Лекции по подъемно-транспортным устройствам

Подождите немного. Документ загружается.

Усилие, необходимое для поворота крана вручную, проверяется по

формуле:

раб

общ

≤

[

]

Здесь L - расстояние от оси поворота до места приложения силы

рабочего; [F] - 200 Н - допускаемое усилие рабочего.

Усилие при повороте прилагается обычно непосредственно к грузу, реже

к концу стрелы через специальную оттяжку.

При условии М

тр

< M

накл

становится возможным самопроизвольный

поворот крана, который недопустим, так как создает опасность для

работающих. Чтобы предотвратить это, следует уменьшить α путем

применения противовеса или увеличить М

тр

за счет частичного перехода на

подшипник скольжения.

Поворотная часть крана может опираться и на колеса, катки, шары или

ролики, катящихся по круговому рельсу. Опорно-поворотные устройства на

катках состоят из ряда конических или цилиндрических катков, причем

конические катки для восприятия осевой нагрузки, действующей на катки,

соединены тягами с центральной цапфой, а цилиндрические катки имеют

сепараторные кольца, обеспечивающие сохранение постоянного расстояния

между катками. Центрирование хода опорно-поворотного устройства на

поворотном круге обеспечивается центральной цапфой, воспринимающей также

все горизонтальные нагрузки, действующие на поворотную часть крана.

15. МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ

МАШИН

Металлоконструкция ГПМ является ее остовом (каркасом), на котором

монтируются механизмы, приводы и элементы управления.

Металлоконструкция воспринимает основные нагрузки, действующие на ГПМ,

на нее приходится обычно большая часть массы машины.

Металлоконструкция должна быть прочной, жесткой, конструктивно

простой, экономичной по затратам на материалы и изготовление, а также

транспортабельной для перевозки. Преобладают сварные

Металлоконструкции из сталей, отличающихся хорошей свариваемостью.

К ним относятся стали Ст2 и СтЗ по ГОСТ 380-74, стали 15 20 по ГОСТ 1050-88,

а также специальные малолегированные стали для сварных изделий О9Г2,

14Г2, О9Г2СД и др. по ГОСТ 19287-73. Клепаные металлоконструкции

применяются довольно редко.

Объектом курсового проектирования являются стреловые поворотные

краны, отличающиеся простыми металлоконструкциями и состоящие обычно из

стрелы и колонны. У лебедок, которые проектируются как

самостоятельный объект, основной металлоконструкцией является рама. Иногда

лебедка в составе механизма подъема может не иметь отдельной рамы, а

монтируется на специальном основании, которое является чаще всего составной

частью стрелы.

Стрелы. Для большинства кранов стрелы выполняются в виде двух

элементов, расположенных под углом и соединенных с поворачивающейся

колонной. Главный элемент, преимущественно располагающийся

горизонтально, должен обладать кроме прочности, достаточной жесткостью в

горизонтальной и вертикальной плоскостях. На нем зачастую монтируются

лебедка механизма подъема и направляющие блоки.

Второй элемент располагается наклонно и является подкрепляющим для

главного. Если он расположен снизу от главного, то его называют подкосом,

который работает в основном на сжатие, если сверху - растяжкой, она

нагружается в основном растягивающей силой.

Широко распространен главный элемент стрелы, выполненный из двух

швеллеров, обращенных полками наружу. Швеллеры зачастую несколько

изгибаются в горизонтальной плоскости. К концу стрелы они сближаются,

оставляя только место направляющему блоку, а с противоположной стороны

расходятся и охватывают колонну. При необходимости эти два швеллера могут

продолжаться за колонну и образовывать кронштейн для установки лебедки или

противовеса, или же и того и другого вместе. Между собой швеллеры

соединяются поперечными накладками, которые придают стреле

дополнительную жесткость в горизонтальной плоскости. Обязательна

установка накладок в местах изгиба швеллеров.

Наиболее распространенные поперечные сечения главного элемента приведены

ниже. Все сечения выполняются симметричными и нагрузку прикладывают по

центру тяжести сечения. Для кранов, где механизмом подъема служит

стандартная электроталь, главный элемент стрелы выполняется из

двутавра, номер которого указывается в числе параметров электротали.

Схема стрелы с главным элементом из двух швеллеров

а - вариант крана с прямоугольной колонной; б - вариант крана с круглой колонной: 1

-главный элемент стрелы; 2 - подкрепляющий элемент; 3 - колонна; 4,5 - накладки; 6,7 -косынки;

8 - основание лебедки; 9 - лебедка.

Для большинства электроталей предусмотрены специальные усиленные

двутавры по ГОСТ 5157-53. Параметры этих двутавр и схема стрелы с главным

элементом из двутавра приведены ниже: 1 - главный элемент стрелы; 2 -оттяжка; 3 -

колонна; 4 - накладки; 5 - электроталь; 6 - амортизатор; 7 - упор съемный.

Схема стрелы с главным элементом из двутавра

Балки двутавровые по ГОСТ 5157-53

Параметры

Значения параметров для балок

18м 24м 30м 36м

h, мм 180 240 300 360

в, мм 90 110 130 130

d, мм 7,0 8,2 9,0 9,5

t, мм 12 14 15 16

Площадь

попереч.сечения,см

32,9 48,7 63,9

Вес I погонного

метра,Н

254 376 494 586

Ось

х - х

см

1760 4630 9400 15300

,см

195 386 627 850

см 7,3 9,75 12,0 14,4

Для основных рабочих элементов во избежание разрушения от коррозии

не рекомендуется брать листы тоньше 4 мм, уголки менее 45*45*5 мм в сварных

соединениях. Гнутые профили изготавливают путем профилирования полосового,

листового и ленточного проката на гибочных станках. При этом получают

профили с наиболее рациональными точками зрения прочности и жесткости

формами сечения, что позволяет экономить до 25 % массы металла.

В решеточных конструкциях из труб можно сократить расход металла

благодаря отсутствию дополнительных связей, что особенно важно для стержней,

сечения которых определяют по условиям предельной гибкости. При равной

площади поперечного сечения труба имеет больший радиус инерции, чем уголок,

и поэтому может воспринимать большие продольные сжимающие нагрузки.

Расчет элементов крановых металлоконструкций. Цель расчета

-обосновать поперечные размеры отдельных элементов металлоконструкции, при

которых обеспечивается ее прочность. Для некоторых элементов выполняется

также расчеты на жесткости.

При расчете необходимо учесть все действующие на них нагрузки, а

именно: весовые постоянные; весовые подвижные, действие которых возможно в

любом сечении вдоль пролета крана; динамические, возникающие при пуске и

торможении крановых механизмов, а также при прохождении колесами стыков

рельсов - эти нагрузки действуют как в вертикальной, так и в горизонтальной

плоскостях; ветровые нагрузки и нагрузки, возникающие при выполнении краном

специфических операций.

В поворотных кранах груз может быть приложен на конце стрелы без

изменения своего положения во время работы или же нагрузка может

перемещаться по стреле. В зависимости от схемы крана расчет стрелы производят

различными способами. При неподвижной нагрузке стрелу рассчитывают по

максимальному изгибающему моменту, действующему в сечении К-К. растяжку

рассчитывают на растяжение, а подкос на сжатие. Расчетное усилие в растяжке

(или подкосе) определяют на основании уравнения моментов всех действующих

сна стрелу сил относительно точки прикрепления стрелы к колонне.

Рассмотрим некоторые расчетные схемы применительно к курсовому

проектированию. Стрела без подкрепляющих элементов.

а - схема крана и действующие на него силы: 1 - стрела; 2 - консоль; 3 - лебедка; 4

-противовес; 5 - колонна поворотная; 6 - колонна неподвижная; 7 - блок направляющий; 8 -

подвеска крюковая. б - эпюры изгибающих моментов (прямая штриховка) и

продольных сил (косая штриховка), действующих на элементы крана. В - эпюра

моментов, изгибающих неподвижную колонну.

Вначале стрелу считают «невесомой», поскольку ее вес неизвестен.

Перенесем натяжение каната S

max

по линии действия на ось стрелы и

разложим на составляющие S'

max

и S''

max

, направленные вдоль и

перпендикулярно к стреле. Как видно из схемы, стрела изгибается силами G

ГР

max

и сжимается силой S'

max

. Опасным для стрелы будет сечение «заделки»,

совпадающее с точкой «А». Момент, изгибающий стрелу относительно точки

А:

= G

ГР

⋅

L - S''

max

⋅

(L+e)

Условие прочности стрелы в точке А при изгибе ее моментом M'

2⋅W

xтр

≤

[

]

⋅K ,

где W

xтp

- требуемый момент сопротивления при изгибе одного швеллера

относительно оси Х-Х; [σ]

- допускаемое напряжение изгиба для материала

стрелы; К - коэффициент, понижающий допускаемое напряжение,

поскольку не учтен вес стрелы (K=0,85).

Отсюда требуемый момент сопротивления искомого швеллера:

хтр

≥

2⋅

[

]

⋅K

Далее в справочнике находят параметры соответствующего швеллера, в

том числе и вес его погонного метра q

пог

. Считая, что вес неучтенных деталей

стрелы составляет 10.. .15% от веса швеллера, находят вес стрелы:

=2⋅q

пог

⋅L⋅



1,1 .. . 1,15



С учетом уже известного веса стрелы определяют момент, изгибающий

стрелу относительно точки «А»:

= G

ГР

⋅

L +G

⋅

a - S''

max

⋅

(L + e).

Условие прочности стрелы при изгибе ее моментом М

и сжатии силой

max

σ =σ

σ

сж

2⋅W



max

2⋅S⋅ϕ

≤

[

]

где W

и S - соответственно момент сопротивления при изгибе и площадь

поперечного сечения выбранного швеллера; ϕ - коэффициент продольного

изгиба.

Зависит от гибкости λ сжимаемого стержня, которая вычисляется по

формуле:

λ=

μ⋅L

расч

μ⋅L

расч



где L

расч

- расчетная длина стержня; µ - коэффициент приведения длины стержня.

В наших расчетах можно принять равным 1; r

- радиус инерции сечения

стержня; I - момент инерции сечения стержня; S - площадь поперечного

сечения стержня. Ниже приведена зависимость между λ и ϕ для стержней из

малоуглеродистых сталей:

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

1,00 0,97 0,92 0,86 0,75 0,60 0,45 0,36 0,29 0,23 0,19

Значение допускаемых напряжений для малоуглеродистых сталей можно

принять при изгибе и растяжении [σ] = 140... 160 Мпа, а при кручении и среза

[τ] = 0,6⋅[σ].

На рисунке показаны эпюры моментов и продольных сил. При этом

распределенные силы веса стрелы и консоли для простоты приняты

сосредоточенными.

Если предусмотреть противовес, он уменьшает момент изгибающий

колонну и опрокидывающий кран, уменьшает горизонтальные нагрузки опор, что

позволяет снизить в них момент трения при повороте. Вместе с тем, противовес

своим весом увеличивает нагрузку опоры и момент трения в ней при повороте

крана. Ясно, что противовес с постоянным весом и фиксированным положением

не может полностью уравновесить кран при всех значениях поднимаемого груза.

Поэтому вес противовеса выбираюь так, чтобы момент, изгибающий колонну при

работе крана с номинальным грузом и направленный в сторону груза, равнялся

изгибающему моменту при отсутствии груза, направленному в сторону

противовеса. Для крана по рисунку это условие записывается так:

ГР

⋅

L + G

⋅

a - G

⋅

c - G

⋅

b - G

ПР

⋅

= G

ПР

⋅

d + G

⋅

b + G

⋅

c - G

⋅

Отсюда вес противовеса:

ПР

ГР

⋅L2⋅G

⋅d −2⋅G

⋅c2⋅G

⋅b

2⋅d

Если кран редко поднимает номинальный груз, то G

ПР

можно уменьшить на

30% или вовсе отказаться от противовеса.

Для поворотной колонны изгибающий момент в точках А и В равны

между собой:

Из условия равновесия системы относительно точки В:

∑

ГР

⋅LG

⋅a−G

⋅c−G

⋅b−G

ПР

⋅α−H

⋅h .

Отсюда

ГР

⋅LG

⋅a−G

⋅c−G

⋅b−G

ПР

⋅d

Условие прочности трубы при изгибе ее моментом М

0,1⋅d

⋅



1−c



≤

[

]

⋅K ,

где К - коэффициент, понижающий допускаемое напряжение при изгибе,

т.к. формула не учитывает напряжение от сжатия колонны продольной силой веса

груза и металлоконструкции. Можно принимать К = 0,9.. .0,95;

=0,7. .. 0,8 .

Последняя формула позволяет найти (α и α

, а затем по справочнику

подобрать стандартное сечение трубы.

Далее следует вычислить вес выбранной трубы, а затем силу, сжимающую

трубу колонны:

V = G

ПР

+ G

Проверка поворотной колонны на изгиб со сжатием продольной силой по

условию, подобному формуле (*):

σ =σ

σ

сж



S⋅ϕ

≤

[

]

Неподвижная колонна может быть круглой из трубы или прямоугольной,

например, из уголков или швеллеров. Она проверяется на изгиб от воздействия

момента. Неподвижная колонна должна сопрягаться с подшипниковыми узлами,

поэтому размеры ее поперечного сечения принимаются при выполнении эскизной

компоновки.

Стрела в виде треугольной фермы.

Рассмотрим расчетную схему крана, у которого элементы стрелы и

поворотная колонна образуют треугольную ферму. Силы в стержнях определяют

либо графическим способом, либо аналитическими способами, рассматривая

сварные (клепаные) соединения как шарниры, передающие силы только по осям

стержней без возникновения изгибающих моментов.

Осевые силы F

и F

возникают от воздействия весовых нагрузок на узлы

фермы, обозначенные римскими цифрами. Весовые нагрузки являются

вертикальными составляющими следующих сил:

веса лебедки G

; веса элемента 1 стрелы G

; веса элемента 2 стрелы G

гс

;

веса номинального груза G

ГР

. Кроме осевых сил элемент 1 нагружается еще

изгибающими моментами от силы натяжения каната S

max

, от веса лебедки и от веса

элемента 1 - G

. Элемент 2 - изгибающим моментом от силы тяжести элемента 2-

Так как пока неизвестны силы G

и G

, то считают элементы 1 и 2

«невесомыми», а допускаемые напряжения занижают на 10... 15%. Затем, после

определения размеров сечений элементов 1 и 2, выполняют проверочный расчет с

учетом их веса.

Расчетная схема к определению осевых сил, действующих на элементы 1 и

2 стрелы и план сил треугольной фермы.