Курсовая работа - Расчет металлоконструкции мостового двухбалочного крана г/п 100 т - файл n1.docx

Курсовая работа - Расчет металлоконструкции мостового двухбалочного крана г/п 100 т
Скачать все файлы (265.4 kb.)

Доступные файлы (1):
n1.docx266kb.30.03.2014 09:18скачать

n1.docx








Содержание
Введение ……………………………………………………………………4

  1. Рекомендации и основные формулы, необходимые при

проектировании балок мостового крана ……………………………… 6

1.1 Выбор конструкционных материалов ………………………….. 6

1.2 Расчетные комбинации нагрузок ………………………....……… 8

1.3 Нагрузки …...……………………………………………………..... 9

1.4 Расчетные схемы приложения нагрузок …..…………………… 13

1.5 Определение размеров поперечного сечения

пролетных балок……….…...…………………………………........ 15

1.6 Размещение ребер жесткости…………………………………..…. 16

1.7 Проверка прочности верхнего пояса и местной

устойчивости стенок…………………………..…………………… 18

1.8 Поясные швы ………..……………………………………………. 20

1.9 Проверка жесткости моста..…………..………………………….. 21

  1. Пример выполнения расчета пролетной балки....…………………… 22

2.1 Исходные данные для проектирования. ………………...…….… 22

2.2 Предварительный расчет …………………..…………………… 22

2.3 Проверочные расчеты ………………..…………………………. 28

2.3.1 Проверка прочности балки при ее общем изгибе …………..… 28

2.3.2 Ребра жесткости ……………………………………………… 30

2.3.3 Проверка прочности верхнего пояса …………………...…… 32

2.3.4 Проверка местной устойчивости стенок балки …………...… 32

2.3.5 Проверка прочности опорного сечения балки …………....... 33

2.3.6 Расчет сварного соединения ……………………..…………… 35

2.3.7 Проверка жесткости моста …………...……………………… 35

Список литературы …………………………........................................ 38





Введение
Расчет стальных конструкций мостовых кранов проводиться по трем предельным состояниям в соответствии с введенным с 01.07.84г. ОСТ 24.090.72-83 «Нормы расчета стальных конструкций мостовых и козловых кранов».

Первое предельное состояние – потеря несущей способности при однократном действии максимальной нагрузки, то есть по условиям прочности и устойчивости. Основная расчетная зависимость имеет вид:

,

где Piн – нормативные значения внешних нагрузок;

i – усилие в рассчитываемом элементе при единичных значениях нагрузки;

ki – коэффициенты перегрузки нормативных нагрузок;

Ф – геометрический фактор (площадь поперечного сечения, момент сопротивления и т.д.);

R – расчетное сопротивление материала при расчетах на прочность;

m1 – коэффициент, учитывающий ответственность рассчитываемого элемента (таблица 1),

m2 – коэффициент, учитывающий отклонения в геометрических размерах конструкции (таблица 2);

m3 – коэффициент, учитывающий несовершенства расчета, связанные с неточностью расчетных схем, неполнотой методов расчета (таблица 3).
Таблица 1

Классификация элементов конструкции

Вид отказа

m1

Элементы, отказ которых вызывает непосредственную угрозу для жизни человека или тяжелые технологические последствия

С предупредительным признаком (вязкое разрушение)

0,9

Без предупредительного признака (хрупкое разрушение)

0,6



Продолжение таблицы 1

Элементы, отказ которых связан с нарушениями функционирования конструкции или ограничением работоспособности конструкции

С предупредительным признаком влияния на конструкцию в целом

1,0

С предупредительным признаком влияния на отдельные элементы

1,0

Без предупредительного признака влияния на конструкцию в целом

0,75

Без предупредительного признака влияния на отдельные элементы

0,85

Вспомогательные элементы

Независимо от отказа

1,0

Таблица 2

Профиль элемента

m2

Открытые профили при толщине полки (стенки) менее 5 мм и замкнутые коробчатые и трубчатые профили при толщине стенки менее 4 мм

0,9

Все виды профилей и листы, кроме вышеуказанных:

- в случае отсутствия данных о фактических значениях технологических допусков на изготовление профилей и листов;

- при наличии гарантированных данных (не менее 95-% обеспеченностью) о фактических значениях допусков



0,95

1,0



Таблица 3

Схема моста

Особенности конструкции моста и используемого метода расчета пролетных балок

m3

Двухбалочный

Коробчатые пролетные балки при расположении подтележечного рельса:




в середине балки

0,85

у края балки в том числе над стенкой, без учета стесненного кручения

0,75

у края балки, с учетом стесненного кручения

0,85

Двутавровые прокатные и составные пролетные балки при расположении подтележечного рельса над стенкой

1,0


Второе предельное состояние – потеря несущей способности при многократном действии нагрузок, то есть по условиям выносливости. Основная расчетная зависимость имеет вид:

,

где пр – приведенное эквивалентное напряжение;

– расчетное сопротивление усталости;

m0 = m1 m2 m3 - коэффициент условий работы принимается таким же, как и при расчетах по первому предельному состоянию.

Третье предельное состояние – возникновение деформаций, препятствующих нормальной эксплуатации крана при сохранении несущей способности по условиям первого и второго предельного состояний. Основная расчетная зависимость может быть записана в виде

,

где Pi - нормативные нагрузки;

 - фактор, отражающий деформативность конструкции (коэффициент жесткости);

fпр – предельные деформации, регламентированные соответствующими нормами или условиями эксплуатации.
1 Пример выполнения расчета пролетной балки

двухбалочного мостового крана
1.2 Исходные данные для проектирования:

Кран мостовой двухбалочный грузоподъемностью Q = 100 т; пролет крана L = 15 м; база крана Вк =4,4 м; скорость движения крана vк = 6 м /с; группа режима работы крана – К3.

Тележка четырехколесная, база тележки Вт = 1,6 м; колея тележки Lт = 2,4 м; вес крюковой подвески механизма подъема Gкр.п = 36 кН.

Приведенная к грузу среднепусковая сила двигателя механизма подъема Р = 1080 кН; приведенная к грузу масса вращающихся частей механизма подъема m1 = 3050 т.
1.2 Предварительный расчет

Выбор материала

Принимаем малоуглеродистую сталь ВСт3сп5 по ГОСТ 380-71* (сталь С255 по ГОСТ 27772-88). Рекомендуемые ВНИИПТМАШ расчетные сопротивления стали берем из таблицы 4:

R = 210 МПа; Rср = 130 МПа.

Сварные соединения конструкции осуществляем автоматической или полуавтоматической сваркой элементов в заводских условиях с применением электродной проволоки Св-08А по ГОСТ 2246-70 под слоем флюса. Значения расчетного сопротивления для угловых швов берем из таблицы 5: Rусв = 150 МПа.

Нормативные нагрузки

Интенсивность нормативной распределенной нагрузки на балку на этом этапе определяем с применением формул (1):









Принимаем вес приводного узла передвижения крана Gпр.н = 9 кН; вес кабины Gк.н = 15 кН; вес тележки Gт.н = 9,80724,062 = 203 кН. Давление колес тележки на пролетную балку от номинального собственного веса тележки Д1т.н = Д2т.н = 203/4 = 50,75 кН; от веса номинального груза Д1Q = Д2Q= (1009,807)/4 = 245 кН.

Расчетные нагрузки для комбинации I.1.А

Коэффициенты перегрузок для отдельных видов нагрузки указаны в разделе 1.3: для металлоконструкций kq = 1,1; для сосредоточенных сил от оборудования kG = 1,2; для веса поднимаемого груза значение kQ берем из таблицы 7: kQ = 1,1.

Коэффициент динамичности при работе механизма подъема груза Q находим по графикам, представленным на рисунке 1.

,

следовательно, пользуемся графиком 1.

Определяем величину .

Соответствующее значение коэффициента Q = 1,01.

Окончательные значения расчетных нагрузок для комбинации I.1.А следующие:

Таблица 1.1

Наименование нагрузки

Расчетное значение нагрузки

Интенсивность распределенной нагрузки

q = 1,18,93 = 9,823 кН/м

Вес кабины

Gк = 1,215 = 18 кН

Вес приводного узла

Gпр = 1,29 = 10,8 кН

Давление колес тележки

Д1=Д2= Д = 50,751,1 + 1,11,01245 = 328,02 кН


Определение максимальных изгибающих моментов в балке

и подбор сечения балки в пролетной части

Сечение, в котором возникает Мmax, расположено при движении тележки слева направо на расстоянии равном половине расстояния от левого колеса тележки до точки приложения равнодействующих сил Д1 и Д2 от середины пролета. Расчетная схема балки приведена на рисунке 1.1. Расстояние от опоры до кабины можно принять одинаковым для всех кранов и равным 2,4 м.

G

пр

G

к

7,5

q

G

пр

Д

1

Д

2

Д

R

0,8

К1

2,2

2,4

7,1

0,4

15,0

2,2

1,6




Рисунок 1.1
Реакция на левой опоре в соответствии с рисунком 1.1 равна:





При движении тележки справа налево максимальный момент возникает в сечении К2. Расчетная схема балки и расположение тележки показаны на рисунке 1.2.

G

пр

G

к

7,5

q

G

пр

Д

1

К2

2,2

2,4

0,4

15,0

Д

1

Д

2

Д

R

0,8

2,2

7,1



Рисунок 1.2

Реакция на правой опоре в соответствии с рисунком 1.2 равна:




Коэффициент неполноты расчета m0 = m1 m2 m3 находим в зависимости от значений mi:

m1 = 0,9 (таблица 1); m2 = 1 (таблица 2); m3 = 0,85 (таблица 3).

m0 = 0,910,85 = 0,765.

Определяем требуемый момент сопротивления сечения балки в пролете

м 3.

Требуемый момент инерции сечения по условию минимальной статической жесткости определяем по формуле (17), коэффициент жесткости – по формуле (6).





Задаемся толщиной стенки, которая из технологических соображений должна быть более 0,004 м и для кранов, работающих в агрессивных средах, более 0,008 м. Принимаем с = 0,008 м.

Определяем высоту стенки из условия минимума веса при обеспечении прочности балки по формулам (15) и (16), а из условия обеспечения ее заданной жесткости по формулам (18) и (19).





Гибкость стенок по рекомендациям ВНИИПТМАШ назначают в пределах с = 100…300 (с = hc /c).





Принимаем hc = 1,5 м. Назначаем толщину полки п = (1…3)с , п = 0,01 м. Ширину полки определяем по формуле (20)



Принимаем bп = 0,7 м. Схема поперечного сечения балки в пролетной части показана на рисунке 1.3.


660

8

8

700

1

6

0

0

x

y

1

71,6 Рисунок 2

1

0


Рисунок 1.3

Определяем геометрические характеристики выбранного сечения:



= 13,57210-3 м 4 > Ixmin = 7,710-3 м4;

Wx = Ix / 0,81 = 16,7510-3 м 3;



= 2,510-3 м 4;

Wy = Iy / 0,3 = 8,410-3 м 3;

A = 2(1,5 0,008 + 0,7 0,01) = 0,038 м 2.


Задаемся размерами поперечного сечения балки в опорной части, исходя из компоновки опорного узла. Используя опыт проектирования, увеличим толщину стенки в опорной части с = 0,01 м, толщину нижнего пояса (гнутого листа) примем пн = 0,012 м. Высота балки определяется при компоновке опорного узла сопряжения продольной и концевой балок. Принятое сечение показано на рисунке 1.4.

660

x

y

1

0

1

2

680

5

0

0

10

10

410

410

1500

700

1

7

8


Рисунок 1.4

Геометрические характеристики опорного сечения следующие:

А = 0,70,01 + 2 0,01 0,4 +

+ 0,0121,5 = 0,033 м 2;




Sxоп = 0,7  0,01  0,339 + 2 0,01 0,334 0,167 = 3,4810-3 м 3.

Ixоп = 2·[0,01· 0,43/12 + 0,4· 0,01· 0,0842] + 1,5· 0,012· 0,1722 +

+ 0,7· 0,01· 0,3392+0,7· 0,013/12 = 1,494·10-3 м4.

Уточняем исходные данные: определяем погонную интенсивность распределенной нагрузки по формуле (2) и величину расчетного изгибающего момента по схеме, представленной на рисунке1.1.



= 382,06 кН;

=

= 2421,76 кНм.

Найденный момент отличается от первоначального значения на величину (2526,61 – 2421,76)100 / 2526,61 = 4% в сторону уменьшения, то есть идет в запас прочности. Следовательно, корректировку размеров поперечного сечения можно не проводить.
1.3 Проверочные расчеты

1.3.1 Проверка прочности балки при ее общем изгибе

Прочность балки при ее общем изгибе в двух плоскостях проверяем на действие нагрузок комбинации I.1.Б, для чего определяем величины нагрузок, входящих в это сочетание.

Предварительно находим значения коэффициентов толчков расчетных вертикальных нагрузок: т, т1, т2 по формулам (3), (4), (5). Для нахождения парциальной частоты колебаний пролетной балки (формула 5) вычисляем значения приведенной массы балки и тележки, а также действительную жесткость пролетной балки (формула 17).

Т ;

=

= 82472,10 кН/м;

.

Значения коэффициента «а» находим по графикам, представленным на рисунке 2, в зависимости от скорости движения крана и величины м: а = 0,10. Коэффициент вычисляем по формуле (4):

 = (Bк + LT) / 2Bк = (4,4 + 2,4) / 24,4 = 0,7727.

При нахождении значения т уменьшаем на 50% значение

;

Т1 = 1,095; Т2 = 1,083.

Значения вертикальных нагрузок будут равны:

q = 1,1151,16,084 = 7,462  8 кН/м;

Gк = 1,1151,215 = 20,07 кН;

Gпр = 1,1151,29 = 12,042 кН;

Д1 = Д2 = 1,0951,150,75 + 1,0831,1245 = 353 кН.

Определяем значение расчетного изгибающего момента по схеме (рисунок 1.1):

=

= 423,06 кН,

=

= 2648,75 кНм.

Горизонтальные инерционные нагрузки при движении крана определяются по формуле (7), в которой сомножитель :

qг = 0,01021,16,084 = 0,0682 кН;

Gк.г = 0,01021,215 = 0,1836 кН;

Gпр.г = 0,01021,29 = 0,11016 кН;

Д = Д = 0,01021,1(50,75 + 245) = 3,318 кН;

ДRг = 6,636 кН.

мама

кРисунок 1.5

Изгибающий момент в сечении «К1» от действия горизонтальных нагрузок (расчетная схема по рисунку 4) определяется по формулам (9) и (10). Чтобы воспользоваться этими формулами, зададимся размерами торцевой балки (рисунок 1.5). Геометрические характеристики сечения торцевой балки следующие:

А = 20,0120,350 + 20,010,4 = 0,0164 м;



= 2,7810-4 м 4.

По формуле (10) находим значение S:

= 0,04352.

Изгибающий момент в сечении К1 от действия горизонтальных сил равен:



Проверку прочности балки в пролетном сечении определяем по формуле (21), m0 = 0,910,95 = 0,855:



159,7 = 179,55 МПа.

Прочность средней части балки при изгибе в двух плоскостях обеспечена.




1.3.2 Ребра жесткости

Размещение ребер жесткости проводим в соответствии с рекомендациями, приведенными в пункте 1.6:

- ставим только основные и дополнительные поперечные ребра жесткости. Так как ширина bп = 700 = 70п = 7010 продольное ребро можно не устанавливать;

- ширину выступающей части ребра определяем по формуле = 1500 / 30 + 40 = 90 мм; толщина ребра должна быть не менее для обеспечения его устойчивости. Принимаем окончательно р = 8 мм, bр = 100 мм.

Момент инерции сечения ребра относительно плоскости стенки равен:

м 4.

Проверку прочности ребра по условию работы верхней кромки на сжатие проводим по формуле (22). Принимаем рельс крановый КР-100, расчетное сопротивление материала рельса Ry = 290 МПа.

Геометрические характеристики сечения рельса следующие: площадь сечения А = 113,32 см2; ширина подошвы рельса b1 = 150 мм; ширина оголовка рельса b2=100 мм; высота рельса hр=150 мм; расстояние от подошвы рельса до центра тяжести сечения zц = 76 мм; момент инерции относительно собственной центральной оси x равен Ix = 2864,73 см 4.

Определяем длину линии контакта рельса и пояса над ребром

sрс = 0,6b1 = 0,60,15 = 0,09 м.

Величину z, входящую в формулу (22), определяем по выражению (23), в котором Iп = 0,60,013/12 = 0,0510-6 м 4.





Условие прочности (22) выполняется, так как m0R = 0,910,9210 = 170 МПа больше напряжений сж = 107,26 МПа. Прочность верхней кромки обеспечена.

Шаг основных поперечных ребер «а» в опорной части балки должен быть не более hc = 1,5 м, в пролетной части – не более 2hc. Шаг дополнительных поперечных ребер определяем по формуле (24):

,

где Wxmin = Ixр / zцр = 2864,73/ 7,6 = 376,94 см 3;

[рс] = Rу.р = 290 МПа;

Д = 353 кН.



Принимаем шаг ребер в пролетной части балки а1 = 880 мм. Расстановку основных и дополнительных ребер смотри на рисунке (1.6).




1.3.3 Проверка прочности верхнего пояса

Проверку прочности верхнего пояса с учетом действия местных напряжений проверяем по формулам (25)…(28).

При значениях

; ;

по таблицам 6, 7, 8 принимаем:

k1 = 0,148; k2 = 0,207; k3 = 0,157.






.

Условие прочности имеет вид: .



163  0,910,9210 = 170 МПа.

Прочность верхнего пояса обеспечена.
1.3.4 Проверка местной устойчивости стенок балки

Местную устойчивость стенок балки коробчатого сечения проверяем для средней части пролета балки. При расположении рельса по оси пояса и подкреплением стенок только поперечными ребрами проверку проводят по формуле (30)

.

В средней части пролета касательные напряжения  0, следовательно, получаем условие: 0.



Значение 0 определяем по формуле (31):

.

Коэффициент К0 находим из таблицы 9 в зависимости от величины , определяемой по формуле (33):



= 196 МПа.

Местная устойчивость обеспечена; запас местной устойчивости 196 / 146,37 = 1,3  1.
1.3.5 Проверка прочности опорного сечения балки

Опорное сечение проверяем на действие нагрузок комбинации I.2.Б. Вертикальные и горизонтальные нагрузки этой комбинации совпадают со значениями нагрузок комбинации I.1.Б, вычисленные ранее в пункте 1.3.1:

q = 1,1151,1 6,084 = 7,462  8 кН/м;

Gк = 1,1151,215 = 20,07 кН;

Gпр = 1,1151,2  9 = 12,042 кН;

Д1 = Д2 = 1,0951,1 50,75 + 1,0831,1245 = 353 кН.

qг = 0,01021,16,084 = 0,0682 кН;

Gк.г = 0,0102  1,2 15 = 0,1836 кН;

Gпр.г = 0,0102  1,2 9 = 0,11016 кН;

Д = Д =0,01021,1(50,75 + 245) = 3,318 кН;

ДRг = 6,636 кН.

Сечение проверяем в месте изменения размеров поперечного сечения балки при z = 0,7 м. от левой опоры, когда тележка находится в крайнем положении слева.


  1. Действие вертикальной нагрузки:

Расчетная схема приведена на рисунке 1.5.

q

G

пр

Д

R

G

к

G

пр

А

В

15

0,8

2,4


Рисунок 1.5





Мzв = 757,230,7 = 530 кНм.
2) Действие горизонтальной нагрузки:

Величину изгибающего момента в расчетном сечении определяем по формуле (11), а входящие в нее величины соответственно по формулам: Кq, КД, Кр – формулы (13); S1 –формула(10);

Рпер – формула (8).













Если пренебречь влиянием кручения в опорном сечении, то условие прочности будет иметь вид:





Ix = 1,494·10-3 м4; Iy = 4,3·10-3 м4.




При вычислении коэффициента m0 принимаем m3 = 0,85, то есть m0 = 0,910,85 = 0,765.

146,74  0,765210 = 160,65 МПа.

Прочность сечения в опорной части балки обеспечена.


2.3.6 Расчет сварного соединения

Проверяем прочность сварного шва, соединяющего пояс со стенкой. Условие прочности имеет следующий вид:

.



11  = 0,910,9150 = 121,5 МПа.

Прочность сварного шва обеспечена.
2.3.7 Проверка жесткости моста

Статическую жесткость моста в вертикальной плоскости оценивают по статическому прогибу пролетных балок в середине пролета при действии нагрузок комбинации Ш.В (таблица 6) по формуле (35): , где fq - прогиб балки от нормативной распределенной вертикальной нагрузки от собственного веса балки (формула 36).



fb - прогиб пролетной балки от действия подвижной нагрузки. При четырехколесной тележке он определяется по формуле (37).



Предельный относительный прогиб моста, принимаемый в соответствии с ОСТ24.090.72-83 по таблице 8, равен = 1/600. Абсолютная величина допускаемого прогиба балки равна 19/600 = 0,032 м. Таким образом, получаем следующее выражение:

0,0037 + 0,0122 = 0,0159  0,032 м.

Статическая жесткость моста обеспечена.

При пролетах мостов более 17м пролетным балкам рекомендуется придавать строительный подъем f0 (м), закон изменения ординаты строительного подъема по пролету задают в виде синусоиды

, где

Определяем расчетное значение строительного подъема в местах раскроя листов стенки (смотри рисунок 2.6):

при z1 = 2000 – (285 + 85) = 1630 мм



при z2 = 1630 + 4360 = 5990 мм



Значения скосок кромок будут равны:





Проверку динамической жесткости моста проводим по времени затухания колебаний порожнего крана (формула 38).



Значение м найдено при проверке прочности балки на изгиб в пункте 2.3.1. Время затухания колебаний при найденном периоде колебаний = 5400,1853 = 3,5 с  12 с.
мост
Рисунок 2.6
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Соколов С.А. Металлические конструкции подъемно-транспортных машин. – Санкт-Петербург: Издательство «Политехника», 2005. – 423 с.

2. Казак С.А. Курсовое проектирование грузоподъемных машин. – М.: Издательство «Высшая школа», 1989. – 319 с.

3. Живейнов Н.Н., Карасев Г.Н., Цвей И.Ю. Строительная механика и металлические конструкции строительных и дорожных машин. – М.: Издательство «Машиностроение», 1988. – 279 с.






Учебный текст
© perviydoc.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации