5. Расчет траверс

Траверсы представляют собой жесткие грузозахватные приспособле- ния, предназначенные для подъема крупногабаритного, длинномерного, а также тонкостенного оборудования, например обечаек.

Одно из важных назначений траверсы при монтаже тонкостенных аппаратов – воспринимать возникающие сжимающие усилия и изгибающие моменты, чтобы не допустить деформацию поднимаемого аппарата.

Обычно траверса представляет собой балку, изготовленную из одиночных двутавров, швеллеров или стальных труб различных размеров. Иногда траверсу изготавливают из парных двутавров или швеллеров, соединенных стальными пластинами, или стальных труб, усиленных элементами жидкости.

При подъеме оборудования несколькими кранами разной грузоподъемности применяют уравновешивающие или балансирные траверсы, имеющие разные плечи.

Траверса работает на изгиб и на сжатие. Масса траверсы составляет незначительную долю от массы поднимаемого груза (как правило, не более 1 %), поэтому в практических расчетах изгибающим моментом в траверсе и прогибом от ее собственной массы можно пренебречь.

5.1. Расчет траверс, работающих на изгиб

На рис. 3 представлена траверса, работающая на изгиб. Такую траверсу рассчитывают следующим образом:

1. Определяют нагрузку, действующую на траверсу с учетом коэффициентов перегрузки К_п и динамичности К_д:

Р = 10·G_оК_пК_д ,

где G_о– масса поднимаемого груза, т.

Рис. 3. Траверса, работающая на изгиб

2. Определяют максимальный изгибающий момент в траверсе:

М =

где а – длина плеча траверсы.

3. Вычисляют требуемый момент сопротивления поперечного сечения траверсы (в см³):

W_тр=

где m и R подбирают по прил. 3 и 4.

4. По рассчитанному значению W_тр выбирают для траверсы стандартный профиль сплошного сечения (см. прил. 5–7) .

В случае невозможности изготовления траверсы из одного стандартного профиля (при больших значениях W_тр) балку траверсы изготавливают из парных швеллеров или двутавров либо решетчатой конструкции.

Пример 4. Подобрать и рассчитать сечение балки траверсы (см.рис 3) для подъема аппарата массой G_о=24 т. Расстояние между канатными подвесками 4 м (а=2м), К_п и К_д принять равными 1,1.

Решение:

1. Определяем нагрузку, действующую на траверсу:

Р=10G_о К_п К_д=10·24·1,1·1,1=290,4 кН.

2. Изгибающий момент в траверсе находим по формуле

М= кН·см.

3. Требуемый момент сопротивления поперечного сечения траверсы рассчитываем следующим образом:

W_тр= 1626,9 см³.

4. Если принять конструкцию балки траверсы состоящей из двух двутавров, соединенных стальными пластинами сваркой, то этому условию удовлетворяют два двутавра № 40 с моментом сопротивления W_х=953 см³ (см. прил. 5). Таким образом момент сопротивления сечения траверсы в целом составит:

W_х=2W_хд=2·953=1906 см³; причем W_х>W_тр .

2. . Расчет траверс, работающих на сжатие

Траверсы этого типа обычно применяют для подъема царг большого диаметра (рис. 4). В зависимости от нагрузок и длины траверс стержни их могут иметь различные поперечные сечения: сплошные, представляющие собой единичные швеллеры, двутавры и стальные трубы, или сквозные, состоящие из двух швеллеров или двутавров, связанных планками, а также стальной трубы, усиленной уголками.

Траверсы, работающие на сжатие, требуют проверки на прочность и на устойчивость.

Масса траверсы составляет незначительную долю от массы поднимаемого груза (не более 0,01), поэтому в практических расчетах ею можно пренебречь.

Рис. 4. Траверса, работающая на сжатие

Расчет траверсы производят в следующем порядке:

1. Находят натяжение в каждой канатной подвеске:

S=10·G_о / (2cosα),

где G_о – масса поднимаемого оборудования, т; α – угол наклона тяги к вертикали.

2. По найденному значению S рассчитывают стальной канат.

3. Сжимающее усилие в стержне траверсы с учетом коэффициентов динамичности К_д и перегрузки К_п определяют по формуле:

N=10·G_о tgα К_п К_д/2 .

4. Траверсу рассчитывают на устойчивость как стержень, работающий на сжатие. Для этого в зависимости от величины нагрузки и длины траверсы задаются формой ее поперечного сечения и определяют требуемую площадь:

F_тр=N/(φ m R),

где φ – коэффициент продольного изгиба, значением которого предваритель-

но задаются. Для стержня из швеллера, двутавра или уголка φ = 0,7–0,9; из стальной трубы φ =0,4.

5. Определяют расчетную длину стержня:

l_c = μ·l,

где μ – коэффициент приведения расчетной длины, зависящий от условий закрепления концов стержня и приложения нагрузки (прил. 8).

6. Устанавливают гибкость стержня:

для швеллера или двутавра

λ_х = l_c/r_{х ,}

λ_у = l_c/r_у ;

для стальной трубы

λ = l_c/r .

При этом должно удовлетворяться условие:

max { λ_х , λ_у }≤ [λ],

где r_х, r_у – радиусы инерции относительно главных осей; [λ] – предельная гибкость (прил. 9).

По наибольшей гибкости, если она не превышает предельную, из

прил. 10 находят коэффициент продольного изгиба φ.

7. Полученное сечение стержня проверяют на устойчивость:

N/(F φ) ≤ mR .

Пример 5. Рассчитать траверсу, работающую на сжатие (см.рис. 4) длиной l=3 м для подъема горизонтального цилиндрического барабана массой G_o=36 т, если α=45⁰.

Решение:

1. Находим натяжение в каждой канатной подвеске:

S=10·G_o/(2 cos α)=10·36/(2·0,707)=254,6 кН .

2. Определяем разрывное усилие при условии, что для грузового каната с легким режимом работы К_з=5 (см. прил. 1):

R_к=S·К_з=254,6·5=1273 кН .

3. По найденному разрывному усилию подбираем стальной канат типа ЛК-РО (см. прил. 2) с характеристиками:

временное сопротивление разрыву, МПа…………………..1568

разрывное усилие, кН…………………………………………...1290

диаметр каната, мм…………………………………………….50,5

масса 1000 м каната, кг………………………………………...9440

4. Находим сжимающее усилие в траверсе:

N=10G_о·tg α·К_п К_д/2=10·36·1·1,1·1,1/2=217,8 кН .

5. Для изготовления траверсы принимаем стальную трубу.

6. Задавшись коэффициентом продольного изгиба φ=0,4, находим требуемую площадь поперечного сечения трубы:

F_тр=N/(φm 0,1R)=217,8/(0,4·0,85·0,1·210)=30,5 см² .

7. По прил. 7 подбираем стальную трубу диаметром 108×10 мм с площадью 30,8 см² и радиусом инерции r=3,48 см.

8. Находим расчетную длину траверсы, определяя по прил. 8 коэффициент приведения длины μ и считая, что концы траверсы закреплены шарнирно:

l_c= μ·l=1·300=300 см .

9. Определяем гибкость траверсы:

λ=l_c/r=300/3,48=86,2; [λ]=180; λ ≤ [λ].

10. По прил. 10 находим коэффициент продольного изгиба φ=0,714.

11. Полученное сечение траверсы проверяем на устойчивость:

N / (F·φ) mR ;

N / (F·φ)=217,8 / (30,8·0,714)=9,9 кН/см²=99 МПа;

mR=0,85·210=178,5 МПа.

Условие выполняется, что свидетельствует об устойчивости расчетного сечения.