Расчет металлоконструкции козлового крана

Министерство  транспорта Российской Федерации

Федеральное государственное  образовательное учреждение

Высшего профессионального  образования

Волжская государственная  академия водного транспорта

 

 

 

Электромеханический факультет

 

 

 

Кафедра прикладной механики и подъемно-транспортных машин

 

 

 

Курсовой проект

Расчет металлоконструкции козлового крана

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

    Проверил:

 

 

 

Нижний Новгород

2011 г.

Введение

Конструкции мостов, особенно при малой грузоподъемности и  большем пролете, в значительной мере влияют на вес и стоимость  крана. Мост является самым ответственным  узлом с точки зрения эксплуатационной надежности машины: ремонт его длителен, а возможная авария чревата серьезными последствиями.

Фундаментальные труды об этом создавались годами на основании  анализа технической литературы, а также накопленного в течении ряда лет опыта проектирования и эксплуатации кранов. Но промышленность не стоит на месте. Растет потребность в новых типах кранов к машинам предъявляются новые, повышенные требования. Мостовым краном грузоподъемностью, например, 450 т сейчас никого не удивишь. Скорость подъема – опускания груза в 20 м/сек уже не удовлетворяет требованиям термических цехов, требуется значительно большая. Поэтому при проектировании новой машины с повышенными требованиями конструкторы все чаще сталкиваются с задачами, решения которых в технической литературе нет. Следствие отсутствие решений – появление неудачных конструкций. Это отражается на стоимости вновь проектируемых кранов и на их эксплуатационной надежности. Бывает и так, что проблема проектирования или расчета удачно решается на одном из заводов, но из – за отсутствия публикаций и плохо поставленной информации доходит до заинтересованных проектных организаций и заводов только через несколько лет, что также неблагоприятно сказывается на общем уровне проектирования и выпускаемых машинных.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Исходные данные

 

Грузоподъемность крана 

Q = 8т

Скорость механизма подъема 

V_п = 0,9 м/с (А7)

Скорость механизма передвижения:

Тележки V_т = 1,1 м/с

Крана V_к=1,3 м/с

L = 22,5 м

L₁ = L₂ = 6 м.

Обе опоры жесткие

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

2. Выбор материала  для металлоконструкции

Принимаем 15ХСНД-12 (ГОСТ 19282-73)

Временное сопротивлении  S_B = 490 – 685 Н/мм²

Предел текучести 

S_T = 345 Н мм²

Относительное удлинение 

d₅ = 21%

Класс стали С52/40

Температура до -40⁰С

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

3.Вычисление нагрузок

Нагрузки при расчетах по первому предельному состоянию  представлены в таблице 3.1

Принимаем следующие коэффициенты перегрузок для отдельных нагрузок:

Для собственного веса металлоконструкции

n₁ = 1,1

Для веса оборудования расположенного на конструкции включая тележку n₂ = 1,3

для веса груза n₃ = 1,5

для горизонтальных сил инерции  n₄ = 1,5

для ветровой нагрузки по ГОСТ 1451-77 n₆ = 1,1

для нерабочего состояния  и для рабочего состояния n₆ = 1

Значения коэффициентов  толчков для козловых кранов принимаем по [1, табл.2.3 стр. 7]

Принимаем

(сварные механически  обработанные стыки, отсутствии стыков)

Значение динамических коэффициентов  принимаем по [1, табл.2.4, стр.8] принимаем

Значение динамических коэффициентов  для козловых кранов принимаем по графикам зависимости [1, рис. 2.1, стр.8] с учетом скорости подъема.

Принимаем: система плавного регулирования скорости при скорости подъема  = 1,35

Расчетное сопротивление  на прочность

 

где  - нормальное сопротивление материала

               = 335 МПа [2, табл. 3.1, стр.20]

       - коэффициент надежности по материалу

               Принимаем  (для низколегированной стали)

 

 

 

 

 

 

6

Эквивалентная величина Q, груза

 

где - коэффициент режима работы значения которого принимаем

              для (А7) = 0,9

       - грузоподъемность крана

             = 8 = 80кН

 

Определяем вес крана

Вес верхнего бесконсольного козлового крана можно ориентировочно принимаем равным весу моста мостового крана, имеющего равный пролет [2, рис.1.2, стр.11]

Принимаем

 

Так как по заданию две  консоли то вес  верхнего строения рассчитываем по формуле

 

Весовые данные и основные размеры грузовой тележки крана  принимаем [1, табл.3.1,стр.15]

Вес тележки 

Ширина колеи 

База тележки 

Определяем высоту сечения  фермы

 

Горизонтальные силы инерции, вызванные плавным разгоном (торможение) механизма передвижения крана.

 

где - приведенная масса конструкции крана.

                Приведенная масса конструкции  крана принимаем по

                [1, табл.2.6, стр.10] тележка в середине пролета

 

где  - масса груза

               = 80 кН

 

         - коэффициент влияния подвеса груза

               Принимаем  = 1

      

7

        - ускорение передвижения крана

 

Для комбинации нагрузок 2b

 

где – скорость передвижения крана V=1,3 м/с

       - время разгона (торможения) крана

 

 

 

Давление ветра на кран, работающий на открытом воздухе, является горизонтальной силой и для рабочего состояния определяется по формуле 

 

где – распределенное давление ветра на конструкцию

               крана в данной зоне высоты

      - распределенное давление ветра на груз

      - расчетная наветренная площадь (нетто) конструкции

       - наветренная площадь поверхности груза

              Принимаем  = 9 м² [1, табл.2.8, стр.13]

Распределенное давление ветра  на конструкцию определяется по формуле

 

где - динамическое давление ветра для рабочего состояния

            Принимаем  = 250 Па

       - коэффициент учитывающий изменение динамического

             давления по высоте. Принимаем  = 1,25 [1, табл.2.7, стр.12]

       - коэффициент аэродинамической силы, приближенные

            значения которого принимаем: для балок с выступающими

            поясами и наружными ребрами,  плоских ферм

            из прямоугольных профилей.

            Принимаем с = 1,6

      

8

      - коэффициент перегрузки принимаем для рабочего

           состояния n = 1

 

Распределенное давление ветра на груз определяется по формуле

 

где - динамическое давление ветра для рабочего состояния

            q = 250 Па

      с - коэффициент  аэродинамической силы, приближенные 

            значения которого принимаем: для балок с выступающими

            поясами и наружными ребрами,  плоских ферм

            из прямоугольных профилей.

            Принимаем с = 1,2

      n - коэффициент перегрузки принимаем для рабочего

           состояния n = 1

 

Величина  приближенно принимаем по формуле

 

где - коэффициент заполнения.

             Принимаем для решетчатых ферм  из прямоугольных

             профилей  = 0,6

       – площадь брутто элементов конструкции и груза

              = 30,84 м²

 

 

Давление ветра  на кран в нерабочем состоянии определяется по выражению

 

 

где - распределенное давление ветра на конструкцию

               крана в данной зоне высоты

      - расчетная наветренная площадь (нетто) конструкции

Распределенное давление ветра на конструкцию крана определяется по формуле

 

 

 

 

9

где q -динамическое давление ветра для рабочего состояния

            Принимаем  = 450 Па

       - коэффициент учитывающий изменение динамического

             давления по высоте. Принимаем  = 1,25 [1, табл.2.7, стр.12]

       - коэффициент аэродинамической силы, приближенные

            значения которого принимаем: для балок с выступающими

            поясами и наружными ребрами,  плоских ферм

            из прямоугольных профилей.

            Принимаем с = 1,6

      - коэффициент перегрузки принимаем для рабочего

           состояния n = 1

 

 

Таблица 3.1

Нагрузки при расчетах по первому предельному состоянию

Виды нагрузок	Случаи нагрузок
	II		III
	IIа	IIb	-
Собственный вес конструкции  крана с учетом коэффициентов  толчков ,	202,4	212,5	202,4
Вес оборудования расположенного на конструкции, включая тележку  с учетом коэффициентов толчков ,	39	40,95	39
Вес груза Q включая грузозахват, с учетом динамических коэффициентов ψ и коэффициентов толчков ,	162	126	-
Горизонтальные силы инерции  Масс крана (разгон или  торможение одного из механизмов)	-	104,6	-
Давление ветра на конструкцию	11,95	11,95	18,31

 

 

10

4.Построение линий  влияния для усилий в стержнях фермы.

Верхний пояс

Рассмотрим сечение  I-I

Найдем линию  влияния для стержня 

F = 1 справа от сечения.

 

 

F = 1 слева от сечения

 

 

 

Если подвижная нагрузка в опоре А

,

 

Если подвижная нагрузка в опоре B

,

 

Рассмотрим сечение  II-II

Найдем линию  влияния для стержня

F = 1 справа от сечения.

 

 

F = 1 слева от сечения

 

 

 

Если подвижная нагрузка в опоре А

,

 

 

11

Если подвижная нагрузка в опоре B

,

 

Рассмотрим сечение  III-III

Найдем линию  влияния для стержня

F = 1 справа от сечения.

 

 

F=1 слева от сечения

 

 

 

Если подвижная нагрузка в опоре А

,

 

Если подвижная нагрузка в опоре В

,

 

Рассмотрим сечение  IV-IV

Найдем линию  влияния для стержня

F = 1 справа от сечения

 

 

 

Если подвижная нагрузка в опоре А

,

 

 

 

12

F = 1 слева от сечения

 

 

 

Если подвижная нагрузка в опоре B

,

 

Рассмотрим сечение  V-V

Найдем линию  влияния для стержня

F=1 справа от сечения

 

 

 

Если подвижная нагрузка в опоре А

,

 

 

F = 1 слева от сечения

 

 

 

Если подвижная нагрузка в опоре B

,

 

 

 

 

 

 

13

Рассмотрим сечение  VI-VI

Найдем линию  влияния для стержня

F=1 справа от сечения

 

 

 

Если подвижная нагрузка в опоре А

,

 

 

F=1 слева от сечения

 

 

 

Если подвижная нагрузка в опоре В

,

 

Рассмотрим сечение  VII-VII

Найдем линию  влияния для стержня

F=1 справа от сечения

 

 

 

Если подвижная нагрузка в опоре А

,

 

 

F=1 слева от сечения

14

 

 

 

Если подвижная нагрузка в опоре В

,

 

Рассмотрим сечение  VIII-VIII

Найдем линию  влияния для стержня

F=1 справа от сечения

 

 

 

Если подвижная нагрузка в опоре А

,

 

 

F=1 слева от сечения

 

 

 

Если подвижная нагрузка в опоре В