2056

Изготовление колонн с помощью сварочных работ на заводе

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Выбор и обоснование металла сварной конструкции. Выбор способа сварки и методов контроля качества сварных соединений. Расчет сварных швов, прикрепляющих планки к ветвям колонны. Энергосберегающие мероприятия при проектировании колонны.

Русский

2013-01-06

597.86 KB

279 чел.

Содержание

 

Введение

Конструкторский раздел

  1.  Описание конструкции колонны
  2.  Выбор и обоснование металла сварной конструкции
  3.  Расчет и конструирование стержня колонны
  4.  Расчет и конструирование соединительных планок
  5.  Расчет сварных швов, прикрепляющих планки к ветвям колонны
  6.  Расчет и конструирование базы колонны
  7.  Расчет и конструирование оголовки колоны и ее стеков

2Технологический раздел

  1.  Выбор способа сварки и методов контроля качества сварных соединений
  2.  Выбор режимов сварки и сварочного оборудования
  3.  Энергосберегающие мероприятия при проектировании колонны

Список литературы


Введение

Сварка является одним из наиболее распространенных технологических процессов соединения материалов, благодаря которому создано много новых изделий, машин и механизмов.

В промышленности Республики Беларусь эффективно применяются современные сварочные технологии.

На многих предприятиях широко используется автоматизированная и механизированная сварка в среде защитных газов, контактная точечная сварка, различные новые методы сварки, наплавки, напыления, резки: Идет внедрение робототехнических комплексов, новейших средств технологического оснащения, а также современных методов контроля качества сварных конструкций.

Практически во всех отраслях народного хозяйства находят широкое применение различного рода и назначения конструкции. Они отличаются друг от друга размерами, конфигурацией, принципами действия, способом изготовления. Конструкции изготавливаются при помощи различных технологических процессов, в зависимости от этого они могут быть литыми, кованными, точеными, клееными, штампованными, сварными, а также комбинированными - клеесварными, штампосварными и т.д. К сварным относятся такие конструкции, неразъемные соединения которых выполняются при помощи сварки.

Важной задачей является повышение качества сварных конструкций, решение ее заложено во всех стадиях их создания: при проектировании, при разработке технологического процесса изготовления, транспортировке к месту установки, во время осуществления монтажных работ, включая испытания, а также при эксплуатации.

В последнее время появилась возможность проводить сварочные работы как под водой, так и в космосе.

В Республике Беларуси и за рубежом разработаны и внедряются в производство новые конструкции источников питания сварочной дуги, которые потребляют меньшое количество электроэнергии, оборудование для механизированных автоматизированных способов сварки. К высокопроизводительным заводам Республики Беларусь по изготовлению сварных конструкции можно отнести такие заводы, как МТЗ, МАЗ, БЕЛАЗ, МоАЗ, «Могилевтрансмаш», «Могилевлифтмаш».

На заводе «Могилевтрансмаш» 70% всех работ - сварочные. Продукция выпускаемая этим заводом это: автомобильные полуприцепы, рефрижераторы, гидравлические краны, контейнеровозы для перевозки, панелевозы, трубовозы, лесовозы, мусоровозы, погрузчики. Для изготовления такой продукции главной задачей является качество. Поэтому в 2008 году была произведена модернизация производства. Полностью поменялось сварочное оборудование. Все это позволило получить высокое качество изготовляемой продукции и увеличить ее конкурентоспособность.


1 Конструкторский раздел

1.1 Описание конструкции колонны

Колонна - это металлическая конструкция которая работает на сжатие и применяется в качестве промежуточных опор для балок, ферм, перекрытий больших пролётов.

Колонна состоит из оголовка, стержня и базы.

Оголовок состоит плиты, вертикальных и горизонтальных рёбер жёсткости и предназначен для установки конструкций нагружающих колонну.

Стержень состоит из двух швеллеров, расположенных полками вовнутрь, соединённых планками. Стержень является основным несущим элементом колонны.

База служит для распределения равномерно по площади опирания и обеспечивает закрепление нижнего конца в фундаменте. База состоит из опорной плиты и траверс.

Сечения элементов выбирают такими, чтобы обеспечить одинаковую жесткость в обоих направлениях. Такие колонны имеют достаточно высокую технологичность в изготовлении и экономичны то затратам металла. С точки зрения экономики еще более рациональны колонны трубчатого сечения. Однако ввиду дефицита труб такие колонны применяются редко.

1.2Выбор и обоснование металла сварной конструкции

Выбор материала сварного узла/производится с учётом обеспечения прочности и жёсткости при наименьших затратах на его изготовление, с учётом экономии металла, гарантирование условий хорошей свариваемости при минимальном разупрочнении и /снижении пластичности в зонах сварных соединений, обеспечения надёжности эксплуатации при заданных нагрузках переменных температурах.

В данном курсовом проекте выбрана сталь СтЗпс, которая является низкоуглеродистой, так как содержание углерода до 0.25% и по степени раскисления является промежуточной между спокойной и кипящей. Она содержит такое количество раскислителей, при котором газов выделяется меньше, чем при затвердевании кипящей стали, и поэтому имеет меньшую химическую однородность. Степень раскисления отражается в ее маркировке, например; Ст2кп, СтЗпс и т.д. Она является хорошо свариваемой сталью, так как количество углерода не превышает 0.25%. Химические и механические свойства стали представлены таблицах 1 и 2 соответственно.

Таблица1 - Химический состав стали

Марка

стали

Гост

Содержание элементов , %

C

Si

Mn

Сг

Ni

Cu

09Г2

19282-73

До 0,12

0,17-0,37

1,4-1,8

До 0,3

До 0,3

До 0,3

Таблица 2 - Механические свойства стали

Марка стали

ГОСТ

Временное сопротивление разрыву, МПа

Предел текучести, МПа

Относительное удлинение, %

Ударная вязкость, мДж/м2

Расчётное сопротивление, МПа

При t C

20

40

70

СтЗпс

380-94

450

310

21

-

-

-

 

1.3 Расчёт и конструирование стержня колонны

Ориентировочно принимаем коэффициент продольного изгиба φ= 0,8. Определяем требуемую площадь поперечного стержня колонны Атр, см2, по формуле

Атр =N/(Ry* φ)=950/0.8*22.5=53 см2

где N - расчетная нагрузка, кН;

Ry - расчетное сопротивление металла, кН/см

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

А’тр= Атр /2=53/2=26,5см2

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

№ швеллера = 22;

А'д см2 =26,7

Ix, см4 = 2110

IУ, см4 = 151

rх, см = 8,89;

rу, см = 2,37;

z0, см = 2,21

Определяем /действительное значение площади поперечного сечения стержня Ад, см2, .по формуле

АД=2*А'Д=2* 26,7 = 53,4 см2

1.4 Расчёт и конструирование соединительных планок

Рисунок 1 - Стержень сквозной колонны

Определяем расстояние lB, см, между соединительными планками 2 в соответствии с рисунком 1, по формуле

 lB = λB * ry = 30*2.37 = 71 см,

где λB – гибкость одной ветви, λВ = 30

Определяем гибкость колоны относительно оси х-х, λx, по формуле

 λx = lp/rx 

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

 lp =hк=1000см;

 rх - радиус инерции, см.

 λx =1000/8.89=112,5

 

Определяем гибкость стержня относительно оси у-у, λу, по формуле

λу = √(λх2- λb2)=√(122,72-302)=108,4

Определяем необходимый радиус инерции сечения стержня r`у, см, относительно оси у-у, по формуле:

r`у=lр/ λу=1000/108,4=9,2

Расстояние между ветвями колонны b,см, определяем по формуле:

b= r`у/0.44=9,2/0.44=20,9 см

Определяем геометрические характеристики сечения стержня.

Определяем момент инерции сечения колоны относительно оси y-y, I`y, см4, по формуле:

I`y=2(Iy+a2*A`д)=2(151+8,242*26,7)= 3927,7 см4

Определяем расстояние а, см, по формуле

a = (b/2) –z0 = (20,9/2)-2,21=8,24 см

Определяем действительное значение радиуса инерции сечения стержня относительно оси у-у r``у, см, по формуле:

r``у=√(Iy/ Aд)=√(3927,7/53,4)=8,6 см.

Определяем действительную гибкость колоны относительно оси у-у λ`y, по формуле

λ´y = lp / r``y = 1000/8,6 = 116,3

Определяем приведенную гибкость стержня λпр, по формуле:

λпр=√((λ´y)2+( λв)2)=√((116,3)2+(30)2=120,1

Сечение колонны подобрано правильно.

Определяем условную поперечную силу Fycл, кН, возникающую в сечении стержня как следствие изгибающего момента, по формуле:

Fусл = 0,3*АД = 0,3*53,4 =16,02 кН

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

Т = Fycл *lB /2b = 16,02*71/2*20,9=27,2 кН

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

 M = Fусл*lB/4 = 16,02*71/4 = 284,4 кН*см

Принимаем размеры планок

Высота планки dпл, см

 dпл = 0,5*b= 0,5*20,9 = 10,45см

Толщина планки Sпл., см

 Sпл = dпл/30 =10,45/30=0,35

Толщину планки принимаем Sпл = 1см

Рисунок 3 - Сечение стержня сквозной колонны

1.5 Расчёт сварных швов, прикрепляющих планки к ветвям колоны

Определяем напряжение τш M, kH/см2, от изгибающего момента в шве, по формуле:

τш M = M/Wш =284,4/23,7 = 12 кН/см2

Где Wш - момент сопротивления сварного шва, см3 по формуле:

Wш=β*Kf*l2ш/6=0,85*0,8*14,452/6=23,7 см3

Lш=dпл+4=14,45

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

 τшT = T/Aш = 27,2/9,8 = 2,8 кН/см2

где Аш - площадь поперечного сечения сварного шва, см .

Определяем площадь поперечного сечения сварного шва Аш, см2, по формуле

Аш = β*kf*lш = 0,85*0,8*14,45 = 9,8 см2

Определяем равнодействующую напряжения τпр кН/см2. по формуле:

τпр=√(( τш M)2+( τшT)2)=√((12)2+(2,8)2)=12,3 кН/см2

Рисунок 4 - Схема расчета соединительных планок

1.6 Расчёт и конструирование базы колоны

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

База - рисунок 5 - состоит из опорной плиты 3 и двух 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 5, по формуле

 Ap = N/R бсм

 Ap = 950/0,6 = 1583см2

где N - расчетное усиление в колонне, кН;,

R бсм - расчетное сопротивление бетона (фундамента) на смятие;

R бсм = 0,6 кН/см'

Определяем ширину опорной плиты В, См, по формуле

В = h + 2Smp +2С = 22 + 2*1,2 + 2*10 = 44

где h – высота сечения профиля, см

Sтр – толщина траверсы, Sтр = 1,2*Sпл = 1,2*1 = 1,2 см

C – консольная часть опорной плиты, см

С = 10 см

Определяем длину опорной плиты L, см, по формуле

 L = Ap/B =1583/44=36 см

Определяем действительную площадь опорной плиты Ад, см2, по формуле

АД = В*LД = 44*36 = 1584см2

Определяем изгибающий момент М1 кН*см, по формуле:

МI = σ*С2/2 = 0,34*102/2=17кН*см,

где σб – давление фундамента, кН/см2 , по формуле:

 σб = N/Aд = 950/1584 = 0,6 кН/см2

где Ад – действительная площадь опорной плиты, см2

Определяем изгибающий момент М2, кН*см, по формуле

М2 = α*σб*h2 = 0,055*0,6*102 = 3,3 кН*см

Α=0,055

Определяем изгибающий момент М3, кН*см, по формуле

М3 = β* σб*h2 = 0,06*0,6*102 = 3,6 кН*см

β=0,06

Определяем по максимальному из трех изгибающих моментов толщину плиты Soп.пл см, по формуле:

Soп.пл=√(6Мmax/Ry)=√(6*17/22.5)=2,1

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

 

Σlш = N/(β*Kf*Rwf) = 950/0,85*0,8*19 = 73,5 см,

где β - коэффициент, зависящий от способа сварки;

 Kf - 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

 hтр = Σlш /4 = 73,5/4 =18,4 см

 

Рисунок

5 - База колонны - крепление шарнирное


2. Технологический раздел

2.1 Выбор способа сварки и методов контроля качества сварных соединений

В данном курсовом проекте для сварки колонны выбираем механизированную сварку в среде углекислого газа, так как она оптимально подходит к конфигурации швов свариваемой колонны и обеспечивает необходимую прочность соединений.

Механизированную сварку в среде углекислого газа можно выполнять во всех пространственных положениях шва. Однако необходимо учитывать, что легче и производительнее сваривать швы в нижнем положении. Для предупреждения пористости в наплавленном металле с кромок сварных соединений необходимо удалять ржавчину, грязь, масло и влагу на ширину до 30 мм по обе стороны от оси шва. Окалина почти не влияет на качество сварного шва, поэтому детали после газовой резки могут свариваться сразу после зачистки и удаления шлака.

Контроль качества производим внешним осмотром. Перед осмотром шов и прилегающую к нему поверхность металла размером 20x20 мм очищают от шлаков, брызг и загрязнений. Размеры сварного шва и дефектных участков определяются измерительным инструментом и специальными шаблонами. Границы выявленных трещин устанавливают путем засверливания, подрубки металла зубилом, шлифовки и последующего травления дефектного участка.

2.2 Выбор режимов сварки и сварочного оборудования

Режимы сварки в углекислом газе выбираются в зависимости от толщины и марки свариваемой стали, типа соединения и типа разделки кромок, положения шва в пространстве, а также с учетом обеспечения стабильного горения дуги, которое ухудшается с понижением силы сварочного тока. Параметрами режима сварки в углекислом газе являются: диаметр используемой проволоки, сила сварочного тока, скорость подачи электродной проволоки, напряжение дуги, скорость сварки, расход углекислого газа, вылет электрода.

Таблица 3 - Режимы сварки

в /

о /§

1 §/!

/ а

НапрВ

V"„од, М/Ч

15

15

Расчет режимов сварки производится всегда для конкретного случая. Определяем скорость сварки, VCB, м/ч, по формуле

 Vсв = aн*I/γ*Aш

где ан - коэффициент наплавки; ан=13,5 - 14,8;

I - сила тока, А;

γ- удельная плотность;

γ = 7,85 г/см3;

Аш - площадь поперечного сечения шва, мм2

 

 Vсв

 Vсв

Определеям площадь поперечного сеченая шва Аш, см2, по формуле

Аш =

где Kf — катет шва, м;

g - высота усиление шва, мм;

g = 0,3-Kf= 0,3-8 =2,4мм.

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

 V под

 

 V под

В данной работе для сварки колонны был использован цифровой сварочный полуавтомат Blue Weld/Megamig (Vegamig) Digital 460 с микропроцессорным управлением в комплекте с блоком подачи проволоки с 4-х роликовым подающим механизмом для сварки MIG-MAG и самозащитной порошковой проволокой (без газа), а также пайки. Он предназначен для сварки с широким диапазоном материалов, таких/ как сталь, нержавеющая сталь, алюминий и его сплавы. Этот аппарат рекомендован для промышленного использования. Содержит 9 персональных программ сварки. Автоматический контроль напряжения питания, определение типа горелки.

Осуществляется выбор между 2- или 4-тактным режимами работы в зависимости от свариваемого материала или режима сварки точками. Производится регулировка скорости подачи проволоки, времени подачи защитного газа, продолжительности плавления проволоки.

Таблица 4 -Техническая характеристика полуавтомата

Наименование параметра

Норма

1. Напряжение в сети, В

2. Частота питающей сети, Гц

3. Мощность при нагрузке 60%mах, кВт

4. Сварочный ток min/max, А

5. Сварочный ток при нагрузке 35% от максимальной, А

6. Сварочный ток при нагрузке 60% , А

7. Диаметр электродной проволоки, мм

8. Скорость подачи электродной проволоки, м/ч /

9. Длина шлангового провода, м

10.Масса электродной проволоки в кассете, кг

11 .Расход газа, мин

12.Габаритные размеры, мм

13.Масса, кг

/ 220/380 /

50

13/20

50-450

450

340

0,8-2,0

108-932

9,0

15

8-20

1020x570x 1380

42

2.3 Энергосберегающие мероприятия при проектировании колонны 

При проектировании колонны в зависимости от действующей нагрузки и высоты колонны оптимально подобрана площадь поперечного сечения стержня колонны, который состоит из двух швеллеров №20а и соединительных планок. При конструировании базы/колонны использованы траверсы, это позволило уменьшить толщину опорной плиты. Затраты стали на производство колонны были сведены к минимуму

Для сварки соединительных планок, оголовка и базы колонны была использована механизированная сварка в среде углекислого газа, оптимально рассчитаны катеты сварных швов, подобран сварочный ток, напряжение на дуге, расход защитного газа. Используемый полуавтомат BlueWeld Megamig (Vegamig) Digital 460 отвечает требованиям энергосбережения. Всё это позволило сократить расходы энергии.

Таким образом, спроектированная колонна отвечает требованиям ресурсо- и энергосбережения.

Список литературы

  1.  Блинов А.Н., Лялин К.В. Сварные конструкции. -М.: Стройиздат, 1990-350 с.
  2.  Михайлов A.M. Сварные конструкции. - М.: Стройиздат, 1983. - 365 с.
  3.  Майзель B.C., Навроцкий Д.И. Сварные конструкции. - Л.: Маши-

ностоение, 1973. - 304 с.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

53901. Програма факультативного курсу «Література і театр» (8-9 клас) 167 KB
  Дебальцева Програма факультативного курсу Література і театр 8 9 клас Курінна Л. вчитель російської мови та зарубіжной літератури вчительметодист вища категорія 2010 2011 навчальний рік Пояснювальна записка Програма факультативного курсу Літератури і театр с орієнтиром у прилученні школярів до театрального мистецтва з метою їхнього загального естетичного розвитку розширення і збагачення духовних потреб підвищення рівня творчої активності громадянської свідомості стимулювання і розвиток життєвої компетентності. В основу...
53902. Кути. Вимірювання кутів 42.5 KB
  Мета: закріпити знання учнів про зміст основних понять теми вивчених на попередньому уроці; продовжувати формувати навички учнів оперувати вивченими в темі поняттями для обґрунтування дій під час розв’язування типових задач; використовуючи прийом аналогії та знання і вміння вироблені під час вивчення теми Відрізки сформувати вміння розв’язувати типові задачі на застосування аксіом вимірювання та відкладання кутів; відпрацювати навички побудови кутів та їх вимірювання із використанням приладів. Наочність і...
53903. Сума кутів трикутника 46.5 KB
  Мета: сформулювати та довести теорему про суму кутів трикутника ознайомити учнів з поняттям зовнішнього кута трикутника розвивати навички практичної діяльності з геометричними інструментами відпрацьовувати вміння логічно мислити робити висновки. Побудувати трикутник за даними кутами 1 ряд 2 ряд 3 ряд  А = 38 0...
53904. Суміжні і вертикальні кути 322 KB
  Замислюйся міркуй питання занотуй. Познач кути між кольоровими променями і променями АВ і АС. Чи є на цьому малюнку кути що утворюють розгорнутий кут Побудуй на око: а кут який має градусну міру більше 00 але менше 900; б кут рівний 900; в кут більший 900 але менший за 1800.
53905. Суміжні кути 82 KB
  Мета: засвоїти означення суміжних кутів; вивчити формулювання та доведення теореми про суму суміжних кутів а також наслідки із цієї теореми; розвивати увагу логічне мислення просторову уяву; виховувати охайність працьовитість. Обладнання: Моделі кутів карткизавдання. І так ви відгадали що країна в яку ми повинні вирушити складається з кутів. Наше завдання: 1 відшукати там невідомий для нас вид кутів; 2 довести що сума цих кутів дорівнює 180; 3 встановити наслідки цього доведення.
53906. Квадратні корені 548.5 KB
  Після уроку учні зможуть: застосовувати теоретичний матеріал про квадратні корені до вирішення вправ; навчитися усвідомленому застосуванню вивченого матеріалу під час вирішення завдань; набути навичок роботи в малих групах; набути навичок логічних міркувань; формування мотивації здорового способу життя Використані технології: інтерактивні технології: Мікрофон Робота в малих групах. Робота в малих групах. Учні об'єднуються в групи по 4 особи 1 і 2 3 і 4 парти згадують правила роботи в групах...
53907. Розвязування квадратичних нерівностей методом інтервалів 57 KB
  Мета: ознайомити учнів з розвязанням квадратичних нерівностей методом інтервалів; формування уміння розвязувати квадратичні нерівності методом інтервалів. Виховувати охайність під час виконання малюнка.
53908. РЕШЕНИЕ КВАДРАТНЫХ УРАВНЕНИЙ 208 KB
  Какое уравнение называют квадратным уравнение вида ах2bxc=0 где х – переменная а bс числа причем а≠0 числа а bс называются коэффициентами квадратного уравнения; а первый коэффициент b второй коэффициент с свободный член Например: 2х24х8=0 Какое квадратное уравнение называется приведенным Приведенным квадратным уравнением называется такое квадратное уравнение в котором первый коэффициент равен 1 т. а=1 Например: х23х10=0 Какое квадратное уравнение называется неполным Неполным квадратным уравнением...
53909. Квадратні рівняння 207 KB
  Мета уроку: формувати уміння розвязувати квадратні рівняння. Квадратні рівняння простіших видів вавилонської математики вміли розвязувати ще 4 тис. Згодом розвязували їх також: в Китаї і Греції. Він показав як розвязувати при додатних а і bрівняння видів .