Расчет стрелы башенного крана

МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

Харьковская национальная академия строительства и архитектуры

Кафедра «Металлические конструкции»

 

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ

проектированиЕ стрелы

башенного крана

 

 

 

Выполнил        Проверил

ст.гр.ПТМ-41     К.т.н., доц.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Харьков 2009

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Задание на проектирование

Грузоподъемность Q=50кН;

Вес блоков на конце стрелы G_б=300кН;

Вес стрелы крана Qc=20кН;

Вес крюковой обоймы G_ко= 1,4кН;

Вес кабины G_кб=5кН;

Длина стрелы крана L_с=18,8м;

Угол наклона длины  стрелы к горизонтальной плоскости  α=18⁰;

Кратность грузового  полиспаста i_r=2;

Число оборотов крана в мин n_n=0,7об/мин;

 

Время разгона/торможения t=3,5с;

Высота башни от опорного круга до шарнира стрелы Н_б=15м;

Расстояние от земли  до поворотного шарнира башни h_б=2м;

Длина головки колонны h_г=4м;

Радиус поворота R=20м.

Вариант 05255

2. Определение нагрузок

 Определение веса  стрелы крана

        (2.1)

Определяем расчетную  распределенную нагрузку от веса стрелы:

        (2.2)

где γ_α – коэффициент надежности по нагрузке.

Определяем нормативную  составляющую веса груза:

                 (2.3)

определяем среднеквадратическое отклонение случайной составляющей груза:

          (2.4)

где К₃ – коэффициент, зависящий от нормативной составляющей груза и грузоподъемности крана;

Определяем натяжение  грузового троса:

                       (2.5)

2.1.Определение ветровой нагрузки на стрелу башенного крана.

Ветровая нагрузка делится  на две части:

1. W_гр – давление ветра на наветренную площадь поднимаемого груза;

2. распределенное давление ветра на боковую поверхность стрелы W/L_c, кН/м.

3. S_w – динамическая составляющая ветровой нагрузки.

Определяем распределенную ветровую нагрузку на единицу площади:

  (2.6)

k – коэффициент, учитывающий изменения скоростного напора по высоте (принимаем к=1,25);

   (2.7)

с – коэффициент аэродинамической силы (принимаемая с=1,2 для крана  в рабочем состоянии);

n – коэффициент перегрузки, n=1;

Определяем сосредоточенное  ветровое давление на груз:

   (2.8)

где А_р – расчетная наветренная площадь грузка, определяем по таблице 6 МУ.

Определяем распределенную ветровую нагрузку по длине стрелы

  (2.9)

где А_с – площадь боковой поверхности стрелы; φ – коэффициент сплошности =0,6.

               (2.10)

Определение динамической составляющей ветровой нагрузки:

 (2.11)

где m_n – коэффициент пульсации ветра, определяется в зависимости от высоты опорного шарнира (0,12); ξ – коэффициент динамичности, определяемый по таблице 8 МУ (≈2);

               (2.12)

 

 

2. Определение инерционных нагрузок.

Определяем инерционные  нагрузки от поворота стрелы:

 (2.13)

где j – ускорение стрелы;

  (2.14)

  (2.15)

3. Расчет стрелы в горизонтальной плоскости

Wгр(6,75кН)+I(41,12кН)=47,87кн

расчет стрелы на распределенную ветровую нагрузку

     (3.1)

 (5.2)

расчет на действие сосредоточенной  ветровой нагрузки

   (5.3)

      (5.4)

расчет стрелы на действие инерционной нагрузки

   (5.5)

Расчетные усилия

№ сечения	Мn(кНм)	Q(кНм)	N(кН)
I-I	961,27	54,4	0
II-II	465,3	51,3	0

    (5.6)

расчет стрелы в вертикальной плоскости

         (5.7)

 

 

             (5.8)

              (5.9)

              (5.10)

  (5.11)

  (5.12)

  (5.13)

   (5.14)

   (5.15)

  (5.16)

       (5.17)

 (5.18)

       (5.19)

Определение эпюры М  и Q от действия собственного веса стрелы:

             (5.20)   

при х=9.4м

               (5.21)

   (5.22)

     (5.23)

      (5.24)

№№	NP, кН	Мв, кНм	Q, кН
I-I	-401,18	0	-0,3576
II-II	-376,84	1,68	0

 

3. Определение внутренних усилий  в конструктивных элементах стрелы

Определение расчетного усилия в поясах стрелы

Определение расчетного усилия в поясах в сечении II-II

 (6.1)

определение расчетных усилий в  сечении I-I

                                  (6.2)

     (6.3)     

 где α₁, α₂ – углы, образуемые осью стрелы с проекциями поясов на вертикальную и горизонтальную осевые плоскости; h₀, b₀ – высота и ширина сечения стрелы (по центрам тяжести сечений поясов), м.

  (6.4)

4. Определение внутренних усилий  в элементах соединительной решетки.

Решетка стрелы, в основном, воспринимает поперечную силу.

Усилия в элементах соединительной решетки от действия расчетной поперечной силы.

        (7.1)

Q_P – max расчетное значение в любом сечении

       (7.2)

Рассчитываем расчетное усилие в элементе соединительной решетки  от действия поперечной силы

Предварительно определенное значение площади сечения стрелы

      (7.3)

      (7.4)

     (7.5)

5. Подбор сечения поясов стрелы крана

Элементом пояса стрелы называется часть пояса, замкнутая  между двумя узлами примыкания элементов  соединительной решетки.

Выбираем марку стали по следующим  критериям: I – высокое требование к качеству (высокая степень ответственности); II-III – средняя степень ответственности; IU – низкая степень ответственности.

Марки стали для ПТМ:

18сп; 18Гпс; 18Гсп – ГОСТ 23570 -79;

ВСт3сп; ВСтГпс – ТУ 14-1-3023-80;

ВстГпс – ГОСТ 14637-79;

09Г2с – ТУ 14-1-30230-80;

09Г2С; 10Г2С1 – ГОСТ 19281-73;

15 ХСНД – ГОСТ 19282-73.

Выбираем сталь Вст3сп-5 ГОСТ 380-71*.

В – категория поставки с гарантией металлических и  химических свойств.

Ст3 - С≤0,2%

СП – спокойная  сталь Si≥0,03%

5 – категории поставки  для климатического района гарантирующая  ударную вязкость.

Определяем расчетное  сопротивление стали.

Нормативное сопротивление, МПа

- по пределу текучести R_уп=235МПа=23,5кН/см²

- по временному сопротивлению R_ип=370МПа=37кН/см²

расчетное сопротивление:

по пределу текучести R_у=225МПа=22,5кН/см²

- по временному сопротивлению R_и=350МПа=35кН/см²

Определение требуемой  площади сечения поясов.

Элемент пояса стрелы является центрально-сжатым стержнем, поэтому проверка несущей способности  проводится по формуле общей устойчивости:

       (7.6)

где: σ – нормальное напряжение, МПа;

S_пр – расчетное усилие в поясах стрелы =1080,36кН;

φ – коэффициент продольного  изгиба;

А – площадь поперечного  сечения брутто, см²;

R=22,5кН/см²;

γ_c – коэффициент условий работы =0,75.

Формула для определения  требуемой площади сечения пояса  стрелы:

(примем φ=0,7)

   (7.7)

по сортаменту выбираем L№250х20 (250х250х20) с площадью сечения 96,96см²; i_y0=3,93cм; z₀=5,7см;

Определяем гибкость:

       (7.8)

интерполируем полученную гибкость и получаем φ≈0,8645

Проверяем общую устойчивость подобранного сечения пояса стрелы:

считаем процент недогруженности сечения:

 т.о. недогруженность сечения находится в пределах допустимого. Принимаем уголок равнополочный 100х10.

6. Подбор сечения элементов соединительной решетки.

Расчетная схема элементов  соединительной решетки:

S_рр=20,8кН

1/L=cos45⁰; L=1/cos45=1,42

  (8.1)

Подбор сечения проводим по предельной гибкости λ≤[λ]=150.

Гибкость 

Где μ – коэффициент  приведенной расчетной длинны =1;

принимаем уголок равнополочный  №5 (50х5) i_min=0,99см. А=3,89см²; z₀=1,38cм

7.  Определение геометрических  характеристик поперечного сечения  стрелы.

Определяем момент инерции  сечения II-II относительно оси х

 (9.1)

Определяем момент сопротивления сечения относительно оси Х

   (9.2)

определяем площадь  поперечного сечения

А=4А²=4х96,96=387,84см²      (9.3)

Определяем радиус инерции

   (9.4)

Определяем момент инерции  относительно оси У.

 (9.5)

Определяем момент сопротивления  сечения относительно оси У:

   (9.6)

            (9.7)

Определяем эксцентриситет относительно оси Х

  (9.8)

т.к.  m_x <20 то требуется проверка общей устойчивости стрелы относительно оси х-х .

Определяем эксцентриситет относительно оси У:

  (9.9)

т.к.  m_у <20 то требуется проверка общей устойчивости стрелы.

Определение условной приведенной  гибкости стрелы:

   (9.10)

                                                                           (9.11)

           

           

 

где - коэффициент, учитывающий форму стрелы и соотношение моментов инерции сечения и соответствующих длин стрелы

        - коэффициент, учитывающий влияние подвески, (в вертикальной плоскости )

 

где                                                                           (9.12)

 

              

Величина:

 

 

                 

 

где           - гибкость стрелы при изгибе относительно оси x и y ;

      А – площадь сечения стрелы;

     - коэффициенты, зависящие от угла наклона раскоса к поясу;

     - суммарная площадь сечений раскосов, лежащих соответственно в двух боковых и двух горизонтальных гранях стрелы и рассекаемых одним поперечным сечением стрелы.

Для стали типа Ст.3 получаем:

               (9.13)

Для оси y  ( ) зависит от     К=                                          (9.14)