Размещено на http://www.allbest.ru/

Пояснительная записка к курсовому проекту

по теме: "Проектирование металлической конструкции мостового крана"



Оглавление

• Введение
• 1. Исходные данные
• 2. Конструкционные материалы
• 2.1 Выбор материала конструкции
• 2.2 Сварочные материалы
• 3. Расчётные случаи нагружения. Нормативные и расчётные нагрузки, их комбинации
• 3.1 Расчётные нагрузки
• 3.1.1 Нагрузки от веса моста
• 3.1.2 Нагрузки от веса кабины и механизмов передвижения
• 3.1.3 Нагрузки от веса груза и тележки
• 3.2 Расчётные схемы приложения вертикальных нагрузок
• 4. Определение оптимальных размеров поперечного сечения пролётной балки
• 4.1 Расчет размеров в средней части пролета из условия обеспечения прочности
• 4.2 Расчет размеров в средней части пролета из условия обеспечения статической жесткости
• 4.3 Определение размеров поперечного сечения пролетной балки
• 5. Компоновочная схема моста
• 5.1 Балки
• 5.2 Компонование механизма передвижения крана
• 5.3 Сопряжение пролетных балок с концевыми
• 5.4 Расчет силы перекоса моста
• 5.5 Расчет надбуксовой части концевой балки
• 6. Размещение рёбер жёсткости
• 7. Строительный подъём пролётных балок
• 8. Прочность пролётной балки при её общем изгибе в двух плоскостях
• 9. Сварной шов, соединяющий накладку с концевой балкой
• 10. Сварной шов, соединяющий пояс со стенкой
• Заключение
• Список используемой литературы


Введение

В данной курсовой работе требуется рассчитать и спроектировать металлоконструкцию крана мостового типа.

Мостовой кран рассчитывается по многим критериям: он должен быть достаточно жёстким, прочным, устойчивым. При этом немаловажно спроектировать таким образом, чтобы уменьшить общую массу конструкции, максимально облегчить технологический процесс изготовления и монтажа, а также рассмотреть экономическую целесообразность.

Я выбрала относительно недорогой по себестоимости кран, который, может использоваться как при пониженных температурах, так и при повышенных.

Наиболее употребительной для изготовления несущих металлоконструкций используются преимущественно стали спокойной плавки Ст. 3 сп 5, у них низкая стоимость по сравнению с низкоуглеродистыми сталями.



1. Исходные данные

В соответствии с заданием возьмем мост крана грузоподъемностью 12.5 т с коробчатыми сплошностенчатыми балками, с рельсом, расположенным по оси верхнего пояса (рис. 1).

Рис. 1. Металлоконструкция кранового моста

Кран эксплуатируется при температуре выше минус 20°С, пролет крана - 22,5 м, скорость передвижения крана - 90 м/мин, скорость подъема - 10 м/мин, группа классификации (режима) работы крана - А 6.

В нашем случае принимаем колею тележки L_Т=1,6 м, базу B_Т=1,6 м. Вес тележки определим по соотношению G_Т=(0,25…0,35)G_Г, т. е.

G_Т = 0,287·12,5·9,81 = 35 кН.



2. Конструкционные материалы

2.1 Выбор материала конструкции

Учитывая, что проектируемый кран будет эксплуатироваться при температуре выше минус 20°С, в качестве материала для основных несущих элементов в соответствии с данными табл. 1.1 [1, с. 8] принимаем малоуглеродистую сталь Ст.3сп 5 по ГОСТ 380-94.

При расчетах следует принимать следующие физические характеристики стали:

- модуль упругости Е=2,06·10⁵, МПа;

- модуль сдвига G=0,78·10⁵, МПа;

- коэффициент поперечной деформации (Пуассона) ;

- коэффициент линейного расширения б=0,12·10^-4, °С^-1.

Расчетное сопротивление материала при растяжении, сжатии и изгибе

R_y=R_yП / г_m,

где R_yП=255 МПа - нормальное сопротивление, принимаемое равным пределу текучести;

г_m=1,05 - коэффициент надежности по материалу.

Таким образом, R_y= 255/1,05 = 243 МПа.

Расчетное сопротивление при сдвиге (срезе)

R_S = 0,58R_yП / г_m = 0,58255/1,05 = 141 МПа.

2.2 Сварочные материалы

Для расчётной температуры до минус 20°С выбираем электрод Э 42А марки УОНИ-13/45 с маркой флюса АНЦ-1 и маркой сварочной проволоки СВ-08ГА.

Расчетные сопротивления стыковых сварных швов при растяжении, сжатии, изгибе R_wy=R_y=243 МПа (см. табл. 1.3 [1, с. 12]).

Расчетные сопротивления стыковых сварных швов при сдвиге R_ws=R_s=141 МПа (см. табл. 1.5 [1, с. 14]).

Расчетные сопротивления металла углового шва при срезе R_wf=(0,55R_wИП)/г =0,55410/1,25 = 180 МПа (см. табл. 1.5 и 1.7 [1, с. 14, 15]), где R_wИП = 410 МПа - нормативное сопротивление материала шва; г=1,25 - коэффициент надежности.



3. Расчётные случаи нагружения. Нормативные и расчётные нагрузки, их комбинации

3.1 Расчётные нагрузки

При определении прочности металлоконструкций расчетные нагрузки рассматриваются при комбинации II А, при этом тележка находится в середине пролета моста и производится подъем груза.

3.1.1 Нагрузки от веса моста

Для заданных параметров пролета крана при выбранной общей схеме его исполнения и принятом материале по графикам рис. 4.1 [1, с. 20] находится в качестве первого приближения нормативный вес моста G_МК=275 кН. Расчетный вес полумоста (см. табл. 3.1 [1, с. 19]):

.

а расчетный погонный вес полумоста (без веса кабины и приводов механизма передвижения)

.

3.1.2 Нагрузки от веса кабины и механизмов передвижения

Нормативный вес кабины (закрытой, с электрооборудованием и кондиционером) принимаем G_КН=16 кН. Расчетный вес кабины G_К=G_КНг_К=161,2=19,2 кН.

Кабина располагается таким образом, чтобы между задней стенкой и осью подкранового рельса было не менее 1000 мм. Принимаем расстояние от середины кабины до подкранового рельса а ₂=2,5 м.

Для нахождения веса привода механизма передвижения моста крана воспользуемся усреднёнными данными. Нормативный вес каждого привода крана грузоподъемностью 12,5 т составляет примерно 6 кН. Тогда расчетный вес одного привода

G_ПР=G_ПРНг=61,2=7,2 кН,

где г - коэффициент надежности по нагрузке (см. 4.1.2 [1, с. 21]).

3.1.3 Нагрузки от веса груза и тележки

Нормативный вес груза рассматриваемого крана

G_Н=Q_Нg= 12,59,81=123 кН.

Расчетный вес груза

,

где =1,1 - коэффициент динамичности по графику 4.2. [1, с. 23]для асинхронного двигателя с фазным ротором;

г_Q=1,3 - коэффициент надежности по нагрузке для веса груза (см. табл. 4.2 [1, с. 24]).

Ориентировочно нормативный вес тележки принимается по ИСО 4301/1-А 4 в зависимости от режимной группы А 4 (см. стр. 23) - G_ТН = 70 кН.

Расчетный вес тележки:

G_Т= G_ТНг=701,2=84 кН,

где г=1,2 - коэффициент надежности по нагрузке.

Расчетные усилия на ходовые колеса от веса груза и тележки для рассматриваемого крана с достаточной точностью можно принять одинаковыми:

.

3.2 Расчётные схемы приложения вертикальных нагрузок

Наибольший изгибающий момент от подвижной нагрузки возникает в сечении, смещенном от середины пролета на расстояние В_Т/4(В_Т - база тележки), при расположении тележки соответствующим колесом над указанным сечением, т. е. это сечение отстоит от опорыВ на каком-то расстоянии (рис. 2):

Z₀= 0,5(L-b₁) = 0,5(22,5-0,8)=11 м,

где b₁ - половина базы тележки.

Наибольший момент от подвижной нагрузки

.

Здесь D_R=2D - равнодействующая усилий колес на пролетную балку.

В этом же сечении балки изгибающие моменты от распределенной нагрузки q_ПМ:

.

и от неподвижных сосредоточенных нагрузок G_ПР и G_К (вес приводов и кабины)

.

Здесь а ₁=1,2 м и а ₂=2,5 м по рис 2.

Суммарный расчетный изгибающий момент:

.



Рис. 2. Вертикальные нагрузки и эпюры изгибающих моментов пролетной балки



4. Определение оптимальных размеров поперечного сечения пролётной балки

4.1 Расчет размеров в средней части пролета из условия обеспечения прочности

Схема расчетного поперечного сечения двояко-симметричной балки с рельсом по оси пояса приведена на рис. 3.

Рис. 3. Поперечное сечение балки

Расчет проводим по первому предельному состоянию (потеря несущей способности) при действии нагрузок комбинации II А (см. табл.3.1 [1, с. 19]).

Необходимая величина момента сопротивления балки при изгибе в вертикальной плоскости

,

где г₀=г₁г₂г₃ - коэффициент неполноты расчета. г₁=0,90; г₂=0,95; г₃=0,90 (см. табл. 5.1, 5.2 и 5.3 [1, с. 33,34]).

Подставляя в формулу численные значения параметров и коэффициентов, имеем:

.

Оптимальная по условию минимума веса толщина стенки балки (если принять Hh) при обеспечении ее прочности

,

где H - высота стенки.

Это равенство не позволяет однозначно определить толщину стенки, так как в нем неизвестны H и д_С. Реальная высота балки у существующих мостовых кранов колеблется в пределах 1,0…1,8 м. Определим толщину стенки при различной ее высоте по формуле (4.1) для Н_{С 1}=1,0 м, Н_{С 2}=1,2 м, Н_{С 3}=1,4 м, Н_{С 4}=1,6м, Н_{С 5}=1,8 м. Результаты расчета введем в табл. 4.1.

4.2 Расчет размеров в средней части пролета из условия обеспечения статической жесткости

Минимальный момент инерции балки при обеспечении нормальной величины статического прогиба моста (см. табл. 5.6 и формулу (5.8) [1, с. 37]) при нормативных подвижных нагрузках

=4,210^-3м ⁴

Здесь [f_СТАТ]=1/800 - относительный статический прогиб моста;

;

D_RH=(G_Н+G_Т)/2 =(84+123)/2=103,5кН - нормативная подвижная нагрузка; E=2.0610⁵ МПа - модуль упругости материала.

Толщина стенки:

,

где - высота балки.

Придавая высоте балки различные значения, получим соответствующие величины толщины стенки. Результаты, как и в предыдущем случае, введем в табл. 4.1.

4.3 Определение размеров поперечного сечения пролетной балки

Для наглядности и удобства пользования данными табл. 4.1 построим графики зависимости высоты стенки балки от ее толщины - рис. 4, из которых видно, что определяющим является условие обеспечения жесткости конструкции, а не ее прочности.

Так, например, при высоте стенки 1 м ее оптимальная толщина по условию прочности составляет лишь 12,4 мм, а по условию жесткости 36,7 мм.

Таблица 4.1. Толщина стенки при различной ее высоте

Толщина стенки	Высота стенки, м
	1,0	1,2	1,4	1,6	1,8
По условию прочностидС, м	0,0124	0,0086	0,0063	0,0048	0,0038
По условию жесткости дСf, м	0,0367	0,0212	0,0134	0,009	0,0063



Рис. 4. Кривые зависимости высоты балки H от толщины стенки

Высота балки мостовых кранов обычно составляет 1/16…1/18 пролета, значит, для проектируемого крана с пролетом L=22,5 м H=(1,6…1.4) м.

Примем высоту стенки H=1,4 м, по таблице оптимальная толщина стенки составляет д_С=0,007 м. Ширину пояса для обеспечения жесткости балки в горизонтальной плоскости рекомендуется принимать

и .

Тогда:

.

ПринимаемВ=0,45 м. Толщину пояса определяем по формуле:

.

Обычно толщину пояса принимают:

_П=(1…3)д_С,

в связи с чем д_П=д_С=0,007 м.

Данное сечение пролетной балки имеет момент инерции

.

Превышение J=0,00677 м⁴ по отношению к требуемому моменту инерции J_x=0,00612 м⁴ говорит о том, что балка с выбранными параметрами немного жестче требуемой.

Расстояние между стенками b?60д_П=600,007=0,42 м. Полученные расчетные размеры поперечного сечения балки указаны на рис. 5.

Рис. 5. Расчетное сечение балки в середине пролета

Рассчитаем геометрические характеристики данного сечения:

момент инерции в вертикальной плоскости

.

момент инерции в горизонтальной плоскости:

.

момент сопротивления в вертикальной плоскости:

.

момент сопротивления в горизонтальной плоскости:

.



5. Компоновочная схема моста

Компоновка моста крана определяется в значительной степени компоновкой узлов сопряжения пролетных балок с концевыми и конструкцией ходовой части крана. Краны грузоподъемностью до 50 т устанавливают на четырех ходовых колесах, из которых два являются приводными. Соединение пролетных балок с концевыми осуществляют в стык как балок одинаковой высоты.

5.1 Балки

Концевые балки для крана грузоподъемностью 12,5 т проектируются, как и пролетные, коробчатого сечения с толщиной стенок и поясов д_СК= д_ПК=0,007 м. Высоту балки примем Н ₁=. Привод механизма передвижения крана принимается по данным табл. 7.1 [1, с. 53]: электродвигатель МТВ 211-6, редуктор Ц 2-300, тормоз ТТ-200, диаметр колеса D_К=630 мм. Ширина концевой балки определяется расстоянием между серединами корпусов (букс) подшипников ходовых колес - 2С (см. рис. 7.5 и табл. 7.1 [1, с. 53, 54]). Полученное сечение балки показано на рис. 6.

Рис. 6. Среднее сечение концевой балки

5.2 Компонование механизма передвижения крана

Для компоновки механизма передвижения крана устанавливаются ходовые колеса с буксами между стенками концевой балки с совмещением нижней кромки буксы с нижним поясом балки (рис. 7).

Рис. 7. Компоновка сопряжения пролетной балки с концевой и привода механизма передвижения крана

Передняя кромка буксы определила конец концевой балки. Таким образом, установлено положение ходового колеса относительно балки. Вал ходового колеса соединяется с выходным валом редуктора Ц 2-300 посредством промежуточного вала длиной примерно 1000 мм. Далее входной вал редуктора соединяется с валом двигателя МТВ 211-6 зубчатой муфтой типа I. Тормозной шкив с тормозом ТТ-200 устанавливаем на втором входном валу редуктора.

Оставляя небольшой проход (300…500 мм) между двигателем и стенками пролетной балки, получаем положение пролетной балки относительно концевой. Расстояние от оси ходового колеса до оси подтележечного рельса оказалось равным 1350 мм, а база крана В_К=4300 мм. Последняя, с целью недопущения заклинивания крана на путях, должна быть не менее 1/6 пролета крана.

Отсюда минимально допускаемая величина базы,

.

т. е. условие отсутствия заклинивания крана выполняется.

5.3 Сопряжение пролетных балок с концевыми

Соединение балок осуществляется с помощью накладок 1, 2, 3 (рис. 8). Эти привариваемые накладки не только обеспечивают неизменность положения балок относительно друг друга, но и являются компенсаторами допусков присоединительных размеров.

При стыковке балок, чтобы выдержать необходимый размер пролета L_К=22500 мм, между пролетной и концевой балками предусматривается гарантируемый зазор Д, за счет которого регулируется положение пролетной балки относительно концевой.

Длина пролетной балки определяется из следующих условий. Горячекатаные стальные листы по ГОСТ 199903-74 при толщине д=7 мм и ширине В=1400 мм выпускаются длиной до 12000 мм.

Для пролета крана 22500 мм стенка пролетной балки составляется из четырех листов длиной около 225003=7500 мм.

Задавшись зазором Д=10 мм (рис. 8), определяют номинальную длину балки:

L_x=L_Н-2a-2Д=22500-2•146-2•10=22188 мм,

где a=146 мм - половина ширины пояса концевой балки.

Листы, составляющие стенку пролетной балки, нарезаются по длине с предельными отклонениями ±, что для заготовок длиной 8500 мм равно ±6 мм. Таким образом, длина пролетной балки L_x=22188±18 мм.

Минимальный зазор при указанном допуске

,

а максимальный

.

Расположение накладок 1, 2, 3 и сварных швов см. на рис. 8.

Рис. 8. Стыковка пролетной балки с концевой

5.4 Расчет силы перекоса моста

Сила перекоса моста определяется для случая движения крана при расположении тележки у одной из концевых балок (комбинация II B).

Величина силы перекоса:

,

где W_MAX и W_MIN - силы сопротивления движению соответственно на более и менее нагруженных сторонах крана; м_СЦ - коэффициент сцепления (коэффициент трения скольжения) приводных колес с рельсами; для работы в помещении м_СЦ=0,2; для работы на открытом воздухе м_СЦ=0,12; - давление на менее нагруженные приводные колеса крана.

Полное статическое сопротивление передвижению крана:

W_СТАТ=W_ТР+W_У,

где W_тр сопротивление сил трения; W_у сопротивление от уклона путей. проектирование балка мостовой кран

Сопротивление сил трения, приведенных к ободу ходового колеса:

,

где- вес привода; - вес тележки;- вес моста;- вес груза;

f коэффициент трения в подшипниках колес; коэффициент трения качения колес по рельсу; K_Р = 2,5 - коэффициент учитывающий сопротивление трению реборд; d диаметр посадки подшипника на вал ходового колеса.

.

.

Сопротивление от уклона пути:

W_у = (G_т+G_г+ G_ПР+G_М),

где = 0,002 уклон рельсового пути.

W_у = 0,002(84+123+7,2+275)•10³=978,4 Н.

W_мах= 5022+978,4=6000,4Н.

W_min= 3808+978,4=4786,4 Н.

Р_пер = 6000,4-4786,4=1214 Н.

Расчетная схема нагружения показана на рис. 9.

Рис. 9. Схема нагружения моста силой перекоса (а) и эпюра изгибающих моментов (б)

5.5 Расчет надбуксовой части концевой балки

Надбуксовая часть концевой балки представляет собой открытое тонкостенное сечение, подверженное интенсивным изгибающим и скручивающим нагрузкам, и является одним из самых слабых элементов конструкции. Поэтому для обеспечения работоспособности требуется проведение строгого расчета.

Расчетные нагрузки определяются для комбинации II B при расположении тележки с грузом у концевой балки:

V - вертикальная нагрузка на колесо от веса моста, тележки и груза; W - реакция от силы перекоса крана, равная Р_пер.

Обозначим площади элементов:

F₁=b₁S₁; F₂=hS₂; F₃=b₃S₃.

F₁=0,292•0,007 = 0,002044 м ²; F₂=0,826•0,007 = 0,005782 м ²;

F₃=0,02•0,007 = 0,00014 м ²;

Рис. 10. Расчетная схема надбуксовой части концевой балки четырехколесного крана

Полагая толщину пластин малой по сравнению с их длиной, получим приблизительные геометрические характеристики сечения:

- координату центра тяжести сечения (т. О) относительно середины высоты стенки,

;

- моменты инерции сечения при изгибе,

,

10,1•10^-4 м ⁴;

2,45•10^-4 м ⁴;

- момент инерции при кручении,

0,355•10^-4 м ⁴;

- координату центра изгиба в горизонтальной плоскости (т. ),

0,73 м

Нормальные напряжения от чистого изгиба в двух плоскостях для точки а:

,

где W_xaи W_ay - моменты сопротивления при изгибе для точки а:

;

2•10^-4 м ³; 17,5•10^-4 м ³.

Вертикальная нагрузка на колесо от веса тележки, груза и моста:

кН.

120,6 МПа.

Касательные напряжения среза от действия поперечных сил и чистого кручения можно определять без учета напряжения поперечного среза от силы W, учитывая только усилия от вертикальной нагрузки и кручения:

50,6 МПа.

Проверка прочности производится по приведенным напряжениям в месте перехода от прямолинейной к закругленной части нижнего листа по формуле:

,

где k_Ш - коэффициент формы шва, который учитывается только при расчетах на выносливость; при тавровом соединении двухсторонним швом k_Ш=1, при тавровом соединении односторонним швом k_Ш=1,4. Значения коэффициентов концентрации k_R, k_ф, k_Q, k_r приведены на рис. 7.9 [1, с. 58].

С учетом коэффициентов концентрации:

- радиальное напряжение, отрывающее шов от стенки;

- тангенциальное напряжение вдоль шва;

- касательные напряжения.

МПа.

МПа.

Мпа.

.

.

175,3?186,99, следовательно, условие прочности для над буксовой части концевой балки обеспечено, и можно не предпринимать меры для ее усиления.



6. Размещение рёбер жёсткости

Гибкость стенки пролетной балки в ее средней части

.

Здесь h ид_С - высота и толщина стенки соответственно.

Обычно при 160?S_С?265 для малоуглеродистой стали устанавливают поперечные и одно продольное ребро жесткости. Поперечные ребра (диафрагмы) выполняются из листового проката. Ширину выступающей части ребра (рис. 11) определяют по условию:

.

Принимается ширина b_Р= 90 мм. Толщина ребра из условия обеспечения его устойчивости: _Р=b_Р/15=90/15= 6 мм.

Момент инерции ребра относительно плоскости стенки должен быть

[J_p]? 3?h?д_c³ = 3•1,386•0,007³ = 1,43•10^-6 м ⁴, фактический же с учетом двух частей стенки шириной 20д_С= 20•7 = 140 мм по обе стороны от ребра

.

Рис. 11. Установка большой диафрагмы

J_Р=1,4510^-6> [J_Р]=0,4310^-6 м ⁴, условие выполняется.

Шаг поперечных ребер для обеспечения прочности рельса должен быть:

,

где минимальный момент сопротивления рельса;

R_уп=350 МПа - нормативное сопротивление материала рельса; D=87 кН - давление колеса тележки; г_Р=0,4 - коэффициент условий работы рельса.

В соответствии с этими условиями при ширине поверхности катания колеса (диаметром D_К=630 мм) В ₁=100 мм (табл.7.2 [1, с. 54]) устанавливается рельс с шириной головки b_Р = В _1-15 мм = 100-15 = 85 мм. Этому размеру соответствует рельс Р 43, минимальный момент сопротивления которого = 208,3 см ³.

При этих параметрах шаг поперечных ребер:

.

Принимаем конструктивно шаг диафрагм l_Б=3l_М=31300=3900 мм.

Проверка прочности поперечного ребра по условию работы его верхней кромки на сжатие делается по формуле:

,

где S_РС=0,6В - длина линии контакта рельса и пояса над ребром; В=0,114м - ширина подошвы рельса Р 43.

Тогда S_РС=0,60,114=0,068 м, D=87 кН;

R=243 МПа - расчетное сопротивление материала при сжатии;

- расчетная зона распределения давления колеса по ребру;

- момент инерции пояса; J_РС =148910^-8 м ⁴ - момент инерции рельса; m₀=m₁m₂m₃=0,9·1,0·0,95=0,855 - коэффициент условий работы.

Тогда.

Таким образом, напряжение сжатия:

, что намного меньше допустимого напряжения .

Проверку прочности верхнего пояса между диафрагмами необходимо проводить в силу того, что он испытывает напряжения от местного изгиба, деформируясь совместно с рельсом.

Величины местных напряжений:

вдоль оси балки:

; (6.1)

поперек оси балки:

. (6.2)

В этих выражениях l=1,3 м - расстояние между диафрагмами; д_П=0,007 м - толщина пояса; м - коэффициент Пуассона;

J_Р= 14,8910^-6 м ⁴- момент инерции рельса; b=0,42 м - размер "в свету" между стенками балки.

.

Подставив числовые значения параметров в формулы (6.1) и (6.2), имеем:

.

.

Прочность пояса с учетом напряжений _х общего изгиба балки проверяется по приведенным напряжениям для плоского напряженного состояния:

?R_yг₀. (6.3)

Подставим в это уравнение параметры, полученные выше:

.

Расчетное сопротивление материала:

Rг₀=243·0,9·0,95·0,9=186,99 МПа>151,6 МПа, следовательно, прочность верхнего пояса обеспечена.

Местная устойчивость стенок при действии нормальных напряжений обеспечивается установкой диафрагм. Проверка производится по условию:

,

где- критическое напряжение, при котором происходит потеря устойчивости.

Подставив значения толщины д_С и высоты стенки h в середине пролета, имеем:.

Отношение нормальных напряжений к критическим:

, что говорит о достаточной устойчивости стенок.

Продольное ребро жесткости.

При жесткости 160 ? S ? 265, как указывалось в начале раздела, рекомендуется ставить одно продольное ребро. В нашем случае

, следовательно, необходимо установить продольное ребро жесткости.

.

Принимаем .

Требуемое значение момента инерции продольного ребра относительно плоскости стенки определяются в соответствии с отношением:

.

При определении момента инерции диафрагмы в расчет должна включаться часть стенки.

Необходимый момент инерции продольного ребра

.

Принимаем продольное ребро жесткости - уголок равнополочный 30x30x3 ГОСТ 8509-93.

Рис. 12. Выполнение продольного ребра жёсткости из проката

Момент инерции продольного сечения ребра относительно кромки

.



7. Строительный подъём пролётных балок

Поскольку пролет рассчитываемого крана более 17 м, пролетным балкам необходимо придать строительный подъем, который должен быть

,

где f_В - прогиб пролетной балки от веса тележки с грузом; f_q - прогиб пролетной балки от действия веса моста; L - пролет крана.

Прогиб:

. (7.1)

Здесь J_1x= м ⁴ - момент инерции балки при изгибе в вертикальной плоскости; - погонный вес полумоста; Е=2.110⁵ МПа.

Подставив численные значения параметров в формулу (7.1), будем иметь

.

Прогиб балки от веса тележки с грузом:

,

где D_R=174 кН - нагрузка на балку от веса груза и тележки;

гдеВ_Т=1,6 м - база тележки.

Необходимый строительный подъем f₀=0,023+0,043/2=0,0445 м, и поскольку 0,0445>25,5/800, окончательно принимаемf₀=0,0445 м.

При составлении вертикальных стенок из четырех листов (было принято выше) длиной z?8,5 м строительный подъем в стыках:

м.

Скос при схеме раскроя по рис. 7.22:

.

Рис. 7.22. Образование строительного подъема



8. Прочность пролётной балки при её общем изгибе в двух плоскостях

Проверку прочности балки в средней части пролёта производим при действии нагрузок комбинации I.1.Б.

где, - изгибающий момент в вертикальной и горизонтальной плоскостях;

- момент сопротивления балки при изгибе в вертикальной и горизонтальной плоскостях;

R=243 МПа - расчетное сопротивление материала;

m₀=0,855 - коэффициент условий работы.

Схема приложения горизонтальных нагрузок приведена на рис. 13.

Рис. 13. Схема приложения горизонтальных нагрузок

Горизонтальные инерционные нагрузки рассчитываются по формуле:

,

где j_k=0,1 м/с ² - ускорение крана при пуске механизма;

g=9,81 м/с ² - ускорение силы земного притяжения; G_iВ - расчетные силы веса изделий, создающих инерционные нагрузки.

При горизонтальные инерционные нагрузки будут равны:

от распределенной нагрузки ;

от веса кабины ;

от привода передвижения ;

от веса груза и тележки .

Суммарный горизонтальный момент в среднем сечении пролета определим по выражениям:

.

;

где В_К =4,3 м - база крана; J_1y=м ⁴ - момент инерции пролетной балки в горизонтальной плоскости; J_{2y -} момент инерции концевой балки в горизонтальной плоскости,

,

L_Т- база тележки.

Подставляя численные значения параметров в формулы, получим:

;

.

Отсюда определим напряжения в балке:

165 МПа,

что не превышает сопротивления материала m₀R=0,855243=208 МПа.



9. Сварной шов, соединяющий накладку с концевой балкой

Узел сопряжения пролетной балки с концевой приведен на рис. 8.

Проверяем прочность вертикального шва по формуле:

,

,

=193кН.

- максимальное значение поперечной силы при крайнем предельном положении тележки со стороны кабины; L, a₁, В_Т, а ₂- размеры по рис. 2; в - коэффициент, зависящий от типа сварки;

l_Ш - расчетная длина шва, равная его геометрической длине без удвоенной толщины шва;

R_wf=180 МПа - расчетное сопротивление для углового шва;

m₀=0,855 - коэффициент неполноты расчета.

Принимаем толщину монтажной накладки равной толщине стенки пролетной балки:

.

Сварное соединение монтажной накладки и стенки концевой балки - Т 6 ГОСТ 5264-80.

Принимаем толщину сварного шва равной толщине монтажной накладки.

Усиление сварного шва не учитываем при расчете - оно идет в запас прочности.

.

Расстояние от верхней кромки монтажной накладки до нижней кромки верхнего пояса концевой балки принимаем:

.

Высота монтажной накладки:

Расчетная длина сварного шва:

.

Принимаем для однопроходной автоматической сварки.

Проверяем прочность вертикального сварного шва:

.

Прочность шва обеспечена.



10. Сварной шов, соединяющий пояс со стенкой

При действии вертикальных сил на балку последние сгибаются в вертикальной плоскости, и между полкой и стенками возникают горизонтальные сдвигающие усилия, которые воспринимаются сварными швами. Прочность сварного шва, соединяющего пояс со стенкой, проверяем по формуле:

,

где, - наибольшая поперечная сила в рассматриваемом сечении;

- статический момент брутто пояса балки относительно её общей нейтральной оси;

J_БР= 6,6·10^-3 МПа - момент инерции брутто сечения балки.

Принимаем для однопроходной автоматической сварки..

;

R_wf=180 МПа - расчетное сопротивление шва;

m₀=0,855 - коэффициент неполноты расчета.

Проверяем прочность сварного шва, соединяющего пояс со стенкой:

.

.

Прочность шва обеспечена.



Заключение

В конструкторской части проекта была рассчитана конфигурация концевой и пролётной сплошностенчатых коробчатых балок мостового крана общего назначения с пролётом 22,5 м, грузоподъёмностью 12,5 т, с рельсом, расположенным по оси верхнего пояса. Сделаны расчёты на прочность конструкции в целом, а также сварных швов, поперечных и продольных диафрагм.

Металлоконструкция обеспечивает с достаточным запасом жёсткость, прочность, выносливость. Она проста в изготовлении, так как все элементы балок изготовлены из проката одной марки стали одной толщины. Устойчивость конструкции обеспечена применением малых и больших диафрагм, расположенных на значительном расстоянии. Был рассчитан строительный подъём, который необходим для кранов с таким пролётом.

Был выбран относительно недорогой по себестоимости кран, который может использоваться как при пониженных температурах, так и при повышенных, за счет установки закрытой кабины с электрооборудованием и кондиционером.

Пролетные и концевые балки соединяются между собой с помощью привариваемых накладок. Соединения в кране сварные, так как они куда менее трудоемки, чем клепанные.

Двигатель выбран асинхронный с фазным ротором, т.к. он более простой и экономичный.



Список используемой литературы

1. Расчёт и проектирование металлических конструкций мостовых кранов: Учебное пособие / В.Е. Дусье, Ю.В. Наварский, В.П. Жегульский. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2007. 133 с. 2.

2. Курсовое проектирование грузоподъемных машин: Учеб. Пособие для студентов машиностр. Спец. Вузов / С.А. Казак, В.Е. Дусье, Е.С. Кузнецов и др.; По ред. С.А. Казака. - М.: Высш. Шк., 1989. -319 с.: ил. ISBN 5-06-000143-1

Размещено на Allbest.ru

...