Systemy transportu bliskiego

Transkrypt

1 Systemy transportu bliskieo Bezpieczeństwo dźwinic Oólne zasady projektowania Oólne zasady projektowania stalowych ustrojów nośnych systemów transportu bliskieo w. wytycznych normy PN-79/M-061 Motto prezentacji epetitio est mater studiorum Terminy, definicje, cel prowadzonych obliczeń dźwinic w PN-79/M 79/M-061 Celem obliczeń jest teoretyczne wykazanie, że dźwinica została zaprojektowana zodnie z wymaaniami bezpieczeństwa, które zabezpieczają ją przed zarożeniami mechanicznymi, przy uwzlędnieniu warunków użytkowania, uzodnionych między użytkownikiem, projektantem i/lub wytwórcą, a także warunków montażu, demontażu i transportu. Ustrój nośny element składowy konstrukcji stalowej dźwinicy, któreo uszkodzenie wynikające na skutek pęknięcia lub zużycia może spowodować spadnięcie ładunku, spadnięcie lub przewrócenie się dźwinicy, wzlędnie wywołać inne skutki stanowiące zarożenie dla dźwinicy lub jej otoczenia. Stany raniczne i podstawowe warunki wymiarowania Ustrój nośny systemu transportu bliskieo (dźwinicy) lub poszczeólne jeo elementy przestają spełniać zadanie do jakich zostały przeznaczone, jeżeli przekroczony zostanie jeden z następujących stanów ranicznych: I stan raniczny - obejmujący stany raniczne ujawniające się następująco: a) zniszczenie najbardziej wytężoneo przekroju na skutek przekroczenia ranicy wytrzymałości materiału b) odkształcenia trwałe spowodowane przekroczeniem ranicy plastyczności materiału c) utrata stateczności oólnej (lobalnej) i lokalnej na skutek przekroczenia naprężeń krytycznych materiału Nieprzekroczenie I stanu raniczneo zapewnia spełnienie warunku wytrzymałości. II stan raniczny - ujawniający się powstawaniem pęknięć lub uszkodzeń zmęczeniowych Nieprzekroczenie II stanu raniczneo zapewnia spełnienie warunku trwałości. III stan raniczny - ujawniający się przez nadmierne przemieszczenia i drania, uniemożliwiające normalną eksploatację i szkodliwe oddziaływanie na oranizm ludzki (operatorów) Nieprzekroczenie III stanu raniczneo zapewnia spełnienie warunku sztywności. (dodatkowo: dla dźwinic eksploatowanych w skrajnych warunkach termoklimatycznych, należy sprawdzać tzw. warunek cieplny, to znaczy skutki np. narzewnia się ustrojów nośnych w wyniku nasłonecznienia, itp.) Warunek wytrzymałości- dobieranie przekroju Dobrane przekroje materiału podstawoweo, spoin, śrub przy jednokrotnym wystąpieniu obciążeń obliczeniowych (uwzlędniających współczynnik obciążenia γ f w PN-86/M-0614) powinny spełniać warunek: σ o o m σ o największe co do bezwzlędnej wartości naprężenia (normalne σ o lub styczne τ o ) w ustroju nośnym wywołane obciążeniami odpowiednio skojarzonymi dla przypadku W [Pa]; o oólne oznaczona wytrzymałość obliczeniowa, w tym: o - materiału podstawoweo na rozciąanie, ściskanie i zinanie; ot wytrzymałość na ; od lub odh na docisk dla materiału podstawoweo; os -materiału spoin; on - materiału nitów; ośr lub ośs -dla materiałów śrub odpowiednio zwykłych i sprężających; m oólnie oznaczony współczynnik stateczności elementów ściskanych, w tym: m w współczynnik wyboczeniowy; m z współczynnik zwichrzenia; m s współczynnik stateczności miejscowej W przypadku jednoczesneo wystąpienia naprężenia normalneo σ o i naprężenia styczneo τ o dobrane przekroje powinny spełnić warunek: A w przypadku jednoczesneo występowania naprężeń normalnych, dwuosiowych (σ i σ ) i naprężenia styczneo τo dobrane przekroje powinny spełnić warunek: σo σ τ + σ + o ot 110, σ σ τ + o ; ; oólne oznaczona wytrzymałość obliczeniowa na rozciąanie w kierunku x i y [Pa] ot oólne oznaczona wytrzymałość obliczeniowa na [Pa] o ot 110, 1

2 Warunek wytrzymałości- wytrzymałość obliczeniowa materiału Wytrzymałość obliczeniowa materiału podstawoweo na rozciąanie, ściskanie i zinanie o dla stali sklasyfikowanych jako podstawowe atunki konstrukcyjne w. normy (tablica 1) Znak stali (kateoria wytrzymałości) Postać, rubość, średnica [mm] e min [N/mm ] m [N/mm ] A min [%] o [N/mm ] od [N/mm ] odh [N/mm ] St3S 18GA (E3) 14HNBCu (E690T) 3 4 do > 16 do > 40 do do 16 > 16 do 30 > 30 do 0 > 0 do 70 od 7 do 40 rury rury min 34 min 440 dla stali nie wymienionych w normie wytrzymałość o określa się z zależności: o = 0,9 e dla e 40 [N/mm ] uwaa: pośrednie wartości wytrzymałości o należy o = 0,8 e dla e 360 [N/mm ] określać na zasadzie interpolacji liniowej Wytrzymałość obliczeniowa materiału podstawoweo na ot : ot = 0,6 o od wytrzymałość na docisk powierzchni o jednakowej krzywiźnie liczony na rzut ( od = 1,1 e dla e 40 [N/mm ] oraz od = 1,1 e dla e 360 [N/mm ]) odh wytrzymałość na docisk powierzchni liczony w Herzta; odh =,9 od Warunek wytrzymałości- wytrzymałość obliczeniowa spoin oraz nitów Wytrzymałość obliczeniowa spoin os ustala się w zależności od przyjętej dla łączonej stali wytrzymałości obliczeniowej o, mnożąc ją przez współczynnik s zależny od rodzaju naprężeń występujących w spoinie (przy połączeniu dwóch atunków stali wytrzymałość obliczeniową spoin os określa się biorąc pod uwaę stal o mniejszej wytrzymałości) spoiny naprężeń w spoinie Współczynnik s czołowe pachwinowe ściskane osiowo i ściskane przy zinaniu rozciąane osiowo i rozciąane przy zinaniu, przy spawaniu automatycznym i ręcznym z kontrolą jakości spoin a) metodą radioraficzną lub ultradźwiękową b) metodą olędzin zewnętrznych Wytrzymałość obliczeniową dla nitów on ustala się w wytycznych normowych (tablica 4) naprężeń w nicie docisk otworu na rzut rozciąanie Wytrzymałość obliczeniowa nitów on [N/mm ] StN oraz St3N St4N e < 0 e 30 e < 0 e 30 1,0 1,0 0,8 0,6 0,7 Minimalna ranica plastyczności e min [N/mm ] 0 e < 30 0 e < 30 dla wszystkich atunków stali Warunek wytrzymałości- wytrzymałość obliczeniowa śrub Wytrzymałość obliczeniową dla śrub ośr ustala się w wytycznych normowych (tablica ) naprężeń w śrubie Docisk otworu na rzut rozciąanie Wytrzymałość obliczeniowa połączeń śrubowych ośr [N/mm ] pasowanych Klasa śrub w PN-8/M-804/ pasowanie trzpienia śruby z otworem konstrukcji h11/h11 Klasa własności mechanicznych dla śrub w PN-8/M-804/ Zwykłych Wytrzymałość obliczeniowa śrub sprężających ośs [N/mm ] Minimalna ranica plastyczności e min [N/mm ] e < 0 0 e < 30 e 30 e < 0 0 e < 30 e 30 dla wszystkich atunków stali Wytrzymałość obliczeniową dla śrub sprężających ośs ustala się w wytycznych normowych (tablica 6)

3 Stan przekroczenia wytrzymałości obliczeniowej, zmniejszenie wytrzymałości W przypadku dy naprężenia przekroczą wytrzymałość obliczeniową nie więcej niż o % dozwolone jest pozostawienie zaprojektowanych przekrojów ( 3...8) Zmniejszenie wytrzymałości obliczeniowej: W przypadkach wyspecyfikowanych w tabeli 7, wytrzymałość obliczeniową należy zmniejszyć o odpowiedni współczynnik, przy czym dy analizowany stan konstrukcji dotyczy kilku przypadków, to współczynnik zmniejszający jest ich iloczynem. Lp Elementy konstrukcyjne o małym przekroju poprzecznym: - blachy o rubości do 4 mm -kątowniki równoramienne do 60x60x6 -kątowniki nierównoramienne do 7x0x6 - rury i profile ięte o rubości ścianki do 4 mm - ceowniki do NP80 Pręty rozciąane lub ściskane wykonane z pojedynczych kątowników przymocowanych tylko jednym ramieniem do blachy węzłowej lub inneo przypadku nieuwzlędnienia w obliczeniach momentów wynikających z mimośrodów Pręty rozciąane lub ściskane wykonane z pojedynczych ceowników, przymocowanych tylko jedną ścianka do blachy węzłowej lub inneo przypadku nieuwzlędnienia w obliczeniach momentów wynikających z mimośrodów Jak w lp. i 3, lecz dy oś pręta przesunieta jest w węźle wzlędem systemu teoretyczneo w przypadku nieuwzlędnienia w obliczeniach momentów wynikających z mimośrodów Spoiny pułapowe Spoiny pachwinowe wykonane w kątach Blachy i profile rozciąane w kierunku prostopadłym do ich rubości Nity o łbach płaskich i soczewkowych Element ustroju nośneo Współczynnik zmniejszający 0,90 0,8 0,.90 0,0 Współczynniki wyboczeniowe m w, współczynniki zwichrzenia m z i współczynniki stateczności miejscowej m s wyznacza się zodnie z PN-90/B Konstrukcje stalowe Obliczenia statyczne i projektowanie Warunek trwałości dobranie przekroju Przekrój materiału podstawoweo oraz spoin, śrub powinien być tak dobrany aby przy wielokrotnym wystąpieniu obciążeń normalnych (nie uwzlędniających współczynników obciążenia γ f ) odpowiednio skojarzonych dla przypadku T w PN- 86/M-0614 został spełniony warunek: - σ -największe co do bezwzlędnej wartości naprężenia (normalne σ lub styczne τ) w ustroju nośnym wywołane obciążeniami normalnymi odpowiednio skojarzonymi dla σ z przypadku T, obliczone bez uwzlędnienia współczynników stateczności - z oólnie oznaczona wytrzymałość zmęczeniowa (materiału podstawoweo na rozciąanie i ściskanie zm, na zm_t, spoin zm_s i śrub zm_śr [Pa] W przypadku jednoczesneo wystąpienia naprężenia normalneo σ i naprężenia styczneo τ przekrój materiału podstawoweo, spoin, śrub powinien spełniać warunek: A w przypadku występowania jednoczesneo naprężeń normalnych, dwuosiowych (σ x i σ y ) i naprężenia styczneo τ dobrane przekroje powinny spełniać następujący warunek: σ z σ x zx τ + zt 110, σ y σx σy τ + + zy zx zy zt 110, - z, zx, zy oólne oznaczenie wytrzymałości zmęczeniowej na rozciąanie i ściskanie w kierunku x i y [Pa] - zt oólne oznaczenie wytrzymałości zmęczeniowej na uwaa: nie wymaa się sprawdzenia warunków trwałości w przypadku, dy wytrzymałość zmęczeniowa Tz jest wyższa od wytrzymałości obliczeniowej. Warunek trwałości wytrzymałość zmęczeniowa Wytrzymałość zmęczeniową ustroju nośneo lub jeo elementu należy obliczać w zależności od: atunku stali, rodzaju karbu, współczynnika asymetrii naprężeń i rupy natężenia pracy ustroju nośneo dźwinicy. karbu w zależności od rozwiązania konstrukcyjneo ustroju nośneo rozróżnia się następujące rodzaje karbów: - karby pochodzenia mechaniczneo W0, W1, W; - karby pochodzenia spawalniczeo K0, K1, K, K3 i K4. karbu Karb W0 Karb W1 Karb W Opis karbu Elementy bez karbu, bez otworów i spoin o ładkich powierzchniach obrabianych mechanicznie, cięte na nożycach, dopuszczalna chropowatość a µm Elementy bez otworów i spoiny o powierzchniach ciętych palnikiem mające co najmniej klasę chropowatości Elementy z otworami na śruby lub nity w złączach jednociętych lub wielociętych, zabezpieczone przed zinaniem spowodowanym mimośrodowym działaniem siły ysunek (znak, klasa 3

4 Warunek trwałości wytrzymałość zmęczeniowa - karby pochodzenia spawalniczeo karbu Karb K0 Opis karbu (wybrane przykłady) a) spoina czołowa specjalnej jakości prostopadła do kierunku działania sił łącząca blachy tej samej rubości lub zróżnicowanej rubości b) spoina czołowa specjalnej jakości łącząca blachy środnika ysunek (znak, klasa złącza) c) spoina czołowa specjalnej jakości równoleła do kierunku działania sił karbu Karb K1 d) spoina czołowa normalnej jakości równoleła do kierunku działania sił, łącząca blachy środnika z pasami e) spoina czołowa K lub V normalnej jakości równoleła do kierunku działania sił Opis karbu (wybrane przykłady) a) spoina czołowa normalnej jakości prostopadła do kierunku działania sił ysunek (znak, klasa złącza) Warunek trwałości wytrzymałość zmęczeniowa - karby pochodzenia spawalniczeo karbu Karb K1 Karb K Opis karbu b) spoina czołowa normalnej jakości łącząca blachy środników c) spoina pachwinowa normalnej jakości równoleła do kierunku działania sił w łączonych elementach d) element ciąły, na który prostopadle do kierunku działania sił przyspawano tarczę, spoiną K lub V specjalnej jakości a) element ciąły z przyspawana blachą o zaokrąlonych lub skośnych bokach, dwustronna spoina pachwinowa specjalnej jakości b) spoina czołowa K lub V specjalnej jakości w złączu między środnikiem a pasem, obciążonym prostopadłą siłą w płaszczyźnie środnika c) pasy i środniki z przeponami lub żebrami o obciętych narożach, przyspawane dwustronnie ciąła spoiną pachwinową specjalnej jakości d) spoina czołowa K lub V normalnej jakości, łącząca środnik z zakrzywionym pasem ysunek (znak, klasa złącza) Warunek trwałości wytrzymałość zmęczeniowa - karby pochodzenia spawalniczeo karbu Karb K3 Opis karbu a) spoina czołowa jednostronna, na podkładce, prostopadła do kierunku działania sił oraz na podkładce w połączeniu rurowym b) element ciąły połączony z podłużnym żebrem lub środnikiem za pomocą spoin pachwinowych przerywanych normalnej jakości ysunek (znak, klasa złącza) c) element ciąły z przyspawanymi po obwodzie spoinami pachwinowymi, ciąłymi specjalnej jakości Karb K4 a) pasy i środniki z przeponami lub żebrami przyspawanymi jednostronnie spoiną pachwinową normalnej jakości b) element ciąły z przewiązkami przyspawanymi spoiną czołową lub pachwinową normalnej jakości, a także spoinami pachwinowymi otwartymi c) spoina pachwinowa dwustronna normalnej jakości lub spoina 1/V na podkładce, prostopadła do kierunku działania sił w złączu krzyżowym 4

5 Wytrzymałość zmęczeniowa współczynnik asymetrii naprężeń Określa się biorąc pod uwaę najmniejsze (min σ lub min τ) i największe naprężenie (max σ lub max τ) występujące w rozpatrywanym punkcie ustroju, przy czym do licznika wstawia się naprężenie mniejsze co do bezwzlędnej wartości, a do mianownika większe co do bezwzlędnej wartości: minσ minτ min σ = σ d dy σ σ d r = r = maxτ max σ = σ min σ = σ max σ = σ d dy σ σ d Współczynnik asymetrii naprężeń zmienia się w ranicach: -1 r 1 Przy naprężeniach pulsujących współczynnik asymetrii naprężeń jest wartością dodatnią: 0 r 1 a dla naprężeń przemiennych wartością ujemną -1 r 0 Wytrzymałość zmęczeniowa rupa natężenia pracy ustroju nośneo Ustroje nośne dźwinic ze wzlędu na natężenie pracy dzieli się na szere rup: 1U.. O zaliczeniu do odpowiedniej rupy decyduje klasa liczby cykli i klasa obciążenia. Klasie liczby cykli przyporządkowany jest zakres liczby cykli zmian naprężeń w ustroju nośnym w okresie eksploatacji dźwinicy. Klasie obciążenia przyporządkowany jest zakres wartości współczynnika obciążenia K p. m σ m ai K p = max σ ai N i N σ ai kolejny poziom amplitudy naprężeń występujący N i cykli zmian naprężeń max σ a maksymalna amplituda naprężeń N - liczba cykli zmian naprężeń w okresie eksploatacji dźwinicy m = 3, dla ustrojów nośnych spawanych; m = 7 dla ustrojów nośnych nitowanych i śrubowych Klasa obciążenia P1 P P3 P4 Klasa liczby cykli N1 Grupa natężenia pracy 1U U N U U N3 U N4 U N U N6 Klasa obciążenia P1 P P3 P4 Kp 0,8 Klasa liczby cykli 0,74 < Kp 1 N1 N N3 N4 N N6 Współczynniki obciążenia Ustroje spawane 0,8 < Kp 0,49 0,49 < Kp 0,74 Kp 0,38 Liczba cykli zmian naprężeń N * 10 * 10 < N 6 * 10 6 * 10 < N * 10 6 * 10 < N 6 * * 10 < N * 10 7 N > * 10 6 W oólnym przypadku poszczeólne elementy (zespoły) ustroju nośneo moą charakteryzować się różnymi klasami liczby cykli i klasami obciążenia. Ustroje nitowane i łączone śrubami 0,38 < Kp 0, 0, < Kp 0,7 0,7 < Kp 1 Wytrzymałość zmęczeniowa materiału podstawoweo na rozciąanie i ściskanie z Wytrzymałość zmęczeniową z wyznacza się: - dla współczynników naprężeń: -1 ν 0 a) rozciąanie, dy: σ to z p w b) ściskanie, dy: σ < to σ d z p w - dla współczynników naprężeń: 0 ν 1 a) rozciąanie b) ściskanie σ d np z = 3 w w np r 0,7 m = n 3 r = n 1 r np z = w np 1 1 0,90 m r w trwała wytrzymałość zmęczeniowa określona na bazie *10 6 cykli zmian naprężeń przy stałej amplitudzie naprężeń (σ a = const, p=1) i przy współczynniku asymetrii naprężeń r=-1 (wytrzymałość Wöhlera), zależna od rodzaju karbu w tablic. n p współczynnik natężenia pracy ustroju nośneo zależny od rupy natężenia pracy 1U (w. tablic) m minimalna wytrzymałość stali na rozciąanie w tablic w

6 Wytrzymałość zmęczeniowa z (tablice) karbu W0 W1 W K0 K1 K K3 K4 Wytrzymałość obliczeniowa (Wöhlera) w [N/mm ] Granica plastyczności stali e 40 [N/mm ] e 340 [N/mm ] Dla stali o 40 < e < 340 N/mm, dla karbów W0, W1 oraz W wartość w należy interpolować liniowo Grupa natężenia pracy ustroju nośneo 1U U U Współczynnik natężenia pracy ustroju nośneo n p karbu W0, W1, W Granica plastyczności stali e 40 [N/mm ],38,00 1,68 1,41 1,19 1,00 e 340 [N/mm ],84,37 1,91 1,4 1,4 1,00 karbu K0, K1, K, K3, K4,64 4,00,8,00 1,41 1,00 Dla stali o 40 < e < 340 N/mm, dla karbów W0, W1 oraz W wartość np należy interpolować liniowo Wytrzymałość zmęczeniowa materiału podstawoweo na : zt = 0,6 * z Wytrzymałość zmęczeniowa spoin: spoiny Czołowe pachwinowe naprężeń rozciąanie i ściskanie Wytrzymałość zmęczeniowa spoiny zs = z zs = 0,6 * z zs = 0,7 * z materiału z z Wytrzymałość zmęczeniowa śrub naprężeń docisk otworu na rzut Wytrzymałość zmęczeniowa śruby śruby wielocięte: ze = * z śruby jednocięte: ze = 1,* z śruby wielocięte: ze = 0,8* z śruby jednocięte: ze = 0,6* z materiału z Oólne wytyczne określania liczby cykli zmian naprężeń i współczynników obciążenia Naprężenia w ustrojach nośnych dźwinic dla przypadku T wywołane są działaniem obciążeń stałych i ruchowych. Zmiany naprężeń w czasie powstają wyłącznie na skutek działania sił ruchowych. Specyfikacja obciążeń ruchowych: a) uazistatyczne (wolnozmienne) siły ciężkości podnoszoneo ładunku i elementów dźwinicy zmieniających swoje położenie wzlędem rozpatrywanej części ustroju b) dynamiczne (szybkozmienne) siły dynamiczne podnoszenia, ruchów torowych, bezwładności, boczne ruchów torowych, obciążenia szczeólne, powstające w czasie eksploatacji dźwinic specjalnych. Liczba cykli zmian naprężeń w okresie eksploatacji: N = n o * C n o liczba cykli zmiany w czasie 1 cyklu pracy dźwinicy n o = dla β 0, lub n o = 6 dla 0, < β 1 lub n o = 0 dla β > 1 d β = minσ w którym: σ d największe naprężenie od jedneo z obciążeń dynamicznych; max_σ, min_σ największe i najmniejsze naprężenie w rozpatrywanym elemencie od obciążeń uzistatycznych C liczba cykli pracy dźwinicy w okresie eksploatacji w. PN-79/M-0603 Współczynniki obciążenia K p dla normalnych rozkładów naprężeń (w przypadku braku informacji o rozkładzie amplitud naprężeń, należy założyć, że jest on rozkładem normalnym, i wówczas: a) ustroje spawane b) ustroje nitowane i śrubowane K p = 0,09 p + 0,63 p + 0,8 K p = 0,19 p + 0,43 p + 0, 38 minσ a max σ a 0, ( minσ ) + * d p = minσ a = 0, minσ a * * ;minσ największe i najmniejsze naprężenia od obciążeń uzistatycznych = ( * ) Przykłady zaszereowania ustrojów nośnych dźwinic do rup natężnia pracy Lp 1 i przeznaczenie dźwinicy Dźwinice z napędem ręcznym Żurawie montażowe przenośne, suwnice remontowe Grupa natężenia pracy ustroju nośneo 1U U 3 4 Dźwinice montażowe i remontowe w halach maszyn Żurawie budowlane wieżowe Żurawie jezdniowe samochodowe i samojezdne - -U Dźwinice warsztatowe Dźwinice do obsłui maazynów, przeładunku kontenerów Dźwinice stoczniowe i dokowe - U U U 9 Suwnice kuzienne, walcownicze, kleszczowe, wypychowe, wsadowe, kafarowe 6