close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

698. Строительная механика и металлические конструкции

код для вставкиСкачать
Министерство образования и науки РФ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального
образования
Воронежский государственный архитектурно-строительный
университет
Кафедра строительных и дорожных машин имени проф. Н.А. Ульянова
СТРОИТЕЛЬНАЯ МЕХАНИКА И
МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ
Методические указания
к выполнению курсовой работы для студентов специальностей
190205 – «Подъёмно-транспортные, строительные, дорожные машины
и оборудование», 270113 – «Механизация и автоматизация строительства»
и бакалавров техники и технологии направления
190100 – «Наземные транспортные системы»
Воронеж 2011
УДК 624.04:624.014(07)
ББК 38.112:38.5я7
Составители: В.Н. Геращенко, Е.И. Никаноров, В.В. Гудков, В.Л. Тюнин
Строительная механика и металлические конструкции: метод. указания к выполнению курсовой работы / Воронеж. гос. арх.-строит. ун-т;
сост.: В.Н. Геращенко, Е.И. Никаноров, В.В. Гудков, В.Л. Тюнин. – Воронеж,
2011. – 31 с.
Методические указания предназначены для студентов специальности
190205 «Подъёмно-транспортные, строительные, дорожные машины и
оборудование» и используются при выполнении курсовой работы по
дисциплине «Строительная механика и металлические конструкции», для
студентов специальности 270113 «Механизация и автоматизация
строительства» при выполнении курсовой работы по дисциплине
«Металлоконструкции строительных машин» и бакалавров техники и
технологии направления 190100 «Наземные транспортные системы» при
выполнении
курсовой
работы
по
дисциплине
«Надёжность
металлоконструкций землеройных машин».
Их целью является приобретение навыков проектирования
металлических конструкций строительных и дорожных машин.
Ил. 16. Табл. 6. Библиогр.: 7 назв.
УДК 624.04:624.014(07)
ББК 38.112:38.5я7
Рецензент – Ю.Ф. Устинов, д.т.н., проф.,
зав. кафедрой транспортны машин ВГАСУ
Печатается по решению редакционно-издательского совета Воронежского
государственного архитектурно-строительного университета
2
ВВЕДЕНИЕ
Расширение производства и повышение технического уровня строительных и дорожных машин является одним из главных направлений технического прогресса отрасли строительного, дорожного и коммунального машиностроения. Стоимость, масса и эксплуатационная надежность строительных и дорожных машин в значительной степени определяются совершенством их металлических конструкций. Для большинства строительных и дорожных машин масса металлоконструкций составляет 40…50 % от массы
всей машины [3, 5, 7]. Поэтому создание конструкций облегченной массы и
рациональных конструктивных форм путем применения уточненных методов
расчета является важной технической задачей. Изучение студентами методов
проектирования металлоконструкций способствует подготовке будущего
инженера на современном уровне.
1. СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
Курсовая работа состоит из 1 листа чертежей и 15…20 страниц расчетно-пояснительной записки.
Лист графической части должен содержать расчетную схему в масштабе с простановкой размеров в соответствии с заданием, чертеж металлоко нструкции с необходимыми разрезами и сечениями и обозначением сварных
швов. Чертеж выполняют в соответствии с требованиями ГОСТов и ЕСКД на
формате А1 (594×841 мм). Расчетно-пояснительную записку оформляют на
листах бумаги формата А4 (210×297 мм) с текстом на одной стороне, согласно требованиям ГОСТ 2.105-95.
Расчетно-пояснительная записка должна содержать:
1. Бланк-задание.
2. Введение с описанием назначения проектируемой металлоконструкции.
3. Описание конструкции.
4. Определение недостающих усилий, действующих на элементы металлоконструкции.
5. Определение внутренних усилий и напряжений в точках заданных
сечений элементов металлоконструкции и оценку запаса прочности
по пределу текучести  Т .
6. Обоснование выбора конструктивного исполнения.
7. Список использованной литературы.
8. Оглавление.
Все расчеты иллюстрируются схемами и графиками. Схемы и графики
выполняются в тексте карандашом, тушью или ручкой с чёрной пастой, с
подписями под иллюстрациями.
3
2. ТЕМАТИКА КУРСОВОЙ РАБОТЫ
Курсовую работу выполняют по одной из следующих расчетных схем
металлоконструкций строительных и дорожных машин:
схема 1 – стрела рабочего оборудования экскаватора прямая лопата;
схема 2 – однобалочная рукоять рабочего оборудования экскаватора
прямая лопата;
схема 3 – стрела и рукоять рабочего оборудования экскаватора обратная лопата;
схема 4 – рама бульдозера с неповоротным отвалом;
схема 5 – основная рама автогрейдера.
3. УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
Расчет на прочность элементов металлоконструкции ведут по действующим нагрузкам [1, 4, 6]: силе тяжести конструкции, сопротивлению грунта
копанию, силе тяжести поднимаемого груза или другому технологическому
сопротивлению; усилиям в элементах механизмов управления (гидроцилиндрах, канатах и т.д.); реакциям, условно отброшенным при расчете частей
машины: силам инерции. Во время рабочего процесса машины эти нагрузки
могут неблагоприятно сочетаться при воздействии на металлоконструкцию.
Поэтому предварительно выясняют, в каких положениях и при каких условиях работы металлоконструкции машина может испытывать наибольшие
нагрузки, т.е. намечают расчетные положения и расчетные условия на основании анализа общей схемы, действующих сил и характера их изменения во
время работы. Такой анализ и выбор расчетных положений производится при
изучении дисциплины «Машины для земляных работ» и др. В курсовой работе задаются расчетные схемы в соответствии с расчетными положениями.
Сила тяжести определяется по аналогии с существующими конструкциями (в курсовой работе сила тяжести задана). Сопротивление грунта копанию рассчитывается по формулам спецкурса, и в курсовой работе оно задано.
Реакция связей и усилия в гидроцилиндрах и канатах подлежат определению.
Динамический характер нагрузок учитывают введением коэффициента динамичности К Д .
Для изготовления металлических конструкций строительных и дорожных машин применяются прокатные углеродистые и низколегированные стали. Предел текучести применяемых сталей не должен превышать  Т  450
МПа, т.к. стали с более высоким  Т чувствительны к концентрации напряжений, имеют пониженную усталостную прочность и возможно их разупрочение в зоне термического влияния у сварных швов. Наиболее широкое применение получила стали 09Г2С, 10ХСНД и 15ХСНД как хорошо сваривающиеся, достаточно прочностные  Т  350 МПа и пластичные –   20 %.
4
Сталь поставляется в виде проката: листового – сталь толстолистовая ( S  4
мм), широкополосная и полосовая; профильного – сталь угловая, швеллеры,
балки
двутавровые,
трубы стальные бесшовные, сварные стальные трубы и гнутые
профили.
Напряженное состояние определяют в
точках сечений, которые даются на расчетной схеме, при этом
следует иметь в виду
следующее. Если в заданном сечении (рис. 1)
действует изгибающий
момент в вертикальной
В
плоскости М ИЗГ
, который растягивает верхнюю полку и сжимает
нижнюю; изгибающий
момент в горизонтальГ
М ИЗГ
ной плоскости
,
который
растягивает
правую стенку сечения
и сжимает левую; сжиN;
мающее усилие
скручивающий момент
М КР ; поперечная сила
Рис.1. Расчётное сечение
Q Х , действующая вдоль
оси X – X сечения, и поперечная сила QY , действующая вдоль оси Y – Y сечения, то напряжения в рассматриваемой точке сечения определяют с учетом
знака по следующим зависимостям:
нормальное напряжение в точке 1
В
Г
М ИЗГ
y1 М ИЗГ
x1 N
1 

 ;
JX
JY
F
(1)
нормальное напряжение в точке 2
2  
В
Г
М ИЗГ
y 2 М ИГЗ
x2 N

 ;
JX
JY
F
5
(2)
нормальное напряжение в точке 3
3 
Г
М ИЗГ
x2 N
 ;
JY
F
(3)
нормальное напряжение в точке 4
4 
В
М ИЗГ
y1 N
 ;
JX
F
(4)
касательные напряжения в точках 1, 2 от скручивающего момента М KP не
учитываются, а от поперечных сил QX , QY равны нулю;
касательное напряжение в точке 3
3 
М KP
Q S
 Y X ;
2 F  CT 2 J X  CT
(5)
касательное напряжение в точке 4
4 
М KP
Q S
 X Y ,
2 F  П 2 J Y  П
(6)
где x1 , x2 , y1 , y2 – расстояние от осей сечения X  X и Y  Y до рассматриваемой точки; J X , J Y – моменты инерции сечения относительно осей X  X и
Y  Y ; F – площадь сечения; F   h0 l 0 – площадь, охватываемая средней линией замкнутого профиля сечения;  CT ,  П – толщина стенки или полки в рассматриваемом сечении; S X , SY – статический момент сопротивления сдвигающей части сечения относительно нейтральной оси соответственно X  X и
Y  Y ; если усилие N растягивающее, то знак перед выражением N / F в
формулах (1) – (4) изменяют на противоположный.
Приведенное напряженное состояние:
в точке 3
 3 ПР   32  3 32 ;
(7)
 4 ПР   42  3 42 .
(8)
в точке 4
Запас прочности по пределу текучести определяют для точки сечения,
в которой приведенное напряжение максимальное. Если в рассматриваемом
сечении какое-либо внутреннее усилие не действует или им пренебрегают
ввиду его малости, то соответствующий компонент напряженного состояния
равен нулю и формулы для расчета упрощаются.
6
При сложной геометрической форме сечения предварительно находят
центр тяжести сечения, а затем рассчитывают геометрические характеристики сечения по формулам дисциплины «Сопротивление материалов».
Недостающие размеры (плечи сил, углы и т.д.) рассчитывают аналитически или определяют графически путем измерения на расчетной схеме, вычерченной в масштабе в положении, соответствующем заданию.
При конструировании металлоконструкции выбирают типы сварных
швов, которые обозначают в соответствии с ГОСТ 2.312-72, выдержки из которого приведены в учебном пособии [2].
4. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАСЧЕТА
4.1. СХЕМА 1. СТРЕЛА РАБОЧЕГО ОБОРУДОВАНИЯ ЭКСКАВАТОРА
ПРЯМАЯ ЛОПАТА
Расчетная схема и необходимые сечения показаны на рис.2 и рис. 3.
Рис 2. Расчётная схема стрелы рабочего оборудования прямая лопата
7
На рис. 2: а = 1,2 м; в = 1,3 м; d = 1,6 м; h = 1,25 м; h1 =0,5 м; h2 = 0,6 м;
H = 2,5 м; lC = 6,8 м; lН = 2,5 м; lI = 0,4 м; lII = 2,1 м; lIII = 0,45 м; r = 0,3 м;
r1 = 0,15 м; r2 = 0,25 м; GН = 8 кН; GР = 14 кН; GС = 20 кН; GК = 16 кН;
VК = 1,25 м3.
Рис. 3. Сечения стрелы
8
Исходные данные для проектирования представлены в табл. 1.
Таблица 1
Исходные данные для расчёта стрелы рабочего оборудования прямая лопата
1
30
30
3,0
60
16
1,2
400
600
300
2
30
15
3,8
70
17
1,2
350
530
280
3
30
40
4,0
80
17,5
1,1
380
570
290
4
45
30
4,5
75
16
1,0
390
580
385
5
45
45
4,2
68
17
1,0
410
570
270
6
40
30
3,1
65
15
1,1
405
565
300
7
40
35
3,2
61
15
1,2
395
590
310
8
40
40
3,4
74
16,5
0,9
385
585
304
9
35
20
4,0
73
18
1,0
400
605
295
10
35
30
4,3
63
15
1,0
370
594
290
11
45
15
4,0
65
17
1,1
350
550
300
12
40
20
3,2
72
16
1,2
400
580
280
Графическая часть
В,
мм
Стрела
Б,
мм
Расчетное
сварное соединение
А,
мм
Опоры пяты стрелы с остовом стрелы
kН
-
Опоры основных
головных блоков с
остовом стрелы
γ1,
кН
М3
Материал
Pο1 ,
Кн
Сталь
Ст 3 сп
L,
м
Сталь
09 г2с
φ,
град.
Сталь
10ХСНД
α,
град.
Сталь
15ХСНД
Номер
варианта
Исходные данные
Наибольшие напряжения в сечениях верхней части стрелы (выше
напорного вала) возникают при действии максимального усиления в канатах
подъема. При этом направление канатов подъема, сбегающих с блоков головы стрелы, образует прямой угол с продольной осью стрелы.
На стрелу и рукоять действуют следующие нагрузки: P01 – сопротивление грунта копанию: GК  Г – сила тяжести ковша с грунтом; GР – сила тяжести рукояти; GС – сила тяжести стрелы; GH – сила тяжести напорного механизма; S П – усилие в подъемном канате; S С – усилие в стреловом канате;
ROX , ROY – реакция в пяте стрелы.
Неизвестными являются: S П , S C , GK  Г , ROX , ROY .
Порядок расчета.
1.
Определяют силу тяжести ковша с грунтом:
GК  Г  GK  VK  1k H .
(8)
2.
Рассматривают равновесие рукояти. Составляют уравнение моментов относительно точки O2 :  М O  0 - и находят 2S П .
3.
Рассматривают равновесие системы «стрела-рукоять»: составляют уравнение моментов относительно точки O1 :  М O1  0 - и находят S C : составляют уравнение проекций на ось Х: ∑ Х = 0 - и определяют ROX ; составляют уравнение проекций на ось Y: ∑ Y = 0 - и находят ROY .
2
9
4.
Последовательно рассматривая равновесие части стрелы длиной
lI , lII , lIII , определяют изгибающие моменты в вертикальной плоскости, а также продольные и поперечные силы, действующие в сечениях I – I, II – II, III – III (рис. 3).
5.
Находят суммарные нормальные, касательные и приведенные
напряжения в точках сечений I – I, II – II, III – III (рис. 3).
4.2. СХЕМА 2. ОДНОБАЛОЧНАЯ РУКОЯТЬ РАБОЧЕГО
ОБОРУДОВАНИЯ ЭКСКАВАТОРА ПРЯМАЯ ЛОПАТА
Расчетная схема и необходимые сечения показаны на рис. 4 и рис. 5.
Рис. 4. Расчётная схема однобалочной рукояти рабочего оборудования
экскаватора прямая лопата
10
На рис. 4: а = 1,5 м; в = 3,6 м; L = 3,0 м; е = 0,5 м; l = 4,2 м; lI = 2,5 м;
lII = 0,5 м; r = 3,8 м; GР = 14 кН; GК = 16 кН; VК = 1,25 м3.
Рис. 5. Сечения однобалочной рукояти
Исходные данные для проектирования представлены в табл. 2.
11
Таблица 2
Исходные данные для расчёта однобалочной рукояти рабочего
оборудования экскаватора прямая лопата
А,
мм
Н,
мм
В,
мм
1
90
70
7
20
1,2
18
140
300
324
2
90
50
5
20
1,0
18
145
305
329
3
90
50
8
15
0,9
18
148
310
334
4
90
60
6
18
1,0
18
138
302
326
5
90
40
8
14
0,9
16
150
304
320
6
45
60
8
14
1,0
16
155
290
314
7
45
65
10
18
1,1
18
152
292
316
8
45
70
75
20
1,2
18
142
294
318
9
30
60
7
18
1,2
17
144
296
320
10
30
65
8
15
1,0
17
146
298
322
11
30
50
9
18
1,1
16
150
310
324
12
30
70
8
20
1,2
18
140
305
314
Однобалочная рукоять
γ1 ,
кН
М3
Расчетное
сварное соединение
Графическая
часть
kН
Соединение верхней и нижней полок с боковыми стенками
PБ,
кН
Материал
Pο 2 ,
кН
Сталь
Ст 3
град.
Pο 1 ,
кН
Сталь
09Г2С
γ1 ,
Сталь
Сталь
15ХСНД 10ХСНД
Номер
варианта
Исходные данные
Расчет на прочность рукояти производят в расчетном положении, когда
в процессе копания грунта при горизонтальной рукояти в подъемных канатах
действуют наибольшие усилия.
На рукоять действуют следующие нагрузки: P01 , P02 , PВ – сопротивление
грунта копанию; GK  Г – сила тяжести ковша с грунтом; GP – сила тяжести
рукояти; 2S П – усилие в подъемном канате; S H – усилие напора; R В – реакция на напорном вале; М , Rr – реакция в седловом подшипнике.
Неизвестными являются: GK  Г , S П , S H , RB , M , Rr .
Порядок расчета.
1.
Определяют силу тяжести ковша с грунтом по формуле (8).
2.
Рассматривают равновесие рукояти. Составляют уравнение моментов относительно точки О: ∑ М0 = 0 - и определяют усилие в подъемном
канате 2S П ; составляют уравнение проекций на ось Y: ∑ Y = 0 - и находят R B ;
составляют уравнение проекций на ось Х: ∑ Х = 0 - и определяют S H .
3.
Находят изгибающие моменты, действующие в вертикальной и
горизонтальной плоскостях, а также продольные сжимающие силы и крутящий момент в сечениях I – I, II – II (рис. 5).
4.
Определяют суммарные нормальные, касательные и приведенные
напряжения в точках сечений I – I, II – II (рис. 5).
12
4.3. СХЕМА 3. СТРЕЛА И РУКОЯТЬ РАБОЧЕГО
ОБОРУДОВАНИЯ ЭКСКАВАТОРА ОБРАТНАЯ ЛОПАТА
Расчетная схема и необходимые сечения показаны на рис. 6 и рис. 7.
Рис. 6. Расчётная схема стрелы рабочего оборудования обратная лопата
На рис. 6: h1 = 200 мм; l1 = 300 мм; lЦС = 500 мм; lЦР = 1000 мм; lР = 1000 мм;
LС1 = 2000 мм; LС2 = 3000 мм; LР1 = 1000 мм; LР2 = 5000 мм; GС = 19500 Н;
GР = 15000 Н; RК = 1000 мм.
13
Рис 7. Сечения стрелы рабочего оборудования обратная лопата
Исходные данные для проектирования представлены в табл. 3.
Наибольшие усилия в сечениях стрелы и рукояти возникают при копании с максимально опущенной стрелой.
На стрелу и рукоять действуют следующие нагрузки: P01 , P02 – сопротивление грунта копанию; GK  Г – сила тяжести ковша с грунтом; GP – сила
тяжести рукояти; GС – сила тяжести стрелы; RCY , RСX – реакции в пяте стрелы; RАY , RАX – реакции в пяте рукояти.
Неизвестными являются: GK  Г , РР , РС , RCY , RСX , RАY , RАX .
1. Копание поворотом ковша не рассматриваем.
2. Определяем силу тяжести ковша с грунтом по формуле (8).
14
3.
Рассмотрим процесс копания поворотом рукояти. Рассмотрим
равновесие рукояти относительно точки С. Составляем уравнение моментов
относительно точки С: ∑МС = 0 - и определяем неизвестную величину РР .
Таблица 3
Исходные данные для расчёта стрелы рабочего оборудования обратная лопата
Номер
варианта
Исходные данные
α
мм
β
мм
GК
кН
qК
м3
Р01
кН
Р02
кН
1
-20
10
5
0,65
5
10
2
0
30
5
0,65
10
15
3
20
45
8
1,0
10
15
4
30
60
8
1,0
20
25
5
45
90
8
1,6
25
30
6
0
120
8
1,6
35
40
7
-20
120
12
0,65
5
10
8
0
90
12
0,65
10
15
9
20
60
12
1,0
10
15
10
30
45
12
1,0
20
25
11
45
30
12
1,6
25
30
12
0
10
12
1,6
35
40
Материал
Сталь Ст 3
Сталь 09Г2С
Сталь 10ХСНД
Сталь 15ХСНД
4.
Рассмотрим процесс копания поворотом стрелы при неподвижной рукояти. Рассмотрим равновесие стрелы относительно точки А. Составляем уравнение моментов относительно точки А: ∑ МА = 0 - и определяем неизвестную величину РС .
5.
Рассматриваем равновесие рукояти и определяем реакции в шарнире С. Для этого составляем сумму проекций на вспомогательные оси X 1 и Y1 .
Составляют уравнение проекций на ось Y1: ∑ Y1 = 0 - и находят реакцию RCY .
Составляют уравнение проекций на ось Х1: ∑ Х1 = 0 - и определяют реакцию
RСX .
6.
Рассматривают равновесие стрелы и рукояти. Определяем реакции в шарнире А. Составляют уравнение проекций на ось Y2: ∑ Y2 = 0 - и
находят реакцию RАY . Составляют уравнение на ось Х2: ∑ Х2 = 0 - и определяют реакцию RАX .
7.
Последовательно рассматривая равновесие участков стрелы и рукояти, находят изгибающие моменты в вертикальной плоскости, а также
продольные и поперечные силы в сечениях I – I, II – II, III – III стрелы и рукояти (рис. 6).
15
8.
Определяют суммарные нормальные напряжения от действия изгибающего момента и продольных сил, касательные напряжения от действия
поперечных сил, а также приведенные в точках сечений I – I, II – II, III – III
стрелы (рис. 7).
4.4. СХЕМА 4. РАМА БУЛЬДОЗЕРА С НЕПОВОРОТНЫМ
ОТВАЛОМ
Расчетная схема и необходимые сечения показаны на рис. 8 и рис. 9.
Рис. 8. Расчётная схема рамы бульдозера с неповоротным отвалом
16
Рис 9. Сечения толкающего бруса
Исходные данные для проектирования представлены в табл. 4.
Расчет толкающей рамы бульдозера с неповоротным отвалом производится по расчетной схеме, соответствующей моменту упора отвала в препятствие при копании грунта в процессе выглубления.
На раму бульдозера действуют следующие внешние нагрузки:
PX , PY , PZ – составляющие сопротивления грунта копанию (считаются заданными); RАX , RАY , RAZ , RCX , RCY , RCZ – составляющие реакции в местах крепления
толкающих брусьев к раме базовой машины (подлежат определению);
PЦА , РЦП – усилия в гидроцилиндрах (подлежат определению).
17
Таблица 4
Исходные данные для расчёта рамы бульдозера с неповоротным отвалам
Номер
варианта
Исходные данные
L,
м
l1 ,
м
l2 ,
м
l3 ,
м
в,
м
в1 ,
м
в2 ,
м
в3 ,
м
h,
м
1
2
2,5
3,0
2,0
2,3
2,25
2,7
3,0
3,25
1,5
1,5
1,7
1,7
2,5
2,5
0,3
0,35
0,2
0,3
3
4
3,5
3,5
2,8
3,0
3,2
3,25
3,9
4,0
0,7
0,8
1,8
2,3
3,0
3,5
0,35
0,4
0,2
0,3
5
3,7
3,0
3,35
4,2
0,4
2,0
3,0
0,4
0,4
6
7
4,0
4,3
3,3
3,5
3,75
4,0
4,5
4,8
0,1
0,2
2,1
2,5
3,5
3,5
0,4
0,45
0,4
0,3
8
4,5
3,7
4,0
5,0
2,0
2,8
4,0
0,5
0,3
9
4,8
4,0
4,3
5,3
1,8
3,2
4,0
0,5
0,4
10
5,2
4,2
4,8
5,7
2,3
3,2
4,2
0,5
0,5
11
3,6
3,0
3,2
4,1
1,6
2,0
2,8
0,3
0,2
12
4,6
4,0
4,0
4,1
1,5
2,5
4,0
0,4
0,3
Окончание табл. 4
5
4,5
75
30
60
А
2
50
-
5,0
75
30
60
А
3
60
12
6,5
75
45
60
А
4
80
-
7,5
75
45
60
А
5
100
10
8,0
75
45
60
Б
6
70
9
16
70
35
50
А
7
90
-
20
65
32
65
Б
8
80
16
25
70
30
60
Б
9
100
5
30
75
35
60
Б
10
120
10
25
70
30
50
Б
11
50
8
18
70
30
55
А
12
90
5
20
65
30
60
Б
18
Графическая
часть
40
Толкающий брус
1
Расчетное
сварное
соединение
Тип
сечения
Опора откоса с
брусом
γ,
град
Опора трактора с
брусом
β,
град
Материал
α,
град
Сталь
Ст3
РZ,
кН
Сталь
09Г2С
РY,
кН
Сталь
10ХСНД
РХ,
кН
Сталь
15ХСНД
Номер
варианта
Исходные данные
Порядок расчета.
Для расчета толкающих брусьев, раскосов и подкосов необходимо
определить усилия в местах сочленения толкающих брусьев, раскосов, подкосов и отвала: RВX , RВY , RВZ , RDX , RDY , RDZ – составляющие реакции в местах
крепления толкающих брусьев к отвалу; PПЛ , PПП , PРЛ , РРП – усилия в правых и
левых подкосах и раскосах.
Расчленив раму на основные элементы и заменив подкосы и раскосы
усилиями, действующими в них, получают схему, приведенную на рис. 10.
Рис. 10. Расчётная схема
1. Рассматривают равновесие системы «толкающие брусья – отвал».
Составляют уравнение моментов относительно оси Y2: ∑ МY2 = 0 - и учитывая, что цилиндры связаны между собой гидравлически PЦ  PЦП  PЦЛ (т.е.
усилия в них равны), находят усилия в гидроцилиндрах РЦ .
2. Составляют уравнение моментов относительно оси Х: ∑ МХ = 0 - и
определяют реакцию R AZ .
3. Составляют уравнение моментов относительно оси Х1: ∑ МХ1 = 0 - и
находят реакцию RCZ .
19
4. Рассматривают равновесие толкающего бруса AB . Составляют уравнение моментов относительно оси Y1: ∑ МY1 = 0 - и определяют усилие в ле . Составляют уравнение проекций на ось Z1 : ∑ Z1 = 0 - и
вом раскосе PРЛ  PРЛ
находят реакцию RBZ .
5. Рассматривают равновесие толкающего бруса CD .
Составляют уравнение моментов относительно оси Y1: ∑ МY1 = 0 - и опреде . Составляют уравнение проекций на
ляют усилие в правом раскосе PРП  PРП
ось Z: ∑ Z = 0 - и находят реакцию RDZ .
6. Рассматривают равновесие системы «толкающие брусья – отвал».
Составляют уравнение моментов относительно оси Z′: ∑ MZ′ = 0 - и определяют реакцию RАX . Составляют аналогичное уравнение относительно оси
Z 1 и находят реакцию RCX .
7. Толкающие брусья с раскосами, подкосами и отвалом в горизо нтальной плоскости представляют один раз статически неопределимую систему. Решение такой системы может быть выполнено методом сил. Рассматривают наиболее тяжелый случай нагружения толкающего бруса, когда гор изонтальную реакцию, действующую по оси Y2 , воспринимает только одна
опора C . В этом случае брус CD будет иметь самую большую нагрузку и силы, действующие на брус AB в горизонтальной плоскости, будут равны нулю
  RBY  R ПА
  R ГЛ  0. Рассматривая равновесие бруса AB , составляR AY  RBY
ют уравнение проекций сил на ось Х1: ∑ Х1 = 0 и находят реакцию RВX .
8.
Рассматривают равновесие отвала. Составляют уравнение моментов относительно Z: ∑ MZ = 0 - и определяют усилие в правом подкосе PПП .
9. Рассматривают равновесие бруса СD . Составляют уравнение моментов относительно оси Z: ∑ MZ = 0 - и находят реакцию RСY . Составляют уравнение проекции на ось X: ∑ X = 0 - и определяют реакцию RDX . Составляют
уравнение моментов относительно оси Z′: ∑ MZ′ = 0 - и находят реакцию RDY .
10. Для толкающего бруса СD строят эпюру изгибающих моментов в
вертикальной плоскости и определяют значение изгибающего момента в сечении I – I (рис. 9). Затем строят эпюру изгибающего момента в горизонтальной плоскости и находят значение изгибающего момента в сечении II – II
(рис. 9). После этого строят для толкающего бруса СD .
11. Определяют суммарные нормальные напряжения от действия изгибающих моментов и усилий сжатия в точках сечений I – I, II – II (рис. 9).
12. Находят нормальные напряжения растяжения – сжатия в поперечных сечениях правого раскоса и подкоса.
20
4.5. СХЕМА 5. ТЯГОВАЯ РАМА СКРЕПЕРА
Расчетная схема и необходимые сечения показаны на рис. 11 и рис. 12.
Рис. 11. Расчётная схема тяговой рамы скрепера
21
На рис. 11: а = 0,104 м; аI = 0,68 м; аII = 2,95 м; аIII = 1,168 м; в = 3,2 м;
в1 = 1,37 м; в2 = 0,23 м; в3 = 0,4 м; с = 0,51 м; с1 = 0,51 м; d = 2,18 м; f = 0,485м;
к = 3,19 м; l = 3,25 м; m = 0,8 м; n = 0,265 м.
Рис. 12. Сечения тяговой рамы скрепера
Исходные данные для проектирования представлены в табл. 5.
За расчетное для тяговой рамы принимается положение, соответствующее началу выглубления полностью загруженного ковша скрепера в конце
процесса копания грунта. На тяговую раму скрепера действуют следующие
внешние нагрузки: RD1 , RC1 , R Ш – реакция седельно-сцепного устройства тя2 РЦ
гача;
–
усилия
в
гидроцилиндрах
подъема
ковша;
22
RОX , RОY , RОZ , RВX , RВY , RВZ – составляющие реакции в местах крепления тяго-
вой рамы к боковым стенкам ковша.
Неизвестными являются RОX , RОY , RОZ , RВX , RВY и RBZ .
Порядок расчета.
1. Составляют уравнение моментов относительно оси Z: ∑ MZ = 0 - и
находят реакцию ROX .
2. Составляют уравнение моментов относительно оси Z′: ∑ MZ′ = 0 - и
определяют реакцию RВX .
3. Составляют уравнение проекций на оси Z и Z  и, учитывая симметрию приложения нагрузки и симметрию рамы, находят реакции RВZ  ROZ .
4. На реакции RCY и RBY оказывают влияние только усилия, лежащие в
плоскости рамы. Расчетная схема в этом случае будет иметь вид, показанный
на рис. 12.
Таблица 5
Исходные данные для расчёта тяговой рамы скрепера
Исходные данные
Номер
варианта
RD1,
Н
Rc1,
Н
Rш,
Н
2Rc,
Н
α,
град
1
1050
1500
250
600
15
2
1000
1400
200
580
10
3
4
950
920
1350
1300
180
150
550
520
20
25
5
900
1250
120
500
20
6
7
850
480
1200
720
100
150
480
560
25
25
8
420
700
130
540
20
9
370
650
100
510
15
10
320
600
120
480
15
11
270
550
150
560
10
12
250
500
140
420
15
Материал
Сталь Ст 3
Сталь 09Г2С
Сталь 10ХСНД
Сталь 15ХСНД
На этой схеме RC 1  RC1 cos  , RD 1  RD1 cos  , RШ  RШ sin  . Рама по схеме
рис. 13 является один раз статически неопределимой системой. Решение системы производят методом сил. Составляют основную систему с неизвестным усилием x1 , приложенным вместо отброшенной лишней связи и канонического уравнения x111  1P  0 , находят неизвестное усилие:
x1  
1P
 11
23
.
(9)
Для определения коэффициентов 1Р и  11 строят эпюры изгибающих
моментов М 1 от единичной силы x1  1 и внешних нагрузок M P . По правилу
Верещагина, перемножая соответствующие эпюры, находят значения коэффициентов. Затем строят суммарную эпюру изгибающих моментов M  , предварительно определив ординаты эпюры изгибающих моментов М X1 от силы x1 .
Рис. 13. Расчётная схема
5. Строят эпюру изгибающих моментов для рамы в вертикальной плоскости и определяют значение изгибающего момента в сечении I – I арки хобота, в сечении II – II поперечной балки и сечении III – III продольной балки
(рис. 12).
6. Строят эпюры растягивающих усилий от действия проекций нагрузок на направления участков балки.
7. Определяют крутящий момент, действующий в сечении II – II
(рис. 12) поперечной балки рамы.
8. Находят суммарные нормальные напряжения в точках сечения I – I
(рис. 12) от действия растягивающего усилия N и изгибающего момента
M I в вертикальной плоскости, как для криволинейного стержня:
для наружных волокон по формуле
H  
N M I z1

,
F
SR1
(10)
где F – площадь сечения I – I; z1 – расстояние от нейтральной оси до наружных
волокон; R1 – радиус кривизны наружных волокон; S  Fz 0 – статический момент
(здесь z 0 – расстояние от центра тяжести до нейтральной оси);
для внутренних волокон
B  
N M I z2

,
F
SR2
24
(11)
где z 2 – расстояние от нейтральной оси до внутренних волокон; R2 – радиус
кривизны внутренних волокон.
Определяют приведенное напряжение от действия изгибающих моментов в вертикальной и боковой плоскостях и крутящего момента в точках сечений II – II (см. рис. 12).
Находят суммарное нормальное напряжение в точках сечений III – III
(см. рис. 12) от действия изгибающего момента в вертикальной и боковой
плоскостях и усилия растяжения.
4.6. СХЕМА 6. ОСНОВНАЯ РАМА АВТОГРЕЙДЕРА
Расчетная схема и необходимые сечения показаны на рис. 14 и рис. 15.
Рис. 14. Расчётная схема основной рамы автогрейдера
25
На рис. 14: а = 0,15 м; а1 = 0,52 м; а2 = 0,426 м; а3 = 0,512 м; в = 1,47 м;
в1 = 0,34 м; в2 = 0,24 м; в3 = 0,276 м; с = 1,98 м; с1 = 0,4 м; с2 = 0,16 м; d = 2,25
м; d1 = 0,56 м; е = 1,872 м; f = 3,6 м; f1 = 4,4 м; к = 2,598 м; к1 = 1,5 м; L = 6,1
м; m = 0,878 м; m1 = 0,746 м; m2 = 1,0 м; n = 3,236 м; 2Р1 = 4 кН; 2Р2 = 6 кН;
2Р3 = 1,2 кН; 2Р4 = 0,8 кН.
Рис 15. Сечения основной рамы автогрейдера
Исходные данные для проектирования представлены в табл. 6.
26
Номер
варианта
Таблица 6
Исходные данные для расчёта основной рамы автогрейдера
Исходные данные
RYI,
кН
RYII,
кН
RYIII,
кН
Т,
кН
RZIII,
кН
RfIII,
кН
PОХ,
кН
1
2
35,77 25,03 28,00 40,00
36,78 27,14 29,75 42,50
4,00
2,15
60,20 60,20
60,55 60,55
3
4
41,79 29,85 31,50 45,00
44,80 31,36 33,25 47,50
3,20
4,75
5
47,81 33,67 38,00 50,00
6
7
PОY,
кН
PОZ,
кН
PDX,
кН
PDY,
кН
PDZ,
кН
69,83 30,60
70,23 32,97
5,30
5,33
30,10
30,27
5,30
5,33
60,90 60,90
61,25 61,25
70,64 35,34
71,05 37,71
5,36
5,39
30,45
30,52
5,36
5,39
2,80
61,00 61,00
71,45 40,08
5,42
30,80
5,42
30,82 36,88 38,75 52,30
53,83 37,69 38,50 55,00
5,25
2,25
61,95 61,95
62,30 62,30
71,87 42,45
72,28 44,82
5,45
5,48
30,98
31,16
5,45
5,48
8
56,84 33,80 40,25 57,50
5,75
62,65 62,65
72,69 47,19
5,51
31,34
5,51
9
59,85 41,91 42,00 60,00
3,00
63,00 63,00
73,10 49,56
5,54
31,52
5,54
10
62,86 44,02 43,72 62,50
6,25
63,35 63,35
73,51 51,93
5,57
31,70
5,57
11
65,87 46,13 45,47 65,00
3,25
63,70 63,70
73,92 54,30
5,60
31,88
5,60
12
68,88 48,24 47,25 67,50
6,75
64,05 64,05
74,33 56,67
5,63
32,06
5,63
РВХ,
кН
РВY,
кН
РВZ,
кН
РZI+
РZII,
кН
1
5,68
1,87
35,99
9,74
18,92
79,18
86,00
2
5,63
1,85
35,66
9,65
18,12
78,44
86,50
3
5,58
1,83
35,33
9,56
17,95
77,73
87,00
4
5
6
7
5,53
5,45
5,37
5,29
1,81
1,79
1,77
1,75
35,00
34,67
34,34
34,01
9,47
9,38
9,29
9,20
17,78
17,61
17,44
17,27
77,00
76,27
75,54
74,81
87,50
88,00
88,50
89,00
8
5,21
1,73
33,68
9,11
17,10
74,08
89,50
9
5,13
1,71
33,35
9,02
16,93
73,35
90,00
10
5,05
1,69
33,02
8,93
16,70
72,62
90,50
11
4,97
1,67
32,69
8,84
16,59
71,89
91,00
12
4,89
1,65
32,36
8,75
16,42
71,16
91,50
27
Материал
Сталь Ст3
Сталь
09Г2С
Сталь
10ХСНД
Сталь
15ХСНД
Хребтовая балка
РСZ,
кН
Подмоторная рама
РСY,
кН
Опора рамы с лонжероном рамы
РСХ,
кН
Расчетное
сварное
соединение
Графическая
часть
Исходные данные
Опора тяговой
рамы с хребтовой
балкой
Номер
варианта
Окончание табл. 6
За расчетное принимают положение, когда на автогрейдер действуют
максимальные нагрузки в конце процесса зарезания грунта, при этом передний мост частично вывешен и упирается в край кювета, ведущие колеса
находятся на пределе полного буксования, отвал копает грунт одним краем, а
автогрейдер наклонен под некоторым углом к горизонту. В курсовой работе с
целью упрощения принято, что наклон автогрейдера к горизонту отсутствует.
Порядок расчета.
Рассматривают равновесие автогрейдера в вертикальной и горизонтальной плоскостях под действием собственного веса G и составляющих
силы сопротивления грунта копанию PX , PY и PZ .
Учитывая шарнирное крепление к основной раме балансирных тележек
и балки переднего моста, находят: сумму вертикальных реакций заднего и
среднего колес в шарнирах крепления правой RZI и левой RZII балансирной
тележек; силу тяги T : боковые реакции грунта на правую RYI и левую RYII
балансирные тележки; силу сопротивления качению переднего моста PfIII ,
вертикальную RZIII и боковую RYIII реакции переднего моста, действующие на
основную раму.
Рассматривают равновесие тяговой рамы с отвалом и находят: составляющие реакции крепления тяговой рамы к основной РOX , POY , POZ ; составляющие реакции крепления к основной раме гидроцилиндра выноса тяговой
рамы PDX , PDY и PDZ ; составляющие реакции крепления к основной раме
правого гидроцилиндра подъема тяговой рамы PВX , PВY и PВZ ; составляющие
реакции крепления к основной раме левого гидроцилиндра подъема тяговой
рамы PСX , PСY и PСZ .
В курсовой работе все указанные выше усилия и силы тяжести агрегатов:
радиатора 2Р1 , двигателя 2Р2 , кабины 2Р3 и топливного бака 2Р4 - заданы.
1. Строят эпюру изгибающих моментов для рамы в вертикальной плоскости до точки приложения силы 2Р4 с левого конца рамы, а затем с правого конца до этой же точки. Определяют значение изгибающего момента в сечениях I – I, II – II (рис. 15).
2. Строят эпюру изгибающих моментов для рамы в горизонтальной
плоскости. Подмоторная часть рамы представляет собой замкнутый контур,
который три раза статически неопределим. Решение этой статически неопр еделимой системы производят методом сил. На рис. 16 показана основная система подмоторной части рамы.
Неизвестными силами являются x1 , x2 и момент x3 .
Их находят из системы канонических уравнений
 x1 11  x212  x3 13  1P  0;

 x1 21  x2 22  x3 23   2 P  0;
 x   x   x     0.
2 32
3 33
3P
 1 31
28
(12)
Рис. 16. Схема подмоторной части
Для определения коэффициентов при неизвестных силах и свободных
членах строят эпюры изгибающих моментов М1, М 2 , М 3 от единичных сил
x1  1, x2  1, x3  1 и внешних нагрузок RYI и RYII , а также эпюру M P .
Так как эпюры единичных сил М 2 и М 3 симметричны, а эпюра М 1 кососимметрична, то 12   21  13   31  0 , а канонические уравнения (12) принимают следующий вид:
 x1 11  1P  0;

 x2 22  x3 33   2 P  0;
 x   x     0.
3 33
3P
 2 32
(13)
Вычисление коэффициентов и свободных членов канонических уравнений (13) производят по правилу Верещагина перемножением соответс твующих эпюр от единичных и внешних сил. После подстановки в систему (13)
найденных коэффициентов и свободных членов путем решения находят неизвестные x1 , x2 и x3 . Умножая ординаты эпюр единичных сил М1 , М 2 и М 3
значения x1 , x2 и x3 , получают эпюры изгибающих моментов M X , M X и M X 3
от действия сил x1 , x2 и момента x3 . Суммируя с учетом знака ординаты
эпюр M X , М X , M X и M P , находят суммарную эпюру изгибающих моментов
M  для подмоторной части рамы в горизонтальной плоскости. Обычным
способом строят эпюру изгибающих моментов в горизонтальной плоскости
на остальной части рамы, начиная с точки приложения силы RYIII . Затем
определяют значение изгибающего момента в сечениях I – I, II – II (рис. 15).
3. Определяют крутящий момент в сечении II – II (рис. 15) от действия
реакций PDZ , PDY в плоскости, перпендикулярной продольной оси рамы.
1
1
2
3
29
2
4. Определяют нормальные напряжения в точках сечения I – I (рис. 15)
от действия изгибающих моментов в вертикальной и горизонтальной плоскостях.
Определяют нормальные напряжения в точках сечения II – II (рис. 15)
от действия изгибающих моментов в вертикальной и горизонтальной плоскостях и сжимающего усилия Т : РDX ; касательные напряжения от действия
крутящего момента, а также приведенные напряжения.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Дарков, А.В. Строительная механика: учебник. – изд. 9-е,
испр./А.В.Дарков. – СПб.; М.; Краснодар: Лань, 2004. – 655 с.
2. Дипломное проектирование по специальности 190205. Требование к
составу и оформлению: учебн.-метод. пособие / В.А. Жулай, Ю.М. Бузин, В.Н. Геращенко, И.А. Шамаев, А.Н. Щиенко; Воронеж. гос. арх.строит. ун-т. – Воронеж, 2009. – 62 с.
3. Живейнов, Н.Н. Строительная механика и металлоконструкции строительных и дорожных машин./ Н.Н. Живейнов, Г.Н. Карасев, И.Ю Цвей.
- М.: Машиностроение, 1988. – 280 с.
4. Металлические конструкции: учебник для вузов / под ред. Кудишина. –
8-е изд., перераб. и доп. – М.: Academia, 2006. – 680 с.
5. Ряхин, В.А. Долговечность и устойчивость сварных конструкций строительных и дорожных машин./ В.А. Ряхин, Г.Н. Мошкарев – М.: Машиностроение, 1984. – 305с.
6. Саргсян, А.Е. Строительная механика. Механика инженерных конструкций. изд. 2-е, стер./ А.Е. Саргсян.- М.: Высш. шк., 2008 – 461 с.
7. Проектирование металлических конструкций строительных и дорожных машин./ В.Д. Шевченко. – Киев: Высшая школа, 1982. – 168 с.
30
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1. Содержание курсовой работы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2. Тематика курсовой работы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3. Указания к выполнению курсовой работы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4. Исходные данные и порядок выполнения расчета. . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.1. Схема 1. Стрела рабочего оборудования экскаватора
прямая лопата. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.2. Схема 2. Однобалочная рукоять рабочего
оборудования экскаватора прямая лопата. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.3. Схема 3. Стрела и рукоять рабочего оборудования
экскаватора обратная лопата. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.4. Схема 4. Рама бульдозера с неповоротным
отвалом. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.5. Схема 5. Тяговая рама скрепера. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
4.6. Схема 6. Основная рама автогрейдера. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Библиографический список. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
3
4
4
7
7
8
8
9
12
14
17
СТРОИТЕЛЬНАЯ МЕХАНИКА И
МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ КОНСТРУКЦИИ
Методические указания
к выполнению курсовой работы для студентов спец. 190205 «Подъёмнотранспортные, строительные, дорожные машины и оборудование», 270113
«Механизация и автоматизация строительства» и бакалавров техники и
технологии направления 190100 «Наземные транспортные системы»
Составители: Вячеслав Николаевич Геращенко
Евгений Иванович Никаноров
Виктор Владимирович Гудков
Виталий Леонидович Тюнин
Редактор: Акритова Е.В.
Подписано в печать 19.01.11 г. Уч.-изд. л. 1,9. Усл.-печ. л. 2,0.
Формат 6084 1/16. Тираж 100 экз. Заказ № 25 . Бумага писчая.
__________________________________________________________________
Отпечатано: отдел оперативной полиграфии издательства учебной
литературы и учебно-методических пособий Воронежского государственного
архитектурно-строительного университета
394006 г. Воронеж, ул. 20-летия Октября, 84
31
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
12
Размер файла
1 951 Кб
Теги
металлических, механика, конструкции, 698, строительная
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа