Главная страница
Навигация по странице:

  • 2017Составление конструктивной схемы металлоконструкции

  • Выбор стали и определение расчётных характеристик

  • Определение действующих нагрузок в соответствии с принятыми расчётными состояниями

  • 5. ПОДБОР ПОПЕРЕЧНЫХ СЕЧЕНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ СТРЕЛЫ

  • 5.2 Выбор сечения уголка для раскосов

  • 5.3 Выбор сечения стойки

  • 6. РАСЧЕТ ОБЩЕЙ УСТРОЙЧИВОСТИ СТРЕЛЫ

  • 6.1 Определение геометрических параметров стрелы

  • 6.2 Определение усилий в сечениях стрелы

  • 6.3 Определение общей устойчивость стрелы в вертикальной плоскости

  • 7. РАСЧЁТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ УЗЛОВ 7.1 Расчет и конструирование сварных соединений

  • 7.2 Расчет болтового соединения

  • Расчет и конструирование проушины

  • Список использованных источников

  • Расчёт стрелы крана. Курсовая работа по дисциплине Строительная механика и металлические конструкции машин


    Скачать 6.93 Mb.
    НазваниеКурсовая работа по дисциплине Строительная механика и металлические конструкции машин
    АнкорРасчёт стрелы крана
    Дата07.02.2022
    Размер6.93 Mb.
    Формат файлаrtf
    Имя файла788233.rtf
    ТипКурсовая
    #354360

    С этим файлом связано 1 файл(ов). Среди них: Контрольная работа по бухучету_2021 9 вариант.docx.
    Показать все связанные файлы
    Подборка по базе: Лабораторная работа №3-Егошин Иван.docx, Практическая работа 2.docx.docx, ПРактическая работа.rtf, Конкурсная работа 26.04(2) с правкой препод.doc, Контрольная работа.docx, Правоведение Лабораторная работа.docx, практическая работа 2.docx, 1638043485329_Лабораторная работа №1 (физика).docx, Кур. работа.docx, Практическая работа 1.docx

    Размещено на http://www.allbest.ru

    Сибирский государственный университет путей сообщения

    Кафедра «Подъёмно-транспортные, путевые,

    строительные и дорожные машины»

    Стрела крана

    Курсовая работа по дисциплине «Строительная механика и металлические конструкции машин»

    Пояснительная записка

    СМиМК.ММ311.03.00.00.00 ПЗ

    Выполнил:

    студент гр. ММ 311

    Автухов А.В.



    1. 2017Составление конструктивной схемы металлоконструкции


    Цели расчёта: определение основных размеров, типа конструкции, обеспечение возможности транспортировки конструкции.

    Размеры стрелы принимаем по следующим рекомендациям:

    Высота стрелы по середине длины h, м, [2]:
    h = (1/20…1/30)l, (1.1)
    где – длина стрелы, м.

    Принята высота стрелы h = 0,7 м.

    Ширина сечения стрелы на опоре:
    b0 = hk(1/10…1/15), (1.2)

    металлоконструкция сталь стрела жесткость

    Высота сечений у концов стрелы hk = 0,25 м.

    Принята ширина сечения b0 = 1,5 м.

    Ширина стрелы у головной части bk = 0,8.

    Оптимальный угол наклона раскосов, α = 40…50 град, [2].

    Принято: α = 45 град.


    1. Выбор стали и определение расчётных характеристик


    Цели расчёта: определение марки стали, определение метода расчёта и расчёт характеристик.

    Материал для металлоконструкций машин должен быть прочным, упругим, должен сопротивляться циклическим и ударным воздействиям, как при положительных, так и при отрицательных температурах, обладать коррозийной стойкостью и хорошей свариваемостью. [1]

    Указанным требованиям соответствуют стали с содержанием углерода не более 0,22…0,25%, [1].

    Стали с большим содержанием углерода, несмотря на высокую прочность, для металлоконструкций не принимаются из-за склонности к хрупкому разрушению и плохой свариваемости.

    По вышеперечисленным рекомендациям принята низколегированная сталь 16Г2АФ в химический состав которой входят: углерод – до 0,16%, марганец – 2%, кремний – менее 1%, никель.

    Допускаемое нормальное напряжение , МПа [3]:



    , (2.1)
    где – предел текучести стали, МПа; коэффициент запаса прочности; [3]
    МПа. (2.2)
    Допускаемое нормальное напряжение по смятию [ ],МПа:

    , (2.3)

    МПа.
    Допускаемое касательное напряжение сварного шва на срез ,МПа:
    , (2.4)
    где – допускаемое напряжение растяжению основного материала, = 314 МПа;
    МПа.
    Допускаемое касательное напряжение ,МПа.
    , (2.5)
    где – допускаемое напряжение стали, = 314 МПа;
    МПа.


    1. Определение действующих нагрузок в соответствии с принятыми расчётными состояниями


    Р асчет усилий в элементах стрелы произведен при максимальных рабочих нагрузках: разгон или торможение механизма поворота крана. При расчете на стрелу действуют вертикальные и горизонтальные нагрузки. Расчетная схема стрелы и эпюры поперечных, продольных сил и изгибающих моментов приведена на рисунке 1. Расчет стрелы крана произведен в APM WinMachine, результаты приведены на рисунках 4.1-4.2.


    Рисунок 1 - Расчетная схема стрелы.
    Цели расчёта: определение основных случаев нагружения и сочетания нагрузок.

    Распределенная нагрузка от силы тяжести стрелы в вертикальной плоскости:
    (3.1)

    где – сила тяжести стрелы, кН( кН); – длина стрелы, м ( м) ;
    .
    Вертикальная расчетная нагрузка от силы тяжести груза:
    , (3.2)
    где – номинальная грузоподъемность, Q = 630 кН, g – сила тяжести крюковой подвески, кН;
    кН. (3.3)

    кН.
    Силы инерции масс стрелы и груза в горизонтальной плоскости, возникающие при повороте стрелы, приняты равными 10% от соответствующих вертикальных нагрузок.

    Сила инерции массы стрелы:
    , (3.4)

    кН.
    Сила инерции массы груза:
    , (3.5)

    .
    Максимальная ветровая нагрузка Pв, Н, [4]:
    Pв = Pвс + Pвд
    где Pвс – статическая составляющая ветровой нагрузки; Pвд – динамическая составляющая ветровой нагрузки.

    Статическая составляющая ветровой нагрузки Pвс, Н, [4]:
    Pвс = (pвhAн), (3.7)
    где pвh – распределённое давление ветра; Aн – расчётная наветренная площадь конструкции или груза.

    Распределённое давление ветра pвh, Па, [4]:
    pвh = qвkcn7, (3.8)
    где qв – динамическое давление ветра, qв = 125 Па, [4]; k – поправочный коэффициент, учитывающий изменение динамического давления, k = 1; [4]; c – коэффициент аэродинамической силы, (для стрелы с =1,6; для груза с =1,2), [4]; n7 – коэффициент перегрузки, n7 = 1, [4].
    Для стрелы: pвh = 125·1·1,6·1 = 200 Па.

    Для груза: pвh = 125·1·1,2·1 = 150 Па.

    Aнс = φ3Aб, (3.9)
    где φ3коэффициент заполнения, φ3 = 0,4, [4]; Aб – площадь передней грани с наветренной стороны конструкции,



    Aнс = 0,4·7,13 = 2,85 м2.

    Анг=28 м2[5]

    Pвс = 200·2,85 = 570 Н.

    Pвг = 150∙28=8700Н

    Pвд = 3mпζвPвс, (3.10)
    где mп – коэффициент пульсации скорости ветра, mп = 0,12, [4]; ζв – коэффициент динамичности, ζв = 1,75, [4].
    Pвсд = 3·0,12·1,75· 570 = 360 Н.

    Pвгд =3·0,12·1,75· 8700 = 5481 Н.

    Pвс = 570 + 360 = 930 Н.

    Pвг= 8700 + 5481 = 14,2 кН.
    Сила, действующая на канат механизма подъема груза:
    , (3.11)
    где m – кратность полиспаста, :

    Сила от раскачивания груза, кН:
    , (3.12)

    где α- угол отклонения груза, [4].
    кН.
    Центробежная сила стрелы, кН:
    , (3.13)
    где – масса соответствующего элемента,- угловая скорость поворота стрелы,  = 0,1 с-1[4]; r - расстояние от оси поворота до центра тяжести стрелы в расчетном положении, r = 2,1 м.

    кН.
    Центробежная сила груза, кН:
    ,

    кН.


    1. силовой расчет стрелы


    Расчет усилий в элементах стрелы произведен в программном модуле Stracture3D. Системы АРМ WinMachine [5]. Расчетная схема стрелы приведена на рисунке 4.1.


    Рисунок 4.1– Пространственная расчетная схема стрелы
    Распределение усилий в элементах стрелы показано на рисунке 4.2, перемещения – на рисунке 4.3.


    Рисунок 4.2 – Усилия в элементах стрелы



    Рисунок 4.3 – Перемещения стрелы
    5. ПОДБОР ПОПЕРЕЧНЫХ СЕЧЕНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ СТРЕЛЫ
    Пояса стрелы воспринимают продольные силы и изгибающие моменты. Расчеты ведутся в наиболее нагруженном сечении стрелы у основания опорного шарнира.

    Местная устойчивость проверена исходя из условия:
    , (5.1)
    5.1 Выбор сечения пояса
    Таблица № 1 - индекс стержня 57 (Rod 75)

    Узел

    Сила [Н]

    Момент [Н*мм]




    Fx (осевая)

    Fy

    Fz

    Mx (кручения)

    My

    Mz

    40

    75505.18

    -496.78

    230.64

    -10418.02

    165208.53

    -222699.84

    8

    75503.34

    -437.61

    230.64

    -10418.02

    70026.50

    71384.48


    Подбор поперечного сечения пояса произведем из условия жесткости для сжатых элементов:
    , (5.2)
    где -предельная гибкость для пояса, =80..100, – коэффициент, зависящий от характера закрепления концов стержня ; длина участка.

    Из формулы (5.2) определен минимальный радиус инерции:


    Принят уголок №8 со следующими характеристиками:

    А = 12,3 см2 - фактическая площадь сечения;

    i min= 1,57 см - минимальный радиус сечения;

    d = 8 мм - толщина полки;

    i = 2,44 см - радиус инерции;

    I = 73,4 4 - момент инерции;

    b = 80 мм - ширина полки.

    z0 = 2,27 .

    В зависимости от и принят [6]

    где – коэффициент продольного изгиба зависит от и расчетного сопротивления стали Ry.

    Определен момент сопротивления W, см2:
    (5.3)


    Проверка местной устойчивости пояса (4.1):


    309∙106
    5.2 Выбор сечения уголка для раскосов
    Подбор поперечного сечения раскосов произведем из условия жесткости для сжатых элементов:
    , (5.4)
    где -предельная гибкость для раскосов, =120..150, – коэффициент, зависящий от характера закрепления концов стержня ; длина участка.

    Из формулы (5.2) определен минимальный радиус инерции:

    Принят уголок № 5.6 со следующими характеристиками:

    A = 5,41 см2 – фактическая площадь сечения;

    imin = 1,1 см – минимальный радиус сечения;

    t = 5 мм – толщина полки;

    i = 1,72 см – радиус инерции;

    I = 16 см4 – момент инерции;

    b = 56 мм – ширина полки;

    z0 = 1,57 см – расстояние от центра тяжести до наружной грани полки.
    Таблица № 2 - индекс стержня 95 (Rod 120)

    Узел

    Сила [Н]

    Момент [Н*мм]




    Fx (осевая)

    Fy

    Fz

    Mx (круч.)

    My

    Mz

    5

    -22089.91

    94.12

    -114.29

    520.08

    -10107.37

    10973.86

    46

    -22090.71

    145.15

    -114.29

    520.08

    4077.96

    -3874.22


    Подбор поперечного сечения производится из условия жесткости сжатых элементов.

    В зависимости от и принят

    Проверка по формуле (5.1):



    Условие выполняется.
    5.3 Выбор сечения стойки
    Подбор поперечного сечения стойки произведем из условия жесткости для сжатых элементов:
    , (5.5)
    где -предельная гибкость для пояса, =120..150, – коэффициент, зависящий от характера закрепления концов стержня ; длина участка.

    Из формулы (5.5) определен минимальный радиус инерции:


    Принят уголок № 3.2 со следующими характеристиками

    A = 2,43см2 – фактическая площадь сечения;

    imin = 0,62 см – минимальный радиус сечения;

    t = 4 мм – толщина полки;

    i = 0,96 см – радиус инерции;

    I = 2,26 см4 – момент инерции;

    b = 32 мм – ширина полки;

    z0 = 0,94 см – расстояние от центра тяжести до наружной грани полки.
    Таблица № 3 - индекс стержня 15 (Rod 18)

    Узел

    Сила [Н]

    Момент [Н*мм]




    Fx (осевая)

    Fy

    Fz

    Mx (круч.)

    My

    Mz

    9

    19679.48

    1165.38

    -341.85

    -24674.10

    -12552.46

    45351.32

    12

    19675.96

    1165.38

    -341.85

    -24674.10

    -11698.83

    42449.29


    В зависимости от и принят

    Проверка по формуле (5.1):



    Условие выполняется.
    6. РАСЧЕТ ОБЩЕЙ УСТРОЙЧИВОСТИ СТРЕЛЫ
    Общая устойчивость стрелы рассчитывается в вертикальной плоскости по среднему сечению и в горизонтальной плоскости по опорному сечению.
    6.1 Определение геометрических параметров стрелы
    Момент инерции сечения стрелы I, см4:
    , (6.1)

    . (6.2)
    где I1 – момент инерции одного уголка пояса, см4 ; ,расстояние между уголками; А – площадь сечения одного уголка, A= см2.

    Радиус инерции i,см определен по формуле:
    (6.3)
    Все результаты сведены в таблицу 1.
    Таблица № 6.1 – Геометрические характеристики сечений

    Сечение

    А, см2

    Ix, см4

    ix, см

    Iy, см4

    iy, см4

    А-А

    12,3

    7981,1

    25,5

    79013,6

    80,15

    Б-Б

    12,3

    60563,6

    70,2

    162961,1

    115,1

    В-В

    12,3

    7981,1

    25,5

    27704,4

    47,46


    6.2 Определение усилий в сечениях стрелы
    Изгибающий момент в сечении стрелы Мс приближенно может быть определен:
    (6.4)
    где N1 и N2 – усилия в поясах рассматриваемой панели решетки стрелы для соответствующей плоскости; а – расстояние между поясами.

    Для среднего сечения (рисунок 6.1) изгибающий момент равен (6.4):

    Для опорного сечения (рисунок 6.1) изгибающий момент равен:



    Рисунок 6.2 – Усилия в поясах наиболее нагруженной панели горизонтальной решетки у опорного сечения стрелы

    Продольное усилие Nc в сечении стрелы приближенно может быть определено:
    (6.5)
    где R1 и R2 – реакции в корневых опорах стрелы

    6.3 Определение общей устойчивость стрелы в вертикальной плоскости
    Гибкость стрелы в вертикальной плоскости как сплошностенчатого стержня постоянного сечения:
    (6.6)
    где – приведенная расчетная длина стрелы; – максимальный радиус инерции.
    , (6.7)
    где μ1 - коэффициент приведения длины стержня в вертикальной плоскости;

    μ =1 [6].

    Коэффициент μ1 определяется [5, таблица 7.2] в соответствии с параметрами:

    ; (6.8)




    Приведенная гибкость стрелы относительно оси X:
    , (6.9)
    где – площадь сечения уголка раскоса, см2 , – коэффициенты зависящие от угла наклона раскосов в плоскостях, перпендикулярных осям X и Y .

    принято равным 0,905.

    Условие устойчивости стрелы:
    , (6.10)

    ,

    .
    Условие устойчивости выполняются.

    Гибкость стрелы относительно оси Y:

    По таблице 5.3. определен .
    ;

    (6.11)

    ,




    Приведенная гибкость стрелы определяется по формуле (5.9):

    Принято

    Проверка устойчивости по формуле (4.9):



    Устойчивость достаточна, так как разница меньше 5%. Условие выполняется.





    1. 7. РАСЧЁТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ УЗЛОВ


    7.1 Расчет и конструирование сварных соединений
    При конструировании узлов стрелы крана производится расчет прикрепляемых элементов решетки к поясам. Эти расчеты сводятся к определению необходимой длины сварных швов по максимальному усилию, действующему в прикрепленном элементе.

    Общая минимальная длина сварных швов в одном соединении не должна быть менее 40 мм, а перехлест соединяемых элементов должен быть не менее пяти толщин наиболее тонкого из них или – четырех катетов шва, т.к. при меньшем перехлесте швы быстро растрескиваются.

    Условие прочности углового сварного шва:
    (7.1)
    где N – усилие, действующее на присоединяемый элемент; Аш – площадь сварного шва; β – коэффициент провара сварного шва, β = 0,8 – для однопроходной полуавтоматической сварки; kш – катет углового шва; lш – длина сварного шва; [τш] – допускаемое напряжение сварного шва при сдвиге (п. 2 (2.4)), [τш] = 188 МПа.

    Из (7.1) длина сварного шва:
    . (7.2)
    Обычно к расчетной длине шва добавляют 10 мм на непровар в начале шва и на кратер в конце.

    Катет шва обычно назначается минимально возможным, исходя из максимальной толщины соединяемых элементов [5].

    Сварные швы, прикрепляющие фасонку к поясу, выполняются непрерывными по всей длине перехлеста. Их расчет при неразрезанном поясе производится на действие усилия, равного разности усилий в соседних панелях пояса – Nп = NпNп.

    Расчет соединений ведется для наиболее нагруженных элементов решеток.

    Определение длины шва, прикрепляющего стойку к поясу.

    Действующее усилие в стойке Nc = 19,6 кН. Минимально допустимый катет, исходя из толщины пояса (см. п. 5.1) может быть принят 4 мм [5, таблица 10.3].

    По (7.2) длина шва:
    м.
    Длина шва меньше минимально допустимой (40 мм).

    Для обеспечения необходимого нахлеста стойки на пояс и надежности соединения сварку следует выполнять двумя фланговыми швами. Шов, присоединяющий прилегающую полку уголка стойки, выполняется минимальной длины 40 мм, так как испытывает меньшее усилие, а шов, присоединяющий выступающую полку уголка с большим усилием, согласно рекомендациям [5], – 100 мм. Ширины полки поясного уголка для расположения швов достаточно.

    Определение длины шва, прикрепляющего раскос к поясу.

    Действующее усилие в раскосе (таблица 3) Nр = 22,6 кН. Минимально допустимый катет, исходя из толщины пояса (см. п. 5.1) может быть принят 4 мм [5, таблица 10.3].

    По (7.2) длина шва:

    м.
    Так как длина шва незначительна, принимаем длины швов и их расположение таким же, как для стойки.

    Определение длины шва, прикрепляющего фланец к поясу.

    Действующее усилие в поясе у стыка секций (рисунок 4.2) Nп = 75 кН. Минимально допустимый катет, исходя из толщины фланца может быть принят 6 мм [5, таблица 10.3].

    По (7.2) длина шва:
    м.
    Данное соединение является тавровым и сварка производится по замкнутому контуру поперечного сечения пояса, что значительно превышает требуемую длину сварного шва.


    Рисунок 7.1- Схема крепления раскосов к поясному уголку в сечении Г-Г.

    7.2 Расчет болтового соединения
    Для обеспечения транспортирования стрелы, как на автомобильном, так и на железнодорожном транспорте проектируемая стрела разделена на секции. Соединение секций предполагается выполнять на высокопрочных болтах, устанавливаемых на фланцы.

    Стык секций воспринимает, как продольные усилия, так и поперечные усилия соединяемых элементов (рисунок 7.2).


    Рисунок 7.2 – Схема нагружения болтового соединения на фланце
    Для исключения сдвига элементов от поперечных усилий Q должна быть обеспечена затяжка высокопрочных болтов, создающая необходимую силу трения между фланцами:
    , (7.3)
    где Т – расчётное усилие, создаваемое поверхностью трения фланца, Тб – то же при действии одного болта; Рб – осевое усилие натяжения высокопрочного болта; nб – число болтов; mсм – коэффициент, учитывающий возможное уменьшение натяжения болта из-за обмятия поверхности контакта, mсм = 0,9; µ – коэффициент трения, принимаемый в зависимости от обработки, соединяемых поверхностей, µ = 0,35 [5].


    Рисунок 7.3 – Усилия в наиболее нагруженном фланцевом соединении
    Из (7.3):
    (7.4)
    Суммарное поперечное усилие в стыке (рисунок 7.3):
    .
    При принятии nб = 3 получим (7.4):
    .
    Необходимая площадь болта определяется из условия:

    , (7.5)



    где Nб – продольное усилие, приходящееся на один болт (N= 166 кН – рисунок 7.3), Nб = 55,5 кН; Ант – площадь болта нетто (по резьбе); σ – временное сопротивление разрыву стали высокопрочного болта после термической обработки, 800 МПа для стали 30 [5].

    Из (7.5) получим:
    м2.
    Тогда диаметр болта db равен:
    м.
    Так как высокопрочные болты такого размера не выпускаются принимаем минимальный размер 16 мм – болт М16.


      1. Расчет и конструирование проушины




    Рисунок 7.4 – Конструкция проушины

    Размеры проушины назначают в соответствии с принятым диаметром оси шарнирного соединения, который изначально определяется исходя из действующего усилия при работе на срез с учетом количества плоскостей среза.

    Материал проушины соответствует материалу стрелы – 16Г2АФ с [σT] = 314 МПа (п. 2 (2.1)).

    Максимальная нагрузка, действующая на шарнир, определяется реакциями в наиболее нагруженной корневой опоре (рисунок 6.4). Реакции в вертикальной плоскости приведены в таблице 7.4.
    Таблица 7.4. Реакции в вертикальной плоскости.

    Rх, кН

    Ry, кН

    15,3

    220,7


    Условие прочности оси при работе на срез:
    , (7.6)
    где F – нагрузка, действующая на шарнир; nср – число рабочих срезов оси, nср = 2; d – диаметр оси; [τср] – расчётное сопротивление и допускаемое напряжение срезу для материала оси (см. п. 2 (2.5)), [τср] = 167 МПа.

    Из (7.6) получим:
    (7.7)
    Тогда диаметр оси равен:

    м.
    Принимаем размер диаметра 35 мм.

    Суммарная ширина проушин b определяется из расчета листов проушин или колец (накладных, врезных) на смятие:
    (7.8)
    где [σсм]– допускаемое напряжение и расчётное сопротивление смятию в цилиндрических шарнирах (см. п. 2 (2.3)), [σсм] = 220 МПа.

    Из (7.8) получим ширину b:
    м.
    По рекомендациям [5, таблица 10.2] толщина опорного листа стрелы принимается равной 12 мм, а для обеспечения требуемой ширины проушины 26 мм в него устанавливается врезное кольцо. Наружный диаметр врезного кольца D принимается в диапазоне (2,5…3,5)d [5] – D= 3,5d = 122 мм.

    Прочность кольца проушины должна быть проверена по наибольшим нормальным напряжений σ1,2, возникающих на их внутренних волокнах, по формуле (при посадках не более H11/d9):
    (7.9)
    где kα ≈ 3…4 – коэффициент концентрации напряжений (для угла распределения напряжений α = 0…20˚ и соотношения D/d = 2,5…3,5); 0,85σт – предел пропорциональности для стали, 0,85σт = 374 МПа.
    МПа

    326 МПа < 374 МПа
    Условие выполняется.


    1. Список использованных источников




    1. СТО СГУПС 01.01-2012. Курсовой и дипломный проекты. Требования к оформлению. Новосибирск, 2000. 41 с.

    2. Проектирование стрелы крана. Методические указания к выполнению курсовой работы по металлическим конструкциям. Новосибирск, 1981. 12с.

    3. Выбор сталей для металлоконструкций машин. Методические указания / Сост. В. В. Картышкин, В. А. Глотов, Г.Ф. Тимофеев. Новосибирск, 1997. 20с.

    4. Справочник по кранам. Т1. Под ред. А. И. Дукельского. Л, 1971. 400с.

    5. Металлические конструкции. Методические указания к практическим занятиям. Сост. В. А. Глотов, Г. Ф. Тимофеев. Новосибирск, 1998. 25с.

    6. СниП 11-23-81. Нормы проектирования. Стальные конструкции. М, 1982. 26с.

    7. Металлические конструкции. Справочные материалы к практическим занятиям и курсовому проектированию. Сост. В. А. Глотов, Г. Ф. Тимофеев. Новосибирск, 1998. 26с.





    написать администратору сайта