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

334 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

45445. Классификация приложений систем РВ. Надежность в СРВ. Проектирование жестких систем реального времени. Архитектуры жестких систем реального времени 118.5 KB
  Проектирование жестких систем реального времени. Архитектуры жестких систем реального времени. Главной особенностью систем реального времени является обеспечение предсказуемости которая позволяет реализовать приложения. В один из моментов времени задача перейдет в состояние не описанного в системе.
45446. Задачи в СРВ. Планирование задач. Общие принципы планирования задач. Алгоритмы планирования периодических задач. Алгоритмы планирования спорадических и апериодических задач Планировщик заданий 156.5 KB
  Планирование задач. Общие принципы планирования задач. Алгоритмы планирования периодических задач. Алгоритмы планирования спорадических и апериодических задач Планировщик заданий.
45447. Моделирование систем РВ Проблема моделирования сетей при случайном доступе. Применение модели реального времени. Модель реального Мира 123.5 KB
  Моделирование СРВ необходимо для того чтобы оценить разрабатываемую систему по времени функционирования и передачи данных. Σt=tреакции человека tнажатия на педаль тормоза tпередачи для обработки сигнала уз. 1 tпередачи сигнала от уз. механизма t1 время передачи информации от основного контроллера к сетевому t2 время передачи данных сетевым контроллером на шину t3 разброс передачи сообщения в сети возникает в следствии того что используется один сетевой канал t4 время приема данных с шины на сетевой контроллер t5 время...
45448. Алгоритм оценки систем реального времени. Оптимизация системы реального времени 92 KB
  Оптимизация системы реального времени. Алгоритм оценки позволяет определить работоспособность системы в условиях модельного объекта. Работоспособность определяется по характеристикам устойчивости системы в заданных режимах функционирования. Основные характеристики для распределенной системы: скорость передачи информации и дополнительные данные включая накладные расходы рассматриваемого протокола.
45449. Операционные системы реального времени. Применение. Особенности. Архитектуры операционных систем реального времени. Особенности функционирования ОС РВ. Достоинства и недостатки операционных систем реального времени 399.5 KB
  Каждая из архитектур позволяет обеспечивать функционирование задач в режиме реального времени.23: задачи интерфейс прикладных программ И. Достоинства: простота создания простота управления задачами. Недостатки: отсутствие гибкости в системе и возможности управления задачами в процессе функционирования систем; при зацикливании одного из блоков система блокируется и перестает функционировать.
45450. Синхронизация в системах реального времени. Принципы разделения ресурсов в СРВ. «Смертельный захват» «Гонки» «Инверсия приоритетов». Технология разработки собственной ОС РВ 69.5 KB
  Логическая последовательность исполнения Обеспечение доступа к общим ресурсам Обеспечение синхронизации с внешними событиями Обеспечение синхронизации по времени Связность задач. Обеспечение доступа к общим ресурсам. Реализация синхронизации необходима для обеспечения доступа к тем ресурсам которые являются разделяемыми ресурсами в системе т. Возникают коллизии связанные с получением доступа.
45451. Виды операционных систем реального времени. QNX. OS-9. VxWorks. Операционные системы реального времени для Windows. IA-Spox, RTX, Falcon, Hyperkernel 190.5 KB
  Операционные системы реального времени для Windows. ОСРВ по Windows Windows CE система ориентирована на небольшие контроллеры и включает большую часть функций ядра стандартной ОС для поддержки средств являющихся зарегистрированной маркой Microsoft. ОС РВ Стандартная ОС с поддержкой общих функций Поддержка расширений служащих для выполнения задач РВ Расширения ISPOX В расширении ОС Windows для реального времени. Данное расширение разработано для системы Windows95 98.
45452. Средства создания операторского интерфейса автоматизированных систем (SCADA-приложения). Применение. Особенности. Возможности и средства, присущие SCADA-пакетам. Состав SCADA. Виды SCADA. TraceMode. Citect. InTouch. iFix. Wizcon GeniDAQ. WinCC. MasterSCA 103 KB
  Под SCADA – приложением подразумевается любое ПО, которое получает данные с внешних устройств, формирует управляющие команды, сохраняет информацию на внешних носителях и формирует графическое приложение системы. Любое SCADA – приложение должно иметь набор инструментальных средств, позволяющих создавать уже в разработанных интерфейсах типовые модули подключения новых объектов и создание однотипных интерфейсов оператора для типовых автоматизированных систем.
45453. Базы данных РВ. Структура. Применение. Особенности. Особенности Industrial SQL Server. Функциональные возможности сервера базы данных. Интеграция с другими компонентами комплекса. Возможность организации клиент-серверной системы 454 KB
  Эта БД позволяет обеспечить доступ к БД при помощи языка SQL и обеспечить хранение информации в заданном пользователем виде. Для системы РВ не являющейся СЖРВ реляционная БД является оптимальной но для СЖРВ требуется обеспечение следующих условий: высокоскоростной сбор информации 1015 параметров за 1 секунду возможность хранения больших объемов информации обеспечение доступа к информации с различных рабочих станций по сетевому протоколу Для решения проблемы были разработаны БД БД реального времени: Industril SQLserver WizSQL...