Сварная металлоконструкция мостового крана Вариант 3

Содержание
Задание на проектирование
Введение
1.Назначение и описание крана
2. Выбор геометрической схемы мостового крана
3. Выбор расчетной схемы
4. Выбор и характеристика основного металла
5. Выбор способа сварки и сварочных материалов
6. Определение внутренних усилий и выбор сечений
7. Проверка работоспособности стержней при межузловом приложении нагрузки
8. Расчет сварных узлов
9. Расчет концевой балки
10. Технология сборки и сварки концевой балки
Список использованной литературы

Его площадь сечения ; ; ; .
Наименьший радиус инерции равен:
,
гибкость:
,
коэффициент .
Напряжение сжатия в стойках равно:
Так как в ферме жесткости по принятой схеме расчета элементы не испытывают переменных усилий , то прикрепления в узлах могут быть выполнены с применением швов любых типов без понижения допускаемых напряжений в основном металле стержней.
Подбор сечений элементов в фермах связей.
Раскосы в фермах связи проектируют из одного уголка , F=6,86 м2, стойки - из уголка .
Произведем проверку прочности основных элементов прикреплений узлов. Элементы работают при знакопеременных усилиях с характеристикой цикла
Прикрепление в узлах предусматривается соединениями внахлестку с обвариванием по контуру. Эффективный коэффициент концентрации
Кэ=3,3. Значение коэффициента составит:
В наиболее нагруженном раскосе фермы связей напряжение в зоне прикрепления будет равно:
Так как допускаемое напряжение , то прочность элемента обеспечена.
8. Расчет сварных узлов
В главной ферме расчету прочности подлежат стыки поясов, прикрепления раскосов и стоек к косынкам узла и прикрепления косынок к поясам ферм.
Пояса сваривают швом встык с двусторонним проваром и последующей механической обработкой. Эти соединения являются особо ответственными в конструкции. Коэффициент концентрации напряжений в растянутом стыковом шве Кэ = 1,4.
При , коэффициент понижения допускаемых напряжений равен:

Принимаем . Таким образом, стыки поясов равнопрочны основному элементу.
В узлах с косынками (рис. 5,б) стойки приваривают фланговыми швами с катетом К=4 мм, которые имеют технологическое значение для закрытия зазора между уголками и косынкой.
Раскосы приваривают в узлах к косынкам широкой полосой встык, узкие ребра - продольными угловыми швами. Примем для этих продольных швов, так же как и для лобовых, Кэ=2,5.
Определим коэффициент для швов, прикрепляющих встык растянутые раскосы 1'2 (r = +0,14) и 5'6 (r =-0,68). Узел 5'6' аналогичен (Рис. 5).
При r = +0,3
Величина допускаемых напряжении составляет:
При
Усилия между полосами раскосов распределяются пропорционально площадям, входящим в состав сечения. Усилие в узком ребре раскоса 1'2
Площадь сечения ребра
Площадь сечения раскоса
Ребро приваривается к косынке двумя швами длиной L=12 см каждый.
Напряжение в шве с катетом К=5мм равно:
.
Усилие в узком ребре раскоса 56 равно:
Швы имеют длину L=12см каждый. Напряжение в швах равно:
что меньше допускаемых напряжений.
Аналогичным образом проверяется прочность остальных узлов главных ферм.
Определим напряжение в швах, приваривающих косынку (прокладку к поясам).
В узле 1' усилия в раскосе 1'2 составляют 154,0 кН, а в раскосе 1'0 – 137,0 кН.
Определим сумму проекций усилий на горизонтальную ось, сдвигающих прокладку относительно пояса:
.
Допускаемые напряжения для сварных швов в узле V:
Усилие воспринимается четырьмя продольными швами. При К = 5 мм требуемая длина швов, прикрепляющих косынку к поясу, равна:
.
Из конструктивных соображений принимаем L =500 мм.

Рис. 5 Сварные узлы главной фермы
.
Расчет прочности сварных соединений ферм жесткости
Как было указано выше, все сварные соединения ферм жесткости рассчитывают при =1 и допускаемых напряжениях:
Пояса сваривают стыковым швом, равнопрочным основному металлу. Раскосы и стойки прикрепляют к надставкам, привариваемым к вертикальной полке уголков пояса (рис. 6, а). Длину швов назначают с учетом технологических и конструктивных особенностей.
Длина флангового шва, приваривающего раскос со стороны обушка уголка, принимается равной 90 мм, с противоположной стороны - 40 мм; длина лобового шва соответствует ширине полки уголка; катет шва К=4мм.
Для приварки раскоса 1'2 (рис. 6, а) полная расчетная длина швов равна:
Напряжение в швах равно:
В других швах крепления раскосов и стоек фермы жесткости величины напряжений в швах имеют еще меньшее значение.

Рис. 6. Сварные узлы фермы жесткости и фермы связей

Расчет прочности сварных соединений ферм связей
Для сварных швов в узлах ферм связей коэффициенты концентрации напряжений в лобовых швах Кэ=2,5, во фланговых Кэ=4.
При r = -1 коэффициент ;
Допускаемое напряжение в лобовых швах:
во фланговых:
Длину лобового шва, прикрепляющего раскос 1'0, примем 80 мм (рис. 6,б). Усилие на лобовой шов с К = 4 мм равно:
усилие на фланговые швы:
Требуемая длина фланговых швов при К = 4 мм равна
Определяем длину шва со стороны обушка:
;
принимаем .
Требуемая длина шва с другой стороны уголка:
,
принимаем .
9. Расчет концевой балки
Рис. 7. Балка концевая
Определим расчетные нагрузки для концевой балки. В вертикальной плоскости опорное давление главной балки со стороны механизма передвижения (рассматривается при ближайшем возможном положении тележки с грузом к рассматриваемой концевой балке):
А = 1/34,5·(0,4·33,5+5,125·34,5+5,125·33,2+0,21·34,5·17,25) =14,07 Т.
Опорное давление главной балки со стороны троллейной площадки:
А’ = 1/34,5·(0,21·34,5·17,25+5,125·34,5+5,125·33,2)=13,3Т.
В горизонтальной плоскости нагрузка от торможения тележки:
Рис. 8. К определению нагрузки на концевую балку, расположенную со стороны механизмов
Рис. 9. Расчетная схема концевой балки.
На концевую балку, расположенную у правой опоры, действуют нагрузки в вертикальной и горизонтальной плоскости. Опасным является сечение под силой А.
Рис. 10. Схема нагрузок на концевую балку: а – изгибающие моменты в вертикальной плоскости, б - изгибающие моменты в горизонтальной плоскости, в – перерезывающие силы от вертикальной нагрузки.
Рис. 11. Сечение концевой балки.
Момент инерции сечения относительно оси Х – Х:
Момент сопротивления относительно оси Х – Х:

Момент инерции сечения относительно оси Y – Y:
Момент сопротивления относительно оси Y – Y:

Статический момент полусечения относительно оси Х – Х:
Проведем проверку прочности концевой балки в сечении стыка с главной балкой, где действуют:
изгибающий момент в вертикальной плоскости Мв = 22,5 Тм;
изгибающий момент в горизонтальной плоскости Мв = 0,675 Тм;
перерезывающая сила Р = 14,5 Т.
Нормальное напряжение в сечении от изгибающего момента в вертикальной плоскости:
Нормальные напряжения в сечении от изгибающего момента в горизонтальной плоскости:
Суммарные нормальные напряжения в сечении Б – Б [5]:
Касательные напряжения:
При одновременном действии нормальных напряжений изгиба σсум и касательных напряжений τ проверка приведенных напряжений производится по формуле:
;

Определим прогиб кранового моста.
Определим величину прогиба главных ферм от полезной нагрузки в узле нижнего пояса. Этой величиной оценивают жесткость моста. Для определения наибольшего прогиба поместим крановую тележку с грузом на середину фермы.
Для упрощения расчетов при вычислении прогиба фермы можно заменить два усилия от давления колес тележки Р тележки с базой d одним сосредоточенным грузом 2Р (рис. 12).
Рис. 12. К расчету величины прогиба фермы
Прогиб фермы равен
Где: N — усилие в стержнях фермы от нагрузки 2Р, приложенной в середине пролета (в узле 6' фермы, рис. 12, а);
- усилие в стержнях от силы, равной 1 и приложенной в узле 6 (рис. 12,б);
- длины стержней;
- площади их поперечных сечений.
Реакции опор от нагрузки 2Р будут равны:
.
Реакции опор от единичной силы:
.
Прогиб равен:
что соответствует допускаемому значению прогиба для мостовых кранов:
.
10. Технология сборки и сварки концевой балки
Технологический процесс изготовления торцовой балки состоит из следующих основных этапов: сборка и сварка вертикальных стенок; сборка и сварка диафрагмы; сборка и сварка балки; сверление отверстий в монтажных стыковых прокладках и балке.
Первый этап. Сборка и сварка вертикальных листов производится на тщательно выверенном стенде. Листы с помощью траверсы и мостового крана укладывают па стенде согласно расстыковке и маркировке. Сопрягаемые поверхности под сварку очищают от масла, грязи и ржавчины.
Листы состыковывают на стенде по упорам с проверкой плоскостности линейной, с креплением струбцинами к стенду и прихватывают по стыкам. На торцы стыков устанавливают и прихватывают фальшпланки для начала и окончания сварного шва. Подводят тележку со сварочным автоматом АД С - 1000 - 2, флюсовую подушку и устанавливают вдоль стыка.
Стыки сначала заваривают с одной стороны, а после кантовки листа на 180° (с помощью крана) с другой. Далее газом срезают фальшпланки, зачищают пневмошлифовальной машинкой торцы стыковых швов, производят гаммографирование (просвечивание) сварных швов и правку на правильных вальцах с последующей передачей с помощью мостового крана на стенд сборки.
Второй этап. Сборку диафрагмы производят на плите следующим образом. Гнутую полосу устанавливают на плите, и на ней размечают места для постановки диафрагм. По разметке и с помощью угольника устанавливают и прихватывают диафрагмы к гнутой полосе. Далее заваривают диафрагмы ручной сваркой с кантовкой для удобства сварки в нижнем положении. Зачищают швы, производят правку диафрагм в сборе вручную и обрабатывают фаски в гнутой полосе кислородной резкой и пневмошлифовальной машинкой. После контроля диафрагмы в сборе поступают на стенд сборки.
Третий этап. Укладывают па сборочном стенде листы верхнего пояса и проверяют параллельность по торцам швеллеров стенда. Состыковывают листы с проверкой по линейке и прихватывают. Размечают верхний пояс для установки диафрагм. Устанавливают диафрагмы по разметке с проверкой по угольнику, прихватывают и приваривают диафрагмы к верхнему поясу ручной сваркой. На верхний пояс по разметке подводят вертикальные стенки и ребра, прижимают их скобами и пневмозажимами и прихватывают.
Балку с помощью крана снимают со сборочного стенда и устанавливают на стеллаж для сварки в нижнем положении. После кантовки заваривают стыковые швы по верхнему поясу, внутренние поясные швы на изгибе и приваривают диафрагмы к вертикальным стенкам.
На плите раскладывают листы нижнего пояса, проверив их параллельность струной, и прихватывают их по торцам стыков. Размечают нижний пояс для установки балки, устанавливают по разметке на нижний лист балку с помощью крана и прихватывают.
Кантуют балку на 180° с помощью крана и устанавливают по разметке на балку подбуксовое гнутье, косынки и ребра с последующей прихваткой. Ручной сваркой варят косынки, листы и ребра, а с помощью полуавтомата варят поясные швы и подбуксовое гнутье, при этом балку с помощью крана кантуют в удобное для сварки положение.
Далее расцентровывают балку по верхнему и нижнему поясам и кернят линии по торцам балки. Намечают по шаблону места установки платиков. Устанавливают платики по разметке, прижимают их струбцинами и прихватывают.
Приваривают платики ручной сваркой, кантуя балку для сварки в нижнем положении. На балку по разметке устанавливают и прихватывают на четыре прихватки все монтажные стыковые накладки.
Четвертый этап. С помощью мостового крана балку подают на радиально - сверлильный станок для обработки по кондуктору монтажных отверстий. После обработки отверстий срубают и зачищают прихватки у монтажных накладок, вертикальных стенок и поясов. В монтажные отверстия устанавливают 20 % болтов, служащих для крепления монтажных стыковых накладок.
Рис. 13. Изготовление концевой балки в мелкосерийном производстве: 1 – гнутая полоса; 2- диафрагма; 3 – угольники.
Список использованной литературы
Руденко Н.Ф. Руденко В.Н. Грузоподъемные машины. Атлас конструкций. Учебное пособие для втузов. М., .: Машиностроение, 1970, 116 с.
Николаев, Г.А. Сварные конструкции. Расчет и проектирование: Учеб. для вузов / Г.А. Николаев, В.А. Винокуров; под ред. Г.А.Николаева.- М.:Высш. шк., 1990.- 446 с.
Дыховичный, А.И. Строительная механика - М.: Высшая шк., 1966 189 с.
Серенко, А.Н. Расчет сварных соединений и конструкций. Примеры и задачи / А.Н. Серенко, И.Н. Крумбольцт, К.В. Багрянский. - Киев: Выща шк., 1977. - 336 с.
Сварка в машиностроении: Справочник в четырех томах / Редкол.: Г. А. Николаев и др.; под ред. Ю. Н. Зорина. - М.: Машиностроение, 1979 - т.4, 1979. - 512с.
Никонов И.П. Расчет и проектирование сварных конструкций: Методические указания к лабораторным работам 1-4 / И.П. Никонов, Г.М. Сюкасев, С.В. Федоров. - Свердловск: изд. УПИ, 1987. - 40 с.
Руденко Н.Ф., Александров М.П., Лысяков А.Г. Курсовое проектирование грузоподъемных машин. – М.: Машгиз, 1963, 306с.
Пономаренко Д.В. Расчет и проектирование сварных конструкций: Методическое руководство к выполнению проекта / Д.В.Пономаренко, С.В. Федоров. - Свердловск: изд. УПИ, 1990. - 26 с.
2