Курсовая работа
«Проект металлических конструкций мостового крана»
Введение
Грузоподъемные машины предназначены для подъема иперемещения грузов на незначительные расстояния в пространстве, ограниченномзоной промышленного предприятия, обслуживаемого машиной.
Грузоподъемным краном называют грузоподъемную машину циклическогодействия, предназначенную для подъема и перемещения грузов (удерживаемыхгрузозахватным органом) из одной точки площадки, обслуживаемой машиной, в другую.
Цикл работ состоит из захвата (строповки) груза, подъемаего на необходимую высоту, перемещения в нужную точку обслуживаемой площадки,опускания, расстроповки груза и возвращения крана в исходное положение.Грузоподъемный кран работает кратковременно, в повторяющемся циклическомрежиме.
Грузоподъемный кран – основное средство механизациипроизводственных процессов, погрузочно-разгрузочных, транспортных и складских работна всех промышленных предприятиях, строительно-монтажных площадках, в речных иморских портах, на железнодорожном транспорте и других отраслях хозяйства.
Применяют различные типы кранов: мостовые, козловые,башенные, консольные, краны-штабелеры, портальные, плавучие, судовыеэлектрогидравлические и др.
Мостовой кран, проект которого разрабатывается в курсовой работе,предназначен для внутрицехового (или внутрискладского) перемещения грузов втрех взаимно перпендикулярных направлениях.
Кран общего назначения, крюковой, грузоподъемностью Q = 400/>, с пролетом Lк= 28 /> и тяжелым режимом работы.
Мостовой кран состоит из двух основных узлов: моста, передвигающегосявдоль цеха, и грузовой тележки или тали, передвигающихся по мосту.
Двухбалочный мост состоит из двух главных балок,соединенных двумя концевыми (торцевыми) балками, кабины крановщика, двух боковыхплощадок с ограждениями и механизмами передвижения с электроприводами итрансмиссионными валами, и представляет собой рамную металлическую конструкцию,опирающуюся на ходовые колеса крана. Механизм передвижения установлен на однойиз боковых площадок в середине пролета и осуществляет передвижение крана вдольздания. Число ведущих колес – два.
Тележка крана представляет собой металлическую рамнуюконструкцию, опирающуюся на ходовые колеса тележки. Механизм передвижения тележкиимеет автономный привод, расположенный на тележке. Он осуществляет передвижениетележки поперек здания. На тележке установлен механизм грузовой лебедки сэлектроприводом.
При проектировании главных балок моста примем, что балкимоста будут иметь коробчатое замкнутое сечение. Балки изготавливаются из прокатныхлистов различной толщины. Несущая способность балок будет зависеть отгеометрических характеристик и характеристик металла (проката).
Для изготовления главных балок обычно принимаются сталимарок ВСт3Гпс5 по ГОСТ 380–2005, С245 по ГОСТ 27772–96.
Принимаем, для данной работы, сталь марки ВСт3Гпс5 по ГОСТ380–2005.
При выборе данной марки стали были учтены требования СНиП II‑23–81*– стальные конструкции:
1. Учтена температура эксплуатацииметаллоконструкции.
2. Учтено наличие динамическоговоздействия.
В соответствии с п. 2.1* и приложением 1 (табл. 50*, 51*)СНиП II‑23–81* данная марка стали является наиболее рациональной последующим критериям:
1. Широким применением в строительстве.
2. Соответствием диапазону марок сталейиспользуемых при работе в отапливаемых помещениях для заданного климатическогорайона.
3. Применением данной марки стали дляконструкций работающих на динамические нагрузки.
4. Стабильностью и однородностьюхимического состава и механических свойств по сравнению с кипящими сталями,имеющей удовлетворительную пластичность и показатели свариваемости.
Расчетные характеристики стали следующие:
1. Растяжению, сжатию и изгибу по приделутекучести:
Rу = 240 />;
2. Сдвигу:
Rs = 0.58* Rу = 139,2 />.
1. Назначение генеральных размеров моста крана
Из условия обеспечения жесткости необходимая высота сеченияглавной балки моста в середине пролета назначается из условия:
Нб = /> * Lк,
где Lк – пролет крана в />;
/> /> ≥ Нб≥ /> />.
Назначаем Нб = 2000 />.
Высота главной балки у опоры назначается из условия:
hоп = /> * Нб,где Нб – высота крана в />;
0.4 * Нб = 0.4 * 2000 = 800 /> ≤ hоп≤ 0.6* Нб = 0.6 * 2000 = 1200 />.
Назначаем hоп = 1200 />.
Учитывая, что торцевые балки имеют квадратное сечение,имеем:
bоп = hоп = 1200 />.
С целью сокращения параметров (высоты) здания главную балкупринимаем переменного сечения. Точка изменения сечения определяется параметромС, />:
С = /> * Lк;
0.1 * Lк = 0.1 * 28000 = 2800 /> ≤ С ≤ 0.2 * Lк= 0.2 * 28000 = 5600 />.
Назначаем С = 3000 />.
Ширина балки по наружным граням вертикальных листов b в /> назначается из условия:
b ≥ />.
Принимаем b = 700 />.
Ширина боковой площадки – 1500 />.
Высота перил – 1000 />.
2. Расчетные нагрузки и их сочетания
При подсчете нагрузок, воспринимаемых металлическимиконструкциями мостового крана общего назначения, учитывается:
Постоянные нагрузки
Силы тяжести половины моста крана и площадки соборудованием
Нагрузка считается равномерно распределенной по пролетуглавной балки и определяется из опыта проектирования.
В нормах проектирования учитывается степень обеспеченностипараметров.
Различают нормативное и расчетное значение нагрузок.Нормативное значение определены нормами проектирования. Расчетные значения учитываютизменчивость нормативной величины, и этот учет производится с помощьюкоэффициента надежности нагрузки:
q = /> * qn,
где q – расчетное значение нагрузки, />;
qn – нормативное значение нагрузки />;
/> –коэффициент надежности по нагрузке (зависит от вида нагрузки />>1.0).
Каждое сооружение или конструкция предназначены наопределенный срок эксплуатации. Уникальность конструкции определяется степеньюответственности.
Наша конструкция имеет повышенный уровень ответственности ввиду уникальности.
/> =1.0 – степень надежности ответственности.
Учитывая, что характер нагрузок действующих на мостовойкран имеет, динамическую составляющую, введем в расчет коэффициенты динамичности.
Нормативное значение погонной нагрузки на главную балку изопыта проектирования определяется:
qn = />,
где Gб – сила тяжести половины моста крана,
выбирается по графику (кН);
q1 – приведенная масса погонного метратрансмиссионного вала и механизма передвижения, которую можно принять равной: q1= 2 (кН/м);
Lк – пролет крана,
Для нашего случая имеем:
qn = /> = 8.6 (кН/м).
Расчетное значение нагрузки с учетом коэффициентовопределяется:
q = />, где
/> =1.0 – коэффициент ответственности по надежности;
nq – коэффициент динамичности, выбирается изтаблицы:
Таблица 1
Скорость передвижения крана,
м/мин
nq До 60 1.1 От 60 до 120 1.2 Свыше 120 1.3
/> =1.05 – коэффициент надежности по нагрузке;
/> =1.1 – коэффициент надежности по нагрузке q1.
Для нашего случая получаем:
q = /> = /> = 19.67 ≈ 20 (кН/м).
Силы тяжести электродвигателя и редуктора механизма передвижения
Нагрузка принимается сосредоточенной, приложенной всередине пролета балки и определяется из опыта проектирования:
Gмп = /> />.
В нашем случае: Gмп = 12 (кН).
Расчетная нагрузка механизма передвижения определяется:
Рмп = /> * Gмп* nq, где /> = 1.2 –коэффициент надежности по нагрузке механизма передвижения.
В нашем случае: Рмп = 1.2 * 12 * 1.2 = 17.28(кН).
Сила тяжести кабины крановщика
Нагрузка принимается сосредоточенной, приложенной нарасстоянии 2 м от оси кранового рельса. И независимо от грузоподъемности кранапринимается равной: Gк = 20 (кН).
Расчетное значение нагрузки определяется:
Ркк = /> * Gкк* nq.
В нашем случае: Ркк = 1.2 * 20 * 1.2 = 28.8(кН).
Сведем сбор нагрузок в единую схему и представим на рисунке3.
/>
Подвижные нагрузки
Вертикальными подвижными нагрузками являются давленияходовых колес тележки на рельсы главных балок или главных ферм моста.
Тележка крана передает давление на главную балку через дваколеса.
/>
Грузоподъемность тележки будет складываться изгрузоподъемности крана Q/2 и массы тележки Gт = 0.4 * Q = 0.4 * 400= 160 (кН) – нормативная нагрузка.
Нормативные давления колес тележки на главную балку равны:
Р1,n = />;
Р2,n = />.
В нашем случае:
Р1,n = /> = 120 + 40 = 160 (кН),
Р2,n = /> = 80 + 40 = 120 (кН).
Расчетные давления колес тележки на главную балку кранаопределяется:
Р1 = />;
Р2 = />, где
nQ – коэффициент динамичности, выбирается потаблице 2:
Таблица 2Режим работы крана
nQ Легкий 1.2 Средний 1.3 Тяжелый 1.4
Для нашего случая получаем:
Р1 = /> = /> =
= /> = /> = 260.4 (кН),
Р2 = /> = /> =
= /> = /> = 193.2 (кН).
Расчетная схема на действие вертикальных подвижных нагрузокпредставлена на рисунке 5.
/>
Горизонтальные инерционные нагрузки
Равномерно-распределенная горизонтальная инерционнаянагрузка от силы тяжести половины моста
Нагрузка возникает при наличии равноускоренного илиравнозамедленного движения при пуске или торможении механизмов передвижения тележкии моста:
qг = nj * q,
где nj = 0.1 – коэффициент инерционности придвух ведущих колесах.
Тогда qг = 0.1 * 20 = 2 (кН).
Сосредоточенная горизонтальная инерционная нагрузка отмеханизма передвижения и кабины крановщика
Данные нагрузки определяются по выражениям:
Ргмп = nj * Рмп;
Ргкк = nj * Ркк.
В нашем случае получаем:
Ргмп = 0.1 * 17.28 = 1.728 (кН),
Ргкк = 0.1 * 28.80 = 2.880 (кН).
Горизонтальные подвижные инерционные нагрузки от давленияходовых колес тележки на главную балку
Данные нагрузки определяются по выражениям:
Рг1 = nj * Р1;
Рг2 = nj * Р2;
В нашем случае получаем:
Рг1 = 0.1 * 260.4 = 26.04 (кН),
Рг2 = 0.1 * 193.2 = 19.32 (кН).
/>
Нагрузки от перекоса моста
Данный вид нагрузки возникает при форсмажерныхобстоятельствах, которая может быть учтена при расчете конструкции.
Учитывая, что мост крана является равной горизонтальнойконструкцией, при перекосе этой конструкции в ней появляются дополнительные силы.
/>
Сила перекоса Рпер будет максимальна приположении тележки в крайне левом (при х = 0).
Сила перекоса Рпер относится к горизонтальныминерционным нагрузкам.
/>
Сила перекоса Рпер определяется по выражению:
Рпер = />.
Для нашего случая имеем:
Рпер = 0.1 * /> =
= 0.1 * /> = 0.1* /> = 31 (кН).
Закручивающие усилия
Закручивающие усилия возникают от несовпадения центровтяжести главной балки моста на опоре и в пролете от действия горизонтальных инерционныхнагрузок.
На главную балку в этом случае будут действовать тризакручивающих момента.
1. Крутящий момент отравномерно-распределенной горизонтальной инерционной нагрузки определяетсявыражением:
Мкр1 = />;
Мкр1 = /> = 11.2 (кН*м).
2. Крутящий момент от сосредоточенныхгоризонтальных подвижных инерционных нагрузок давления колес тележкиопределяется выражением:
Мкр2 = />;
Мкр2 = /> = 45.36 * 0.6 = 27.216 (кН*м).
3. Крутящий момент от сосредоточенныхгоризонтальных инерционных постоянных нагрузок определяется выражением:
Мкр3 = />;
Мкр3 = /> = 2.765 (кН*м).
Безусловно, все горизонтальные инерционные нагрузки могутдействовать в различных направлениях, но в запас прочности будем принимать, чтоони действуют в неблагоприятных направлениях, то есть суммируются:
Мкр = Мкр1 + Мкр2 + Мкр3;
Мкр = 11.2 + 27.216 + 2.765 = 41.181 (кН*м).
Расчетная схема приложения закручивающих моментовпредставлена на рисунке 9.
/>
Расчетные сочетания нагрузок
На мостовой кран действуют различные виды нагрузок:постоянные, длительные и кратковременные.
Проектирование конструкций производят на неблагоприятныесочетания воздействия этих нагрузок.
Расчетное сочетание А
Здесь вертикальные расчетные и горизонтальные расчетныенагрузки действуют на главную балку моста. Тележка крана перемещается с левойопоры до середины моста.
/>
Расчетное сочетание Б
В это сочетание входят вертикальные расчетные нагрузки прих = 0 и сила перекоса.
/>
Таким образом, получены численные значения расчетныхнагрузок, действующих в вертикальной и горизонтальной плоскостях, получена величинасилы перекоса и закручивающих моментов.
Для определения размеров сечения балки выполним статическийрасчет этой балки на расчетные сочетания А и Б. Принятые сечения проверим попрочности и жесткости на все величины расчетных усилий.
3. Определение усилий в элементах металлических конструкциймостового крана
Мост крана принято рассчитывать как горизонтальную плоскуюраму. Конструкция этой рамы – статически неопределимая система. Нормами проектированияразрешается производить упрощенные расчетные схемы с введением поправочных коэффициентов,учитывающих неточность полученных результатов.
В настоящей работе плоская рама расчленяется на отдельныебалки. Коэффициент неточности (погрешности) при расчете главных балок m∆, ГБ= 0.8, для торцевых – m∆, ТБ = 0.5. Эти коэффициенты отображаютпогрешность неучета пространственной работы конструкции.
Учитывая главную особенность подъемно-транспортных машин имеханизмов, в строительной механике разработан универсальный метод, которыйпозволяет для любых систем определять наиболее невыгодное загружение подвижныминагрузками. Этот метод называется методом построения линий влияния.
Расчетное сочетание нагрузок А
Линии влияния изгибающего момента М от нагрузок вертикальнойплоскости.
В данной курсовой работе построим три эпюры изгибающихмоментов для точек 1, 6 и 14 см. рисунок 12.
Расчетные значения изгибающего момента в любой точкеглавной балки определим по формуле:
Мi = />
q – равномерно распределенная нагрузка по всей длине балке;
Рк – постоянные, подвижные сосредоточенныенагрузки;
ω – площади линий влияния М для соответствующей точки;
yк – ординаты линий влияния М под постояннымиподвижными нагрузками.
Для точки 1 (х=1 (м)) значение изгибающего моментаопределяется:
М1 = q * ω1 + Ркк * y1кк+ Р1 * y11 + Р2 * y12+ РМП * y1МП.
Значение ординаты y11 определяется:
y11 = />/> = /> = /> = 0.96 />.
Значение ординаты y12 определяется:
y12 = />/> = /> = /> = /> = 0.86 />.
Значение ординаты y1кк определяется:
y1кк = />/> = /> = /> = /> = 0.92 />.
Значение ординаты y1МП определяется:
y1МП = />/> = /> = /> = /> = 0.50 />.
Значение площади ω1 определяется:
ω1 = />/> = /> = /> = 13.50 />.
Тогда получаем значение изгибающего момента М1:
М1 = 20 * 13.5 + 28.8 * 0.92 + 260.4 * 0.96 +193.2 * 0.86 + 17.28 * 0.5 =
= 270 + 26.496 + 249.984 + 166.152 + 8.64 = 721.272 (кН*м).
Для точки 6 (х=6 (м)) значение изгибающего моментаопределяется:
М6 = q * ω6 + Ркк * y6кк+ Р1 * y61 + Р2 * y62+ РМП * y6МП.
Значение ординаты y61 определяется:
y61 = />/> = /> = /> = 4.71 />.
Значение ординаты y62 определяется:
y62 = />/> = /> = /> = /> = 4.11 />.
Значение ординаты y1кк определяется:
y6кк = />/> = /> = /> = 1.57 />.
Значение ординаты y6МП определяется:
y6МП = />/> = /> = /> = /> = 2.99 />.
Значение площади ω6 определяется:
ω6 = />/> = /> = /> = 66 />.
Тогда получаем значение изгибающего момента М6:
М6 = 20 * 66 + 28.8 * 1.57 + 260.4 * 4.71 +193.2 * 4.11 + 17.28 * 2.99 =
= 1320 + 45.216 + 1226.484 + 794.052 + 51.667 = 3437.419(кН*м).
Для точки 14 (х=14 (м)) значение изгибающего моментаопределяется:
М14 = q * ω14 + Ркк *y14кк + Р1 * y141 + Р2* y142 + РМП * y14МП.
Значение ординаты y141 определяется:
y141 = />/> = /> = /> = 7 />.
Значение ординаты y142 определяется:
y142 = />/> = /> = /> = /> = 5.6 />.
Значение ординаты y14кк определяется:
y14кк = />/> = /> = /> = 1 />.
Значение ординаты y14МП определяется:
y14МП = y141 =7 />.
Значение площади ω14 определяется:
ω14 = />/> = /> = /> = 98 />.
Тогда получаем значение изгибающего момента М14:
М14 = 20 * 98 + 28.8 * 1 + 260.4 * 7 + 193.2 *5.6 + 17.28 * 7 =
= 1960 + 28.8 + 1822.8 + 1081.92 + 120.96 = 5014.48 (кН*м).
Линии влияния поперечной силы Q от нагрузок вертикальнойплоскости
В данной курсовой работе построим три эпюры поперечной силыдля точек 1, 6 и 14 см. рисунок 13.
Расчетные значения изгибающего момента в любой точкеглавной балки определим по формуле:
Qi = />, где
q – равномерно распределенная нагрузка по всей длине балке;
Рк – постоянные, подвижные сосредоточенныенагрузки;
ω – площади линий влияния Q для соответствующей точки;
yк – ординаты линий влияния Q под постояннымиподвижными нагрузками.
Для точки 0 (х=0 (м)) значение поперечной силыопределяется:
Q0= q * ω0+ Ркк * y0кк+ Р1 * y01 + Р2 * y02+ РМП * y0МП.
Значение ординаты y01 равно: y01= 1 />.
Значение ординаты y02 определяется:
y02 = />/> = /> = 0,9 />.
Значение ординаты y0кк определяется:
y0кк = />/> = /> = 0,93 />.
Значение ординаты y0МП определяется:
y0МП = />/> = /> = /> = 0,5 />.
Значение площади ω0определяется:
ω0= />/> = /> = /> = 14 />.
Тогда получаем значение поперечной силы Q0:
Q0= 20 * 14 + 28.8 * 0.93 + 260.4 * 1 + 193.2 *0.9 + 17.28 * 0.5 =
= 280 + 26.784 + 260.4 + 173.88 + 8.64 = 749.704 (кН).
Для точки 6 (х=6 (м)) значение поперечной силыопределяется:
Q6 = q * ω6+ + q *ω6- + Ркк * y6кк +Р1 * y61 + Р2 * y62+ РМП * y6МП.
Значение ординаты y61+ определяется:
y61+ = /> =/> = /> = 0.79 />.
Значение ординаты y61 – определяется:
y61- = 1 – y61+= 1 – 0.79 = – 0.21 />, здесь знак (–)– знак координаты.
Значение ординаты y62 определяется:
y62 = />/> = /> = /> = /> = 0,69 />.
Значение ординаты y6кк определяется:
y6кк = />/> = /> = – 0.07 />.
Значение ординаты y6МП определяется:
y6МП = />/> = /> = /> = 0,5 />.
Значение площади ω6+ определяется:
ω6+ = />/> =/> = /> = 8,64 />.
Значение площади ω6– определяется:
ω6- = />/> =/> = /> = – 0,64 />.
Тогда получаем значение поперечной силы Q6:
Q6 = 20 * 8,64 + 20 * (– 0,64) + 28.8 * (– 0.07)+ 260.4 * 0,79 + 193.2 * 0.69 + 17.28 * 0.5 = 172,8 – 12,8 – 2,016 + 205,716 +133,308 + 8,64 = 505.648 (кН).
Для точки 14 (х=14 (м)) значение поперечной силыопределяется:
Q14 = q * ω14+ + q *ω14- + Ркк * y14кк+ Р1 * y141 + Р2 * y142+ РМП * y14МП.
Значение ординаты y141+ определяется:
y141+ = /> =/> = /> = 0.5 />.
Значение ординаты y141 – определяется:
y141- = 1 – y141+= 1 – 0.5 = – 0.5 />, здесь знак (–)– знак координаты.
Значение ординаты y142 определяется:
y142 = />/> = /> = /> = /> = 0,4 />.
Значение ординаты y6кк определяется:
y14кк = />/> = /> = – 0.07 />.
Значение ординаты y14МП+ определяется:
y14МП+ = y141+= 0,5 />.
Значение ординаты y14МП – определяется:
y14МП- = y141-= – 0.5 />.
Значение площади ω14+ определяется:
ω14+ = />/> =/> = /> = 3,5 />.
Значение площади ω14– определяется:
ω14- = />/> =/> = /> = – 3,5 />.
Тогда получаем значение поперечной силы Q14:
Q14 = 20 * 3,5 + 20 * (– 3,5) + 28.8 * (– 0.07)+ 260.4 * 0,5 + 193.2 * 0.4 +
+ 17.28 * 0.5 = 70 – 70 – 2,016 + 130,2 + 77,28 + 8,64 = 214.104(кН).
Значения изгибающего момента М и поперечной силы Q отнагрузок вертикальной плоскости для сочетания А занесены в таблицу 1 расчета выполненногона ЭВМ по программе ПТМ‑у.
Линии влияния изгибающего момента М и поперечной силы Q отнагрузок горизонтальной плоскости.
Учитывая, что горизонтальные нагрузки являютсясопутствующими вертикальным, эпюры линий влияния изгибающего момента М ипоперечной силы Q от горизонтальных нагрузок будут полностью идентичны эпюрамот вертикальных нагрузок.
Значения изгибающего момента М и поперечной силы Q отнагрузок горизонтальной плоскости для сочетания А занесены в таблицу 1 расчетавыполненного на ЭВМ по программе ПТМ‑у.
Закручивающие моменты Мкр от нагрузокгоризонтальной плоскости
/>
Расчетное сочетание нагрузок Б
Линии влияния изгибающего момента М от нагрузок вертикальнойплоскости
Для данного сочетания эпюры изгибающего момента М отнагрузок вертикальной плоскости будут отличаться от сочетания А тем, что силыР1 и Р2 действуют всегда слева (тележка в крайне левом положении).
Для точки 1 (х=1 (м)) значение изгибающего моментаопределяется:
М1 = q * ω1 + Ркк * y1кк+ Р1 * y11 + Р2 * y12+ РМП * y1МП.
Значение ординаты y11 равно:
y11 = 0 />.
Значение ординаты y11 определяется:
y1 = />/> = /> = /> = 0.96 />.
Значение ординаты y12 определяется:
y12 = />/> = /> = /> = /> = 0.9 />.
Значение ординаты y1кк определяется:
y1кк = />/> = /> = /> = /> = 0.92 />.
Значение ординаты y1МП определяется:
y1МП = />/> = /> = /> = /> = 0.50 />.
Значение площади ω1 определяется:
ω1 = />/> = /> = /> = 13.50 />.
Тогда получаем значение изгибающего момента М1:
М1 = 20 * 13.5 + 28.8 * 0.92 + 260.4 * 0 + 193.2* 0.9 + 17.28 * 0.5 =
= 270 + 26.496 + 173.88 + 8.64 = 479.016 (кН*м).
Для точки 6 (х=6 (м)) значение изгибающего моментаопределяется:
М6 = q * ω6 + Ркк * y6кк+ Р1 * y61 + Р2 * y62+ РМП * y6МП.
Значение ординаты y61 равно:
y61 = 0 />.
y6 = />/> = /> = /> = 4.71 />.
Значение ординаты y62 определяется:
y62 = />/> = /> = /> = 2.20 />.
Значение ординаты y1кк определяется:
y6кк = />/> = /> = /> = 1.57 />.
Значение ординаты y6МП определяется:
y6МП = />/> = /> = /> = /> = 2.99 />.
Значение площади ω6 определяется:
ω6 = />/> = /> = /> = 66 />.
Тогда получаем значение изгибающего момента М6:
М6 = 20 * 66 + 28.8 * 1.57 + 260.4 * 0 + 193.2 *2.20 + 17.28 * 2.99 =
= 1320 + 45.216 + 425.04 + 51.667 = 1841.943 (кН*м).
Для точки 14 (х=14 (м)) значение изгибающего моментаопределяется:
М14 = q * ω14 + Ркк *y14кк + Р1 * y141 + Р2* y142 + РМП * y14МП.
Значение ординаты y141 равно:
y141 = 0 />.
Значение ординаты y14 определяется:
y14 = />/> = /> = /> = 7 />.
Значение ординаты y142 определяется:
y142 = />/> = /> = /> = 1.4 />.
Значение ординаты y14кк определяется:
y14кк = />/> = /> = /> = 1 />.
Значение ординаты y14МП определяется:
y14МП = y141 =7 />.
Значение площади ω14 определяется:
ω14 = />/> = /> = /> = 98 />.
Тогда получаем значение изгибающего момента М14:
М14 = 20 * 98 + 28.8 * 1 + 260.4 * 0 + 193.2 * 1.4+ 17.28 * 7 =
= 1960 + 28.8 + 270.48 + 120.96 = 2380.24 (кН*м).
Линии влияния поперечной силы Q от нагрузок вертикальнойплоскости
Для точки 0 (х=0 (м)) значение поперечной силыопределяется:
Q0= q * ω0+ Ркк * y0кк+ Р1 * y01 + Р2 * y02+ РМП * y0МП.
Значение ординаты y01 равно:
y01 = 1 />.
Значение ординаты y02 определяется:
y02 = />/> = /> = 0,9 />.
Значение ординаты y0кк определяется:
y0кк = />/> = /> = 0,93 />.
Значение ординаты y0МП определяется:
y0МП = />/> = /> = /> = 0,5 />.
Значение площади ω0определяется:
ω0= />/> = /> = /> = 14 />.
Тогда получаем значение поперечной силы Q0:
Q0= 20 * 14 + 28.8 * 0.93 + 260.4 * 1 + 193.2 *0.9 + 17.28 * 0.5 = 280 + 26.784 + 260.4 + 173.88 + 8.64 = 749.704 (кН).
Для точки 6 (х=6 (м)) значение поперечной силыопределяется:
Q6 = q * ω6+ + q *ω6- + Ркк * y6кк +Р1 * y61 + Р2 * y62+ РМП * y6МП.
Значение ординаты y61 равно:
y61 = 0 />.
Значение ординаты y61+ определяется:
y61+ = /> =/> = /> = 0.79 />.
Значение ординаты y61 – определяется:
y61- = 1 – y61+= 1 – 0.79 = – 0.21 />, здесь знак (–)– знак координаты.
Значение ординаты y62 определяется:
y62 = />/> = /> = /> = – 0,10 />.
Значение ординаты y6кк определяется:
y6кк = />/> = /> = – 0.07 />.
Значение ординаты y6МП определяется:
y6МП = />/> = /> = /> = 0,5 />.
Значение площади ω6+ определяется:
ω6+ = />/> =/> = /> = 8,64 />.
Значение площади ω6– определяется:
ω6- = />/> =/> = /> = – 0,64 />.
Тогда получаем значение поперечной силы Q6:
Q6 = 20 * 8,64 + 20 * (– 0,64) + 28.8 * (– 0.07)+ 260.4 * 0 + 193.2 * (– 0,10) + 17.28 * 0.5 = 172,8 – 12,8 – 2,016 – 19,32 +8,64 = 147.304 (кН).
Для точки 14 (х=14 (м)) значение поперечной силыопределяется:
Q14 = q * ω14+ + q *ω14- + Ркк * y14кк+ Р1 * y141 + Р2 * y142+ РМП * y14МП.
Значение ординаты y61 равно:
y141 = 0 />.
Значение ординаты y141+ равно:
y141+ = /> =/> = /> = 0.5 />.
Значение ординаты y141 – равно:
y141- = 1 – y141+= 1 – 0.5 = – 0.5 />, здесь знак (–)– знак координаты.
Значение ординаты y142 определяется:
y142 = />/> = /> = /> = – 0,10 />.
Значение ординаты y6кк определяется:
y14кк = />/> = /> = – 0.07 />.
Значение ординаты y14МП+ определяется:
y14МП+ = y141+= 0,5 />.
Значение ординаты y14МП – определяется:
y14МП- = y141-= – 0.5 />.
Значение площади ω14+ определяется:
ω14+ = />/> =/> = /> = 3,5 />.
Значение площади ω14– определяется:
ω14- = />/> =/> = /> = – 3,5 />.
Тогда получаем значение поперечной силы Q14:
Q14 = 20 * 3,5 + 20 * (– 3,5) + 28.8 * (– 0.07)+ 260.4 * 0 + 193.2 * (– 0,10) + 17.28 * 0.5 = 70 – 70 – 2,016 – 19,32 + 8,64 =11.296 (кН).
Значения изгибающего момента М и поперечной силы Q отнагрузок вертикальной плоскости для сочетания Б занесены в таблицу 1 расчета выполненногона ЭВМ по программе ПТМ‑у.
Усилия от перекоса крана
М0= Рпер * Lк = 31 * 28 =868 (кН*м).
М6 = Рпер * (Lк – х6)= 31 *(28–6) = 682 (кН*м).
М14 = Рпер * Lк/2 = 31 *28/2 = 434 (кН*м).
мост кран нагрузка балка
Определение усилий в главной балке моста крана.
Результаты приведены в таблице и нарисованы на эпюрах.
4. Конструирование главнойбалки двухбалочного моста
4.1 Подбор сечения главной балки
Наиболее рациональное сечение для элементов, испытывающихсиловые загружения в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, является коробчатоесечение, составленное из тонких стальных листов.
Коробчатое сечение балки имеет наибольшую высоту в серединепролете в сечении с максимальным изгибающим моментом. На приопорных участкахизгибающие моменты равны нулю, но значения поперечных сил максимальны.
При подборе сечений элементов руководствуемся следующим:
1. Основную часть пары сил от действияизгибающего момента воспринимают пояса полки с размерами bf, tf.
2. Поперечная сила воспринимаетсястенками. Толщина стенки по длине всей главной балки постоянна.
/>
b = b’ + 2 * tw,
Hб = Hw + 2 * tf.
Балка сварная. Учитывая, что верхняя часть сечения балки –сжатая, соединение полки со стенкой выполняем двухсторонним сварным швом.
С учетом действия изгибающих моментов в двух взаимно перпендикулярныхплоскостях (вертикальной и горизонтальной), требуемый момент сопротивленияотносительно оси х определяется:
Wх, тр = />, где
Мх,max; Мy,max – значения моментовдействующих в горизонтальной и вертикальной плоскости;
γс * Ry – предельное расчетноезначение напряжения, напряжение предела текучести;
γс = 1 – коэффициент условия работы;
m∆, ГБ = 0,8.
Примем в расчете, что /> ≈/>
Тогда получаем:
Wх, тр = /> = /> = /> = 33,58 * 10-3/>.
Требуемая площадь пояса определяется:
Аf, тр = /> =/> = 12,59 * 10-3/>.
Учитывая, что сечение является сварным и все швы наружные,требуемая ширина листа полки будет определяться:
bf, тр = b + 40…50 />,
bf, тр = 700 + 50 = 750 />.
При проектировании необходимо одновременно решать вопросыобеспечения прочности и устойчивости с вопросами рациональных расходов на изготовлениеконструкции.
Принимаем по ГОСТ 82–89 ширину листа равной: bf= 800 />.
Требуемая толщина листа определяется:
tf, тр = /> =/> = 15,75 * 10-3/> = 15,75 />.
Принимаем по ГОСТ 82–89 толщину листа равной: tf= 16 />.
Проверим достаточность принятой толщины из условияобеспечения местной устойчивости от действия нагрузки с конструкцией крановогорельса по выражению:
/> =>/>
b’ ≥ 300 /> – изусловия технологии производства (технологии наложения сварных швов). Предварительнозадаемся tw = 8 />.
Определим минимальную толщину листов стенки из условия еепрочности на срез в местах приопорных участков.
tw,min = />,
tw,min = /> = /> = 3,366 * 10-3/> = 3,4 />.
Минимальная толщина листов стенки по конструктивнымсоображениям: tw, кон,min = 6 />.
С учетом того, что балка образует замкнутое коробчатоесечение с неконтролируемым внутренним пространством, необходимо заложить некоторыерезервы на вялотекущие коррозионные процессы.
Учитывая, что срок службы конструкции 20 лет, а скоростьтечения коррозионного износа 1 мм/год при агрессивной среде эксплуатации, толщиналистов назначается не менее:
tw, а = 8 />.
tw = max />
С учетом требования сортамента.
b’ = b – 2* tw = 700 – 16 = 684 />.
Из условия обеспечения местной устойчивости стенки еетолщина назначается:
tw ≥ />
Hw = Hб – 2*tf = 2 – 2 *0,016 = 2 – 0,032 = 1,968 />
Условие выполняется tw = 8 />, местная устойчивостьстенки на действие поперечной силы обеспечена.
5. Проверкапрочности главной балки моста
Скомпоновав сечение балки, определим ее фактическиегеометрические характеристики.
1. Момент инерции сечения относительно осих (вертикальной плоскости) определяется:
Јх,i = />,
Н0= Нб – tf.
2. Момент инерции сечения относительно осиy в (горизонтальной плоскости) определяется:
Јy,i = />,
В0= b – tw.
3. Момент сопротивления относительно оси хв вертикальной плоскости в расчетных сечениях определяется:
Wх,i = />,
/>.
4. Момент сопротивления относительно оси yв горизонтальной плоскости в расчетных сечениях определяется:
Wy,i = />.
5. Статический момент полусеченияотносительно горизонтальной оси х определяется:
Sх,i = />.
6. Момент сопротивления опорного сечениябалки при кручении определяется:
Wкроп = B0* hоп* tf.
Полученные результаты расчета сведем в таблицу 3.
Таблица 3
Расчетное
сечение
Hб,
м
Hw,
м
Н0,
м
Jx,
м4
Jy,
м4
Wx,
м3
Wy,
м3
Sx,
м3
Wкроп,
м3 1,200 1,168 1,184 0,0110 0,0036 0,0180 0,0090 0,0100 0,0130 1 1,334 1,302 1,318 0,0140 0,0039 0,0210 0,0095 0,0120 0,0130 2 1,671 1,638 1,655 0,0230 0,0045 0,0280 0,0110 0,0160 0,0130 3 2,000 1,968 1,984 0,0350 0,0051 0,0350 0,0130 0,0200 0,0130 4 2,000 1,968 1,984 0,0350 0,0051 0,0350 0,0130 0,0200 0,0130 5 2,000 1,968 1,984 0,0350 0,0051 0,0350 0,0130 0,0200 0,0130 6 2,000 1,968 1,984 0,0350 0,0051 0,0350 0,0130 0,0200 0,0130 7 2,000 1,968 1,984 0,0350 0,0051 0,0350 0,0130 0,0200 0,0130 8 2,000 1,968 1,984 0,0350 0,0051 0,0350 0,0130 0,0200 0,0130 9 2,000 1,968 1,984 0,0350 0,0051 0,0350 0,0130 0,0200 0,0130 10 2,000 1,968 1,984 0,0350 0,0051 0,0350 0,0130 0,0200 0,0130 11 2,000 1,968 1,984 0,0350 0,0051 0,0350 0,0130 0,0200 0,0130 12 2,000 1,968 1,984 0,0350 0,0051 0,0350 0,0130 0,0200 0,0130 13 2,000 1,968 1,984 0,0350 0,0051 0,0350 0,0130 0,0200 0,0130 14 2,000 1,968 1,984 0,0350 0,0051 0,0350 0,0130 0,0200 0,0130
Выполним проверку прочности расчетных сечений всоответствии с данными статического расчета и таблицей геометрическиххарактеристик сечений.
Проверку прочности расчетных сечений будем вести используяследующие выражения:
/>;/>;
/>;/>.
Полученные результаты проверки сведем в таблицу 4.
Таблица 4Расчетное сочетание Номер сечения
Нормальные напряжения />
Касательные напряжения />
/>,
МПА
/>,
МПа
/>+/>,
МПа
/>
МПа
/>,
МПа
/>,
МПа
/>+/>,
МПа
/>
МПа А 192 48,67 3,17 51,84 111,36 1 35,82 7,91 43,73 192 43,68 3,17 46,85 111,36 2 49,81 12,68 62,49 192 32,22 3,17 35,39 111,36 3 56,70 15,26 71,96 192 24,99 3,17 28,16 111,36 4 70,05 19,40 89,45 192 23,51 3,17 26,68 111,36 5 85,91 23,13 109,04 192 22,04 3,17 25,22 111,36 6 98,27 26,46 124,73 192 20,56 3,17 23,73 111,36 7 109,14 29,38 138,52 192 19,08 3,17 22,25 111,36 8 118,51 31,91 150,42 192 17,60 3,17 20,77 111,36 9 126,38 34,02 160,40 192 16,12 3,17 19,29 111,36 10 132,75 35,74 168,49 192 14,65 3,17 16,82 111,36 11 137,63 37,05 174,68 192 13,17 3,17 16,34 111,36 12 141,00 37,96 178,96 192 11,69 3,17 14,86 111,36 13 142,89 38,47 181,36 192 10,21 3,17 13,38 111,36 14 143,27 38,57 181,84 192 8,73 3,17 11,9 111,36 Б 192 48,67 3,17 51,84 111,36 1 22,82 91,37 114,92 192 28,35 3,17 31,52 111,36 2 33,52 76,10 109,62 192 20,28 3,17 23,45 111,36 3 37,44 62,00 99,44 192 8,45 3,17 11,62 111,36 4 43,08 59,62 102,7 192 7,64 3,17 10,81 111,36 5 48,14 57,23 105,37 192 6,83 3,17 10,00 111,36 6 52,63 52,46 105,09 192 6,01 3,17 9,18 111,36 7 56,55 50,08 106,63 192 5,19 3,17 8,36 111,36 8 59,90 47,69 107,59 192 4,38 3,17 7,55 111,36 9 62,68 45,31 107,99 192 3,56 3,17 6,73 111,36 10 64,89 42,93 107,82 192 2,75 3,17 5,92 111,36 11 66,53 40,54 107,07 192 1,93 3,17 5,10 111,36 12 67,59 38,16 105,75 192 1,11 3,17 4,28 111,36 13 68,09 35,77 103,86 192 0,27 3,17 3,44 111,36 14 68,01 33,39 101,40 192 -0,52 3,17 2,65 111,36
Список литературы
1. Гохберг М.М. Металлические конструкцииподъемно-транспортных машин, Машиностроение, 1976
2. Богусловский П.Е. Металлические конструкции грузоподъемныхмашин и сооружений, Машгиз, 1961
3. Технические условия на проектирование мостовыхэлектрических кранов, ОТИ, ВНИИПТМаш, 1960
4. Шабашов А.П., Лысяков А.Г. Мостовые краны общего назначения,М., 1980
5. Справочник по кранам под редакцией А.И. Дукальского,Машиностроение, т. 1, 1971
6. Забродин М.П., Бугаев В.Я. Проектирование металлическихконструкций мостовых кранов. Методические указания по курсовому проектированию,Л., 1980