Курсовая работа - Расчет главной балки мостового крана - файл n1.doc

Курсовая работа - Расчет главной балки мостового крана
скачать (413.8 kb.)
Доступные файлы (4):
n1.doc811kb.08.01.2010 03:36скачать
n2.cdw
n3.cdw
n4.frw

n1.doc



1. РОЗРАХУНОК МЕТАЛОКОНСТРУКЦІЇ ГОЛОВНОЇ БАЛКИ МОСТОВОГО КРАНА КОРОБЧАСТОГО ПЕРЕРІЗУ
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 струмопідводу до вантажного візка 4. На головних балках укладаються підвізкові рейки 2.


Вантажопідйомність Q = 125 кН

Прогін L = 2250 см

Швидкість пересування крану V = 100 м/хв

Час гальмування t = 2,5 сек

База візка aT = 180 см

Режим роботи С

Температура навколишнього середовища


Рисунок 1.1 – Схема мостового крана

1.2 Навантаження і їх сполучення

Розрахунок балки проводиться 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 середньому режимі роботи  =1,3.

Коефіцієнт К вибирається в залежності від швидкості пересування крана : при v=100 м/хв, К=1,2.
1.3 Визначення навантажень і місць їх прикладення
Постійні навантаження від власної ваги балки і площадки обслуговування приймаються рівномірно розподіленими по довжині балки:

;

Значення GБ приймається за графіком залежно від прогону і вантажопідйомності.

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



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

;

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

Швидкість пересування v і час гальмування встановлено відповідно до завдання.

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



Сили Р` можна перенести до центру ваги перетину балки, тоді сили Р`, перекреслені один раз, створюють додатковій обертовий момент, який необхідно враховувати пр. розрахунку балки.
1.4 Вибір марки сталі і напруг, що допускаються
За умовами завдання вибираємо сталь 09Г2 при температурі роботи до -40оС

Максимальне напруження

Допустимі напруження




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 твердості у середину балки вварюються великі діафрагми 3; для місцевої стійкості верхнього поясу приварюються малі діафрагми 4, а для стійкості стінок – поперечні ребра жорсткості 5.


С

Рисунок 1.2 – Переріз головної балки


Осьовий момент опору знаходиться згідно з виразом

;

де , - відповідно максимальні згинальні моменти від постійних і рухомих навантажень

Величина визначається за формулою



Рухоме навантаження визначається з урахуванням коефіцієнта ?:



Максимальний згинальний момент від цього навантаження буде під лівим колесом , що відстоїть від лівої опори на відстані 0,5L – 0,25aт





Висота балки



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

Лінійні розміри:

Во=37см

?п=0,8см

?с=0,8см

bп=40см

h=H- 2bп=100-1,6=98,4см

Після вибору геометричних розмірів поперечного перерізу балки визначаємо фактичне значення Wx:



де Ix – момент інерції поперечного перерізу балки відносно нейтральної осі х-х.

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



де Iп – момент інерції поясу відносно осі :



Fп – площа пояса:



де Iс – момент інерції стінки відносно осі :







Напруження в крайніх волокнах на рівні точки А (рис.3) становитиме:



Перевірку перетину на дію основних і додаткових навантажень (друге сполучення навантажень) виконуємо за формулою:



Де - згинальний момент від дії постійних навантажень:

.

Згинальний момент від рухомого навантаження:



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



де - момент опору перетину балки щодо осі y-y; - момент інерції поперечного перерізу балки щодо нейтральної осі y-y, визначається аналогічно :













У горизонтальній площині міст являє собою статично невизначену раму. У практичних розрахунках вплив закладення головних балок у кінцевих можна враховувати зменшенням для них на 20% згинального моменту, розглядаючи при цьому балку як шарнірно оперту на двох опорах.

Для другого сполучення навантажень гальмування приймаємо різким і величину прискорення вражаємо вдвічі більше середньої. Коефіцієнт поштовхів для горизонтальних навантажень не враховується, тобто К=1;







Дотичні напруження в перетині 1-1 у місці переходу стінки в пояс (точка Б, рис.3)



де - дотичне напруження від поперечної сили Qp; - дотичне напруження від крутіння балки.

Напруження визначається за формулою:



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



- статичний момент поясу щодо осі х-х:





Напруження визначається за формулою



де - крутний момент від сили Р`:

,

де - висота під візкової рейки; , ширина і висота балки по осях, що проходять через середини листів стінок і поясів:

.

,

.

Як під візкова рейка до кранів невеликої вантажопідйомності застосовані рейки залізничні для доріг вузької колії. Для крану вантажопідйомністю 125 кН вибираємо рейки типу Р15.

Приведенні напруження будуть визначені



Де - нормальне напруження в місці переходу стінки в пояс визначається за формулою

,

де .

.

Крім перетину І-І необхідно перевірити на міцність в опорному перетині , де головна балка стикається з кінцевою; висота балки тут Н`:

.

Ліве колесо візка знаходиться на відстані від лівої опори.

Опорний перетин перевіряється за найбільшим дотичним напруженням, оскільки нормальне напруження тут близьке до нуля.

,

де - поперечна сила в опорному перетині від постійного навантаження:

;

де - поперечна сила в опорному перетині від постійного навантаження:

;

S – статичний момент опорного напівперетину щодо осі х-х:

І – момент інерції опорного перетину щодо осі х-х:


1.6 Перевірка балки на статичну і динамічну жорсткість
Перевірка балки на статичну жорсткість полягає у визначенні прогину балки від статично прикладеного рухомого навантаження . максимальний прогін балки при однакових тисках визначається за формулою:

,

,

де - допустимий прогін балки:

.

Перевірка на динамічну жорсткість 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 складає близько 5% від первісного значення:

,

де Т – період власних коливань балки:

,

де С – коефіцієнт жорсткої балки у вертикальній площині:

,

.
1.7 Перевірка балки на стійкість
Елементи балки коробчастого 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.

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

,

де Wp – момент опору рейки; - напруження, що допускається, для рейки; =17.

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

У наступних відсіках ця відстань збільшується і у середині прогону може призначатися до 2Н, але не більше 3 м.

Стійкість стінок перевіряється в двох перетинах балки. Перший перетин знаходиться під лівим колесом візка, що відстоїть від лівої опори на відстані ; другий - в опорному відсіку, під лівим колесом, що відстоїть від опори на відстані .

Перетин І-І. Розглянемо відсік балки, 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 , що затиснена в поясах і вільно обперта на діафрагмах. У цьому перетині вплив дотичних напружень невеликий; стінка тут піддається головним чином впливу нормальних напружень, закон розподілу яких показаний на рисунку 1.4, а. Під дією повздовжніх сил пластинка випинається і при визначених (критичних) напругах може втратити стійкість, що спричиняє втрату несучої здатності всієї балки.


2

1

1



б)

а)

в)

Рисунок 1.4 – Фрагмент головної балки


Для розглянутої пластинки критичне нормальне напруження в



Критичні напруження порівнюємо з граничним стискувальним напруженням:



Пластинка буде стійка, якщо запас місцевої стійкості:



Критичні напруження в для першої пластинки перевіряють за формулою:

,

Друга пластинка, розташована між повздовжнім ребром і розтягнутим поясом, перевіряється за формулою:

,

,

.

Критичні напруження і порівнюємо відповідно з і за умовою стійкості:

,

Перетин ІІ-ІІ. У цьому перетині на втрату стійкості стін ки переважно впливають дотичні напруження, оскільки нормальні напруження тут будуть невеликі і їх можна не враховувати.

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

Під впливом цих сил пластинка розтягується в напрямку діагоналі БД і стискується в напрямку діагоналі АС. Внаслідок цього можливо випинання в напрямку діагоналі АС.

Критичне дотичне напруження в стінці визначається за формулою:

,

.
1.8 Розрахунок звареного з’єднання поясу зі стінкою
Пояс зі стінками з’єднують звареним безупинним швом автоматичним зварюванням. Шви накладають на зовнішніх сторонах стінок.

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

Найбільш зсувні зусилля будуть виникати поблизу опорного перетину, коли вантажний візок знаходиться в крайньому лівому положенні. Поясний шов розраховуємо на зріз за формулою:

,

де Q, I – поперечна сила і момент інерції в опорному перетині:

;

SП – статичний момент поясу щодо нейтральної осі опорного перетину;

;



К – катет шва; = 0,6.
2 РОЗРАХУНОК МЕТАЛОКОНСТРУКЦІЇ ГОЛОВНОЇ БАЛКИ МОСТОВОГО КРАНА РЕШІТЧАСТОЇ КОНСТРУКЦІЇ
2.1 Опис конструкції і вхідні дані
2.1. Вихідні дані
Металева конструкція моста решітчастої конструкції складається з двох просторово жорстких пролітних балок, з’єднаних по краях кінцевими балками 2, в яких установлені ходові колеса крана 3.

Кожна пролітна балка містить у собі головну ферму, допоміжну (бокову) і дві горизонтальні ферми. Для надання пролітній балці геометричної незмінюваності, уздовж прольоту розміщаються розкоси 4; ці розкоси містяться у площині стійок головної і допоміжної ферм.

До складу головної ферми входять верхній пояс 6, ніжній пояс 9, розкоси 8 і стійки 7. До верхнього поясу кріпиться під візкова рейка 5.

Вантажопідйомність Q = 125 кН

Прогін L = 2250 см

Швидкість пересування крану V = 100 м/хв

Час гальмування t = 2,5 сек

База візка aT = 180 см

Режим роботи С

Температура навколишнього середовища

Висоту ферми (відстань між центрами ваги верхнього и нижнього поясов) призначаємо . Висоту ферми в місці кріплення до кінцевої – . Ширину горизонтальних ферм з умови жорсткості в горизонтальній площині призначаємо . Довжина панели верхнього пояса .

2.2 Навантаження і їх сполучення
Розрахунок балки проводиться відповідно методом допустимих напружень. 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 середньому режимі роботи  =1,3.

Коефіцієнт К вибирається в залежності від швидкості пересування крана : при v=100 м/хв, К=1,2.
2.3 Вибір марки сталі
Вибір марки сталі і напружень, що допускаються, залежить від температури навколишнього повітря, при якій експлуатується кран, і режиму роботи.

За умовами завдання вибираємо сталь 09Г2 при температурі роботи до -40оС
Напруження, що допускаються, для першого і другого сполучення навантажень:





де GТ=25 кН/см2 – межа текучесті сталі 09Г2;

n1=1,5 – коефіцієнт запасу міцності;

n2=1,33 – коефіцієнт запасу міцності.


2.4.Визначення зусиль в елементах головної ферми
2.4.1 У вертикальній площині
Власна вага пролітної балки визначається за графіком. Більшу частину ваги балки сприймає головна ферма:

.

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

,

де m – число усіх вузлів, що примикають до верхнього поясу. У крайніх вузлах діє навантаження .

Зусилля в елементах головної ферми від власної ваги знаходять за допомогою діаграми зусиль Максвела-Кремоне. Оскільки ферма симетрична, то досить побудувати діаграму для однієї половини.

Тиск ходових коліс від ваги візки з вантажем Q сприймається тільки елементами головної ферми. Тиск на одне ходове колесо:














Для візка з вантажем:























Для верхнього поясу при







2.5 Вибір перерізів елементів головної ферми
Для проектування головної ферми необхідно вибрати переріз верхнього і нижнього поясів, розкосів і стінок.
2.5.1 Вибір перерізу верхнього поясу
Приймемо переріз верхнього поясу в вигляді тавра. Спочатку площа перерізу вибирається орієнтовно, за максимальним зусиллям, що виникає у стрижні поясу від навантажень першого сполучення:



Але ця формула не враховує місцевого згину верхнього поясу, тому допустимі напруження мають бути зниженими до



Площа перерізу розподіляється приблизно нарівно між стінкою і полицею. Знос полиці b1 за умовою місцевої стійкості призначають з умови:

де - товщина полиці







Відстань від крайки полиці до нейтральної осі полиці



Обраний переріз верхнього поясу перевіряють за методом допустимих напружень за формулою:









Момент опору перерізу для верхніх волокон полиці:



Радіус інерції перерізу осі x-x:







Місцевий (панельний) згинальний момент визначається за формулою:



Розрахунок напружень нижніх волокон:

Відстань від кромки стінки перерізу до нейтральної осі:



Момент опору перерізу для нижніх волокон:



Момент у вузлі:



Другий небезпечний переріз буде у вузлі, оскільки тут також діє згинальний момент Му, але зі зворотнім знаком.

Напруження для нижніх волокон у вузлі:



Обраний переріз задовольняє умовам міцності.

Переходимо до перевірки перерізів по другому сполученню навантажень з урахуванням стійкості поясу відносно осі х-х так і відносно осі у-у:



k=1,1 – коефіцієнт поштовхів;

















Стійкість поясу:

Стінка роглядається як пластина, пружно обперта з трьох сторон, і вільна – з четвертої, довгої сторони. Стінка зазнає рівномірного тиску з двох коротких сторін.

Критичні напруження у кН/см2, для такого закріплення пластини:


2.5.2 Вибір перерізу нижнього поясу
Нижній пояс розтягнутий. Приймемо переріз із двох кутників. Площа перерізу F визначається з умови:



Вибираємо 2∟90х90х9

Перевірка


2.5.3 Вибір перерізу розкосів і стійок
Переріз розкосів і стійок звичайно складається з двох рівнополочних кутників, з’єднаних по довжині планками.

Спочатку площа перерізу підбирається орієнтовно, при гнучкості , за формулою:

, за площею вибираємо 2∟80х80х5,5



Гнучкість стрижня в площині ферми



Дійсне напруження у розскосі



Розрахунок стійок:



Вибираємо розкос 2∟70х70х5

Гнучкість стрижня в площині ферми




2.6 Визначення прогину ферми

Прогин ферми визначається стосовно дії статично прикладеного статичного навантаження за формулою Мора:



де - зусилля в і стрижні від рухомого навантаження; - зусилля в і стрижні від одиничної сили; - довжина і стрижня, см; - площа і стрижня , см2; n – число усіх стрижнів ферми.

Прогиб f не повинен бути більше припустимого:






Таблиця 1 - Результати обчислень




Номер стрижня


Spi,

кН

S1,

кН

Площа стрижня

F, см2

Довжина

стрижня l, см

см

+

-

+

-

Верхний пояс

1-20

1-22

1-23

1-25

1-26

1-28

1-29

8-31




0





0











Нижний пояс

18-21

18-24

18-27

18-30


.


.












Раскосы

20-21

21-22

23-24

24-25

26-27

27-28

29-30

30-31



















Стойки

22-23

25-26

28-29

31-32













0


2.7 Розрахунок зварних швів

Розрахункова довжина шва l1 визначається за формулою:



де ?=0,7 – коефіцієнт, прийнятий залежно від виду зварювання.

Висота катета шва k призначається на 2 мм меншою, ніж товщина полиці кутника, але не меншою 4 мм. Розрахункова довжина флангового шва повинна бути не менше 40 мм.

Для сталі ст3 застосовуються електроди типу Э42А.



1. РОЗРАХУНОК МЕТАЛОКОНСТРУКЦІЇ ГОЛОВНОЇ БАЛКИ МОСТОВОГО КРАНА КОРОБЧАСТОГО ПЕРЕРІЗУ
Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации