Расчет металлоконструкции стрелы башенного крана

Оглавление

Техническое задание 3

Введение 4

Расчет металлоконструкции крана 4

I. Подбор сечения металлоконструкции стрелы и расчет его характеристик 4

2. Таблица нагрузок для расчета металлической конструкции крана в СРПС и расшифровка коэффициентов. 5

II. Расчет металлоконструкции на минимальном вылете стрелы 7

Расчетный случай Ia. 7

Расчетный случай Ib. 12

Расчетный случай Ic. 17

Расчетный случай IIa. 23

Расчетный случай II b. 29

Расчетный случай II c. 36

III. Расчет металлоконструкции на максимальном вылете стрелы 43

Расчетный случай Ia. 43

Расчетный случай Ib. 48

Расчетный случай Ic. 53

Расчетный случай IIa. 59

Расчетный случай II b. 65

Расчетный случай II c. 72

Определяем максимальное расстояние между раскосами в металлоконструкции стрелы. 79

Проверяем устойчивость башни. 81

Определяем максимальное расстояние между раскосами в металлоконструкции башни. 83

Определим внутренние усилия в стержнях оголовка стрелы. 85

Проверка пальцев, соединяющих оголовок стрелы со стрелой. 86

Расчет сварного соединения. 87

Список литературы 88

Приложение 89

 

 

 

 

 

 

Техническое задание

Рассчитать и спроектировать башенно-стреловой  кран грузоподъёмностью 30 т. с указанными на рис.1 размерами.

 

Рис.1 Эскиз требуемого крана

Введение

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 140х120х9 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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. 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 усилие в  оттяжке из условия равновесия  стрелы в плоскости качания.

 

 

 

 

 

3. Определяем сжимающее  усилие в точке С.

 

4. Определяем сжимающее  усилие в точке B.

Определяем реакции в  т.B.

 

 

 

 

 

 

 

 

Определяем значение сжимающей  силы:

 

 

5. Определяем сжимающее  усилие в точке А.

 

 

 

 

 

 

 

 

Определяем значение результирующей реакции:

 

6. Определяем значение  изгибающего момента в т.В.

 

 

 

7. Проверяем сечение I. (Точка В)

7.1. 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.

 

7.2. 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.

 

8. Проверяем сечение II. (Точка A)

8.1. 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.

8.2. 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.

 

 

1. 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 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

 

3. Определяем усилие в  оттяжке из условия равновесия  стрелы в плоскости качания.

 

 

 

 

 

 

4. Определяем сжимающее  усилие  в т.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

Определяем значение результирующей реакции:

 

5. Определяем сжимающее  усилие  в т.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

Определяем значение результирующей реакции:

 

6. Определяем максимальное  значение изгибающего момента  в  т.В.

 

 

7. Проверяем сечение I. (Точка В)

7.1. 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.

 

7.2. 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.

 

8. Проверяем сечение II. (Точка A)

8.1. 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.

 

8.2. 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.

 

1. 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 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.

 

3. Определяем усилие в  оттяжке из условия равновесия  стрелы в плоскости качания.

 

 

 

 

 

 

4. Определяем сжимающее  усилие в точке B.

 

 

 

 

 

 

 

 

Определяем значение результирующей реакции:

 

5. Определяем сжимающее  усилие в точке А.

 

 

 

 

 

 

 

 

Определяем значение результирующей реакции:

 

6. Определяем значения  изгибающих и крутящих моментов  в расчетных точках.