Расчет и проектирование металлоконструкции мостового крана 12,5 т.

Спецификация11.bak.dwg

КР-190205.65-080904455 СБ
0900 ДФ 170900 КМ 16-17.01.00.00. СБ
0900 ДФ 170900 КМ 16-17.01.01.00. СБ
0900 ДФ 170900 КМ 16-17.01.02.00. СБ
0900 ДФ 170900 КМ 16-17.01.02.01. СБ
0900 ДФ 170900 КМ 16-17.01.02.02. СБ
0900 ДФ 170900 КМ 16-17.01.01.01. СБ

Концевая балка12 вер.dwg

Чертеж.dwg

Технические требования
Покрытие - грунт ГФ 020 ГОСТ 4056-63.
платики и т. д. приваривать во время монтажа
крана электродом типа Э-46 ГОСТ 9467-75.
Строительный подъем крана равен 20 мм: контроль
производить по головке подтележечного рельса.
Превышение одного подтележечного рельса над другим
измеренное в любом поперечном сечении моста не должно
Контроль сварных швов - внешний осмотр 100%.
Измерение не менее чем в двух местах по всей длине
каждого сварного шва.
Способ крепления рельса

Титульник.docx

Федеральное государственное автономное
образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Подъемно-транспортные машины и роботы
Расчет и проектирование металлоконструкции мостового крана
тема проекта (работы)
подпись дата должность ученая степень инициалы фамилия
номер группы номер зачетной книжки подпись дата инициалы фамилия

Записка КР по СМиМК.doc

Определение дейстаующих нагрузок 7
1 Определение собственного веса пролетной балки 7
2 Определение погонной нагрузки собственного веса балки с учетом веса трансмиссионного вала .7
3 Определение веса грузовой тележки 7
4 Определение подвижной нагрузки 7
5 Определение веса механизма передвижения 7
6 Определение веса кабины крановщика .8
7 Определение подвижной расчетной нагрузки 11
Силовой расчет на вертикальные нагрузки 13
1 Определение максимального изгибающего момента методом построения линий влияния .13
2 Построение огибающей эпюры максимальных изгибающих моментов ..16
3 Определение максимальной перерезывающей силы методом построения линий влияния .17
4 Построение огибающей эпюры максимальных перерезывающих сил .20
Расчет геометрических параметров поперечного сечения балки .21
1 Расчет оптимальной высоты балки ..22
2 Определение высоты балки ..22
3 Определение расстояния между стенками ..23
4 Определение высоты свеса полок со стенок 23
5 Определение ширины полок 23
6 Определение толщины полок 23
7 Определение высоты стенки 24
8 Очертание главной балки .25
Расчет моста на горизонтальные инерционные нагрузки 34
Расчет на кручение .. . .39
Определение напряжений в расчетных сечениях ..42
1 Определение напряжений в опасном сечении 1-1 ..42
2 Определение напряжений в опорной балке опасного сечения 2-2 44
Расчет балок на жесткость 47
1 Проверка на статическую жесткость 47
2 Проверка на динамическую жесткость 48
Местная устойчивость стенок крановой балки ..49
Расчет сварных швов ..52
1 Определение скалывающих напряжений в поясных швах .52
2 Полудиафрагмы в балках коробчатых сечений 52
Расчет на кручение ..55
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ..62
В данном курсовом проекте разработан мостовой двух балочный кран общего назначения грузоподъемностью 125 тонн и пролетом 255 метров который будет эксплуатироваться в сборочном цехе. Температурные условия: от +5 ОС до +30ОС. Режим нагружения - средний.
Рис. 1. Расположение мостового крана в цехе
Механизм передвижения выполнен с раздельным приводом. Управление крана осуществляется из кабины которая располагается на мосту крана в месте обеспечивающим наилучший обзор и безопасность работы крановщика.
Исходя из условий работы выбираем материал сталь ВМ Ст Зсп5 ГОСТ 380-94. Производим расчет по допустимым напряжениям:
где - допустимое напряжение;
- предел текучести материала;
- коэффициент запаса прочности.
Для стали ВМ Ст Зсп5 = 235 МПа.
Принимаем = 170 МПа. Допускаемые напряжения для расчета концевых балок:
Определение дейстаующих нагрузок
1. Определение нагрузок от собственного веса пролетной (главной) балки.
Определяем массу моста крана по графику представленному на рисунке 2. Данный график характеризует массу металлических конструкций половин сварных мостов (без концевых балок) изготовленных из стали ВСт 3 ГОСТ 380-71 (краны среднего режима работы).
Рис. 2.1. График масс половин крановых мостов
Из рисунка 2.1 находим:
Погонная нагрузка от массы половины моста определяется по формуле:
где - сила тяжести половины моста (без концевых балок);
Для мостов с двухстенчатыми главными балками влияние вспомогательных элементов учитывается коэффициентом 105. Следовательно погонная нагрузка от собственной массы главной балки находим по формуле:
2. Определение веса механизма передвижения
Вес механизма передвижения определяем на основании аналогичных конструкций в зависимости от типа привода и грузоподъёмности по табл. 2.1.
Таблица 2.1 – Значение веса механизма в зависимости от грузоподъемности
Принимаем Gм.п. = 4 кН
3. Определение веса кабины крановщика
Вес кабины зависит от ее типа назначения крана и завода изготовителя.
Вес кабины определяется по таблице 2.2
Кабина открытого типа
Кабина закрытого типа
Электроаппаратура в кабине
Закрытая кабина с электроаппаратурой и кондиционером
Панели электрооборудования на площадках моста
Принимаем кабину открытого типа
С учетом веса электрооборудования и крановщика
4. Определение собственного веса грузовой тележки
Собственный вес грузовой тележки определяется по рисунку 2.2.
Рис. 2.2. Графики масс грузовых тележек кранов:
а) – по данным Н.Ф. Руденко [2]; б) – по данным А.И. Дукельского [3].
По данным Н.Ф. Руденко собственный вес грузовой тележки . По данным А. И. Дукельского - .
Полную нагрузку от массы грузовой тележки определяем по таблице 2.3
Таблица 2.3 - Технические характеристики грузовых тележек мостовых кранов.
Сила тяжести тележки с электродвигателями:
При предварительных расчетах пользуются формулой:
гдеQ – грузоподъемность крана.
5. Определяем подвижные нагрузки от давления колес грузовой тележки с грузом.
Рис. 2.3. Схема давления на колеса грузовой тележки
Определяем подвижную нагрузку:
где и P – давление на колеса тележки от веса поднимаемого груза;
и – давление на колеса тележки от собственного веса грузовой тележки;
Q – грузоподъемность;
- собственный вес грузовой тележки;
При проектировании конструктор стремится к тому чтобы давление на все колеса было одинаково. Однако достичь этого практически очень редко.
Считаем что грузовой барабан главного подъема можно установить так что давление на все четыре колеса будет одинаково.
6 Определение расчетных подвижных нагрузок
При работе крана учитываются две комбинации действия нагрузок:
- комбинация А - кран стоит работает механизм подъёма груза. Динамические нагрузки возникающие при подъёме груза учитываются коэффициентом динамики который определяется расчетным путем в зависимости от скорости подъема.
где - коэффициент учитывающий динамику подъема груза;
Для мостовых кранов общего назначения = 1 + 0035×Vгр ммин.
- комбинация Б - кран передвигается с грузом механизм подъёма не работает. Динамические нагрузки возникающие при передвижении крана с грузом учитываются введением коэффициентом толчков кт который зависит от скорости передвижения крана и берется из таблицы 2.4.
Таблица 2.4 - Значениекоэффициентатолчков
Скорость передвижения крана ммин
Краны общего назначения
Металлургические краны
Расчет проводим методом построения линий влияния. Пролетную балку рассматриваем как балку на двух опорах загруженную постоянными и подвижными нагрузками в вертикальной плоскости.
Абсолютный максимум изгибающего момента находится в опасном сечении на расстоянии от левого конца балки.
1. Определение изгибающих моментов
Рис. 3.1. Схема действующих нагрузок
Т. к. плечо равно нулю то моментов создаваться не будет
2. Построение огибающей эпюры максимального изгибающего момента.
По полученным изгибающим моментам строим эпюру максимального изгибающего момента.
Рис. 3.3 - Огибающие эпюры
3. Построение линий влияния перерезывающих сил.
4. Построение огибающей эпюры максимальных перерезывающих сил.
По значениям Q строим линии влияния и огибающую эпюру максимальных перерезывающих сил.
Рисунок 3.5 - Огибающая эпюра максимальных перерезывающих сил
Определение геометрических параметров главной пролётной балки
При проектировании крановых мостов величинами отдельных элементов задаются на основании аналогов либо ориентировочно определяют по эмпирическим формулам после чего производят проверочные расчеты. Наибольшая высота балки ограничивается условиями оптимизации а наименьшая условием статической или динамической жесткости.
Пролетные балки коробчатого сечения состоят из двух вертикальных стенок и двух горизонтальных листов (поясов).
Вертикальные и поясные листы соединены между собой с помощью автоматической сварки односторонними швами без разделки кромок.
1. Определяем оптимальную высоту балки:
где- момент сопротивления поперечного сечения балки.
Для балки подкрепленной элементами жесткости:
Определяем необходимый минимальный момент сопротивлений:
Полученное значение увеличиваем на 15 – 20%.
Толщину стенки определяем по таблице 4.1.
Таблица 4.1 - Зависимость толщин вертикальной стенки от грузоподъемности
Принимаем = 5 мм = 0005 м.
2. Определение основных размеров элементов главной балки.
2.1. Определяем высоту балки:
2.2. Определяем расстояние между стенками.
Исходя из условия обеспечения удобства сварочных работ:
2.3. Определяем свес полок над стенками.
При автоматической и полуавтоматической сварке
2.4. Определяем ширину полки при рельсе между стенками.
Условие выполнено сохраняем расчетную ширину.
2.5. Определяем толщину верхней и нижней полки.
Толщина верхнего пояса:
коэффициент 12 учитывает давление подтележечного рельса на верхнюю полку.
Толщина нижнего пояса:
2.6. Определяем высоту стенки:
Полученную высоту стенки необходимо проверить с учетом ее толщины:
2.7. Определяем высоту опорной части.
2.8. Определяем длину скоса концевых участков пролетной балки.
Рис. 4.1. Очертание главной балки
Выбрав основные размеры крановых балок определяют геометрические параметры расчетных сечений.
Площадь сечения балки есть сумма площадей сечений верхней и нижней полок и стенок.
или для коробчатых балок с рельсом между стенками:
Рис. 4.2. Расчетное сечение 1 – 1
Статический момент сечения равен сумме статических моментов его элементов:
где- статический момент I–го элемента сечения относительно оси проходящий через крайние волокна всего сечения.
Статический момент верхнего пояса:
Статический момент нижнего пояса:
Статический момент стенки:
Статический момент сечения балки:
Статический момент всего сечения:
Определяем момент инерции сечения относительно главной центральной оси х – х проходящей через центр тяжести.
Момент инерции сечения относительно оси х–х равен сумме моментов инерции его элементов относительно той же оси:
Момент инерции верхней полки:
Момент инерции нижней полки:
Момент инерции стенки балки:
Момент сопротивления сечения балки относительно нейтральной оси х–х:
Аналогично определяем моменты инерции и моменты сопротивления сечения балки относительно вертикальной центральной оси у–у проходящей через центр тяжести сечения.
Статический момент верхней полки относительно вертикальной оси ОУ:
Статический момент нижней полки:
Статический момент левой стенки:
Статический момент правой стенки:
Момент инерции сечения относительно центральной оси у–у:
Момент инерции сечения левой стенки:
Момент инерции сечения правой стенки:
Момент сопротивления сечения балки относительно нейтральной оси у–у:
Определение геометрических параметров опорного сечения 2–2:
Рис. 12. Опорное сечение 2–2
Статический момент сечения равен сумме статических моментов элементов балки:
Статический момент верхней полки:
Определяем момент инерции сечения относительно главной центральной оси х–х проходящей через центр тяжести.
Статический момент верхнего пояса относительно вертикальной оси ОУ:
Момент инерции относительно центральной оси у–у:
Момент сопротивления сечения балки относительно центральной оси у–у:
Момент сопротивления сечения балки относительно центральной оси х–х:
Расчет на горизонтальные инерционные нагрузки.
Горизонтальные инерционные нагрузки возникают в процессе пуска и торможения крана и направлены вдоль путей.
Расчет проводят по комбинации нагрузок В.
Рис. 5.1. Схема мостового крана в плане.
Расчет ведется методом сил. Для упрощения принимают следующие допущения:
Грузовая тележка с грузом находится в середине пролета;
Давление колес тележки одинаковое;
Инерционные силы от массы моста механизма передвижения крана и кабины с электроаппаратурой равномерно распределены;
Обе стороны главных балок: троллейная и мех. передвижения одинаково нагружены;
Рама крана полностью симметрична.
Рис. 5.1. Расчетные схемы при действии горизонтальных нагрузок
Рассекая раму получаем три пары неизвестных действующих сил:
Х1 – моменты действующие в сечении;
Х2 – продольные силы действующие в сечении;
Х3 – поперечные (перерезывающие) силы действующие в сечении.
Т.к. рама и все действующие силы симметричны то поперечные силы Х3 = Q = 0.
Продольные силы Х2 = N можно считать бесконечно малыми величинами.
Расчетные горизонтальные инерционные нагрузки определяются из условия буксования крана т.е. сил трения между приводными колесами и рельсом.
Наибольшие изгибающие моменты располагаются в середине главных балок и определяются по следующей формуле:
Изгибающий момент на концах главных балок (опорное сечение 2–2):
Изгибающий момент в концевых балках:
Рисунок 5.2.Схема к определению изгибающих моментов главных и концевых балок.
Рисунок 5.3 - Эпюры изгибающих моментов при действии горизонтальных нагрузок
Наибольшие поперечные силы в опорных сечениях главных балок.
Наибольшие поперечные силы в сечениях концевых балок.
Рисунок 5.4 - Эпюры перерезывающих сил при действии горизонтальных нагрузок
Рис. 6.1. Схема приложения крутящих нагрузок относительно центра тяжести поперечного сечения балки.
Скручивающие нагрузки возникают при действии:
Вертикальных эксцентрично приложенных нагрузок от масс площадок троллей элементов механизма передвижения крана кабины крановщика и т.п.;
Горизонтальных инерционных усилий приложенных эксцентрично по отношению к горизонтальной оси главных балок;
Вертикальных нагрузок от подтележечного рельса смещенного относительно оси главной балки.
Наибольшие крутящие моменты действуют в опорных сечениях главной балки и равны алгебраической сумме моментов всех нагрузок.
Рис. 6.2. Схема расположения крутящих нагрузок вдоль главной балки.
Суммарные крутящие моменты приведенные к левому опорному сечению 2–2.
При центральном приводе:
В данную формулу входят крутящие моменты от сосредоточенных стационарных нагрузок и подвижных нагрузок Р с учетом комбинации нагрузок.
Расстояние от центра тяжести до головки рельса:
Крутящий момент от подвижной нагрузки Р в зависимости от комбинации нагрузок.
Крутящий момент от механизма передвижения крана.
Крутящий момент создаваемый весом кабины крановщика.
Рельс выбирается на основании аналогичных конструкций или из таблиц по известной грузоподъемности.
Таблица 6.1 - Диаметры ходовых колес и типы рельсов рекомендуемых для грузовых тележек.
Грузоподъемность Qт т
Принимаем рельс р15-p24.
Определение напряжений в расчетных сечениях
Наибольшим напряжением в опасной точке сечения является результатом сложения отдельных напряжений от вертикальных нагрузок горизонтальных инерционных нагрузок и крутящих нагрузок.
Расчет ведем с учетом комбинации нагрузок.
1. Определяем напряжения в опасном сечении 1–1. Комбинация нагрузок А.
Напряжение в верхнем поясе:
Напряжение в нижнем поясе:
2. Определяем напряжения в опасном сечении 1 – 1. Комбинация нагрузок В.
Т.к. в комбинации В кран движется расчет напряжения в левой стороне верхнего пояса.
Суммарное напряжение:
Напряжение от горизонтальной инерционной нагрузки
3. Определяем напряжения в опасном сечении 2–2. Комбинация нагрузок А.
3. Определяем касательные напряжения в опорном сечении 2–2. Комбинация А:
где = 06=06170=100 Мпа.
Касательные напряжения от нагрузок кручения:
4. Определяем касательные напряжения в опорном сечении 2–2. Комбинация В:
Касательные напряжения от горизонтальных нагрузок:
Касательные напряжения от суммарных нагрузок:
Расчет балок на жесткость
После расчета на прочность главные балки крана проверяют на статическую и динамическую жесткость.
Расчет на статическую жесткость заключается в определении прогиба главной балки от действия подвижной нагрузки.
В случае неравенства давления колес грузовой тележки прогиб главной балки от статической нагрузки определяют установив наиболее нагруженное колесо в середине пролета.
Рис. 8.2. Расчетная схема для определения прогиба балки
Время затухания колебаний:
Здесь - допускаемое время затухания колебаний для кранов общего назначения = 12 – 15 с.;
- статический прогиб главной балки от полезного груза;
- частота собственных колебаний крана без груза.
к – коэффициент жесткость главной балки:
m – приведенная масса одной главной балки с учетом половины массы грузовой тележки:
Местная устойчивость стенок крановой балки
Вертикальные стенки коробчатой крановой балки под действием нормальных сжимающих и касательных напряжений могут потерять местную устойчивость (в сжатой зоне). Первоначально расставляем элементы жесткости а затем для расчетных отсеков определяем критические напряжения и проверяем устойчивость стенок.
Стенки балок укрепляем поперечными ребрами жесткости (диафрагмами) от выпучивания.
Наибольшее касательное напряжение не должно превышать критического касательного напряжения равного:
Коэффициент запаса местной устойчивости:
где - запас по прочности =13 – 14.
Рис. 9.1. Расстановка диафрагм в крановой балке и схемы нагрузок в стенке по стенкам.
Критическое напряжение сжатия в плоскости стенки:
Если касательные и нормальные напряжения имеют существенные значения и действуют одновременно (сечения расположенные примерно на расстоянии длины балки от опорного конца) то коэффициент запаса местной устойчивости стенки находится:
Здесь и имеют прежние значения а действительные напряжения и определяем в наибольшем опасном сечении балки для данного положения грузовой тележки с грузом (стр. 38 – 40).
Местные напряжения смятия стенки под рельсом грузовой тележки т.к. рельс расположен между стенками.
С целью улучшения передачи давления от подтележечного рельса на стенки крановой балки применяют короткие диафрагмы.
Высоту коротких ребер жесткости (коротких диафрагм или полудиафрагм) конструктивно примем в пределах:
Кроме диафрагм устанавливаем горизонтальные продольные ребра жесткости на расстоянии (02 – 025)Н от верхнего сжатого пояса.
Рис. 9.2. Расстановка коротких диафрагм.
Необходимый момент инерций горизонтального ребра жесткости:
При наличии горизонтальных ребер жесткости необходимый момент инерций относительно оси укрепленной стенки.
Сварные швы рассчитываем по допускаемым напряжениям.
1. Скалывающие напряжения в полусварных швах:
Q – расчетная поперечная сила на опоре
- статический момент сечения пояса относительно горизонтальной оси сечения балки;
К – катет сварного шва (при принимаем К = 5 мм);
- допускаемое напряжение на срез сварного шва.
Швы прикрепляющие главную балку к концевой рассчитываем на срез:
- общая длина вертикальных сварных швов прикрепляющих главную балку с концевой;
Q – поперечная сила на опоре.
2. Полудиафрагмы в балках коробчатого сечения:
Рассчитываем на поперечный изгиб и на смятие торцевой поверхности от максимального давления колеса тележки при наиболее тяжелых условиях работы.
Напряжение от изгиба:
где - Изгибающий момент в полудиафрагме.
Здесь - наибольшее давление ходового колеса грузовой тележки при >; - расстояние между стенками главной балки.
Напряжение смятия торцов диафрагмы:
где- площадь торцевой поверхности диафрагмы.
Здесь - толщина диафрагмы; а – длина диафрагмы равная сумме ширины площади рельса С и удвоенной толщины верхнего пояса т.е. а = С + 2.
Рис. 10.1. Расчетная схема полудиафрагмы главной балки.
Все диафрагмы и полудиафрагмы приваривают сплошными швами к верхнему поясу и к вертикальным стенкам на высоту полудиафрагмы остальная часть диафрагм может быть приварена к вертикальным стенкам прерывистым швом.
Геометрические параметры коробчатого сечения концевой балки определяют аналогично параметрам сечения главной балки.
В расчетном положении тележка с грузом находится в крайнем положении у концевой балки.
Рис. 11.1. Расчетное положение грузовой тележки с грузом
Давление на концевые балки со стороны главных балок с грузом.
где - сила тяжести номинального груза;
- сила тяжести грузовой тележки;
- сила тяжести главной балки ();
- крайнее положение грузовой тележки конструктивно принимаем = 2 м.
Расчет концевой балки ведем по максимальной опорной реакции.
Рис. 11.2. Расчетная схема концевой балки на вертикальные нагрузки.
Изгибающий момент в опасном сечении концевой балки от вертикальных сил
Напряжения в поясах концевой балки:
- момент сопротивления сечения концевой балки.
Изгибающий момент в опасном сечении концевой балки от действия собственной силы тяжести.
где - погонная нагрузка от собственной силы тяжести концевой балки;
К – колея грузовой тележки.
Рис. 11.3. Расчетная схема балки нагруженной собственной силой тяжести.
Напряжение в поясах концевой балки от действия собственной силы тяжести.
Инерционные силы возникающие при пуске или торможении тележки с грузом вызывают изгибающий момент в опасном сечении концевой балки:
где- сила инерции при торможении или пуске тележки с грузом.
Напряжения в поясах концевой балки от действия сил инерций:
Рис. 11.4. Расчетная схема концевой балки на действие горизонтальных инерционных сил.
Перекосы крана вызывают дополнительные напряжения в элементах мк. Давление на опоры концевой балки от перекоса:
где- усилие от перекоса крана направленное вдоль крановых рельсов.
Рис. 11.5. Расчетная схема концевой балки при действии сил вызванных перекосом мостового крана
Изгибающий момент в опасном сечении концевой балки от действия сил вызванных перекосом крана.
Напряжения в поясах концевой балки от перекоса крана:
Наибольшие нормальные напряжения сжатия в верхнем и нижнем поясах концевой балки:
Методические указания к курсовому и дипломному проектированию по строительной механике и металлическим конструкциям. ПТМ В. А. Вайник. Красноярск: изд. Кпи 1983. 52 с.
Справочник по кранам: В 2 т. Т.1. Характеристики и конструктивные схемы кранов. Крановые механизмы их детали и узлы. Техническая эксплуатация кранов М. М. Гохберг: машиностроение 1988. 559 с.
Справочник по кранам: Т.2 Характеристики материалов и нагрузок. Основы расчета кранов их приводов и металлических конструкций М. М. Гохберг: машиностроение 1988. 267 с.
Строительная механика и металлические конструкции. А. В. Вершинский М. М. Гохберг В. П Семенов: машиностроение 1984. 231 с.