43241

Расчет и проектирование сварной металлоконструкции мостового крана

Курсовая

Производство и промышленные технологии

В настоящее время крановые конструкции изготавливаются в форме балочных систем, хотя раньше применяли фермы (было распространено в промышленности). Проектирование фермы начинается с выбора её рациональной системы. Система фермы зависит от назначения, основных требований к эксплуатации и общей компоновки конструкции. Часто рациональная система определяется на основе опытного проектирования, сравнения нескольких вариантов и выбора оптимального решения. В данной работе я произвожу расчет и проектирование конструкции мостового крана.

Русский

2013-11-04

228.5 KB

62 чел.

Министерство образования Российской Федерации

ГОУ ВПО Уральский Государственный Технический Университет – УПИ

Кафедра: «Технология сварочного производства»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Расчет и проектирование сварной

металлоконструкции мостового крана

Пояснительная записка

Студент группы М-465к                       Шустова К.В.

Руководитель:                                    Пономаренко Д.В.

Екатеринбург

2003

СОДЕРЖАНИЕ

Задание на курсовое проектирование.

ВВЕДЕНИЕ

  1.  Назначение и описание крана.
  2.  Выбор геометрической схемы.
  3.  Выбор и характеристика основного металла.
  4.  Выбор способа сварки и сварочных материалов.
  5.  Определение внутренних усилий и выбор сечений (ЭВМ).
  6.  Расчет сварных узлов.
  7.  Расчет концевой балки.
  8.  Проверка работоспособности стержней при межузловом приложении нагрузки.
  9.  Технология сборки и сварки концевой балки.

Список использованной литературы

ВВЕДЕНИЕ

     Целью курсового проектирования является расширение и закрепление знаний, полученных при изучении курса «Расчет и проектирование сварных конструкций», а также получение навыков самостоятельного решения конкретных конструкторских задач.

При выполнении курсового проекта студент должен закрепить практические навыки расчета на прочность и выносливость относительно сложных конструкций и их элементов, научиться выбирать материал сварной конструкции, конструировать сварные узлы. Кроме того, студент должен знать основы работы с научной и справочной литературой, строго соблюдать требования ГОСТов.

Темой курсового проекта является сварная металлоконструкция крана. Задание на проектирование содержит основные технические характеристики крана (пролет, грузоподъемность, режим работы), а также его конструктивные особенности.

Пояснительная записка включает: назначение и описание крана, выбор способа сварки и сварных материалов, выбор основного металла, расчет и подбор сечений элементов металлоконструкции и другое.

НАЗНАЧЕНИЕ И ОПИСАНИЕ КРАНА.

Мостовой кран – стационарный подъемный механизм, предназначенный для перемещения грузов в пределах рабочей зоны.

Технические характеристики:

Грузоподъемность   80 кН

База крана              4,4 м

База тележки             1м

Масса тележки             2,2 т

Режим работы              средний

Пролет              22,5 м

Ширина крана             5,4 м

Колея тележки             1,4 м

Масса крана             14,5 т

Температура эксплуатации         > – 30 ̊

Скорость передвижения, м/с: крана - 1,25

    тележки - 0,63

Конструкция крана:   сварная

Материал принят:  сталь Вст3сп

В настоящее время крановые конструкции изготавливаются в форме балочных систем, хотя раньше применяли фермы (было распространено в промышленности). Проектирование фермы начинается с выбора её рациональной системы. Система фермы зависит от назначения, основных требований к эксплуатации и общей компоновки конструкции. Часто рациональная система определяется на основе опытного проектирования, сравнения нескольких вариантов и выбора оптимального решения. В данной работе я произвожу расчет и проектирование конструкции мостового крана.

ВЫБОР ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ

  Геометрические размеры:

H=(0,08…0,1)Lk=2м

H=H/2=1м

С =(0,12—0,3)L=5,25м       

 D =(1.0—1.5)H=3м 

Расчетные нагрузки:

Вес механизма передвижения Рм для среднего режима работы принимаем 15кН при грузоподъемности 80кН

Главная ферма

Масса фермы 1/8 массы крана mгл.ф.=1/8·14,5=1,8т

Pk=1/K(nт·mт·g+nq·Q)=32кН    , где

Pkдавление колеса тележки

Кколичество колес тележки = 4

Q грузоподъемность

nт=1.05

mтмасса тележки

nqбаза тележки

Рr1=0.15Рк=4,8кН

Ферма связи

mф.св.=1/2mгл.ф.=0,9т

Рм2=0.1·Рм/2=4,8 кН

Рr2=0.15· Pk=7,5кН

Ферма жесткости

m ф.ж=1/2·mгл.ф=0,9т

ВЫБОР И ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНОГО МЕТАЛЛА

К числу рекомендуемых марок стали относятся стали Ст3сп и Ст3пс (ГОСТ 380-71). Они  поставляются с гарантией механических свойств и химического состава. Служебные свойства этих сталей, при толщине до 10 мм идентичны, причем в профильном и листовом прокате этой толщины, металл имеет удовлетворительные показатели по ударной вязкости до температуры – 40 оС.

Углеродистые стали подразделяют на низкоуглеродистые (С=0,09…0,25%), среднеуглеродистые (С=0,25…0,46%) и высокоуглеродистые (С=0,46…0,75%). Низкоуглеродистые стали чаще применяют в строительных конструкциях, углеродистые в машиностроении, высокоуглеродистые в инструментальном производстве.

Углеродистые стали обыкновенного качества согласно ГОСТ 380 – 71 делятся на 3 группы:

А – сталь поставляется по механическим свойствам;

Б – сталь поставляется по химическим свойствам;

В – сталь поставляется  по механическим и химическим свойствам(сталь этой группы более дорогая, и поэтому применяется для ответственных конструкций)

В сталях содержаться добавки кремния и марганца, а также вредные примеси – сера и фосфор, содержание которых в сталях ограничивают.

Сталь получают главным образом из смеси чугуна, выплавляемого в доменных печах, со стальным ломом. Сталь плавят в конвекторах, мартеновских  и электрических печах. Хорошее качество конверторной стали, обеспечивается продувкой  кислородом. Наивысшие сорта сталей получают переплавом электрошлаковым, вакуумно-дуговым, электронно-лучевым.

Плавка стали без достаточного количества раскислителей сопровождается выделением газов. Такая сталь называется кипящей (кп). Такие стали применять в сварочных конструкциях недопустимо. Стали раскисленные добавками кремния и марганца остывают в изложницах без интенсивного выделения газов и называются спокойными (сп). Промежуточные стали – полуспокойные (пс). Спокойные и полуспокойные стали по механическим свойствам, как правило, различаются между собой незначительно. Спокойные стали обладают более стабильными свойствами. Производство спокойных сталей дороже. Их обычно применяют в ответственных конструкциях.

В ответственных  конструкциях часто применяют сталь Ст3сп. Цифра в марке стали характеризует содержание в ней углерода. С повышением номера стали возрастают пределы  прочности и текучести и уменьшается относительное удлинение.

Важным  положительным свойством стали является возможность получения сварных соединений со свойствами, близкими к основному металлу. Как  правило, наиболее удовлетворительно свариваются стали, содержащие не более 0,25% углерода. Такая сталь обладает высокой пластичностью. Сталь Ст3сп (ГОСТ 380–71) иногда подвергается  термообработке.

Исходя из условий эксплуатации и технических характеристик в качестве основного металла примем сталь Вст3сп:

температура эксплуатации   -30 +40 оС

максимальная толщина проката 25мм

категории поставки   5

стандарт     ГОСТ 380 – 88   

Сталь поставляют с гарантией механических свойств и химического состава.

Нормальный химический состав углеродистых сталей обыкновенного качества по ГОСТ 380 – 71:

Марка стали

С,%

Mn,%

Si,%

P,% не более

S,% не более

Ст3сп

0,14…0,29

0,4…0,65

0,12…0,5

0,04

0,05

Нормированные показатели механических свойств:

Марка стали

Толщина δ, мм

σт, МПа

δs1,%

σh, МПа

изгиб на 180о 

Ст3сп

до 200

250

26

380 – 400

d=0,55…10мм

Ударная вязкость по ГОСТ 380 – 71:

Толщина образца

ударная вязкость, мДж/м2 , не менее

при Т=20 оС

при Т= - 20 оС

10 – 25

0,7

0,3

ВЫБОР СПОСОБА СВАРКИ И СВАРОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

При выборе способа сварки  учитывается свариваемость металла заготовок, назначается тип соединения и обеспечивается удобство сборочно-сварочных работ. При наличии крупных сварных изделий часть сварочных операций выполняется при монтаже. Подход к выбору способа сварки и конструктивному оформлению соединений для заводской и монтажной сварки может быть различной. Поэтому размеры элементов и места расположения монтажных швов назначают одновременно с выбором способа сварки. Выбор способа сварки обычно включает назначение типа сварного соединения, приемов его выполнения и применения присадочного материала, а также термообработки, если это необходимо. Эти данные предопределяют механические свойства сварного соединения и значения допускаемых напряжений, что необходимо для выполнения расчетов на прочность. Проводить послесварочную термообработку или отказаться от неё – решают, принимая во внимание химический состав основного металла, присадочного материала и способа сварки.

В качестве способа сварки применяем полуавтоматическую сварку плавящимся электродом в защитном газе. Состав газа: СО2=90%, О2=10%. Электродная проволока Ø20мм марки Св-08Г2С. Сварка производится полуавтоматом      ПДО – 517УЗ.

РАСЧЕТ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Воспользуемся найденными значениями усилий в стержнях, рассчитанных при помощи ЭВМ , чтобы определить требуемые длины швов.

Создаваемые усилия равномерно распределяются между каждой из двойных раскосов и стоек.

Р=(Рлф)/2

Рл – усилие, воспринимаемое одним лобовым швом

Рф – усилие, воспринимаемое фланговым швом одного уголка

Рл=[]’ кLл

=0,7 – при многопроходной  полуавтоматической сварке

к – катет шва

Lл – ширина полки, длина лобового шва  

Рф=[]’ кLф

Lф – полная длина флангового шва

Рр=0,7Рф

Рр – усилие воспринимаемое максимально нагруженной половиной уголка

Lф=

Расчет узлов

Главная ферма:  узел №2, стержни: раскос №10, стойка №11.

Раскос №10. Двойной равнобокий уголок №7,5

=0.6[]=0.6·250=150Мпа

Рл=150·106·0.7·5·10–3·75·10–3=63000  Н

Рф=(175220–2·63000)/2=24610 Н

Рр=0,7·24610=17227 Н

Lф=17227/(150·106·0,7·5·10–3)=32,8 мм

Принимаем Lф=100 мм

Стойка№11. Двойной равнобокий уголок № 4,5

Рл=150·106·0.7·5·103·45·103=18900 Н

Рф=(461402·18900)/2=4170 Н

Рр=0,7·4170=2919Н

Lф=2919/(150·106·0,7·5·103)=9,2 мм

Принимаем Lф=100 мм

Ферма жесткости: узел №12, стержни: раскос №12, стойка №13.

Раскос №12. Двойной равнобокий уголок №10

Рл=150·106·0.7·6·103·100·103=63000 Н

Рф=(2063102·6300)/2=40155 Н

Рр=0,7·40155=28109 Н

Lф=28109/(150·106·0,7·6·103)=44,6 мм

Принимаем Lф=100 мм

Стойка№13. Двойной равнобокий уголок №5,6

Рл=150·106·0.7·5·103·56·103=29400Н

Рф=(2003802·29400)/2=70790 Н

Рр=0,7·70790=49553 Н

Lф=49553/(150·106·0,7·5·103)=94,4 мм

Принимаем Lф=100 мм

Ферма связи: узел №12, стержни: раскос №12, стойка №13.

Раскос №12. Двойной равнобокий уголок №7

Рл=150·106·0.7·5·103·70·103=36750 Н

Рф=(154802·36750)/2=29010 Н

Рр=0,7·29010=20307 Н

Lф=20307/(150·106·0,7·5·103)=38,7 мм

Принимаем Lф=100 мм

Стойка№13. Двойной равнобокий уголок №4,5

Рл=150·106·0.7·5·103·45·103=23625 Н

Рф=(168402·23625)/2=15205 Н

Рр=0,7·15205=10644 Н

Lф=10644/(150·106·0,7·5·103)=20,2 мм

Принимаем Lф=100 мм

РАСЧЕТ КОНЦЕВОЙ БАЛКИ

Р1=mфж·g=1822·9.8=17856 Н  где,

mфжфактическая масса фермы жесткости

q=mкб·g/6,2=2292 Н/м  где,

P2=m·g+0.5(mт·g+Q)=61874 Н

Определяем опорные реакции: ∑М (А)=0        Ra=RB=86 кН

Максимальное значение изгибающего момента  М=93 кН/м

Высота балки коробчатого сечения должна быть не менее:

H=M/Sв·[σ]p=0.4

[σ]p=160·103 МПадопускаемое напряжение

Требуемый момент инерции

Wтр=М/[σ]p=2,9·103 мм3   

Требуемый момент инерции сечения

Jтр= Wтр·h/2=0.58·103 мм4

Ширину концевой балки из удобства примем равной 400 мм.

Определим момент инерции относительно оси Х.

                                                   Jх=2J2+2 Jв 

                                                   J2=S2hв3/12

                                                   Jв= hвS23/12+a2A2

                                                   Jх=2(S2hв3/2+ hвS23/2+a2A2)=

                                                  =2(19·103(4·103)3/12+4·103 (19·103)3/12+

                                                   +0.22·0.42·19·103=3.19·104 м4

Проверка:

σ=Mh/2Jх=468·0.4·103/2·3.19·104=94.15 Мпа<160 Мпа

Действующие в опасном сечении напряжения меньшедопускаемых, следовательно выбранные размеры балки удовлетворяют условиям прочности.

ПРОВЕРКА РАБОТОСПОСОБНОСТИ СТЕРЖНЕЙ ПРИ МУЖУЗЛОВОМ ПОЛОЖЕНИИ НАГРУЗКИ

Проверка верхнего пояса от изгибающего момента.

                                                Jх=178,8 cм4

                                                 F=17,96 cм2

 

Jх.o= Jх+ a2F=178,8+42·17,96=466,2 cм4

σ =M/W≤[ σp]

Wх= Jх.o/yo=466,2/4=116,54 cм3

σ =106 Мпа<160 Мпа

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Пономаренко Д.В., Федоров С.В. «Расчет и проектирование сварных конструкций: методические указания к выполнению курсового проекта». Свердловск УПИ, 1990 г.

2. Руденко Н.Ф., Александров М.П., Лысаков А.Г. «Курсовое проектирование грузоподъемных машин». М. Машиностроение, 1988 г.

3. Николаев Г.А., Винокуров В.А. «Расчет и проектирование сварных конструкций». М. Высшая школа, 1971 г.

4. Федоренко В.А. «Справочник по машиностроительному черчению». Л. Машиностроение, 1982 г.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

84163. Характеристика философии нового времени (XVI-ХVIII). Ее основные направления и виднейшие представители (Бэкон, Декарт, Гоббс, Локк, Спиноза, Лейбниц, Беркли, Юм) 58.21 KB
  Активный процесс философского осмысления новых проблем и новых знаний пробудил интерес к разработкам в методологии познания. Исходя из этого опыт имеет три преимущества перед рациональными способами познания: 1. Следовательно опыт объективен в отличие от рационального познания и вследствие этого полученные из него знания имеют общепринимаемую обязательность. Потому что сами чувства которыми человек воспринимает природу это не чистый инструмент познания собирающий в себя сведения таковыми каковы они есть в природном виде.
84164. Философия французского просвещения XVIII века и ее представители 41.15 KB
  Таким образом жизнь человека определяется не Богом а его собственными делами и поэтому у церкви нет никаких оснований и никакого права насаждать предрассудки суеверия и страхи перед Богом. Равенство между людьми возможно поразному например с точки зрения естественного права равенство людей несомненно и обязательно поскольку естественные права человека проистекают из природы человека а она у всех людей одна. Но с появлением частной собственности возникла цивилизация основанная на неравенстве жестокости и эксплуатации народа и она же...
84165. Немецкая классическая философия и ее главные проблемы. Философия Канта: понятие «вещи в себе» и трансцендентального знания. Антиномии чистого разума 40.59 KB
  Поскольку познание вещи есть результат рассудочной деятельности а не просто суммой ощущений органов чувств то на первый взгляд проблема познания состоит в том насколько корректно взаимодействуют категории рассудка с чувственным сознанием снимающим информацию с вещи. В этом случае вопрос познавательной способности человека сводился бы только к тому насколько категории рассудка адекватно схватывают суть результатов чувственного познания. Вещь лишь провоцирует всплеск активности разума ощущениями которые мгновенно преобразуются в...
84166. Философия Фихте и Шеллинга. Основоположения «наукоучения» в философии Фихте. Понятие «абсолютного тождества» в философии Шеллинга 42.24 KB
  Кроме того следует признать недостаточным у Канта и то что он всего лишь только описал формы мышления умственные категории и законы мысли но не выявил основного единого общего принципа познания. Ведь только наличием подобного единого общего принципа познания можно объяснить не только слаженность форм мышления умственных категорий и законов мысли но и само их внутреннее единство между собой. И это есть вопрос не только выявления недостаточности кантовской философии это вопрос концептуальный потому что задача раскрытия данного единого...
84167. Абсолютный идеализм Гегеля. Система и метод философии Гегеля. История как процесс саморазвития «абсолютного духа» 35.72 KB
  А что же такое Абсолютный Разум сам по себе Абсолютный Разум сам по себе это есть некая идея его самоочевидного существования идея о том что Абсолютный Разум вообще существует безотносительно того что такое есть при этом Абсолютный Разум. Но если эта идея содержит в себе самоочевидное существование Абсолютного Разума как такового то она же содержит в себе и то каков есть этот Абсолютный Разум по своей природе. Потому что если идея определяет что Абсолютный Разум есть то она же эта самая же идея определяет и то что такое есть...
84168. Антропологический принцип философии Фейербаха. Фейербах о религии как отчуждении родовой сущности человека 40.99 KB
  Фейербах о религии как отчуждении родовой сущности человека. Прежде всего духовное начало не может быть истинным бытием поскольку единственно истинным бесспорным и самоочевидным бытием является не я человека а то что ему дано в ощущениях. Кроме того органом познания является не логическое мышление а непосредственно чувства человека. Потому что не логическое мышление а именно физические чувства человека являются поставщиками бесспорных ощущений.
84169. Характеристика философии позитивизма. Основные этапы ее развития, виднейшие представители 48.8 KB
  Суть этого метода состояла в том чтобы отказаться от традиционной философии как средства познания и создать новую философию которую они называли позитивная синтетическая философия. Таким образом поскольку богословие и традиционная философия оказались практически бесполезными то от них следует отказаться а вместо них создать новую систему объединения научных знаний которая с одной стороны сохранила бы в себе всеобъемлющий характер теологии и философии но с другой стороны приобрела бы характер точной науки. Это есть её главное...
84170. Философия экзистенциализма. Понятие экзистенции. Светский (Хайдеггер, Сартр, Камю) и религиозный (Ясперс) экзистенциализм 37.5 KB
  Поскольку экзистенция есть осознание человеком своей конечности временности то основной характеристикой бытия является время. Но внутреннее переживание человеком будущего есть не что иное как страх смерти осознание человеком своей конечности. Следовательно в дорефлексионном состоянии человеческое сознание было неспособно осознавать себя и воспринимать своё индивидуальное существование и таким образом не способно было осознавать мир ибо не было индивидуальным сознанием то есть сознанием способным вмещать в себя нечто что не есть оно...
84171. Аналитическая философия ХХ столетия. Философская программа неопозитивизма и ее кризис. «Постпозитивизм» и философия науки 46.26 KB
  Постпозитивизм и философия науки. Аналитическая философия пыталась выяснить законы возникновения научного знания корни его противоречий а также причины постоянного опровержения достижений науки развитием самой же науки. Таким образом предмет философии неопозитивизма это язык который и только который является по мнению неопозитивистов виновником несовершенства и постоянной изменчивости основ науки Мур. Это позволит формировать весь язык науки только из логически обоснованных единиц так называемых атомов научных понятий.