пояснительная записка к диплому
.pdf
|
106 |
Q ИЗБ = Q ПР -Q PACX, для зимнего и переходного периода года, ккал/ч; |
|
Q ИЗБ= Q ПР, для теплого периодагода, ккал/ч; |
|
Q ПР = QЧЕЛ +QРАД.СОЛ , |
(6.6) |
Q чел – количество тепла, выделяемого человеком, ккал/ч; |
|
QЧЕЛ = n×q, |
(6.7) |
где q – количество тепла выделяемого человеком в зависимости от характера выполняемой работы, ккал/ч;
n - количество людей в помещении.
Q РАД. СОЛН. - тепло, вносимое лучистой энергией солнца через внешние ог-
раждения кабины. Количество тепла, поступающего за счет солнечной радиа-
ции, определяется по формулам: |
|
|
|
- для остекленных поверхностей: |
|
||
|
QРАДCT |
= F0 ×q0 × A0; |
(6.8) |
- для покрытий: |
|
|
|
|
QРАДПОК |
= Fn ×qn × Kn , |
(6.9) |
где F0, Fn – |
площади остекления и элементов |
ограждении зон остекления |
|
кабины (F0=0,2¸0,4 площади боковой поверхности кабины F, F = F0+ Fп), м2; |
|||
q0, qn – |
величина солнечной радиации проходящая через 1м2 поверхности |
||
остекления или покрытия, ккал/час×м2; |
|
||
А0 – коэффициент, учитывающий характер остекления;
Кn - коэффициент теплопередачи покрытия, принимаем равным 0,8 ккал/м2 час, 0С.
Для холодного периода года:
QИЗБ = QПР − QРАС ;
QПР = QЧЕЛ + QРАСХ .СОЛН . ;
Qчел. = n × q = 1×110 =110 (ккал/ч);
QРАСХ.СОЛН . - определяется по формулам (6.8) и (6.9)
107
QРАДCT |
= F0 × q0 × A0 и QРАДПОК = Fn × qn × Kn |
|||||
Q CT |
= F × q |
0 |
× A =1,74 ×186× 0,8 = 259 (ккал/ч); |
|||
РАД |
0 |
0 |
|
|||
F0 = 0,3×F = 0,3×2×(0,88+1,68×1,2) = 1,74 (м2); |
||||||
Q ПОК |
= F × q |
n |
× K |
n |
= 4.05×15,0× 0,8 = 48.6 (ккал/ч); |
|
РАД |
n |
|
|
|
||
Fn = F – F 0 = 5,79 – 1,74 = 4,05 ( м2);
QПР = Qчел. + QСТРАД + QРАДПОК = 110 + 259 + 48,6 = 417,6(ккал/ч);
QРАСХ . - определяется из формулы (6.10)
|
QРАСХ = F ×К × (tВ - tН )×h, |
(6.10) |
где F – боковая поверхность кабины, м2; |
|
|
К – |
коэффициент теплопередачи конструкции ограждения, ккал/м2·час·0С; |
|
tВ – |
температура внутреннего воздуха в кабине, ° С; |
|
tН – |
температура наружного воздуха, ° С; |
|
h – |
поправочный коэффициент к расчетной |
разности температур, |
принимается равным 0,4...0,9, в зависимости от перепада температур (чем больше перепад температур, тем меньше значение коэффициента).
QРАСХ . = F × K × (tB -tH ) × h = 5,79 ×0,9 ×(15 -(-12) × 0,8) = 112,5 (ккал/ч);
QИЗБ. = QПР -QРАСХ = 417,6 -112,5 = 305,1(ккал/ч).
Количество воздуха, необходимого для удаления избытка тепла в зимний и летний периоды определяется по формуле (6.5)
Для зимнего периода года:
З |
|
|
QИЗБ |
|
305,1 |
3 |
|
L |
= |
|
|
= |
|
= 39,1(м /ч). |
|
c ×γ 20 |
×(t yx - tП ) |
0,24×1,205× (15 - (-12)) |
|||||
Т |
|
|
|
||||
|
|
|
|
Для теплого периода года: Q ИЗБ = Q ПР = 417,6 ккал/ч;
|
Л |
|
QИЗБ |
|
417,6 |
3 |
|
L |
|
= |
|
= |
|
|
= 206,7 (м /час). |
|
c ×γ 20 × (tyx -t П ) |
0,24 ×1,205 ×(28 |
- 21) |
||||
Т |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|||
Таким образом определяется суммарное количество воздуха, подаваемого в кабину крановщика:
LОБЩ = LCO2 + LВЛ + LТЕПЛ. |
(6.11) |
- холодный период года общее количество воздуха подаваемого в кабину:
108
LОБЩ = LCO2 + LВЛ + LЗТ = 0,0036 + 0,000009 + 39,1 = 39,10 (м3/ ч);
LОБЩ = LCO2 + LВЛ + LЛТ = 0,0036 + 0,000038 + 206,7 = 206,70 (м3/ч).
По величинам Lобщ можно выбрать соответствующий тип осевого вентилятора или провести проверочный расчет имеющегося.
Примечание – для проверочных расчетов промежуточные значения q, ω,
γ, dy, dп, q0, qп определяются по данным соответствующих таблиц равномерным экстраполированием.
6.2 Проверочный расчет искусственного освещения кабины машиниста автокрана
Большое значение для нормальной работы крановщика имеет достаточная освещенность рабочего места. Естественное освещение кабины определяется ее конструктивным исполнением, которое обеспечивает не только необходимую обзорность во время работы, но и создает необходимый К.Е.О. в пределах нормируемых значений (1,0 – 1,5 %).
Конструктивные особенности кабины позволяют применить только общее локализованное освещение с использованием светильников рассеянного и отра-
женного света. В некоторых случаях используется дополнительная подсветка пульта управления сигнальными лампами.
Нормируемая величина наименьшей освещенности рабочей поверхности (пульт управления) должна быть в пределах 200 – 300 лк.
Для обеспечения заданных значений освещенности проводятся соответствующие расчеты с учетом выбранных типов светильников.
Расчет: проведем проверочный расчет искусственного освещения кабины закрытого типа [20].
109
Исходные данные:
-габариты кабины:
-высота кабины Н = 1,68 м;
-ширина кабины В = 0,88 м;
-длина кабины А = 1,2 м;
-система освещения кабины – общая;
-светильник – тип «Плафон» с лампой, 1 шт. (nл = nc = 1);
-расположение светильника – середина потолка кабины;
-высота рабочей поверхности пульта управления от пола кабины hр = 0,8м.
Выбираем общую систему освещения кабины. Светильник типа «Плафон» с лампой в количестве 1 шт. светильник расположен на середине потолка кабины.
Нормируемое значение освещенности на уровне пульта управления hр = 0,8м при лампах накаливания составляет 150 лк [21].
По формуле (6.13) находим индекс помещения:
i = |
|
A × B |
|
|
|
|
, |
(6.13) |
|
hp |
|
|||
|
× (A + B) |
|
||
где А и В – длина и ширина помещения кабины, м;
hp - высота рабочей поверхности пульта управления от пола кабины [22].
Для кабин закрытого типа со сплошным остеклением и облицованным пластиком потолком: ρc = 0,1 , ρn = 0,3.
i = |
|
A × B |
= |
1,2 ×0,88 |
= 0,6. |
|
hp |
× (A + B) |
0,8× (1,2 + 0,88) |
||||
|
|
|
Согласно [20], определяем коэффициент использования светового потока η = 0,11.
По формуле (6.12) находим световой поток лампы:
Ф = |
ЕН × К × S × Z |
, |
(6.12) |
|
|||
|
η× nc × nл |
|
|
где ЕН – нормативный уровень освещенности по [21]; К - коэффициент запаса, принимаем 1,1...1,5;
110
S - площадь пола кабины, м2;
Z - поправочный коэффициент, характеризующий неравномерность освеще-
ния; при расположении светильника в середине потолка кабины Z=1,15 (для лампы накаливания) и Z = 1,1 (для люминесцентных ламп);
η - коэффициент использования светового потока, зависящий от коэффициен-
тов отражения потолка ρп, стен ρc и индекса помещения i; nC - числосветильников;
nЛ - число лампв светильнике.
Фф |
= |
EH |
× K × S × Z |
= |
150 ×1,3×1,2× 0,88×1,15 |
= 2153 (лм). |
|
η × nc × nл |
0,11×1×1 |
||||||
|
|
|
|
||||
Находим ближайшую лампу: тип Б, мощность 150 Вт, световой поток 2100 (лм), при напряжении 220 В.
По формуле (6.14) определяем расчетный уровень освещенности Ер для выбранной лампы накаливания, задаваясь величиной Фф:
E p = |
Фф |
×η × nС |
× nЛ |
(6.14) |
|
К × S × Z |
|||
|
|
|
||
Величина ЕР не должна превышать Ен на ± 5%.
E p = |
Фф |
×η × nС |
× nЛ |
= |
2100 ×0,11×1×1 |
=146(лк). |
|
К × S × Z |
1,3 ×1,2 × 0,88 ×1,15 |
||||
|
|
|
|
|||
Данныйсветильниксоответствует нормативному уровню освещенности.
6.3 Проверочный расчет крюка
Наиболее распространенным грузозахватным органом, используемым в грузоподъемных машинах общего назначения, являются однорогие крюки.
Выполним проверочный расчет крюка механизма подъема автомобильного крана, грузоподъемностью G = 16000 кг., полиспаст сдвоенный [23].
Исходные данные:
111
-вес поднимаемогогрузаQ = 160 кН(Q = g ×G = 10 ×16000 = 160 кН);
-материал крюка – Ст 20, ([s]Т= 250 МПа).
Из паспорта крана, максимальной грузоподъемности, режима работы крана, типа привода, по данным (госта), определяем тип крюка и его основные параметры для выполнения расчета:
-тип крюка – однорогий, № 18 тип А (с коротким хвостовиком) с исполнением 1 (без прилива);
-диаметр зева крюка, D – 13 см.;
-ширина наружной части сечения, b = 8 см.;
-наружный диаметр резьбы хвостовика, d2 = 7 см. (резьба трапецеидальная), шаг резьбы t = 1 см.);
-высота профиля крюка, h = 13 см.;
-коэффициент k = 0,1.
В сечении I-I крюк рассчитывается на растягивающее напряжение:
|
|
|
σ Р |
= |
4 × Q |
, |
(6.15) |
|
|
|
|
2 |
|||||
|
|
|
|
|
|
π ×d в |
|
|
где Q – |
приложенное усилие; |
|
|
|
|
|
|
|
dв – |
диаметр впадин резьбы хвостовика с учетом параметров резьбообра- |
|||||||
зующего инструмента: dв @ d – 1,227×t. |
|
|
||||||
|
σ = |
4 × Q |
= |
|
4 × 160000 |
× 10 4 |
= 61 , 21 ( МПа ), |
|
|
π × d в2 |
|
3,14 × 5 ,77 2 |
|||||
|
|
|
|
|
||||
dв =d2 -1,227×t = 7-1,227×1@ 5,77(см).
Проверяется условие прочности:
sр £ [s]Р.
Допускаемое растягивающее напряжение:
[σ]P =(0,25¸0,28)×[σ] Т= (0,25¸0,28) ×250= (62,5¸70)(МПа),
Условие прочности выполняется:
σP £ [σ ]P × (61.21 < (62,5 ¸70)).
Всечении А-А расчетное изгибающее напряжение определяется по формуле
(6.19).
112
В данных сечениях крюк рассчитывается как кривой брус, нагруженный эксцентрично приложенным усилием Q. Наибольшее напряжение растяжения внутренних волоков в указанных сечениях определяется:
|
|
|
σ Р = |
2 × Q × e2 |
, |
|
|
|
|
(6.16) |
|||||||||
|
|
|
k × F × D |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
где F – |
площадь сечения (для упрощения расчетов криволинейный профиль |
||||||||||||||||||
крюка заменен равновеликой трапецией): |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
F = |
b1 + b2 |
× h р , |
|
|
|
(6.17) |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
где hр – |
расчетная высота трапеции, hр @ 0,94×h; |
|
|
||||||||||||||||
b1 – |
ширина нижнего основания трапеции, b1 @ 0,32 × b; b2 – |
ширина верх- |
|||||||||||||||||
него основания трапеции, b2 @ 1,15 × b; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
е2 – |
расстояние от центра тяжести сечения до внутренних волокон: |
||||||||||||||||||
|
|
|
e2 = |
|
2 × b + b |
2 |
|
× |
h p |
|
, |
|
(6.18) |
||||||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
b1 + b2 |
|
|
3 |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
k – |
коэффициент, зависящий от кривизны и формы сечения крюка, для про- |
||||||||||||||||||
верочных расчетов можно принимать в пределах k 0,1 ÷ 0,12. |
|
||||||||||||||||||
После подстановки исходных величин е2 и F в формулу (6.15) и преобразо- |
|||||||||||||||||||
ваний получим: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
σ Р |
@ 1,1 × |
|
|
Q |
|
|
|
. |
|
(6.19) |
||||||
|
|
|
k |
× b × |
D |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
σP @1,1× |
Q2 |
=1,1× |
|
Q×tg45 |
|
=1,1× |
160000×tg45×104 |
@86.6(МПа). |
||||||||||
|
|
2×k ×b× D |
2×0.1×8×13 |
||||||||||||||||
|
|
k ×b×D |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Усилие, изгибающее крюк, в сечении А- А определяется из условия, что стропы, удерживающие груз на крюке, расположены под углом 450 к вертикали, тогда:
Q 2 |
= |
Q |
×tg 45 |
0 . |
(6.20) |
|
|||||
|
2 |
|
|
||
|
|
|
|
||
Расчетное касательное напряжение (на срез) определяется:
|
τ Р @ 1,45 × |
Q |
. |
(6.21) |
|||
|
|
||||||
|
|
|
|
b × h p |
|||
|
|
|
|
|
|||
τ Р |
@ 1,45 × |
Q |
= 1,45 × 160000 ×10 4 |
@ 22(МПа). |
|||
b × h |
|||||||
|
|
8 ×13 |
|
||||
113
Суммарное напряжение в сечении:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
σР |
= |
|
σР2 |
+ 4×τР2 . |
(6.22) |
|||
|
|
|
|
∑ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
@ 97,1(МПа). |
||
σР |
= σ |
Р2 + 4×τ |
Р2 = |
86,62 + 4 ×222 |
||||||
|
∑ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Допустимое растягивающее напряжение для криволинейного профиля:
[σ ] P |
= |
σ T |
= |
250 |
|
≈ (151 ÷ 238)(МПа ). |
|
|
(1,05 ÷1,65) |
|
(1,05 ÷ 1,65) |
|
|
Условие прочности выполняется:
σP £ [σ]P × (97.1< (151¸ 238))
Всечении А’- А’ расчетное растягивающее напряжение по формуле (6.19):
σ P |
= 1,1 × |
Q |
= 1,1 × |
160000 ×10 4 |
@ 169, 2(МПа ). |
k ×b × D |
|
||||
|
|
0,1× 8 ×13 |
|
||
Условие прочности выполняется:
σPΣ £ [σ]P ×(169.2 < 238).
6.4Проверочный расчет крепления каната к барабану
Расчет производится для наиболее нагруженного варианта работы механизма – подъема груза [23].
Проведем проверочный расчет крепления каната на барабане механизма подъема автомобильного крана грузоподъемностью G = 16000 кг.
Исходные данные:
-Вес поднимаемого груза Q – 16 кН;
-Диаметр каната dк – 1,5 см;
-Высота накладной планки hn – 1,2 см;
-Количество болтов крепления p – 6 шт;
-Диаметр болта крепления – М20;
-Материал болта – сталь Ст3;
114
- Допускаемые напряжения: текучести [σ]Т = 220 МПа, растяжения - [s]Р = (0,8×sТ)/1,5 = (0,8×220)/1,5 @ 117 МПа.
Порядок выполнения расчета:
Согласно паспортным данным G = 16 000 кг. Простой полиспаст с блоками на подшипниках качения с кратностью i = 6, при этих условиях число ветвей каната, на которых весит груз равно Z = i·a=6·1=6, а коэффициент полезного действия блока равен ησ = 0,97.
- Максимальное натяжение в канате, набегающем на барабан (наиболее нагруженное состояние, подъем груза) определяется по формуле (6.23); (6.24):
|
S max |
= |
Q |
|
, |
|
(6.23) |
|
|
Z ×η |
|
|
|||||
|
|
|
|
п |
|
|||
где Z – |
число ветвей каната, на которых весит груз, Z = i·a, где a – |
тип поли- |
||||||
спаста (a = 1 – простой, a= 2 - сдвоенный); |
|
|||||||
i – |
кратность полиспастов; |
|
|
|
|
|
|
|
ηп |
– коэффициент полезного действия полиспаста, при сбегании каната с |
|||||||
подвижного блока к.п.д. полиспаста определяется: |
|
|||||||
|
η п = |
|
1 - η |
σi |
(6.24) |
|||
|
|
|
|
|
, |
|||
|
i |
|
|
|
||||
|
|
× (1 - η σ ) |
|
|||||
где ησ - к.п.д. подвижного блока с учетом жесткости каната; для блока на под-
шипниках качения ησ = 0,97 ¸ 0,98; на подшипниках скольжения ησ = 0,95 ¸ 0,96.
S max = |
|
Q |
= |
|
16000 |
|
= 2402 |
( H ), |
|||
|
Z ×η п |
|
|||||||||
|
|
|
|
6 ×1,11 |
|
|
|
||||
η п |
= |
|
|
1 -η σi |
|
= |
1 - |
0,976 |
= 1,11. |
||
|
×(1 -η |
|
6 × (1 |
- 0,97) |
|||||||
|
|
i |
σ ) |
|
|||||||
- Натяжение каната перед накладной планкой определяется по формуле
(6.25):
S кр |
= |
S m ax |
, |
(6.25) |
|
e f α |
|||||
|
|
|
|
где Smax - максимальное натяжение в канате, Н;
e = 2,72 – основание натурального логарифма;
115
f – коэффициент трения между канатом и барабаном ( в расчетах можно принимать (f= 0,1÷0,16));
α – угол обхвата канатом барабана (α = 4π).
S кр = |
S m ax |
= |
2402 |
= 364 .5 ( H ). |
||
e |
fα |
2 ,72 |
0 , 15 ×4×3 ,14 |
|||
|
|
|
|
|
||
- Усиление растяжения в каждом болте крепления определяется по форму-
ле (6.26):
N = |
|
|
S кр |
|
, |
(6.26) |
|
( f |
+ |
f 1 )( e f α |
1 + 1) |
||||
|
|
|
где ƒ 1 – приведенный коэффициент трения между планкой и барабаном при уг- ле заклинивания каната β:
f 1 |
= |
f |
|
, |
(6.27) |
|
sin |
β |
|||||
|
|
|
|
α1 – угол обхвата барабана канатом при переходе от одной канавки планки к другой, α1 = 2π.
N = |
|
S кр |
= |
|
|
|
364,5 |
= 3037,5( H ), |
|||
( f |
+ f 1 )(e fα 1 + 1) |
(0,15 |
+ |
0,233)(2,720 ,15 ×2×3 ,14 + 1) |
|||||||
|
|
|
|||||||||
|
|
f 1 |
= |
f |
|
= |
0 ,15 |
= 0 ,233 . |
|
||
|
|
sin |
β |
|
sin 40 0 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
- Суммарное напряжение в болте при затяжке крепления с учетом растяги- вающих и изгибающих усилий определяется по формуле (6.28):
|
σ 0 |
= |
1,3 × n × N |
+ |
n × Pu |
× l |
|
|||
|
|
|
|
|
|
, |
|
|||
|
|
π × d в2 |
|
P × 0,1 |
|
(6.28) |
||||
|
|
|
|
|
× d в3 |
|||||
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
где n – |
коэффициент запаса надежности крепления каната к барабану |
n≥ 1,5; в |
||||||||
расчетах принимается n = 1,8; |
|
|
|
|
|
|||||
l – |
длина стягивания (толщина планки с канатом, l = hп+dк, hп=0,8 ÷ 1,2 см); |
|||||||||
|
|
|
|
l = dк |
+ hn =1,5 +1,2 = 2,7(см). |
|
||||
Pu – усиление, изгибающее болты: |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
Pu = 2 f1 × N, |
|
|
(6.29) |
|||
|
Pu |
= 2 × f1 × N = 2× 0,233× 3037,5 @1415,5(H ). |
|
|||||||
dв – диаметр впадин болта с учетом параметров резьбообразующего инст-