Сварная металлоконструкция мостового крана.

Содержание

1.Задание на проектирование
2.Выбор схемы мостового крана
3.Определение расчетных нагрузок
4.Определение усилий в стержнях главной фермы
5.Определение усилий в стержнях ферм жесткости
6.Определение усилий в стержнях фермы связей
7.Определение усилий в поясах главной фермы от изгиба
8.Подбор сечений элементов главных ферм.
9.Подбор сечений элементов фермы жесткости
10.Подбор сечений элементов в фермах связей.
11.Расчет прочности сварных соединений в главной ферме
12.Расчет прочности сварных соединений ферм жесткости
13.Расчет прочности сварных соединений ферм связей
14.Определение прогиба кранового моста
15. Расчет концевой балки
Библиографический список

Сварная металлоконструкция мостового крана.

33’
-4,48
-5,12
-
-5,57·104
-0,45·104
0,09
1,0
21,0·107
55’
-4,48
-
- 5,12
-
5,57·104
0,45·104
0,09
1,0
21,0·107
77’
-4,48
- 5,12
- 0,4
-6,0·104
-0,85·104
0,14
1,0
21,0·107
11’
-
-
-
-
-4,2·104
-1,2·104
0,2
1,0
21,0·107
01’
-
-
-
-
13,97·104
3,73·104
0,267
1,0
21,0·107
1’2
36,15
12,2
-0,61
0,3
16,1·104
-3,3·104
-0,21
1,00
21,0·107
23’
-29,21
1,95
-11,5
-0,3
-14,7·104
-1,28·104
0,18
1,00
21,0·107
3’4
18,1
9,37
-3,4
0,3
11,5·104
-1,3·104
0,09
0,97
20,3·107
45’
-10,9
4,5
-8,3
-0,3
-9,74·104
-3,1·104
0,31
0,89
18,7·107
5’6
2,6
7,1
-5,9
0,3
7,67·104
-5,3·104
0,7
0,81
17,0·107
6’7
1,1
6,86
-6,1
0,3
7,27·104
-5,7·104
0,78
0,64
13,4·107
Примечание:
-Коэффициент понижения допускаемых напряжений при переменных нагрузках;
усилие 1’1=0,1sina=0,1·0,407;q=2,24кН/м; Р=51,2Т/кН; P6=4,0кН
Таблица 6
Определение усилий в стержнях ферм жесткости
6. Определение усилий в стержнях фермы связей
Схема фермы связей представлена на Рис. 3, а. На Рис. 3, б-ж построены линии влияния для средних панелей поясов, а также некоторых раскосов и стоек.
Линии влияния усилий для горизонтальной фермы связей строят от единичной силы, направленной горизонтально и приложенной к узлам главной фермы. Величины усилий в стержнях ферм связи даны в Табл. 7.
Каждая из двух верхних горизонтальных ферм связей кранового моста при торможении воспринимает усилия от веса его половины, равного вертикальным нагрузкам, передаваемым главной ферме и ферме жесткости. Этот вес будет равен Р= Погонная нагрузка составляет .
Усилия No в стержнях фермы связей, приведенные в Табл. 7, могут изменять свой знак на обратный, так как нагрузки при торможении и трогании с места направлены в противоположные стороны.
Как видно из Рис. 2а и Рис. 3а, пояса фермы связей совмещены с поясами главной фермы и фермы жесткости. Это приводит к тому, что полные усилия в совмещенных поясах алгебраически складываются из усилий вертикальной и горизонтальной ферм. Поэтому полное усилие в верхнем поясе главной фермы составляет:
Полное усилие в верхнем поясе ферм жесткости равно:
Или 14,9 Т.
Рис. 3. К определению усилий методом линий влияния в стержнях горизонтальной фермы связи
Стержень
y1
y2
x
l-x
Ω,м2
- Ω/,м2
Ωсумм
y l/2
N7,Т
6’ 7’
- 3,33
-2,84
-6,17
-3,1
28,5
-
-
-47,0
-47,0
-1,86
-3,3
-0,132
-5,1
6070
+3,24
+2,84
6,08
3,04
28,5
-
46,2
-
46,2
+1,83
2,84
+0,114
4,98
0010
- 1,40
-1,36
-2,76
-1,4
28,5
-
-
- 21,3
- 21,3
-0,84
-0,81
-0,0324
-2,27
6/70
+0,81
+0,68
1,49
0,75
15,3
13,2
6,3
- 4,5
+1,8
+0,071
0,81
+0,0324
0,85
2/20
- 1,00
-1
-0,5
4,0
-
-
-2,0
-2,0
-0,08
-
-0,58
7/70
- 1,00
-1
-0,5
4,0
-
-
-2,0
-2,0
-0,08
-1,0
-0,04
-0,62
Таблица 7.
Усилия в стержнях ферм связей
7. Определение усилий в поясах главной фермы от изгиба
При расположении нагруженной тележки на панели верхнего пояса главной фермы последняя испытывает изгибающий момент (Рис. 4). Элемент пояса при этом может приближенно рассматриваться как двухопорная балка, опертая по концам на прилегающие узлы фермы. Тогда изгибающий момент от сосредоточенного груза (давления колеса), находящегося на середине панели длиной , будет равен:
.
Если при этом кран подвергается торможению или троганию с места, то одновременно с моментом М, действующим в вертикальной плоскости, образуется момент Mг в горизонтальной плоскости от Р' (без учета динамического коэффициента):
В панели пояса образуются также поперечные усилия в вертикальной и горизонтальной плоскостях:
8. Подбор сечений элементов главных ферм.
На основании технической литературы, следуя рекомендациям методической литературы, берем определенное сечение и проверяем его по напряжениям, если площадь взятого проката будет мала, возьмем больший номер, если буде слишком большой запас прочности, возьмем меньший номер.
Сечение верхнего пояса принимаем из двух швеллеров №18.
Площадь сечения швеллеров (с зазором 6 мм):
.
Рис. 4. Определение усилий в поясах главной фермы от изгиба
Момент сопротивления относительно оси x:
.
Наименьший момент инерции и момент сопротивления относительно оси y:
,
Определяем напряжения в поясе от продольной силы и двух моментов в крайнем волокне сечения:
Рассчитанное напряжение превышает допускаемое 2100·105 Н/м2 на
, что допустимо.
Проверяем устойчивость пояса относительно его вертикальной оси.
Относительный эксцентриситет равен
,
наименьший радиус инерции:
,
гибкость равна:
Данной величине гибкости соответствуют следующие значения коэффициентов:
,
Напряжение равно:
,
что не превышает допускаемого напряжения, равного .
Сечение нижнего пояса принимаем из двух швеллеров №10. Площадь сечения одного швеллера . Напряжение в нижнем поясе равны:
Поперечные сечения верхнего и нижнего поясов сохраняются постоянными по длине. В панелях, ближайших к опорам, напряжения ниже допускаемых.
Сечение всех стоек фермы состоят из двух уголков
Площадь поперечного сечения двух уголков .
Положение центра тяжести относительно крайнего волокна .
Момент инерции двух уголков относительно оси х, проходящей через центр тяжести, равен .
Наименьший радиус инерции:
,
гибкость:
;
коэффициент .
Напряжение в наиболее нагруженной стойке 7’7:
Поскольку в стойках 1’1, 3’3 и 5’5 расчетные напряжения меньше, чем в стойке 7’7, то используем для них такие же сечения.
Стойки прикрепляются к поясам в узлах угловыми швами без обработки. Коэффициент понижения допускаемых напряжений - в основном металле в зоне этих швов определяется при эффективном коэффициенте концентрации Kэ=3,3 .
Для сжатой стойки 7'7 при r = +0,11.
Допускаемое напряжение в металле стойки равно:
Расчёт стойки в зоне узла производится без учёта устойчивости (коэффициента ):
что меньше .
Поперечные сечения всех раскосов выбираем крестообразного вида. Предусматриваем приварку в узлах широкого листа раскоса к вертикальной косынке поясов стыковыми швами.
Растянутые раскосы проектируют составленными из полосы 70х5 и двух ребер, приваренных к ней, размером 40х5. Площадь сечения раскоса:

Растягивающее напряжение в наиболее нагруженном растянутом раскосе 1’2 равно:
при допускаемом напряжении .
Напряжение в раскосе 6’7:
при допускаемом напряжении .
Для сжатых раскосов принимаем поперечные сечения, состоящие из полосы и двух ребер . Площадь их сечения составляет:
Наименьший момент инерции сечения относительно оси х равен:
,
наименьший радиус инерции:
,
гибкость:
,
коэффициент .
Расчётное напряжение в наиболее нагруженном сжатом раскосе составляет:
Что меньше .
Таким образом, в главных фермах нами приняты, пять различных видов сечений: для верхнего и нижнего поясов, сжатых и растянутых раскосов, для стоек. Геометрические характеристики подобных сечений элементов главной фермы и расчетные напряжения приведены в Табл. 8.
9. Подбор сечений элементов фермы жесткости
Все элементы фермы жесткости сконструированы однотипными из одного прокатного уголка. Для верхнего сжатого пояса принимаем уголок; 80х80х7мм; площадь его сечения составляет.
Вычисляем по правилам статики: ординату центра тяжести ; момент инерции относительно горизонтальной оси ; минимальный момент инерции .
Наименьший радиус инерции равен:
,
гибкость:
,
коэффициент .
Напряжение сжатия в панели 6'7'
что меньше допускаемых напряжений .
Для сжатых раскосов принимаем сечение в виде двух уголков.
Вычисляем площадь сечения ; ординату центра тяжести ; момент инерции , .
Наименьший радиус инерции равен:
,
гибкость:
.
Гибкость несколько велика, но может быть допущена для элемента фермы жесткости, при этом
Напряжение сжатия в раскосе 23'
что меньше допускаемых напряжений .
Все остальные стержни (растянутые раскосы и сжатые стойки) ферм жесткости конструируют из одного прокатного уголка . Его площадь сечения ; ; ; .
Наименьший радиус инерции равен:
,
гибкость:
,
коэффициент .
Таблица 8
Стержень
N, кН
Состав сечения
F,см2
l,см
J,см4
Радиус инерции r , см
l/r
σ , Н/м2
6'7'
-458,6
2 швеллера №18
42,3
200
376,7
3,0
66,7
0,74
-2120·107
01
139,7
2 швеллера №10
21,8
246,2
-
-
-
-
640·107
67
445,6
2 швеллера №10
21,8
282,8
-
-
-
-
2044·107
77'
-60,0
2 (50505)
9,6
200
16,7
2,8
71,5
0,81
-772·107
11'
42,0
2(50505)
9,6
200
16,7
2,8
71,5
0,81
-540·107
01'
139,7
1406+2(706)
16,8
246,2
72,13
4,3
65
0,64
-1299·107
1'2
161,0
705+2(405)
7,50
282,8
-
-
-
-
2146·107
23'
-147,0
1406+2(706)
16,8
282,8
72,13
4,3
65
0,64
-1367·107
3'4
115,0
705+2(405)
7,50
282,8
-
-
-
-
1533·107
45'
-97,4
1406+2(706)
16,8
282,8
72,13
4,3
65
0,64
-906·107
5'6
76,7
705+2(405)
7,50
282,8
-
-
-
-
813·107
67’
72,7
1406+2(706)
16,8
282,8
72,13
4,3
65
0,64
676·107
Расчётные напряжения в стержнях главных ферм
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.
10. Подбор сечений элементов в фермах связей.
Раскосы в фермах связи проектируют из одного уголка , F=5,3м2, 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.
11. Расчет прочности сварных соединений в главной ферме
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=5 мм, которые имеют технологическое значение для закрытия зазора между уголками и косынкой.
Раскосы приваривают в узлах к косынкам широкой полосой внахлест, 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 = +0,21) и 6'7 (r =-0,10). Узел 7' аналогичен 1' (Рис. 5).