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
Обязательства по производству работ курсовая
... техники и т.д.). На этой основе складывается система граж-данско-правовых обязательств по производству работ. Виды обязательств по производству работ. Основными обязательствами по производству работ являются обязательства, вытекающие из договора подряда. Подряд представляет собой не только главную ...
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)L k =2 м
H = H /2=1м
С = (0,12—0,3) L =5,25м
D = (1.0—1.5 )H=3 м
Расчетные нагрузки:
Вес механизма передвижения Р м для среднего режима работы принимаем 15кН при грузоподъемности 80кН
Главная ферма
Масса фермы 1/8 массы крана m гл.ф. =1/8·14,5=1,8т
P k =1/ K ( n т · m т · g + n q · Q )=32кН , где
P k – давление колеса тележки
К – количество колес тележки = 4
Эксплуатация и ремонт механизма передвижения тележки мостового крана
... электроаппаратов. В ремонт и обслуживание мостовых кранов входит замена электрооборудования мостового крана, ремонт крюковых подвесок, механических узлов, ходовых элементов, тележек передвижения и многое другое. Электрооборудование - ... по падению напряжения на их концах: на поврежденных катушках падение напряжения будет меньше, чем на исправных. Местный нагрев активной стали статора происходит из- ...
Q – грузоподъемность
n т = 1.05
m т – масса тележки
n q – база тележки
Р r 1 =0.15Р к =4,8кН
Ферма связи
m ф.св. =1/2 m гл.ф. =0,9т
Рм 2 =0.1·Рм/2=4,8 кН
Р r 2 =0.15· P k =7,5кН
Ферма жесткости
m ф.ж =1/2· m гл.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 о С.
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 о С
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 |
σ т, МПа |
δ s 1 ,% |
σ h , МПа |
изгиб на 180 о |
|
Ст3сп |
до 200 |
250 |
26 |
380 – 400 |
d =0,55…10мм |
Ударная вязкость по ГОСТ 380 – 71:
|
Толщина образца |
ударная вязкость, мДж/м 2 , не менее |
|
|
при Т=20 о С |
при Т= — 20 о С |
|
|
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: СО 2 =90%, О 2 =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=(Р л +Р ф )/2
Р л – усилие, воспринимаемое одним лобовым швом
Р ф – усилие, воспринимаемое фланговым швом одного уголка
Р л =[ ]’ к L л
=0,7 – при многопроходной полуавтоматической сварке
к – катет шва
L л – ширина полки, длина лобового шва
Р ф =[ ]’ к L ф
L ф – полная длина флангового шва
Р р =0,7Р ф
Р р – усилие воспринимаемое максимально нагруженной половиной уголка
L ф =
Расчет узлов
Главная ферма : узел №2, стержни: раскос №10, стойка №11.
Раскос №10. Двойной равнобокий уголок №7,5
=0.6[ ]=0.6·250=150Мпа
Р л =150·10 6 ·0.7·5·10 –3 ·75·10 –3 = 63000 Н
Р ф =(175220–2·63000)/2=24610 Н
Р р =0,7·24610=17227 Н
L ф =17227/(150·10 6 ·0,7·5·10 –3 )=32,8 мм
Принимаем L ф =100 мм
Стойка№11. Двойной равнобокий уголок № 4,5
Р л =150·10 6 ·0.7·5·10 – 3 ·45·10 – 3 =18900 Н
Р ф =(46140 – 2·18900)/2=4170 Н
Р р =0,7·4170=2919Н
L ф =2919/(150·10 6 ·0,7·5·10 – 3 )=9,2 мм
Принимаем L ф =100 мм
Ферма жесткости : узел №12, стержни: раскос №12, стойка №13.
Раскос №12. Двойной равнобокий уголок №10
Р л =150·10 6 ·0.7·6·10 – 3 ·100·10 – 3 =63000 Н
Р ф =(206310 – 2·6300)/2=40155 Н
Р р =0,7·40155=28109 Н
L ф =28109/(150·10 6 ·0,7·6·10 – 3 )=44,6 мм
Принимаем L ф =100 мм
Стойка№13. Двойной равнобокий уголок №5,6
Р л =150·10 6 ·0.7·5·10 – 3 ·56·10 – 3 =29400Н
Р ф =(200380 – 2·29400)/2=70790 Н
Р р =0,7·70790=49553 Н
L ф =49553/(150·10 6 ·0,7·5·10 – 3 )=94,4 мм
Принимаем L ф =100 мм
Ферма связи: узел №12, стержни: раскос №12, стойка №13.
Раскос №12. Двойной равнобокий уголок №7
Р л =150·10 6 ·0.7·5·10 – 3 ·70·10 – 3 =36750 Н
Р ф =(15480 – 2·36750)/2=29010 Н
Р р =0,7·29010=20307 Н
L ф =20307/(150·10 6 ·0,7·5·10 – 3 )=38,7 мм
Принимаем L ф =100 мм
Стойка№13. Двойной равнобокий уголок №4,5
Р л =150·10 6 ·0.7·5·10 – 3 ·45·10 – 3 =23625 Н
Р ф =(16840 – 2·23625)/2=15205 Н
Р р =0,7·15205=10644 Н
L ф =10644/(150·10 6 ·0,7·5·10 – 3 )=20,2 мм
Принимаем L ф =100 мм
РАСЧЕТ КОНЦЕВОЙ БАЛКИ
Р 1 = m фж · g =1822·9.8=17856 Н где,
m фж – фактическая масса фермы жесткости
q = m кб· g /6,2=2292 Н/м где,
P 2 = m 2ф · g +0.5( m т · g + Q )=61874 Н
Определяем опорные реакции: ∑М (А)=0 R a = R B =86 кН
Максимальное значение изгибающего момента М=93 кН/м
Высота балки коробчатого сечения должна быть не менее:
H = √ M / S в·[ σ ] p =0.4
[ σ ] p =160·10 3 МПа – допускаемое напряжение
Требуемый момент инерции
W тр=М/[ σ ] p =2,9·10 – 3 мм 3
Требуемый момент инерции сечения
J тр= W тр· h /2=0.58·10 – 3 мм 4
Ширину концевой балки из удобства примем равной 400 мм.
Определим момент инерции относительно оси Х.
J х =2J2+2 J в
J2=S2h в 3 /12
J в = h в S2 3 /12+a 2 A 2
J х =2(S2h в 3 /2+ h в S2 3 /2+a 2 A 2 )=
=2(19·10 – 3 (4·10 – 3 ) 3 /12+4·10 – 3 (19·10 – 3 ) 3 /12+
+0.2 2 ·0.42·19·10 – 3 =3.19·10 – 4 м 4
Проверка:
σ = Mh /2 J х=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.
J х =178,8 c м 4
F =17,96 c м 2
J х .o = J х + a 2 F=178,8+4 2 ·17,96=466,2 cм 4
σ =M/W≤[ σ p ]
W х = J х .o /y o =466,2/4=116,54 cм 3
σ =106 Мпа<160 Мпа
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/kursovoy/metallokonstruktsii-kranov/
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.
