Консольные краны. Металлоконструкция крана. Крюковая подвеска. Составление конструктивной схемы крана

1.  Исходные данные

Консольные краны относятся к стационарным поворотным кранам с дополнительной верхней опорой (см. рис 1.1). Металлоконструкция крана представляет собой ферму.

Крюковая подвеска устанавливаться стационарно.

Исходными данными для расчета фермы крана являются:

-   номинальный вес груза (Q=63 кН);

-   вес фермы (G=2,60 кН);

-   длина фермы (l=3,0 м);

-   расстояние между опорами (h=2,5 м);

-   высота фермы у опоры (h₁=2,0 м);

-   угол наклона грузового каната (a=24⁰);

-   скорость подъема груза (v_г=0,1 м/с);

-    кратность полиспаста (u_п=3).

Рисунок 1.1-Основные размеры консольного крана

2. Составление конструктивной схемы крана

2.1 Конструктивная схема.

Конструктивная схема должна наиболее полно соответствовать функциональному назначению, особенностям работы конструкции, отражать ее основные пропорции и состав элементов,  обеспечивать возможно меньшую массу конструкции [1].

Длина фермы l = L_max=3,0 м.

Ширина ферм с постоянным вылетом (ферма плоская) определяется в процессе конструирования исходя из обеспечения ее жесткости в горизонтальной плоскости на действие инерционных нагрузок.

Рисунок 2.1- Расчётная схема консольного крана.

Составляем конструктивную схему стрелы в масштабе (рис. 1.2), отражающую форму и основные пропорции конструкции. Длины элементов конструкции приведены в табл. 1.

2.2 Длины элементов конструкции.

Таблица 1

2.3 Определение усилий в элементах конструкции.

По конструктивной схеме составляем расчётную схему с приложенными наружными силами (рисунок 2). Рассмотрим стрелу как плоскую конструкцию. Усилия в элементах конструкции определяем по методу вырезания узлов.

Силу F, кН вычисляем по формуле:

F=(Q_i +G_iкр )/U_п .

где Q_i- грузоподьёмнрсть, с учётом динамики груза.

Q_i  =n_u  (1+)Q

            Q-грузоподъёмность (Q=75кН)

n_u –коэффициент перегрузки (n_u =1,25)

-динамический коэффициент.

=КдКд^*

           Кд- коэффициент динамичности (Кд=0,15)

Кд^* - корректирующий коэффициент  (Кд^*  =1,5)

=0,151,5=0,225

G_iкр  - вес крюковой подвески с учётом перегрузки:

G_iкр=nm_крg

где  m_кр - масса крюковой подвески (m_кр=96кг)

g-ускорение свободного падения (g=9,8 м/с²)

U_п- кратность полиспаста (U_п=3)

Q_i=630001,25=78800Н=78,8кН.

G_iкр=1,25969,8=1180Н=1,18кН.

F=(78,8+1,18)/3=26,7кН

Определяем реакции в узлах 1 и 3.

ΣМ₁=0; Fcos14⁰2000-Fsin14⁰3000-Q3000+R₃2000

            R₃=кН

R_1y-sin14⁰-Q=0

R_1y=Fsin14⁰+Q=26,7sin14⁰+78,8=78,9кН.

R_1x-R₃-Fcos14⁰=0

R_1x=R₃+Fcos14⁰=102+26,7cos14⁰=128кН.

2.4    Расчёт нагрузок

Последовательно рассматриваем условия сил и усилий, сходящихся в каждом узле.

Узел 7.

ΣF_7y=0

F_4-7sin14⁰Q-Fsin14⁰=0

F_4-7=кН ΣF_7x=0

F_3-7+ F_3-7cos14⁰-Fcos14⁰=0

F_3-7=(F+ F_4-7)cos14⁰=91,2кН.

Узел 3.

ΣF_зх=0

F_3-7-R₃+ F_3-4cos74⁰=0

F_3-4=кН

Узел 4.

ΣF_4Y=0

F_3-4sin62⁰+F_1-4sin44⁰-sin25⁰=0

F_1-4=

кН.

ΣF_4Y=0

F_2-4- F_4-7cos25⁰+ F_1-4cos44⁰+ F_3-4cos62⁰=0

F_2-4= F_4-7cos25⁰- F_1-4cos44⁰- F_3-4cos62⁰=352cos25⁰-207cos44⁰-39cos62⁰=

=310кН.

Узел 5.

ΣF_x=0

ΣF_5-7= ΣF_5-3=91,2кН  

F_5-4=0

F_5-6=0

Узел 6.

ΣF_6х=0

F_6-7cos20⁰- F_6-4cos20⁰- F_5-4cos25⁰=0

F_6-7= F_6-4=352 кН.

F_5-4=0

Узел 2.

ΣF_Y=0

F_2-1= F_2-3=100 кН.

3. Выбор материала.

3.1. Выбор стали для металлоконструкции.

Металлы для металлоконструкций машин должны быть прочными, упругими, сопротивляться циклическим, ударным воздействиям, как при положительных, так и при отрицательных температурах, обладать коррозионной стойкостью и хорошей свариваемостью. Для изготовления стержней стрелы консольного крана применяем уголок (фасонный прокат) с максимальной толщиной полки t до 12 мм. Консольный кран расположен в цеховом помещении с температурой эксплуатации до -20 °С.

Конструкция несущая.

Но [1] выбираем сталь 09Г2 ГОСТ 19281-89. Для выбранной марки стали, определяем нормативные и расчетные характеристики.

Расчетное сопротивление проката при растяжении, сжатии, изгибе по пределу текучести R_y, МПа [1]:

R_y=R_yn/γ_m,                                                                  (1)

где       R_yn - предел текучести, МПа (R_yn= 305 МПа);

γ_m - коэффициент надежности по материалу (γ_m = 1,05).

R_y =305/1,05 = 290 МПа.

Расчетное сопротивление проката при растяжении, сжатии, изгибе по временному сопротивлению R_u, МПа [1]:

R_u=R_un/γ_m,                                                                 (2)

где: R_un - временное сопротивление, МПа (R_un = 440 МПа);    

R_u=440/1,05 = 420МПа.

Допускаемое напряжение [], МПа [1]:

[]=R_yn/n₀,                                                                (3)

где      n₀ - коэффициент запаса прочности (n₀= 1,4 [1]).

[]=305/1,4=218 МПа.

В зависимости от выбранной стали выбираем сварочные  материалы.

3.2. Выбор сварочных материалов.

По [1] выбираем сварочные материалы для сварки несущих конструкций. Выбираем электрод типа Э42А марки УОНИ-13/45, марка сварочной проволоки Св-08Г2С.

Расчетное сопротивление по пределу текучести при сжатии, растяжении и изгибе стыковых сварных соединений R _wy, МПа [1]:

R _wy= R_y,                                                          (4)

                                              R _wy= 290 МПа.

Расчетное сопротивление по временному сопротивлению при сжатии, растяжении и изгибе стыковых сварных соединений R_wu, МПа [1]:

R_wu= R_u,                                                             (5)