Задание

Описание конструкции мостового крана

Краны мостового типа предназначены для обслуживания площадок прямоугольной формы.

Наиболее распространёнными кранами являются: мостовые, козловые краны, мостовые перегружатели, кабельные и мостокабельные.

Мостовые краны находят широкое применение в различных отраслях народного хозяйства для внутрицеховых и внутрискладских погрузочно-разгрузочных работ.

Мосты кранов в зависимости от назначения, грузоподъёмности и величины пролёта выполняют двухбалочными и однобалочными. В двухбалочных мостах металлоконструкция выполняется в виде пространственной системы, составленной из вертикальных балок или ферм и горизонтальных ферм, либо в виде двух коробчатых пространственно балок.

В первом случае вертикальные балки, воспринимающие через рельсы, уложенные на верхних поясах, основную нагрузку от верхней тележки с грузом, являются главными балками. Параллельно главным балкам располагаются вертикальные вспомогательные фермы, соединяющиеся с главными балками горизонтальными фермами, которые воспринимают горизонтальные нагрузки, возникающие при торможении крана. Главные балки, вертикальные и горизонтальные фермы крепятся к концевым балкам.

Концевые балки рассматриваемых мостов изготавливают коробчатыми, обладающими достаточной пространственной жёсткостью. В концевых балках устанавливаются ходовые колёса, с помощью которых весь мост крана перемещается по подкрановому пути. Эти пути уложены на подкрановых продольных балках, закреплённых на консольных выступах колонн цеха. По верхнему (а в некоторых случаях по нижнему) поясу балок моста поперёк пролёта цеха передвигается крановая тележка, снабжённая подъёмным механизмом с грузозахватными элементами. Управление механизмом передвижения тележки и подъёма груза осуществляется из кабины, прикреплённой к мосту крана, а механизм передвижения самого крана установлен непосредственно на мосту.

Расчёт и конструирование главной балки

Требуется разработать конструкцию сварной балки пролётом L=14м. Балка нагружена равномерной нагрузкой от собственного веса q=0.56 т/м и двумя сосредоточенными грузами Д=9т (от веса тележки с грузом), которые могут перемещаться по балке. Расстояние между осями тележки d=2,5м, материал сталь 10Г2СД; расчётное сопротивление металла (при растяжении), (при изгибе), , коэффициент неполноты расчёта m=1,1.

Конструирование балки начинаем с определения расчётных усилий M и Q. Построение линий влияния моментов и поперечных сил.

Сечение. Ордината линии влияния.

Определим моменты от веса тележки в каждом из сечений, то есть произведём загрузку линий влияния:

Величина изгибающего момента от сосредоточенных сил вычисляется по формуле ,где

- величина сосредоточенного груза (Д=Р),

- ордината линии влияния.

Определим изгибающие моменты от равномерно распределённой нагрузки.

;

;

;

;

;

;

Вычислим суммарные моменты от сосредоточенных сил и распределённой нагрузки.

;

;

;

;

Построим линии влияния поперечной силы в сечении x=0

;

;

;

;

;

Определим расчетные усилия от сосредоточенных сил в указанных сечениях, с учётом того, что одна из них располагается над вершиной линии влияния.

;

;

;

;

;

;

;

Поперечные силы от собственного веса равны:

;

;

;

;

;

Расчётные сопротивления от сосредоточенных сил и равномерно распределённых нагрузок:

;

;

;

;

;

;

;

Требуемый момент сопротивления выразим из формулы:

;

Определение размеров сечения балки

Высота балки равна h=1600мм, найдём толщину стенки, воспользовавшись приближённой формулой:

;

Принимаем ;

Требуемый момент инерции поперечного сечения сварной балки двутаврового профиля;

;

Момент инерции стенки при равен:

;

Требуемый момент инерции полок:

;

;

Величина момента инерции горизонтального листа записывается в виде:

,

где

-момент инерции полки относительно собственной оси. Вследствие малости им можно пренебречь.

Требуемая площадь сечения полки равна:

;

С другой стороны

;

;

;

Принимаем ;

Определим точное значение момента инерции полученного сечения:

Действительный момент сопротивления:

;

Проверим правильность подобранного сечения:

;



1)

;

2)Определим эквивалентные напряжения в сечении, в котором действует наибольший изгибающий момент М=117220000Нсм и Q=7390H:

Эквивалентные напряжения вычисляются на уровне верхней кромки стенки в зоне резкого изменения сечения:

;

;

где статический момент площади сечения полки относительно центра тяжести.

Эквивалентные напряжения:

;

3) Определим напряжения, когда ;;

статический момент половины площади двутавра.

;

;

Поставленные условия выполняются, значит сечение подобрано верно.

Обеспечение общей устойчивости балки.

В нашем случае угрозы потери устойчивости нет: балка опирается на вспомогательные горизонтальную и вертикальную фермы.

Обеспечение местной устойчивости.

Местная устойчивость полки обеспечивается условием:

;

Местная устойчивость стенки обеспечивается условием:

>130

- требуются вертикальные и горизонтальные рёбра жёсткости.

Найдём расстояние между вертикальными рёбрами жёсткости

Высота ребра

Ширина ребра ; ;

Толщина ребра ; Принимаем ;

Горизонтальные рёбра жёсткости:

;

Принимаем с=350мм.

Для обеспечения местной устойчивости стенки необходимо выполнение условия:

,

где

-нормальное напряжение на верхней кромке вертикального листа, равного

;

-напряжение под сосредоточенной силой.

;

Р - величина сосредоточенного груза;

- при тяжёлом режиме работы.

- условная длина, на которой сосредоточенный груз распределяется в вертикальном листе.

где -момент инерции горизонтального листа совместно с приваренным к нему рельсом относительно оси , проходящей через их общий центр тяжести .

;

;

- среднее касательное напряжение:

;

-предельно допустимые значения соответствующих напряжений.

;

- наименьшая из сторон и ,заключённая между горизонтальными листами и рёбрами жёсткости. ;

- отношение большей стороны к меньшей. ;

- коэффициент, который находиться по графику, в зависимости от ; =2,2;

;

Устойчивость стенки обеспечена.

Расчёт поясных швов балки

Катет верхних и нижних швов принимаем .В поясных швах возникают напряжения вследствие совместной деформации швов и основного металла. Эти напряжения при расчёте прочности в учёт не принимаются. Рабочими напряжениями в поясных швах являются касательные.

В нижних поясных швах действуют напряжения:

;

S- статический момент полки относительно центра тяжести сечения.

;

Q=20320H.

Хотя рабочие напряжения невелики, но по технологическим соображениям целесообразно оставить

В верхних поясных швах при определении напряжений следует с учётом наличия рельса.

;

Момент инерции будем считать не изменившимся, как и положение центра тяжести.

;

В верхних поясных швах к вычисленным напряжениям добавляются -от сосредоточенной силы D.Длина зоны распределения сосредоточенной силы

.(n=0.4)

Таким образом, местное напряжение в шве равно:

;

Условное результирующее напряжение:

;

Допускаемые напряжения в поясных швах.

;

;

Катеты швов, приваривающих рёбра жёсткости к поясам и вертикальному листу, принимают такими же, как и в поясных .Эти швы не передают рабочих напряжений и расчёту на прочность не подлежат.

Посмотрим, не оказывают ли швы, приваривающие рёбра жёсткости, вредное влияние на основной металл балки, снижая в них допускаемые напряжения.

Максимальный момент, испытываемый наиболее нагруженным сечением.

Минимальный момент в этом сечении от нагрузки q при отсутствии сил D равен: ;

Характеристика цикла: :

Коэффициент снижения допускаемых напряжений:

а- коэффициент равный 0,95 для мостов из низколегированной стали.

в- коэффициент равный 0,3.

- эффективный коэффициент концентрации напряжений. В соединениях поясных швов балок принимается равным ;

Так как длина балки значительна , то в ней следует предусмотреть технологические стыки. Допустим, что стык стенки и полки совмещён и находится на расстоянии от опоры. Напряжения в месте стыка определяются от полной нагрузки.

в сечении

в сечении

в сечении

;

Построение линий влияния вспомогательных ферм.

Построим линии влияния для определения недостающих усилий.



; .

1) Груз слева. Рассматриваем равновесие правой части.

2) Груз справа. Рассматриваем равновесие левой части.

Элемент 12-7

2)

Элемент 6-7.

1) 6000

;

;

2) ;

;

;

Элемент 12-13.

1);

;

;

2)

;

Построим линии влияния горизонтальной вспомогательной фермы.

; .

1) Груз слева. Рассматриваем равновесие правой части.

2) Груз справа. Рассматриваем равновесие левой части.

Элемент

2)

Элемент .

1) 6000

;

;

2) ;

;

;

Элемент 12-13.

1);

;

;

2)

;

.

Подбор сечений размеров элементов вертикальной вспомогательной фермы

Расчётное сопротивлении при растяжении (сжатии).

;

коэффициент неполноты расчёта m=0,55.

Значение допустимой гибкости стержней:

Сжатые пояса вспомогательной фермы ;

Растянутые пояса и раскосы вспомогательных ферм ;

Верхний сжатый пояс.

Расчётное усилие

;

;

Возьмём уголок ;

;;

Проверим, подойдёт ли выбранный уголок:

Наименьший радиус инерции:

гибкость равна

;

;

Коэффициент продольного изгиба:

При

При ;

;

.

Нижний пояс растянут.

Расчётное усилие

;

;

Примем уголок ;

;;

Проверим, подойдёт ли выбранный уголок:

Наименьший радиус инерции:

;

гибкость равна

;

;

;

Побор сечений сжатых раскосов.

Наибольшее усилие в раскосе 9-1

;

;

Возьмём уголок ;

;;

Проверим, подойдёт ли выбранный уголок:

Наименьший радиус инерции:

гибкость равна

;

;

Коэффициент продольного изгиба:

При ;

;

Раскос 3-10, усилие в котором ; и длина раскоса .

;

Возьмём уголок ;

;;

Наименьший радиус инерции:

гибкость равна

;

;

Требуется брать уголок большего сечения.

Возьмём уголок ;

;;

Наименьший радиус инерции:

;

гибкость равна

;

;

Коэффициент продольного изгиба:

При

При ;

;

;

Раскос 11-5, усилие в котором ; и длина раскоса .

;

Согласно нормам СНИПа целесообразно взять уголок ;

;;

Проверим, подойдёт ли выбранный уголок:

Наименьший радиус инерции:

гибкость равна

;

;

Коэффициент продольного изгиба:

При

При ;

;

;

Раскос 12-7 выполняется таким же по нормам СНИПа.

Подбор сечений растянутых уголков.

Раскос 1-10, усилие в котором

;

;

Примем уголок ;

;;

Проверим, подойдёт ли выбранный уголок:

Наименьший радиус инерции:

;

гибкость равна

;

;

;

Остальные растянутые раскосы принимаем такими же.

Подбор сечений элементов горизонтальной вспомогательной фермы

Значение допустимой гибкости стержней:

Сжатые пояса вспомогательной фермы ;

Растянутые пояса и раскосы вспомогательных ферм ;

Сжатый раскос ;

;

;

Возьмём уголок ;

;;

Проверим, подойдёт ли выбранный уголок:

Наименьший радиус инерции:

гибкость равна

;

;

Коэффициент продольного изгиба:

При ;

При ;

;

.

Сжатый раскос ;

;

;

Возьмём уголок ;

;;

Проверим, подойдёт ли выбранный уголок:

Наименьший радиус инерции:

гибкость равна

;

;

Коэффициент продольного изгиба:

При ;

При ;

;

.

Раскосы и выполняется таким же по нормам СНИПа: минимальный уголок

Подбор сечений растянутых уголков.

Раскос , усилие в котором

;

;

Примем уголок ;

;;

Проверим, подойдёт ли выбранный уголок:

Наименьший радиус инерции:

;

гибкость равна

;

;

;

Остальные растянутые раскосы принимаем такими же.

Подбор сечения стоек.

Вертикальная вспомогательная ферма.

;

;

;

Согласно нормам СНИПа

Возьмём уголок ;

;;

Проверим, подойдёт ли выбранный уголок:

Наименьший радиус инерции:

гибкость равна

;

;

Коэффициент продольного изгиба:

При ;

.

Горизонтальная вспомогательная ферма.

;

;

;

Согласно нормам СНИПа

Возьмём уголок ;

;;

Проверим, подойдёт ли выбранный уголок:

Наименьший радиус инерции:

гибкость равна

;

;

Коэффициент продольного изгиба:

При ;

.

Проверка жёсткости главной балки

Правильно подобранная главная балка должна удовлетворять нормам жёсткости. Прогиб балки в середине пролёта от статического приложения подвижного груза не должен превышать:

;

- пролёт балки.

Расчётный прогиб:

;

- наибольший момент с учётом веса тележки;

- модуль упругости материала;

- момент инерции поперечного сечения балки;

.

Расчёт сварных швов для элементов ферм

Расчёт ведётся по формуле:

;

N-усилия в элементе;

k - катет шва;

m=0,55 - коэффициент неполноты расчёта;

- допускаемое напряжение в сварном шве;

Вертикальная вспомогательная ферма.

Раскосы:

9-1

;

1-10

;

10-3

;

3-11

;

11-5

;

5-12

;

12-7

;

Стойки:

Так как толщина уголка 3мм, то катет шва стоек принимаем

0-9

;

2-10

;

Горизонтальная вспомогательная ферма

Для горизонтальной вспомогательной фермы коэффициент m не учитывается:

;

Раскосы:

;

;

;

;

;

;

;

Стойки:

Катет шва стоек :

;

.

Расчёт фасонок

Толщину всех фасонок примем равными 5мм.

Определим усилия отрывающие фасонки от поясов ферм.

Узел 1

Геометрически складываем вектора:

;

;

;

.

Узел 10

Геометрически складываем вектора:

;

;

;

;

Узел 3

Геометрически складываем вектора:

;

;

;

;

Узел 11

Геометрически складываем вектора:

;

;

;

;

Узел 5

Геометрически складываем вектора:

;

;

;

;

Узел 12

Геометрически складываем вектора:

;

;

;

;

Горизонтальная вспомогательная ферма.

Узел

Геометрически складываем вектора:

;

;

;

;

Узел 2

Геометрически складываем вектора:

;

;

;

;

Расчёт и конструирование опорной балки мостового крана

Расстояние между осями крана (точки А и В).

;

Подсчитаем собственный вес балки.

;

;

Вес фермы жёсткости и горизонтальной фермы рассчитывается исходя из веса главной балки(предполагаемого).

;

где - грузоподъёмность крана;

Тогда вес вертикальной фермы жёсткости:

;

горизонтальной фермы:

;

Вес настила площадки примем ;

Вес механизма передвижения ;

Общая нагрузка на балку ;

На главную балку в середине пролёта передаётся половина веса от моторного узла, равного 0,8т.

Определим полезную нагрузку, воспринимаемую главной балкой

;

Вес тележки для заданной грузоподъёмности равен 9т , расстояние между её осями , динамический коэффициент примем равным 1,2.

Сила, действующая на каждое из 4-х колёс тележки:

;

При отсутствии динамического коэффициента ;

От узла электродвигателя сосредоточенная горизонтальная сила составляет ;

От тележки и полезной нагрузки горизонтальная сила прикладывается в месте нахождения каждого из колёс ;

Общая нагрузка на ферму жёсткости равна

;

сила R , действующая на опорную составляющую балки

-часть веса тележки с грузом при загрузке линий влияния опорной реакции балки.

;

;

Реакции на опорах А и В:

;



;

;

Определимся с сечением концевой балки:

;

;

;

Тогда моменты сопротивления равны:

;

;

Напряжение от вертикального изгиба равно:

;

Напряжение от горизонтального изгиба равно:

;

Суммарные напряжения от двух изгибающих моментов:

;

Касательные напряжения в балке:



;

;

Эквивалентное напряжение равно:

;

.

Расчет швов соединения главной балки с концевой:

При расчете сварных швов узлов сопряжения главной балки с концевой, принимаем силу: . Это усилие воспринимается двумя швами. Толщину швов принимаем k = 6 мм.

Напряжение среза в шве будет равно:

Определение необходимого количества болтов в стыке концевой балки.

Допускаемое напряжение в болте принимаем: .

Площадь среза:

Принимаем М20 по ГОСТ 3805-70 повышенной прочности.

Допустимое усилие на болт по его сопротивлению срезу:

.

Определим момент воспринимаемый всеми болтами, находящимися в одном поперечном сечении балки:

Требуемое число рядов болтов:

;

Принимаем по 2 ряда с каждой стороны стыка.

Расстояние между болтами .

Расстояние от центра болта до накладки:

.

Принимаем 520 мм.

Толщину горизонтальных накладок принимаем 16 мм, на вертикальных листах - 12 мм.

Описание конструкции и принципа работы стенда для сборки и сварки двутавровой балки

Помимо рассмотренных кондукторов, предусматривающих зажатие собираемых элементов по всей длине, используют установки с самоходным порталом (рис. 16-5). На жесткой раме / смонтированы две продольные балки 5 и 6, из которых одна (балка 5) закреплена неподвижно, а другая (балка 6) может двигаться поперек рамы. Настройка такой установки на определенную высоту собираемой балки осуществляется перемещением продольной балки 6 с помощью винтов 10, приводимых во вращение электродвигателем 2 через редукторы 3 и 8 и вал 4. Сборочный портал состоит из ригеля 20 и ног 15 и 24 и имеет два неподвижных пневматических прижима 21 и 25 и два подвижных прижима 17 и 19, установленных на тележках 16 и 18, закрепляемых винтами. Перемещение портала по рельсам 7 осуществляется с помощью приводных скатов 13 от двигателя 22 через редуктор 23 и цепную передачу. Захваты 26 предотвращают подъем портала при включении вертикальных прижимов. Элемент стенки укладывается на балки 5 и 6, полки -- на поддерживающие винты //, их установке помогают стойки 12. Сборщик усаживается на сиденье 14 и подводит портал к месту начала сборки (обычно это середина балки). Вертикальными прижимами лист стенки прижимается к раме установки, горизонтальными прижимами к стенке прижимаются пояса и в собранном сечении ставятся прихватки. Затем прижимы выключаются, портал перемещается вдоль балки на 500--700 мм и операция повторяется. После окончания сборки портал отводят в крайнее положение и пневматическими толкателями 9 поднимают собранную балку над рамой установки.

Контроль сварных швов

1. Контроль внешним осмотром

Внешним осмотром проверяют качество подготовки и сборки заготовок под сварку, качество выполненных швов в процессе сварки. Внешний осмотр во многих случаях информативен, а также является наиболее дешёвым и оперативным методом.

2. Осмотр готовых изделий выявляет дефекты в виде трещин, подрезов, пор, свищей, прожогов, наплывов, непроваров в нижней части швов, а также дефекты формы шва и общий характер распределения металла в усилении шва.

3. В собранных узлах проверяют основные габаритные размеры, зазоры в стыках и величину смещения свариваемых кромок, качество прихваток и наличие входных и выходных планок.

Режимы сварки контролируются по напряжению, скорости сварки, которые не должны превышать установленных пределов.

4. Контроль ультразвуком

Ультрозвуковые дефектоскопы предназначены для получения УЗ-колебаний; приёма эхо-сигналов; установления положения и размеров дефектов. Аппаратура УЗ-контроля включает в себя пьезопреобразователь, электронный блок и вспомогательные устройства. Электронный блок генерирует импульсы с высокой степенью частоты, усиливает и преобразует эхо-сигналы, отражённые от объекта, отображают их на телевизионной трубке. Для ускорения и повышения точности контроля процесс измерения числового значения координат дефектов автоматизируют. Дефектоскоп УДЦ-105М обеспечивает автоматизированное измерение эхо-сигнала, его отражает на цифровом табло.

Список литературы:

1. Анурьев В.И. “Справочник конструктора-машиностроителя”:т 3. Москва.1980, 560с.

2. Ф.А. Николаев, С.А. Куркин, В.А. Винокуров «Расчет, проектирование и конструирование сварных конструкций», М: Высшая школа, 1971;

3. Справочник по сварке, т.3 (под редакцией В.А. Винокурова), М: Машиностроение, 1979.

4. В.И. Андреев: «Справочник конструктора-машиностроителя». М.: «Машиностроение», 1978 г.

5. Н.В. Дружинин, В.М. Хохов: «Проектирование и расчет сварных конструкций». Москва, 1982 г.

6. ГОСТ2312-72. Обозначение сварных швов на чертежах.