4 Вибір матеріалів для несучих та допоміжних елементів, визначення розрахункових опорів та допустимих напружень

Металеві конструкції вантажопідйомних кранів виготовляють переважно із маловуглецевих та низьколегованих сталей, що постачаються у вигляді прокату різних типів.

Вибір марки сталі, для несучих елементів вантажопідйомного крану, здійснюється в залежності від температурних умов, в яких буде експлуатуватися кран, та режиму роботи.

У даному випадку, мінімальна температура, при якій буде експлуатуватися машина – , а режим роботи – середній. Виходячи з цього, приймаємо в якості матеріалу для несучих та допоміжних елементів сталь 09Г2.

Переваги низьколегованих сталей:

1. Не втрачають пластичність за низьких температур;

2. Характеристики міцності віще у 1,5–2 раза, ніж чим у маловуглецевих сталях, що дозволяє проектувати полегшені металоконструкції;

3. Краще за маловуглицеві опираються корозії, що особливо краще для кранів які працюють у агресивних середовищах або на відкритому повітрі.

До недоліків можна віднести:

1. Погано працюють на витривалість;

2. Гірше працюють на стійкість;

3. Більш дорогі.

Призначення сталі 09Г2 – елементи зварних металоконструкцій та різні деталі, до яких ставляться вимоги підвищеної міцності та корозійної стійкості з обмеженням маси та які працюють від -40 до 450 °С.

Зварюваність – зварюються без обмежень. Методи зварювання: РДС, АДС під флюсом та газовому захисті, ЕШЗ.

Таблиця 1 — Фізико-механічні властивості сталі 09Г2

Напружений стан основного металу	Розтягнення, згин		260
	Зріз		150
	Зминання торцевої поверхні (за наявності приганяння)		390
	Зминання місцеве - у циліндричних шарнірах при щільному дотику		200
	Діаметральне стиснення котків при вільному дотику		10
Напружений стан зварного з’єднання	Стиснення		260
	Розтягання: автомат. зварювання; полуавтом. або ручне зварювання з фізичним контролем якості швов		260
	У стик–полуавт. . або ручне зварювання при звичайних методах контролю		220
	Зріз		150
	Кутові шви (зріз)		280

Таблиця 2—Хімічний склад сталі 09Г2

Сталь	C	P	S	Mn	Si	Cr	Ni	Cu	As	N
	%
09Г2	0,12	0,035	0,040	1,4-1,8	0,17-0,37	0,3	0,3	0,3	0,08	0,008

5 Визначеня навантажень та їх розрахункових складань

Розрахункові навантаження конструкцій при розрахунку за методом граничних станів наведено у таблиці 3.

Таблиця 3 – Розрахункові навантаження конструкцій при розрахунку за методом граничних станів.

Види навантаження	Випадки навантаження
	I		I			II
	Комбінації навантажень
	Ia	Ib		IIa	IIb		–
Вага металевої конструкції крану з урахуванням коефіцієнтів поштовхів
Вага обладнання, нерухомо розміщеного на металевій конструкції, з урахуванням коефіцієнтів поштовхів
Вага обладнання, що переміщується по металевій конструкції з урахуванням коефіцієнтів поштовхів
Вага вантажу з урахуванням динамічних коефіцієнтів та коефіцієнтів поштовхів							–

Продовження Таблиці 3

Види навантаження	Випадки навантаження
	I		I			II
	Комбінації навантажень
	Ia	Ib		IIa	IIb		–
Горизонтальні сили інерції маси крану (розгін або гальмування одного з механізмів)	–			–			–
Кут відхилу вантажного канату від вертикалі	–			–			–
Навантаження від вітру на конструкцію	–	–

Власну вагу моста приймаємо рівномірно розподілену по прольоту. Вагу прольотної частини моста визначаємо використовуючи усереднені графіки ([8], с. 117).

Рисунок 4 – Усереднений графік ваги прольотних частин двох балкових кранів.

При використанні легованих сталей вага знижується на 10…20%, також вага пролітних частин кранів режимних груп 6К–8К збільшується на 10…15%. Вага елементів, що не розраховується, може становити 30…60% від загальної частини ваги пролітної частини мосту [8, с. 117].

Виходячи із вище сказаного приймаємо вагу прольотних частин моста крана (тут 1,3 – коефіцієнт, що враховує вагу не розрахункових частин – 30%).

Інтенсивність розподілення навантаження від власної ваги прольотної частини моста двох балкового мостового крану, знаходимо за формулою:

,

де – прогін крана, ;

– коефіцієнт перевантаження для ваги металевих конструкцій, [9, с. 166];

Вагу приводу механізму пересування крана знайдемо за усередненими даними [8, с. 117], . З урахуванням коефіцієнта перевантаження:

,

де – коэффициент перегрузки для веса механизма передвижения, [9, с. 166];

Так як кран працює у закритому приміщенні з великим інтервалом температур то, кабіну приймаємо закритою. У відповідності приймаємо усереднену вагу кабіни [8, с. 117] . З урахуванням коефіцієнта перевантаження:

,

де – коефіцієнт перевантаження для ваги кабіни,

.

Вагу візка приймаємо за усередненими даними [8, с. 117], .

Коефіцієнт поштовхів , що враховує вертикальні динамічні навантаження, які виникають через нерівності шляху [9, с. 69].

Для першого випадку навантаження коефіцієнт поштовхів визначається за формулою:

.

Значення динамічних коефіцієнтів та визначаються за формулою:

При плавному пуску механізму:

;

При різкому пуску механізму:

,

де – приведена до точки підвісу вантажу маса металевої конструкції крану та вантажного візка,

,

тут – маса прольотної будівлі (без опор та кінцевих балок),

.

– масса вантажного візка,

.

– переміщення точки підвісу вантажу внаслідок статичного подовження канатів,

,

де – довжина ділянки канатів, (H – висота підйому вантажу), ;

– вага вантажу ;

n – кількість гілок каната, на яких висить вантаж, n=10 (приймається в залежності від вантажопідйомності);

– модуль пружності каната, для важких умов ;

– – площа поперечного перетину каната, ;

– статичний вертикальний прогин конструкції від ваги вантажу в місці його прикладання;

,

Де L – прогін крана , L = 30,5 м;

J – Момент інерції однієї половини моста;

E – Модуль пружності матеріалу металоконструкції, ;

–швидкість відриву вантажу від основи(для режимної групи 5К), [9, с. 135], ;

–коефіцієнт для поправки , для кранів загального призначення можна приймати .

– коефіцієнт жорсткості металоконструкції,

Коефіцієнт режиму навантаження для кранів режимної групи 5К [9, с. 50…51].

При розрахунку внутрішніх силових факторів враховуємо, що число ходових коліс візка , оскільки вантажопідйомність крана 160 тон [8] та вага візка та вантажу розподіляються рівномірно на усі колеса, тобто _. Можливі поєднання навантажень на ходові колеса візка наведені у таблиці 4.

Таблиця 4 – Рухомі навантаження на міст крана

Тиск ходового колеса візка

Розрахункові поєднання навантажень

I а)

I b)

IIa

IIb

IIc

III

max

min

max

min

Поєднання навантажень Іа max:

де – коефіцієнт динамічності при плавному розгоні механізму підйому вантажу, ;

– маса еквівалентного вантажу:

.

– маса візка:

.

де - коефіцієнт еквівалентності, [9, с. 50…51].

Поєднання навантажень Іа min:

.

Поєднання навантажень Іb max:

.

де – коефіцієнт поштовхів при русі крана по нерівностях підкранового шляху з половинною швидкості, =1,05.

Поєднання навантажень Іb min:

.

Поєднання навантажень ІІа:

де — значення коефіцієнту перевантажень для ваги вантажу, [8, с. 118; 9, с. 166];

– коефіцієнт динамічності при різкому пуску механізму підйому, .

Поєднання навантажень ІІb:

.

де – коефіцієнт поштовхів при русі крана по нерівностям підкранового шляху з максимальною швидкості, =1,1.

Поєднання навантажень ІІc:

.

Поєднання навантажень ІІІ:

.

Результати розрахунків зводимо до таблиці 5.

Таблиця 5— рухомі навантаження, що діють на міст крана

Тиск ходового колеса візка	Розрахункові поєднання навантажень
	Iа		Ib		IIa	IIb	IIc	III
	max	min	max	min
Д1 =Д2	129,77	48,74	123,28	48,74	222,18	193,9	176,64	48,74