Подбор сечения металлоконструкции стрелы и расчет его основных характеристик. Определение максимального расстояния между раскосами в металлоконструкции стрелы. Проверка устойчивости башни. Проверка пальцев, соединяющих оголовок стрелы со стрелой.
Определяем значение сжимающей силы: Определяем сжимающее усилие в точке А. Определяем значение результирующей реакции: Определяем значение изгибающего момента в т.В. Максимальное напряжение в балках прямоугольного сечения определяются по след формуле [1. стр.250] Определяем значение результирующей реакции: Определяем сжимающее усилие в т.А. Определяем значение результирующей реакции: Определяем максимальное значение изгибающего момента в т.В.
Введение
В период развития массового жилищного строительства, было организовано крупносерийное производство различных типов строительных башенных кранов грузоподъемностью 1,0 -50 тонн. За последние 20 лет в строительстве использовались свыше 35 типов башенных кранов с разнообразными параметрами и различными конструктивными исполнениями. По мере совершенствования организации строительной индустрии количество конструктивных модификаций строительных кранов сократилось примерно вдвое.
Подавляющее большинство строительных объектов - это многоэтажные сооружения, возводимые в стесненных городских условиях. Строящееся здание занимает большую часть строительной площадки. Башенный кран, в свою очередь, занимает минимальную площадь вблизи строящегося здания, позволяет обеспечить большую высоту подъема, широкую зону обслуживания, и кроме того в транспортном состоянии имеет приемлемый габарит.
Проектируемый кран должен быть простым по конструкции, легко и быстро монтируемым, мобильным и доступным в цене для небольшой организации или частного лица. В процессе разработки необходимо обеспечить взаимозаменяемость деталей и узлов, а это значит, что кран должен быть собран из возможно большего числа стандартных изделий.
При изготовлении и эксплуатации крана необходимо соблюдать требования охраны труда и защиты окружающей среды.
Расчет металлоконструкции крана
I. Подбор сечения металлоконструкции стрелы и расчет его характеристик
Примем сечение стрелы, указанное на рис.2.
Расчет характеристик сечения.
Сечение составное из 4-х труб 140х120х9 ГОСТ 8645-68. (Рис.2)
Характеристики одиночной трубы: Высота 140 мм
Ширина 120 мм
Толщина стенки s=9 мм
Площадь сечения А=42,17 см2.
Масса 1 м, 33,1 кг
Моменты инерции одной части:
Рис.2. Рассчитываемое сечение.
Моменты сопротивления:
Определяем характеристики составного сечения: 1. Суммарная площадь
2. Моменты инерции и моменты сопротивления
Полярный момент инерции
Полярный момент сопротивления
2. Таблица нагрузок для расчета металлической конструкции крана в СРПС и расшифровка коэффициентов
Нагрузка Расчетный случай
I II
Комбинации нагрузок
Іа Ib Ic IIA IIB IIC
Вес элементов крана
Вес груза
Силы инерции при работе механизма изменения вылета - - - -
Силы инерции при работе механизма поворота - - - -
Приближенно можно принять: - коэффициенты перегрузок для соответствующих нагрузок
- коэффициент надежности по весу груза [1. стр.49]
Примем
- коэффициент надежности по собственному весу машины [1.стр. 48]
- коэффициент надежности по горизонтальным инерционным нагрузкам. [1.стр.58]
- Касательная сила инерции, действующая в период разгона/торможения механизма вращения. [1.стр 56]
здесь время разгона или торможения механизма вращения
Радиальная сила инерции. [1. стр.56]
здесь - угловая скорость вращения крана
- число оборотов поворотной части в минуту
- горизонтальная инерционная сила , действующая на массу и возникающая при разгоне или торможении механизма изменения вылета [1. стр.58]
здесь - время разгона или торможения механизма изменения вылета (3-5 с).
- ветровые нагрузки. [1.стр.64]
II. Расчет металлоконструкции на минимальном вылете стрелы
Расчетный случай Ia
Определяем натяжение в грузовом канате.
где вес груза с полиспастом
- число полиспастов кратность полиспаста здесь - КПД блока на подшипниках качения , примем k - число обводных блоков. (Канат перегибается на 1800. здесь k=1)
Определяем усилие в оттяжке из условия равновесия стрелы в плоскости качания.
Определяем сжимающее усилие в точке С.
Определяем сжимающее усилие в точке B.
Определяем реакции в т.B.
Определяем значение сжимающей силы:
Определяем сжимающее усилие в точке А.
Определяем значение результирующей реакции:
Определяем значение изгибающего момента в т.В.
Проверяем сечение I. (Точка В)
Проверяем принятое сечение по условию прочности [1. стр.72]
где [1. стр.33]
[1. стр.72]
[1. стр.73]
Для металлоконструкции принимаем марку стали 15ХСНД с
-Максимальное эквивалентное напряжение.
Максимальное напряжение в балках прямоугольного сечения определяются по след формуле [1. стр.250]
Условие прочности выполняется.
Проверяем принятое сечение по условию устойчивости [1. стр.93]
где [1. стр.33]
[1. стр.94]
[1. стр.94]
- коэффициент продольного изгиба
Определяем гибкость стержня [1. стр.87]
где [1. стр.87]
Определяем условную гибкость.
где модуль упругости для стали
Значение определяем по приближенной формуле [1. стр.89]
Условие устойчивости выполняется.
Проверяем сечение II. (Точка A)
Проверяем принятое сечение по условию прочности [1. стр.72]
где [1. стр.33]
[1. стр.72]
[1. стр.73]
Для металлоконструкции принимаем марку стали 15ХСНД с
-Максимальное эквивалентное напряжение.
Максимальное напряжение в балках прямоугольного сечения определяются по след формуле [1. стр.250]
Условие прочности выполняется.
Проверяем принятое сечение по условию устойчивости [1. стр.93]
где [1. стр.33]
[1. стр.94]
[1. стр.94]
- коэффициент продольного изгиба
Определяем гибкость стержня [1. стр.87]
где [1. стр.87]
Определяем условную гибкость.
где модуль упругости для стали
Значение определяем по приближенной формуле [1. стр.89]
Условие устойчивости выполняется.
Расчетный случай Ib
Определяем натяжение в грузовом канате.
где вес груза с полиспастом
- число полиспастов кратность полиспаста здесь - КПД блока на подшипниках качения , примем k - число обводных блоков. (Канат перегибается на 1800. здесь k=1)
Определяем силы инерции при работе механизма изменения вылета для соответствующих масс. [1.стр.58]
где - время разгона или торможения механизма изменения вылета (3…5 с)
- скорость движения i-ой массы
Скорость изменения вылета V=5…10 м/с. Примем скорость точки С равной 10 м/с.
Определяем угловую скорость стрелы:
Сила инерции, действующая на подвеску с грузом:
Сила инерции, действующая на неманевровый гусек
Сила инерции, действующая на маневровый гусек
Определяем усилие в оттяжке из условия равновесия стрелы в плоскости качания.
Определяем сжимающее усилие в т.В.
Определяем значение результирующей реакции:
Определяем сжимающее усилие в т.А.
Определяем значение результирующей реакции:
Определяем максимальное значение изгибающего момента в т.В.
Проверяем сечение I. (Точка В)
Проверяем принятое сечение по условию прочности [1. стр.72]
где [1. стр.33]
[1. стр.72]
[1. стр.73]
Для металлоконструкции принимаем марку стали 15ХСНД с
-Максимальное эквивалентное напряжение.
Максимальное напряжение в балках прямоугольного сечения определяются по след формуле [1. стр.250]
Условие прочности выполняется.
Проверяем принятое сечение по условию устойчивости [1. стр.93]
где [1. стр.33]
[1. стр.94]
[1. стр.94]
- коэффициент продольного изгиба
Определяем гибкость стержня [1. стр.87]
где [1. стр.87]
Определяем условную гибкость.
где модуль упругости для стали
Значение определяем по приближенной формуле [1. стр.89]
Условие устойчивости выполняется.
Проверяем сечение II. (Точка A)
Проверяем принятое сечение по условию прочности [1. стр.72]
где [1. стр.33]
[1. стр.72]
[1. стр.73]
Для металлоконструкции принимаем марку стали 15ХСНД с
-Максимальное эквивалентное напряжение.
Максимальное напряжение в балках прямоугольного сечения определяются по след формуле [1. стр.250]
Условие прочности выполняется.
Проверяем принятое сечение по условию устойчивости [1. стр.93]
где [1. стр.33]
[1. стр.94]
[1. стр.94]
- коэффициент продольного изгиба
Определяем гибкость стержня [1. стр.87]
где [1. стр.87]
Определяем условную гибкость.
где модуль упругости для стали
Значение определяем по приближенной формуле [1. стр.89]
Условие устойчивости выполняется.
Расчетный случай Ic
Определяем натяжение в грузовом канате.
где вес груза с полиспастом
- число полиспастов кратность полиспаста здесь - КПД блока на подшипниках качения , примем k - число обводных блоков. (Канат перегибается на 1800. здесь k=1)
Определяем силы инерции при работе механизма поворота для соответствующих масс. [1.стр.56]
Радиальная сила инерции (центробежная).
где - угловая скорость вращения крана.
Касательная сила инерции где - время разгона или торможения механизма изменения вылета (3…6 с)
Радиальная сила инерции, действующая на подвеску с грузом:
Касательная сила инерции, действующая на подвеску с грузом:
Радиальная сила инерции, действующая на неманевровый гусек.
Касательная сила инерции, действующая на неманевровый гусек.
Радиальная сила инерции, действующая на маневровый гусек.
Касательная сила инерции, действующая на маневровый гусек.
Определяем усилие в оттяжке из условия равновесия стрелы в плоскости качания.
Определяем сжимающее усилие в точке B.
Определяем значение результирующей реакции:
Определяем сжимающее усилие в точке А.
Определяем значение результирующей реакции:
Определяем значения изгибающих и крутящих моментов в расчетных точках.
Определяем максимальное значение изгибающего момента в плоскости чертежа (в т.В).
Определяем значение изгибающего момента в точке В. в плоскости, перпендикулярной плоскости чертежа.
Определяем значение изгибающего момента в точке А. в плоскости, перпендикулярной плоскости чертежа.
Определяем значение крутящего момента в точке А.
Проверяем сечение I. (Точка В)
Проверяем принятое сечение по условию прочности [1. стр.72]
где [1. стр.33]
[1. стр.72]
[1. стр.73]
Для металлоконструкции принимаем марку стали 15ХСНД с
-Максимальное эквивалентное напряжение.
Максимальное напряжение в балках прямоугольного сечения определяются по след формуле [1. стр.250]
Условие прочности выполняется.
Проверяем принятое сечение по условию устойчивости [1. стр.93]
где [1. стр.33]
[1. стр.94]
[1. стр.94]
- коэффициент продольного изгиба
Определяем гибкость стержня [1. стр.87]
где [1. стр.87]
Определяем условную гибкость.
где модуль упругости для стали
Значение определяем по приближенной формуле [1. стр.89]
Условие устойчивости выполняется.
Проверяем сечение II. (Точка A)
Проверяем принятое сечение по условию прочности [1. стр.72]
где [1. стр.33]
[1. стр.72]
[1. стр.73]
Для металлоконструкции принимаем марку стали 15ХСНД с
-Максимальное эквивалентное напряжение.
Максимальное напряжение в балках прямоугольного сечения определяются по след формуле [1. стр.250]
Условие прочности выполняется.
Проверяем принятое сечение по условию устойчивости [1. стр.93]
где [1. стр.33]
[1. стр.94]
[1. стр.94]
- коэффициент продольного изгиба
Определяем гибкость стержня [1. стр.87]
где [1. стр.87]
Определяем условную гибкость.
где модель упругости для стали
Значение определяем по приближенной формуле [1. стр.89]
Условие устойчивости выполняется.
Расчетный случай IIA
Определяем натяжение в грузовом канате.
где вес груза с полиспастом
- число полиспастов кратность полиспаста здесь - КПД блока на подшипниках качения , примем k - число обводных блоков. (Канат перегибается на 1800. здесь k=1)
2. Определяем ветровую нагрузку на металлоконструкцию.
Где - наветренная площадь
-распределенное ветровое давление здесь - нормативное ветровое давление на высоте 10 м над уровнем земли
- коэффициент влияния высоты, на которой расположен i-й элемент.
- аэродинамический коэффициент
- коэффициент надежности. где - ширина фермы
- число ферм
- коэффициент заполнения фермы здесь
- коэффициент ослабления ветрового давления
В нашем случае:
Нагрузка на неманевровый гусек.
где
Нагрузка на маневровый гусек.
где
Определяем усилие в оттяжке из условия равновесия стрелы в плоскости качания.
Определяем сжимающее усилие в точке С.
Определяем сжимающее усилие в точке B.
Определяем реакции в т.B.
Определяем значение сжимающей силы:
Определяем сжимающее усилие в точке А.
Определяем значение результирующей реакции:
Определяем значение изгибающего момента в т.В.
Проверяем сечение I. (Точка В)
Проверяем принятое сечение по условию прочности [1. стр.72]
где [1. стр.33]
[1. стр.72]
[1. стр.73]
Для металлоконструкции принимаем марку стали 15ХСНД с
-Максимальное эквивалентное напряжение.
Максимальное напряжение в балках прямоугольного сечения определяются по след формуле [1. стр.250]
Условие прочности выполняется.
Проверяем принятое сечение по условию устойчивости [1. стр.93]
где [1. стр.33]
[1. стр.94]
[1. стр.94]
- коэффициент продольного изгиба
Определяем гибкость стержня [1. стр.87]
где [1. стр.87]
Определяем условную гибкость.
где модуль упругости для стали
Значение определяем по приближенной формуле [1. стр.89]
Условие устойчивости выполняется.
Проверяем сечение II. (Точка A)
Проверяем принятое сечение по условию прочности [1. стр.72]
где [1. стр.33]
[1. стр.72]
[1. стр.73]
Для металлоконструкции принимаем марку стали 15ХСНД с
-Максимальное эквивалентное напряжение.
Максимальное напряжение в балках прямоугольного сечения определяются по след формуле [1. стр.250]
Условие прочности выполняется.
Проверяем принятое сечение по условию устойчивости [1. стр.93]
где [1. стр.33]
[1. стр.94]
[1. стр.94]
- коэффициент продольного изгиба
Определяем гибкость стержня [1. стр.87]
где [1. стр.87]
Определяем условную гибкость.
где модуль упругости для стали
Значение определяем по приближенной формуле [1. стр.89]
Условие устойчивости выполняется.
Список литературы
1. Соколов С.А. Металлические конструкции подъемно-транспортных машин: Учебное пособие. - СПБ.: Политехника, 2005. - 423с.: ил.
2. Иванов М.Н. Детали машин: Учеб. для студентов высш. техн. учеб. заведений. - 5-е изд., перераб.- М.: Высш. шк., 1991.-383с.: ил.
3. Специальные краны: Учебное пособие для машиностроительных вузов по специальности «Подъемно-транспортные машины и оборудование»/ П.З. Петухов, Г.П. Ксюнин, Л.Г. Серлин - М.: Машиностроение, 1985.-248с.,ил.
