Металлоконструкция концевой балки крана

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Введение

сварка балка нагрузка кран

Мостовой кран предназначен для подъема и перемещения груза в вертикальной и горизонтальной плоскости.

Металлоконструкция концевой балки крана воспринимает нагрузки от веса груза, главной балки, механизмов подъема и передвижения, кабины, а также от собственного веса. Нагрузка через концевую балку передается с главной балки на буксы, потом на колеса, потом на рельсы.

Металлические конструкции в значительной степени определяют массу, стоимость, и эксплуатационную надежность подъемно-транспортных машин. Они работают под воздействием различных нагрузок, окружающей среды и должны удовлетворять требованием жесткости, прочности, устойчивости и экономичности.

Концевая балка работает при средних условиях, которые характеризуются работой с грузами различной массы, со средними скоростями(vк=1,25 м/с, vт=0,63 м/с, vп=0,28 м/с), средним числом включений в час(до 115 в час), средним значением относительной продолжительности включения(до ПВ=50%).

Концевая балка является опорным и соединительным элементом главной балки. Для установки ходовой части крана к концевым балкам приваривают посадочные платики с обработанными поверхностями, к которым с помощью болтов крепят буксы с ходовыми колесами. На концевой балке установлены упругие предохранительные устройства - буферы, которые срабатывают при положении крана в конечных точках пути, взаимодействуя с упорами в конце кранового пути и смягчая удар крана об эти упоры.

Концевая балка представляет собой жесткую сварную металлическую конструкцию, габаритные размеры которой 5750х570х450.Металлическая конструкция концевой балки состоит из двух поясов, двух вертикальных стенок и диафрагм, размещенных внутри балки. Так как длина балки невелика, то она выполняется одноразъемной с целью разъединения моста после его изготовления на две половины для лучшего транспортирования по железной дороге. Разъемные части балки соединяют с помощью монтажных накладок на заводе-изготовителе с установкой 15 % чистых болтов от общего количества черных болтов. При монтаже крана на месте эксплуатации стыки балок с монтажными накладками соединяют заклепками или чистыми болтами. Основные параметры и элементы концевых балок унифицированы по группам грузоподъемности, что позволило создать типовые технологические процессы их изготовления.

Материалом для элементов металлоконструкций концевых балок служит листовая сталь 09Г2С Толщина применяемых листов для поясов балки 8 мм, вертикальных стенок и диафрагм 6 мм.

Сварка поясов со стенками выполняется снаружи. Стенки и пояса в балке являются очень тонкими элементами, поэтому под действием внутренних сил, нормальных и касательных напряжений (особенно при достижении критических значений) стенки и пояса могут потерять свою плоскую форму и выйти из плоскости, что приведет к усталостным разрушениям.

Диафрагмы привариваются к сечению балки по трем сторонам. С растянутым поясом диафрагмы не свариваются. Между ними есть технологический зазор 3 мм. По длине балка имеет переменное сечение (переменная высота балка) для того, чтобы она удовлетворяла условиям статической и динамической жесткости и времени затухания колебаний. Из условий местной устойчивости выполняются скосы длиной 75 мм.

Важным с точки зрения конструкции является узел соединения главных балок с концевыми. Это соединение должно быть достаточно жестким, чтобы воспринимать изгибающие моменты в местах стыковки балок при действии горизонтальных нагрузок. От горизонтальной жесткости моста в значительной степени зависит величина перекоса крана при движении и степень износа ходовых колес. Поскольку балки работают на изгиб в горизонтальной плоскости, они должны обладать в этом направлении достаточной жесткостью, поэтому момент инерции их сечений относительно вертикальной оси принимается не меньшим, чем момент инерции сечения главной балки в месте их соединения. Соединение главных балок с концевыми осуществляется сваркой внахлест, что резко снижает трудоемкость изготовления металлоконструкций. Для улучшения качества сварного шва используют накладки, что приводит к увеличению сварного шва, следовательно, к разделению конструктивного и технологического концентраторов, а это повышает предел выносливости и усталостную прочность. Чтобы избежать концентраций напряжений, а, следовательно, усталостных разрушений, острые углы сварных швов необходимо скруглить. Такое исполнение шва является типовым. Он наиболее технологичный, не требует больших денежных затрат и прост в изготовлении.

В месте соединения главной балки с концевой необходимо выполнять сопряжение: напротив внутренней диафрагмы концевой балки должны быть стенки главной балки. Накладки, приваренные снизу, повышают жесткость. Для присоединения ходовых колес на концевой балке выполняют планки под буксы.

Исходные данные

Грузоподъемность Q=15 т

Пролет моста L=24 м

Высота подъема Н=12 м

База грузовой тележки Вт=2880мм

Скорость передвижения крана Vкр= 0,18м/с

Скорость подъема Vп=0,3 м/с

Вес тележки с грузом

Вес тележки

Давление ходовых колес тележкиD1т=D2т=70000 Н.

1.Выбор основных геометрических параметров конструкции

Для двухбалочного мостового крана принимаем:

-высоту главной балки Н=1250 мм;

-высоту опорного сечения балки hоп=880 мм;

-длину откоса d=600 мм;

-высоту ограждения площадки обслуживания hог=700 мм;

-ширину площадок Впл=950 мм;

-базу крана Бкр=2500 мм.

2.Выбор геометрических параметров узлов конструкции

2.1 Главная балка

Рисунок 1 - Сечение главной балки в пролёте

Для главной (пролётной) балки коробчатого сечения (рис. 1) принимаем толщину стенки ст=6 мм.

Ширину поясов выбираем из условия обеспечения горизонтальной жёсткости В=500 мм.

Принимаем толщину горизонтальных листов п=6 мм.

Расстояние между стенками в свету В'=450 мм.

Площадь сечения главной балки в пролёте:

поясов мм2 ;

стенок мм2 ;

площадь всего сечения F=15904 мм2 ;

Момент инерции относительно оси Х-Х:

Момент сопротивления относительно оси Х-Х:

Момент инерции относительно оси Y-Y:

Момент сопротивления относительно оси Y-Y:

2.2Концевая балка

Рисунок 2 - Опорное сечение главной балки.

Площадь опорного сечения (рис. 2) главной балки:

, где hоп=0,55H=870 мм.

Момент инерции относительно оси Х-Х:

Момент сопротивления относительно оси Х-Х:

Момент инерции относительно оси Y-Y:

Момент сопротивления относительно оси Y-Y:

Статический момент полусечения относительно оси Х-Х:

мм3

Площадь, ограниченная осями, проходящими через середины толщин стенок и поясов опорного сечения:

мм2

Геометрические размеры основного сечения концевой балки (рис. 3):

Рисунок 3 - Сечение концевой балки.

Момент инерции сечения относительно оси Х-Х:

мм4

Момент сопротивления относительно оси Х-Х:

мм3

Момент инерции относительно оси Y-Y:

мм4

Момент сопротивления относительно оси Y-Y:

мм3

Статический момент полусечения относительно оси Х-Х:

мм3

3. Определение расчетных нагрузок на узлы металлоконструкции и усилий в них

В качестве постоянных нагрузок приняты веса отдельных узлов крана:

главной балки: Gгл.б.=15000 Н

фермы ограждения Gог.=5600 Н

площадки с настилом Gпл.=15000 Н

механизма передвижения Gмп.=15000 Н

кабины управления Gк.=11000 Н

Главная балка.

1300

А В

500 500

15000

Рисунок 4 - Схема нагрузок на главную балку.

Постоянная равномерно распределённая нагрузка:

Н/м ,где

nД - суммарный коэффициент перегрузки;

L - пролёт крана;

Постоянные сосредоточенные нагрузки для балки со стороны

механизмов передвижения: P1=nДGмп.=16500 Н

кабины управления: PК=nДGК.=12100 Н

Подвижные нагрузки:

D1 РАС=D2 РАС=DT+nQDQ = H, где

DT= D1T= D2T=3750 H - давления ходовых колёс тележки от собственного веса;

DQ= D1Q= D2Q=12500 H - давления ходовых колёс тележки от веса поднимаемого груза;

nQ=1,3 - коэффициент перегрузки;

Равномерно распределённая горизонтальная инерционная нагрузка:

H

Сосредоточенная инерционная нагрузка от веса механизма передвижения:

Н

Сосредоточенная инерционная нагрузка от веса кабины управления:

Н

Рисунок 5 - Сочетания нагрузок для конструкций мостовых кранов.

Подвижные инерционные нагрузки (поперечные) от ходовых колёс тележки (рис. 5) при сочетании нагрузок А:

Н

Продольная горизонтальная инерционная нагрузка при торможении тележки:

Н

Момент кручения от подвижной инерционной нагрузки:

Нм

Момент кручения от распределённой инерционной нагрузки:

Нм

Моменты кручения от сосредоточенных инерционных нагрузок Р1Г и РКГне принимаются в расчёт ввиду их незначительной величины.

Расчётный момент кручения от горизонтальных нагрузок:

Нм

Для главной балки, расположенной со стороны токоподвода, распределённая нагрузка меньше, т.к. на неё не действует вес механизмов передвижения. Поэтому следует рассчитывать балку со стороны механизмов передвижения.

Концевая балка

Со стороны главных балок (рис. 6) на каждую концевую балку передаются усилия в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

1300

500 500

5000

 1300

б) А В

5000

Рисунок 6 - Схемы к определению нагрузок на концевые балки со стороны главных балок.

Опорное давление главной балки со стороны механизма передвижения (рис. 6а) при положении тележки над опорой А:

Н

Опорное давление главной балки со стороны площадки токоподвода:

Н

При торможении тележки (половина всех колёс тележки - тормозные) нагрузка в горизонтальной плоскости (рис 7):

DТГ = D1Г' = 2321 Н



700 1400 700

54413 45404

77733

-6435

64863

700 1400 700

1393

Рисунок 7 - Схемы нагрузок на концевую балку и эпюры усилий.

При расчёте моста на горизонтальные нагрузки давления ходовых колёс тележки заменяем с целью упрощения равнодействующей:

Т=2D1Г = 2D2Г = 3250 Н

Рисунок 8 - Схема нагрузок в горизонтальной плоскости на конструкцию моста при сочетании А.

По расчётной схеме моста (рис. 8), соответствующей сочетанию нагрузок (в горизонтальной плоскости) А, изгибающие моменты в характерных сечениях главной и концевой балок от действия силы Т и равномерно распределённой нагрузки равны:

Нм

Нм

Нм

Нм

Суммарный изгибающий момент в середине пролёта главной балки равен:

Нм,

а в опорных сечениях главной балки:

Нм

По расчётной схеме моста (рис.9), соответствующей сочетанию нагрузок В, следует рассматривать два возможных состояния в случае выхода из строя одного из механизмов передвижения:

ВI - тележка в конце пролёта (рис.9а,б);

ВII - тележка в середине пролёта (рис.9а,в);



Рисунок 9 - Схема нагрузок в горизонтальной плоскости на конструкцию моста при сочетании В.

При сочетании нагрузок ВI принимаем:

Н

Изгибающие моменты от сил Т (рис. 9б) в характерных сечениях главной и концевой балок:

;

;

;

, где

мм

,где

При (сочетание нагрузок ВI) имеем:

Нмм

Нмм

Нмм

Нмм

При (сочетание нагрузок ВII) (рис. 9а,в) имеем:

Нмм

Нмм

Нмм

Нмм

Для определения изгибающих моментов от нагрузки qГ (рис. 10а) находим:

Нмм

Нмм

Нмм

Нмм

Нмм

4.Расчет основных узлов металлоконструкции по методу предельных состояний

По первому предельному состоянию производим расчёт на прочность главной балки с помощью линий влияния в вертикальной плоскости (рис.10,11) и строим эпюру изгибающих моментов в горизонтальной плоскости (рис.8,9). Максимальный результирующий изгибающий момент находится примерно в середине пролёта. Максимальное значение перерезывающей силы в вертикальной плоскости имеет место в опорном сечении главной балки.

Результаты расчёта для ряда сечений приведены в таблицах 1,2. Сечения 0, 1, 2, 3 главной балки выбраны для расчёта прочности балки и проверки местной устойчивости стенок.

Рисунок 10 - Линии влияния изгибающих моментов в сечениях главной балки.

Рисунок 11 - Линии влияния поперечных сил в сечениях главной балки.

Таблица 1 - Параметры линий влияния изгибающих моментов и поперечных сил в вертикальной плоскости.

	Номер сечения	Площадь под линией влияния	Ординаты линий влияния
	0	6,75	0	6,75	1	0,89	0,89	0,89	0,11
	1	3,895	-0,39	3,505	0,76	0,65	-0,11	-0,11	0,11
Q	2	2,1	-1,32	0,78	0,56	0,45	-0,11	-0,11	0,11
	3	1,6875	-1,6875	0	0,5	0,39	-0,11	-0,11	0,11
	1	16,6523	0	16,65225	2,467	2,106	1,139	1,14	0,36
M	2	22,4978	0	22,49775	3,333	2,667	0,833	0,83	0,667
	3	22,7813	0	22,78125	3,375	2,625	0,75	0,75	0,75

Таблица 2 - Расчётные значения изгибающих моментов и поперечных сил.

	Номер сечения	От qг.б.	От Pk	От P1	От P1'	От D1,2	Сумма
	0	22329	10769	14685	1815	37800	87398
	1	11594,5	-1331	-1815	1815	28150	38463,54
Q	3	2580,24	-1331	-1815	1815	15150	21449,24
	5	0	-1331	-1815	1815	17800	16469
	1	55085,6	13781,9	18793,5	5940	91460	185061,04
M	3	74422,6	10079,3	13744,5	11006	115000	229251,86
	5	75360,4	9075	12375	12375	115000	229185,38

Таблица 3 - Результаты проверки прочности

Сочетания	Нормальные	(в середине	пролёта)	Касательные	(в опорном	сечении)
нагрузок	от верт. нагр.	От гор. нагр.	Сумм.	От верт. нагр.	От гор. нагр.	Сумм.
А				-	-	-
ВI
ВII				-	-	-

Как видно из таблицы 3, для всех сочетаний нагрузок выполняется условие и .

Ранее (см. рис.7) были приведены эпюры изгибающих моментов и перерезывающих сил в вертикальной и горизонтальной плоскостях для концевой балки. В соответствии с расчётными схемами рис. 8 и 9 величина суммарного изгибающего момента в горизонтальной плоскости в сечении а1 принята для сочетания нагрузок ВI:

Нмм

Величина суммарных напряжений в сечении а1 при изгибе:

МПа, а R= Мпа, что допустимо.

Так как для главной балки , то не требуется укрепление стенки продольными рёбрами жёсткости и малыми диафрагмами.

Проверку местной устойчивости стенки производим в трёх отсеках: 1-м, 3-м и 5-м.

Проверку местной устойчивости 1-й пластинки произведём условно по формуле:

, где m=1,

- нормальные напряжения при изгибе в горизонтальной плоскости (сочетание нагрузок ВI, рис.9 а,б).

Мпа

Мпа

Среднее касательное напряжение:

Мпа

Критическое касательное напряжение:

В результате получим:

Проверку 3-й пластинки произведём по той же формуле:

Мпа

Мпа

Мпа

В результате получим:

Проверка 5-й пластинки:

МПа

Мпа

В результате получим:

По второму предельному состоянию производим проверку жёсткости балки. Допустимый прогиб в середине пролёта при действии статически приложенной подвижной нагрузки (с учётом веса тележки) не должен превышать величины мм.

С помощью линии влияния момента для 5-го сечения определим величину наибольшего изгибающего момента в середине пролёта от тележки с грузом (без учёта коэффициента перегрузки nQ):

Нм

Расчётный прогиб: мм

Рассчитаем на прочность болтовое соединение двух частей составной концевой балки. Схема соединения (вид сбоку) приведена на рис.12.

Рисунок 12 - Болтовое соединение двух частей концевой балки (вид сбоку).

Данное болтовое соединение воспринимает изгибающий момент М = =44507/2 Нм = 22253500 Нмм (см. рис.7). Определим наибольшую силу, действующую на болт:

Н, где

y1 - расстояние от оси крайнего болта до центра тяжести группы болтов, мм.

yi - расстояние от оси i-го болта до центра тяжести группы болтов, мм.

Проверим болтовое соединение на срез:

, где

n - число болтов в соединении;

nCP - число срезов одного болта;

d=40 мм - наружный диаметр стержня болта;

m=0,85 - коэффициент условий работы;

=180 МПа - расчётное сопротивление болтового соединения при срезе для болтов нормальной точности из стали Ст45.

В итоге получим:

Проверим болтовое соединение на смятие:

, где

- наименьшая суммарная толщина элементов, сминаемых в одном направлении, мм;

=415 МПа - расчётное сопротивление болтового соединения при смятии.

В итоге получим:

Теперь рассчитаем болтовое соединение в вертикальной плоскости (см. рис. 13).

Рисунок 13 - Болтовое соединение двух частей концевой балки (вид сверху).

Данное болтовое соединение воспринимает изгибающий момент М = =1392,6/2 Нм = 696300 Нмм (см. рис.7). Определим наибольшую силу, действующую на болт:

Н, где

y1 - расстояние от оси крайнего болта до центра тяжести группы болтов, мм.

yi - расстояние от оси i-го болта до центра тяжести группы болтов, мм.

Проверим болтовое соединение на срез:

, где

n - число болтов в соединении;

nCP - число срезов одного болта;

d=40 мм - наружный диаметр стержня болта;

m=0,85 - коэффициент условий работы;

=180 МПа - расчётное сопротивление болтового соединения при срезе для болтов нормальной точности из стали Ст45.

В итоге получим:

Проверим болтовое соединение на смятие:

, где

- наименьшая суммарная толщина элементов, сминаемых в одном направлении, мм;

=415 МПа - расчётное сопротивление болтового соединения при смятии.

В итоге получим:

5. Расчет сварных соединений

5.1Поясные швы

Приварка поясов к стенкам осуществляется сплошными швами на автомате под флюсом АН-348А электродной проволокой СВ-08А.

Расчёт швов по методу предельных состояний производим по формуле:

,

в которой для опорного сечения (в месте максимума поперечной силы) главной балки имеем:

Q = Q0 = 87398 Н - поперечная сила в сечении;

Iбр = = Нмм - момент инерции сечения относительно оси Х-Х;

мм3 ;

- коэффициент;

hШ = k = 8 мм - толщина углового шва, принимаемая равной катету.

5.2Сварные швы

Сварные швы узла сопряжения главной и концевой балок.

Рассчитываются по формуле:

, где

Q = Q0 = 87398 Н - поперечная сила в сечении;

- коэффициент;

hШ = k = 8 мм - толщина углового шва, принимаемая равной катету.

мм

6.Технологическая часть

Сборка концевой балки под сварку производится с применением универсально-сборных приспособлений. Сборка под сварку - это размещение элементов конструкции в порядке, указанном в технологической карте, и предварительное скрепление их между собой с помощью приспособлений и наложение прихваток, что обеспечивает требуемое взаимное расположение деталей. От качества выполнения этой операции больше всего зависит качество сварной конструкции и трудоёмкость сборочно-сварочных работ.

К спроектированному и изготовленному приспособлению предъявляются следующие требования:

-достаточная жёсткость корпуса, так как взаимное положение свариваемых деталей в процессе сборки под сварку должно оставаться неизменным;

-свободное перемещение элементов свариваемой конструкции при усадке швов после сварки (прихватки);

-свободный доступ к местам сварки сварочного электрода;

-быстрая установка деталей свариваемого изделия и их зажим, свободный съём сварного узла после прихватки;

-возможно низкая стоимость изготовления;

-обеспечение безопасности при выполнении сборочных и сварочных работ.

Особенность технологической подготовки производства изделий с применением УСП состоит в том, что вместо специальных приспособлений, изготовляемых обычным путём по специально разработанным чертежам, создаётся приспособление путём сборки из элементов комплекта УСП, т.е. методом агрегатирования из стандартных элементов. После изготовления партии сварных конструкций, когда надобность в приспособлении отпадает, оно разбирается на составные элементы, которые используют в новых компоновках.

УСП широко используются в различных видах ручной дуговой сварки, обычной и в среде защитных газов, автоматической и полуавтоматической сварки, а также в специальных и новых видах сварки.

Всю номенклатуру элементов УСП можно разделить на следующие группы: базовые, корпусные, установочно-направляющие, прижимные, крепёжные и разные.

Базовые детали - плиты, кольца базовые, угольники - служат осноавнием собираемых приспособлений.

Корпусные детали и сборочные единицы - полосы, уголки, косынки, угольники (крепёжные и передвижные), планки (соединительные, установочные и крепёжные), опоры (облегченные, угловые, поворотные, направляющие и передвижные), проставки, призмы, накладки, петли, колодки, стаканы, кронштейны и муфты, т.е. все те детали и сборочные единицы, которые обычно служат для образования корпусов приспособлений.

Установочно-направляющие детали и сборочные единицы - валики, трубы, державки, планки зажимные, клиновые и установочные, державки валиков передвижные и поворотные, опоры поворотные, блоки с откидной планкой, планки призматические и шпонки, т.е. те детали, которые служат направляющими, а также для установки и фиксации корпусных элементов, фиксаторов и подвижных элементов приспособления или деталей собираемого изделия.

Прижимные детали и сборочные единицы - прихваты шарнирные, прижимы откидные, рычажно-эксцентриковые, винтовые поворотные служат для закрепления собираемого в приспособлении изделия.

Крепёжные детали - болты пазовые, болты для крепления клиновых планок, винты нажимные и гайки с подвижными рукоятками.

Разные детали - наконечники, хомутики, сухари, оси, кольца, втулки разрезные и пробки.

В практике создания компоновок УСП известны следующие направления конструирования:

Сборка компоновок УСП на базовых прямоугольных плитах.

Сборка компоновок на базовых кольцах.

Сборка компоновок на рамном основании.

При сборке концевой балки использовалась сборка компоновок на рамном основании, базовым основанием служит рама, собранная из элементов УСП, которые входят в группу корпусных (опоры и планки соединительные). Это конструктивное направление позволяет производить сборку компоновок УСП вне сварочного стенда, непосредственно на участке УСП. Готовая компоновка транспортируется на сварочный стенд целиком. Установка на стенде уже собранной компоновки занимает значительно меньше времени, чем монтаж приспособления непосредственно на сварочном стенде. Простой сварочного стенда в этом случае исключается. Недостаток этого способа состоит в том, что необходимо каждый раз собирать базовое рамное основание приспособления. Это удлиняет время сборки.

Заключение

Технологический процесс сборки под сварку концевой балки включает в себя следующие переходы:

Переход 005. Производится сборка и прихватка к верхнему поясу 3 концевой балки поперечных диафрагм 1 и 2. Сборка производится на рамном основании 4. Фиксация поперечных диафрагм 1 и 2 производится с помощью державок 5 и 6, установленных на опорах облегченных 7 и 8 и планок прижимных 9 и 10, установленных на опорах облегченных 11 и 12.

Переход 010. Производится сборка и прихватка боковых стенок 13 и 14 концевой балки. Боковые стенки 13 и 14 фиксируются с помощью двух пар державок 27 и 28, установленных на опорах облегченных 17, 18, 19, 15 и планок прижимных 15, 16, 21, 22, установленных на опорах облегченных 23, 24, 25, 26.

Переход 015. Производится сборка и прихватка нижнего пояса концевой балки 29. Нижний пояс концевой балки 29 фиксируется с помощью двух пар державок 34 и 35, установленных на опорах облегченных 30, 31, 32, 33.

Список использованной литературы

сварка балка нагрузка

1.Вершинский А.В. Расчёт металлических конструкций в примерах. -М.:Изд. МВТУ, 1515.

2.Вершинский А.В., Гохберг М.М., Семёнов В.П. Строительная механика и металлические конструкции. - Л.: Машиностроение, 1516.

3.Гохберг М.М. Металлические конструкции подъёмно-транспортных машин. - Л.: Машиностроение, 1515.

4.Руденко Н.Ф., Александров М.П., Лысяков А.Г. Курсовое проектирование грузоподъёмных машин. - М.: Машиностроение, 1515.

Размещено на Allbest.ru