Проектування стріли крана
Обновлено
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;
Lc=29,1 м - довжиа стріли;
Gвіз.=9 кН - вага пересувного візка;
Gг.о.=4,2 кН - вага гакової обойми;
Gc=65,2 кН - вага стріли;
nп=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 Gc, пересувного візка Gвіз. і гакової обойми Gг.о., помножимо на коефіцієнт перевантаження nG=1,1, а вагу вантажу Q на коефіцієнт перевантаження nQ=1,15:
2. Поздовжні навантаження.
Зусилля N1 у нижній (веденій) гільці вантажного канату визначаємо за формулою (168) посібника [1]:
де і=2 - кратність поліспаста;
зп - коефіцієнт корисної дії вантажного поліспаста.
Коефіцієнт корисної дії поліспаста визначається за формулою:
де з=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 Gc - повна сила ваги стріли.
Вертикальні зосереджені навантаження, що передаються на стрілу через вантажний візок:
- сила ваги вантажу Q=103,5 кН;
- сила ваги візка Gвіз=9,9 кН;
- сила ваги гакової обойми Gг.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 Wc визначаємо за формулою:
де рв=0,25 кН/м2 - нормальний тиск вітру;
Ан - розрахункова повітряна площа, Ан=Ак•кс;
Ак - площа контуру бокової проекції стріли, м2:
кс=0,5…0,7 - коефіцієнт заповнення, приймаємо кс=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 Ан - розрахункова повітряна площа вантажу вагою Q=90 кН.
Знайдемо по табл.3.1 [2]
Тоді
Інерційні навантаження, що діють на вантаж Тван, гакову обойму Тг.о. і візок Твіз 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 Тс, 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 SВ1 (моментна точка 3).
Сила Р=1 ліворуч від перерізу:
Сила Р=1 праворуч від перерізу:
при х=0; SB1=0;
при х=9,3; SB1=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 SВ3 (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 SА1 (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 Рі - зосереджені сили, що лежать у площині розглядуваної грані стріли;
уі - ординати лінії впливу, відповідні точкам прикладення зазначених сил;
q - інтенсивність розподіленого навантаження;
- площа між лінією впливу й базовою нульовою лінією.
Зусилля в одиничному поясі SВ1 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
Dз=140 мм, товщина стінки S=11 мм, площа перерізу F=44,56 см2, радіус інерції і=4,58 см.
Нижній пояс. Найбільше стискуюче зусилля Sст в елементах даної групи дорівнює:
Необхідна площа перерізу:
де ? - 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, imin=1,52 cм, Imin=32,31см4, iх=3,51 см,
Іx=171,54 см4, Iy=54,64 см4, іу=1,98см, xo=1,64 cм, yo=3,61 cм.
Для обраного перерізу проводимо перевірку напружень ? за формулою:
Гнучкість стержня:
де м - коефіцієнт зведення довжини (для поясів стріли м=1);
l - геометрична довжинастержня(l=2,5 м), що визначається , як відстань між центрами вузлів;
rmin - мінімальний радіус інерції перерізу:
Обчислимо Іу для всього перерізу:
Гнучкість пояса:
По таблиці коефіцієнтів поздовжнього згину ? знайдемо інтерполяцію:
Напруження:
?
Розкоси бокових і горизонтальних ферм.
Найбільше зусилля буде SВ3=-105,31 кН(стискання).
Необхідна площа перерізу:
Приймаємо: ?=0,6; м=1,0 (для труб), R=21кН/см2.
Тоді:
Із сортаменту [4] вибираємо трубу: Dз=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 іп і розкоса ір:
де
Коефіцієнт k1:
?2.
Відношення:
Значення м для розкоса знайдемо по табл. 2.2 [2]:
Гнучкість розкоса:
Коефіцієнтів поздовжнього згину ? (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 Sp - 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 );
lш- 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:
Стержень В3:
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.