Составление конструктивной схемы стрелы. Выбор материала, определение расчетных сопротивлений и допускаемых напряжений

Содержание

Введение                                                                                                                ___

1. Составление конструктивной схемы стрелы                                                    ___

2. Выбор материала, определение расчетных сопротивлений и допускаемых

напряжений                                                                                                            ___

3. Силовой расчет стрелы                                                                                        ___

4. Расчет устойчивости стрелы и её элементов                                                  ___

5. Расчет и конструирование узлов                                                                         ___

6. Расчет болтового соединения                                                                             ___

7.Расчет и конструирование проушины                                                                 ___

  Список литературы                                                                                            ___

Введение

На сегодняшний день большую часть подъемно-транспортных машин составляют краны. Целью данной работы являются: составить по заданным требованиям схему стрелы крана, определить усилия в элементах стрелы, подобрать сечения этих элементов и спроектировать стрелу.

1. Составление конструктивной схемы стрелы

По  принята сигарообразная форма стрелы со вставкой, с треугольной без стоек решеткой.

   Размеры стрелы принимаем по следующим рекомендациям .

   Высота стрелы по середине длины:

   ,                                                                                                    (1)

где -длина стрелы, м ().

   Ширина сечения по середине длины:

                                                                                                           (2)

   Ширина сечения стрелы на опоре:

                                                                                                      (3)

Высота сечений у концов стрелы .

Ширина стрелы у головной части .

Длина трапециевидной части с обеих сторон стрелы .

2. Выбор материала, определение расчетных сопротивлений

 и допускаемых напряжений.

Материал для металлоконструкций машин должен быть прочным,  упругим, должен сопротивляться циклическим и ударным воздействиям как при положительных, так и при отрицательных температурах, обладать коррозийной стойкостью и хорошей свариваемостью.

Указанным требованиям соответствуют стали с содержанием углерода не более 0,22…0,25%.

Стали с большим содержанием углерода, несмотря на высокую прочность, для металлоконструкций не принимаются из-за склонности к хрупкому разрушению и плохой свариваемости.

Для снижения металлоемкости конструкции и улучшения технической характеристики машины сталь необходимо выбирать наиболее прочную. Но в тоже время сталь должна быть вязкой, обладать динамической и циклической прочностью.

По рекомендациям  принята сталь 09Г2С  в химический состав которой входят: углерода-0,09%, марганца- 2%, кремния менее 1%.

Марганец резко повышает прочность материала, не влияя на ударную вязкость, несколько увеличивает трещиностойкость. Кремний также повышает прочность и так как его менее 1%, то он не влияет на ударную вязкость, трещиностойкость и не снижает свариваемость. 

Выбранная сталь имеет следующие характеристики  :

Работает в тяжелых условиях при статических и динамических нагрузках;

Нормативное сопротивление по пределу текучести

Нормативное временное сопротивление

Расчетные характеристики определяем по допускаемым напряжениям. В нашем случае мы не можем применить более точный метод расчета по предельным состояниям, так как для автомобильного крана нет точной статистики нагрузки.

Допускаемое  нормативное напряжение:

                                                                                                                 (4)

где – предел текучести стали();

       - коэффициент запаса прочности (=1,4).

Допускаемое касательное напряжение на срез сварного шва:

                                                                                                        (5)

.

3. Силовой расчет стрелы

  Расчет усилий в элементах стрелы произведен при максимальных рабочих нагрузках: разгон или торможение механизма поворота крана. При расчете на стрелу действуют вертикальные и горизонтальные нагрузки. Расчетная схема стрелы приведена на рисунке 2. Эпюры поперечных, продольных сил и изгибающих моментов приведены на рисунке 3.

3.1. Определение расчетных нагрузок и их комбинаций

1) Распределенная нагрузка от силы тяжести стрелы в вертикальной плоскости.

                                                                                                           (6)

где – сила тяжести стрелы, кН  ();

       -длина стрелы, м  ().

         .

2) Вертикальная расчетная нагрузка от силы тяжести груза.

             ,                                                                                                   (7)

где-номинальная грузоподъемность, кН ();

      -сила тяжести крюковой подвески.

     ,

     кН.

      кН.

3) Силы инерции масс стрелы и груза в горизонтальной плоскости, возникающие при повороте стрелы, приняты равными 10% от соответствующих вертикальных нагрузок.

Сила инерции массы стрелы:

 .

Сила инерции массы груза:

  .

кН.

 .

4) Горизонтальная ветровая нагрузка на стрелу:

     ,                                                                                                                (8)

где W-удельная ветровая нагрузка;

W=P_в^с +Р_в^д ,                                                                                                           (9)

где P_в^с - статическая составляющая ветровой нагрузки;

Р_в^д – динамическая составляющая ветровой нагрузки;

P_в^с =∑(р_в^hA_н),                                                                                                      (10)

где  р_в^h - распределенное давление ветра в данной зоне высоты;

,                                                                                              (11)

где q_В – динамическое давление ветра, Па (q_В=125);

k – поправочный коэффициент, учитывающий динамического давления по высоте[3], (k=1,25);

c – коэффициент аэродинамической силы [3], (с=1,6);

n₇ – коэффициент перегрузки [3], (n₇=1);

.

А_н  - расчетная наветренная площадь (нетто) стрелы.

A_н=φ_ЗA_б ,                                                                                                         (12)

где φ_З – коэффициент сплошности конструкции, (φ_З =0,35);

A_б – площадь конструкции брутто;

A_н=0,35 19,15=6,7 м².

P_в^с =250  6,7=1,675 кН.

Р_в^д = 3m_п ξ_в ,                                                                                                (13)

где m_п – коэффициент пульсации скорости ветра принимаемый в зависимости от высоты рассматриваемого участка крана над поверхностью земли [3],  (m_п=0,12);

ξ_в – коэффициент динамичности, определяемый в зависимости от периода τ собственных колебаний крана;

                                                                                 (14)

где m_Г – масса номинального груза, кг  (m_Г=3000);

m_М – масса конструкции крана приведенная к середине строения;

                                                                                   (15)

где m_С – масса стрелы, кг (m_С=3500);

с_М – коэффициент жесткости металлоконструкции приведенный к середине строения;

                                                                           (16)

где J_x – момент инерции стрелы относительно оси X;

Предварительно зададимся поясным уголком: 100 x 10;

                                                                      (17)

где J₁ – момент инерции поясного уголка, см⁴ (J₁=179);

A_П – площадь сечения поясного уголка, см² (A_П=19,2);

;

;

.

Принимаем  τ = 1, выбираем соответствующий коэффициент динамичности [3]: ξ_в=1,75.

250=0,16 кН.

W=1,675 +0,16=1,835 кН.

.

5) Горизонтальная ветровая нагрузка на груз.

   ,                                                                                               (18)

где -подветренная площадь груза, .

6) Вертикальная ветровая нагрузка на стрелу:

                                                                                                      (19)

где A_н – площадь стрелы нетто;

A_н=24,9 0,35=8,72 м²,

7) Сила действующая на канат механизма подъема груза.

     ,                                                                                                        (20)

где m-кратность полиспаста, ;

8) Сила от раскачивания груза.

,                                                                                                      (21)

где Q – грузоподъемность, (Q = 30 кН);

,                                                                                                   (22)

,                                                                                                            (23)

где  L – вылет стрелы (L=13 м);

,                                                                                                        (24)

где

9) Центробежная сила стрелы.

,                                                                                                         (25)

где - масса соответствующего элемента.

,                                                                 

где

10) Центробежная сила груза.

      ,

Для определения усилий в стреле от силы тяжести груза необходимо найти неизвестные реакции:

R_в и H – составляющие реакции в опорном шарнире;

S_ПС – усилие в гибкой оттяжке – стреловом канате.

Усилия в стреловом канате в вертикальной плоскости:

                                                                                                               (26)

Реакцию в опорном шарнире находим их уравнения:

                                                                                                               (27)

  Вторая реакция находится из уравнения:

                                                                                                                  (28)

Усилие в стреле (в шарнире) в горизонтальной плоскости:

                                                                                                               (29)

Уравнение равновесия относительно оси Y:

                                                                                                                   (30)

Определение усилий в поясах стрелы.

Рисунок 4. – Схема к расчету усилий в поясах стрелы.

  Расчетное усилие в поясе стрелы у одного шарнира , равное сумме усилий