Автомобильный кран с решетчатой стрелой

Расчет металлоконструкции
2009
Содержание:

1.     Исходные данные для расчета…………………………………………………4

2.     Выбор материала металлоконструкцию………………………………………5

3.     Предварительный расчет……………………………………………………….6

            Определение оптимальных размеров и геометрических характеристик………………………………………………………...6

            Расчетные нагрузки……………………………………………..........9

4.     Проверочный расчет…………………………………………………………...12

Библиографический список……………………………………………………….14









Введение
Грузоподъемные машины и механизмы предназначены для перемещения грузов и людей по вертикали и передачи их из одной точки площади, обслуживаемой машиной, в другую. Конструкции этих машин чрезвычайно разнообразны. Их можно классифицировать по конструктивным признакам, назначению, характеру выполняемой ими работ.

Наиболее распространенными грузоподъемными машинами являются грузоподъемные краны – машины циклического действия, предназначенные для подъема и перемещения в пространстве груза, удерживаемого грузозахватным устройством. Они имеют весьма разнообразное конструктивное исполнение и назначение. По конструктивному признаку их подразделяют на краны мостового типа, к которым относят собственно мостовые краны, козловые краны, перегрузочные мосты, настенные передвижные консольные краны, мостовые краны-штаблеры; краны стрелового типа – поворотные краны на колонне, имеющие постоянный или переменный вылет; собственно стреловые передвижные краны со стрелой, закрепленной на раме ходового устройства или на поворотной платформе, размещенной непосредственно на ходовой раме; башенные, портальные и полупортальные краны, вантовые краны и т.д.            

 Большое применение в промышленности находят передвижные стреловые краны на гусеничном, автомобильном или железнодорожном ходу. Краны на гусеничном и автомобильном ходу отличаются высокой маневренностью и не требуют укладки рельсовых путей. Эти грузоподъемные машины дают возможность механизировать выполнение различных по своему характеру погрузочно-разгрузочных и монтажно-строительных работ.

              Проектируя ГПМ и ее механизмы, проектировщик должен обеспечить соответствие проекта действующим ГОСТам и правилам Госгортехнадзора. Одной из самых основных целей курсового проектирования является оптимальность ГПМ.



1 Исходные данные
Вариант курсового проекта………………………………...…7.3

Грузоподъемность Q, т………………………………………...10

Минимальный вылет L_min, м…………………………………..3,5

Высота подъема h, м………………………………………......8,5
Задание:
Спроектировать несущую металлоконструкцию автомобильного крана с решетчатой стрелой и электроприводом механизмов (ГОСТ 22827-85).




2 Выбор материала
Для изготовления несущих металлоконструкций кранов используются малоуглеродистые стали обыкновенного качества и низкоколлегированные стали. Эти стали обладают достаточными механическими свойствами при сравнительно низкой стоимости. Малоуглеродистые стали обладают хорошей свариваемостью, что немаловажно для сварных металлоконструкций.

При выборе материала сварных швов руководствуются принципом равнопрочности материала сварного шва и основного материала.

·        Для изготовления металлоконструкций применяем сталь  ВСт 3Сп5.

·        Расчетное сопротивление при растяжении, сжатии, изгибе

      R, МПа………………………………………………………………...210;

·        Расчетное сопротивление на срез R_ср, МПа………………………...130;

·        Расчетное сопротивление при смятии торцевой поверхности

     R_см, МПа…………………………………………………………….....320.



3 Предварительный расчет

3.1 Определение оптимальных размеров и геометрических характеристик стрелы





Необходимую длину стрелы определяем из условия:


 Где α = 20⁰ – угол наклона стрелы при наибольшем вылете; а – расстояние от нижнего шарнира стрелы до оси вращения крана.

Угол наклона стрелы при наименьшем вылете:


Стрела имеет квадратное сечение размерами 0,6 × 0,6 м, предварительно выбранный ее профиль показан на рис.3.1. Площадь контура стрелы согласно принятым размерам:



Рисунок 1 - Принятый профиль стрелы
Площадь нетто (за вычетом промежутков между раскосами и стойками)

где φ_с = 0,3 коэффициент сплошности для ферменных конструкций.
Наветренная площадь груза
Наименьший вылет стрелы с учетом коэффициента запаса устойчивости



где  момент, удерживающий кран от опрокидывания,

вес поднимаемого груза,

,

тогда




где  вес крана,

ширина опорной поверхности, ( )

ширина крана

Масса крана определится из формулы




Принимаем массу стрелы 1000 кг




3.2 Проверочный расчет стрелы
Расчет при первой комбинации нагрузок. В данном случае расчетными нагрузками являются: масса поднимаемого груза и масса стрелы, действующие в плоскости качания стрелы, силы инерции и ветровые нагрузки – в перпендикулярной плоскости. За расчетное принимаем наиболее неблагоприятное положение стрелы – при  наибольшем вылете. Принятая масса стрелы  

Сечение состоит из четырех уголков 100х100х10 мм, в вертикальной и горизонтальной плоскостях связанных решетками. Площадь сечения каждого уголка   момент инерции относительно центральных осей Х – Х и Y – Y  расстояние от центра тяжести до полки уголка

Момент инерции сечения относительно осей



Момент сопротивления



Площадь сечения



В сечение будут действовать усилие и изгибающий момент от натяжения грузового каната. Это усилие для принятого передаточного числа грузового полиспаста



Усилие от массы стрелы и массы груза в рассматриваемом сечении, при наибольшем вылете равно:



Суммарное усилие сжатия стрелы



Напряжения от этого усилия


Изгибающий момент от массы стрелы


где
Напряжение от этого момента


Замедление груза при нормальном торможении механизма поворота для рассчитываемого крана . Изгибающий момент от силы инерции груза, возникающей при этом в плоскости, перпендикулярной плоскости стрелы,


Дополнительный изгибающий момент от силы инерции стрелы


ℓ - расстояние от рассматриваемого сечения до оси вращения крана





Момент от ветровой нагрузки на стрелу в рассматриваемом положении ее при


То же на груз при 


где наветренные площади стрелы и груза
Суммарный изгибающий момент в плоскости, перпендикулярной плоскости стрелы,

Напряжение от этого момента

Суммарное напряжение в рассчитываемом сечении




Рисунок 2 - Схема к расчету изгибающего момента от собственной массы стрелы

4 Проверочный расчет






Рисунок 3 - Расчетная схема болтовых соединений
Расчет болтовых и сварных соединений
Стрела состоит из 2х секций, соединенных 4 болтами.

Проверка элементов резьбы на срез и на смятие.

- на срез

,

где  - коэффициент полноты резьбы (для метрической резьбы 0,87)

 - коэффициент неравномерности нагрузки по виткам резьбы .

Примем болты  М30, значит d=30мм.

Болтовое соединение находится посредине стрелы. Сила возникающая в этом месте F = 93,075 кН

Т.к., то .





Напряжение смятия

,

где - диаметр болта по вершинам витков

- диаметр болта по впадинам



z- число витков z=10








Рисуснок 4 - Расчетная схема сварных соединений
Для сваривания элементов используем ручную дуговую сварку.

Величину катета сварного шва примем равным толщине свариваемых элементов.  для сварного шва примем равным как для Ст3 ввиду равнопрочности сварного шва и свариваемых элементов.

,

где

 - длина шва,

- толщина свариваемых элементов,

- усилие в наиболее нагруженном раскосе .

- коэффициент проплавления для ручной сварки.

.


Библиографический список:
1)     Павлов Н.Г. Примеры расчетов кранов – Л.: Машиностроение, 1976. – 320 с

2)     Александров М.П. «Грузоподъемные машины»: Учебник для вузов. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана Высшая школа, 2000. – 552 с.

3)     Казак С.А. «Курсовое проектирование грузоподъемных машин» – М.: Высшая школа, 1989. – 319 с.: ил.

4)     Справочник по кранам: в 2-х томах / Под ред. Гохберга М.М. М.: Машиностроение, 1988. – 559 с

5)     «Расчеты грузоподъемных машин». Иванченко Ф.К. и др. Издательское объединение «Вища школа», 1975, 520с.