Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Безопасность технологических процессов. Учебное пособие
.pdf
При расчете максимально необходимого угла крутизны плоского от-
коса всегда следует учитывать, что в случае, если определенный по рис.
11.4 угол откоса получится больше, чем приведенный в табл. 11.5, то для
проектируемого откоса должен быть взят меньший угол , т.е. соответствующий меньшей крутизне откоса.
Крепление вертикальных стенок выемок
При глубине выемок до 3 м в грунтах естественной влажности рекомендуется применять инвентарные крепления, выполненные по типовым
проектам, при большей глубине или сложных гидрогеологических условиях крепление должно быть выполнено по индивидуальному проекту.
При проектировании неинвентарных креплений откосов выемок используют доски толщиной 40-50 мм. За внешнюю нагрузку, действующую
на элемен
ление грунта
ных грунтов, Па:
ты неинвентарных креплений, принимают удельное боковое дав-
σ
, которое может быть рассчитано по формуле для связ-
MAX.2
MAX
.2
2
θρσ
Hg
g
2
C
, (11.17)
θρ
для несвязных грунтов, Па:
2
, (11.18)
Hg
θρσ
где
.2
MAX
φ
45tgθ
o
.
2
Таблица 11.6
Коэффициент условий эксплуатации
Условия эксплуатации
Во влажной зоне, при соприкосновении с грунтом или
Коэффициент
0,85
K
УЭ
находящихся в грунте
Постоянно увлажненных или находящихся в воде 0,75
При расчете анкерного крепления, когда известны размеры поперечного сечения стойки, поперечные размеры стяжки могут быть определены из условия:
где
где
N
F
РАСЧ.CT
РАСЧ.CT
N
РАСЧ.CT
F
РАСЧ.CT
расчетная продольная сила, воспринимаемая стяжкой, Н:
N
РАСЧ.CT
расчетная площадь поперечного сечения стяжки, м2;
5
σ
MAX
.2
σ10 K
, (11.19)
PУЭ
H
l
, (11.20)
6
σ
до-
P
пустимое сопротивление древесины на растяжение (табл. 11.1), МПа.
Задание на проектирование. Определить размеры плоского откоса
для выемки глубиной Н = 6 м в слое супеси.
71
Методика расчета
1. Принимаем расчетные характеристики супеси:
сцепление С, кПа и угол внутреннего трения
φ
(табл. 11.5).
, кг/м3; удельное
ρ
2. Для условий задачи примем значение коэффициента устойчиво-
K
сти
=1,2.
УС
3. Приведенное удельное сцепление грунта с учетом коэффициента
запаса устойчивости рассчитаем в соответствии с формулой (11.14), кПа.
4. Предельный угол естественного откоса рассчитаем в соответ-
ствии с формулой (11.15), град.
5. Коэффициент сцепления грунта формула (11.16).
'
6. Используя найденные значения
φ
и
по рис. 11.4, найдем
K
СЦ
максимально допустимый угол наклона откоса.
7. Воспользуемся табл. 11.4 и определим для супеси при глубине
выемки 5 м максимально допустимый угол наклона откоса.
Задание на проектирование. Подобрать конструкцию горизонтальной деревянной стяжки анкерного крепления стенки траншеи глубиной 4 м
в несвязном грунте – песок мелкий. Коэффициент пористости песка принять 0,65, плотность – 2000 кг/м
3
. Стяжка выполнена из сосны. Расстояние
между стойками l принято равным 1,2 м, расстояние по вертикали между
горизонтальными распорками h = 1 м.
Методика расчета
K
1. По таблице 11.6 принимаем коэффициент условий эксплуатации
УЭ
.
2. Используя формулу (11.18), рассчитать удельную нагрузку на
крепление для несвязных грунтов, Па.
3. Расчетная продольная сила, воспринимаемая стяжкой рассчиты-
вается по формуле 11.20.
4. Используем для расчета площади поперечного сечения стяжки
условие (11.19).
5. Зная площадь поперечного сечения стяжки, легко рассчитать
длины сторон в сечении применяемого бруса или диаметр применяемой
круглой стяжки. Например, приняв, чт
о используется брус квадратного се-
чения, можно определить ширину его стороны b, мм:
Fb
РАСЧ.СТ
.С учетом
возможного ослабления сечения стяжки во время эксплуатации принимаем
к установке брус с шириной стороны b, мм.
72
ЗАДАНИЕ 12. Безопасность технологических процессов
1. Расчет резьбовых соединений
Самым распространенным в технике разъемным соединением является
резьбовое. Выбор вида резьбового соединения, как и любого другого, зависит
от условий его работы (температуры, характера нагрузок, наличия коррозии и
т.п.). Резьбовые соединения могут выходить из строя вследствие разрыва или
среза стержня болта, среза или смятия резьбы и т.п.). В зависимости от условий сборки и нагружения применяют различн
ые виды болтовых соединений.
Ниже рассмотрены только наиболее распространенные упрощенные методы
расчета: соединение ненапряженное (гайка не затянута); соединение напряженное (гайка затянута) с внешней дополнительной осевой нагрузкой; соединение напряженное с поперечной внешней нагрузкой.
Расчет ненапряженного болтового соединения
Примером такого соединен
ия является хвостовик грузоподъемного
крана с нарезанной резьбой, как показано на рис. 12.1. В данном случае
гайка свободно навинчена на нарезанную часть хвостовика грузоподъемного крюка и зафиксирована от самоотвинчивания шплинтом, проходящим
через гайку и стержень хвостовика.
d
3
4
2
d
3
1
G
Рис. 12.1. Схема ненапряженного болтового соединения:
1
крюк; 2 шайба; 3 гайка;4 хвостовик крюка
Пренебрегая массой крюка, можно считать, что резьба нагружается
только растягивающей силой
P
, приложенной к крюку. Статическая
P
прочность стержня с резьбой в связи с объемным напряжением выше
(примерно на 10%), чем гладкого стержня. Поэтому расчетный диаметр
d
P
может быть приближенно найден по соотношению, мм:
S,dd 90P
, (12.1)
где d наружный диаметр резьбы, мм;
73
S
шаг резьбы, мм.
Допуская, что напряжения в опасном сечении резьбового хвостовика
распределяются равномерно, можно, используя условие прочности на растяжение:
P
4
σ
P
определить расчетный диаметр резьбы
P
σ
, (12.2)
P
2
d
π
P
d
, мм:
P
P
d
P
P
, (12.3)
σπ4
P
где
P
осевая расчетная нагрузка (грузоподъемность) на крюк, Н;
P
σ
P
допускаемое напряжение на растяжение, МПа, которое можно находить с
использованием табл. 12.1 и табл. 12.2.
Таблица 12.1
Соотношения допускаемых напряжений на растяжение
Материал болта
Сталь углеродистая
Сталь легированная
Основные материалы для резьбовых деталей и их характеристики
Материал
σ
σ
и предела текучести
сталей
T
Постоянная нагрузка
при размере резьбы
Переменная нагрузка
при размере резьбы
М6…М16 М16…М30 М6…М16 М16…М30
(0,2…0,25)
(0,15…0,2)
σ
(0,25…0,4)
T
σ
(0,2…0,3)
T
σ
(0,08…0,12)
T
σ
(0,1…0,15)
T
, МПа
B
σ
T
, МПа
δ
, %
Примечание
σ
P
σ
0,12
T
σ
0,15
T
σ
T
σ
T
Таблица 12.2
Низко- и среднеуглеродистые стали обычного качества
Ст3 380…470 240 26 Неответственные резьбовые соСт4 420…520 260 24
единения, средненапряженные
соединения общего назначения
Ст5 500…620 280 20
Стали углеродистые качественные
А12 450…600 240 22 В машинах средней напряжен-
35 500…650 300 18
ности
45 700…850 650 15
Основные элементы метрической резьбы относительно болта и гайки
показаны на рис. 12.2, а размеры приведены в табл. 12.3.
74
Гайк а
Болт
S
3
d
D
,
2
D
2
,
d
d
Рис. 12.2. Основные элементы метрической резьбы:
d, d
, d1 наружный, средний и внутренний диаметры наружной резьбы (болта);
2
D, D
, D1 наружный, средний и внутренний диаметр внутренней резьбы (гайки);
2
d
внутренний диаметр болта по дну впадины; S шаг резьбы
3
Таблица 12.3
Размер метрической резьбы, мм
d
резьба М Шаг S
2
14
1,5
1,25
1
2
16
1,5
1
2,5
18
2
1,5
1
2,5
20
2
1,5
1
2,5
22
2
1,5
1
3
24
2
1,5
1
Dd
12,701
13,026
13,188
13,350
14,701
15,026
15,350
16,376
16,701
17,026
17,350
18,376
18,701
19,026
19,350
20,376
20,701
21,026
21,350
22,051
22,701
23,026
23,350
22
Dd
11
11,835
12,376
12,647
12,917
13,835
14,376
14,917
15,294
15,835
16,376
16,917
17,294
17,835
18,376
18,917
19,294
19,835
20,376
20,917
20,752
21,835
22,376
22,917
3
11,546
12,160
12,466
12,773
13,546
14,160
14,773
14,933
15,546
16,160
16,773
16,933
17,546
18,160
18,773
18,933
19,546
20,160
20,773
20,319
21,546
22,160
22,773
Примечание. Основные элементы метрической резьбы, приведенной в табл. 5.3: d, d2,
d
наружный, средний и внутренний диаметры наружной резьбы (болта); D2, D1
1
наружный, средний и внутренний диаметр внутренней резьбы (гайки); d
диаметр болта по дну впадины; S
шаг резьбы
внутренний
3
75
Задание на проектирование. Определить грузоподъемность крюка,
изображенного на рис. 1, и изготовленного из стали Ст.3, если размер
резьбы М24 с шагом 2 мм.
Расчет напряженного (гайка затянута) соединения с внешней
дополнительной осевой нагрузкой
Примером такого соединения могут служить болты крепления
крышки сосудов под давлением. Обычно между крышкой и корпусом
устанавливают прокладку из прокладочного материала (меди, лату
ни, ас-
беста и т.п.), как показано на рис. 13.3.
Затяжка болтов должна обеспечивать герметичность соединения и,
кроме того, болты должны выдерживать осевую нагрузку от давления среды внутри сосуда на крышку. Следовательно, на болт будут действовать
сила затяжки и внутреннее давление, приходящееся на один болт.
P
d
d
o
P
C
D
Рис. 13.3. Схема напряженного болтового соединения
Обозначим через
P
P
силу затяжки болта, через
ЗАТ
P
силу, создавае-
1
мую на каждый болт от внутреннего давления среды в сосуде, через Р
осевую нагрузку на болт. Тогда можно записать соотношение между ними
в виде:
РKPP
, (12.4)
1δЗАТ
K
где
коэффициент внешней нагрузки, учитывающий деформации
δ
болта и деталей соединения. При приближенных расчетах при отсутствии
упругих прокладок можно принимать
Силу
P
, Н, создаваемую на каждый болт от внутреннего давления
1
K
= 0,2…0,3.
δ
среды в сосуде, можно определить, если известно давление среды в сосуде
P
, МПа, диметр крышки D по осям крепящих болтов, мм, число болтов n:
C
2
P
D
π
P
1
4
C
(12.5)
n
76
Силу затяжки болта
P
для обеспечения необходимой герметично-
ЗАТ
сти соединения можно определить в зависимости от внешней нагрузки и
материала прокладки по формуле, Н:
РKP
, (12.6)
1PЗАТ
K
где
ния) при постоянной нагрузке
соединения при упругой прокладке
сонной прокладке
K
P
коэффициент затяжки. По условию нераскрытия стыка (соедине-
P
K
= 1,25…2,0; по условию герметичности
P
K
=1,3…2,5; при металлической фа-
P
K
=2,0…3,5; при металлической плоской прокладке
P
=3,0…5,0.
При затяжке болт испытывает также напряжение кручения. Для учета этого в расчетах необходимо напряжения нагрузки увеличить на 30%.
Таким образом, с учетом формул (12.4)(12.6) имеем соотношение для
определения расчетной нагрузки
1,3
P
P
P
на болт, Н:
P
2
π
PD
4
C
n
).(
KK
(12.7)
δP
При статической нагрузке уравнение прочности болта записано ранее в виде выражения (12.2), из которого и может быть найден расчетный
диаметр резьбы болта.
Задание на проектирование. Определить диаметр резьбы болтов из
стали Ст3, крепящих стальную крышку сосуда, работающего под избыточным давлением 0,5 МПа. Крышка имеет диаметр по осям болтов 1 м, число
крепящих болтов – 16.
1.Определить по формуле (12.7) расчетную нагрузку
P
.
P
2. Используя уравнение (12.3), найдем расчетный диаметр резьбы
болта, с использованием табл. 12.1 и 12.2.
Расчет болтового соединения с поперечной внешней нагрузкой
Соединение представляет собой две соединенные болтом планки, которые растягиваются силой R. Болт вставлен в отверстие без зазора (после
развертки), что позволяет при расчетах прочности соединения не учитывать
силы трения и пренебрегать за
тяжкой болта. Сам болт работает при этом
как штифт, т.к. затяжка болта не требуется, а стержень болта следует рассчитывать по напряжениям среза и смятия. Примером такого соединения
могут служить болты крепления толкателей к металлическому основанию.
При расчете на срез используется уравнение прочности стержня
болта:
4
, (12.8)
2
π
dP
o
τ
допускаемое напря-
CP
где
τ
CP
d
внутренний диаметр резьбы болта, мм;
o
жение на срез, которое может быть найдено по соотношению, Мпа:
77
σ
P
где
предел текучести металла болта, МПа, значение которого приве-
T
дены в табл. 12.2.
Зная величину растягивающей силу
ний диаметр резьбы болта, мм:
)σ(0,2...0,3τ
, (12.9)
TCP
, можно определить внутрен-
d
o
P
(12.10)
τπ4
CP
При втором расчете используется уравнение прочности на смятие
болта:
где
высота смятия участка;
h
σ
σ
Phd
CMo
CM
, (12.11)
допускаемое напряжение на смятие,
которое может быть найдено для стали по соотношению, Мпа:
σ0,8σ
(12.12)
TCM
Из уравнения (12.11) может быть найдена высота смятия участка
болта
, мм:
h
P
h
(12.13)
σd
CMo
Задание на проектирование. Определить диаметр резьбы болта из
стали Ст3 для соединения двух стальных планок под растягивающую
нагрузку 10 кН. Болт вставлен в отверстие без зазора и будет испытывать
напряжение среза и смятия.
1.Определить допускаемое напряжение на срез, используя формулу
(12.9) и табл. 2, МПа.
2. Определить допускаемое напряжение на смятие, формула 12, МПа.
3. По формуле (12.10) находим минимальный внутренний диаметр
резьбы болта, мм.
4. Полученный размер ст
ержня болта проверяем на смятие, исполь-
зуя формулу (12.13).
Защита оборудования от разлетающихся деталей
При работе машин, механизмов и оборудования имеются потенциально опасные вращающиеся или движущиеся части. Для обеспечения
безопасности работающих и находящихся рядом людей эти части дол
жны
быть ограждены. Также стараются оградить зоны возможного выброса рабочего материала и инструмента, зоны факторов повышенной опасности
(высоких температур, напряжений, излучений) и т.п.
Ограждения представляют собой физическую преграду между человеком и опасным или вредным производственным фактором. Защитные
ограждения, приспособления и устройства должны исключать: возмож-
78
ность соприкосновения работника с движущимися частями машины; выпадение или вылет обрабатываемых деталей (материалов), а также частей
рабочих органов при их поломках; попадание в работающих частичек обрабатываемого материала; возможность травмирования при установке и
смене рабочих органов или инструментов.
В зависимости от назначения и условий работы ограждения изготавливают из различных материалов. Они могут одновременно вы
полнять
роль паро-, газо- и пылеприемников, исключать воздействие тепловых и
электромагнитных излучений на работающих, а в отдельных случаях снижать шум и т.п. Такие ограждения называют комбинированными. Например, ограждение заточного круга, кроме защиты человека от отлетающих
частиц (в том числе и частей самого круга при его разрушении), выполняет
функцию пылеприемника.
Огражден
ия с отверстиями должны удовлетворять следующим усло-
виям:
при х > 60 d < 0,1x;
при х < 60 d < 6,
где x расстояние от частей оборудования, представляющих опасность для
работающих, до ограждения, мм; d диаметр отверстия, мм.
При расчете сплошных ограждений из металла по действующей
ударной нагрузке определяют толщину стенки ограждения.
Для абразивного вращающегося круга в случае его разрыва на две
части ударная нагрузка
P
на ограждение может быть определена по со-
ОТЛ
отношению, Н:
2
V
ОКР
mP
m
где
масса отлетающей части круга, кг;
K
щения абразивного круга, м/с;
KОТЛ
радиус центра тяжести половины абра-
R
o
, (12.14)
2R
o
V
окружная скорость вра-
ОKР
зивного круга или детали, м.
При отрыве от вращающейся детали (круга) более мелкой части
P
ударная (центробежная) сила
отлетающей части составит, Н:
ОТЛ
2
V
K
mP
, (12.15)
KОТЛ
R
o
где
где
линейная скорость движения отлетающей части или детали, м/с;
V
K
n
π
ÎÁ
V
K
30
R
радиус кривизны траектории отрыва части детали, м.
o
По найденному значению
P
R
(12.16)
o
по табл. 12.4 можно ориентировочно
ОТЛ
определить толщину стенки ограждения из листовой стали.
79
Таблица 12.4
Зависимость толщины стенки ограждения из листовой стали от ударной нагрузки
Ударная
нагрузка, кН
4,91 1 73,5 10
8,33 2 80,36 11
14,6 3 96,04 12
17,15 4 102,9 13
25,67 5 115,64 14
31,16 6 139,16 15
39,69 7 159,74 16
47,04 8 188,16 17
61,74 9 205,8 18
Толщина стенки
ограждения, мм
Ударная
нагрузка, кН
Толщина стенки
ограждения, мм
Сплошные ограждения, толщину стенок которых находят по описанному выше методу, могут быть заменены сетчатыми или решетчатыми после соответствующего расчета конструкции ограждения в зависимости от
характера нагрузки (растяжение, изгиб, срез).
Задание на проектирование. На токарном станке обрабатывается чу-
гунный вал, наружным диаметром
n
составляет
ки массой
= 300 мин-1. При обработке от вала отлетает кусочки струж-
ОБ
m
= 10 г. Определить толщину стенки ограждения из листовой
K
2 R
= 400 мм. Скорость вращения вала
o
стали, предполагая, что вал разрушиться не может.
80
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]