книги / Строительная механика и металлоконструкции строительных и дорожных машин

В практике дорожно-строительного машиностроения широкое рас­ пространение получили цистерны цилиндрической и эллиптической фор­ мы, выполненные на базе автомобиля или в виде прицепа к седельному автомобилю-тягачу. Конструкция цистерн обеспечивает выгрузку и по­ грузку сыпучих и жидких материалов пневматическим и гидравличес­ ким способами, что обусловливает необходимость расчета цистерн на прочность при действии внутреннего давления и на устойчивость формы при действии внешнего давления.

Цистерны рассчитывают на прочность по допускаемым напряжениям, которые для обечаек и днищ согласно правилам Госгортехнадзора опре­ деляют исходя из испытательного давления. Коэффициент запаса проч­ ности при этом должен быть не менее 1,88.

Исходными данными для расчета цистерны на прочность являются внутреннее рабочее давление рв, зависящее от свойств транспортируемо­ го материала или условий транспортирования его при погрузке-выгруз­ ке материала; возможное давление при вакууме pBKt возникающем при погрузке и выгрузке материалов; объем цистерны, ее геометрические размерь; и принятое расположение опорных устройств; материал цистер­ ны и допускаемые напряжения; масса технологического оборудования тти материала тм .

Расчет выполняют в такой последовательности.

1. Составляют расчетную схему цистерны (рис. 2.77) с указанием не­ обходимых геометрических размеров.

2.Определяют внутреннее давление в цистерне по данным техничес­ ких характеристик вспомогательного оборудования или характеристик транспортируемого материала.

3.Вычисляют толщину обечайки и днищ цистерны.

Толщину 50б обечайки рассчитывают по уравнениям для определе­ ния толщины стенок тонкостенных сосудов, в основу которых положена первая или четвертая гипотезы теории прочности. Первая гипотеза осно­ вывается на предположении, что в тонкостенных сосудах, работающих под внутренним давлением, наиболее опасными являются кольцевые напряжения. При этом

ен т , у ч и т ы в а ю щ и й в л и я н и е с в а р к и , д л я с т ы к о в ы х с в а р н ы х ш в о в с д в у с т о р о н н и м п р о в а р о м v? = 1, д л я а в т о м а т и ч е с к о й с в а р к и п о д ф л ю с о м п р и о д н о с т о р о н н е м п р о в а ­ р е ш в а р = 0 ,8 ; с - п о п р а в к а , у ч и т ы в а ю щ а я к о р р о з и ю и н е т о ч н о с т ь и з г о т о в л е н и я п р о к а т а (д л я у г л е р о д и с т ы х с т а л е й с = 0 ,3 м м н а к а ж д ы й г о д в т е ч е н и е 5 л е т э к с п л у ­ ат а ц и и ) .

Расчет по приведенным формулам дает несколько завышенную тол­ щину обечайки, поэтому для тонкостенных сосудов, работающих при

Толщину плоского днища рассчитывают так же, как металлические мембраны. В большинстве случаев толщину таких днищ, усиленных ко­ сынками и кольцами жесткости, принимают на 10 ... 12 % больше толщи­ ны обечайки.

При расчете цистерны эллиптической формы вместо £>0б.вн в форму­ лы расчета толщин стенок подставляют значение большей оси эллипса d.

4. Проверяют устойчивость формы цистерны от действия внешнего давления и давления при вакууме по критическому давлению ркр, кото­ рое зависит от геометрической формы, размеров цистерны и механи­ ческих свойств материала:

2£ (б об-с )

nD об.вн

где Е - модуль упругости материала; / - расстояние между уголками колец жест­ кости, определяется из условия, чтобы замыкаемый между ними объем не превы­ шал 5000 л; п - число волн, образующихся в результате смятия цистерны (л =

= 6 ... 8) .

Для обеспечения устойчивости цистерны должно выполняться ус­ ловие

Р к р /Р в к = 5 - 6 -

5. Проверяют прочность цистерны на восприятие изгибающего мо­ мента, рассматривая цистерну как балку, лежащую на двух опорах и на­ груженную распределенной нагрузкой от сил тяжести цистерны Gn тех­ нологического оборудования GTи материала GM:

<7=((7ц + G T + См)/1 р

Условие прочности цистерны имеет вид

Где <ти - напряжение при изгибе; Л/тах - максимальный изгибающий момент; W - момент сопротивления цистерны; для цистерны цилиндрической формы

здесь at = а + (60g —с) ; ft, = ft + (60Q — с ) ; при этом в расчете принимают наимень­ шее значение момента сопротивления.

Рис. 2.78. Расчетная схема бункера

факторов: компоновки сооруже­ ния, массы и физических свойств (крупности, плотности, углов ес­ тественного откоса) хранимых ма­ териалов, способов загрузки и раз­ грузки, типа несущих конструкций. По форме сечений бункера разде­ ляют на прямоугольные, круглые и корытообразные. Для хранения больших объемов сыпучих матери­ алов применяют силосы, которые имеют высокую цилиндрическую

часть, и подвесные бункера с гибкими стенками параболического очер­ тания.

На рис. 2.78 показана схема прямоугольного бункера, состоящего из вертикальных стенок и пирамидальной воронки, стенки которой укреп­ лены ребрами жесткости из уголков. Угол наклона плоскости воронки к горизонту а должен быть не менее угла трения материала о стенку бунке­ ра. Размеры выпускного отверстия определяются размером максималь­ ного сводообразующего отверстия.

На каждую стенку бункера действуют силы местного изгиба, возни­ кающего в результате давления материала непосредственно на стенку, горизонтальные растяжение, вызываемое давлением материала на попе­ речные стенки, и скатное растяжение от влияния расположенного ниже участка бункера.

Первая стадия расчета бункера состоит в определении его геометри­ ческих параметров, объема и массы с заполняющим бункер материалом и положения центра масс относительно координатных осей. Для предва­ рительного нахождения массы бункера в процессе проектирования мож­ но пользоваться приведенными ниже данными.

Пирамидальные бункера

Силосы

Параболические бункера

Давление материала на стенки бункера зависит от свойств материала и конфигурации бункера. Для материалов, по свойствам близких к жид­ костям (например, жидкий бетон, строительные растворы и т.п.) давле­ ние на стенки распределяется по гидростатическому закону р = hpgk, где h —глубина расположения рассматриваемой точки стенки под уров­ нем материала; р —плотность материала; g —ускорение свободного па­ дения; к —коэффициент перегрузки (к= 1,2... 1,3).

Для сыпучих материалов распределение давлений отклоняется от ги­ дростатического закона и определяется формулой

где т0 = cos2 а + еп sin2 а; а - угол наклона плоскости к горизонту; е - коэффи­ циент, учитывающий вертикальные силы трения насыпного груза о стенки бункера, е = rih fjR ; ri - коэффициент бокового давления; п' = 0,18//; / - коэффициент внутреннего трения материала; / - коэффициент трения материала о стенки бун­ кера; R - гидравлический радиус бункера, равный частному от деления площади горизонтального сечения бункера на его периметр.

Вследствие слеживаемости материала и трения его о вертикальные и наклонные поверхности давление на стенки значительно уменьшается по отношению к значениям, рассчитанным по приведенным выше форму­ лам, причем это уменьшение тем значительнее, чем больший слой мате­ риала находится над рассматриваемой точкой. При расчете бункеров, в которых высота слоя материала сравнительно невелика, этим умень­ шением пренебрегают.

Усилие растяжения вертикальных участков бункера в горизонталь­ ном направлении (по ширине стенки) от действия материала, приходя­ щееся на единицу высоты:

N = pb/2,

где р - давление, определяемое по формуле (2.153), на поперечные вертикальные стенки; Ъ - ширина поперечных стен на данной глубине.

Для наклонной пирамидальной части бункера

где р - сумма давления материала и распределенной составляющей силы тяжести стенки, действующая на поперечные стенки, р' - km0pgh + 1,1 q cos а2 (здесь q - сила тяжести 1 м2 стенки воронки; 1,1 - коэффициент перегрузки); Ьч- ширина бункера на данной глубине; а, - угол наклона рассматриваемой стенки к горизон­ ту; а2 - угол наклона поперечной стенки.

В скатном направлении (по длине стенки) при симметричных бунке­ рах эти силы предполагаются равномерно распределенными вдоль всей стенки, и для вертикальных стенок растягивающая (скатная) сила, при­ ходящаяся на единицу длины стенки:

V= G /[2(bt + Ь2)],

щ е G - вес бункера, полностью заполненного материалом с учетом коэффициента перегрузки; Ьх и - геометрические размеры бункера.

средних точках с координатами*^, y Qk. Из уравнения моментов отно« сительно тонкий получим

Г {P.sina.-x.-P.cosa.-yj) +

ствует прохождению линии действия реакции RB через точку А (мгно­ венно изменяемая система).

Алгоритм и его детализация. Разработку алгоритма выполняем мето­ дом ’’сверху—вниз”: сначала составляем алгоритм в общем виде, а потом осуществляем поэтапную его детализацию. В общем виде (рис. 2.80, а) алгоритм включает главную программу, в которой выполняется ввод данных и печать результатов, и подпрограмму вычисления реакций по

( Начало ^

Ввод

исходных

данных

Подпрограмма

вычисления

Печать

результатов

Q Конец ^

Рис. 2.80. Последовательность разработки алгоритма определения реакций опор