Міністерствоосвіти і науки України
Київськийнаціональний університет будівництва і архітектури
Кафедра«Будівельні машини» ім… Ю.О. Вєтрова
ПОЯСНЮВАЛЬНАЗАПИСКА
докурсової роботи з дисципліни:
«Проектуванняметалевих конструкцій»
Темароботи: Проектування стріли крана
Варіант№2
Виконав:студент ІV курсу
групиПНМ-41
БабічС.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 стержняхстріли
6 Побудова ліній впливу у стержнях
7 Підбір перерізів стержнів і перевірканапружень
Список використаної літеретури
Вихіднідані:
Баштовийкран типу КБ – 674
Q=90 кН – вага вантажу;
Lc=29,1 м – довжиастріли;
Gвіз.=9кН – вага пересувного візка;
Gг.о.=4,2кН – вага гакової обойми;
Gc=65,2кН – вага стріли;
nп=0,85об/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
Знайдеморозрахункові 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 Qна коефіцієнт перевантаження nQ=1,15:
/>
2. Поздовжнінавантаження.
Зусилля N1у нижній (веденій) гільці вантажного канату визначаємо за формулою (168)посібника [1]:
/>
де і=2 –кратність поліспаста;
ηп– коефіцієнт корисної дії вантажного поліспаста.
Коефіцієнткорисної дії поліспаста визначається за формулою:
/>
де η=0,98 –ККД одного блока.
/>
Тоді
/>
Зусилля N2уверхній (ведучій) гілці вантажного канату визначаємо за формулою:
/>
де n0=1– кількість обвідних блоків.
3.Вертикальні навантаження.
На стрілубаштового крана діють такі вертикальні навантаження.
Власна сила вагистріли, яка умовно розглядається як рівномірно розподілене навантаження зінтенсивністю:
/>
де Gc– повна сила ваги стріли.
Вертикальнізосереджені навантаження, що передаються на стрілу через вантажний візок:
- сила ваги вантажу Q=103,5кН;
- сила ваги візка Gвіз=9,9кН;
- сила ваги гакової обойми Gг.о.=4,62кН.
Схемарозташування прикладених до стріли вертикальних навантажень зображено на рис.2.
/>
Рис. 2 –Розрахункова схема стріли при дії вертикальних навантажень.
4. Боковінавантаження.
Боковінавантаження, перпендикулярні до вертикальної площини симетрії стріли,виникають внаслідок вітрового тиску і інерції стріли з вантажем під час розгонуабо гальмування при повороті крана.
Повнівітрові навантаження на стрілу Wcвизначаємо 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=41,4м2.
Тоді
/>
Вітровенавантаження на стрілу крана вважається рівномірно розподіленим зінтенсивністю:
/>
Повне вітровенавантаження на вантаж вважається зосередженими і прикладеними в центрі вагивантажу:
/>
деАн – розрахункова повітряна площа вантажу вагою Q=90кН.
Знайдемопо табл.3.1 [2] />
Тоді
/>
Інерційнінавантаження, що діють на вантаж Тван, гакову обойму Тг.о.і візок Твіз розглядаються як зосереджені і обчислюються заформулою:
/>
деG – вагарозглядуваного елемента;
g=9,8 м2/с –прискорення вільного падіння;
t=5с – час розгону або гальмування.
Найбільшалінійна швидкість /> визначається за формулою:
/>
де R – відстань від осіобертання крана до центра ваги елемента, яка дорівнює R=30500-500=30000=30м;
n=0,85об/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 стрілувважають зосередженою силою Тс, прикладеною до оголовка стріли
/>
Розрахунковасхема 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 – Схемарозкладання вертикальних навантажень.
Розкладаннянавантажень на складові. Кожна з вертикальних навантажень, що діють на стрілу,розкладається на дві складові, які лежать в площинах бокових граней (рис.4).
/>
Визначаємокут />:
/>
Визначаємоскладові навантаження:
/>
/>
/>
/>
Горизонтальнінавантаження в тригранних стрілах умовно прикладаються до єдиної горизонтальноїферми. Виникаючий при цьому крутний момент з метою спрощення розрахунків невраховується.
6.Побудова ліній впливу зусиль у стержнях.
Ускладі як вертикальних, так і горизонтальних навантажень є рухомінавантаження, що переміщуються вздовж стріли разом з вантажним візком.Максимальні зусилля в стержнях виникають при деяких найбільш не вигіднихположеннях візка. Для визначення цих зусиль по-перше побудуємо їх лінії впливувід дії одиничної сили, що рухається вздовж стріли.
Узв’язку з тим, що найбільш навантажені стержні знаходяться на консольнійчастині, то будувати лінії впливу опорних реакцій не потрібно.
Найбільшнавантажені стержні, які приникають до заданого вузла В позначені рисками.Проводимо переріз І-І крізь стержні В-1, В-3, 2-3 та розглянемо рівновагуправої відсіченої частини ферми.
Лініявпливу SВ1(моментна точка 3).
СилаР=1 ліворуч від перерізу:
/>
СилаР=1 праворуч від перерізу:
/>
/>
прих=0; SB1=0;
прих=9,3; SB1=3,72.
Лініявпливу S23(моментна точка В)
СилаР=1 ліворуч від перерізу:
/>
СилаР=1 праворуч від перерізу:
/>
/>
прих=0; S23=0;
прих=11,8; S23=-4,72.
Лініявпливу SВ3(моментна точка відсутня).
СилаР=1 ліворуч від перерізу:
/>
СилаР=1 праворуч від перерізу:
/>
/>
/>
Лініявпливу S13(моментна точка відсутня).
СилаР=1 ліворуч від перерізу:
/>
СилаР=1 праворуч від перерізу:
/>
Будуємолінії впливу зусиль в горизонтальній площині ферми.
Побудуємолінію впливу зусилля S23,яке одночасно належить до горизонтальної ферми.
Лініявпливу S23(моментна точка С).
СилаР=1 ліворуч від перерізу:
/>
СилаР=1 праворуч від перерізу:
/>
/>
прих=0; S23=0;
прих=11,8; S23=-6,55.
Лініявпливу SА1(моментна точка відсутня).
СилаР=1 ліворуч від перерізу:
/>
СилаР=1 праворуч від перерізу:
/>
/>
/>
Визначимопо лініях впливу максимальні зусилля в розглянутих стержнях.
Зусилляу стержнях стріли від вертикальних або від горизонтальних навантажень можутьбути знайдені за формулою:
/>
де Рі – зосереджені сили, що лежать у площині розглядуваної граністріли;
уі– ординати лінії впливу, відповідні точкам прикладення зазначених сил;
q – інтенсивністьрозподіленого навантаження;
/> — площа міжлінією впливу й базовою нульовою лінією.
Зусилляв одиничному поясі SВ1стріли дорівнює:
/>
де /> зусилляспричинені вертикальними навантаженнями;
/> зусилляспричинені поздовжніми навантаженнями.
Зусилля/> визначимоз допомогою лінії впливу />від складових />. Інтенсивністьрозподіленого навантаження q,що лежать у площинах бокових граней.
/>(розтягнення).
Зусилля/> визначаємоза формулою:
/>
де /> - кутутворений горизонтальною площиною з боковою проекцією поясів, що сприймають цезусилля.
/>(стискання).
/>(розтягнення)./>
Зусилля/>у стержніпояса, спільного для бокової і горизонтальної ферм, складається із зусильзумовлених відповідно вертикальними, горизонтальними і поздовжніминавантаженнями:
/>
/>(стискання).
Зусилля/>визначаємоза допомогою лінії впливу /> в горизонтальній грані:
/>(стискання).
Зусилля/>визначаємоза формулою:
/>(стискання).
Остаточно:
/>/>
Розносиі стояки бокових граней стріли сприймають тільки вертикальні навантаження.
Зусилляв розносі />визначимоза допомогою лінії впливу />
/>(розтягнення).
Зусилляв стояку />визначаютьсяза допомогою лінії впливу />в боковій грані:
/>(стиснення).
Розносиі стояки горизонтальних граней сприймають лише горизонтальні навантаження,перпендикулярні до вертикальної площини симетрії стріли.
Зусилляв розносі />визначаємоза допомогою лінії впливу /> в горизонтальній фермі:
/>
7. Підбірперерізів стержнів і перевірка напружень.
Верхній пояс.Площа перерізу вибираємо згідно за формулою:
/>
де m=1 –коефіцієнт умов роботи для труб;
R=210МПа=21кН/см2– розрахунковий опір матеріалу для сталі 20;
/>
Вибираємо зтаблиці сортаменту прокатних сталей [3] «Трубы стальные бесшовныегарячекатаные» (ГОСТ 8732-89) трубу: зовнішній діаметр
Dз=140мм, товщина стінки S=11мм, площа перерізу F=44,56 см2, радіус інерції і=4,58 см.
Нижній пояс.Найбільше стискуюче зусилля Sст в елементах даної групи дорівнює:
/>
Необхідна площаперерізу:
/>
де ϕ– коефіцієнт поздовжнього згину(попередньо береться для поясів 0,7 – 0,8);
m=1– коефіцієнт умов роботи;
R=210МПа=21 кН/см2 – розрахунковий опір матеріалу.
/>
Вибираємо зтаблиці сортаменту [4] два нерівнобоких кутника 110х70х8 мм(рис.5), для якого:
А=13,93 см2,imin=1,52cм, Imin=32,31см4,iх=3,51см,
Іx=171,54см4, Iy=54,64см4, іу=1,98см, xo=1,64cм, yo=3,61cм.
Для обраного перерізупроводимо перевірку напружень Ϭза формулою:
/>
Гнучкістьстержня:
/>
де μ –коефіцієнт зведення довжини (для поясів стріли μ=1);
l – геометричнадовжинастержня(l=2,5 м), що визначається, як відстань між центрами вузлів;
rmin– мінімальний радіус інерції перерізу:
/>
Обчислимо Іудля всього перерізу:
/>
/>
/>/>
/>
Гнучкість пояса:
/>
По таблицікоефіцієнтів поздовжнього згину ϕзнайдемо інтерполяцію:
/>
Напруження:
/>˂/>
Розкоси боковихі горизонтальних ферм.
Найбільшезусилля буде SВ3=-105,31 кН(стискання).
Необхідна площаперерізу:
/>
Приймаємо: ϕ=0,6;μ=1,0 (для труб), R=21кН/см2.
Тоді:
/>
Із сортаменту[4] вибираємо трубу: Dз=70 мм, S=4мм,
А=8,29 см2,і=2,36 см.
Усі розкоси істійки бокової і горизонтальної ферм виготовляємо однаковими.
Перевіримонапруження:
/>
Мінімальнийрадіус інерції перерізу для трубчастих стержнів обчислимо за наближеноюформулою:
/>
Знайдемо погонніжорсткості пояса іп і розкоса ір:
/>
/>
де />
Коефіцієнт k1:
/>˃2.
Відношення:
/>
Значення μдля розкоса знайдемо по табл. 2.2 [2]:
/>
Гнучкістьрозкоса:
/>
Коефіцієнтівпоздовжнього згину ϕ(табл. 2.1, [2]):
/>
Напруження:
/>˂/>
Конструювання ірозрахунок заданого вузла стріли.
Розрахуноквузлів зводиться до обчислення на міцніть зварних швів, що кріплять елементирешітки до верхнього пояса.
Визначимонеобхідний катет шва за формулою:
/>
де Sp– зусилля в привареному режимі;
/> - коефіцієнт форми шва,що залежить від технологіі зварювання (/>при ручному і 1,0 приавтоматичному зварюванні);
/> -розрахунковий опір кутового шва (приймаємо />);
lш-довжина шва, яка при обтиску елементів решітки в площині, перепендикулярній доплощини зєднувальних стержнів визначається за формулою:
/>
У нашомувипадку d1=140мм, d2=70мм. Тоді:
/>
Стержень В3: />
Катет шва: />
Приймаємо />
Стержень В1: />
Катет шва: />
Мінімальний катетшва становить 3 мм, тому приймаємо />
Списоквикористаної літератури:
1. Власов В.В. Будівельна механіка іметалеві конструкції: Навч. посібник. – К.: Міістерство освіти і науки України,1994. – 200с.
2. Власов В.В., Шемет І.О. Методичнівказівки та завдання до курсової роботи з дисципліни «Будівельна механіка іметалоконструкції». – К., КДТУБА, 1996. – 28с.
3. ЖивейновМ.М., Карасев Г.И., Цвой И.Ю. Строительная механика и металлоконструкциистроительных и дорожных машин: Учебн. пособие. – М.: Машиностроение, 1988. –278 с.
4. Справочникпо специальным работам «Монтаж стальных и сборных железобетонных конструкций»Под ред. Б.А. Хохлова. – М.: Стройиздат, 1970 – 906 с.