Міністерство освіти і науки України

Київський національний університет будівництва і архітектури

Кафедра «Будівельні машини» ім.. Ю.О. Вєтрова

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

до курсової роботи з дисципліни:

«Проектування металевих конструкцій»

Тема роботи: Проектування стріли крана

Варіант №2

Виконав: студент ІV курсу

групи ПНМ-41

Бабіч С.В.

Перевірив: доц.Горбатюк Є.В.

Київ – 2010

Зміст

Вихідні дані

Обчислення навантажень

Поздовжні навантаження

Вертикальні навантаження

Бокові навантаження

Визначення найбільших зусиль у стержнях стріли

Побудова ліній впливу у стержнях

Підбір перерізів стержнів і перевірка напружень

Список використаної літеретури

Вихідні дані:

Баштовий кран типу КБ – 674

Q=90 кН – вага вантажу;

Lc=29,1 м – довжиа стріли;

Gвіз.=9 кН – вага пересувного візка;

Gг.о.=4,2 кН – вага гакової обойми;

Gc=65,2 кН – вага стріли;

nп=0,85 об/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.

Обчислення навантажень

Знайдемо розрахункові 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 Q на коефіцієнт перевантаження nQ=1,15:

2. Поздовжні навантаження.

Зусилля N1 у нижній (веденій) гільці вантажного канату визначаємо за формулою (168) посібника [1]:

де і=2 – кратність поліспаста;

ηп – коефіцієнт корисної дії вантажного поліспаста.

Коефіцієнт корисної дії поліспаста визначається за формулою:

де η=0,98 – ККД одного блока.

Тоді

Зусилля N2 у верхній (ведучій) гілці вантажного канату визначаємо за формулою:

де n0=1 – кількість обвідних блоків.

3. Вертикальні навантаження.

На стрілу баштового крана діють такі вертикальні навантаження.

Власна сила ваги стріли, яка умовно розглядається як рівномірно розподілене навантаження з інтенсивністю:

де Gc – повна сила ваги стріли.

Вертикальні зосереджені навантаження, що передаються на стрілу через вантажний візок:

сила ваги вантажу Q=103,5 кН;

сила ваги візка Gвіз=9,9 кН;

сила ваги гакової обойми Gг.о.=4,62 кН.

Схема розташування прикладених до стріли вертикальних навантажень зображено на рис. 2.

Рис. 2 – Розрахункова схема стріли при дії вертикальних навантажень.

4. Бокові навантаження.

Бокові навантаження, перпендикулярні до вертикальної площини симетрії стріли, виникають внаслідок вітрового тиску і інерції стріли з вантажем під час розгону або гальмування при повороті крана.

Повні вітрові навантаження на стрілу Wc визначаємо 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=41,4 м2.

Тоді

Вітрове навантаження на стрілу крана вважається рівномірно розподіленим з інтенсивністю:

Повне вітрове навантаження на вантаж вважається зосередженими і прикладеними в центрі ваги вантажу:

де Ан – розрахункова повітряна площа вантажу вагою Q=90 кН.

Знайдемо по табл.3.1 [2]

Тоді

Інерційні навантаження, що діють на вантаж Тван, гакову обойму Тг.о. і візок Твіз розглядаються як зосереджені і обчислюються за формулою:

де G – вага розглядуваного елемента;

g=9,8 м2/с – прискорення вільного падіння;

t=5 с – час розгону або гальмування.

Найбільша лінійна швидкість визначається за формулою:

де R – відстань від осі обертання крана до центра ваги елемента, яка дорівнює R=30500-500=30000=30м;

n=0,85 об/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 стрілу вважають зосередженою силою Тс, прикладеною до оголовка стріли

Розрахункова схема 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 – Схема розкладання вертикальних навантажень.

Розкладання навантажень на складові. Кожна з вертикальних навантажень, що діють на стрілу, розкладається на дві складові, які лежать в площинах бокових граней (рис.4).

Визначаємо кут :

Визначаємо складові навантаження:

Горизонтальні навантаження в тригранних стрілах умовно прикладаються до єдиної горизонтальної ферми. Виникаючий при цьому крутний момент з метою спрощення розрахунків не враховується.

6. Побудова ліній впливу зусиль у стержнях.

У складі як вертикальних, так і горизонтальних навантажень є рухомі навантаження, що переміщуються вздовж стріли разом з вантажним візком. Максимальні зусилля в стержнях виникають при деяких найбільш не вигідних положеннях візка. Для визначення цих зусиль по-перше побудуємо їх лінії впливу від дії одиничної сили, що рухається вздовж стріли.

У зв’язку з тим, що найбільш навантажені стержні знаходяться на консольній частині, то будувати лінії впливу опорних реакцій не потрібно.

Найбільш навантажені стержні, які приникають до заданого вузла В позначені рисками. Проводимо переріз І-І крізь стержні В-1, В-3, 2-3 та розглянемо рівновагу правої відсіченої частини ферми.

Лінія впливу SВ1 (моментна точка 3).

Сила Р=1 ліворуч від перерізу:

Сила Р=1 праворуч від перерізу:

при х=0; SB1=0;

при х=9,3; SB1=3,72.

Лінія впливу S23 (моментна точка В)

Сила Р=1 ліворуч від перерізу:

Сила Р=1 праворуч від перерізу:

при х=0; S23=0;

при х=11,8; S23=-4,72.

Лінія впливу SВ3 (моментна точка відсутня).

Сила Р=1 ліворуч від перерізу:

Сила Р=1 праворуч від перерізу:

Лінія впливу S13 (моментна точка відсутня).

Сила Р=1 ліворуч від перерізу:

Сила Р=1 праворуч від перерізу:

Будуємо лінії впливу зусиль в горизонтальній площині ферми.

Побудуємо лінію впливу зусилля S23, яке одночасно належить до горизонтальної ферми.

Лінія впливу S23 (моментна точка С).

Сила Р=1 ліворуч від перерізу:

Сила Р=1 праворуч від перерізу:

при х=0; S23=0;

при х=11,8; S23=-6,55.

Лінія впливу SА1 (моментна точка відсутня).

Сила Р=1 ліворуч від перерізу:

Сила Р=1 праворуч від перерізу:

Визначимо по лініях впливу максимальні зусилля в розглянутих стержнях.

Зусилля у стержнях стріли від вертикальних або від горизонтальних навантажень можуть бути знайдені за формулою:

де Рі – зосереджені сили, що лежать у площині розглядуваної грані стріли;

уі – ординати лінії впливу, відповідні точкам прикладення зазначених сил;

q – інтенсивність розподіленого навантаження;

- площа між лінією впливу й базовою нульовою лінією.

Зусилля в одиничному поясі SВ1 стріли дорівнює:

де зусилля спричинені вертикальними навантаженнями;

зусилля спричинені поздовжніми навантаженнями.

Зусилля визначимо з допомогою лінії впливу від складових . Інтенсивність розподіленого навантаження q, що лежать у площинах бокових граней.

(розтягнення).

Зусилля визначаємо за формулою:

де - кут утворений горизонтальною площиною з боковою проекцією поясів, що сприймають це зусилля.

(стискання).

(розтягнення).

Зусилля у стержні пояса, спільного для бокової і горизонтальної ферм, складається із зусиль зумовлених відповідно вертикальними, горизонтальними і поздовжніми навантаженнями:

(стискання).

Зусилля визначаємо за допомогою лінії впливу в горизонтальній грані:

(стискання).

Зусилля визначаємо за формулою:

(стискання).

Остаточно:

Розноси і стояки бокових граней стріли сприймають тільки вертикальні навантаження.

Зусилля в розносі визначимо за допомогою лінії впливу

(розтягнення).

Зусилля в стояку визначаються за допомогою лінії впливу в боковій грані:

(стиснення).

Розноси і стояки горизонтальних граней сприймають лише горизонтальні навантаження, перпендикулярні до вертикальної площини симетрії стріли.

Зусилля в розносі визначаємо за допомогою лінії впливу в горизонтальній фермі:

7. Підбір перерізів стержнів і перевірка напружень.

Верхній пояс. Площа перерізу вибираємо згідно за формулою:

де m=1 – коефіцієнт умов роботи для труб;

R=210 МПа=21 кН/см2 – розрахунковий опір матеріалу для сталі 20;

Вибираємо з таблиці сортаменту прокатних сталей [3] «Трубы стальные бесшовные гарячекатаные» (ГОСТ 8732-89) трубу: зовнішній діаметр

Dз=140 мм, товщина стінки S=11 мм, площа перерізу F=44,56 см2, радіус інерції і=4,58 см.

Нижній пояс. Найбільше стискуюче зусилля Sст в елементах даної групи дорівнює:

Необхідна площа перерізу:

де ϕ – коефіцієнт поздовжнього згину(попередньо береться для поясів 0,7 – 0,8);

m=1 – коефіцієнт умов роботи;

R=210 МПа=21 кН/см2 – розрахунковий опір матеріалу.

Вибираємо з таблиці сортаменту [4] два нерівнобоких кутника 110х70х8 мм(рис.5), для якого:

А=13,93 см2, imin=1,52 cм, Imin=32,31см4, iх=3,51 см,

Іx=171,54 см4, Iy=54,64 см4, іу=1,98см, xo=1,64 cм, yo=3,61 cм.

Для обраного перерізу проводимо перевірку напружень Ϭ за формулою:

Гнучкість стержня:

де μ – коефіцієнт зведення довжини (для поясів стріли μ=1);

l – геометрична довжинастержня(l=2,5 м), що визначається , як відстань між центрами вузлів;

rmin – мінімальний радіус інерції перерізу:

Обчислимо Іу для всього перерізу:

Гнучкість пояса:

По таблиці коефіцієнтів поздовжнього згину ϕ знайдемо інтерполяцію:

Напруження:

˂

Розкоси бокових і горизонтальних ферм.

Найбільше зусилля буде SВ3=-105,31 кН(стискання).

Необхідна площа перерізу:

Приймаємо: ϕ=0,6; μ=1,0 (для труб), R=21кН/см2.

Тоді:

Із сортаменту [4] вибираємо трубу: Dз=70 мм, S=4 мм,

А=8,29 см2, і=2,36 см.

Усі розкоси і стійки бокової і горизонтальної ферм виготовляємо однаковими.

Перевіримо напруження:

Мінімальний радіус інерції перерізу для трубчастих стержнів обчислимо за наближеною формулою:

Знайдемо погонні жорсткості пояса іп і розкоса ір:

де

Коефіцієнт k1:

˃2.

Відношення:

Значення μ для розкоса знайдемо по табл. 2.2 [2]:

Гнучкість розкоса:

Коефіцієнтів поздовжнього згину ϕ (табл. 2.1, [2]):

Напруження:

˂

Конструювання і розрахунок заданого вузла стріли.

Розрахунок вузлів зводиться до обчислення на міцніть зварних швів, що кріплять елементи решітки до верхнього пояса.

Визначимо необхідний катет шва за формулою:

де Sp – зусилля в привареному режимі;

- коефіцієнт форми шва, що залежить від технологіі зварювання ( при ручному і 1,0 при автоматичному зварюванні);

- розрахунковий опір кутового шва (приймаємо );

lш- довжина шва, яка при обтиску елементів решітки в площині, перепендикулярній до площини зєднувальних стержнів визначається за формулою:

У нашому випадку d1=140 мм, d2=70 мм. Тоді:

Стержень В3:

Катет шва:

Приймаємо

Стержень В1:

Катет шва:

Мінімальний катет шва становить 3 мм, тому приймаємо

Список використаної літератури:

Власов В.В. Будівельна механіка і металеві конструкції: Навч. посібник. – К.:Міістерство освіти і науки України, 1994. – 200с.

Власов В.В., Шемет І.О. Методичні вказівки та завдання до курсової роботи з дисципліни «Будівельна механіка і металоконструкції». – К., КДТУБА, 1996. – 28с.

Живейнов М.М., Карасев Г.И., Цвой И.Ю. Строительная механика и металлоконструкции строительных и дорожных машин: Учебн. пособие. – М.: Машиностроение, 1988. – 278 с.

Справочник по специальным работам «Монтаж стальных и сборных железобетонных конструкций» Под ред. Б.А. Хохлова. – М.: Стройиздат, 1970 – 906 с.