ОТ при строительных работах. РПЗ. Основное назначение мостового крана

• Название: Основное назначение мостового крана
• Анкор: ОТ при строительных работах
• Дата: 21.11.2022
• Размер: 1.64 Mb.
• Имя файла: РПЗ.docx
• Тип: Документы; #804146

1. Введение

Основное назначение мостового крана – это погрузо-разгрузочные, монтажные работы, работы, связанные с обслуживанием технологических процессов в различных отраслях промышленности. Область применения мостовых кранов также включает работу с сыпучими грузами на горно-обогатительных комбинатах, загрузку плавильных печей и транспортировку ковшей с расплавленным металлом. Мостовой кран может применяться как на открытых эстакадах, так и в закрытых производственных помещениях, на различных складах, а также в опасных зонах (сейсмоопасные, пожаро- и взрывоопасные, агрессивные и области с повышенной влажностью).

Несущая конструкция мостовых кранов представляет собой систему, состоящую из главных и концевых балок, образующих мост, который опирается на колеса. По нему движется одна или несколько грузовых тележек. Наиболее распространенная статическая схема моста – двухбалочная, с двумя главными балками.

2. Расчет металлоконструкции мостового крана

Исходные данные:

• 
  Грузоподъемность Q=30 т
  
• 
  Пролет моста L=20 м
  
• 
  Высота подъема Н=20 м
  

• База грузовой тележки В_т=2600 мм

• 
  Скорость передвижения крана V_кр= 0,15 м/с
  
• 
  Скорость подъема V_п=0,2 м/с
  
• 
  Вес тележки с грузом
  
• 
  Вес тележки
  
• 
  Давление ходовых колес тележкиD_1т=D_2т=105000 Н.
  

Режим работы крана – средний.

Кран – двухбалочный.

Конструкция сварная, коробчатая.

Материал конструкции сталь Ст3 ГОСТ 380-88

Масса крана:



Масса тележки:



2.1 Выбор основных геометрических параметров конструкции
Принимаем:

• 
  высоту главной балки Н=1000 мм;
  
• 
  высоту опорного сечения балки h_оп=550 мм;
  
• 
  высоту ограждения площадки обслуживания h_ог=750 мм;
  
• 
  ширину площадок В_пл=830 мм;
  
• 
  базу крана Б_кр=1560 мм.
  

2.2 Выбор геометрических параметров узлов конструкции
Главная балка

1. 
   Сечение главной балки в пролёте
   

Рис.1. Сечение главной балки в пролёте.
Для главной балки коробчатого сечения (рис. 1) принимаем:

• 
  толщину стенки _ст=12 мм
  
• 
  ширину поясов В=500мм (Выбираем из условия обеспечения горизонтальной жёсткости)
  
• 
  толщину горизонтальных листов _п=8 мм
  
• 
  расстояние между стенками В’=450 мм.
  

Площадь сечения главной балки в пролёте:

• 
  поясов мм²
  
• 
  стенок мм²
  
• 
  площадь всего сечения F=31616 мм²
  

Момент инерции относительно оси Х-Х:



Момент сопротивления относительно оси Х-Х:



Момент инерции относительно оси Y-Y:



Момент сопротивления относительно оси Y-Y:

2. 
   Опорное сечение главной балки
   

Рис.2. Опорное сечение главной балки.

Площадь опорного сечения (рис. 2) главной балки

,

где h_оп=0,55H=550 мм.

Момент инерции относительно оси Х-Х:



Момент сопротивления относительно оси Х-Х:



Момент инерции относительно оси Y-Y:



Момент сопротивления относительно оси Y-Y:



Статический момент полусечения относительно оси Х-Х:

мм³

Площадь, ограниченная осями, проходящими через середины толщин стенок и поясов опорного се­чения:

мм²

Концевая балка

Геометрические размеры основного сечения концевой балки (рис. 3):



Рис.3. Сечение концевой балки.

Момент инерции сечения относительно оси Х-Х:



мм⁴

Момент сопротивления относительно оси Х-Х:

мм³

Момент инерции относительно оси Y-Y:



мм^4.

Момент сопротивления относительно оси Y-Y:

мм³

Статический момент полусечения относительно оси Х-Х:



мм³
2.3 Нагрузки, действующие на конструкцию

Конструкция в процессе эксплуатации находится под воздействием внешних нагрузок и опорных реакций. Со­четание этих силовых факторов вызывает появление внут­ренних усилий в сечениях элементов конструкции. Для систематизации этих факторов существуют следующие расчетные случаи нагружения:

1й расчетный случай — нормальные нагрузки рабочего состояния. В этот комплекс входят данные о собственном весе конструкции, весах поднимаемых грузов, значениях инерционных нагрузок, усилиях перекоса, технологических нагрузках, а также число циклов работы крана и структура характерных технологических цик­лов его работы. Нагрузки от ветрового давления в этом расчетном случае не учитываются. При расчете по СРПС значения коэффициентов надежности по всем нагрузкам принимаются как у_г = 1.

2й расчетный случай — максимальные нагрузки рабо­чего состояния. Он используется для расчета по предель­ным состояниям второй группы. В данном расчетном случае фигурируют весовые нагрузки, включая номинальную гру­зоподъемность, максимальные инерционные нагрузки, мак­симальные нагрузки от давления ветра в рабочем состоя­нии, а также данные о наиболее неблагоприятных положе­ниях тележки на мосту или вылетах и углах установки стрелы, направлениях действия ветрового давления и т. п.

3й расчетный случай — максимальные нагрузки нера­бочего состояния. Он также используется для расчета по предельным состояниям второй группы, но при наиболее неблагоприятных нагрузках нерабочего состояния. К это­му случаю относятся нагрузки от собственного веса крана, от ветра нерабочего состояния (ураганного), сейсмические нагрузки, аварийные, монтажные, особые нагрузки, возни­кающие при аварии на технологическом оборудовании, рас­положенном в зоне обслуживания крана и пр. Все эти на­грузки также вводятся с соответствующими коэффициен­тами перегрузки.

На конструкцию машины в процессе эксплуатации од­новременно действуют несколько различных нагрузок, из­меняющихся по величине и возникающих в различных комбинациях:

а — кран неподвижен, производится подъем груза с ос­нования или торможение опускающегося груза;

b — разгон или торможение механизма передвижения крана; остальные механизмы не работают или обеспечи­вают движение с постоянной скоростью;

с — разгон или торможение механизма передвижения тележки; остальные механизмы не работают или обеспе­чивают движение с постоянной скоростью.

Расчетная информация об эксплуатационных силовых воздействиях на конструкцию сводится в таблицу нагру­зок (табл. 2.1.2).



Большое значение имеет надежность конструкции. Значения коэффициентов надежности по собственному весу машины составляют

y_G = 1,0-1,2.

Меньшие значения принимаются для расчета конструкций типовых машин, большие — для предварительных расчетов при проекти­ровании изделий оригинальной конструкции и с парамет­рами, существенно отличающимися от известных анало­гов. После компоновки основных узлов машины и уточне­ния собственного веса в окончательных расчетах значение коэффициента надежности может быть уточнено.

Вес груза во всех расчетах принимается как

=gQ, где Q — номинальная грузоподъемность крана.

Значения ко­эффициентов надежности по весу груза у (см. табл. 2.1.2) зависят от грузоподъемности крана и для крюковых кра­нов выбираются по табл. 2.2.1 [1].



На современных кранах, как правило, устанавливаются ограничители грузоподъемности или грузового момента. Однако при достаточно больших скоростях подъема, кото­рые характерны для кранов, относящихся к группам А6 - А8, ограничитель сработает только после того, как груз будет оторван от основания. Таким образом, кран не мо­жет работать с недопустимым грузом, но несущая конст­рукция не защищена от перегрузки. Поэтому наличие ограничителя не является достаточным основанием для сни­жения значений коэффициентов надежности по весу гру­за. Ограничитель грузоподъемности также не является за­щитой от динамических нагрузок.

Динамические нагрузки возникают в такие периоды ра­боты, когда скорость движения масс крана и/или груза из­меняется по абсолютному значению или направлению. Наи­большие нагрузки возникают в периоды неустановивше­гося движения механизмов, т. е. при пусках и торможени­ях. Значения динамических нагрузок существенно зави­сят от способа управления приводами. При управлении с помощью кулачковых контроллеров, которое часто встре­чается на старых кранах, динамические нагрузки могут быть весьма высоки и в значительной степени зависят от квалификации оператора [1]. Современные приводы с системами управления на базе частотных преобразователей обеспечивают процессы разгона/торможения механизмов с заданными значениями ускорений. При этом тормоза накладываются после того, как механизм практически ос­тановился. Эти различия должны быть учтены при опре­делении динамических нагрузок.

Для расчета динамических нагрузок используют жест­кие или упругие динамические модели. В жестких моделях все элементы конструкции предполагаются абсолютно жест­кими, а время приложения (развития) нагрузки обусловле­но временем разгона соответствующего механизма. В неко­торых случаях учитывается удлинение каната. Жесткие модели используются в проектировочных расчетах, т. е. ког­да не известны фактические сечения элементов конструк­ции, а также в тех случаях, когда податливость конструк­ции мало влияет на значения динамических нагрузок.

Упругие модели представляют кран в виде системы, со­стоящей из сосредоточенных масс, соединенных упругими связями, которые моделируют упругие свойства канатов и элементов несущей конструкции [1]. Эти модели сложнее, но позволяют более точно опи­сать процесс динамического нагружения конструкции. В большинстве практических расчетов для определения максимальных нагрузок достаточно применения одномассовой динамической модели. Использование упругих, мно­гомассовых моделей необходимо для определения дина­мических нагрузок в кранах с весьма податливой конст­рукцией и канатной системой, как, например, башенных, или на податливом основании, как плавучие краны.

В процессе работы механизма подъема груза динами­ческие нагрузки появляются при разгоне и торможении груза как вертикальные инерционные силы, приложенные к грузу. Поэтому обычно они рассматриваются как дина­мические добавки к весу груза. Наибольшие динамические усилия появляются при отрыве груза от основание и при торможении его на спуск. Причем во втором случае в кра­нах с контакторной системой управления разброс нагрузок получается значительно больше из-за неточностей регули­ровки тормозов, задержки их срабатывания, переменности коэффициентов трения между шкивом и обкладкой и т. д. В зависимости от типа конструкции и места приложения нагрузки от веса груза при работе механизма подъема мо­гут возникать как вертикальные, так и горизонтальные ко­лебания конструкции [1].

Вертикальные динамические нагрузки обычно учиты­ваются в расчете с помощью динамического коэффициен­та (см. табл. 2.1.2) [1]

где

F_max— максимальное усилие, приложенное к конструк­ции в точке подвеса груза

Ψ₁ =0,5(Ψ₂ -1) + 1 - динамический коэффициент для I расчет­ного случая.

Теоретическое определение динамического коэффициен­та возможно только по упругой динамической модели или с помощью рекомендаций, построенных на результатах ана­лиза таких моделей и экспериментальных данных. Из ана­лиза одномассовой динамической модели получается:



где V — скорость подъема (спуска) груза (м/с);

1,2-1,5 — поправочный коэффициент;

- масса груза и грузоза­хватного приспособления;

m_s и c_s =Gg/ys— приведен­ные к точке подвеса груза масса конструкции с тележкой (кг) и коэффициент жесткости конструкции (Н/м) соответ­ственно;

y_s — перемещение (м) точки подвеса груза (точка А) при статическом приложении веса груза G_q (Н).

2.4 Определение расчётных нагрузок.

Главная балка

В качестве постоянных нагрузок приняты веса отдельных узлов крана:

• 
  главной балки: G_гл.б.=45000 Н
  
• 
  фермы ограждения G_ог.=10000 Н
  
• 
  площадки с настилом G_пл.=20000 Н
  
• 
  механизма передвижения G_мп.=16000 Н
  
• 
  кабины управления P_к.=12000 Н
  
• 
  вес площадки с электрооборудованием =10000 Н
  

Рис.4.Схема вертикальных нагрузок на главную балку

l = 2 м - расстояние от оси колеса крана до центра кабины;

l₁ = 2,5 м - расстояние от оси колеса крана до центра тяжести электрооборудования;

В_т⁼ 1,5 м - база тележки

b₁= м

b₁= м

l₂ = - расстояние от оси колеса крана до колеса грузовой тележки.

Реакция R_.а:

R_a=

=

Наибольший изгибающий момент в пролетной балке действует под колесом грузовой тележки.

1. 
   Расчетный случай 1
   

Кран неподвижен, производится подъем груза с земли с полной скоростью. Постоянная распределенная нагрузка на главную балку

q= , где

G_гл.б. — вес главной балки с рельсом;

G_пл - вес площадки со стороны механизма передвижения;

L_к - пролет крана.

Получим:

q= Н/м

Постоянные сосредоточенные нагрузки на главную балку:

а)от веса кабины - Р_к

б)от веса электрооборудования- G_эл =Р

М_max=

= Нм

Расчетные напряжения в главной балке:

_max= = Мпа

2. 
   Расчетный случай 2
   

Происходит передвижение крана с грузом с последующим резким торможением моста.

• 
  Нагрузки в вертикальной плоскости.
  

Постоянная распределенная нагрузка для главной балки

q= , где

К_m = 1,1 - коэффициент толчков, зависящий от скорости передвижения крана.

q= Н/м

Схема вертикальных нагрузок на пролетную балку аналогична.

Реакцию R_а, изгибающий момент М_max, напряжение _max считают аналогично 1му случаю.

• 
  Нагрузки в горизонтальной плоскости.
  

Распределенная горизонтальная инерционная нагрузка

[2]

Получим:



Сосредоточенная горизонтальная инерционная нагрузка:

а) от веса кабины



б) от веса электрооборудования



Величины параметров l, l₁, l₂,b₁ и b₂ аналогичны величинам в предыдущем пункте.

Рис.5. Схема горизонтальных инерционных нагрузок на главную балку

Реакция Р_а^г

[2]

Получим:



Наибольший изгибающий момент в главной балке от горизонтальных нагрузок под колесом:

[2]

Получим:



Наибольшее напряжение в главной балке:



Суммарные нормальные напряжения в главной балке от вертикальных и горизонтальных нагрузок:



МПа

Концевая балка

В качестве постоянных нагрузок приняты веса отдельных узлов крана:

• 
  Грузоподъемная сила крана Q = 196000 Н
  
• 
  Вес главной балки с рельсом G_гл.б = 100000 Н
  
• 
  Вес грузовой тележки G_т = 40240 Н
  
• 
  Вес площадки со стороны механизма передвижения G_пл = 10000 Н
  

При расчете концевой балки рассматривается случай: кран неподвижен, происходит передвижение тележки с грузом с последующим торможением.

Концевая балка в вертикальной плоскости изгибается под действием опорного давления главных балок при крайнем положении тележки с грузом.

В горизонтальной плоскости концевая балка изгибается от действия инерционных сил, приложенных к колесам тележки, при торможении тележки с грузом.

Прочность концевой балки проверяется формулой:

, где

М^b_max, М²_max – максимальные изгибающие моменты в вертикальной и горизонтальной плоскостях концевой балки,

W _xmin, W_y – моменты сопротивления сечения концевой балки в вертикальной (минимальной) и горизонтальной плоскостях.

Рис. 6. Схема нагрузок на концевую балку.

К = 1,5 м - колея тележки,

А_к = 2,6 м -база крана,

l=0,5 м

• 
  Нагрузки в вертикальной плоскости концевой балки
  

Распределенная нагрузка от собственного веса концевой балки:

q = [2], где

G_бк⁼ 20000 Н — вес концевой балки.

Получим:

q = = 7692 Н/м.

Опорная реакция R_c:

R_c= [2]

Получим:

R_c= Н.

Наибольший изгибающий момент в концевой балке от вертикальных нагрузок находится посередине балки:

М_max=

= Нм.

Наибольшее напряжение в концевой балке от вертикальных нагрузок:

МПа

• 
  Н агрузки в горизонтальной плоскости концевой балки
  

Рис. 7. Схема горизонтальных нагрузок на концевую балку.

Н

q^r = = Н/м;

Н.

Наибольший изгибающий момент в концевой балке от горизонтальных нагрузок:



Наибольшее напряжение в концевой балке от горизонтальных на­грузок

МПа

Суммарные нормальные напряжения в концевой балке от вертикальных и горизонтальных нагрузок:



МПа<

2.5 Расчет соединений конструкции

1. Проверка на прочность болтового соединения

Проверяем болт диаметром 24 мм на срез и смятие.

Нагрузка с учетом всех действующих масс F=40 кН.









Болт является прочным и на срез и на смятие.

2. Расчёт сварных швов

Приварка поясов к стенкам осуществляется сплошными швами на автомате под флюсом АН-348А электродной проволокой СВ-08А.

Зададим размеры сварного шва и проверим его на прочность:

Катет шва k=8 мм.

Условие прочности сварного шва:

_{, где}

-напряжение в шве от действующей нагрузки,

-напряжение от момента,

-допускаемое напряжение для сварного шва.




A -площадь поперечного сечения сварного шва,

W- осевой момент сопротивления сечения сварного шва.

A=29127



-момент инерции площади поперечного сечения сварного шва относительно осиX.



-момент инерции площади поперечного сечения по наружному контуру шва.



-момент инерции площади поперечного сечения балки.





Прочность сварного шва обеспечена.

Литература:

1. 
   Соколов С. А.: Металлические конструкции подъемно-транспортных машин: Учебное пособие. – Спб.: Политехника, 2005. – 423 с.: ил.
   
2. 
   Вершинский А. В., Гохберг М. М., Семенов В. П. Строительная меха­ника и м/к. Л., Машиностроение, 1984.
   
3. 
   Справочник по кранам. Т. 1. (под ред. М. М. Гохберга).
   
4. 
   Справочник по кранам. Т. 2. (под ред. М. М. Гохберга).
   
5. 
   Подъемно-транспортные машины. Атлас конструкций. (под ред. М. П. Александрова, Д. Н. Решетова).
   

Оглавление

1. 
   Введение……………………………………………………………………………………………………………………….1
   
2. 
   Расчет металлоконструкции мостового крана……………………………………………………………..1
   
   1. 
      Выбор основных геометрических параметров конструкции………………………………….2
      
   2. 
      Выбор геометрических параметров узлов конструкции…………………………………………2
      
   3. 
      Нагрузки, действующие на конструкцию………………………………………………………………..6
      
   4. 
      Определение расчетных нагрузок………………………………………………………………………….10
      
   5. 
      Расчет соединений конструкции…………………………………………………………………………….17
      

1. 
   Проверка на прочность болтового соединения……………………………………………….17
   
2. 
   Расчет сварных швов………………………………………………………………………………………….17
   

Литература………………………………………………………………………………………………………………………19