу для верхніх волокон полиці

момент інерції перерізу відносно осі .



-коефіцієнт зменшення допустимих напружень через дію повздовжнього вигину (стійкості) відносно осі .

- місцевий (панельний) згинальний момент.

<,тобто умова виконана.

Визначаємо напруження для нижніх волокон у вузлі:

де - момент у вузлі

момент опору перерізу для нижніх волокон

- відстань від кромки стінки перерізу до нейтральної осі

<, тобто умова виконана.

Перевіряємо обраний переріз по другому сполученню навантажень з урахуванням стійкості поясу відносно осі та осі :

<, тобто умова міцності виконана.

- місцевий момент від сили ,

осьовий момент опору перерізу поясу щодо осі ,

момент інерції перерізу відносно осі

< тобто умова міцності виконана.

Стійкість поясу. Ширина і товщина полки вже обрані з умови місцевої стійкості. Стінка розглядається як пластина, пружно обперта з трьох сторін, і вільна - з четвертої, довгої сторони. Стінка завдає рівномірного стиску з двох коротких сторін.

Розраховуємо критичні напруження для такого закріплення пластини:

Пластина буде стійка проти місцевого вигинання, якщо:

тобто умова виконується.

4. Визначення прогину ферми

Прогин ферми визначаємо стосовно дії статично прикладеного рухомого навантаження за формулою Мора:

де зусилля в стрижні від рухомого навантаження,

зусилля в стрижні від одиничної сили,

довжина стрижня, см,

площа стрижня, см?,

число усіх стрижнів ферми.

Для визначення колеса візка з тиском і базою ставимо посередині прольоту ферми і розносимо тиск в середні три вузли. Від цих трьох сил будуємо діаграму Максвела - Кремоні і визначаємо у кожному стрижні ферми.

Аналогічно визначаємо . Силу, що дорівнює одиниці, прикладаємо до середини прольоту і від неї будуємо діаграму зусиль. Результати обчислень зводимо в таблицю, що приведена нижче. Прогин не повинен перевищувати допустимого:

, тобто умова виконується.

Показники	Номер стрижня	, кН	, кН	Площа стрижня , см?	Довжина стрижня , см
		+	-	+	-
Верхній пояс	А1		0		0
	Б3		34.85		0.75
	В4		34.85		0.75			0.173
	Г6		68.85		1.68	46.4	150
	Д7		68.85		1.68
	Е9		89.25		2.62
	Ж10		89.25		2.62
	З12		96.05		3.58
Нижній пояс	К2	29.64		0.27			225	0.49
	К5	93.75		1.25		27.3	300	0.654
	К8	168.75		2.18			300
	К11	243.75		3.12			300
Розкоси	1-2		39.77		0.52
	2-3		39.77		0.52
	3-4		53.03		0.7
	4-5		53.03		0.7			0.410
	5-6		53.03		0.7	17.2	268
	7-8		53.03		0.7
	8-9		53.03		0.7
	10-11		53.03		0.7
	11-12		17.67		0.7
Стійки	3-4	0		0
	6-7	0		0
	9-10	0		0				0
	12-13	0		0

5 Розрахунок зварних швів

Довжина зварного шва визначається зусиллям , що діє в елементі ферми. Загальна довжина зварного шва розподіляється на шов біля обушка кутника довжиною , і на шов біля пера кутника . Шов біля обушка сприймає приблизно 2/3 ; шов біля пера 1/3 .

Визначаємо розрахункову довжину шва :

,

де коефіцієнт, який залежить від виду зварювання (в нашому випадку зварювання ? ручне);

допустимі напруження.

Число 2 у знаменнику означає, що розкіс складається з двох кутників.

Висоту катета шва призначаємо на 2 мм меншою, ніж товщина полиці кутника, але не меншою 4 мм. Розрахункова довжина флангового шва повинна бути не меншою 40 мм.

Література

1. Гохберг М.М. Металеві конструкції підйомно-транспортних машин ? Л.: Машинобудування, 1976. ?453 с.

2. Правила будови і безпечної експлуатації вантажопідйомних кранів: ДНАОП 0.00-1.03-02: Затв. 20.08.2002 № 409 /Держ. Департамент з нагляду за охороною праці Міністерства праці та соціальної політики України.? Х.: Форт, 2002. ?416 с.

Размещено на Allbest.ru