Курсовая работа: Проект металлических конструкций мостового крана

Курсовая работа

«Проект металлических конструкций мостового крана»

Введение

Грузоподъемные машины предназначены для подъема и перемещения грузов на незначительные расстояния в пространстве, ограниченном зоной промышленного предприятия, обслуживаемого машиной.

Грузоподъемным краном называют грузоподъемную машину циклического действия, предназначенную для подъема и перемещения грузов (удерживаемых грузозахватным органом) из одной точки площадки, обслуживаемой машиной, в другую.

Цикл работ состоит из захвата (строповки) груза, подъема его на необходимую высоту, перемещения в нужную точку обслуживаемой площадки, опускания, расстроповки груза и возвращения крана в исходное положение. Грузоподъемный кран работает кратковременно, в повторяющемся циклическом режиме.

Грузоподъемный кран – основное средство механизации производственных процессов, погрузочно-разгрузочных, транспортных и складских работ на всех промышленных предприятиях, строительно-монтажных площадках, в речных и морских портах, на железнодорожном транспорте и других отраслях хозяйства.

Применяют различные типы кранов: мостовые, козловые, башенные, консольные, краны-штабелеры, портальные, плавучие, судовые электрогидравлические и др.

Мостовой кран, проект которого разрабатывается в курсовой работе, предназначен для внутрицехового (или внутрискладского) перемещения грузов в трех взаимно перпендикулярных направлениях.

Кран общего назначения, крюковой, грузоподъемностью Q = 400 , с пролетом L_к = 28 и тяжелым режимом работы.

Мостовой кран состоит из двух основных узлов: моста, передвигающегося вдоль цеха, и грузовой тележки или тали, передвигающихся по мосту.

Двухбалочный мост состоит из двух главных балок, соединенных двумя концевыми (торцевыми) балками, кабины крановщика, двух боковых площадок с ограждениями и механизмами передвижения с электроприводами и трансмиссионными валами, и представляет собой рамную металлическую конструкцию, опирающуюся на ходовые колеса крана. Механизм передвижения установлен на одной из боковых площадок в середине пролета и осуществляет передвижение крана вдоль здания. Число ведущих колес – два.

Тележка крана представляет собой металлическую рамную конструкцию, опирающуюся на ходовые колеса тележки. Механизм передвижения тележки имеет автономный привод, расположенный на тележке. Он осуществляет передвижение тележки поперек здания. На тележке установлен механизм грузовой лебедки с электроприводом.

При проектировании главных балок моста примем, что балки моста будут иметь коробчатое замкнутое сечение. Балки изготавливаются из прокатных листов различной толщины. Несущая способность балок будет зависеть от геометрических характеристик и характеристик металла (проката).

Для изготовления главных балок обычно принимаются стали марок ВСт3Гпс5 по ГОСТ 380–2005, С245 по ГОСТ 27772–96.

Принимаем, для данной работы, сталь марки ВСт3Гпс5 по ГОСТ 380–2005.

При выборе данной марки стали были учтены требования СНиП II‑23–81* – стальные конструкции:

1. Учтена температура эксплуатации металлоконструкции.

2. Учтено наличие динамического воздействия.

В соответствии с п. 2.1* и приложением 1 (табл. 50*, 51*) СНиП II‑23–81* данная марка стали является наиболее рациональной по следующим критериям:

1. Широким применением в строительстве.

2. Соответствием диапазону марок сталей используемых при работе в отапливаемых помещениях для заданного климатического района.

3. Применением данной марки стали для конструкций работающих на динамические нагрузки.

4. Стабильностью и однородностью химического состава и механических свойств по сравнению с кипящими сталями, имеющей удовлетворительную пластичность и показатели свариваемости.

Расчетные характеристики стали следующие:

1. Растяжению, сжатию и изгибу по приделу текучести:

R_у = 240 ;

2. Сдвигу:

R_s = 0.58* R_у = 139,2 .

1. Назначение генеральных размеров моста крана

Из условия обеспечения жесткости необходимая высота сечения главной балки моста в середине пролета назначается из условия:

Н_б = * L_к ,

где L_к – пролет крана в ;

≥ Н_б ≥ .

Назначаем Н_б = 2000 .

Высота главной балки у опоры назначается из условия:

h_оп = * Н_б , где Н_б – высота крана в ;

0.4 * Н_б = 0.4 * 2000 = 800 ≤ h_оп ≤ 0.6* Н_б = 0.6 * 2000 = 1200 .

Назначаем h_оп = 1200 .

Учитывая, что торцевые балки имеют квадратное сечение, имеем:

b_оп = h_оп = 1200 .

С целью сокращения параметров (высоты) здания главную балку принимаем переменного сечения. Точка изменения сечения определяется параметром С, :

С = * L_к ;

0.1 * L_к = 0.1 * 28000 = 2800 ≤ С ≤ 0.2 * L_к = 0.2 * 28000 = 5600 .

Назначаем С = 3000 .

Ширина балки по наружным граням вертикальных листов b в назначается из условия:

b ≥ .

Принимаем b = 700 .

Ширина боковой площадки – 1500 .

Высота перил – 1000 .

2. Расчетные нагрузки и их сочетания

При подсчете нагрузок, воспринимаемых металлическими конструкциями мостового крана общего назначения, учитывается:

Постоянные нагрузки

Силы тяжести половины моста крана и площадки с оборудованием

Нагрузка считается равномерно распределенной по пролету главной балки и определяется из опыта проектирования.

В нормах проектирования учитывается степень обеспеченности параметров.

Различают нормативное и расчетное значение нагрузок. Нормативное значение определены нормами проектирования. Расчетные значения учитывают изменчивость нормативной величины, и этот учет производится с помощью коэффициента надежности нагрузки:

q = * q_n ,

где q – расчетное значение нагрузки, ;

q_n – нормативное значение нагрузки ;

– коэффициент надежности по нагрузке (зависит от вида нагрузки >1.0).

Каждое сооружение или конструкция предназначены на определенный срок эксплуатации. Уникальность конструкции определяется степенью ответственности.

Наша конструкция имеет повышенный уровень ответственности в виду уникальности.

= 1.0 – степень надежности ответственности.

Учитывая, что характер нагрузок действующих на мостовой кран имеет, динамическую составляющую, введем в расчет коэффициенты динамичности.

Нормативное значение погонной нагрузки на главную балку из опыта проектирования определяется:

q_n = ,

где G_б – сила тяжести половины моста крана,

выбирается по графику (кН);

q₁ – приведенная масса погонного метра трансмиссионного вала и механизма передвижения, которую можно принять равной: q₁ = 2 (кН/м);

L_к – пролет крана,

Для нашего случая имеем:

q_n = = 8.6 (кН/м).

Расчетное значение нагрузки с учетом коэффициентов определяется:

q = , где

= 1.0 – коэффициент ответственности по надежности;

n_q – коэффициент динамичности, выбирается из таблицы:

Таблица 1

= 1.05 – коэффициент надежности по нагрузке;

= 1.1 – коэффициент надежности по нагрузке q₁ .

Для нашего случая получаем:

q = = = 19.67 ≈ 20 (кН/м).

Силы тяжести электродвигателя и редуктора механизма передвижения

Нагрузка принимается сосредоточенной, приложенной в середине пролета балки и определяется из опыта проектирования:

G_мп = .

В нашем случае: G_мп = 12 (кН).

Расчетная нагрузка механизма передвижения определяется:

Р_мп = * G_мп * n_q , где = 1.2 – коэффициент надежности по нагрузке механизма передвижения.

В нашем случае: Р_мп = 1.2 * 12 * 1.2 = 17.28 (кН).

Сила тяжести кабины крановщика

Нагрузка принимается сосредоточенной, приложенной на расстоянии 2 м от оси кранового рельса. И независимо от грузоподъемности крана принимается равной: G_к = 20 (кН).

Расчетное значение нагрузки определяется:

Р_кк = * G_кк * n_q .

В нашем случае: Р_кк = 1.2 * 20 * 1.2 = 28.8 (кН).

Сведем сбор нагрузок в единую схему и представим на рисунке 3.

Подвижные нагрузки

Вертикальными подвижными нагрузками являются давления ходовых колес тележки на рельсы главных балок или главных ферм моста.

Тележка крана передает давление на главную балку через два колеса.

Грузоподъемность тележки будет складываться из грузоподъемности крана Q/2 и массы тележки G_т = 0.4 * Q = 0.4 * 400 = 160 (кН) – нормативная нагрузка.

Нормативные давления колес тележки на главную балку равны:

Р_1,n = ;

Р_2,n = .

В нашем случае:

Р_1,n = = 120 + 40 = 160 (кН),

Р_2,n = = 80 + 40 = 120 (кН).

Расчетные давления колес тележки на главную балку крана определяется:

Р₁ = ;

Р₂ = , где

n_Q – коэффициент динамичности, выбирается по таблице 2:

Таблица 2

Для нашего случая получаем:

Р₁ = = =

= = = 260.4 (кН),

Р₂ = = =

= = = 193.2 (кН).

Расчетная схема на действие вертикальных подвижных нагрузок представлена на рисунке 5.

Горизонтальные инерционные нагрузки

Равномерно-распределенная горизонтальная инерционная нагрузка от силы тяжести половины моста

Нагрузка возникает при наличии равноускоренного или равнозамедленного движения при пуске или торможении механизмов передвижения тележки и моста:

q_г = n_j * q,

где n_j = 0.1 – коэффициент инерционности при двух ведущих колесах.

Тогда q_г = 0.1 * 20 = 2 (кН).

Сосредоточенная горизонтальная инерционная нагрузка от механизма передвижения и кабины крановщика

Данные нагрузки определяются по выражениям:

Р_гмп = n_j * Р_мп ;

Р_гкк = n_j * Р_кк .

В нашем случае получаем:

Р_гмп = 0.1 * 17.28 = 1.728 (кН),

Р_гкк = 0.1 * 28.80 = 2.880 (кН).

Горизонтальные подвижные инерционные нагрузки от давления ходовых колес тележки на главную балку

Данные нагрузки определяются по выражениям:

Р_г1 = n_j * Р₁ ;

Р_г2 = n_j * Р₂ ;

В нашем случае получаем:

Р_г1 = 0.1 * 260.4 = 26.04 (кН),

Р_г2 = 0.1 * 193.2 = 19.32 (кН).

Нагрузки от перекоса моста

Данный вид нагрузки возникает при форсмажерных обстоятельствах, которая может быть учтена при расчете конструкции.

Учитывая, что мост крана является равной горизонтальной конструкцией, при перекосе этой конструкции в ней появляются дополнительные силы.

Сила перекоса Р_пер будет максимальна при положении тележки в крайне левом (при х = 0).

Сила перекоса Р_пер относится к горизонтальным инерционным нагрузкам.

Сила перекоса Р_пер определяется по выражению:

Р_пер = .

Для нашего случая имеем:

Р_пер = 0.1 * =

= 0.1 * = 0.1 * = 31 (кН).

Закручивающие усилия

Закручивающие усилия возникают от несовпадения центров тяжести главной балки моста на опоре и в пролете от действия горизонтальных инерционных нагрузок.

На главную балку в этом случае будут действовать три закручивающих момента.

1. Крутящий момент от равномерно-распределенной горизонтальной инерционной нагрузки определяется выражением:

М_кр1 = ;

М_кр1 = = 11.2 (кН*м).

2. Крутящий момент от сосредоточенных горизонтальных подвижных инерционных нагрузок давления колес тележки определяется выражением:

М_кр2 = ;

М_кр2 = = 45.36 * 0.6 = 27.216 (кН*м).

3. Крутящий момент от сосредоточенных горизонтальных инерционных постоянных нагрузок определяется выражением:

М_кр3 = ;

М_кр3 = = 2.765 (кН*м).

Безусловно, все горизонтальные инерционные нагрузки могут действовать в различных направлениях, но в запас прочности будем принимать, что они действуют в неблагоприятных направлениях, то есть суммируются:

М_кр = М_кр1 + М_кр2 + М_кр3 ;

М_кр = 11.2 + 27.216 + 2.765 = 41.181 (кН*м).

Расчетная схема приложения закручивающих моментов представлена на рисунке 9.

Расчетные сочетания нагрузок

На мостовой кран действуют различные виды нагрузок: постоянные, длительные и кратковременные.

Проектирование конструкций производят на неблагоприятные сочетания воздействия этих нагрузок.

Расчетное сочетание А

Здесь вертикальные расчетные и горизонтальные расчетные нагрузки действуют на главную балку моста. Тележка крана перемещается с левой опоры до середины моста.

Расчетное сочетание Б

В это сочетание входят вертикальные расчетные нагрузки при х = 0 и сила перекоса.

Таким образом, получены численные значения расчетных нагрузок, действующих в вертикальной и горизонтальной плоскостях, получена величина силы перекоса и закручивающих моментов.

Для определения размеров сечения балки выполним статический расчет этой балки на расчетные сочетания А и Б. Принятые сечения проверим по прочности и жесткости на все величины расчетных усилий.

3. Определение усилий в элементах металлических конструкций мостового крана

Мост крана принято рассчитывать как горизонтальную плоскую раму. Конструкция этой рамы – статически неопределимая система. Нормами проектирования разрешается производить упрощенные расчетные схемы с введением поправочных коэффициентов, учитывающих неточность полученных результатов.

В настоящей работе плоская рама расчленяется на отдельные балки. Коэффициент неточности (погрешности) при расчете главных балок m_∆,ГБ = 0.8, для торцевых – m_∆,ТБ = 0.5. Эти коэффициенты отображают погрешность неучета пространственной работы конструкции.

Учитывая главную особенность подъемно-транспортных машин и механизмов, в строительной механике разработан универсальный метод, который позволяет для любых систем определять наиболее невыгодное загружение подвижными нагрузками. Этот метод называется методом построения линий влияния.

Расчетное сочетание нагрузок А

Линии влияния изгибающего момента М от нагрузок вертикальной плоскости.

В данной курсовой работе построим три эпюры изгибающих моментов для точек 1, 6 и 14 см. рисунок 12.

Расчетные значения изгибающего момента в любой точке главной балки определим по формуле:

М_i =

q – равномерно распределенная нагрузка по всей длине балке;

Р_к – постоянные, подвижные сосредоточенные нагрузки;

ω – площади линий влияния М для соответствующей точки;

y_к – ординаты линий влияния М под постоянными подвижными нагрузками.

Для точки 1 (х=1 (м)) значение изгибающего момента определяется:

М₁ = q * ω₁ + Р_кк * y₁ ^кк + Р₁ * y₁ ¹ + Р₂ * y₁ ² + Р_МП * y₁ ^МП .

Значение ординаты y₁ ¹ определяется:

y₁ ¹ = = = = 0.96 .

Значение ординаты y₁ ² определяется:

y₁ ² = = = = = 0.86 .

Значение ординаты y₁ ^кк определяется:

y₁ ^кк = = = = = 0.92 .

Значение ординаты y₁ ^МП определяется:

y₁ ^МП = = = = = 0.50 .

Значение площади ω₁ определяется:

ω₁ = = = = 13.50 .

Тогда получаем значение изгибающего момента М₁ :

М₁ = 20 * 13.5 + 28.8 * 0.92 + 260.4 * 0.96 + 193.2 * 0.86 + 17.28 * 0.5 =

= 270 + 26.496 + 249.984 + 166.152 + 8.64 = 721.272 (кН*м).

Для точки 6 (х=6 (м)) значение изгибающего момента определяется:

М₆ = q * ω₆ + Р_кк * y₆ ^кк + Р₁ * y₆ ¹ + Р₂ * y₆ ² + Р_МП * y₆ ^МП .

Значение ординаты y₆ ¹ определяется:

y₆ ¹ = = = = 4.71 .

Значение ординаты y₆ ² определяется:

y₆ ² = = = = = 4.11 .

Значение ординаты y₁ ^кк определяется:

y₆ ^кк = = = = 1.57 .

Значение ординаты y₆ ^МП определяется:

y₆ ^МП = = = = = 2.99 .

Значение площади ω₆ определяется:

ω₆ = = = = 66 .

Тогда получаем значение изгибающего момента М₆ :

М₆ = 20 * 66 + 28.8 * 1.57 + 260.4 * 4.71 + 193.2 * 4.11 + 17.28 * 2.99 =

= 1320 + 45.216 + 1226.484 + 794.052 + 51.667 = 3437.419 (кН*м).

Для точки 14 (х=14 (м)) значение изгибающего момента определяется:

М₁₄ = q * ω₁₄ + Р_кк * y₁₄ ^кк + Р₁ * y₁₄ ¹ + Р₂ * y₁₄ ² + Р_МП * y₁₄ ^МП .

Значение ординаты y₁₄ ¹ определяется:

y₁₄ ¹ = = = = 7 .

Значение ординаты y₁₄ ² определяется:

y₁₄ ² = = = = = 5.6 .

Значение ординаты y₁₄ ^кк определяется:

y₁₄ ^кк = = = = 1 .

Значение ординаты y₁₄ ^МП определяется:

y₁₄ ^МП = y₁₄ ¹ = 7 .

Значение площади ω₁₄ определяется:

ω₁₄ = = = = 98 .

Тогда получаем значение изгибающего момента М₁₄ :

М₁₄ = 20 * 98 + 28.8 * 1 + 260.4 * 7 + 193.2 * 5.6 + 17.28 * 7 =

= 1960 + 28.8 + 1822.8 + 1081.92 + 120.96 = 5014.48 (кН*м).

Линии влияния поперечной силы Q от нагрузок вертикальной плоскости

В данной курсовой работе построим три эпюры поперечной силы для точек 1, 6 и 14 см. рисунок 13.

Расчетные значения изгибающего момента в любой точке главной балки определим по формуле:

Q_i = , где

q – равномерно распределенная нагрузка по всей длине балке;

Р_к – постоянные, подвижные сосредоточенные нагрузки;

ω – площади линий влияния Q для соответствующей точки;

y_к – ординаты линий влияния Q под постоянными подвижными нагрузками.

Для точки 0 (х=0 (м)) значение поперечной силы определяется:

Q₀ = q * ω₀ + Р_кк * y₀ ^кк + Р₁ * y₀ ¹ + Р₂ * y₀ ² + Р_МП * y₀ ^МП .

Значение ординаты y₀ ¹ равно: y₀ ¹ = 1 .

Значение ординаты y₀ ² определяется:

y₀ ² = = = 0,9 .

Значение ординаты y₀ ^кк определяется:

y₀ ^кк = = = 0,93 .

Значение ординаты y₀ ^МП определяется:

y₀ ^МП = = = = 0,5 .

Значение площади ω₀ определяется:

ω₀ = = = = 14 .

Тогда получаем значение поперечной силы Q₀ :

Q₀ = 20 * 14 + 28.8 * 0.93 + 260.4 * 1 + 193.2 * 0.9 + 17.28 * 0.5 =

= 280 + 26.784 + 260.4 + 173.88 + 8.64 = 749.704 (кН).

Для точки 6 (х=6 (м)) значение поперечной силы определяется:

Q₆ = q * ω₆ ⁺ + q * ω₆ ^- + Р_кк * y₆ ^кк + Р₁ * y₆ ¹ + Р₂ * y₆ ² + Р_МП * y₆ ^МП .

Значение ординаты y₆ ¹⁺ определяется:

y₆ ¹⁺ = = = = 0.79 .

Значение ординаты y₆ ^{1 –} определяется:

y₆ ^1- = 1 – y₆ ¹⁺ = 1 – 0.79 = – 0.21 , здесь знак (–) – знак координаты.

Значение ординаты y₆ ² определяется:

y₆ ² = = = = = 0,69 .

Значение ординаты y₆ ^кк определяется:

y₆ ^кк = = = – 0.07 .

Значение ординаты y₆ ^МП определяется:

y₆ ^МП = = = = 0,5 .

Значение площади ω₆ ⁺ определяется:

ω₆ ⁺ = = = = 8,64 .

Значение площади ω₆ ^– определяется:

ω₆ ^- = = = = – 0,64 .

Тогда получаем значение поперечной силы Q₆ :

Q₆ = 20 * 8,64 + 20 * (– 0,64) + 28.8 * (– 0.07) + 260.4 * 0,79 + 193.2 * 0.69 + 17.28 * 0.5 = 172,8 – 12,8 – 2,016 + 205,716 + 133,308 + 8,64 = 505.648 (кН).

Для точки 14 (х=14 (м)) значение поперечной силы определяется:

Q₁₄ = q * ω₁₄ ⁺ + q * ω₁₄ ^- + Р_кк * y₁₄ ^кк + Р₁ * y₁₄ ¹ + Р₂ * y₁₄ ² + Р_МП * y₁₄ ^МП .

Значение ординаты y₁₄ ¹⁺ определяется:

y₁₄ ¹⁺ = = = = 0.5 .

Значение ординаты y₁₄ ^{1 –} определяется:

y₁₄ ^1- = 1 – y₁₄ ¹⁺ = 1 – 0.5 = – 0.5 , здесь знак (–) – знак координаты.

Значение ординаты y₁₄ ² определяется:

y₁₄ ² = = = = = 0,4 .

Значение ординаты y₆ ^кк определяется:

y₁₄ ^кк = = = – 0.07 .

Значение ординаты y₁₄ ^МП+ определяется:

y₁₄ ^МП+ = y₁₄ ¹⁺ = 0,5 .

Значение ординаты y₁₄ ^{МП –} определяется:

y₁₄ ^МП- = y₁₄ ^1- = – 0.5 .

Значение площади ω₁₄ ⁺ определяется:

ω₁₄ ⁺ = = = = 3,5 .

Значение площади ω₁₄ ^– определяется:

ω₁₄ ^- = = = = – 3,5 .

Тогда получаем значение поперечной силы Q₁₄ :

Q₁₄ = 20 * 3,5 + 20 * (– 3,5) + 28.8 * (– 0.07) + 260.4 * 0,5 + 193.2 * 0.4 +

+ 17.28 * 0.5 = 70 – 70 – 2,016 + 130,2 + 77,28 + 8,64 = 214.104 (кН).

Значения изгибающего момента М и поперечной силы Q от нагрузок вертикальной плоскости для сочетания А занесены в таблицу 1 расчета выполненного на ЭВМ по программе ПТМ‑у.

Линии влияния изгибающего момента М и поперечной силы Q от нагрузок горизонтальной плоскости.

Учитывая, что горизонтальные нагрузки являются сопутствующими вертикальным, эпюры линий влияния изгибающего момента М и поперечной силы Q от горизонтальных нагрузок будут полностью идентичны эпюрам от вертикальных нагрузок.

Значения изгибающего момента М и поперечной силы Q от нагрузок горизонтальной плоскости для сочетания А занесены в таблицу 1 расчета выполненного на ЭВМ по программе ПТМ‑у.

Закручивающие моменты М_кр от нагрузок горизонтальной плоскости

Расчетное сочетание нагрузок Б

Линии влияния изгибающего момента М от нагрузок вертикальной плоскости

Для данного сочетания эпюры изгибающего момента М от нагрузок вертикальной плоскости будут отличаться от сочетания А тем, что силы Р1 и Р2 действуют всегда слева (тележка в крайне левом положении).

Для точки 1 (х=1 (м)) значение изгибающего момента определяется:

М₁ = q * ω₁ + Р_кк * y₁ ^кк + Р₁ * y₁ ¹ + Р₂ * y₁ ² + Р_МП * y₁ ^МП .

Значение ординаты y₁ ¹ равно:

y₁ ¹ = 0 .

Значение ординаты y₁ ¹ определяется:

y¹ = = = = 0.96 .

Значение ординаты y₁ ² определяется:

y₁ ² = = = = = 0.9 .

Значение ординаты y₁ ^кк определяется:

y₁ ^кк = = = = = 0.92 .

Значение ординаты y₁ ^МП определяется:

y₁ ^МП = = = = = 0.50 .

Значение площади ω₁ определяется:

ω₁ = = = = 13.50 .

Тогда получаем значение изгибающего момента М₁ :

М₁ = 20 * 13.5 + 28.8 * 0.92 + 260.4 * 0 + 193.2 * 0.9 + 17.28 * 0.5 =

= 270 + 26.496 + 173.88 + 8.64 = 479.016 (кН*м).

Для точки 6 (х=6 (м)) значение изгибающего момента определяется:

М₆ = q * ω₆ + Р_кк * y₆ ^кк + Р₁ * y₆ ¹ + Р₂ * y₆ ² + Р_МП * y₆ ^МП .

Значение ординаты y₆ ¹ равно:

y₆ ¹ = 0 .

y⁶ = = = = 4.71 .

Значение ординаты y₆ ² определяется:

y₆ ² = = = = 2.20 .

Значение ординаты y₁ ^кк определяется:

y₆ ^кк = = = = 1.57 .

Значение ординаты y₆ ^МП определяется:

y₆ ^МП = = = = = 2.99 .

Значение площади ω₆ определяется:

ω₆ = = = = 66 .

Тогда получаем значение изгибающего момента М₆ :

М₆ = 20 * 66 + 28.8 * 1.57 + 260.4 * 0 + 193.2 * 2.20 + 17.28 * 2.99 =

= 1320 + 45.216 + 425.04 + 51.667 = 1841.943 (кН*м).

Для точки 14 (х=14 (м)) значение изгибающего момента определяется:

М₁₄ = q * ω₁₄ + Р_кк * y₁₄ ^кк + Р₁ * y₁₄ ¹ + Р₂ * y₁₄ ² + Р_МП * y₁₄ ^МП .

Значение ординаты y₁₄ ¹ равно:

y₁₄ ¹ = 0 .

Значение ординаты y¹⁴ определяется:

y¹⁴ = = = = 7 .

Значение ординаты y₁₄ ² определяется:

y₁₄ ² = = = = 1.4 .

Значение ординаты y₁₄ ^кк определяется:

y₁₄ ^кк = = = = 1 .

Значение ординаты y₁₄ ^МП определяется:

y₁₄ ^МП = y₁₄ ¹ = 7 .

Значение площади ω₁₄ определяется:

ω₁₄ = = = = 98 .

Тогда получаем значение изгибающего момента М₁₄ :

М₁₄ = 20 * 98 + 28.8 * 1 + 260.4 * 0 + 193.2 * 1.4 + 17.28 * 7 =

= 1960 + 28.8 + 270.48 + 120.96 = 2380.24 (кН*м).

Линии влияния поперечной силы Q от нагрузок вертикальной плоскости

Для точки 0 (х=0 (м)) значение поперечной силы определяется:

Q₀ = q * ω₀ + Р_кк * y₀ ^кк + Р₁ * y₀ ¹ + Р₂ * y₀ ² + Р_МП * y₀ ^МП .

Значение ординаты y₀ ¹ равно:

y₀ ¹ = 1 .

Значение ординаты y₀ ² определяется:

y₀ ² = = = 0,9 .

Значение ординаты y₀ ^кк определяется:

y₀ ^кк = = = 0,93 .

Значение ординаты y₀ ^МП определяется:

y₀ ^МП = = = = 0,5 .

Значение площади ω₀ определяется:

ω₀ = = = = 14 .

Тогда получаем значение поперечной силы Q₀ :

Q₀ = 20 * 14 + 28.8 * 0.93 + 260.4 * 1 + 193.2 * 0.9 + 17.28 * 0.5 = 280 + 26.784 + 260.4 + 173.88 + 8.64 = 749.704 (кН).

Для точки 6 (х=6 (м)) значение поперечной силы определяется:

Q₆ = q * ω₆ ⁺ + q * ω₆ ^- + Р_кк * y₆ ^кк + Р₁ * y₆ ¹ + Р₂ * y₆ ² + Р_МП * y₆ ^МП .

Значение ординаты y₆ ¹ равно:

y₆ ¹ = 0 .

Значение ординаты y₆ ¹⁺ определяется:

y₆ ¹⁺ = = = = 0.79 .

Значение ординаты y₆ ^{1 –} определяется:

y₆ ^1- = 1 – y₆ ¹⁺ = 1 – 0.79 = – 0.21 , здесь знак (–) – знак координаты.

Значение ординаты y₆ ² определяется:

y₆ ² = = = = – 0,10 .

Значение ординаты y₆ ^кк определяется:

y₆ ^кк = = = – 0.07 .

Значение ординаты y₆ ^МП определяется:

y₆ ^МП = = = = 0,5 .

Значение площади ω₆ ⁺ определяется:

ω₆ ⁺ = = = = 8,64 .

Значение площади ω₆ ^– определяется:

ω₆ ^- = = = = – 0,64 .

Тогда получаем значение поперечной силы Q₆ :

Q₆ = 20 * 8,64 + 20 * (– 0,64) + 28.8 * (– 0.07) + 260.4 * 0 + 193.2 * (– 0,10) + 17.28 * 0.5 = 172,8 – 12,8 – 2,016 – 19,32 + 8,64 = 147.304 (кН).

Для точки 14 (х=14 (м)) значение поперечной силы определяется:

Q₁₄ = q * ω₁₄ ⁺ + q * ω₁₄ ^- + Р_кк * y₁₄ ^кк + Р₁ * y₁₄ ¹ + Р₂ * y₁₄ ² + Р_МП * y₁₄ ^МП .

Значение ординаты y₆ ¹ равно:

y₁₄ ¹ = 0 .

Значение ординаты y₁₄ ¹⁺ равно:

y₁₄ ¹⁺ = = = = 0.5 .

Значение ординаты y₁₄ ^{1 –} равно:

y₁₄ ^1- = 1 – y₁₄ ¹⁺ = 1 – 0.5 = – 0.5 , здесь знак (–) – знак координаты.

Значение ординаты y₁₄ ² определяется:

y₁₄ ² = = = = – 0,10 .

Значение ординаты y₆ ^кк определяется:

y₁₄ ^кк = = = – 0.07 .

Значение ординаты y₁₄ ^МП+ определяется:

y₁₄ ^МП+ = y₁₄ ¹⁺ = 0,5 .

Значение ординаты y₁₄ ^{МП –} определяется:

y₁₄ ^МП- = y₁₄ ^1- = – 0.5 .

Значение площади ω₁₄ ⁺ определяется:

ω₁₄ ⁺ = = = = 3,5 .

Значение площади ω₁₄ ^– определяется:

ω₁₄ ^- = = = = – 3,5 .

Тогда получаем значение поперечной силы Q₁₄ :

Q₁₄ = 20 * 3,5 + 20 * (– 3,5) + 28.8 * (– 0.07) + 260.4 * 0 + 193.2 * (– 0,10) + 17.28 * 0.5 = 70 – 70 – 2,016 – 19,32 + 8,64 = 11.296 (кН).

Значения изгибающего момента М и поперечной силы Q от нагрузок вертикальной плоскости для сочетания Б занесены в таблицу 1 расчета выполненного на ЭВМ по программе ПТМ‑у.

Усилия от перекоса крана

М₀ = Р_пер * L_к = 31 * 28 = 868 (кН*м).

М₆ = Р_пер * (L_к – х₆ ) = 31 *(28–6) = 682 (кН*м).

М₁₄ = Р_пер * L_к /2 = 31 * 28/2 = 434 (кН*м).

мост кран нагрузка балка

Определение усилий в главной балке моста крана.

Результаты приведены в таблице и нарисованы на эпюрах.

4. Конструирование главной балки двухбалочного моста

4.1 Подбор сечения главной балки

Наиболее рациональное сечение для элементов, испытывающих силовые загружения в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, является коробчатое сечение, составленное из тонких стальных листов.

Коробчатое сечение балки имеет наибольшую высоту в середине пролете в сечении с максимальным изгибающим моментом. На приопорных участках изгибающие моменты равны нулю, но значения поперечных сил максимальны.

При подборе сечений элементов руководствуемся следующим:

1. Основную часть пары сил от действия изгибающего момента воспринимают пояса полки с размерами b_f , t_f .

2. Поперечная сила воспринимается стенками. Толщина стенки по длине всей главной балки постоянна.

b = b’ + 2 * t_w ,

H_б = H_w + 2 * t_f .

Балка сварная. Учитывая, что верхняя часть сечения балки – сжатая, соединение полки со стенкой выполняем двухсторонним сварным швом.

С учетом действия изгибающих моментов в двух взаимно перпендикулярных плоскостях (вертикальной и горизонтальной), требуемый момент сопротивления относительно оси х определяется:

W_х,тр = , где

М_х,max ; М_y,max – значения моментов действующих в горизонтальной и вертикальной плоскости;

γ_с * R_y – предельное расчетное значение напряжения, напряжение предела текучести;

γ_с = 1 – коэффициент условия работы;

m_∆,ГБ = 0,8.

Примем в расчете, что ≈

Тогда получаем:

W_х,тр = = = = 33,58 * 10^-3 .

Требуемая площадь пояса определяется:

А_f,тр = = = 12,59 * 10^-3 .

Учитывая, что сечение является сварным и все швы наружные, требуемая ширина листа полки будет определяться:

b_f,тр = b + 40…50 ,

b_f,тр = 700 + 50 = 750 .

При проектировании необходимо одновременно решать вопросы обеспечения прочности и устойчивости с вопросами рациональных расходов на изготовление конструкции.

Принимаем по ГОСТ 82–89 ширину листа равной: b_f = 800 .

Требуемая толщина листа определяется:

t_f,тр = = = 15,75 * 10^-3 = 15,75 .

Принимаем по ГОСТ 82–89 толщину листа равной: t_f = 16 .

Проверим достаточность принятой толщины из условия обеспечения местной устойчивости от действия нагрузки с конструкцией кранового рельса по выражению:

=>

b’ ≥ 300 – из условия технологии производства (технологии наложения сварных швов). Предварительно задаемся t_w = 8 .

Определим минимальную толщину листов стенки из условия ее прочности на срез в местах приопорных участков.

t_w,min = ,

t_w,min = = = 3,366 * 10^-3 = 3,4 .

Минимальная толщина листов стенки по конструктивным соображениям: t_w,кон,min = 6 .

С учетом того, что балка образует замкнутое коробчатое сечение с неконтролируемым внутренним пространством, необходимо заложить некоторые резервы на вялотекущие коррозионные процессы.

Учитывая, что срок службы конструкции 20 лет, а скорость течения коррозионного износа 1 мм/год при агрессивной среде эксплуатации, толщина листов назначается не менее:

t_w,а = 8 .

t_w = max

С учетом требования сортамента.

b’ = b – 2* t_w = 700 – 16 = 684 .

Из условия обеспечения местной устойчивости стенки ее толщина назначается:

t_w ≥

H_w = H_б – 2*t_f = 2 – 2 * 0,016 = 2 – 0,032 = 1,968

Условие выполняется t_w = 8 , местная устойчивость стенки на действие поперечной силы обеспечена.

5. Проверка прочности главной балки моста

Скомпоновав сечение балки, определим ее фактические геометрические характеристики.

1. Момент инерции сечения относительно оси х (вертикальной плоскости) определяется:

Ј_х,i = ,

Н₀ = Н_б – t_f .

2. Момент инерции сечения относительно оси y в (горизонтальной плоскости) определяется:

Ј_y,i = ,

В₀ = b – t_w .

3. Момент сопротивления относительно оси х в вертикальной плоскости в расчетных сечениях определяется:

W_х,i = ,

.

4. Момент сопротивления относительно оси y в горизонтальной плоскости в расчетных сечениях определяется:

W_y,i = .

5. Статический момент полусечения относительно горизонтальной оси х определяется:

S_х,i = .

6. Момент сопротивления опорного сечения балки при кручении определяется:

W_кр ^оп = B₀ * h_оп * t_f .

Полученные результаты расчета сведем в таблицу 3.

Таблица 3

Выполним проверку прочности расчетных сечений в соответствии с данными статического расчета и таблицей геометрических характеристик сечений.

Проверку прочности расчетных сечений будем вести используя следующие выражения:

; ;

; .

Полученные результаты проверки сведем в таблицу 4.

Таблица 4

Расчетное сочетание	Номер сечения	Нормальные напряжения				Касательные напряжения
		, МПА	, МПа	+, МПа	МПа	, МПа	, МПа	+, МПа	МПа
А	0	0	0	0	192	48,67	3,17	51,84	111,36
	1	35,82	7,91	43,73	192	43,68	3,17	46,85	111,36
	2	49,81	12,68	62,49	192	32,22	3,17	35,39	111,36
	3	56,70	15,26	71,96	192	24,99	3,17	28,16	111,36
	4	70,05	19,40	89,45	192	23,51	3,17	26,68	111,36
	5	85,91	23,13	109,04	192	22,04	3,17	25,22	111,36
	6	98,27	26,46	124,73	192	20,56	3,17	23,73	111,36
	7	109,14	29,38	138,52	192	19,08	3,17	22,25	111,36
	8	118,51	31,91	150,42	192	17,60	3,17	20,77	111,36
	9	126,38	34,02	160,40	192	16,12	3,17	19,29	111,36
	10	132,75	35,74	168,49	192	14,65	3,17	16,82	111,36
	11	137,63	37,05	174,68	192	13,17	3,17	16,34	111,36
	12	141,00	37,96	178,96	192	11,69	3,17	14,86	111,36
	13	142,89	38,47	181,36	192	10,21	3,17	13,38	111,36
	14	143,27	38,57	181,84	192	8,73	3,17	11,9	111,36
Б	0	0	0	0	192	48,67	3,17	51,84	111,36
	1	22,82	91,37	114,92	192	28,35	3,17	31,52	111,36
	2	33,52	76,10	109,62	192	20,28	3,17	23,45	111,36
	3	37,44	62,00	99,44	192	8,45	3,17	11,62	111,36
	4	43,08	59,62	102,7	192	7,64	3,17	10,81	111,36
	5	48,14	57,23	105,37	192	6,83	3,17	10,00	111,36
	6	52,63	52,46	105,09	192	6,01	3,17	9,18	111,36
	7	56,55	50,08	106,63	192	5,19	3,17	8,36	111,36
	8	59,90	47,69	107,59	192	4,38	3,17	7,55	111,36
	9	62,68	45,31	107,99	192	3,56	3,17	6,73	111,36
	10	64,89	42,93	107,82	192	2,75	3,17	5,92	111,36
	11	66,53	40,54	107,07	192	1,93	3,17	5,10	111,36
	12	67,59	38,16	105,75	192	1,11	3,17	4,28	111,36
	13	68,09	35,77	103,86	192	0,27	3,17	3,44	111,36
	14	68,01	33,39	101,40	192	-0,52	3,17	2,65	111,36

Список литературы

1. Гохберг М.М. Металлические конструкции подъемно-транспортных машин, Машиностроение, 1976

2. Богусловский П.Е. Металлические конструкции грузоподъемных машин и сооружений, Машгиз, 1961

3. Технические условия на проектирование мостовых электрических кранов, ОТИ, ВНИИПТМаш, 1960

4. Шабашов А.П., Лысяков А.Г. Мостовые краны общего назначения, М., 1980

5. Справочник по кранам под редакцией А.И. Дукальского, Машиностроение, т. 1, 1971

6. Забродин М.П., Бугаев В.Я. Проектирование металлических конструкций мостовых кранов. Методические указания по курсовому проектированию, Л., 1980