Расчет металлоконструкции крана
Проектируемый кран должен быть простым по конструкции, легко и быстро монтируемым, мобильным и доступным в цене для небольшой организации или частного лица. В процессе разработки необходимо обеспечить взаимозаменяемость деталей и узлов, а это значит, что кран должен быть собран из возможно большего числа стандартных изделий. Специальные краны: Учебное пособие для машиностроительных вузов… Читать ещё >
Расчет металлоконструкции крана (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Техническое задание
Рассчитать и спроектировать башенно-стреловой кран грузоподъёмностью 30 т. с указанными на рис. 1 размерами.
Рис. 1 Эскиз требуемого крана
В период развития массового жилищного строительства, было организовано крупносерийное производство различных типов строительных башенных кранов грузоподъемностью 1,0 -50 тонн. За последние 20 лет в строительстве использовались свыше 35 типов башенных кранов с разнообразными параметрами и различными конструктивными исполнениями. По мере совершенствования организации строительной индустрии количество конструктивных модификаций строительных кранов сократилось примерно вдвое.
Подавляющее большинство строительных объектов — это многоэтажные сооружения, возводимые в стесненных городских условиях. Строящееся здание занимает большую часть строительной площадки. Башенный кран, в свою очередь, занимает минимальную площадь вблизи строящегося здания, позволяет обеспечить большую высоту подъема, широкую зону обслуживания, и кроме того в транспортном состоянии имеет приемлемый габарит.
Проектируемый кран должен быть простым по конструкции, легко и быстро монтируемым, мобильным и доступным в цене для небольшой организации или частного лица. В процессе разработки необходимо обеспечить взаимозаменяемость деталей и узлов, а это значит, что кран должен быть собран из возможно большего числа стандартных изделий.
При изготовлении и эксплуатации крана необходимо соблюдать требования охраны труда и защиты окружающей среды.
Расчет металлоконструкции крана
I. Подбор сечения металлоконструкции стрелы и расчет его характеристик
Примем сечение стрелы, указанное на рис. 2.
Расчет характеристик сечения.
Сечение составное из 4-х труб 140×120×9 ГОСТ 8645–68. (Рис.2)
Характеристики одиночной трубы:
Высота 140 мм Ширина 120 мм Толщина стенки s=9 мм Площадь сечения А=42,17 см2.
Масса 1 м, 33,1 кг Моменты инерции одной части:
Рис. 2. Рассчитываемое сечение.
Моменты сопротивления:
Определяем характеристики составного сечения:
1. Суммарная площадь
2. Моменты инерции и моменты сопротивления Полярный момент инерции Полярный момент сопротивления
2. Таблица нагрузок для расчета металлической конструкции крана в СРПС и расшифровка коэффициентов
Нагрузка | Расчетный случай | ||||||
I | II | ||||||
Комбинации нагрузок | |||||||
Iа | Ib | Ic | IIa | IIb | IIc | ||
Вес элементов крана | |||||||
Вес груза | |||||||
Силы инерции при работе механизма изменения вылета | ; | ; | ; | ; | |||
Силы инерции при работе механизма поворота | ; | ; | ; | ; | |||
Ветровая нагрузка | ; | ; | ; | ||||
где — динамический коэффициент [1. стр.50−54]
Приближенно можно принять:
— коэффициенты перегрузок для соответствующих нагрузок
— коэффициент надежности по весу груза [1. стр.49]
Примем
— коэффициент надежности по собственному весу машины [1.стр. 48]
— коэффициент надежности по горизонтальным инерционным нагрузкам. [1.стр.58]
— Касательная сила инерции, действующая в период разгона/торможения механизма вращения. [1.стр 56]
здесь время разгона или торможения механизма вращения Радиальная сила инерции. [1. стр.56]
здесь — угловая скорость вращения крана
— число оборотов поворотной части в минуту
— горизонтальная инерционная сила, действующая на массу и возникающая при разгоне или торможении механизма изменения вылета [1. стр.58]
здесь — время разгона или торможения механизма изменения вылета (3−5 с).
— ветровые нагрузки. [1.стр.64]
II. Расчет металлоконструкции на минимальном вылете стрелы
Расчетный случай Ia
Определяем натяжение в грузовом канате.
где вес груза с полиспастом
— число полиспастов
кратность полиспаста здесь — КПД блока на подшипниках качения, примем
k — число обводных блоков. (Канат перегибается на 1800. здесь k=1)
Определяем усилие в оттяжке из условия равновесия стрелы в плоскости качания.
Определяем сжимающее усилие в точке С.
Определяем сжимающее усилие в точке B.
Определяем реакции в т.B.
Определяем значение сжимающей силы:
Определяем сжимающее усилие в точке А.
Определяем значение результирующей реакции:
Определяем значение изгибающего момента в т.В.
Проверяем сечение I. (Точка В) Проверяем принятое сечение по условию прочности [1. стр.72]
где [1. стр.33]
[1. стр.72]
[1. стр.73]
Для металлоконструкции принимаем марку стали 15ХСНД с
— Максимальное эквивалентное напряжение.
Максимальное напряжение в балках прямоугольного сечения определяются по след формуле [1. стр.250]
Условие прочности выполняется.
Проверяем принятое сечение по условию устойчивости [1. стр.93]
где [1. стр.33]
[1. стр.94]
[1. стр.94]
— коэффициент продольного изгиба Определяем гибкость стержня [1. стр.87]
где [1. стр.87]
Определяем условную гибкость.
где модуль упругости для стали Значение определяем по приближенной формуле [1. стр.89]
Условие устойчивости выполняется.
Проверяем сечение II. (Точка A)
Проверяем принятое сечение по условию прочности [1. стр.72]
где [1. стр.33]
[1. стр.72]
[1. стр.73]
Для металлоконструкции принимаем марку стали 15ХСНД с
— Максимальное эквивалентное напряжение.
Максимальное напряжение в балках прямоугольного сечения определяются по след формуле [1. стр.250]
Условие прочности выполняется.
Проверяем принятое сечение по условию устойчивости [1. стр.93]
где [1. стр.33]
[1. стр.94]
[1. стр.94]
— коэффициент продольного изгиба Определяем гибкость стержня [1. стр.87]
где [1. стр.87]
Определяем условную гибкость.
где модуль упругости для стали Значение определяем по приближенной формуле [1. стр.89]
Условие устойчивости выполняется.
Расчетный случай Ib
Определяем натяжение в грузовом канате.
где вес груза с полиспастом
— число полиспастов
кратность полиспаста здесь — КПД блока на подшипниках качения, примем
k — число обводных блоков. (Канат перегибается на 1800. здесь k=1)
Определяем силы инерции при работе механизма изменения вылета для соответствующих масс. [1.стр.58]
где — время разгона или торможения механизма изменения вылета (3…5 с)
— скорость движения i-ой массы Скорость изменения вылета V=5…10 м/с. Примем скорость точки С равной 10 м/с.
Определяем угловую скорость стрелы:
Сила инерции, действующая на подвеску с грузом:
Сила инерции, действующая на неманевровый гусек Сила инерции, действующая на маневровый гусек Определяем усилие в оттяжке из условия равновесия стрелы в плоскости качания.
Определяем сжимающее усилие в т.В.
Определяем значение результирующей реакции:
Определяем сжимающее усилие в т.А.
Определяем значение результирующей реакции:
Определяем максимальное значение изгибающего момента в т.В.
Проверяем сечение I. (Точка В) Проверяем принятое сечение по условию прочности [1. стр.72]
где [1. стр.33]
[1. стр.72]
[1. стр.73]
Для металлоконструкции принимаем марку стали 15ХСНД с
— Максимальное эквивалентное напряжение.
Максимальное напряжение в балках прямоугольного сечения определяются по след формуле [1. стр.250]
Условие прочности выполняется.
Проверяем принятое сечение по условию устойчивости [1. стр.93]
где [1. стр.33]
[1. стр.94]
[1. стр.94]
— коэффициент продольного изгиба Определяем гибкость стержня [1. стр.87]
где [1. стр.87]
Определяем условную гибкость.
где модуль упругости для стали Значение определяем по приближенной формуле [1. стр.89]
Условие устойчивости выполняется.
Проверяем сечение II. (Точка A)
Проверяем принятое сечение по условию прочности [1. стр.72]
где [1. стр.33]
[1. стр.72]
[1. стр.73]
Для металлоконструкции принимаем марку стали 15ХСНД с
— Максимальное эквивалентное напряжение.
Максимальное напряжение в балках прямоугольного сечения определяются по след формуле [1. стр.250]
Условие прочности выполняется.
Проверяем принятое сечение по условию устойчивости [1. стр.93]
где [1. стр.33]
[1. стр.94]
[1. стр.94]
— коэффициент продольного изгиба Определяем гибкость стержня [1. стр.87]
где [1. стр.87]
Определяем условную гибкость.
где модуль упругости для стали Значение определяем по приближенной формуле [1. стр.89]
Условие устойчивости выполняется.
Расчетный случай Ic
Определяем натяжение в грузовом канате.
где вес груза с полиспастом
— число полиспастов
кратность полиспаста здесь — КПД блока на подшипниках качения, примем
k — число обводных блоков. (Канат перегибается на 1800. здесь k=1)
Определяем силы инерции при работе механизма поворота для соответствующих масс. [1.стр.56]
Радиальная сила инерции (центробежная).
где — угловая скорость вращения крана.
Касательная сила инерции где — время разгона или торможения механизма изменения вылета (3…6 с) Радиальная сила инерции, действующая на подвеску с грузом:
Касательная сила инерции, действующая на подвеску с грузом:
Радиальная сила инерции, действующая на неманевровый гусек.
Касательная сила инерции, действующая на неманевровый гусек.
Радиальная сила инерции, действующая на маневровый гусек.
Касательная сила инерции, действующая на маневровый гусек.
Определяем усилие в оттяжке из условия равновесия стрелы в плоскости качания.
Определяем сжимающее усилие в точке B.
Определяем значение результирующей реакции:
Определяем сжимающее усилие в точке А.
Определяем значение результирующей реакции:
Определяем значения изгибающих и крутящих моментов в расчетных точках.
Определяем максимальное значение изгибающего момента в плоскости чертежа (в т. В).
Определяем значение изгибающего момента в точке В. в плоскости, перпендикулярной плоскости чертежа.
Определяем значение изгибающего момента в точке А. в плоскости, перпендикулярной плоскости чертежа.
Определяем значение крутящего момента в точке А.
Проверяем сечение I. (Точка В) Проверяем принятое сечение по условию прочности [1. стр.72]
где [1. стр.33]
[1. стр.72]
[1. стр.73]
Для металлоконструкции принимаем марку стали 15ХСНД с
— Максимальное эквивалентное напряжение.
Максимальное напряжение в балках прямоугольного сечения определяются по след формуле [1. стр.250]
Условие прочности выполняется.
Проверяем принятое сечение по условию устойчивости [1. стр.93]
где [1. стр.33]
[1. стр.94]
[1. стр.94]
— коэффициент продольного изгиба Определяем гибкость стержня [1. стр.87]
где [1. стр.87]
Определяем условную гибкость.
где модуль упругости для стали Значение определяем по приближенной формуле [1. стр.89]
Условие устойчивости выполняется.
Проверяем сечение II. (Точка A)
Проверяем принятое сечение по условию прочности [1. стр.72]
где [1. стр.33]
[1. стр.72]
[1. стр.73]
Для металлоконструкции принимаем марку стали 15ХСНД с
— Максимальное эквивалентное напряжение.
Максимальное напряжение в балках прямоугольного сечения определяются по след формуле [1. стр.250]
Условие прочности выполняется.
Проверяем принятое сечение по условию устойчивости [1. стр.93]
где [1. стр.33]
[1. стр.94]
[1. стр.94]
— коэффициент продольного изгиба Определяем гибкость стержня [1. стр.87]
где [1. стр.87]
Определяем условную гибкость.
где модель упругости для стали Значение определяем по приближенной формуле [1. стр.89]
Условие устойчивости выполняется.
Расчетный случай IIa
Определяем натяжение в грузовом канате.
где вес груза с полиспастом
— число полиспастов
кратность полиспаста здесь — КПД блока на подшипниках качения, примем
k — число обводных блоков. (Канат перегибается на 1800. здесь k=1)
2. Определяем ветровую нагрузку на металлоконструкцию.
Где — наветренная площадь
— распределенное ветровое давление здесь — нормативное ветровое давление на высоте 10 м над уровнем земли
— коэффициент влияния высоты, на которой расположен i-й элемент.
— аэродинамический коэффициент
— коэффициент надежности.
где — ширина фермы
— число ферм
— коэффициент заполнения фермы здесь
— коэффициент ослабления ветрового давления В нашем случае:
Нагрузка на неманевровый гусек.
где
Нагрузка на маневровый гусек.
где
Определяем усилие в оттяжке из условия равновесия стрелы в плоскости качания.
Определяем сжимающее усилие в точке С.
Определяем сжимающее усилие в точке B.
Определяем реакции в т.B.
Определяем значение сжимающей силы:
Определяем сжимающее усилие в точке А.
Определяем значение результирующей реакции:
Определяем значение изгибающего момента в т.В.
Проверяем сечение I. (Точка В) Проверяем принятое сечение по условию прочности [1. стр.72]
где [1. стр.33]
[1. стр.72]
[1. стр.73]
Для металлоконструкции принимаем марку стали 15ХСНД с
— Максимальное эквивалентное напряжение.
Максимальное напряжение в балках прямоугольного сечения определяются по след формуле [1. стр.250]
Условие прочности выполняется.
Проверяем принятое сечение по условию устойчивости [1. стр.93]
где [1. стр.33]
[1. стр.94]
[1. стр.94]
— коэффициент продольного изгиба Определяем гибкость стержня [1. стр.87]
где [1. стр.87]
Определяем условную гибкость.
где модуль упругости для стали Значение определяем по приближенной формуле [1. стр.89]
Условие устойчивости выполняется.
Проверяем сечение II. (Точка A)
Проверяем принятое сечение по условию прочности [1. стр.72]
где [1. стр.33]
[1. стр.72]
[1. стр.73]
Для металлоконструкции принимаем марку стали 15ХСНД с
— Максимальное эквивалентное напряжение.
Максимальное напряжение в балках прямоугольного сечения определяются по след формуле [1. стр.250]
Условие прочности выполняется.
Проверяем принятое сечение по условию устойчивости [1. стр.93]
где [1. стр.33]
[1. стр.94]
[1. стр.94]
— коэффициент продольного изгиба Определяем гибкость стержня [1. стр.87]
где [1. стр.87]
Определяем условную гибкость.
где модуль упругости для стали Значение определяем по приближенной формуле [1. стр.89]
Условие устойчивости выполняется.
1. Соколов С. А. Металлические конструкции подъёмно-транспортных машин: Учебное пособие. — СПб.: Политехника, 2005. — 423с.: ил.
2. Иванов М. Н. Детали машин: Учеб. для студентов высш. техн. учеб. заведений. — 5-е изд., перераб.- М.: Высш. шк., 1991.-383с.: ил.
3. Специальные краны: Учебное пособие для машиностроительных вузов по специальности «Подъёмно-транспортные машины и оборудование"/ П. З. Петухов, Г. П. Ксюнин, Л. Г. Серлин — М.: Машиностроение, 1985.-248с., ил.
4. Металлические конструкции подъёмно-транспортных машин. Гохберг М. М., изд-во «Машиностроение». 1969 г., 520 стр. Табл. 47. Илл. 226. Библ. 157 назв.