Економічні аспекти нових методів розрахунків канатних барабанів

Размещено на http://www.allbest.ru/

Економічні аспекти нових методів розрахунків канатних барабанів

1. Актуальність

барабан вантажопідйомний кран

При проектуванні деталей машин дуже часто в розрахунках використовують завищені запаси міцності, що приводить до необґрунтованого підвищення металоємкості машини.

2. Основний матеріал

При навивці каната на барабан в його стінці виникають напруження стиснення, згину та кручення. Основними являються напруження стиску, які визначають по теорії напруженого стану кільця, яке навантажене рівномірно розподіленим по його зовнішній поверхні тиском.

Напруження стиску визначаємо по формулі [1]

(1)

де - допустиме напруження, яке залежить від групи режиму роботи і матеріалу барабана.

Напруження згину в стінці барабана визначається по формулі

, (2)

де - момент згину

- максимальне натягнення канату;

- момент опору згину поперечного перерізу барабана.

Напруження від моменту кручення

, (3)

де - момент кручення

- момент опору кручення поперечного перерізу барабана

Сумарні напруження для стальних барабанів визначають за звичай по наступній формулі

(4)

Приведений метод розрахунку кранового барабана приводять в інженерних розрахунках. Але треба мати на увазі, що він являється наближеним, тому що тіло барабана приймається як труба безкінечної довжини. Крім цього, в ньому не враховуються місцеві напруження в з'єднані обичайки з торцевою стінкою та біля установлених ребер жорсткості.

Більш точний розрахунок у випадку необхідності треба проводити, розглядаючи барабан як циліндричну оболонку, яка підкоряється як напруженням стиску, так і напруження згину біля торцевих стінок та ребер жорсткості, якщо такі є.

Крім цього, треба враховувати, що стінка барабана, яка навантажена радіальним тиском від витків канату, може втратити стійкість.

При розрахунку на стійкість запас стійкості циліндричної стінки приймають з умови

, (5)

де - рекомендований запас стійкості;

для сталевих барабанів,

для чавуних барабанів,

- критичне напруження в циліндричній стінці

, (6)

де - модуль пружності матеріалу стінки барабану

- коефіцієнт, який враховує вплив деформації стінки барабана і каната.

де - модуль пружності каната

- площа перерізу всіх дротинок каната

Критичні напруження не повинні бути більш для сталевих барабанів і більше для чавунних барабанів.

Використовуючи уточнені методи розрахунків можна значно зменшити розміри барабана.

Критичне навантаження барабана можна визначити по формулі [2]

, (7)

де - циліндрична жорсткість оболонки

n - кількість напівхвиль

- коефіцієнт, який враховує жорсткість з'єднання лобовини з обичайкою.

, (8)

де

,

деr - радіус ступиці;

- коефіцієнт Пуассона;

- товщина лобовини.

Розрахунки канатних барабанів показують, що при геометричних параметрах, які відповідають реальним барабанам, втрата стійкості обичайки має місце при n = 2…4, причому основній масі конструкцій відповідає n = 3.

При цьому ми отримаємо формулу

 (9)

або

(10)

Призначаючи ми отримаємо рівняння, яке пов'язує параметри та . Наприклад, для барабанів з сталі 20, яка має межу текучості  МПа приймаємо  МПа, тоді при  МПа отримаємо

Проводимо розрахунок барабана, виходячи з його геометричних параметрів: діаметр барабана  мм, довжина барабана  мм, матеріал барабана - сталь 20 з межою міцності на стиснення  МПа, діаметр каната  мм, товщина стінки барабана мм.

Визначаємо коефіцієнт, який враховує вплив деформації стінки барабана

Напруження стиску

МПа

Напруження згину

МПа

Напруження кручення

МПа

Сумарне напруження

МПа

Визначимо коефіцієнти С і

Тоді коефіцієнт, який враховує жорсткість з'єднання лобовини з обичайкою

Визначаємо критичне навантаження

МПа

Навантаження барабана від дії намотаного каната

МПа

Тоді запас по навантаженню буде визначатися

Критичне напруження

МПа

Запас міцності по напруженням

Як бачимо, запаси міцності і стійкості досить великі. Приймаємо товщину обичайки барабана 11 мм. Тоді напруження стиску буде дорівнювати

МПа

Критичне навантаження

МПа

Критичні напруження

МПа

Запас стійкості по навантаженню

Як бачимо, після зменшення товщини обичайки барабана ми маємо значні запаси міцності, тобто надійність роботи барабана не зменшується.

Металоємкість барабана зменшується. Визначаємо вагу барабана до модернізації

кг

Вага барабана після модернізації

Зменшення ваги барабана складає

кг

Висновки

Проведені розрахунки показують, що застосування нових уточнених методів розрахунків барабанів може зменшити суттєво вагу не тільки барабана, але і самого вантажопідйомного крана.

Список використаних джерел

1. Александров М. П. Грузоподъемные машины / М. П. Александров. - М. : Высшая школа, 2000. - 552 с.

2. Фідровська Н. М. Канатні барабани : моногр. / Н. М. Фідровська ; Укр. інж.-пед. акад. - Х. : НТМТ, 2011. - 195 с.

Размещено на Allbest.ru