Проектування стріли крана

Проектування стріли крана

Міністерство освіти і науки України

Київський національний університет будівництва і архітектури

Кафедра «Будівельні машини» ім.. Ю.О. Вєтрова

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

до курсової роботи з дисципліни:

«Проектування металевих конструкцій»

Тема роботи: Проектування стріли крана

Варіант №2

Виконав: студент ІV курсу

групи ПНМ-41

Бабіч С.В.

Перевірив: доц.Горбатюк Є.В.

Київ – 2010

Зміст

Вихідні дані

1   Обчислення навантажень

2   Поздовжні навантаження

3   Вертикальні навантаження

4   Бокові навантаження

5   Визначення найбільших зусиль у стержнях стріли

6   Побудова ліній впливу у стержнях

7   Підбір перерізів стержнів і перевірка напружень

Список використаної літеретури

Вихідні дані:

Баштовий кран типу КБ – 674

Q=90 кН – вага вантажу;

L_c=29,1 м – довжиа стріли;

G_віз.=9 кН – вага пересувного візка;

G_г.о.=4,2 кН – вага гакової обойми;

G_c=65,2 кН – вага стріли;

n_п=0,85 об/хв – частота обертання поворотної частини крана;

і=2 – кратність поліспаста;

t=5 c – час розгону або гальмування.

Рис. 1 – Розрахункова схема стріли крана КБ-674.

1 Обчислення навантажень

Знайдемо розрахункові навантаження, для чого номінальну власну вагу стріли G_c, пересувного візка G_віз. і гакової обойми G_г.о., помножимо на коефіцієнт перевантаження n_G=1,1, а вагу вантажу Q на коефіцієнт перевантаження n_Q=1,15:

2. Поздовжні навантаження.

Зусилля N₁ у нижній (веденій) гільці вантажного канату визначаємо за формулою (168) посібника [1]:

де і=2 – кратність поліспаста;

η_п – коефіцієнт корисної дії вантажного поліспаста.

Коефіцієнт корисної дії поліспаста визначається за формулою:

де η=0,98 – ККД одного блока.

Тоді

Зусилля N₂ у верхній (ведучій) гілці вантажного канату визначаємо за формулою:

де n₀=1 – кількість обвідних блоків.

3. Вертикальні навантаження.

На стрілу баштового крана діють такі вертикальні навантаження.

Власна сила ваги стріли, яка умовно розглядається як рівномірно розподілене навантаження з інтенсивністю:

де G_c – повна сила ваги стріли.

Вертикальні зосереджені навантаження, що передаються на стрілу через вантажний візок:

- сила ваги вантажу Q=103,5 кН;

- сила ваги візка G_віз=9,9 кН;

- сила ваги гакової обойми G_г.о.=4,62 кН.

Схема розташування прикладених до стріли вертикальних навантажень зображено на рис. 2. 

Рис. 2 – Розрахункова схема стріли при дії вертикальних навантажень.

4. Бокові навантаження.

Бокові навантаження, перпендикулярні до вертикальної площини симетрії стріли, виникають внаслідок вітрового тиску і інерції стріли з вантажем під час розгону або гальмування при повороті крана.

Повні вітрові навантаження на стрілу W_c визначаємо за формулою:

де  р_в=0,25 кН/м² – нормальний тиск вітру;

А_н – розрахункова повітряна площа, А_н=А_к∙к_с;

к_с=0,5…0,7 – коефіцієнт заповнення, приймаємо к_с=0,6

Ан=69∙0,6=41,4 м².

Тоді

Вітрове навантаження на стрілу крана вважається рівномірно розподіленим з інтенсивністю:

Повне вітрове навантаження на вантаж вважається зосередженими і прикладеними в центрі ваги вантажу:

де А_н – розрахункова повітряна площа вантажу вагою Q=90 кН.

Знайдемо по табл.3.1 [2]

Тоді  

Інерційні навантаження, що діють на вантаж Т_ван, гакову обойму Т_г.о. і візок Т_віз розглядаються як зосереджені і обчислюються за формулою:

де G – вага розглядуваного елемента;

g=9,8 м²/с – прискорення вільного падіння;

t=5 с – час розгону або гальмування.

Найбільша лінійна швидкість  визначається за формулою:

де  R – відстань від осі обертання крана до центра ваги елемента, яка дорівнює R=30500-500=30000=30м;

n=0,85 об/хв. – частота обертання крана.

Тоді:

- сили інерції, що діють на візок

- сили інерції, що діють на вантаж

- сили інерції, що діють на гакову обойму

- інерційне навантаження на стрілу вважають зосередженою силою Т_с, прикладеною до оголовка стріли

Розрахункова схема стріли при дії бокових (горизонтальних) навантажень зображено на рис.3.

Рис. 3 – Розрахункова схема стріли при дії горизонтальних навантажень.

5. Визначення найбільших зусиль у стержнях стріли.

Рис. 4 – Схема розкладання вертикальних навантажень.

Розкладання навантажень на складові. Кожна з вертикальних навантажень, що діють на стрілу, розкладається на дві складові, які лежать в площинах бокових граней (рис.4).

Визначаємо кут :

Визначаємо складові навантаження:

Горизонтальні навантаження в тригранних стрілах умовно прикладаються до єдиної горизонтальної ферми. Виникаючий при цьому крутний момент з метою спрощення розрахунків не враховується.

6. Побудова ліній впливу зусиль у стержнях.

У складі  як вертикальних, так і горизонтальних навантажень є рухомі навантаження, що переміщуються вздовж стріли разом з вантажним візком. Максимальні зусилля в стержнях виникають при деяких найбільш не вигідних положеннях візка. Для визначення цих зусиль по-перше побудуємо їх лінії впливу від дії одиничної сили, що рухається вздовж стріли.

У зв’язку з тим, що найбільш  навантажені стержні знаходяться на консольній частині, то будувати лінії впливу опорних реакцій не потрібно.

Найбільш навантажені стержні, які приникають до заданого вузла В позначені рисками. Проводимо переріз І-І крізь стержні В-1, В-3, 2-3 та розглянемо рівновагу правої відсіченої частини ферми. 

Лінія впливу S_В1 (моментна точка 3).

Сила Р₌₁ ліворуч від перерізу:

Сила Р₌₁ праворуч від перерізу:

при х=0;  S_B1=0;

при х=9,3;  S_B1=3,72.

Лінія впливу S₂₃ (моментна точка В)

Сила Р₌₁ ліворуч від перерізу:

Сила Р₌₁ праворуч від перерізу:

при х=0;  S₂₃=0;

при х=11,8;  S₂₃=-4,72.

Лінія впливу S_В3 (моментна точка відсутня).

Сила Р₌₁ ліворуч від перерізу:

Сила Р₌₁ праворуч від перерізу:

Лінія впливу S₁₃ (моментна точка відсутня).

Сила Р₌₁ ліворуч від перерізу:

Сила Р₌₁ праворуч від перерізу:

Будуємо лінії впливу зусиль в горизонтальній площині ферми.  

Побудуємо лінію впливу зусилля S₂₃, яке одночасно належить до горизонтальної ферми.

Лінія впливу  S₂₃ (моментна точка С).

Сила Р₌₁ ліворуч від перерізу:

Сила Р₌₁ праворуч від перерізу:

при х=0;  S₂₃=0; 

при х=11,8;  S₂₃=-6,55.

Лінія впливу S_А1 (моментна точка відсутня).

Сила Р₌₁ ліворуч від перерізу: 

Сила Р₌₁ праворуч від перерізу: 

Визначимо по лініях впливу максимальні зусилля в розглянутих стержнях.

Зусилля у стержнях стріли від вертикальних або від горизонтальних навантажень можуть бути знайдені за формулою:

де   Р_і – зосереджені сили, що лежать у площині розглядуваної грані стріли;

у_і – ординати лінії впливу, відповідні точкам прикладення зазначених сил;

q – інтенсивність розподіленого навантаження;  

- площа між лінією впливу й базовою нульовою лінією.

Зусилля в одиничному поясі S_В1 стріли дорівнює:

де     зусилля спричинені вертикальними навантаженнями;

 зусилля спричинені поздовжніми навантаженнями.

Зусилля  визначимо з допомогою лінії впливу від складових  . Інтенсивність розподіленого навантаження q, що лежать у площинах бокових граней.

(розтягнення).

Зусилля  визначаємо за формулою:

де   - кут утворений горизонтальною площиною з боковою проекцією поясів, що сприймають це зусилля.

(стискання).

(розтягнення).

Зусилля у стержні пояса, спільного для бокової і горизонтальної ферм, складається із зусиль зумовлених відповідно вертикальними, горизонтальними і поздовжніми навантаженнями:

(стискання).

Зусилля визначаємо за допомогою лінії впливу  в горизонтальній грані:

(стискання).

Зусилля визначаємо за формулою:

(стискання).

Остаточно:

Розноси і стояки бокових граней стріли сприймають тільки вертикальні навантаження.

Зусилля в розносі визначимо за допомогою лінії впливу

(розтягнення).

Зусилля в стояку визначаються за допомогою лінії впливу в боковій грані:

(стиснення).

Розноси і стояки горизонтальних граней сприймають лише горизонтальні навантаження, перпендикулярні до вертикальної площини симетрії стріли.

Зусилля в розносі визначаємо за допомогою лінії впливу  в горизонтальній фермі:

7. Підбір перерізів стержнів і перевірка напружень.

Верхній пояс. Площа перерізу вибираємо згідно за формулою:

де m=1 – коефіцієнт умов роботи для труб;  

R=210 МПа=21 кН/см² – розрахунковий опір матеріалу для сталі 20;

Вибираємо з таблиці сортаменту прокатних сталей [3] «Трубы стальные бесшовные гарячекатаные» (ГОСТ 8732-89) трубу: зовнішній діаметр

D_з=140 мм, товщина стінки S=11 мм, площа перерізу F=44,56 см², радіус інерції і=4,58 см.

Нижній пояс. Найбільше стискуюче зусилля S_ст в елементах даної групи дорівнює:

Необхідна площа перерізу:

де ϕ – коефіцієнт поздовжнього згину(попередньо береться для поясів 0,7 – 0,8);  

m=1 – коефіцієнт умов роботи;

R=210 МПа=21 кН/см² – розрахунковий опір матеріалу.

Вибираємо з таблиці сортаменту  [4] два нерівнобоких кутника 110х70х8 мм(рис.5), для якого:

А=13,93 см², i_min=1,52 cм, I_min=32,31см⁴, i_х=3,51 см,

І_x=171,54 см⁴, I_y=54,64 см⁴, і_у=1,98см, x_o=1,64 cм, y_o=3,61 cм.

Для обраного  перерізу проводимо перевірку напружень Ϭ за формулою:

Гнучкість стержня:

де μ – коефіцієнт зведення довжини (для поясів стріли μ=1);

l – геометрична довжинастержня(l=2,5 м), що визначається , як відстань між центрами вузлів;

r_min – мінімальний радіус інерції перерізу:

Обчислимо І_у для всього перерізу:

Гнучкість пояса:

По таблиці коефіцієнтів поздовжнього згину ϕ знайдемо інтерполяцію:

Напруження:

˂

Розкоси бокових і горизонтальних ферм.

Найбільше зусилля буде S_В3=-105,31 кН(стискання).

Необхідна площа перерізу:

Приймаємо: ϕ=0,6; μ=1,0 (для труб), R=21кН/см².

Тоді:

Із сортаменту [4] вибираємо трубу: D_з=70 мм, S=4 мм,

А=8,29 см², і=2,36 см.

Усі розкоси і стійки бокової і горизонтальної ферм виготовляємо однаковими.

Перевіримо напруження:

Мінімальний радіус інерції перерізу для трубчастих стержнів обчислимо за наближеною формулою:

Знайдемо погонні жорсткості пояса і_п і розкоса і_р:

де   

Коефіцієнт  k₁:

˃2.

Відношення:

Значення μ для розкоса знайдемо по табл. 2.2 [2]:

Гнучкість розкоса:

Коефіцієнтів поздовжнього згину ϕ (табл. 2.1, [2]):

Напруження:

˂

Конструювання і розрахунок заданого вузла стріли.

Розрахунок вузлів зводиться до обчислення на міцніть зварних швів, що кріплять елементи решітки до верхнього пояса.

Визначимо необхідний катет шва за формулою:

де        S_p – зусилля в привареному режимі; 

 - коефіцієнт форми шва, що залежить від технологіі зварювання ( при ручному і 1,0 при автоматичному зварюванні);

 - розрахунковий опір кутового шва (приймаємо );

l_ш- довжина шва, яка при обтиску елементів решітки в площині, перепендикулярній до площини зєднувальних стержнів визначається за формулою:

У нашому випадку d₁=140 мм, d₂=70 мм. Тоді:

Катет шва:  

Приймаємо  

Стержень В1:  

Катет шва:  

Мінімальний катет шва становить 3 мм, тому приймаємо

Список використаної літератури:

1. Власов В.В. Будівельна механіка і металеві конструкції: Навч. посібник. – К.:Міістерство освіти і науки України, 1994. – 200с.

2. Власов В.В., Шемет І.О. Методичні вказівки та завдання до курсової роботи з дисципліни «Будівельна механіка і металоконструкції». – К., КДТУБА, 1996. – 28с.

3. Живейнов М.М., Карасев Г.И., Цвой И.Ю. Строительная механика и металлоконструкции строительных и дорожных машин: Учебн. пособие. – М.: Машиностроение, 1988. – 278 с.

4. Справочник по специальным работам «Монтаж стальных и сборных железобетонных конструкций» Под ред. Б.А. Хохлова. – М.: Стройиздат, 1970 – 906 с.