Тема 8. БАЛКИ. РЕШЕТЧАТЫЕ КОНСТРУКЦИИ (ФЕРМЫ). РАМЫ

2.5.1.Общая характеристика балок

Вконструкциях строительных и дорожных машин балки имеют широкое применение. Стрелы

ирукояти экскаваторов, толкающие брусья бульдозеров, хребтовая балка основной рамы автогрейдера и ряд других узлов машин являются конструкциями балочного типа.

По виду поперечного сечения балки разделяют на прокатные и составные. Прокатные балки отличаются простотой конструкции и малой стоимостью, однако из-за ограниченности сортамента

инесоответствия геометрических характеристик сечений условиям нагружения большого распространения они не получили.

По конфигурации сечения различают балки с открытым профилем (уголок, швеллер, двутавр)

изамкнутым профилем. Последние в дорожных и строительных машинах применяются гораздо чаще благодаря лучшим условиям защиты металла от коррозии и способности сопротивляться не только изгибающим, но и крутящим моментам. Так как изгибающие моменты, действующие во взаимно перпендикулярных плоскостях, как правило, неодинаковы, чаще применяются балки прямоугольного коробчатого сечения. В случае равенства изгибающих моментов целесообразно использовать балки трубчатого сечения.

2.5.2.Расчет балок из проката

Прокатные профили типа двутавров и швеллеров имеют массивные полки и тонкие стенки. Такие профили выгодно применять в тех случаях, когда балки работают на изгиб в одной плоскости.

Сечения прокатных балок выбирают в результате расчета на статическую изгибную

Далее по сортаменту подбирают номер профиля (W Wтр ) и проверяют его прочность, общую устойчивость и жесткость. Прочность по нормальным напряжениям проверяется с учетом

где A - площадь сечения балки; S - статический момент половины сечения балки относительно нейтральной оси; J - момент инерции сечения; ст - толщина стенки; Rср - расчетное

сопротивление срезу.

Напряжения в выбранном сечении должны быть меньше предельного 7 … 10 %.

Проверка сжатых балок на устойчивость выполняется при недостаточном закреплении

где k - коэффициент, зависящий от схемы балки и нагрузки.

Если при обеспечении прочности условие жесткости не выполняется, необходимо увеличить момент инерции сечения.

2.6.1. Решетчатые конструкции дорожно-строительных машин.

Решетчатой конструкцией (фермой) называется стержневая система, сохраняющая геометрическую неизменяемость при замене всех жестких узлов шарнирами. Примерами решетчатых конструкций являются башни и стрелы кранов и драглайнов; фермы, мачты копровых и буровых установок; несущие конструкции ленточных транспортеров. Основными элементами плоской фермы, изображенной на рис.2.6.1, являются верхний пояс 1, нижний пояс 2, раскосы 3, стойки 4, косынки 5, сварные узлы опорных устройств 6. Расстояние L между опорами называется пролетом фермы.

2.6.2. Классификация решетчатых конструкций.

По расположению элементов в пространстве решетчатые конструкции разделяются на плоские (рис.2.6.1,а,в-л) и пространственные (рис.2.6.1,б).

Рис.2.6.1

Решетчатые конструкции бывают статически определимыми и статически неопределимыми (рис.2.6.1,ж). Статически определимые фермы применяют чаще из-за удобства расчетов и нечувствительности к неточности изготовления и монтажа.

По структуре решетки различают фермы с треугольной решеткой (рис.2.6.1,г), с раскосной решеткой (рис.2.6.1,з), с треугольной решеткой и дополнительными стойками (рис.2.6.1,в), с полураскосной решеткой рис.2.6.1,и), шпренгельные (рис.2.6.1,д). Для ферм с треугольной решеткой характерно чередование знаков усилий: растянутые раскосы чередуются со сжатыми. Конструкции с раскосными решетками рекомендуется проектировать так, чтобы на продольный изгиб работали более короткие стержни: стойки, а не раскосы.

По очертанию поясов плоские фермы разделяют на прямоугольные (с параллельными поясами), треугольные (рис.2.6.1,к), полигональные (рис.2.6.1,е) и арочные (рис.2.6.1,л).

2.6.3. Рекомендации по проектированию решетчатых конструкций.

Основными параметрами плоских ферм являются пролет(вылет) L, высота h и угол наклона раскосов. Пролет, как правило, задан, а остальные параметры конструктор должен выбрать.

Для стропильных ферм отношение Lh 6...10 , для ферм мостовых кранов Lh 12...16 , для стрел экскаваторов и самоходных кранов Lh 40 . Угол рекомендуется принимать равным 45

для конструкций с треугольной решеткой и 33 ...55 для конструкций с раскосной решеткой.

Все нагрузки, действующие на решетчатую конструкцию, должны быть приложены в узлах фермы.

Сечения стержней ферм могут быть открытыми или замкнутыми, из одного элемента или составные. Наиболее простыми являются одиночные уголки. Они применяются лишь для легких горизонтальных и вспомогательных ферм, так как передают осевую нагрузку с эксцентриситетом. Поэтому следует отдавать предпочтение симметричным профилям.

При расчете решетчатых конструкций определяют их параметры и проверяют работоспособность.

Проверку работоспособности выполняют для металлоконструкций, основные параметры которых уже определены. Исходными данными являются геометрические размеры (пролет, расстояние между узлами, углы наклона раскосов и т.д.); значения и направления неподвижных внешних нагрузок; подвижные внешние нагрузки; характеристики стали и сечений всех стержней; данные, характеризующие конструктивные и технологические особенности сварных узлов; условия эксплуатации конструкции и требуемый срок службы.

Критерии работоспособности зависят от требований, предъявляемых к конструкции. Как правило, должны выполняться требования прочности, жесткости, усталостной долговечности.

Последовательность проверочного расчета может быть следующей.

1.Составляют расчетную схему, предполагая все узлы фермы шарнирными. На схеме указывают все внешние нагрузки, опорные реакции и размеры.

2.На основе принципа независимости действия сил определяют сначала усилия во всех стержнях от действия неподвижной нагрузки, а затем – от действия подвижной нагрузки. Суммарные продольные силы находят алгебраически.

3.Выявляют максимально нагруженные стержни. Вычисляют напряжения в этих стержнях

как сумму напряжений от продольной силы и изгибающего момента M Ne , вызванного эксцентриситетом e (при невыполнении условия пересечения геометрических осей стержней, сходящихся в узле).

4.Максимальные напряжения сравнивают с предельными (допускаемыми напряжениями или расчетными сопротивлениями) для проверки прочности стержней. Сжатые стержни рассчитываются на устойчивость.

5.Для оценки жесткости конструкции определяют перемещения в заданных точках. Найденные значения перемещений сравнивают с предельно допустимым значением.

6.Выполняют расчет сварных соединений на прочность.

7.Исходя из заданного срока службы, вычисляют необходимое число циклов нагружения за весь срок службы конструкции. После чего выполняют расчет на усталостную долговечность (выносливость).