VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ - core.ac.uk · ČSN EN 13001-1+A1 (2009): Jeřáby - Návrh...

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚBRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍFACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING

ÚSTAV AUTOMOBILNÍHO A DOPRAVNÍHO INŽENÝRSTVÍINSTITUTE OF AUTOMOTIVE ENGINEERING

SLOUPOVÝ VÝLOŽNÍKOVÝ JEŘÁBPILLAR JIB CRANE

BAKALÁŘSKÁ PRÁCEBACHELOR'S THESIS

AUTOR PRÁCEAUTHOR

David Dvořák

VEDOUCÍ PRÁCESUPERVISOR

doc. Ing. Jiří Malášek, Ph.D.

BRNO 2016

Fakulta strojního inženýrství, Vysoké učení technické v Brně / Technická 2896/2 / 616 69 / Brno

Zadání bakalářské práceÚstav: Ústav automobilního a dopravního inženýrství

Student: David Dvořák

Studijní program: Strojírenství

Studijní obor: Stavba strojů a zařízení

Vedoucí práce: doc. Ing. Jiří Malášek, Ph.D.

Akademický rok: 2015/16 Ředitel ústavu Vám v souladu se zákonem č.111/1998 o vysokých školách a se Studijníma zkušebním řádem VUT v Brně určuje následující téma bakalářské práce:

Sloupový výložníkový jeřáb

Stručná charakteristika problematiky úkolu:

Návrh konstrukce sloupového jeřábu včetně důležitých pevnostních výpočtů dle zadaných parametrů:- délka vyložení ramene 3 150 mm,- výška zdvihu 5 850 mm,- nosnost 1 700 kg.

Cíle bakalářské práce:

Vypracovat technickou zprávu s rozborem konstrukce, s výběrem vhodného kladkostrojea s důležitými pevnostními výpočty.Nakreslit konstrukční výkres sestavy sloupového jeřábu dle zadaných parametrů, detailní výkressloupu.

Seznam literatury:

Shigley, J.E.,Mischke, Ch.R.,Budynas, R.G.(2010): Konstruování strojních součástí. ISBN 978-8--214-2629-0.

Bigoš, P.,Kuľka, J.,Kopas, M.,Mantič, M.(2012): Teória a stavba zdvíhacích a dopravných zariadení.TU v Košiciach. ISBN 978-80-553-1187-6.

Jančík, L.(2004): Části a mechanismy strojů. ČVUT Praha.

Klimeš, P.(2003): Části a mechanismy strojů I, II. VUT v Brně.

Janíček, P., Ondráček, E., Vrbka, J.(1992): Pružnost a pevnost. VUT v Brně.

Gajdůšek, J., Škopán, M.(1988): Teorie dopravních a manipulačních zařízení. VUT v Brně.

Fakulta strojního inženýrství, Vysoké učení technické v Brně / Technická 2896/2 / 616 69 / Brno

Kolář, D. a kol. (1991): Části a mechanizmy strojů. Konstrukční cvičení, návody, podklady. VUT vBrně. ISBN 80-214-0371-3.

ČSN EN 13001-1+A1 (2009): Jeřáby - Návrh všeobecně - část 1: Základní principy a požadavky. Úřadpro normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví. Praha. 28 str.

ČSN EN 13001-3-1+A1 (2013): Jeřáby - Návrh všeobecně - část 3-1: Mezní stavy a prokázánízpůsobilosti ocelových konstrukcí. Úřad pro normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví. Praha. 99 str.

ČSN EN 13001-1+A1 (2011): Jeřáby - Návrh všeobecně - část 2: Účinky zatížení. Úřad pronormalizaci, metrologii a státní zkušebnictví. Praha. 56 str.

ČSN 27 0103 (1991): Navrhování ocelových konstrukcí jeřábů - výpočet podle mezních stavů. Českýnormalizační institut. Praha. 68 str.

ČSN EN 15011 (2011): Jeřáby - mostové a portálové jeřáby. Úřad pro normalizaci, metrologii a státnízkušebnictví. Praha. 80 str.

ČSN ISO 4301-1 (1992): Jeřáby a zdvíhací zařízení - klasifikace - část 1: Všeobecně. Úřad pronormalizaci a měření. Praha. 8 str.

ČSN 73 1401 (1998): Navrhování ocelových konstrukcí. Český normalizační institut. Praha. 93 str.

Termín odevzdání bakalářské práce je stanoven časovým plánem akademického roku 2015/16

V Brně, dne

L. S.

prof. Ing. Václav Píštěk, DrSc.

ředitel ústavu

doc. Ing. Jaroslav Katolický, Ph.D.děkan fakulty

BRNO 2016

ABSTRAKT, KLÍ ČOVÁ SLOVA

ABSTRAKT

Tato bakalářská práce se zabývá návrhem konstrukce sloupového výložníkového jeřábu s nosností 1700 kg, délkou vyložení ramene 3150 mm a výškou zdvihu 5850 mm. Práce obsahuje důležité pevnostní výpočty pro návrh hlavních nosných prvků jeřábu a výběr vhodného kladkostroje. Součástí práce je také výkres sestavy a detailního výkresu sloupu.

KLÍČOVÁ SLOVA Sloupový výložníkový jeřáb, sloup, výložník, zdvihací ústrojí, pevnostní výpočet

ABSTRACT

This bachelor thesis deal with the construction design of derrick crane with these technical parameters: lifting capacity is 1700 kg, unloading length is 3150 mm and height of lifting is 5850 mm. The thesis contains strength calculations for proposals major structural elements and selection of suitable hoist. A part of the work is also assembly drawing and detailed drawing of pillar.

KEYWORDS Pillar jib crane, pillar, jib, lifting gear, strength calculation

BRNO 2016

BIBLIOGRAFICKÁ CITAC E

BIBLIOGRAFICKÁ CITACE

DVOŘÁK, D. Jeřáb sloupový výložníkový. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, 2016. 55 s. Vedoucí bakalářské práce doc. Ing. Jiří Malášek, Ph.D..

BRNO 2016

ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ

ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ

Prohlašuji, že tato práce je mým původním dílem, zpracoval jsem ji samostatně pod vedením doc. Ing. Jiřího Maláška, Ph.D. a s použitím literatury uvedené v seznamu.

V Brně dne 27. května 2016 …….……..…………………………………………..

David Dvořák

BRNO 2016

PODĚKOVÁNÍ

PODĚKOVÁNÍ

Rád bych poděkoval vedoucímu mé bakalářské práce panu doc. Ing. Jiřímu Maláškovi, Ph.D. za odborné rady při tvorbě této bakalářské práce. Dále bych chtěl poděkovat své rodině za podporu při studiu.

BRNO 2016

8

OBSAH

OBSAH

Úvod ......................................................................................................................................... 10

1 Zadání ............................................................................................................................... 11

2 Volba konstrukce sloupového jeřábu ............................................................................... 12

2.1 rozdělení sloupových jeřábů ...................................................................................... 12

2.1.1 Polootočný sloupový jeřáb se spodní podpěrou ................................................. 12

2.1.2 Polootočný sloupový jeřáb s horní podpěrou ..................................................... 12

2.1.3 Plně otočný sloupový jeřáb se spodní podpěrou ................................................ 13

2.2 Volba typu konstrukce ............................................................................................... 13

3 Volba kladkostroje ............................................................................................................ 14

3.1 Porovnání vybraných kladkostrojů ............................................................................ 14

3.2 Zvolený kladkostroj ................................................................................................... 14

4 Příslušenství ...................................................................................................................... 16

4.1 Koncové nárazníky .................................................................................................... 16

4.2 Kabelová vlečka ......................................................................................................... 16

5 Návrh profilů konstrukce .................................................................................................. 17

5.1 Profil sloupu ............................................................................................................... 17

5.2 Profil výložníku ......................................................................................................... 17

5.3 Profil podpěry ............................................................................................................ 18

6 Návrhový výpočet ............................................................................................................ 19

6.1 Charakteristika provozu jeřábu .................................................................................. 19

6.2 Stanovení součinitelů zatížení.................................................................................... 19

6.3 Výpočet zatížení ........................................................................................................ 20

6.3.1 Zatížení vlastní hmotností kladkostroje .............................................................. 20

6.3.2 Zatížení od jmenovitého břemene ...................................................................... 20

6.3.3 Celková působící síla .......................................................................................... 20

6.3.4 Zatížení od vlastní hmotnosti výložníku ............................................................ 21

6.3.5 Zatížení od vlastní hmotnosti podpěry ............................................................... 21

6.3.6 Zatížení od vlastní hmotnosti sloupu .................................................................. 21

6.4 Výpočet silového působení ........................................................................................ 22

6.4.1 Klasifikace vazeb ................................................................................................ 22

6.4.2 Kinematický rozbor ............................................................................................ 22

6.4.3 Uvolnění těles ..................................................................................................... 23

6.4.4 Statický rozbor .................................................................................................... 23

6.4.5 Výpočet reakcí .................................................................................................... 24

6.5 Výsledné vnitřní účinky ............................................................................................. 25

BRNO 2016

9

OBSAH

6.5.1 Výpočet VVU výložníku a podpěry ................................................................... 25

6.5.2 Výpočet VVU sloupu ......................................................................................... 28

6.6 Návrh profilů z hlediska mezního stavu pružnosti .................................................... 30

6.6.1 Návrh výložníku ................................................................................................. 30

6.6.2 Návrh sloupu ...................................................................................................... 31

6.6.3 Návrh podpěry .................................................................................................... 32

6.7 Návrh ložiska v bodě C .............................................................................................. 33

6.8 Návrh ložiska v bodě B .............................................................................................. 34

6.9 Návrh ukotvení sloupového jeřábu ............................................................................ 35

7 Kontrola konstrukce ......................................................................................................... 38

7.1 Kontrola svarů ............................................................................................................ 38

7.1.1 Kontrola svaru spojující čep a výložník ............................................................. 38

7.1.2 Výpočet svaru spojující výložník a podpěru ...................................................... 39

7.2 Vzpěrná stabilita sloupu ............................................................................................. 41

7.3 Přetvoření konstrukce ................................................................................................ 43

7.3.1 Kontrola přetvoření výložníku............................................................................ 43

7.3.2 Kontrola přetvoření sloupu ................................................................................. 44

7.3.3 Celkové přetvoření konstrukce ........................................................................... 45

Závěr ......................................................................................................................................... 46

Seznam použitých zkratek a symbolů ...................................................................................... 49

Seznam obrázků ........................................................................................................................ 54

Seznam příloh ........................................................................................................................... 55

BRNO 2016

10

ÚVOD

ÚVOD

Jeřáb je stroj určený ke zvedání nebo přemísťování břemene v prostoru, přičemž je břemeno

zavěšeno na háku nebo uchopeno jiným způsobem. Jednotlivých typů jeřábů je velké

množství, proto se zaměřím pouze na sloupový výložníkový jeřáb.

Tento typ je vhodný pro použití ve strojírenské praxi pro manipulaci s těžkými břemeny

v rámci jednoho pracoviště. Nejčastější využití je ve výrobních halách, skladech apod.

Výhodou je malá plocha potřebná k ukotvení jeřábu. Nosnost se pohybuje obvykle do 6t.

Hlavní částí sloupového jeřábu je sloup a otočný výložník, po kterém pojíždí zdvihací ústrojí.

Mohou být otočné o 360° při použití spodní podpěry, která se odvaluje po sloupu nebo otočné

o 270°, kdy je výložník uchycen ke sloupu pomocí navařených patek.

BRNO 2016

11

ZADÁNÍ

1 ZADÁNÍ

Nosnost: 1700 kg

Délka vyložení ramene: 3150 mm

Zdvih: 5850 mm

Obr. 1: Schéma sloupového jeřábu [18]

BRNO 2016

12

VOLBA KONSTRUKCE SLO UPOVÉHO JEŘÁBU

2 VOLBA KONSTRUKCE SLOUPOVÉHO JE ŘÁBU

2.1 ROZDĚLENÍ SLOUPOVÝCH JEŘÁBŮ

2.1.1 POLOOTOČNÝ SLOUPOVÝ JEŘÁB SE SPODNÍ PODPĚROU

Jeřáb otočný o 270° s nosností až 2000 kg a délkou vyložení až 7 m.

Obr. 2: Polootočný sloupový jeřáb se spodní podpěrou [9]

2.1.2 POLOOTOČNÝ SLOUPOVÝ JEŘÁB S HORNÍ PODPĚROU

Jeřáb otočný o 270° s nosností do 1000 kg a délkou vyložení až 7 m.

Obr. 3: Polootočný sloupový jeřáb s horní podpěrou [9]

BRNO 2016

13

VOLBA KONSTRUKCE SLO UPOVÉHO JEŘÁBU

2.1.3 PLNĚ OTOČNÝ SLOUPOVÝ JEŘÁB SE SPODNÍ PODPĚROU

Jeřáb otočný o 360° s nosností do 4000 kg a délkou vyložení až 10 m.

Obr. 4: Plně otočný sloupový jeřáb se spodní podpěrou [9]

2.2 VOLBA TYPU KONSTRUKCE

Zadání neurčuje rozsah otáčení jeřábu, proto je volen plně otočný sloupový jeřáb s dolní

podpěrou. Tento typ umožňuje otáčení jeřábu o 360°. Přenos elektrické energie je zajištěn

pomocí kroužkového sběrače a otáčení břemene je vykonáváno ručně.

BRNO 2016

14

VOLBA KLADKO STROJE

3 VOLBA KLADKOSTROJE

3.1 POROVNÁNÍ VYBRANÝCH KLADKOSTROJ Ů Při výběru kladkostroje jsem se zaměřil na elektrické řetězové kladkostroje s elektrickým

pojezdem. Jediné zadané kritérium je nosnost, která činí 1700 kg. Jako další důležitá kritéria

pro výběr volím cenu a hmotnost kladkostroje. Z široké škály výrobců kladkostrojů jsem se

zaměřil na výrobce Abus, Giga, Star Liftket a Demag.

Tab. 1: přehled kladkostrojů

Výrobce ABUS GIGA LIFTKET DEMAG

Typ GM6 2000.5-

2/EF 22

CH3 2000.5 -

JE STAR 071/55 CLW2000ET

Nosnost [1] 2000 2000 2000 2000

Rychlost

zdvihu [1] 1,3/5 1,25/5 0,75/3 1/4

Rychlost

pojezdu [1] 5/20 5/20 5/20 6/20

Hmotnost [1] 112 85 86 115

Cena bez

DPH [1] 85000 69300 75000 86700

3.2 ZVOLENÝ KLADKOSTROJ

Po porovnání jednotlivých typů volím kladkostroj GIGA CH3 2000.5-JE [8].

Parametry zvoleného kladkostroje:

• Typ CH3 2000.5-JE

• Nosnost 2000 kg

• Výška zdvihu 6 m

• Rychlost zdvihu 1,25/5 m/min

• Motor zdvihu 0,45/1,9 kW

• Rychlost pojezdu 5/20 m/min

• Motor pojezdu 0,06/0,25 kW

• Pracovní teplota -10°C až +40°C

BRNO 2016

15

VOLBA KLADKO STROJE

• Provozní napětí 400 V, 50 Hz

• Počet sepnutí (1/hod) 180 c/h

• Hmotnost 84,6 kg

• Ovladač závěsný, tlačítkový

• Pojistka proti přetížení přetěžovací (prokluzová) spojka

Obr. 5: Kladkostroj Giga [8]

BRNO 2016

PŘÍSLUŠENSTVÍ

4 PŘÍSLUŠENSTVÍ

4.1 KONCOVÉ NÁRAZNÍKY

Koncové nárazníky slouží k

výložníku.

• Kinetická energie pohlcená p

��

�� 84,6 � 1700� �� 97�

Kde:

�� [kg] hmotnost kladkostroje

mb [kg] hmotnost břemena

vp [m/min] rychlost pojezdu kladkostroje

� 20� � �� 0,33

Z [19] vybrán koncový nárazník s

pojmout několikanásobek vypo

4.2 KABELOVÁ VLE ČKA

Nezbytnou součástí jeřábu je i kkladkostroje a jeho pojezdu.

ÍSLUŠENSTVÍ

ÁRAZNÍKY

Koncové nárazníky slouží k tlumení rázů vzniklých nájezdem kladkostroje na konec

Kinetická energie pohlcená při nárazu kladkostroje

� � �� 0,33�

hmotnost kladkostroje

řemena

rychlost pojezdu kladkostroje

33� � ��

vybrán koncový nárazník s objednacím číslem 017132-060x150. Tento typ je schop

vypočítané kinetické energie.

Obr. 6: Koncový nárazník [19]

ČKA řábu je i kabelová vlečka poskytující bezpečné vedení kabelu k

kladkostroje a jeho pojezdu. Pojezd kabelové vlečky je v C profilu připevn

16

vzniklých nájezdem kladkostroje na konec

(1)

060x150. Tento typ je schopen

vedení kabelu k napájení řipevněném na výložníku.

BRNO 2016

17

NÁVRH PROFILŮ KONSTRUKCE

5 NÁVRH PROFILŮ KONSTRUKCE

Profily konstrukce jsou voleny z materiálu S355J0. Mez kluzu materiálu Re = 355 MPa [1].

5.1 PROFIL SLOUPU Volena bezešvá trubka TR Ø356x22 – ČSN 42 5715 - S355J0 [16].

Obr. 7: Profil sloupu

Parametry sloupu:

• Vnější průměr Ds = 355,6 mm

• Tloušťka stěny ts = 22 mm

• Vnitřní průměr ds = 311,6 mm

• Hmotnost ms = 181 kg · m-1

5.2 PROFIL VÝLOŽNÍKU

Volen profil IPE 330 ČSN 42 5553 – S355J0 [17].

Obr. 8: Profil výložníku

BRNO 2016

18

NÁVRH PROFILŮ KONSTRUKCE

Parametry výložníku:

• Výška profilu hipe = 330 mm

• Šířka profilu bipe = 160 mm

• Tloušťka stojiny sipe = 7,5 mm

• Tloušťka základny tipe = 11,5 mm

• Vnější zaoblení r ipe = 9 mm

• Vnitřní zaoblení Ripe = 18 mm

• Hmotnost mipe = 49,1 kg · m-1

• Moment setrvačnosti k ose x Jxipe = 11770 cm4

• Průřezový modul k ose x Wxipe = 713 cm3

5.3 PROFIL PODPĚRY

Profil podpěry je volen stejný jako profil výložníku. Profil IPE 330 ČSN 42 5553 – S355J0

[17].

BRNO 2016

19

NÁVRHOVÝ VÝPOČET

6 NÁVRHOVÝ VÝPOČET

Dle ČSN 270103 je počítáno zjednodušené skutečné zatížení. Je uvažována základní

kombinace zatížení. Výpočet zahrnuje zatížení od břemene, konstrukce a kladkostroje.

Součinitel bezpečnosti volen k = 2,5, gravitační zrychlení g = 9,81m · s-2.

6.1 CHARAKTERISTIKA PROVOZU JE ŘÁBU

Voleno dle [6].

• Zdvihová třída H2

• Druh provozu D2

• Spektrum napětí S1

• Provozní skupina J4

Pravidelný, ale přerušovaný provoz.

6.2 STANOVENÍ SOUČINITELŮ ZATÍŽENÍ

Součinitele stanoveny dle [6].

• Součinitel zatížení od jmenovitého břemene γlo = 1,3

• Součinitel zatížení od vlastní hmotnosti γg = 1,1

• Dynamický součinitel pojezdový δt = 1,1

• Dynamický zdvihový součinitel δh = 1,162

δh = 1,15 + 0,15 · vh (2)

δh = 1,15 + 0,15 · 0,083

δh = 1,162

Kde:

vh [m · min-1] rychlost zdvihu kladkostroje

vh = 5 m · min-1 = 0,083 m · s-1

BRNO 2016


6.3 VÝPOČET ZATÍŽENÍ

Rozměry:

a1 = 6450 mm

a2 = 1500 mm

b1 = 3150 mm

b2 = 270 mm

b3 = 220 mm

b4 = 180 mm

b5 = 1800 mm

6.3.1 ZATÍŽENÍ VLASTNÍ HMOT

Fk = mk · g · δt · γg

Fk = 84,6 · 9,81 · 1,1 · 1,1

Fk = 1004 N

Kde:

mk [kg] hmotnost kladkostroje

6.3.2 ZATÍŽENÍ OD JMENOVITÉ

Fb = mb · g · δh · γlo

Fb = 1700 · 9,81 · 1,162 · 1,

Fb = 25192 N

Kde:


6.3.3 CELKOVÁ PŮSOBÍCÍ SÍLA

F = Fk + Fb

F = 1004 + 25192

F = 26196 N

ET ZATÍŽENÍ

mm

Obr. 9: Schéma konstrukce

ATÍŽENÍ VLASTNÍ HMOT NOSTÍ KLADKOSTROJE

hmotnost kladkostroje

ATÍŽENÍ OD JMENOVITÉHO BŘEMENE

1,3

řemena

ŮSOBÍCÍ SÍLA

20

Schéma konstrukce

(3)

(4)

(5)

BRNO 2016

21


6.3.4 ZATÍŽENÍ OD VLASTNÍ HMOTNOSTI VÝLOŽNÍKU

Fv = qv · (b1 + b2 + b4) (6)

Fv = 583 · (3,150 + 0,270 + 0,180)

Fv = 2099 N

Kde:

qv [N · m-1] liniové zatížení vyvolané tíhou výložníku

qv = mipe · g · δt · γg (7)

qv = 49,1 · 9,81 · 1,1 · 1,1

qv = 583 N · m-1

6.3.5 ZATÍŽENÍ OD VLASTNÍ HMOTNOSTI PODPĚRY

Fp = qp · a3 (8)

Fp = 583 · 1,5

Fp = 875N

Kde:

qp [N · m-1] liniové zatížení vyvolané tíhou podpěry

qp = mipe · g · δt · γg (9)

qp = 49,1 · 9,81 · 1,1 · 1,1

qp = 583 N · m-1

6.3.6 ZATÍŽENÍ OD VLASTNÍ HMOTNOSTI SLOUPU

Fs = qs · a1 (10)

Fs = 1776 · 6,450

Fs = 11455 N

Kde:

qs [N · m-1] liniové zatížení vyvolané tíhou sloupu

qs = ms · g (11)

qs = 181 · 9,81

qs = 1776 N · m-1

BRNO 2016

22


6.4 VÝPOČET SILOVÉHO PŮSOBENÍ

Výpočet silového působení proveden dle [4].

6.4.1 KLASIFIKACE VAZEB

Vazba A - Vetknuti ζA = 3

Vazba B - Obecná vazba ζB = 1

Vazba C - Rotační kinematická dvojice ζC = 2

Kde:

ζ [–] je počet stupňů volnosti odebraných vazbou

6.4.2 KINEMATICKÝ ROZBOR

počet odebraných deformačních parametrů η = 0

i = (n – 1) · iv – (ζA + ζB + ζC – η) (12)

i = (3 – 1) · 3 – (3 + 1 + 2 – 0)

i = 6 – 6 = 0

Těleso je ve statické rovnováze.

Kde:

n [–] počet těles

iv [–] počet stupňů volnosti volného tělesa

η [–] počet odebraných deformačních parametrů

i [–] počet stupňů volnosti tělesa

BRNO 2016

23


6.4.3 UVOLNĚNÍ TĚLES

Uvolnění těles znamená nahrazení mechanických účinků vazeb silovými dvojicemi na

principu akce a reakce.

Obr. 10: Uvolnění těles 2 a 3

6.4.4 STATICKÝ ROZBOR

• Počet neznámých parametrů NP = {FAx, FAy, FBx, FCx, FCy, MA}

µF = 5

µM = 1

µR = 0

µ = µF + µM + µR (13)

µ = 5 + 1 + 0

µ = 6

Kde:

µF [–] počet neznámých silových parametrů

µM [–] počet neznámých momentových parametrů

µR [–] počet neznámých polohových parametrů

FAx [N] reakční síla ve směru osy X v místě A

FAy [N] reakční síla ve směru osy Y v místě A

MA [N · m] reakční ohybový moment v místě A

FBx [N] reakční síla ve směru osy X v místě B

FCx [N] reakční síla ve směru osy X v místě C

FCy [N] reakční síla ve směru osy Y v místě C

BRNO 2016

24


• Počet použitelných statických podmínek

ν = νF + νM (14)

ν = 4 + 2

ν = 6

Kde:

νF [–] počet silových statických podmínek v rovinné soustavě

νM [–] počet momentových statických podmínek v rovinné soustavě

• Podmínka statické určitosti

ν = µ ˄ µM + µR ˂ νM (15)

6 = 6 ˄ 1 + 0 ˂ 2

Podmínky jsou splněny, úloha je staticky určitá.

6.4.5 VÝPOČET REAKCÍ

Všechny síly a momenty, které působí na těleso 2 a 3 viz. obr. 10 musí být v rovnováze

s reakcemi.

• Rovnice statické rovnováhy pro těleso 3

ΣFy = 0

FCy – F – Fp – Fv = 0 (16)

FCy = F + Fp + Fv

FCy = 26196 + 875 + 2099

FCy = 29170 N

ΣMC = 0

F · b1 + Fv · b5 + Fp · b3 – FBx · a2 = 0 (17)

FBx = � · �� ! · �" �# · �$ %&

FBx = �'�(' · )�*+ �+(( · �,++ ,-* · �,+ �*++

FBx = 57635 N

ΣFx = 0

FBx – FCx = 0 (18)

FCx = FBx

FCx = 57635 N

BRNO 2016

25


• Rovnice statické rovnováhy pro těleso 2

ΣFx = 0

FAx + FCx – FBx = 0 (19)

FAx = FBx – FCx

FAx = 57635 – 57635

FAx = 0 N

ΣFy = 0

FAy – FCy – Fs = 0 (20)

FAy = FCy + Fs

FAy = 29170 + 11455

FAy = 40625 N

ΣMA = 0

– MA – FBx · (a1 – a2) + FCx · a1 = 0 (21)

MA = – FBx · (a1 – a2) + FCx · a1

MA = – 57635 · (6450 – 1500) + 57635 · 6450

MA = 86452500 N · mm

6.5 VÝSLEDNÉ VNITŘNÍ ÚČINKY

6.5.1 VÝPOČET VVU VÝLOŽNÍKU A PODPĚRY

Obr. 11: Rozdělení výložníku a podpěry na intervaly

BRNO 2016


• Řešení intervalu Ω31

x31 ϵ ˂0; b2˃

x31 ϵ ˂0; 0,270˃ m

ΣFx = 0 N31 = 0 N

ΣFy = 0 T31 = qv · x31

T31 = 583 · ˂

T31 = ˂0; 157

ΣMO31 = 0 MO31 = – qv

MO31 = – 583

MO31 = ˂ 0; –


x32 ϵ ˂0; b1 – b3˃

x32 ϵ ˂0; 2,930˃ m

ΣFx = 0 N32 = 0 N

ΣFy = 0 T32 = F + qv

T32 = 26196 + 583

T32 = ˂26353

ΣMO32 = 0 MO32 = – F ·

MO32 = – 26196

MO32 = ˂ –21


x33 ϵ ˂0; b4˃

x33 ϵ ˂0; 0,180˃ m

ΣFx = 0 N33 = 0 N

ΣFy = 0 T33 = – qv · x

T33 = – 583 ·

T33 = ˂0; – 10

(22)

31 (23)

˂0; 0,270˃

0; 157˃ N Obr. 12: Určení VVU v intervalu 31

· .$�&�

583 · /+&;+,�-+&1

�

– 21˃ N · m

(25)

v · (0,270 + x31) (26)

26196 + 583 · ˂ 0,270; 3,2˃

26353; 28062˃ N Obr. 13: Určení VVU v intervalu 32

· x32 – qv · �+,�-+ .$&�&

�

26196 · ˂ 0; 2,930˃ – 583 · ˂+,�-+;),�˃&

�

21; – 79739˃ N · m

(28)

x33 (29)

· ˂0; 0,180˃ Obr. 14: Určení VVU v intervalu 33

105˃ N

26

čení VVU v intervalu 31

(24)

í VVU v intervalu 32

(27)

: Určení VVU v intervalu 33

BRNO 2016


ΣMO33 = 0 MO33 = – qv

MO33 = – 583

MO33 = ˂ 0; –


x34 ϵ ˂0; b3˃

x34 ϵ ˂0; 0,220˃ m

ΣFx = 0 N34 = FCx

N34 = 57635 N

ΣFy = 0 T34 = – qv · (0,180

T34 = – 583 ·

T34 = ˂ 29065

ΣMO34 = 0 MO34 = FCy ·

MO34 = 29170

MO34 = ˂ – 9,5


x35 ϵ ˂0; a3˃

x35 ϵ ˂0; 1,5˃ m

ΣFx = 0 N35 = qp · x35

N35 = 583 · ˂

N35 = ˂ 0; 87

ΣFy = 0 T35 = – FBx

T35 = – 57635

ΣMO35 = 0 MO35 = FBx · MO35 = 57635

MO35 = ˂ 0; 8645

· .$$&�

583 · ˂+;+,�,+˃&

�

– 9,5˃ N · m

(31)

= 57635 N

(0,180 + x34) + FCy (32)

· ˂ 0,180; 0,4˃ + 29170

29065; 28937˃ N Obr. 15: Urč

· x34 – qv · �+,�,+ .$2�&

�

29170 · ˂ 0; 0,22˃ – 583 · ˂+,�,+;+,3˃&

� 9,5; 6371˃ N · m

35 (34)

˂0; 1,5˃

0; 875˃ N

(35)

57635 N

· x35 (36) Obr. 16: Urč57635 · ˂ 0; 1,5˃

86452,5˃ N · m

27

(30)


(33)

Určení VVU v intervalu 35

BRNO 2016


• Vyhodnocení VVU výložníku a podp

Obr. 17

Z obr. 17 je vidět, že největší namáhání ohybovým momentem je v

podpěry.

6.5.2 VÝPOČET VVU SLOUPU

VVU výložníku a podpěry

17: Grafické vyjádření Mo, N, T výložníku a podpěry

t, že největší namáhání ohybovým momentem je v místě

SLOUPU

Obr. 18: Rozdělení sloupu na intervaly

28

ení Mo, N, T výložníku a podpěry

místě spojení výložníku a

BRNO 2016



x21 ϵ ˂0; a2˃

x21 ϵ ˂0; 1,5˃ m

ΣFx = 0 N21 = – qs · x

N21 = – 1776

N21 = ˂ – 29170

ΣFy = 0 T21 = FCx

T21 = 57635

ΣMO21 = 0 MO21 = FCx ·

MO21 = 57635

MO21 = ˂0; 8

• Řešení intervalu Ω22 x22 ϵ ˂0; a1– a2˃

x22 ϵ ˂0; 4950˃ m

ΣFx = 0 N22 = – qs · (1,

N22 = – 1776

N22 = ˂ – 31834

ΣFy = 0 T22 = FCx – F

T22 = 57635

T22 = 0 N

ΣMO22 = 0 MO22 = FCx ·

MO22 = 57635

MO22 = ˂ 86452,5

x21 – FCy (37)

1776 · ˂ 0; 1,5˃ – 29170

29170; – 31834˃ N

(38)

57635 N

· x21 (39)

= 57635 · ˂ 0; 1,5˃

˂0; 86452,5˃ N · m Obr. 19: Určení VVU v intervalu 21

(1,5 + x22) – FCy (40)

1776 · ˂ 1,5; 6,45˃ – 29170

834; – 40625˃ N

FBx (41)

– 57635

· (1,5 + x22) – FBx · x22 (42)

= 57635 · ˂ 1,5; 6,45˃ – 57635 · ˂0; 4,950˃

6452,5; 86452,5˃ N · m Obr. 20: Urč

29

Určení VVU v intervalu 21


BRNO 2016


• Vyhodnocení VVU sloupu

Obr.

6.6 NÁVRH PROFILŮ Z

• Dovolené napětí v ohybu

Pro materiál S355J0 je mez kluzu

456 � 78�

456 �3552,5

456 � 142:;<

6.6.1 NÁVRH VÝLOŽNÍKU

• Minimální pr ůřezový modul

456 �=>?@ABC>?@DE→ G5HIJK

GLMIJK � 79739142 � 10' GLMIJK � 0,000562�) �

Kde:

MOVmax [N · m] maximální ohybový moment p

MOVmax = MO32 = 79739 N ·

VVU sloupu

Obr. 21: Grafické vyjádření Mo, N, T sloupu

Ů Z HLEDISKA MEZNÍHO STA VU PRUŽNOSTI

ětí v ohybu

mez kluzu Re = 355 MPa [1].

ůřezový modul

5HIJK �=>?@ABN>O

� 562P�)

maximální ohybový moment působící na výložník

· m

30

VU PRUŽNOSTI

(43)

(44)

BRNO 2016

31


• Porovnání minimálního modulu průřezu s hodnotou profilu

GQRST ≥ GLMIJK (45) 713 P�) > 562 P�) → Zvolený profil IPE vyhovuje

• Skutečné ohybové napětí výložníku

45H = =>?@ABCWXYZ (46)

45H = 79739713 ∙ 10�'

45H = 111,8 ∙ 10�' ;< = 111,8 :;<

• Porovnání napětí 456 ≥ 45H (47) 142 :;< > 111,8 :;< → Zvolený profil vyhovuje

6.6.2 NÁVRH SLOUPU


456 = =>\@ABC>\@DE → G5]IJK = =>\@ABN>O (48)

G5]IJK = 86452,5142 · 10'

G5]IJK = 0,000609 �) = 609 P�)

Kde:

MOSmax [N · m] maximální ohybový moment působící na sloup

MOSmax = MO21 = MO22 = 86452,5 N · m


GQ]^ = _)� ∙ 62̀� a2̀6` (49)

GQ]^ = b32 ∙ 355,63 − 311,63355,6

GQ]^ = 1,812 · 106 mm3 = 1,812 cm3

GQ]^ ≥ G5]IJK (50) 1812 P�) > 609 P�) → Zvolený profil vyhovuje

BRNO 2016

32


• Skutečné ohybové napětí sloupu

45] � =>\@ABCW\d (51)

45] = 86452,51812 ∙ 10�'

45] = 47,7 ∙ 10�' ;< = 47,7 :;<

• Porovnání napětí 456 ≥ 45] (52) 142 :;< > 47,7 :;< → Zvolený profil vyhovuje

6.6.3 NÁVRH PODPĚRY


456 = =>Y@ABC>Y@DE → G5SIJK = =>Y@ABN>O (53)

G5SIJK = 86452,5142 · 10'

G5SIJK = 0,000609 �) = 609 P�)

Kde:

MOPmax [N · m] maximální ohybový moment působící na podpěru

MOPmax = MO35 = 86452,5 N · m


GQRST ≥ G5SIJK (54) 713 P�) > 609 P�) → Zvolený profil vyhovuje

• Skutečné ohybové napětí podpěry

45S = =>Y@ABCWXYZ (55)

45S = 86452,5713 ∙ 10�'

45S = 121,3 ∙ 10�' ;< = 121,3 :;<

• Porovnání napětí

456 ≥ 45S (56) 142 :;< > 121,3 :;< → Zvolený profil vyhovuje

BRNO 2016


6.7 NÁVRH LOŽISKA V

Na ložisko v bodě C působí

Otáčení výložníku je provádě

Volím dvouřadé soudečkové ložisko 2222

Parametry ložiska v bodě C

• Vnější průměr

• Vnitřní průměr

• Šířka ložiska

• Hmotnost

• Dovolená statická únosnost

• Součinitel axiálního zatížení

Součinitel statické bezpečnosti

• Výpočet ekvivalentního statického zatížení

POC = FR + Yo · FA

POC = 57635 + 2,7 · 29170

POC = 136394 N

Kde:

FR [N] radiální složka síly

FA [N] axiální složka síly

FR = FCX = 57635 N

FA = FCY = 29170 N

• Výpočet statické únosnosti

COC = POC · SOC

COC = 136394 · 3

COC = 409182 N

• Porovnání statické únosnosti

CO1 ≥ COC

510000 N ˃ 409182 N →

LOŽISKA V BODĚ C

ě ůsobí reakce FCX a FCY, musí tedy přenést axiální a radiální složk

ení výložníku je prováděno při nízkých otáčkách, uvažuji pouze statické namáhání.

čkové ložisko 22220EW33MH dle [14].

ě C:

Dc = 180 mm

dc = 100 mm

Bc = 46 mm

mc= 5 kg

tatická únosnost Co1 = 510000 N

initel axiálního zatížení Yo = 2,7

čnosti SOC = 3 dle [20].

Obr. 22: Dvouřadé

et ekvivalentního statického zatížení

radiální složka síly

snosti

Porovnání statické únosnosti

Zvolené ložisko vyhovuje

33

ní a radiální složku síly.

kách, uvažuji pouze statické namáhání.

řadé soudečkové ložisko [14]

(57)

(58)

(59)

BRNO 2016


6.8 NÁVRH LOŽISKA V

V bodě B působí reakce FBX

Volím jednořadé válečkové

Parametry ložiska v bodě B:

• Vnější průměr

• Vnitřní průměr

• Šířka ložiska

• Hmotnost

• Dovolená statická únosnost

Součinitel statické bezpečnosti

• Síla působící na jedno ložisko

ef^ � �gW�∙hLij

ef^ � 576352 ∙ cos 17°

FBL = 30134 N

Kde:

Ll [mm] rozteč opěrných kroužk

Ll = 160 mm

DO [mm] průměr opěrného kroužku

DO = 120 mm

DB [mm] průměr odvalovacího pásu

DB = 440 mm

o [°] úhel rozpětí opěrných kroužk

p��o � dq&

Og&

O#&

p��o � 1602

4402 �1202

→

LOŽISKA V BODĚ B

BX, ložisko musí přenést radiální sílu.

čkové ložisko NUP2207ETNG dle [15].

ě B:

Db = 72 mm

db = 35 mm

Bb = 23 mm

mb= 0,4 kg

tatická únosnost Co2 = 64300 N

čnosti SOB = 1.5 volen dle [20].

Obr. 23: Jednořadé

sobící na jedno ložisko

ěrných kroužků

ěrného kroužku

r odvalovacího pásu

ěrných kroužků

o � 17°

34

řadé válečkové ložisko [15]

(60)

(61)

BRNO 2016


• Výpočet ekvivalentního statického zatížení

POB = FBL

POB = 30134 N

• Výpočet statické únosnosti

CBO = POB · SOB

CBO= 30134 · 1,5

CBO = 45201 N

• Porovnání statické únosnosti

CO2 ≥ CBO

64300 N ˃ 45201 N → Zvolené ložisko vyhovuje

6.9 NÁVRH UKOTVENÍ SLOUPO

Jeřáb je upevněn pomocí kotevních šroub

8.8.

Mez kluzu šroubu Reš = 660 MPa

Klopný moment Mkl = MA

Obr. 24: : Zatížení opěrných kroužků

et ekvivalentního statického zatížení

et statické únosnosti

atické únosnosti

Zvolené ložisko vyhovuje

ÁVRH UKOTVENÍ SLOUPO VÉHO JEŘÁBU

pomocí kotevních šroubů do betonového základu. Volím šroub

0 MPa dle [1, str. 442].

= 86452,5 N · m.

35

(62)

(63)

(64)

. Volím šrouby s pevností

BRNO 2016


Vzdálenosti sil:

l1 = 87,5 mm

l2 = 212 mm

l3 = 388 mm

l4 = 512,5 mm

• Výpočet dovoleného nap

456š � 78š�

456š � ''+�,* = 264 MPa

• Výpočet maximální síly ve šroubuVýpočet maximální sily ve šroub

Mkl = 2 · FS1 · l1 + 2 · FS2 · l

Předpokládám lineární nárů

Platí: �̀ �s� �

�̀ &s& �

�̀ $s$ �

�̀ 2s2

ei� � ei3 ∙ t�t3 ei� � ei

:�s � 2 ∙ ei3 ∙ t��

t3 � 2 ∙ ei3

ei3 � :�s2 ∙ t�

�t3 � 2 ∙

t��t3 � 2 ∙tt

ei3 � 86452,5 ∙ 2 ∙ u87,5�512 � 212�512 �

ei3 � 47566v

Obr. 25: Schéma ukotvení

et dovoleného napětí šroubu

síly ve šroubu ve šroubu dle [1, str. 483].

· l2 + 2 · FS3 · l3 + 2 · FS4 · l4

edpokládám lineární nárůst síly ve šroubu od hrany klopení.

ei3 ∙ t�t3 ei) � ei3 ∙t)t3

∙ t��

t3 � 2 ∙ ei3 ∙t)�t3 � 2 ∙ ei3 ∙ t3

t)�t3 � 2 ∙ l3

10)� 388�512 � 512x

36

(65)

(66)

(67)

BRNO 2016

37


• Výpočet minimálního průměru šroubu

456š = �̀ 2]` = 3∙�̀ 2_∙ a`@DE& → yiIJK = z 3∙�̀ 2_∙ N>O (68)

yiIJK = {4 ∙ 47566b ∙ 264

yiIJK = 15,2 ��

Volen kotevní šroub od firmy Peikko HPM 20 dle [21] v počtu 8 kusů.

BRNO 2016

KONTROLA KONSTRUKCE

7 KONTROLA KONSTRUKCE

7.1 KONTROLA SVARŮ

V této části je provedena kontrola svar

Svařování probíhá za použití elektrody E

Postup výpočtu proveden dle

• Dovolené smykové napě

|6 � } ∙ 78q�`

|6 � 0,75 ∙ 3901,5

|6 � 195:;<

Kde:

} [‒] převodní součinitel svarového spoje

ks [‒] součinitel bezpečnosti svaru

7.1.1 KONTROLA SVARU SPOJUJÍCÍ

Spojení čepu a výložníku je realizováno svarem po celém obvodu

výložníku. Uvažuji pouze smykové namáhání silou F

Výška svaru zč = 8 mm.

• Plocha účinného průř

pč � 1,414 ∙ b ∙ �č ∙ 6č�

pč � 1,414 ∙ b ∙ 8 ∙ 1502

pč � 2666��

KONTROLA KONSTRUKCE

ONTROLA KONSTRUKCE

Ů

ásti je provedena kontrola svarů nejdůležitějších částí konstrukce sloupového je

za použití elektrody E-K 103. Mez kluzu elektrody R

proveden dle [1].

napětí

činitel svarového spoje [1, str. 519]

čnosti svaru [1, str. 519]

ARU SPOJUJÍCÍ ČEP A VÝLOŽNÍK

epu a výložníku je realizováno svarem po celém obvodu č

Uvažuji pouze smykové namáhání silou FCX.

Obr. 26: Svar čepu a výložníku

ůřezu svaru

38

ástí konstrukce sloupového jeřábu.

Rel = 390 MPa [22].

(69)

epu a výložníku je realizováno svarem po celém obvodu čepu na spodní hraně

(70)

BRNO 2016

KONTROLA KONSTRUKCE

• Výpočet smykového nap

|č � ��B]č

|č �576352666

|č � 21,6:;<

• Kontrola svaru

|č � |6

21,6 MPa ˂ 195 MPa →

7.1.2 VÝPOČET SVARU SPOJUJÍ

Pro zjednodušení uvažuji pouze

Výšku svaru zp = 14 mm

Délka svaru e1 = 260 mm

Délka svaru e2 = 160 mm

• Plocha účinného průř

p � 1,414 ∙ �č ∙ �e1 + e2)

p � 1,414 ∙ 14 ∙ �260 � 160p � 8314��

KONTROLA KONSTRUKCE

et smykového napětí

Svar čepu a výložníku vyhovuje

ET SVARU SPOJUJÍ CÍ VÝLOŽNÍK A PODPĚRU

pouze svary viz. obr. 27

Obr. 27: Schéma svarů

ůřezu svaru

160�

39

(71)

(72)

(73)

BRNO 2016

40

KONTROLA KONSTRUKCE

• Výpočet smykového napětí od posouvající síly

|́ � ��B]# (74)

|́ = 576358314

|́ = 6,9 :;<

• Moment působící na svar

Msv = MO35 = 86,452,5 ∙ 10' v ∙ �� (75)

• Jednotkový osový kvadratický moment průřezu

�� = ��&' ∙ �3 ∙ �� + �� (76)

�� = 270�6 ∙ �3 ∙ 160 + 270�

�� = 9112500 ��)

• Osový kvadratický moment průřezu

�� = 0,707 ∙ � ∙ �� (77) �� = 0,707 ∙ 14 ∙ 9112500 �� = 90195525 ��3 = 90,2 ∙ 10' ��3

• Výpočet smykového napětí od momentu

|́́ = =`! ∙�$�� (78)

|́́ = 86,452,5 ∙ 10' ∙ 15790,2 ∙ 10'

|́́ = 150,5 :;<

Kde:

e3 [mm] vzdálenost od těžiště svarů k nejvzdálenějšímu místu svaru

�) = z�� + ��&� �� (79)

�) = {u2702 x� + u1602 x�

�) = 157 ��

BRNO 2016

41

KONTROLA KONSTRUKCE

• Výsledné smykového napětí

| � z|́� + |́́� (80)

| = �6,9� + 150,5� | = 157,4 :;<

• Kontrola svaru | ≤ |6 (81)

157,4MPa < 195 MPa → Svar výložníku a podpěry vyhovuje

7.2 VZPĚRNÁ STABILITA SLOUPU

Výpočet vzpěrné stability proveden podle [5].

• Moment setrvačnosti průřezu

�is = _'3 ∙ ��i3 − yi3� (82)

�is = b64 ∙ �355,63 − 311,63�

�is = 322140524 ��3 = 322,1 ∙ 10' ��3

• Plocha průřezu

pis = b ∙ �6&̀�a&̀3 � (83)

pis = b ∙ �355,6� − 311,6�4 � = 23056,78 ��

pis = 23057 ��

• Poloměr setrvačnosti průřezu prutu

�is = z�`q]`q (84)

�is = {322,1 ∙ 10'23057

�is = 118 ��

BRNO 2016

42

KONTROLA KONSTRUKCE

• Redukovaná délka prutu

tL � 2 ∙ <� (85) tL = 2 ∙ 6450 tL = 12900 ��

• Štíhlost prutu

� = s�J`q (86)

� = 12900118

� = 109,3

Další výpočet je třeba provést dle pružného vzpěru podle Eulera.

• Výpočet napětí ve sloupu

4a = ��]`q (87)

4a = 2917023057

4a = 1,3 :;<

• Kritické nap ětí z hlediska vzpěru

4�� = _&∙T�& (88)

4�� = b� ∙ 2,1 ∙ 10*109,3�

4�� = 174 :;<

Kde:

E [MPa] modul pružnosti oceli v tahu

E = 2,1 ∙ 10* MPa

• Kontrola napětí 4a < 4�� (89) 1,3 :;< < 174:;<

→ Podmínka splněna, kritické napětí je mnohonásobně vyšší než napětí zatěžující sloup.

BRNO 2016

KONTROLA KONSTRUKCE

7.3 PŘETVOŘENÍ KONSTRUKCE

V této části výpočtu je porovnán pr

průhyb je stanoven superpozicí od pr

počítáno bez koeficientů a všechny vazby uvažovány jako vetknutí.

• Zatěžující síla

e� � �� . �

e� � �1700 � 84,6�. 9,81

e� � 17507v

• Zatěžující moment

:� � e�. �� :� � 17507. 3150

:� � 55147050v. ��

7.3.1 KONTROLA PŘETVOŘ

Obr.

• Průhyb výložníku [2, str. 44

�I%.M � ��.��$).T.�BD#8

�I%.M � 17507. 31503.2,1. 10*. 117700000

�I%.M � 7,4��

KONTROLA KONSTRUKCE

ENÍ KONSTRUKCE

čtu je porovnán průhyb konstrukce s normalizovanými hodnotami.

hyb je stanoven superpozicí od průhybu sloupu a výložníku. Pro zjednodušení je zatížení

ů a všechny vazby uvažovány jako vetknutí.

TVOŘENÍ VÝLOŽNÍKU

Obr. 28: Označení průhybu a natočení výložníku

2, str. 44]

3150)117700000

43

normalizovanými hodnotami. Výsledný

hybu sloupu a výložníku. Pro zjednodušení je zatížení

(90)

(91)

(92)

BRNO 2016

KONTROLA KONSTRUKCE

• Úhel natočení výložníku

}I%.M � ��.��&�.T.�BD#8

}I%.M � 17507. 31502.2,1. 10*. 117700000

}I%.M � 0,0035�<y � 0,201

• Kontrola pr ůhybu výložníku Kontrola průhybu výložníku provedena

�I%.M � ��)++ 7,4 � 3150300

7,4�� 10,5�� →

7.3.2 KONTROLA PŘETVOŘ

Obr.

• Průhyb sloupu [2, str. 44

�I%.i � =�.%�&�.T.�`q

�I%.i � 55147050. 64502. 2,1. 10*.322,

�I%.i � 17��

KONTROLA KONSTRUKCE

ení výložníku [2, str. 44]

3150�117700000

201°

ůhybu výložníku ku provedena dle [7].

Vyhovuje

ŘETVOŘENÍ SLOUPU

Obr. 29: Označení průhybu a natočení sloupu

2, str. 44]

6450�,1 ∙ 10'

44

(93)

(94)

(95)

BRNO 2016

45

KONTROLA KONSTRUKCE

• Úhel natočení sloupu [2, str. 44]

}I%.i � =� .%�T .�`q (96)

}I%.i = 55147050 . 64502,1 . 10* . 322,1 ∙ 10'

}I%.i = 0,0053 �<y = 0,304°

• Kontrola pr ůhybu sloupu

Kontrola průhybu sloupu provedena dle [7]. �I%.i ≤ %�)++ (97)

17 ≤ 6450300

17�� < 21,5 �� → Vyhovuje

7.3.3 CELKOVÉ PŘETVOŘENÍ KONSTRUKCE

• Celkový průhyb

�h = �I%.M + �� ∙ sin }I%.i� (98) �h = 7,4 + �3150 ∙ sin 0,304� �h = 24,2 ��

Obr. 30: Celkový průhyb konstrukce

BRNO 2016

46

ZÁVĚR

ZÁVĚR

Cílem této bakalářské práce bylo vypracovat návrh konstrukce sloupového jeřábu s důležitými

pevnostními výpočty a volbou vhodného kladkostroje. Dále vypracovat konstrukční výkres

sestavy a detailní výkres sloupu pro nosnost 1700 kg, délku vyložení ramene 3150 mm a

výšku zdvihu 5850 mm.

V úvodu představuji základní typy konstrukce sloupových jeřábů, které jsou k dispozici na

trhu. Na základě porovnání jednotlivých kladkostrojů jsem vybral kladkostroj od firmy Giga

CH3 2000.5-JE. Kladkostroj je řetězový, zdvih i pojezd je dvourychlostní elektrický. Dále

proběhl výběr koncových nárazníků a kabelové vlečky.

Dle normy ČSN 270103 jsem zařadil jeřáb do jednotlivých tříd, podle kterých lze určit

součinitele pro základní kombinaci zatížení. Pro výpočet jsem uvažoval zatížení od vlastní

tíhy jednotlivých částí konstrukce, hmotnosti břemene a kladkostroje. Dynamické účinky

jsem zohlednil volbou vyššího součinitele bezpečnosti k = 2,5. Následoval statický rozbor a

určení výsledných vnitřních účinků. Hlavní částí konstrukce je sloup, výložník a podpěra.

Sloup je tvořen bezešvou hladkou trubkou průměru 355,6 mm s tloušťkou stěny 22 mm.

Výložník s podpěrou jsou navrženy z profilu IPE 330. Výložník je spojen se sloupem pomocí

čepu uloženém ve dvouřadém soudečkovém ložisku. V místě opěrných kroužků se nachází

dvě jednořadá válečková ložiska. Otáčení výložníku probíhá ručně. Jeřáb je ukotven pomocí 8

kotevních šroubů průměru 20 mm do betonového základu.

Nakonec je provedena kontrola důležitých svarových spojů, vzpěrná stabilita sloupu a

kontrola na přetvoření konstrukce.

Součástí práce je také konstrukční výkres sestavy a detailní výkres sloupu.

BRNO 2016

47

POUŽITÉ INFORMAČNÍ ZDROJE


[1] SHIGLEY, Joseph Edward, Charles R. MISCHKE a Richard G. BUDYNAS, VLK, Miloš (ed.). Konstruování strojních součástí. Překlad Martin Hartl. V Brně: VUTIUM, 2010. Překlady vysokoškolských učebnic. ISBN 978-80-214-2629-0.

[2] LEINVEBER, Jan a Pavel VÁVRA. Strojnické tabulky: pomocná učebnice pro školy technického zaměření. 3., dopl. vyd. Úvaly: Albra, 2006. ISBN 80-7361-033-7.

[3] REMTA, F., KUPKA, L., DRAŽAN, F., a kol.: Jeřáby. 1. Díl. Druhé vydání. Praha. SNTL-Nakladatelství technické literatury, 1974. 645 s.

[4] FLORIAN, Zdeněk, Emanuel ONDRÁČEK a Karel PŘIKRYL. Mechanika těles: statika. Vyd. 7., V Akademickém nakladatelství CERM 2. Brno: Akademické nakladatelství CERM, 2007. ISBN 978-80-214-3440-0.

[5] MALÁŠEK, J. Ústav automobilního a dopravního inženýrství. 18 Vzpěr

[6] ČSN 27 0103. Navrhování ocelových konstrukcí jeřábů: Výpočet podle mezních stavů. Praha: Vydavatelství norem, 1989. 68s. MDT 621.873:624.042.

[7] ČSN EN 13001-3-1+A1. Jeřáby - Návrh všeobecně - Část 3-1: Mezní stavy a prokázánízpůsobilosti ocelových konstrukcí. Praha: Úřad pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví, 2013.

[8] GIGA. Elektrické řetězové kladkostroje Giga [online]. [cit. 2016-05-25]. Dostupné z: http://www.gigasro.cz/files/katalogy/giga_chain_hoists_catalogue_-_2010.pdf

[9] ITECO. Otočné jeřáby [online]. [cit. 2016-05-25]. Dostupné z: http://www.iteco.cz/files/ckeditor/Soubory/katalogy_2015/Schwenkkran-CZ.pdf

[10] TEDOX. Jeřáby [online]. [cit. 2016-05-25]. Dostupné z: http://www.tedox.cz/editor/filestore/File/Katalog%208/14.%20Jeraby.pdf

[11] ITECO. Elektrické řetězové kladkostroje [online]. [cit. 2016-05-25]. Dostupné z: http://www.tedox.cz/editor/filestore/File/Katalog%208/14.%20Jeraby.pdf

[12] LIFTKET. Elektrické řetězové kladkostroje [online]. [cit. 2016-05-25]. Dostupné z: http://www.kladkostroje.cz/prilohy/soubory/katalog-liftket-star.pdf

[13] DEMAG. Řetězové kladkostroje [online]. [cit. 2016-05-25]. Dostupné z: http://www.jeraby-vazaky.cz/cz/download/1404042016/?at=1

[14] ZKL. Soudečková ložiska [online]. [cit. 2016-05-25]. Dostupné z: http://www.zkl.cz/cs/cat/2013/drsrb/22220ew33mh

[15] ZKL. Jednořadá válečková ložiska [online]. [cit. 2016-05-25]. Dostupné z: http://www.zkl.cz/en/cat/2013/srcrb/nup2207etng

[16] ZACHA. Trubky ocelové bezešvé hladké [online]. [cit. 2016-05-25]. Dostupné z: http://www.zacha.cz/bezesve-hladke

BRNO 2016

48


[17] FERONA. Profil IPE válcovaný za tepla [online]. [cit. 2016-05-25]. Dostupné z: http://www.ferona.cz/cze/katalog/detail.php?id=30393

[18] GIGA. Poptávka otočného sloupového jeřábu [online]. [cit. 2016-05-25]. Dostupné z: http://www.gigasro.cz/poptavka-otocneho-sloupoveho-nebo-otocneho-konzoloveho- jerabu.html

[19] CONDUCTIX. Katalog příslušenství [online]. [cit. 2016-05-25]. Dostupné z: http://www.conductix.cz/sites/default/files/downloads/KAT0240-0003-CZ_web.pdf

[20] LOZISKAVILIM. Valivá ložiska [online]. [cit. 2016-05-25]. Dostupné z: http://www.loziskavilim.cz/files/valiva-loziska-zkl.pdf

[21] PEIKKO. Kotevní šrouby [online]. [cit. 2016-05-25]. Dostupné z: http://81.167.44.246/pdf_eng/PPM_HPM_eng.pdf

[22] HANOUSEK. Elektroda E-K 103 [online]. [cit. 2016-05-25]. Dostupné z: http://www.hanousek.cz/editor/filestore/File/E-K_103.pdf

BRNO 2016

49

SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOL Ů


a1 [mm] celková délka sloupu

a2 [mm] vzdálenost od kraje sloupu k opěrným kroužkům

b1 [mm] vzdálenost od osy sloupu ke kladkostroji při max. vyložení

b2 [mm] vzdálenost mezi kladkostrojem a koncem výložníku při max. vyložení

b3 [mm] vzdálenost podpěry od osy sloupu

b4 [mm] vzdálenost přesahu výložníku od osy sloupu

b5 [mm] vzdálenost od těžiště výložníku k ose sloupu

Bb [mm] šířka ložiska B

Bc [mm] šířka ložiska C

bipe [mm] šířka profilu

CO1 [N] dovolená statická únosnost ložiska C

CO2 [N] dovolená statická únosnost ložiska B

COB [N] statická únosnost ložiska B

COC [N] statická únosnost ložiska C

D2 [‒] druh provozu jeřábu

db [mm] vnitřní průměr ložiska B

Db [mm] vnější průměr ložiska B

DB [mm] průměr odvalovacího pásu

dC [mm] vnitřní průměr ložiska C

DC [mm] vnější průměr ložiska C

dč [mm] průměr čepu

Do [mm] průměr opěrného kroužku

ds [mm] vnitřní průměr sloupu

Ds [mm] vnější průměr sloupu

dsmin [mm] minimální průměr šroubu

E [MPa] modul pružnosti oceli v tahu

e1 [mm] délka svaru

e2 [mm] délka svaru

e3 [mm] vzdálenost od těžiště svar. skupiny k nejvzdálenějšímu místu svaru

Ek [J] kinetická energie pohlcená nárazníky

F [N] celková působící síla

BRNO 2016

50


FA [N] axiální složka síly

FAx [N] reakční síla ve směru osy X v místě A

FAy [N] reakční síla ve směru osy Y v místě A

Fb [N] zatížení od jmenovité hmotnosti břemene

FBL [N] síla působící na jedno ložisko

FBx [N] reakční síla ve směru osy X v místě B

FCx [N] reakční síla ve směru osy X v místě C

FCy [N] reakční síla ve směru osy Y v místě C

Fk [N] zatížení od vlastní hmotnosti kladkostroje

Fp [N] zatížení od vlastní hmotnosti podpěry

FR [N] radiální složka síly

Fs [N] zatížení od vlastní hmotnosti sloupu

FSn [mm] n-tá síla šroubu

Fv [N] zatížení od vlastní hmotnosti výložníku

Fz [N] zatěžující síla

g [m·s-2] gravitační zrychlení

H2 [‒] zdvihová třída jeřábu

hipe [mm] výška profilu

i [‒] počet stupňů volnosti tělesa

isl [mm] poloměr setrvačnosti průřezu sloupu

iv [‒] počet stupňů volnosti volného tělesa

J4 [‒] provozní skupina jeřábu

Jsl [mm4] moment setrvačnosti průřezu sloupu

Jxipe [cm4] moment setrvačnosti k ose x

Jz [mm4] osový kvadratický moment průřezu

Jzu [mm3] jednotkový osový kvadratický moment průřezu

k [‒] součinitel bezpečnosti

ks [‒] součinitel bezpečnosti svaru

Ll [mm] rozteč opěrných kroužků

ln [mm] n-tá vzdálenost n-té síly od klopné hrany

lo [mm] redukovaná délka prutu

mb [kg] hmotnost ložiska B


BRNO 2016

51


mc [kg] hmotnost ložiska C

mipe [kg] hmotnost

mk [kg] hmotnost kladkostroje

Mkl [N · m] klopný moment

MO2n [N · m] moment v místě n-tého řezu sloupu

MO3n [N · m] moment v místě n-tého řezu výložníku a podpěry

MOPmax [N · m] maximální ohybový moment působící na podpěru

MOSmax [N · m] maximální ohybový moment působící na sloup

MOVmax [N · m] maximální ohybový moment působící na výložník

ms [kg] hmotnost sloupu

Msv [N · m] moment působící na svar

Mz [N · m] zatěžující moment

n [‒] počet těles

N2n [N] normálová síla v místě n-tého řezu sloupu

N3n [N] normálová síla v místě n-tého řezu výložníku a podpěry

NP [‒] počet neznámých parametrů

POB [N] statické ekvivalentní zatížení ložiska B

POC [N] statické ekvivalentní zatížení ložiska C

qp [N · m-1] liniové zatížení vyvolané tíhou podpěry

qs [N · m-1] liniové zatížení vyvolané tíhou sloupu

qv [N · m-1] liniové zatížení vyvolané tíhou výložníku

Re [MPa] mez kluzu materiálu

Rel [MPa] mez kluzu elektrody

Reš [MPa] mez kluzu šroubu

S1 [‒] spektrum napětí jeřábu

Sč [mm] plocha účinného průřezu svaru čepu

sipe [mm] tloušťka stojiny

SOB [‒] součinitel statické bezpečnosti ložiska B

SOC [‒] součinitel statické bezpečnosti ložiska C

Sp [mm] plocha účinného průřezu svaru podpěry

Ssl [mm2] plocha průřezu sloupu

T2n [N] tečná síla v místě n-tého řezu sloupu

T3n [N] tečná síla v místě n-tého řezu výložníku a podpěry

BRNO 2016

52


tipe [mm] tloušťka základny

ts [mm] tloušťka stěny sloupu

vh [m·min-1] rychlost zdvihu kladkostroje

vp [m·min-1] rychlost pojezdu kladkostroje

Wopmin [cm3] minimální průřezový modul podpěry

Wosmin [cm3] minimální průřezový modul sloupu

Wovmin [cm3] minimální průřezový modul výložníku

Wxipe [cm3] průřezový modul k ose x

WXSL [cm3] modul průřezu sloupu

x2n [m] označení délky n-tého řezu sloupu

x3n [m] označení délky n-tého řezu výložníku a podpěry

yc [mm] celkový průhyb

ymaxs [mm] průhyb sloupu

ymaxv [mm] průhyb výložníku

Yo [‒] součinitel axiálního zatížení

zč [mm] výška svaru čepu

zp [mm] výška svaru podpěry

α [‒] převodní součinitel svarového spoje

αc [°] celkové natočení

αmaxs [°] úhel natočení sloupu

αmaxv [°] úhel natočení výložníku

γg [‒] součinitel zatížení od vlastní hmotnosti

γlo [‒] součinitel zatížení od jmenovitého břemene

δh [‒] dynamický zdvihový součinitel

δt [‒] dynamický součinitel pojezdový

ζ [‒] počet stupňů volnosti odebraných vazbou

η [‒] počet odebraných deformačních parametrů

λ [‒] štíhlost prutu

µ [‒] počet neznámých parametrů

µF [‒] počet neznámých silových parametrů

µM [‒] počet neznámých momentových parametrů

µR [‒] počet neznámých polohových parametrů

ν [‒] počet použitelných statických podmínek

BRNO 2016

53


νF [‒] počet silových statických podmínek v rovinné soustavě

νM [‒] počet momentových statických podmínek v rovinné soustavě

σd [MPa] napětí ve sloupu

σkr [MPa] kritické napětí z hlediska vzpěru

σOD [MPa] dovolené napětí v ohybu

σODš [MPa] dovolené napětí šroubu

σOP [MPa] skutečné ohybové napětí podpěry

σOS [MPa] skutečné ohybové napětí sloupu

σOV [MPa] skutečné ohybové napětí výložníku

τ´´p [MPa] smykové napětí od momentu

τ´p [MPa] smykové napětí od posouvající síly

τč [MPa] smykové napětí

τD [MPa] dovolené smykové napětí

τp [MPa] výsledné smykové napětí

φ [°] úhel rozpětí opěrných kroužků

Ω2n [‒] označení n-tého řezu výložníku a podpěry

Ω3n [‒] označení n-tého řezu výložníku a podpěry

BRNO 2016

54

SEZNAM OBRÁZK Ů

SEZNAM OBRÁZK Ů

Obr. 1: Schéma sloupového jeřábu [18] ................................................................................... 11 Obr. 2: Polootočný sloupový jeřáb se spodní podpěrou [9] ..................................................... 12 Obr. 3: Polootočný sloupový jeřáb s horní podpěrou [9] ......................................................... 12 Obr. 4: Plně otočný sloupový jeřáb se spodní podpěrou [9] .................................................... 13 Obr. 5: Kladkostroj Giga [8] .................................................................................................... 15 Obr. 6: Koncový nárazník [19] ................................................................................................. 16 Obr. 7: Profil sloupu ................................................................................................................. 17 Obr. 8: Profil výložníku ............................................................................................................ 17 Obr. 9: Schéma konstrukce ....................................................................................................... 20 Obr. 10: Uvolnění těles 2 a 3 .................................................................................................... 23 Obr. 11: Rozdělení výložníku a podpěry na intervaly .............................................................. 25 Obr. 12: Určení VVU v intervalu 31 ........................................................................................ 26 Obr. 13: Určení VVU v intervalu 32 ........................................................................................ 26 Obr. 14: Určení VVU v intervalu 33 ........................................................................................ 26 Obr. 15: Určení VVU v intervalu 34 ........................................................................................ 27 Obr. 16: Určení VVU v intervalu 35 ........................................................................................ 27 Obr. 17: Grafické vyjádření Mo, N, T výložníku a podpěry .................................................... 28 Obr. 18: Rozdělení sloupu na intervaly .................................................................................... 28 Obr. 19: Určení VVU v intervalu 21 ........................................................................................ 29 Obr. 20: Určení VVU v intervalu 22 ........................................................................................ 29 Obr. 21: Grafické vyjádření Mo, N, T sloupu .......................................................................... 30 Obr. 22: Dvouřadé soudečkové ložisko [14] ............................................................................ 33 Obr. 23: Jednořadé válečkové ložisko [15] .............................................................................. 34 Obr. 24: : Zatížení opěrných kroužků ....................................................................................... 35 Obr. 25: Schéma ukotvení ....................................................................................................... 36 Obr. 26: Svar čepu a výložníku ................................................................................................ 38 Obr. 27: Schéma svarů ............................................................................................................. 39 Obr. 28: Označení průhybu a natočení výložníku .................................................................... 43 Obr. 29: Označení průhybu a natočení sloupu ......................................................................... 44 Obr. 30: Celkový průhyb konstrukce ....................................................................................... 45

BRNO 2016

55

SEZNAM PŘÍLOH

SEZNAM PŘÍLOH

Výkres sestavy JIBC-01-00

Výkres svarku sloupu JIBC-01-01

Dne 27. 5. 2016 zpracoval David Dvořák.

Date post:	16-Sep-2018
Category:	Documents
Upload:	truongcong
View:	218 times
Download:	0 times

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ - core.ac.uk · ČSN EN 13001-1+A1 (2009): Jeřáby - Návrh...

Documents