ID: 43241

Название работы: Расчет и проектирование сварной металлоконструкции мостового крана

Категория: Курсовая

Предметная область: Производство и промышленные технологии

Описание: 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.

Язык: Русский

Дата добавления: 2013-11-04

Размер файла: 228.5 KB

Работу скачали: 68 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

Pk–давление колеса тележки

К–количество колес тележки = 4

Q– грузоподъемность

nт=1.05

mт–масса тележки

nq–база 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=(Рл+Рф)/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=150·106·0.7·5·10–3·45·10–3=18900 Н

Рф=(46140–2·18900)/2=4170 Н

Рр=0,7·4170=2919Н

Lф=2919/(150·106·0,7·5·10–3)=9,2 мм

Принимаем Lф=100 мм

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

Раскос №12. Двойной равнобокий уголок №10

Рл=150·106·0.7·6·10–3·100·10–3=63000 Н

Рф=(206310–2·6300)/2=40155 Н

Рр=0,7·40155=28109 Н

Lф=28109/(150·106·0,7·6·10–3)=44,6 мм

Принимаем Lф=100 мм

Стойка№13. Двойной равнобокий уголок №5,6

Рл=150·106·0.7·5·10–3·56·10–3=29400Н

Рф=(200380–2·29400)/2=70790 Н

Рр=0,7·70790=49553 Н

Lф=49553/(150·106·0,7·5·10–3)=94,4 мм

Принимаем Lф=100 мм

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

Раскос №12. Двойной равнобокий уголок №7

Рл=150·106·0.7·5·10–3·70·10–3=36750 Н

Рф=(15480–2·36750)/2=29010 Н

Рр=0,7·29010=20307 Н

Lф=20307/(150·106·0,7·5·10–3)=38,7 мм

Принимаем Lф=100 мм

Стойка№13. Двойной равнобокий уголок №4,5

Рл=150·106·0.7·5·10–3·45·10–3=23625 Н

Рф=(16840–2·23625)/2=15205 Н

Рр=0,7·15205=10644 Н

Lф=10644/(150·106·0,7·5·10–3)=20,2 мм

Принимаем Lф=100 мм

РАСЧЕТ КОНЦЕВОЙ БАЛКИ

Р1=mфж·g=1822·9.8=17856 Н  где,

mфж–фактическая масса фермы жесткости

q=mкб·g/6,2=2292 Н/м  где,

P2=m2ф·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 МПа–допускаемое напряжение

Требуемый момент инерции

Wтр=М/[σ]p=2,9·10–3 мм3   

Требуемый момент инерции сечения

Jтр= Wтр·h/2=0.58·10–3 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(19·10–3(4·10–3)3/12+4·10–3 (19·10–3)3/12+

                                                   +0.22·0.42·19·10–3=3.19·10–4 м4

Проверка:

σ=Mh/2Jх=468·0.4·10–3/2·3.19·10–4=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.