Расчет центрально-сжатой сварной колонны

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Республиканское унитарное предприятие " Могилевтрнасмаш " - это современное машиностроительное предприятие, занимающее одно из ведущих мест в индустриальном комплексе Республики Беларусь. Продукция завода известна не только в республики, но и в странах ближнего и дальнего зарубежья.

Это более 60 наименований только одной прицепной техники, в том числе, бортовые полуприцепы на рессорной и пневматической подвеске грузоподъемностью от 15 до 27 тонн с объемом до 82 м3. Кроме того завод выпускает прицепную технику специального назначения: контейнеровозы, панелевозы, сортиментовозы, лесовозные роспуски, грузовые платформы.

Основные стратегические направления, по которым развивается завод - это обновление ассортимента выпускаемой продукции и освоение выпуска новой техники, в которой нуждается потребитель.

Внедрение в производство итальянской линии по производству термопонелей позволило значительно снизить стоимость наших 82-кубовых рефрижераторов и вывести их параметры на уровень, соответствующий европейскому. Только по заказам правительства Москвы заводам поставлено сто рефрижераторов, которые по оценкам специалистов успешно эксплуатируются на международных трассах.

Учитывая новые экономические условия, в которых нам приходится работать, и с учетом запросов наших партнеров в Российской Федерации большие успехи достигнуты в краностроении. Наряду с 15-тонным краном КС-3579 освоено массовое производство автомобильного гидравлического крана КС-5479 грузоподъемностью 25 тонн.

Готовится производство перспективного крана грузоподъемностью 32 тонны с высотой подъема грузов 36 метров. Это уникальный кран повышенной проходимости на специальном шасси Минского завода колесных тягачей с колесной формулой 6Ч6. Его давно ждут не только в Республике Беларусь но и в России - газовые и нефтяные компании.

Ведутся работы по созданию опытного образца уникальной пожарной коленчато-телескопической автомобильной вышки высотой подъема до 52 метров и 11 метров ниже уровня шасси. В этом изделии давно заинтересованы пожарные службы и в Беларуси, и в Российской Федерации.

Учитывая интересы и предложения предприятий торговли и коммунальных служб, изготовлены рефрижератор и мусоровоз на базе ЗИЛ-5301. Эти изделия уже получили высокую оценку заказчиков.

Все это позволяет расширить возможности применения нашей техники и найти новых потребителей продукции в новых условиях рынка.

РУП "Могилевтрансмаш" имеет репутацию мощного предприятия с высоким потенциалом возможностей в производстве машиностроительной продукции.



1. Конструкторский раздел

1.1 Описание конструкции колонны

Колонна служит для передачи нагрузки от вышерасположенных конструкций через фундаменты на грунт. Колонна состоит из 3-ёх основных частей:

- стержень - основной несущий элемент колонны, передаёт нагрузку от оголовка к базе;

- оголовок - представляет собой опору для вышележащей конструкции, распределяющего нагрузку по сечению стержня;

- база - служит для закрепления колонны в фундаменте, а так же распределяет сосредоточенную нагрузку от стержня по поверхности фундамента, и закрепляющей колонну в фундаменте.

Центрально - сжатая колонна работает на продольную силу приложенную по оси колонны и вызывающую равномерное сжатие поперечного сечения. В центрально - сжатых колоннах нагрузки приложены либо непосредственно к центру сечения колонны либо симметрично относительно оси стержня.

В данном курсовом проекте рассчитывается центрально-сжатая сварная колонна.

1.2 Выбор и обоснование металла сварной колонны

Сталь 09Г2С-конструкционная низколегированная для сварных конструкций

Сварка производится без подогрева и без последующей термообработки

Применяется для изготовления металлоконструкций для промышленных зданий, колонн, подкрановых ферм для мостовых кранов

Таблица 1 - Химический состав стали

Марка стали	ГОСТ	Содержание элементов, %
		С	Мn	Si	Cr	Ni	Cu
09Г2С	19281-89	0,09	1,3-1,7	0,5-0,8	<0,3	<0,3	<0,3

Таблица 2 - Механические свойства стали

Марка стали	ГОСТ	Временное сопротивление разрыву, МПа	Предел текучести, МПа	Относительное удлинение, %	Ударная вязкость, мДж/м2
09Г2С	19281-89	390	540	20	39-44

1.3 Расчёт и конструирование стержня колонны

Ориентировочно принимаем коэффициент продольного изгиба

Определяем требуемую площадь поперечного сечения стержня колонны Атр, см2, по формуле

, (1)

где N - расчетная нагрузки, кН;

Ry - расчетное сопротивление металла, кН/см2 [1, с. 41].

Так как сечение колонны состоит из двух швеллеров, находим требуемую площадь одного швеллера , см2, по формуле

(2)

По таблицам сортамента подбираем близкую к требуемой площади А'тр действительную площадь поперечного сечения одного швеллера А'д и вписываем геометрические характеристики швеллера:

№ швеллера 24;

А'д = 30,6 см2;

Iх = 2 900 см4;

Iy = 208 см4;

rx = 9,73 см;

rу=2,6 см;

zo = 2,42 см.

Определяем действительное значение площади поперечного сечения стержня , см2, по формуле

=230,6=61,2 см2 (3)

Определяем гибкость стержня колонны относительно оси х-х, лх, по формуле

(4)

где lp - расчетная длина стержня колонны, зависящая от закрепления ее концов в соответствии с рисунком 1, см;

lp = 2hk= 1400 см;

rx - радиус инерции, см.

Так как гибкость стержня превышает допустимое значение, выбираем другой швеллер:

№ швеллера 27;

А'д = 35,2 см2;

Iх = 4160 см4;

Iy = 262 см4;

rx = 10,9см;

rу=2,73 см;

zo = 2,47 см.

Данный швеллер также не подходит по условию гибкости стержня, выбираем другой:

№ швеллера 30;

А'д = 40,5 см2;

Iх = 5810 см4;

Iy = 327 см4;

rx = 12см;

rу=2,84 см;

zo = 2,52 см.

Данный швеллер не подходит по условию устойчивости. Выбираем другой швеллер:

№ швеллера 40;

А'д = 61,5 см2;

Iх = 15220 см4;

Iy = 642 см4;

rx = 15,7 см;

rу=3,23 см;

zo = 2,75 см.

Определяем действительное значение площади поперечного сечения стержня , см2, по формуле

=261,5=123 см2 (5)

Определяем гибкость стержня колонны относительно оси х-х, лх, по формуле

(6)

где lp - расчетная длина стержня колонны, зависящая от закрепления ее концов в соответствии с рисунком 1, см;

lp = 2hk= 1400 см;

rx - радиус инерции, см.

По лх определяем действительное значение коэффициента продольного изгиба цд [2, с. 348]. цд = 0,489

Проверяем стержень колонны на устойчивость у, кН/см2, по формуле

(7)

23,293 кН/см<31,02кН/см,

где ус - коэффициент условий работы [2, с. 343].

Стержень колонны должен иметь минимальное сечение, удовлетворяющее требованию устойчивости. Недонапряжение и перенапряжение не должно превышать 5 %.



1.4 Расчет и конструирование соединительных планок

Определяем расстояния lв, см, между соединительными планками 2 соответствии с рисунком 2, по формуле

(8)

где лв - гибкость одной ветви;

лв= 30...40;

rу - радиус инерции одного швеллера 1 относительно собственной

оси, см.

Определяем расстояние между швеллерами b, исходя из условия равноустойчивости.

(9)

Выражаем гибкость стержня относительно оси у-у, лу

(10)

Определяем необходимый радиус инерции сечения стержня ry, см, относительно оси у-у, по формуле

(11)

Рисунок 1-Сечение стержня сварной колонны

Если полки швеллера расположены наружу, в соответствии с рисунком 1, то расстояние между ветвями колонны b, см, определяем по формуле

(12)

Принимаем b = 28 cм

Определяем геометрические характеристики сечения стержня.

Определяем момент инерции сечения колонны относительно оси у-у I'у, см4,по формуле

(13)

Если полки швеллера расположены внутрь, то расстояние а, см, определяем по формуле

(14)

Определяем действительное значение радиуса инерции сечения стержня относительно оси у-у ry, см, по формуле

(15)

Определяем действительную гибкость стержня колонны относительно оси у-у л'у, по формуле

(16)

Определяем приведенную гибкость стержня, лпр, по формуле

(17)

лпр ? лх. Сечение стержня подобрано правильно и стержень на устойчивость не проверяем.

Определяем условную поперечную силу Fусл, кН, возникающую в сечении стержня как следствие изгибающего момента.

Для сталей с ув до 440 МПа условную поперечную силу Fусл, кН, определяем по формуле

(18)

Определяем силу Т, кН, срезывающую планку, при условии расположения планок с двух сторон, по формуле



(17)

Определяем момент М, кН см, изгибающий планку в ее плоскости, при условии расположения планок с двух сторон, в соответствии с рисунком 2, по формуле

(19)

Принимаем размеры планок.

Высота планки dпл, см

(20)

Толщина планки Sпл, см

(21)

Причем толщину планки принимаем Sпл= 10 мм

Рисунок 2 - Схема расчета соединительных планок



1.5 Расчет сварных швов, прикрепляющих планки к ветвям колонны

Определяем напряжение мw, кН/см2, от изгибающего момента в шве в соответствии с рисунками 2,4, по формуле

(22)

где Wш - момент сопротивления сварного шва, см3.

(23)

где в - коэффициент, зависящий от способа сварки;

Кf - катет сварного шва;

lш - длина сварного шва, прикрепляющего планку к стержню колонны,

lш= dпл + 2lн=50 см.

Определяем напряжение среза в сварном шве тw, кН/см2, по формуле

(24)

где Аш - площадь поперечного сечения сварного шва, см2

(25)

Определяем равнодействующее напряжение пр, кН/см2, по формуле



(26)

4,605 кН/см<28 кН/см,

где Rwf - расчетное сопротивление сварного соединения, кН/см2 [1, с.41].

1.6 Расчет и конструирование базы колонны

База служит для распределения нагрузки от стержня равномерно по площади опирания и обеспечивает закрепление нижнего конца колонны.

База - рисунок 3 - состоит из опорной плиты 3 и 2х траверс 4. Для уменьшения толщины плиты, если по расчету она получилась больше номинальной, ее укрепляют ребрами жесткости. Анкерные болты фиксируют правильность положения колонны относительно фундамента.

Определяем требуемую (расчетную) площадь опорной плиты Ар, см2, в соответствии с рисунком 3, по формуле

(27)

где N - расчетное усиление в колонне, кН;

Rсмб - расчетное сопротивление бетона (фундамента) на смятие;

Rсмб=0,6...0,75 кН/см2

Определяем ширину опорной плиты В, см, по формуле

(28)

где h - высота сечения профиля, см;

Sтр - толщина траверсы;

Sтр=1,2Sпл=1,21=1,2см

С - консольная часть опорной плиты, см.

Окончательный размер Вд принимаем согласно ГОСТ 82-70 [2, с.358] Вд=63см .

Определяем длину опорной плиты L, см, по формуле

(29)

Рисунок 3-База колонны



Окончательную длину опорной плиты Lд принимаем по ГОСТ 82-70 [2,с.358] в зависимости от конструкции сечения; Lд =56 см

Определяем действительную площадь опорной плиты Ад, см2, по формуле

(30)

Определяем толщину опорной плиты Sоп.пл из условия работы ее на изгиб.

Определяем изгибающий момент М1,кНсм, на консольном участке 1 в соответствии с рисунком 3, по формуле

(31)

где уб - опорное давление фундамента, кН/см2.

(32)

где Ад - действительная площадь опорной плиты, см2.

Определяем изгибающий момент М2 на участке 2, опирающемся с четырех сторон, , по формуле

(33)

где б - коэффициент, зависящий от отношения более длинной стороны к более короткой на участке 2

Определяем изгибающий момент М3, , на участке 3, по формуле



(34)

где в - коэффициент, зависящий от отношения закрепленной стороны а к незакрепленной стороне h.

Толщину плиты Sоп.пл определяем по максимальному из трех изгибающих моментов, мм, по формуле

(35)

Диаметры анкерных болтов принять конструктивно:

- для жестких баз d=24 мм.

Определяем суммарную длину сварных швов Уlш, см, прикрепляющих траверсу к ветвям колонны, по формуле

(36)

где в - коэффициент, зависящий от способа сварки;

Кf - катет сварного шва принимается по наименьшей толщине металла

по СНиП 11-23-81 (с.48, таблица 38), см.

Определяем высоту траверсы hтр, см по формуле

(37)



1.7 Расчет и конструирование оголовка колонны и ее стыков

сварная колонна стержень

Оголовок служит опорой для балок, ферм и распределяет сосредоточенную нагрузку на колонну равномерно по всему сечению стержня.

Принимаем толщину опорной плиты оголовка Sо.пл=16 мм.

Принимаем толщину опорных ребер Sр=14 мм.

Так как опорная плита оголовка устанавливается на фрезерованные торцы опорных ребер, то катеты сварных швов, прикрепляющих опорную плиту к опорным ребрам, принимаются конструктивно:

Кf=6 мм.

С опорных ребер давление на стенку колонны передается через вертикальные угловые швы.

Определяем требуемую длину вертикальных угловых швов lш, см, по формуле

(38)

где в - коэффициент, зависящий от способа сварки;

Кf - катет шва, принимается по минимальной толщине металла, см.

Проверяем ребро на срез , кН/см2, по формуле

(39)

где Ap - площадь ребра, см2;

Rs - расчетное сопротивление сдвигу, кН/см2;

Rs=23 кН/см2.

(40)



2 Технологический раздел

2.1 Выбор способа сварки и методов контроля качества сварных соединений

Для сварки колонны применяется механизированная сварка в смеси аргона и углекислого газа (75%Ar+25%CO2).

Производительность сварки по сравнению с традиционной (в защитной среде СО2) увеличивается в 2 раза. Это происходит из-за меньшего поверхностного натяжения расплавленного металла, вследствие чего на 70-80% снижается разбрызгивание и набрызгивание электродного металла. Незначительное количество брызг и поверхностного шлака во многих случаях исключает работы по зачистке свариваемых элементов.

Применение механизированной сварки в смеси аргона и углекислого газа обусловлено возможностью выполнения сварных швов любой длины, конфигурации и в различных пространственных положениях.

Для контроля качества сварных соединений применяется внешний осмотр, где контролируются размеры сварных швов и геометрические размеры колонны, согласно чертежу.

2.2 Выбор режимов сварки и сварочного оборудования

Основными параметрами режима механизированной сварки в смеси аргона и углекислого газа являются: сила сварочного тока , напряжение на дуге, диаметр сварочной проволоки, вылет электрода, расход защитного газа.

Параметры режима сварки выбирают в зависимости от толщины и свойства свариваемого металла, типа сварного соединения и положения сварного шва в пространстве.

Сила сварочного тока зависит от диаметра и состава электродной проволоки, полярности, вылета электрода и состава защитного газа.

Оптимально выбранные параметры позволяют получить сварные швы заданной формы и размеров по всей длине сварного шва.

Таблица 5 - Режимы сварки

Катет сварного шва, мм	Диаметр проволоки, d, мм	Свароч-ный ток, Iсв, А	Напряжение дуги, Uд, В	Скорость подачи проволоки, Vпод, м/ч	Скорость сварки, Vсв, м/ч	Вылет электрода, lэ, мм	Расход газа, дм3/мм
6	1.6	230-260	28-30	217-245	19-21	15-25	15-17

Расчет режимов сварки производится всегда для конкретного случая.

Определяем скорость сварки Vсв, м/ч, по формуле

(41)

где бн- коэффициент наплавки выбирается по диаметру электрода.

I - сила тока, А;

г - удельная плотность,

г=7,85 г/см3;

Аш- площадь поперечного сечения шва, мм2.

(42)

где Кf - катет шва, мм;

q - высота усиления шва, мм.

(43)



Определяем скорость подачи сварочной проволоки Vпод, м/ч, по формуле

(44)

где d - диаметр сварочной проволоки, мм.

На основании рассчитанных режимов для сварки колонны выбираем сварочный аппарат Kemppi FastMig KM 300.

Kemppi FastMig Basic предназначен для основных нужд полуавтоматической сварки средней и тяжелой промышленности. Установление сварочных параметров производится легко и точно благодаря цифровому дисплею и плавной регулировке.

В серию Basic входят мощные и высокопроизводительные источники питания на 300, 400 и 500 ампер, представляющие современную компактную конструкцию, которая на 70 % легче и объем потребляемой ею энергии на 10 % меньше, чем у источников соответствующей мощности, управляемых переключателями. Проволокоподающее устройство MF 33 предназначено для работы с жесткими требованиями. Прочный, стильный каркас подающего устройства с двойной стенкой изготовлен из повторно утилизируемой пластмассы. Проволокоподающие устройства серии Kemppi FastMig снабжены мощным механизмом подачи, гарантирующим плавный ход сварочной проволоки. В серию входит также водоохладитель FastCool 10 для охлаждения горелок MIG/MAG.

Способ сварки MIG/MAG (Metal Inert Gas / Metal Active Gas) представляет собой процесс полуавтоматической сварки плавящимся электродом в среде защитных газов, обеспечивающий высокую производительность расплавления сварочной проволоки. Этот способ подходит для любого пространственного положения и всех толщин материалов. из-за механизированной беспрерывной

Технические характеристики Kemppi FastMig Basic KM 300:

- сетевое напряжение, В - мощность подключения 60%, кВА - мощность подключения 100% кВА - максимальная нагрузка ПВ 60%, А - максимальная нагрузка ПВ 80%, А - максимальная нагрузка ПВ 100%, А - максимальное сварочное напряжение, В - напряжение холостого хода В - К.П.Д. - габариты Д х Ш х В, мм - масса, кг	400-15 %...+20 %; 29,5; 12,9; - - 300; 46; 65/25; 87%; 590x 230 x 430; 34.

2.3 Ресурсосберегающие мероприятия при проектировании колонны

Спроектированная конструкция колонны, является технологичной, так как в зависимости от действующей нагрузки N=1 200 кН и высоты hk=8,0 м оптимально выбрана площадь поперечного сечения стержня колонны, который состоит из двух швеллеров №24 и соединительных планок толщиной 10 мм. Конструкция стержня обеспечивает его устойчивость, то есть напряжение в сечении стержня не превышает расчётное сопротивление для стали 14Г2АФ.

Применение энергосберегающего сварочного оборудования, механизированной сварки в смеси аргона и углекислого газа позволяет качественно выполнить сварные соединения, повысить прочность сварных соедине5ний, снизить расход электроэнергии, сварочной проволоки, снизить трудоёмкость сварки колонны и зачистки сварных швов после сварки.

Перечисленные мероприятия обеспечивают снижение энергоресурсов, а также основного металла, электродной проволоки и вспомогательных материалов.

Список используемых источников

1 Блинов, А.Н. Сварные конструкции / А.Н.Блинов, К.В.Лялин. - Москва : Стройиздательство, 1990. - 353с.: ил.

2 Михайлов, А.М. Сварные конструкции: учебное пособие для техникума / А.М.Михайлов. - Москва : Стройиздательство, 1983. - 367 с.: ил.

3 Майзель, В.С. Сварные конструкции: учебник для техникумов / В.С. Майзель, Д.И. Навроцкий, под редакцией Д.И. Навроцкого - Изд. 2-е, переработанное и дополненное - Ленинград : Машиностроение, 1973. - 304с.
Размещено на www.allbest.ru