84335

Расчет и проектирование металлоконструкции мостового электрического крана балочного типа

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Мостовой кран предназначен для транспортировки и перемещения грузов. Конструкция является ответственной. Работает мостовой кран при переменных нагрузках. Нагрузками являются ручные или электрические тельферы, ходовые колеса которых перемещаются по нижнему поясу балки.

Русский

2015-03-18

519.5 KB

27 чел.

СОДЕРЖАНИЕ.

1.Задание на проектирование.                                                                              2

2.Анализ конструкции.                                                                                        3

3.Определение силовых факторов металлоконструкции мостового крана.      4

    3.1. Определение изгибающих моментов сечений балки.                              4

    3.2. Определение поперечных сил  сечений балки.                                         6

4.Проектирование элементов балки.                                                                     8

    4.1. Нахождение наименьшей высоты балки.                                               8

    4.2. Определение размеров сечения горизонтального листа балки.         10

4.3. Проверочный расчет поперечного сечения балки.                              10

4.4. Обеспечение устойчивости балки.                                                        11

4.5. Проектирование ребер жесткости.                                                        12

5.Проектирование сварных соединений.                                                          16

6.Расчёт опорных балок моста.                                                                          17

    6.1. Проверка концевых балок на прочность.                                              17

7.Расчет сварочных деформаций.                                                                      18

8.Список использованных источников.

1.ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ.

Рассчитать и спроектировать металлоконструкцию мостового электрического крана балочного типа. Конструкция состоит из двух главных балок и двух концевых балок (рис.1).

Исходные данные:

Q= 300 кН - грузоподъёмность крана;

L=24 м - пролёт моста;

F/L = 1 / 550 - норма жесткости;

G= 130 кН - собственный вес главной балки;

GT= 12 кН - вес тележки;

D = 2 м - расстояние между колёсами тележки.

Материал конструкции: ВСтЗсп.

2.АНАЛИЗ КОНСТРУКЦИИ.

Мостовой кран предназначен для транспортировки и перемещения грузов. Конструкция является ответственной. Работает мостовой кран при переменных нагрузках. Нагрузками являются ручные или электрические тельферы, ходовые колеса которых перемещаются по нижнему поясу балки.

Материал конструкции сталь ВСтЗсп.

Механические свойства и химический состав представлены в табл. 1.

Таблица 1 Свойства и химический состав стали

σв, МПа

σт, МПа

С,%

Mn,%

Sl,%

Р,%

      S,%

410

240

 0,14-0,22

 0,40-0,65

0,12-0,30

< 0,04

   <0,05

          Сталь ВСтЗсп - углеродистая сталь обыкновенного качества (ГОСТ 380-71), относится к группе В. Стали этой группы более дорогостоящие и применяются для ответственных конструкций. Сталь относится к хорошо свариваемым любым способом. В связи с протяжённостью швов целесообразно применять сварку автоматическую под флюсом или в среде С02.

Расчётные допускаемые напряжения для стали ВСтЗсп:                         [σ]р =16 кН/см2=160МПа;

[R]= 21 кН/см ;

[τ'] = 0,65 х [σ]р =0,65 • 16 =10,4 (кН/см2)=104МПа.

3.ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛОВЫХ ФАКТОРОВ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИИ    МОСТОВОГО КРАНА.

Балки нагружены равномерной нагрузкой от собственного веса G=130 кН и двумя сосредоточенными грузами Р (от веса тележки с грузом), которые могут перемещаться по балкам.

Р=(Q+Gт)/4=(300+12)/4=78 (кН);

q= Gт/L=130/24=5,42 (кН/м).

Конструирование балки следует начать с определения расчетных усилий М и Q. Сначала необходимо построить линии влияния моментов, чтобы знать их максимально возможные значения в разных сечениях балки.

3.1. Определение изгибающих моментов сечений балки.

Разобьем условно балку на 10 равных частей. Обозначим расстояние груза до левой опоры через х. Определим опорные реакции балки:

Реакция.

Реакция А определяется уравнением наклонной прямой:

                                                при х=0 А=1;

                                                при х=L A=0.

Реакция .

Реакция В определяется уравнением наклонной прямой:

                                                при х=0 В=0;

                                                при х=L В=1.

Линия влияния изгибающего момента М выражает зависимость величины момента в заданном сечении от положения груза, равного единице, на балке.

Допустим, что груз находится справа от сечения α. При этом изгибающий момент:

            

Построим линию влияния момента М из условия, что: при х=0 Ма=0; х=L Ма=0.

Так как было сделано предположение, что груз находится справа от сечения α, то построенная прямая верна на участке L-α.

Допустим, что груз находится слева от сечения α. При этом изгибающий момент:

            

При х=0 Ма=0; при x=L Ма=L-α.

Так как было предположено, что груз находится слева от сечения α, то построенная прямая верна на участке L-α.

Таким образом мы получаем линию влияния момента М для сечения α . Подобным образом строим линии влияния М для сечений 0.5L, 0.4L, 0.3L, 0.2L, 0.1L.

Максимальные ординаты уmax линий влияния для различных сечений х составят:

х

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

уmax

0,09

0,16

0,21

0,24

0,25

Определим моменты от веса тележки в каждом из сечений с учетом того, что один из сосредоточенных грузов располагается над вершиной линии влияния, а второй – на расстоянии D относительно первого. Момент от сосредоточенных сил вычисляется по формуле:

где уi – ордината линии влияния, т.е.

Максимальные моменты от веса тележки в каждом из сечений равны:

х

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

МР, кНм

321,36

567,84

739,44

771,84

858

Момент в сечении х от равномерно распределенной нагрузки:

Максимальные моменты от равномерно распределенной нагрузки в каждом из сечений равны:

х

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

Мq, кНм

140,5

249,75

327,8

374,8

390,24

Суммарные моменты в сечениях от сосредоточенных сил и равномерной нагрузки:

Суммарные моменты в каждом из сечений равны:

х

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

МΣ, кНм

461,36

817,59

1067,24

1146,47

1248,24

Результаты расчетов представлены на чертеже «Эпюры линий влияния» (схема нагружения).

3.1. Определение поперечных сил сечений балки.

 

Линии влияния поперечной силы Q выражают зависимость величины поперечной силы в заданном сечении α от положения груза, равного единице, на балке.

Допустим, что груз находится справа от сечения α:

Построим эту линию из условия, что: при х=0 Qа=1; х=L Qа=0. Построенная прямая верна на участке L-α.

Допустим, что груз находится слева от сечения α:

Построим эту линию из условия, что: при х=0 Qа=0; х=L Qа=-1. Построенная прямая верна на участке α-L.

Ординаты линий влияния Q для сечений балки 0,5L, 0,4 L, 0,3 L, 0,2 L, 0,1L безразмерны:

х

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

уmax

1

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

Определим расчетные усилия от сосредоточенных сил в каждом из указанных сечений с учетом того, что одна из них располагается над вершиной линии влияния:

т.е.

     

Поперечные силы QР в указанных сечениях х равны:

х

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

QP, кНм

149,5

148,8

147,9

146,7

145,2

143

Поперечные силы Q от собственной силы тяжести q:

Поперечные силы Qq в указанных сечениях х равны:

х

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

Qq, кНм

65,04

52,03

39,02

26,02

13,01

0

Суммарные значения поперечных сил от сосредоточенных и равномерно распределенных нагрузок:

                         

Суммарные значения поперечных сил в каждом сечении х равны:

х

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

QΣ, кНм

214,54

200,83

186,92

172,72

158,21

143

Результаты расчетов представлены на чертеже «Эпюры линий влияния» (схема нагружения).

4.ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ БАЛКИ.

4.1. Нахождение наименьшей высоты балки.

Определив расчетные усилия, переходим к нахождению наименьшей высоты балки из условия нормы жесткости  F/L = 1 / 550 при сосредоточенных нагрузках Р. При определении требуемой высоты следует учесть, что по условию прогиб ограничен лишь в отношении нагрузки Р. Так как напряжение от суммарного момента МΣ=1248 кНм достигает [σ]Р, то напряжение от момента, вызванного сосредоточенными грузами МР=858 кНм, что будет составлять 0,8[σ]Р. Это напряжение следует брать вместо [σ]Р при определении требуемой высоты балки h.

Прогиб балки от двух сосредоточенных сил Р, расположенных симметрично в пролете (рис.2):

Подставив значение Рα=М, получим:

Если выразить М через напряжение 0,8[σ]Р, вызванное сосредоточенными силами и умноженное на момент сопротивления W=2J/h, то получим:

откуда требуемая высота балки равна:

                                                                                                                           

Чтобы определить требуемую высоту балки из условия ее наименьшего сечения, нужно задаться толщенной вертикального листа.

Примем SВ=15мм=1,5см.

Требуемая высота из условия наименьшей массы определяется по формуле:

Так как требуемая высота, найденная из условия нормы жесткости, больше, чем высота, найденная из условия наименьшей массы, то ее и следует принять в расчет при подборе сечения (рис.3).

Таким образом: высота балки h=148см;

                           толщена вертикального листа SВ=1,5см;

                           высота вертикального листа (примем) hВ=145см.

 

  

4.2. Определение размеров сечения горизонтального листа балки.

Требуемый момент инерции поперечного сечения сварной балки коробчатого профиля равен:

                                                                               ,

где                                                                                  - требуемый момент сопротивления балки.

Момент инерции подобранного вертикального листа размером 1450х10 мм равен:

                                                                  .

Требуемый момент инерции горизонтальных листов (поясов) равен:

                                                                                                          .

Таким образом, требуемое сечение одного пояса балки равно:

                                                                  .

Примем  АГ=18          . Сечение горизонтального листа 120х15 мм.

4.3. Проверочный расчет поперечного сечения балки.

Определим уточненное значение момента инерции подобранного поперечного сечения балки:

 

                                                                                  .

Наибольшее нормальное напряжение в крайнем волокне балки:

                                                                                                    

Расчетное напряжение превышает допускаемое на 0,6℅, что вполне допустимо.

Определим касательное напряжение на уровне центра тяжести балки в опорном ее сечении по формуле:

где S - статический момент  полуплощади сечения, симметричного относительно центра тяжести балки;

                                                                     ,

                              ;

                                                                            .

Определим эквивалентные напряжения в сечении, в котором наибольший изгибающий момент М=1,248 МНм и поперечная сила Q=143 кН. эквивалентные напряжения вычисляются на уровне верхней кромки вертикального листа в зоне резкого изменения ширины сечения. Вычислим в этом волокне балки напряжение от момента М:

                                                                                 

В этом же волокне напряжение от поперечной силы:

Здесь - статический момент площади сечения горизонтального листа относительно центра тяжести.

Эквивалентное напряжение определяется по формуле:

Расчетное напряжение превышает допускаемое на 0,6℅, что вполне допустимо.

4.4. Обеспечение устойчивости балки.

Если балку не закрепить в горизонтальной плоскости, то потребуется значительное уменьшение допускаемых напряжений. Поэтому следует предусмотреть закрепления от возможных перемещений верхнего пояса, установить горизонтальные связи.

Зададимся расстоянием между закреплениями l0=10b=120см (рис.4).

Определим функцию α для нахождения коэффициента ψ:

            

Пользуясь интерполяцией (см. табл. 9.3 на ст.279 [1]) определяем коэффициент ψ: при α=0,57 коэффициент ψ=1,8.

Момент инерции балки относительно вертикальной оси:

                                                                  .

Находим коэффициент уменьшения допускаемых напряжений в балке с учетом обеспечения ее устойчивости:

                                                                                  .

Коэффициент φ>1,55. это значит, что при расчете можно принять φ=1. Устойчивость балки при наличии закреплений на расстоянии l0=120см обеспечена.

4.5. Проектирование ребер жесткости.

Устойчивость вертикального листа будет обеспечена, если при наличии сосредоточенных сил, перемещающихся по балке, будет выполняться соотношение:

                            .

В нашем случае это соотношение не выполняется:

                             .

Чтобы обеспечить устойчивость вертикального листа, следует приварить к нему ребра жесткости (рис.7). Зададимся расстоянием между ними:  

                                     

Ширина ребра bр=hв/30+40=145/30+40=45 мм, толщена Sр=bр/15=45/15=3 мм. Так как сечение балки коробчатое, то ребра с шириной 45/2 будут привариваться с двух сторон балки.

Нормальное напряжение в верхнем волокне вертикального листа                   

           

Среднее касательное напряжение τ от поперечной силы в середине пролета:

                                                                .

Местное напряжение σм под сосредоточенной силой (рис.5) находим по формуле:

              

 

           

Для определения z подсчитаем Jп – момент инерции верхнего пояса с приваренным к нему рельсом . Примем сечение рельса 50х50 мм (рис.6). Ордината центра тяжести пояса и рельса относительно верхней кромки пояса:

                                                             .

Положительное значение указывает на то, что центр тяжести расположен выше верхней кромки пояса.

Определим момент инерции относительно оси, совпадающей с верхней кромкой пояса (эта ось параллельна центральной оси):

                

Найдем момент инерции относительно оси х0, проходящей через центр тяжести сечения пояса с рельсом (А=25+18=43        ):

Вычислим условную длину:

Находим σм:

Проверка ребер жесткости:

D для подкранных балок ровно 0,9.

                       Неравенство выполняется.

     

5.ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ.

Катет верхних и нижних поясных швов примем равным К=10 мм. В нижних поясных швах действуют касательные напряжения:

                         где Q=214,54 кН;                                           ;

J=570454,875         .

Отсюда:

В верхних поясных швах, при определении напряжений с учетом приваренного рельса, следует вычислить:

 

Момент инерции будем считать неизменившимся, как и положение центра тяжести балки. При этом:

В верхних поясных швах к вычисленным напряжениям добавляются τр от сосредоточенной силы Р. Как уже было установлено, длина зоны распределения сосредоточенной силы в вертикальном листе z=15,72 см.

Таким образом, местное напряжение в шве (n=0,4) при К=10 мм:

Находим условное результирующее напряжение:

Катеты швов, приваривающих ребра жесткости к поясам и стенкам, принимаем равными Кр=3 мм. Эти швы не передают рабочих напряжений и расчету на прочность не подлежат.

6.РАСЧЕТ ОПОРНЫХ БАЛОК МОСТА.

Опорные части балок сконструируем в форме балок коробчатого сечения, выполненного из спаренных швеллеров . На одной из опор балка имеет продольную подвижность, на другой - она закреплена болтами. Длина опорной (концевой) балки b0 должна быть равной                                                 а с учетом того, что у нас две балки на расстоянии D друг от друга, то                                                        

                                                    . Ширина концевой балки                             .

Таким образом, концевые балки выполнены из швеллеров №24П (240х90х5,6) по  ГОСТ 8240-97.

6.1. Проверка концевых балок на прочность.

Изгибающий момент по оси балки:

Момент сопротивления сечения плиты, ослабленной отверстиями болтов:

Напряжения изгиба равны:

7.РАСЧЕТ СВАРОЧНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ.

Сварку балки осуществляем в среде углекислого газа. Определим режим сварки [1]: К=10 мм; Iсв=785 А; Uд=30-35 В; Vсв=75 м/ч.

Определим силу усадки первого шва:

                                                      , где

                                                        

Определим силу усадки остальных швов:

Определим величину прогиба от каждого шва:

Список использованных источников

  1.  Николаев Г.А., Куркин С.А., Винокуров С.А. Сварные конструкции. Точность сварных соединений и деформации конструкции. М.: Высшая школа, 1971.760 с.
  2.  Николаев Г.А., Винокуров С.А. Сварные конструкции. Расчёт и проектирование. М.: Высшая школа, 1990. 760 с.

  1.  Богуславский П.Е. Металлические конструкции грузоподъёмных машин. М.: Машиностроение, 1961. 423 с.
  2.  Стрелецкий Н.С. Стальные конструкции. М.: Стройиздат, 1961 г.

PAGE  17


EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

22845. Визначення вологості повітря 1.2 MB
  Атмосферне повітря має в своєму складі деяку кількість водяної пари що обумовлює вологість повітря. Абсолютною вологістю називається кількість водяної пари що знаходиться в одиниці об'єму повітря. З рівняння стану ідеального газу густину повітря при нормальних умовах можна представити так: пов= 1 позначення загально прийняті.
22846. Визначення коефіцієнта об’ємного розширення рідини 545 KB
  Залежність обєму рідини від температури виражається рівнянням: а при невеликій точності можна обмежитися виразом: де обєм рідини при температурі 0C температурний коефіцієнт обємного розширення рідини. Прямим способом вимірювати обєм рідини при різних температурах для визначення важко бо при цьому змінюється і обєм посудини в якій знаходиться рідина. Французькі вчені Дюлонг і Пті запропонували спосіб визначення коефіцієнта обємного розширення рідини при якому відпадає необхідність вимірювання обєму рідини.
22847. ОДЕРЖАННЯ І ВИМІРЮВАННЯ ВИСОКОГО ВАКУУМУ 5.3 MB
  Різного роду вакуумні насоси з застосуванням деяких додаткових прийомів дозволяють одержувати тиски домм. Області тисків в яких найбільш раціонально застосовуються вакуумні насоси прийнятих в даний час типів показані на рис. Вакуумні насоси що застосовуються для відкачки газу поділяють на два класи: а форвакуумні насоси які починають працювати з атмосферного тиску і викидають відкачуваний газ прямо в атмосферу. Форвакуумні насоси створюють розрідження порядку мм.
22848. ТЕПЛОВЕ РОЗШИРЕННЯ ТВЕРДОГО ТІЛА 340.5 KB
  Дійсно сили що тримають атоми у вузлах ґратки малі і тому достатньо вже теплової енергії самих атомів аби змістити їх з положення рівноваги. До поняття про коливання атомів твердого тіла можна дійти шляхом аналізу природи міжатомних сил. Положення рівноваги атомів визначається з умови рівності сил притягання і відштовхування діючих на атом. Якщо змінюється відстань тільки відносно одного з атомів то енергію Wx треба...
22849. ВИЗНАЧЕННЯ СЕРЕДНЬОГО ЗНАЧЕННЯ ТЕПЛОТИ ВИПАРОВУВАННЯ РІДИНИ 120 KB
  ВИЗНАЧЕННЯ СЕРЕДНЬОГО ЗНАЧЕННЯ ТЕПЛОТИ ВИПАРОВУВАННЯ РІДИНИ. Випаровування це процес зміни агрегатного стану речовини перехід речовини із конденсованого стану в газоподібний. Кількість теплоти яку необхідно надати рідині при ізотермічному утворенні одиниці маси пари називають теплотою випаровування. Для визначення середнього значення теплоти випаровування води в даній роботі використовується метод який грунтується на використанні рівняння КлапейронаКлаузіуса.
22850. ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТУ ТЕПЛОПРОВІДНОСТІ ПОВІТРЯ 182 KB
  Через довiльну коаксiальну поверхню радiуса y за одиницю часу пройде кiлькiсть теплоти 5 де l довжина дротини.Розділивши в виразі 5 змінні одержимо 6 де внутрішній радiус трубки температура дослiджуваного газу повiтря бiля внутрішньої поверхнi трубки а радiус дротини температура дротини. Зі співвідношення 6 випливає що 7 Таким чином для визначення коефіцієнта теплопровідності треба знати кiлькiсть теплоти яка щосекунди...
22851. ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА ТЕПЛОПРОВІДНОСТІ ТВЕРДИХ ТІЛ 111 KB
  Кількість теплоти Q що переноситься через поверхню площею S за час при градієнті температур визначається як: 1 де коефіцієнт теплопровідності середовища. Таким чином значення коефіцієнта теплопровідності матеріалу можна знайти безпосередньо якщо користуватись формулою 1. для визначення коефіцієнта теплопровідності твердих тіл.
22852. ПОБУДОВА ДІАГРАМИ СТАНУ СПЛАВІВ 49 KB
  Сплавом називають систему в твердому стані яку отримують сплавленням двох або більшої кількості компонент. Діаграми стану сплавів характеризують залежність температур фазових переходів зокрема плавлення і кристалізації від концентрації сплаву. Евтектика характеризується сталою температурою плавлення яка нижче температури плавлення компонент. Інтерметалічна сполука характеризується сталою температурою плавлення яка як правило вища за температуру плавлення компонент AuZn CdMg та ін.
22853. ВИЗНАЧЕННЯ ТЕПЛОЄМНІСТі МЕТАЛІВ МЕТОДОМ ОХОЛОДЖЕННЯ 626.5 KB
  Теплоємність термодинамічної системи це кількість теплоти яку необхідно надати цій системі щоб збільшити її температуру на К. Розрізняють теплоємність питому молярну . Теплоємність термодинамічної системи С. Крім того за умовами визначення теплоємності розрізняють теплоємність що визначається за сталого обєму та за сталого тиску .