CC BY
8УДК 624.014
А.С. Яблоков, к.т.н., зав. лаборатории, ФГБОУВО «ВГУВТ». Е.А. Черепкова, к.т.н., доцент, ФГБОУ ВО «ВГУВТ». Е Я. Зозуля, студент группы ОЭТ-411, ФГБОУ ВО «ВГУВТ». А.Ю. Смольков, студент группы ДЭТ-411, ФГБОУ ВО «ВГУВТ». 603950, г. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5.
РАСЧЕТ КОНСОЛИ ДЛЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ СУДОВОЙ СТАНЦИИ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
Ключевые слова: рама, стержни, нагрузка, перемещение, напряжение, болтовое соединение, пластина.
Приведен расчет консоли для проведения испытаний судовой станции очистки сточных вод в программеAPM.WinMachine.
Для испытания очистной станции на устойчивость при крене и дифференте судна была поставлена задача разработки стенда (рамы). Согласно [2] допустимый угол крена равен 22,5 градуса, а дифферента 5 градусов. Расчет сил действующих на балку.
Y
Рис. 1. Схема сил, возникающих от крена
Расчет усилий:
Fi = k mg
кз - коэффициент запаса, кз = 2,6. т - масса станции очистки, т = 1000 кг. g - ускорение свободного падения.
Fz = k3cos22,5 * mg = 2,6 * cos22,5 * 1000 * 9,8 = 9950 H. Fy = kssin22,5 * mg = 2,6 * sin22,S * 1000 * 9,8 = 24022 H. F4 = k3sin5 * mg = 2,6 * sitiS * 1000 * 9,8 = 2266 H.
Расчет рамы и подбор оптимального сечения стержней (профиля металлоконструкции) осуществляем в программе APM.WinMachine.
Материал металлоконструкций был принят Сталь 3 по ГОСТ 380-2005 [3]. Физико-механические характеристики Ст3 были приняты следующими: модуль упругости Юнга Е = 1.94 х 105 МПа, коэффициент Пуассона V = 0,28, предел текучести аТ = 230 МПа, плотность р = 7820 кг/м3. Стержневая конструкция рамы моделировалась в натуральную величину с соблюдением заданных характеристик и геометрических размеров. Металлоконструкция рамы имеет симметричное сечение. Каждое соединение было заменено на абсолютно жесткое - сварное. Моделирование опор рамы также не проводилось, а в местах опирания накладывались граничные условия, исключающие перемещение узлов во всех направлениях и их поворот в этих узлах. Исходя из характеристик используемого проката, идеализация конструкции каркаса на конечные элементы проводилась с использованием 8, 10, 20 - узловых конечных элементов, симметричных в поперечном сечении.
Вид рамы изображен на рис. 3.
Рис. 3. Рама
В местах подвеса станции очистки сточных вод были приложены проекции сил, соответствующие натяжению грузозахватных строп, значения усилий представлены в табл. 1, 2.
Таблица 1
Радиальные силы
N Расстояние от левого конца балки, мм Модуль, Н Угол, град
0 250.00 4975.00 180.00
1 250.00 12011.00 -90.00
2 1750.00 4975.00 180.00
3 1750.00 12011.00 -90.00
Таблица 2 Осевые силы
N Расстояние от левого конца балки, мм Значение, Н
0 250.00 1133.00
1 1750.00 1133.00
Профиль стержней был принят в соответствии с табл. 3.
Таблица 3
Расход
Название Количество Длина [мм] Погонная масса [кг/мм] Масса изделия [кг] Общая масса [кг] Площадь окраски [мм2]
Сталь
Кв. труба 80 х7 ГОСТ 30245-2003 4 10711.94 0.01 156.72 156.72 3105987.728
Кв. труба 100х8 ГОСТ 30245-2003 1 2200.00 0.02 46.75 46.75 804460.154
Кв. труба 40 х4 ГОСТ 30245-2003 2 1864.09 0.00 7.78 7.78 272651.816
Всего для материала 211.25 4183099.698
Результаты расчета эквивалентных напряжений и перемещений представлены на рис. 4, 5 соответственно.
Рис. 4. Эквивалентные перемещения
гУМ|Н/мм"2|
Рис. 5. Эквивалентные напряжения
Суммарные реакции: Абсолютные значения:
- Реакции 26957.898166 [Н].
- Момента 23454123.355588 [Н*мм].
- Максимальное перемещение 3.97 мм.
- Максимальное напряжение 47.2 Н/мм2.
В соответствии с таблицей 3.1 [1] значения расчетных сопротивлений определяются по формуле
Яр = ^, (1)
У т
где у - коэффициент надёжности по материалу; уТ =1,1 для стали с сТ < 380 МПа.
Производим расчет значений расчетных сопротивлений [3]: сталь 3 - сТ = 210 МПа;
Я = 210 = 190,9 МПа. ' 1,1
Таким образом, максимальное значение действующего напряжения составило 47,2 МПа, что меньше допускаемого значения 190,9 МПа.
Рассчитываем болтовое соединение, с помощью которого скрепляется вся конструкция, где возникает максимальная нагрузка на балку (рис. 6).
Рис. 6. Соединение конструкции рамы в самом нагруженном участке Расчёт выполненный в APM.WinMachine.
Рис. 7. Схема болтового соединения в программе АРМ.№шМасЫпе
15462.98 15099.47 14735.96 14372.46 14008.95 13645.44 13281.94 12918.43 12554.92 12191.42 11827.91 11464.40 11100.90 10737.39 10373.88 J 10010.37
Рис. 8. Диапазон цветов нагрузок болтов [Н]
Суммарные результаты
Таблица 4
Площадь поверхности стыка 122144.191 кв.мм
Момент инерции стыка относительно центральных осей
- относительно горизонтальной оси 298758384.343 4 мм4
- относительно вертикальной оси 12330137641.945 4 мм
Угол наклона главных центральных осей 3.379 град
Макс. сдвигающая нагрузка на болт 15319.239 Н
Диаметр стержня болта 13.966 мм
Минимальная толщина пластины 4.875 мм
Таблица 5 Постоянные параметры
Предел текучести материала деталей крепления 250.000 МПа
Количество поверхностей среза/трения 1
Таблица 6
Касательные силы
N Координаты [мм] Проекции [Н]
x y z на x на y
0 350.00 0.00 0.00 0.00 -12011.00
1 350.00 0.00 0.00 -1133.00 0.00
В ходе расчетов былрассмотрен лишь один участок соединения балки с помощью 4-х болтов, в то время как их 8, поэтому полученные данные делим на половину и исходим от них. На основании полученных результатов выбираем толщину пластин 4 мм, диаметры болтов равные 10 мм для всех соединений.
Список литературы:
[1] СТО 24.09-5821-01-93. Краны грузоподъёмные промышленного назначения. Нормы и методы расчёта элементов стальных конструкций.
[2] Российский Речной Регистр. Правила (в 4-х томах). Т. 1. Правила технического наблюдения за постройкой судов и изготовлением материалов и изделий (ПТНП).
[3] ГОСТ 380-2005. Сталь углеродистая обыкновенного качества.
CALCULATION CONSOLE FOR TESTING OF SHIP WASTEWATER TREATMENT
A.S. Yablokov, E.A. Cherepkova, E. Y. Zozulya, A. Yu. Smolkov
Keywords: frame, bars, load, displacement, voltage, bolted connection, the plate.
See the console for testing of ship wastewater treatment in the program APM.WinMachine. Статья поступила в редакцию 26.09.2016 г.
