VYSOKÉ UENÍ TECHNICKÉ V BRN BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV AUTOMOBILNÍHO A DOPRAVNÍHO INŽENÝRSTVÍ FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING INSTITUTE OF AUTOMOTIVE ENGINEERING JEÁB SLOUPOVÝ DERRICK CRANE BAKALÁSKÁ PRÁCE BACHELOR S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR MARTIN KOBZÍK doc. Ing. JIÍ MALÁŠEK, Ph.D. BRNO 2012
Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství Ústav automobilního a dopravního inženýrství Akademický rok: 2011/2012 ZADÁNÍ BAKALÁŘSKÉ PRÁCE student(ka): Martin Kobzík který/která studuje v bakalářském studijním programu obor: Stavba strojů a zařízení (2302R016) Ředitel ústavu Vám v souladu se zákonem č.111/1998 o vysokých školách a se Studijním a zkušebním řádem VUT v Brně určuje následující téma bakalářské práce: v anglickém jazyce: Jeřáb sloupový Derrick crane Stručná charakteristika problematiky úkolu: Navrhněte konstrukci sloupového jeřábu včetně důležitých pevnostních výpočtů dle zadaných parametrů: Délka vyložení ramene 3000mm Výška zdvihu 3500mm Výška spodní hrany ramene 3500mm Nosnost 1200kg Max. výška konstrukce jeřábu 4000mm Proveďte rozbor výběru vhodného kladkostroje, výrobci, parametry, ceny. Cíle bakalářské práce: Vypracovat technickou zprávu s rozborem konstrukce, s výběrem vhodného kladkostroje, s důležitými pevnostními výpočty. Nakreslit konstrukční výkres sestavy sloupového jeřábu dle zadaných parametrů, detailní výkres ramene.
Seznam odborné literatury: 1. Gajdůšek,J., Škopán,M.: Teorie dopravních a manipulačních zařízení 2. Remta,F., Kupka,L., Dražan.F.: Jeřáby 3. Cvekl,Z., Dražan.F.: Teoretické základy transportních zařízení. 4. Jančík, L.: Části a mechanismy strojů, ČVUT Praha, 2004 5. Klimeš P.: Části a mechanismy strojů I, II, VUT Brno 2003 Vedoucí bakalářské práce: doc. Ing. Jiří Malášek, Ph.D. Termín odevzdání bakalářské práce je stanoven časovým plánem akademického roku 2011/2012. V Brně, dne 16.11.2011 L.S. prof. Ing. Václav Píštěk, DrSc. Ředitel ústavu prof. RNDr. Miroslav Doupovec, dr. h. c., CSc. Děkan fakulty
ABSTRAKT Tato bakaláská práce se zabývá rozborem konstrukce sloupového jeábu a jeho návrhem dle zadaných parametr. Práce tedy obsahuje pevnostní výpoty a návrhy hlavních nosných prvk a dležitých souástí jeábu. Dále obsahuje výbr vhodného kladkostroje a výkresovou dokumentaci v podob sestavy jeábu a detailního výkresu ramene. KLÍOVÁ Sloupový jeáb, etzový kladkostroj, sloup jeábu, výložník, zdvihací zaízení. ABSTRACT This bachelor thesis involves the analysis of construction of derrick crane and his design according to set parameters. The thesis contains strength calculations and proposals for major structural elements and important parts of the crane. It also contains a selection of suitable hoists and drawings in the form of a crane assembly and detailed drawing of arm. KEYWORDS
BIBLIOGRAFICKÁ KOBZÍK, M. Jeáb sloupový. Brno: Vysoké uení technické v Brn, Fakulta strojního inženýrství, 2012. 54 s. Vedoucí diplomové práce doc. Ing. Jií Malášek, Ph.D.
PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že tato práce je mým pvodním dílem, zpracoval jsem ji samostatn pod vedením doc. Ing. Jiího Maláška, Ph.D. a s použitím literatury uvedené v seznamu. V Brn dne 14. kvtna 2012..... Martin Kobzík
PODKOVÁNÍ Rád bych zde podkoval doc. Ing. Jiímu Maláškovi, Ph.D. za odborné vedení, cenné rady a pipomínky pi psaní práce. Dále bych chtl podkovat mé rodin a blízkým za poskytnutí zázemí a podpory pi práci.
Obsah... 1 Úvod... 3 1. Rozdlení jeáb... 4 2. Zadání... 5 3. Rozbor konstrukce sloupového jeábu... 6 3.1. Sloup... 6 3.2. Rameno... 6 3.3. Ukotvení... 6 3.4. Ložiska... 6 3.5. Zdvihací zaízení... 6 4. Výbr vhodného kladkostroje... 7 5. Návrhový výpoet... 8 5.1. Klasifikace sloupového jeábu... 8 5.2. Výpoet zatžujících sil... 9 5.2.1. Zatížení vlastní hmotností výložníku... 9 5.2.2. Zatížení vlastní hmotností kladkostroje... 9 5.2.3. Zatížení jmenovitým bemenem... 9 5.2.4. Zátžná síla... 9 5.3. Výpoet silového psobení ve vazbách... 10 5.3.1. Klasifikace vazeb... 10 5.3.2. Kinematický rozbor... 10 5.3.3. Uvolnní tles... 11 5.3.4. Rovnice statické uritosti... 11 5.3.5. Rovnice statické rovnováhy... 12 5.4. VVÚ - Výsledné vnitní úinky... 13 5.4.1. VVÚ sloupu... 13 5.4.2. VVÚ ramene... 15 5.4.3. Vyhodnocení VVÚ... 18 6. Volba profil tles a komponent jeábu... 19 6.1. Volba sloupu z hlediska mezního stavu pružnosti... 19 6.2. Volba ramene z hlediska mezního stavu pružnosti... 20 6.3. Návrh skíového nosníku... 22 1
6.3.1. Výpoet prezových charakteristik skíového nosníku... 22 6.3.2. Výpoet naptí vzhledem k meznímu stavu pružnosti... 23 6.4. Volba ložiska v bod B... 23 6.5. Volba ložiska v bod C... 25 6.6. Ukotvení sloupu k základu... 27 7. Kontrolní výpoet... 29 7.1. Prhyb nosník... 29 7.1.1. ešení prhybu výložníku... 29 7.1.2. ešení prhybu sloupu... 30 7.2. Celkový prhyb... 31 7.3. Kontrola výložníku pi vychýlení lana... 31 7.4. Únavové namáhání... 32 7.4.1. Únavové namáhání sloupu... 33 7.4.2. Únavové namáhání ramene... 34 7.5. Svar spojující rameno a skíový nosník... 35 7.5.1. Výpoet naptí na svar... 36 7.5.2. Výpoet dovolených naptí na svar... 37 8. Závr... 39 9. Seznam použitých zdroj... 40 10. Seznam obrázk... 41 11. Seznam použitých symbol... 42 12. Seznam píloh... 46 2
Už v poátcích vývoje lidské spolenosti ml lovk potebu pemisovat rzná bemena. S vývojem lovka a technologie vznikala stále dokonalejší zdvihací zaízení, kterými si lidé práci usnadovali, nebo ji vbec umožovali. Hnací síla jeáb prošla také svým vývojem a potebou rostoucí hmotnosti bemene. Z poátku dodával hnací sílu lovk, nebo tažná zvíata. Pozdji se zaalo využívat energie vody a vtru. Teprve parní pohon sploval požadavky vyššího výkonu a vyšší nosnosti. V dnešní dob se užívá pohonu elektrického, který nám pináší další výhody jak po provozní, tak i ekonomické stránce. Tato práce se bude zabývat jeábem sloupovým. Skládá se z nkolika hlavních ástí konstrukce osázených doplkovými souástmi tak, aby byl schopen funkn plnit svj úel. Jeáb je uren do zastešených prostor a bude sloužit k manipulaci s jednotlivými bemeny s maximální hmotností odpovídající jeho maximální nosnosti. Otáení jeábu je realizováno tahem za bemeno. Pojezd kladkostroje a zdvih bemene elektrický. Obr. 1 Replika jednoho z nejstarších jeáb [9] 3
Samotný vývoj, rozmanitost výroby a manipulace daly jeábm mnoho rzných tvar. Podle nich se dají rozlišovat na jeáby [3, s.30]: Mostové Portálové a poloportálové Konsolové Sloupové s nehybným, nebo otoným sloupem Tonicové Vozové Lanové Otoný sloupový jeáb s nehybným sloupem Tato bakaláská práce se zabývá otoným sloupovým jeábem s nehybným sloupem. Sloup je pevn ukotven k betonovému základu. Otáení ramene výložníku umožují ložiska tak, aby jeho rozsah byl 360. Promnná vzdálenost vyložení je realizována pojezdem kladkostroje po možné délce ramene. Penos elektrické energie ke kladkostroji pes oto poskytuje kroužkový sbra. Obr. 2 Otoný sloupový jeáb s nehybným sloupem [8] 4
Obr. 3 Zakreslení zadaných hodnot, upraveno z [10] 1) Délka vyložení ramene 3000mm 2) Výška zdvihu 3500mm 3) Výška spodní hrany ramene 3500mm 4) Nosnost 1200kg 5) Max. výška konstrukce jeábu 4000mm 5
Sloup jeábu se skládá z bezešvé trubky, na kterou jsou pipevnny souásti k uchycení ložisek a patka pro ukotvení sloupu k základu. Rameno jeábu se skládá z válcovaného profilu IPE, na který je pivaen ep pro nasazení ložiska, skíový nosník s ložisky a pimontovány dorazy vymezení dráhy jeábové koky. Ukotvení je realizováno šrouby do betonu od firmy Peikko, které spojují patku sloupu s betonovým základem. Celkem jsou užita ti ložiska. Jedno soudekové ložisko dvouadé sloužící ke spojení ramena a sloupu. Toto ložisko penáší síly radiální i axiální. Zbylá dv kuliková dvouadá ložiska umožují otáení výložníku odvalováním se po dráze na obvodu sloupu. Penáší jenom síly radiální. Zdvihací zaízení se skládá z kladkostroje a pojezdového ústrojí. Výbrem tchto komponent se zabývá následující kapitola Výbr vhodného kladkostroje. Obr. 4 Konstrukce sloupového jeábu, upraveno z [7] 6
Z výtu nkolika kladkostroj jsem si vybral kladkostroj CH3 1250.5 JE od firmy Giga. Nosnost 1250 kg Rychlost zdvihu 5/1,25 m/min FEM/ISO 3m/M6 Typ CH 1250.5 JE Zátžné vtve 2 Motor 0.45 / 1,9 kw Poet sepnutí 180 c/h Pracovní zdvih 4 m Hmotnost 81 kg Pracovní teplota -5 C až 40 C Šíka píruby 134 217 mm Provozní naptí 400 V / 50 Hz Ovládací naptí 400 V / 50 Hz Motor pojezdu 0,06 / 0,25 kw Rychlost pojezdu 20 / 5 m/min Cena 55.600,- CZK Obr. 5 Kladkostroj GIGA typ CH [6] 7
Klasifikací jeábu a urením potebných koeficient pro výpoet zatížení se zabývá norma SN 27 0103. Jeáb konzolový sloupový [1, p.56]: Zdvihová tída (H2) Zahrnuje dynamický úinek sil psobících vlivem zvedání, nebo spouštní bemena. Druh provozu (D2) Malá pravdpodobnost petížení, hmotnost bemen rozdílná, ale snadno uritelná, dopravují se jednotliv. Spektrum naptí (S1) Provozní skupina (J3) Pravidelný, ale perušovaný provoz. Lehké spektrum naptí H2: Dynamický souinitel zdvihový [1, p.10] (5.1) D2: Souinitel zatížení od jmenovitého bemena [1, p.9] Souinitel zatížení od vlastní hmotnosti [1, p.8] Dynamický souinitel pojezdový [1, p.11] (Pro otáení i pojezd kladkostroje rychlostí 20 m/min) 8
Výpoty se zabývají základními kombinacemi zatížení [1, p.21] Gravitaní zrychlení: K tomuto výpotu je poteba znát hmotnost výložníku. Tuto hmotnost jsem získal až po navrhnutí profilu výložníku (viz kap. 6.2.). Výpoty jsem tudíž musel zopakovat tak, aby navrhnutý profil nebyl píliš pedimenzován a zárove byl vyhovující z hlediska pevnosti. Hmotnost jednoho metru výložníku: Spojité zatížení vyvolané hmotností výložníku: (5.2) Hmotnost kladkostroje: (5.3) Maximální hmotnost bemene: (5.4) Síla vyvolaná hmotností kladkostroje a bemena bude psobit na stejné nositelce: (5.5) 9
y a B 2 d C f c e b 3 h A 1 Obr. 6 Nahrazení prutovou konstrukcí x Vazby odebírají daný poet stup volnosti v obecné rovinné soustav: [5, p.100] A: Vetknutí B: Rotaní C: Obecná Kinematický rozbor: [5, p.106] (5.6) Tleso je tedy uloženo nepohybliv. 10
Uvolnním rozumím nahrazení mechanických vlastností vazeb silovými úinky tak, aby vazba stále plnila její funkci. y y b e g d B x B 3 a f c C 2 C c A x Obr. 7 Uvolnní tles Momentové a silové nezávislé statické podmínky v obecné rovinné soustav: [5, p.86] (5.7) Výsledek pro jedno tleso. Uvažuji tlesa dv. (5.8) Neznámé parametry: [5, p.123] (5.9) Aby byla soustava staticky uritá, musím dodržet zárove tyto podmínky: (5.10) Z dodržení podmínek lze usoudit, že je soustava staticky uritá. 11
Algebraickým vyjádením musí být souty jednotlivých sil a moment rovny nule. Aplikace rovnic z [5, p.75]: Tleso 2: (5.11) Tleso 3: (5.12) (5.13) (5.14) (5.15) ešením šesti rovnic o šesti neznámých získávám velikost psobení jednotlivých sil a momentu: m 12
Po vyjádení velikostí jednotlivých sil a momentu mžu pistoupit k výpotm vnitních úink tles zakreslením a urením kritických bod, kde dochází k nevtšímu zatížení. Rozdlení prutu na intervaly. y B C 2 II. I. f c A x A. ešení intervalu I. Obr. 8 Rozdlení sloupu na intervaly I. B y x Obr. 9 Interval I. u sloupu (5.16) (5.17) (5.18) 13
B. ešení intervalu II. II. B C y x Obr. 10 Interval II. u sloupu (5.19) (5.20) (5.21) C. Schematické zakreslení VVÚ sloupu N T Mo B B B - C C C - + A Obr. 11 Schematické zakreslení VVÚ sloupu A A 14
Rameno nespluje prutové pedpoklady. Musí se tedy rozdlit na intervaly. y b e g d III. II. I. B 3 x c A. ešení intervalu I. IV. C Obr. 12 Rozdlení ramene na intervaly I. y x Obr. 13 Interval I. u ramene (5.22) (5.23) (5.24) 15
B. ešení intervalu II. II. y x Obr. 14 Interval II. u ramene (5.25) (5.26) C. ešení intervalu III. B (5.27) III. y x Obr. 15 Interval III. u ramene (5.28) 16
(5.29) (5.30) D. ešení intervalu IV. y x IV. C Obr. 16 Interval IV. u ramene (5.31) (5.32) (5.33) 17
E. Schematické zakreslení VVÚ + B N - B + T + C C Mo + B - - C - Obr. 17 Schematické zakreslení VVÚ sloupu Z grafického znázornní a vypotených hodnot je zejmé, kde dochází k nejvtšímu zatížení jak sloupu, tak ramene. Pro sloup je nejkrititjší bod C. Psobí zde nejvyšší ohybový moment. V rameni dochází k nejvtšímu zatížení v bod B. Na profil výložníku psobí nejvtší ohybový moment a na skíový nosník ohybový moment o velikosti 18
V pedchozí kapitole jsem uril kritická místa a vypoítal, jak jsou namáhány. Tato kapitola se zabývá volbou materiál, profil a komponent s ohledem na namáhání vzhledem k meznímu stavu pružnosti. Pro další výpoty volím návrhový souinitel k. Profil válcová bezešvá trubka, materiál 11 353.0 [4, p.1128] Maximální ohybové naptí: (6.1) Minimální modul prezu v ohybu: (6.2) Vybírám takový profil, abych dodržel podmínku týkající se modulu prezu v ohybu. Tento modul závisí na vnjším prmru D a vnitním prmru d. O dsl tsl [11] O Dsl Obr. 18 Prez sloupu 19
Modul prezu v ohybu sloupu: Skutené ohybové naptí: Porovnání naptí: [2, p.40] (6.3) (6.4) Zvolené rozmry splují podmínku. Výpoet je obdobný jako u volby sloupu. Profil IPE z dvodu nižší hmotnosti oproti profilu I. Materiál 11 523.0 [2, p.234] Maximální ohybové naptí: (6.5) Minimální modul prezu v ohybu: (6.6) 20
y 300 x 150 Obr. 19 Prez výložníku Nyní následuje porovnávání modulu prezu v ohybu s hodnotami v tabulkách. Volím nejbližší vyšší: IPE 300 SN 42 5553 11 523.0 SN 42 0135.00 [2, p.294] Skutené ohybové naptí: (6.7) Porovnání naptí: Zvolený rozmr spluje podmínku. 21
e1 e1 a1 a1 b2 b1 x h1 h2 Obr. 20 Skíový nosník (6.8) (6.9) Moment setrvanosti prezu vzhledem k ose x: (6.10) 22
Modul prezu v ohybu prezu vzhledem k ose x: (6.11) Materiál 11 523.0, stejný jako u výložníku profilu IPE. (6.12) Naptí v ohybu skíového nosníku: (6.13) Porovnání naptí: Navrhnutý nosník tedy spluje podmínku. Tento bod je spojnicí ramene se sloupem. Užitím soudekového dvouadého ložiska je spoj zajištn v radiálním i axiálním smru. Soudeková ložiska nejsou tolik náchylná k vychýlení osy rotace. Volíme ložiska od firmy SKF a musíme se tedy ídit jejich katalogových výpoty. Všechny leny jsou pro pehlednost oznaeny indexem B. To z dvodu obdobnosti výpot dalších ložisek. Zatížení ložiska B: 23
Volba ložiska: Z dvodu promnnosti souinitel u jednotlivých ložisek jsem postupoval iteraním výpotem do té doby, než jsem vybral ložisko takové, které by splovalo požadavky. Výbr z [14, p.740] Ložisko s tsnním BS2-2218-2CS Výpotový souinitel Dovolená statická únosnost Prmr Prmr Tlouška Obr. 21 Dvouadé soudekové ložisko Jelikož je frekvence otáení velmi nízká budu se zabývat pouze statickým výpotem. Volba statické bezpenosti: [15, p.77, Tabulka 10] Ekvivalentní statické zatížení: [13, p.709] Základní statická únosnost: [15, p.77] (6.14) (6.15) Splnní podmínky statické únosnosti: Ložisko BS2-2218-2CS spluje podmínku statické únosnosti. 24
V tomto bod dochází k odvalování dvou ložisek po odvalovací dráze po obvodu sloupu. Ložiska zde nejsou namáhána axiální silou. Proto volím standartní kuliková ložiska od firmy SKF. Všechny leny jsou pro pehlednost oznaeny indexem C. Výpoet bude pouze pro jedno ložisko s tím, že pomocí geometrických funkcí si vyjádím radiální sílu na práv jedno ložisko. Zatížení ložiska C: FCr µ O Dod O Dtr tod µ Rkl FCx/2 Dkl Dv Obr. 22 Znázornní radiální síly na ložisko Urení úhlu sklonu radiální síly: (6.16) 25
Urení velikosti radiální síly: (6.17) Volba ložiska: Z dvodu promnnosti souinitel u jednotlivých ložisek jsem postupoval iteraním výpotem do té doby, než jsem vybral ložisko takové, které by splovalo požadavky. Výbr z [13, p.394] Dvouadé kulikové ložisko 4309 ATN9 Dovolená statická únosnost Prmr Prmr Tlouška Obr. 23 Dvouadé kulikové ložisko Jelikož frekvence otáení je velmi nízká budu se zabývat statickým výpotem. Volba statické bezpenosti: [15, p.77, Tabulka 10] Ekvivalentní statické zatížení: [13, p.299] Základní statická únosnost: [15, p.77] (6.18) Splnní podmínky statické únosnosti: Ložisko 4309 ATN9 spluje podmínku statické únosnosti. 26
Kvli bezpenosti je výpoet proveden tak, aby teoreticky jeden z všech osmi šroub udržel celou konstrukci. lš Obr. 24 Znázornní síly šroubu Reakní síla šroubu musí být ekvivalentní reaknímu momentu : (6.19) Volím šroub do betonu od firmy Peikko typ PPM27/L. [12, p.5] Povolené zatížení v tahu Návrhový souinitel podle Peikko Obr. 25 Peikko typ PPM27/L 27
Dovolené zatížení šroubu: [12, p.5] (6.20) Porovnání dovoleného naptí s vypoteným: Navrhnutý šroub spluje podmínku dovoleného naptí. 28
Tato kapitola se zabývá prhybem nosník, únavovým namáháním a kontrolou výložníku pi vzniku zatížení v další ose. Celkový prhyb jeábu na konci výložníku budu poítat z prohnutí sloupu a výložníku pomocí superpozice. K výpotu použiji zatížení bez souinitel. Zatížení vlastní hmotností není bráno v úvahu. w2 ß2 w2 f1 ß2 ß1 f1 f2 f2 f2+f1 f1 f w Modul pružnosti oceli v tahu: Obr. 26 Schematické vyjádení prhyb Zátžná síla bez souinitel: Zátžný moment bez souinitel: (7.1) (7.2) Pro zjednodušení uvažuji vazbu B jako vetknutí pestože je vazba B rotaní. Na nosník se penáší reakní moment z vazby C: Prhyb výložníku: [2, p.44] (7.3) 29
Úhel prohnutí výložníku: [2, p.44] (7.4) Kvadratický moment sloupu: [2, p.40] (7.5) Prhyb sloupu v ose w: [2, p.44] (7.6) Úhel prohnutí sloupu: [2, p.44] (7.7) 30
Vliv prhybu sloupu na výložník: e f w ß2 f2 Obr. 27 Vliv prhybu sloupu na výložník (7.8) (7.9) Pro maximální vychýlení volím úhel 5. y e 5 z Síla zpsobená vychýlením lana: Obr. 28 Znázornní vychýlení lana x (7.10) 31
Moment zpsobený vychýlením lana: Naptí ohybové kolem osy z: Naptí ohybové kolem osy y: Naptí celkové: Výpoet celkové bezpenosti: (7.11) (7.12) (7.13) (7.14) (7.15) Výsledná bezpenost bude tedy 2,12. Základní kombinace namáhání dle SN 27 0103 Zatížení vlastní hmotností výložníku: (7.16) 32
Zatížení vlastní hmotností kladkostroje: Zatížení jmenovitým bemenem: Zátžná síla kladkostroje a bemene: (7.17) (7.18) (7.19) Zaazení do skupin: Provozní skupina J3 Vrubová skupina K4 [1, p.40, Tab. 26] Stídavé namáhání [1, p.23] Výpotová pevnost [1, p.27, Tab. 14] Rovnice pro stanovení výpotových pevností pi únav pro stídavé namáhání tahové pro [1, p.29, Tab.17] (7.20) Ohybový moment zpsobený zatížením: (7.21) 33
Naptí vyvolané ohybovým momentem: (7.22) Splnní podmínky: Sloup tedy vydrží únavové namáhání. Zaazení do skupin Provozní skupina J3 Vrubová skupina K4 [1, p.40, Tab. 26] Optovné namáhání [1, p.23] Výpotová pevnost [1, p.27, Tab. 14] Materiál [4, p.1128] Rovnice pro stanovení výpotových pevností pi únav pro optovné namáhání tahové pro [1, p.29, Tab.17] (7.23) Rovnice pro stanovení výpotových pevností pi únav pro optovné namáhání tahové pro [1, p.29, Tab.17] (7.24) 34
Ohybový moment zpsobený zatížením: (7.25) Zatížení vyvolané ohybovým momentem: (7.26) Splnní podmínky Výložník tedy vydrží únavové namáhání. c1 h2 z b1 Základní parametry: Obr. 29 Znázornní svaru 35
Plocha úinného prezu: [4, p.516, Tab.9-2] (7.27) Smykové naptí vyvolané silou: [4, p.514] Moment psobící na svar: Jednotkový osový kvadratický moment úinného prezu: [4, p.516, Tab.9-2] (7.28) (7.29) (7.30) Celkový osový kvadratický moment úinného prezu: [4, p.514] Vzdálenost tžišt svaru od nejvzdálenjší hrany: (7.31) (7.32) 36
Smykové naptí vyvolané momentem: [4, p.514] Souet smykových naptí: (7.33) (7.34) Rovnice pro stanovení výpotových pevností pi únav pro optovné namáhání tahové pro [1, p.29, Tab.17] (7.35) Rovnice pro stanovení výpotových pevností pi únav pro optovné namáhání tahové pro [1, p.29, Tab.17] (7.36) Rovnice pro stanovení výpotových pevností pi únav svar: [1, p.30, Tab.18] (7.37) 37
Pro Pro (7.38) (7.39) Splnní podmínky: Svar tloušky vyhovuje. 38
Cílem práce bylo vytvoit komplexní návrh sloupového jeábu dle zadaných parametr vetn dležitých pevnostních výpot. Provést rozbor konstrukce sloupového jeábu, výbr vhodného kladkostroje, výkresovou dokumentaci sestavy jeábu a detailního výkresu ramene. Provedl jsem výbr vhodného kladkostroje, rozbor konstrukce, zaazení jeábu do tíd podle normy SN 27 0103 (H2, D2. S1, J3), statický rozbor a výpoet vnitních úink, kterými jsem se ídil pi následném navrhování. Hlavní souásti jeábu tvoí sloup (trubka válcovaná bezešvá s vnjším prmrem 324 mm z materiálu 11 353.0), rameno (IPE300 materiál 11 523.0) a kladkostroj firmy GIGA. Dále jsou použity dvouadé kulikové a soudekové ložiska firmy SKF. Kotvení k základu zajišují kotevní šrouby do betonu firmy PEIKKO. U všech výpot jsem se snažil klást draz nejen na dodržení normy SN 27 0103, ale také na správné použití doporuených vzorc výše zmínnými firmami. Hlavní ásti konstrukce jsem zkontroloval na pevnost pi únavovém namáhání. Pílohy obsahují veškerou zadanou výkresovou dokumentaci. 39
[1] SN 27 0103: 1990. Navrhování ocelových konstrukcí jeáb: výpoet podle mezních stav. Praha 10-Hostiva: Vydavatelství norem, 1990, 68 s. [2] LEINVEBER, J., VÁVRA, P.: Strojnické tabulky. 4. vyd. Úvaly: ALBRA, 2008. 914 s. ISBN 978-80-7361-051-7. [3] REMTA, F., KUPKA, L., DRAŽAN, F. Jeáby: I. Díl. 2. vyd. Praha: STNL, 1974. 648 s. L13-B3-III-41/22274/V. [4] SHIGLEY, J. E., MISCHKE, CH. R., BUDYNAS, R. G.: Konstruování strojních souástí. Brno: Nakladatelství VUTIUM, 2010. 1159 s. ISBN 978-80-214-2629-0. [5] FLORIAN, Z., ONDRÁEK, E., PIKRYL, K.: Mechanika tles statika. 2. vyd. Brno: Akademické nakladatelství CERM, 2007. 182 s. ISBN 978-80-214-3440-0. [6] GIGA. Elektrické etzové kladkostroje GIGA [online]. [cit. 13. kvtna 2012]. Dostupné z: < http://www.gigasro.cz/elektricke-retezove-kladkostroje.html >. [7] ITECO. Sloupové otoné jeáby [online]. [cit. 13. Kvtna 2012]. Dostupné z: <http://www.iteco.cz/otocne-jeraby/sloupove-otocne-jeraby/>. [8] JASS Jeáby. Fotogalerie [online]. [cit. 13. kvtna 2012 ]. Dostupné z: <http://www.jass.cz/images/fotogalerie/foto/oj3.jpg>. [9] PRAŽÁK, Zdenk. Wikimedia[online]. 2007, leden [cit. 13. kvtna 2012]. Dostupné z WWW:<http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Devný_jeáb.jpg>. [10] REMO.CZ. Poptávkový formulá otoného jeábu [online]. [cit. 13. Kvtna 2012]. Dostupné z: < http://www.remocz.com/jerab-otocny.php>. [11] Katalog FERONA: Sortimentní katalog [online], [cit. 13. kvtna 2012], Dostupné z: <http://www.ferona.cz/cze/katalog/detail.php?id=7201>. [12] Katalog PEIKKO GROUP: Kotevní šrouby HPM a PPM [online], [cit. 13. kvtna 2012], Dostupné z: <http://trinity.siteadmin.fi/file.aspx?id=446219&ext=pdf&routing =419671&webid=419701&name=PPM_HPM_ang>. [13] Katalog SKF: Kuliková ložiska [online], [cit. 13. kvtna 2012], Dostupné z: <http://www.skf.com/files/515051.pdf>. [14] Katalog SKF: Soudeková ložiska [online], [cit. 13. kvtna 2012], Dostupné z: <http://www.skf.com/files/515077.pdf>. [15] Katalog SKF: Urení velikosti ložiska [online], [cit. 13. kvtna 2012], Dostupné z: < http://www.skf.com/files/515039.pdf>. 40
Obr. 1 Replika jednoho z nejstarších jeáb [9]... 3 Obr. 2 Otoný sloupový jeáb s nehybným sloupem [8]... 4 Obr. 3 Zakreslení zadaných hodnot, upraveno z [10]... 5 Obr. 4 Konstrukce sloupového jeábu, upraveno z [7]... 6 Obr. 5 Kladkostroj GIGA typ CH [6]... 7 Obr. 6 Nahrazení prutovou konstrukcí... 10 Obr. 7 Uvolnní tles... 11 Obr. 8 Rozdlení sloupu na intervaly... 13 Obr. 9 Interval I. u sloupu... 13 Obr. 10 Interval II. u sloupu... 14 Obr. 11 Schematické zakreslení VVÚ sloupu... 14 Obr. 12 Rozdlení ramene na intervaly... 15 Obr. 13 Interval I. u ramene... 15 Obr. 14 Interval II. u ramene... 16 Obr. 15 Interval III. ramene... 16 Obr. 16 Interval IV. u ramene... 17 Obr. 17 Schematické zakreslení VVÚ sloupu... 18 Obr. 18 Prez sloupu... 19 Obr. 19 Pržez výložníku... 21 Obr. 20 Skíový nosník... 22 Obr. 21 Dvouadé soudekové ložisko... 24 Obr. 22 Znázornní radiální síly na ložisko... 25 Obr. 23 Dvouradé kulikové ložisko... 26 Obr. 24 Znázornní síly šroubu... 27 Obr. 25 Peikko typ PPM27/L... 27 Obr. 26 Schematické vyjádení prhyb... 29 Obr. 27 Vliv prhybu sloupu na výložník... 31 Obr. 28 Znázornní vychýlení lana... 31 Obr. 29 Znázornní svaru... 35 41
[cm] Rozmr skíového nosníku [cm] Rozmr skíového nosníku [mm] Tlouška ložiska B [mm] Tlouška ložiska v bod C [N] Základní statická únosnost ložiska B [N] Dovolená statická únosnost ložiska B [N] Základní statická únosnost ložiska C [N] Dovolená statická únosnost ložiska v bod C [mm] Vnjší prmr ložiska B [mm] Vnjší prmr ložiska v bod C [mm] Prmr ložiskového domku [mm] Prmr odvalovací dráhy [mm] Vnjší prmr sloupu [N] Síla zpsobená vychýlením lana [N] Tahová síla psobící na šroub [N] Dovolené zatížení šroubu [N] Síla psobící bod ose x [N] Síla psobící v bod A v ose y [N] Axiální síla na ložisko B [N] Radiální síla na ložisko B [N] Síla psobící bod ose x [N] Síla psobící v bod B v ose y [N] Radiální síla na ložisko v bod C [N] Síla psobící v bod C v ose x [N] Zátžná síla posuzovaná na únavu [N] Síla vyvolaná hmotností kladkostroje [N] Síla vyvolaná hmotností kladkostroje posuzovaná na únavu [N] Síla vyvolaná bemenem posuzovaná na únavu [N] Zátžná síla [N] Zátžná síla bez souinitel [ ] Moment setrvanosti skíového nosníku [ Celkový osový kvadratický moment úinného prezu [ ] Jednotkový osový kvadratický moment úinného prezu [] moment psobící bod A [] Ohybový moment intervalu I. Tlesa 2 [] Ohybový moment intervalu I. Tlesa 3 [] Ohybový moment intervalu II. Tlesa 2 [] Ohybový moment intervalu II. Tlesa 3 [] Ohybový moment intervalu III. Tlesa [] Ohybový moment v intervalu IV. Tlesa 3 [] Ohybový moment profilu výložníku [] Ohybový moment zpsobený vychýlením lana [] Ohybový moment sloupu [] Ohybový moment skíového nosníku [] Ohybový moment pi únav sloupu [] Ohybový moment pi únav výložníku 42
[] Moment psobící na svar [] Zátžný moment bez souinitel [N] Normálová síla intervalu I. Tlesa 2 [N] Normálová síla intervalu I. Tlesa 3 [N] Normálová síla intervalu II. Tlesa 2 [N] Normálová síla intervalu II. Tlesa 3 [N] Normálová síla intervalu III. Tlesa [N] Normálová síla v intervalu IV. Tlesa 3 [N] Povolené zatížení v tahu [N] Ekvivalentní statické zatížení ložiska B [N] Ekvivalentní statické zatížení ložiska C [MPa] Mez kluzu materiálu výložníku [MPa] Mez kluzu materiálu sloupu [MPa] Výpotová pevnost pi únav pro vrubovou skupinu K4 [MPa] Základní výpotová pevnost v únav vrubovou skupinu K4 [MPa] Výpotová pevnost pi únav pro vrubovou skupinu K0 [mm] Vzdálenost os otáení kulikových ložisek [MPa] Mez pevnosti v tahu [ ] Plocha úinného prezu [N] Posouvající síla intervalu I. Tlesa 2 [N] Posouvající síla intervalu I. Tlesa 3 [N] Posouvající síla intervalu II. Tlesa 2 [N] Posouvající síla intervalu II. Tlesa 3 [N] Posouvající síla intervalu III. Tlesa [N] Posouvající síla v intervalu IV. Tlesa 3 [ Minimální modul prezu ohybu výložníku [ Minimální modul prezu ohybu sloupu [ Vypotený modul prezu v ohybu [ Modul prezu ohybu skíového nosníku [ ] Modul prezu v ohybu výložníku v ose x [-] Výpotový souinitel ložiska B [cm] Rozmr skíového nosníku [cm] Rozmr skíového nosníku [cm] Rozmr skíového nosníku mm Vzdálenost tžišt svaru od nejvzdálenjší hrany [mm] Vnitní prmr ložiska B [mm] Vnitní prmr ložiska v bod C [mm] Vnitní prmr sloupu [cm] Rozmr skíového nosníku [mm] Prhyb výložníku v ose f [mm] Vliv prohnutí sloupu na snížení výložníku [mm] Celkový prhyb [ V] Poet stup volnosti volného tlesa [-] Souinitel bezpenosti [-] Návrhový souinitel šroubu [m] Vzdálenost šroubu od klopné hrany [kg] Hmotnost jednoho metru profilu IPE [kg] Hmotnost kladkostroje [ ] Spojité zatížení vyvolané hmotností výložníku 43
[ ] Liniové zatížení posuzované na únavu [-] Koeficient statické bezpenosti ložiska B [-] Koeficient statické bezpenosti ložiska C [ ] Rychlost zdvihu kladkostroje [mm] Prohnutí sloupu v ose w [-] I. interval tlesa 2 [-] I. interval tlesa 3 [-] II. interval tlesa 2 [-] II. interval tlesa 3 [-] III. interval tlesa [-] IV. interval tlesa 3 [ ] Úhel prohnutí výložníku [ ] Úhel prohnutí sloupu [-] Souinitel zatížení od jmenovitého bemena [-] Souinitel zatížení vlastních hmotností [-] Dynamický souinitel zdvihový [-] Dynamický souinitel pojezdový [-] Poet neznámých parametr silových [-] Poet neznámých parametr momentových [-] Poet neznámých parametr polohových [-] Poet statických podmínek soustavy tles [-] Poet statických podmínek silových [-] Poet statických podmínek momentových [-] Poet statických momentových podmínek soustavy tles [MPa] Maximální ohybové naptí na výložník [MPa] Maximální ohybov naptí sloupu [MPa] Maximální ohybové naptí na skíový nosník [MPa] Vypotené ohybové naptí výložníku [MPa] Vypotené ohybové naptí na sloup [MPa] Vypotené ohybové naptí na skíový nosník [MPa] Ohybové naptí pi únav sloupu [MPa] Ohybové naptí pi únav výložníku [MPa] Naptí celkové [MPa] Naptí ohybové kolem osy y [MPa] Naptí ohybové kolem osy z [MPa] Smykové naptí vyvolané momentem [MPa] Smykové naptí vyvolané silou [MPa] Výpotová pevnost pi únav svar [m] Délka výložníku za kladkostrojem [MPa] Modul pružnosti oceli v tahu [N] Síla vyvolaná hmotností bemene [ ] Kvadratický moment sloupu [m] Výška sloupu [m] Délka výložníku [m] Délka skíového nosníku [m] Vzdálenost skíového nosníku od osy otáení [m] Délka vyložení [m] Vzdálenost kulikových ložisek od základu [ ] Gravitaní zrychlení [ V] Poet stup volnosti tlesa 44
[-] Návrhový souinitel [kg] Hmotnost bemene [-] Poet tles [mm] Tlouška svaru [-] Deformaní parametr [-] Interval podle druhu namáhání [-] Poet neznámých parametr [ ] Úhel normálové síly [-] Poet statických podmínek jednoho tlesa [-] Poet stup volnosti odebraných vazbami [MPa] Souet smykových naptí 45
SLOUP. JEÁB 1200 kg SLOUP. JEÁB KUSOVNÍK VÝLOŽNÍK EP RAMENE RAMENO IPE SKÍOVÝ NOSNÍK BOK KLADNICE KLADNICE STNA 2-P24-3-00 4-P24-3-01 2-P24-3-02 3-P24-3-04 4-P24-3-05 4-P24-3-06 4-P24-3-07 4-P24-3-08 46