книги / Сварные конструкции.-1
.pdfПо такой же расчетной схеме может быть учтено и действие собственного веса горизонтального резервуара. При этом интен сивность равномерно распределенной нагрузки от собственного веса балки с кольцевым поперечным сечением равна
<7i = 2яг ôyM,
где Ум— удельный вес металла.
Значения меридиальных и касательных напряжений от сум марного действия гидростатического давления и собственного веса могут быть определены по формулам (XI. 71) и (XI. 72) с введением в них поправочного коэффициента, который равен отношению интенсивности суммарной нагрузки к интенсивности нагрузки от гидростатического давления
k= ai± *L = l + Л |
. 1 * . |
(XI.75) |
|
g |
г |
у |
|
При этом меридиональные напряжения в серединном сечении от
гидростатического давления |
и собственного, веса равны |
|
0г = |
^ с ° 5ф. |
(XI.76) |
Касательные напряжения в опорном сечении от гидростатичес |
||
кого давления и собственного веса будут равны |
|
|
x= k ^ fs\n < p . |
(XI.77) |
|
Для определения кольцевых напряжений в горизонтальном цилиндрическом резервуаре от собственного веса разложим вес приходящийся на единицу поверхности корпуса по нормали к обо лочке и по касательной к ней. При этом получим добавочное дав ление на стенку
Ар = Y.«ô cos ф,
под действием которого возникнут дополнительные кольцевые напряжения в стенке
До2 = ÈE. .= Умг cos ф. |
(XI. 78) |
Шаровые резервуары. Шаровые резервуары применяют для хранения сжиженных газов и весьма низкокипящих нефтепродук тов, которые для снижения потерь целесообразно хранить под значительным давлением. Для этих условий шаровые резервуары оказываются, рентабельными при емкости 400—1000 ж3.
ND
CT> N5
Фиг. XL 16. Каплевидный резервуар.
Толщина оболочки сферических |
резервуаров определяется |
||
по формуле |
|
|
|
х _ (Ре Ч~ Pu) D |
|
(XI. 79) |
|
4[а]Ф |
» |
||
|
|||
где рг — гидростатическое давление; ри— избыточное давление;
D — диаметр резервуара.
Ф иг. X I . 17. М ноготоровый резервуар.
В остальном конструктивное оформление шаровых резервуаров подобно шаровым газгольдерам.
Каплевидные резервуары. Каплевидный резервуар (фиг. XI. 16) имеет форму, которую принимает капля жидкости, покоящаяся на несмачиваемой плоскости, под действием сил поверхностного натяжения. Суживающаяся к верхней части оболочка уменьшает зеркало свободной поверхности хранимой жидкости, что способ ствует уменьшению потерь от ее испарения.
Применение давления в сочетании с благоприятной формой оболочки способствует значительному уменьшению потерь, что
имеет большое значение для легкоиспаряющихся горючих (напри мер, бензина).
Область рационального применения резервуаров этого, типа определяется емкостью 2000—6000 м* при сравнительно небольшом внутреннем давлении в газовом пространстве (0,3—0,5 ати).
Под действием внутреннего давления элементы каплевидной оболочки испытывают одинаковые напряжения в сечениях, нор мальных к серединной поверхности.
Недостатком каплевидных резервуаров является сложность формы, вследствие чего стоимость их изготовления более высокая по сравнению с типовыми вертикальными цилиндрическими резер вуарами. Однако при хранении легкоиспаряющихся горючих увеличение стоимости сравнительно быстро окупается за счет уменьшения потерь.
С целью дальнейшего увеличения емкости резервуаров, уста навливаемых своим днищем на грунт, нецелесообразно увеличение высоты сверх 15 ж, так как это вызывает повышение гидростати ческого давления на грунт, нежелательное для обычных условий. Поэтому резервуарам повышенной емкости придают многоторовую форму, образуемую рядом пересекающихся каплевидных обрлочек (фиг. XI. 17). При этом они при высоте Н = 15 м могут иметь емкость до 20 000 м3. Избыточное давление их составляет 0,4 ати.
§ 6. Бункера и силосы
Сосуды, предназначенные для хранения и перегрузки сыпучих материалов, называются бункерами или силосами.
Бункер рассчитан на кратковременное хранение материалов и поэтому высота его верхней части значительно меньше, чем у си лоса, предназначаемого для длительного хранения.
Емкость бункера и его высота являются заданными размерами. Наименьший угол наклона стенки к горизонту а не должен быть меньше угла естественного откоса сыпучего материала ср и опре деляется из условия
а = ф + с, |
(XI. 80) |
где с = 5 -4- 1 0 °.
Основной нагрузкой для бункеров и силосов является давление сыпучего материала. Кроме того, они должны воспринимать соб ственный вес конструкции и атмосферное воздействие (снег, ветер).
Сыпучие материалы оказывают давление на стенки в вертикаль ном q и горизонтальном р направлениях. Эти давления опреде
ляются для бункеров по формулам |
|
Ç = пуу, |
(XI. 81) |
P —пуу tg2 (45°---- = kq. |
(XI. 82) |
Здесь k — отношение горизонтального давления к вертикальному; Ф — угол естественного откоса сыпучего материала;
у— объемный вес материала;
у— расстояние от поверхности сыпучего материала до рас сматриваемого сечения;
п— коэффициент перегрузки.
Характеристики некоторых |
сыпучих |
материалов приведены |
||||
в табл. (XI. 5). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
X I . 5 |
|
|
Характеристика сыпучих материалов |
|
|
||
|
|
|
|
Отноше |
Коэффициент |
|
|
|
|
Угол |
ние гори |
трения / |
|
|
|
|
зонталь |
|
|
|
|
|
Объемный естествен |
ного |
|
|
|
Материал |
вес у* |
ного |
давления |
по |
по |
|
|
|
кгс/м3 |
откоса ф, |
к верти |
||
|
|
|
град |
кальному |
металлу |
бетону |
|
|
|
|
k |
|
|
Зерно |
|
0,8 |
25 |
0,406 |
0,37 |
0,40 |
Песок (сухой) |
1,6 |
35 |
0,271 |
0,50 |
0,70 |
|
Песок (мокрый) |
2,0 |
25 |
0,406 |
0,35 |
0,45 |
|
Уголь антрацит |
0,9 |
30 |
0,333 |
0,30 |
0,50 |
|
Кокс |
|
0,6 |
45 |
0,172 |
0,47 |
0,84 |
Цемент |
|
1,6 |
30 |
0,333 |
0,30 |
0,58 |
Нормальное давление сыпучего материала на наклонную стенку |
||||||
определяется |
по |
формуле |
|
|
|
|
|
|
qH= р sin2 |
а -+• q cos2 а, |
(XI. 83) |
||
где а — угол |
наклона плоскости к горизонту. |
|
|
|||
Прямоугольный бункер образован плоскими стенками, состоя щими из обшивки и горизонтальных ребер жесткости (фиг. XI. 18). Он примыкает к балкам, через которые вся его нагрузка пере дается на стойки, скрепленные с фундаментом.
Нижняя часть бункера — воронка является его наиболее на груженной частью. Обшивка воронки воспринимает нормальное давление, определяемое по формуле (XI. 83). Расчет обшивки производится по схеме пластинки конечной жесткости, свободно опертой на контур, образованный горизонтальными ребрами жесткости и пересечениями граней.
При расчете отдельных пластинок нормальное давление, при ходящееся на них, считают в пределах каждой шпации постоянным и определяют его по среднему значению. Так, на грани с углом наклона р для пластинки 1 —2 , длину контура которой для упро-
2.05
щения принимаем равной b при ширине контура равной Г (фиг. XI. 18, а), нормальное давление
Чнь = P' si" 2 Р + Я' cos2 P, |
(X I. 84) |
где q' = щу'.
р' = kg'
Для аналогичной пластинки, лежащей на грани с углом на
клона а при размерах контура а х 1\ (фиг. XI. 18, б), нормальное давление равно
q‘Ha= р' sin2 а + q' cos2 а. |
(XI. 85) |
Определение прогиба, напряжений от изгиба и цепных напря жений в соответствии с указанными расчетными схемами для пла стинок конечной жесткости производится по формулам (XI. 34), (XI. 35), (XI. 36), (XI. 37) и (XI. 38).
Расчет ребер жесткости производится по различным схемам в зависимости от конструктивного оформления узла сопряжения ребер пересекающихся граней (фиг. XI. 18, в, г).
Для малых и средних бункеров плоскости ребер жесткости располагают нормально к плоскости обшивки (фиг. XI. 18, д).
Ж
При этом из-за трудности подгонки s узле пересечения граней ребра не свариваются между собой (фиг. XI. 18, узел А) и поэтому узел при расчете считается шарнирным.
Вэтом случае ребра рассчитываются как свободно опертые балки на двух опорах, нагруженные равномерно распределенной нагрузкой. Интенсивность распределенной нагрузки определяется по среднему значению нормального давления и среднему значению размеров примыкающих участков.
Втяжелых бункерах с целью получения экономии металла узел соединения ребер осуществляется жестким (фиг., XI. 18, узел Б). При этом для упрощения конструкции узла плоскости ребер жест кости располагаются горизонтально под некоторым углом к об шивке бункера (фиг. XI. 18, е). В этом случае расчетная схема для ребер жесткости может быть принята в виде прямоугольной рамки
сжесткими узлами.
Интенсивность погонной нагрузки на отдельные стороны рамки с учетом наклона ребер жесткости будет определяться по формулам
т |
Яа |
|
я ь |
(XI. 8 6 ) |
||
Яа = |
|
|||||
sin а |
; Яь — sinp |
|||||
При симметричной схеме изгибающие моменты в узлах рамки |
||||||
равны между собой |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 2 (1 +- k) |
’ |
(XI. 87) |
||
где |
|
|
||||
|
k |
Ь_ |
|
|
||
|
|
|
|
|||
|
|
а |
|
|
||
|
|
|
|
|
||
Изгибающие моменты в пролетах равны |
|
|||||
|
|
а"а* |
■ |
|
||
М" = —____М |
|
|||||
1Г,а— |
8 |
irlon> |
(XI. 8 8 ) |
|||
щ |
= |
Яь1 |
■мй |
|||
|
||||||
|
|
> |
2 |
|
|
|
При определении напряжений в ребрах жесткости в расчетные характеристики их поперечных сечений включается прилегающий к ним поясок шириной 30Ô
Прямоугольные бункера удобны для объединения их в многоячейковых конструкциях. Однако наличие в них большого числа элементов, работающих на изгиб, приводит к недостаточно ра циональному использованию в них материала; это в наибольшей степени сказывается при применении бункеров большого объема, которые поэтому целесообразнее изготовлять из оболочек.
Круглые бункера и силосы состоят из цилиндрической верхней части и конической воронки. Оболочка круглых бункеров и сило-
сов работает почти исключительно на растяжение, и поэтому они являются более экономными по весу, чем прямоугольные.
Диаметр конического бункера определяется формулой
|
D = V w |
з |
(XI. 89) |
|
|
У |
я tg а |
~ |
|
|
|
|||
a диаметр силоса |
|
|
|
|
|
г» - -| / |
24У + |
n d z tg а |
(XI. 90) |
|
К |
n[ (ttg aа + 6k) |
||
|
|
|||
Здесь V — заданная емкость; |
|
|
|
|
k = |
— отношение |
высоты верхней цилиндрической |
||
части к диаметру;
а— угол наклона образующей к горизонту, определяемый формулой (XI. 80);
d — диаметр выпускного отверстия.
ч)
Фиг. XI. 19. Круглый силос. Узлы сопряжения.
Под действием нормального давления сыпучего материала в цилиндрической оболочке возникают меридиональные напряжежения
_ |
р° |
(XI. 91) |
о1 = |
2Ô |
где р — нормальное давление на расстоянии от поверхности рав ном у, определяемое по формуле (XI. 82).
В конической оболочке в соответствии с безмоментной теорией возникают меридиональные ох и кольцевые о2 напряжения, которые определяются по формулам
|
ч2 |
|
|
n D i |
|
<?i = |
■Qa |
(XI. 92) |
я ô D e sin а |
||
~ |
ЯнРв |
(XI. 93) |
2Ô sin а |
Здесь £>е — диаметр воронки в РориВонтальйоМ сечеййй, прове денном через рассматриваемую точку;
Qe — вес части воронки и сыпучего тела ниже плоскости сечения.
В месте сопряжения конической части с цилиндрической для восприятия местных напряжений целесообразно устанавливать кольца жесткости (фиг. XI. 19). Сжимающее усилие в кольце опре деляется по приближенной формуле
Nсж— |
cos «’ |
(XI. 94) |
где oi — растягивающее напряжение в воронке в направлении образующей в месте примыкания к цилиндру.
При проверке прочности элементов бункеров и силосов коэф фициент перегрузки для нагрузок от сыпучих материалов прини мается п = 1,3, а коэффициент условий работы т = 0,8 — для обшивки, т = 0,9 — для колонн, т = 1 — для остальных эле ментов.
ГЛАВА XII
СВАРНЫЕ ДЕТАЛИ И УЗЛЫ МАШИН
§1. Общие сведения
Внастоящее время большое количество разнообразных деталей
иузлов машин изготовляется при помощи сварки. Многие из них свариваются из отдельных элементов, изготовленных из проката; иногда кроме проката в конструкциях используются отливки или
Фиг. XII. 1. Литой вал, сваренный встык с кова ным фланцем электрошлаковым способом.
поковки. Нередко в целях упрощения технологического процесса литья или ковки, для получения крупной или сложной по форме конструкции отдельные литые или кованые детали сваривают
водно целое (фиг. XII. 1,2).
Ввагоно-, автомобилестроении и других отраслях машино строения широко применяются штампо-сварные конструкции.
Использование сварки при изготовлении различных машино строительных конструкций дает возможность значительно умень шить их вес и стоимость по сравнению с аналогичными коваными или литыми конструкциями.
При сварке деталей термически обработанных или изготовлен ных из легированных сталей применяют автоматическую или кон-