Курсовая работа Проектирование подкрановой балки

Zapiska.docx

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования
«Омский государственный технический университет»
Кафедра «Машиностроение и Материаловедение»
Секция «Оборудование и технология сварочного производства»
Дисциплина «Проектирование сварных конструкций»
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СВАРНОЙ ПОДКРАНОВОЙ БАЛКИ
КП-2068998-15.03.01-001-18 ПЗ
Пояснительная записка
Кадауов Дархан Жанатулы
Задание на курсовой проект .4
Определение расчётных нагрузок на подкрановую балку 5
Подбор сечения балки ..6
Проверка подобранного сечения балки 8
Проверка подкрановой балки на общую устойчивость .12
Проверка подкрановой балки на местную устойчивость ..15
Расчёт опорного ребра 22
Расчёт сварных соединений стенки с поясами 24
Библиографический список .. 25
Задание на курсовой проект
Рассчитать и сконструировать концевую подкрановую балку пролётом 6 м. под два мостовых крана тяжёлого режима работы 5К-6К грузоподъемностью 8020 тонн с гибким подвесом груза. Пролёт моста крана 225 м. Материал подкрановой балки 14Г2АФ.
По приложению 2 [1] для мостового крана грузоподъемностью 8020 тонн с пролётом 225 м максимальное давление колёс крана на рельс составляют и . Вес крана – 110 т вес тележки – 38 т. Размеры тележки крана приведены на рис.1. Тип кранового рельса КР-100.
Рис. 1. Основные размеры тележки для крана грузоподъёмностью 8020 тонн и пролётом 225 м.
Определение расчётных нагрузок на подкрановую балку.
По выражению 1.1 определяем максимальное расчётное давление колёс крана:
На проектируемой балке можно разместить три колеса от двух сближенных кранов. Размещать нагрузки от колёс крана необходимо таким образом чтобы на конструкции размещалось как можно больше нагрузок большей величины.
Определяем расположение равнодействующей от трёх колёс кранов составляя уравнение моментов относительно точки А:
где – расстояние от точки А до равнодействующей R.
По правилу Винклера наибольший изгибающий момент в разрезной балке от системы сил будет находится в сечении под силой ближайшей к середине балки. Для определения этого сечения равнодействующую всех сил находящихся на балке и ближайшую к ней силу располагают так что бы они были равноудалены от середины балки. Ближайшая к середине сила называемая критической расположена слева от середины балки на расстоянии 369954 мм. Проверяем правильность расстановки грузов по неравенствам 1.2 и 1.3 .
Где – сумма сил действующих на участке а;
– сумма всех сил действующих на балку.
Неравенство соблюдается следовательно следовательно расстановка грузов произведена правильно.
Найдем значения для построения линий влияния момента и поперечной нагрузки в сечении под критической силой.
Единичная нагрузка находится в левой части балки. Рассмотрим равновесие правой части балки для х от 0 до а.
Единичная нагрузка находится в правой части балки. Рассмотрим равновесие левой части балки для х от а до L.
Рис.2. Определение максимального момента и поперечной нагрузки в разрезной балке.
По линиям влияния момента и поперечной нагрузки в сечении под критической силой определяем максимальный момент и поперечную силу в этом сечении:
Определяем расчётную горизонтальную нагрузку приходящуюся на одно колесо крана по формуле (1.9).
Наибольшая поперечная сила в опорном сечении будет в том случае если одна из наибольших сил будет расположена над опорой а в пролёте будет как можно больше сил расположенных ближе к опоре. Строим линию влияния в опорном сечении и нагружаем её нагрузками от колёс крана. Расчётная схема показана на рисунке 3.
Рис.3. Определение максимальной поперечной нагрузки в опорном сечении балки.
Расчётные значения изгибающего момента и поперечной нагрузки с учётом собственного веса подкрановой балки и тормозной конструкции определяются по формулам:
– коэффициенты учитывающие влияние собственного веса балки на величину расчётного момента и поперечной силы значения которых приведено в таблице 2 [1].
Расчётный изгибающий момент и поперечную силу от действия горизонтальной нагрузки вычисляют при том же расположении крановой нагрузки что и при определении и поэтому:
Подбор сечения балки
Определяем приближенную высоту балки из условия обеспечения жесткости по формуле 2.1
где n – коэффициент надёжности по нагрузке ;
Е – модуль упругости стали 14Г2АФ ;
– величина обратная норме жесткости подкрановой балки .
Определяем требуемый момент сопротивления подкрановой балки.
где – коэффициент условий работы принимаемый равным 09;
– расчётное сопротивление стали уменьшенное на 20Мпа для учёта горизонтальных сил торможения. Для стали 14Г2АФ по прил.2 . [1]
Приближённо толщина стенки балки
Принимаем предварительно что согласуется с табл. 3. [1]
Определяем высоту балки из условия экономичности по формуле 2.4:
Так как высота балки из расчёта экономичности сечения меньше требуемой по условию жесткости принимаем высоту балки .
Определяем требуемый момент инерции сечения балки относительно оси х-х по формуле 2.5 и приравниваем его к полученному из расчёта конструируемого сечения по формуле 2.6:
Ширина рельса КР-100 по ГОСТ 4121-96 – 170мм ширина упорной планки по ГОСТ 24741-81 – 85мм следовательно для размещения на полке подкрановой балки рельса и двух упорных пластин ее ширина должна быть не менее Принимая окончательно из уравнения 2.6 определяем ширину полки Округляем ширину полки и принимаем её значение равным
Для обеспечения устойчивости сжатого пояса балки проверяем выполняется ли соотношение 2.7:
Определяем минимальную толщину стенки на прочность при срезе по условию 2.8.
Где – расчётные сопротивления материала подкрановой балки на срез.
Эскиз подобранного сечения балки представлен на рис.4
Рис.4 Компоновка сечения подкрановой балки
Проверка подобранного сечения балки
Определяем геометрические характеристики подкрановой балки.
Момент инерции относительно оси х-х по формуле 3.1 :
Момент инерции относительно оси y-y по формуле 3.2 :
Момент сопротивления относительно оси х-х по формуле 3.3:
Требуемый момент сопротивления относительно оси у-у по формуле 3.4:
По значению требуемого момента сопротивления определяем размеры тормозной балки которая включает в себя верхний пояс балки рифлёный лист и поддерживающий швеллер №10 показанные на рис.5
Расстояние от оси подкрановой балки до центра тяжести сечения (ось у-у) рассчитываем по формуле 3.5:
Рис.5. Конструкция и основные размеры тормозной площадки.
Определяем момент инерции относительно оси у-у по формуле 3.6 :
Определяем момент сопротивления тормозной площадки относительно оси у-у по формуле 3.7:
Проверяем нормальные напряжения в верхнем поясе балки по формуле 3.8 :
что не превышает расчётного сопротивления для материала балки
По формуле 3.9 определяем статический момент инерции отсеченной части площади поперечного сечения относительно нейтральной оси x-х:
Проверяем опорное сечение балки на действие касательных напряжений по формуле Журавского 3.10:
Производим проверку жесткости балки:
Как показал приведённый выше расчёт прочность и жесткость проектируемой балки удовлетворительные.
Проверка подкрановой балки на общую устойчивость
Общая устойчивость балки будет обеспечена при условии 4.1
Где – коэффициент уменьшения допускаемых напряжений при работе на устойчивость.
Предварительно задаёмся отношением расстояния между закреплениями в вертикальном направлении к ширине полки.
Определяем коэффициенты по формулам 4.2 4.3 4.4 соответственно:
По таблице 5 принимаем [1].
Проверяем выполнение условия 4.1:
Условие выполняется следовательно общая устойчивость подкрановой балки удовлетворительная. Расстояние между закреплениями принимаем
Проверка подкрановой балки на местную устойчивость
Местная устойчивость сжатых поясов обеспечивается выполнением условия когда условная гибкость сжатого пояса определяемая выражением 5.1. не должна превышать предельной гибкости которая рассчитывается по формуле 5.2.
Условие выполняется следовательно устойчивость сжатого пояса балки обеспечена.
Проверяем устойчивость стенки балки.
Устойчивость стенки балки обеспечена если условная гибкость стенки определяемая по формуле 5.3 на подкрановых балках с местной нагрузкой и двухсторонними поясными швами не превышает 2.5.
что больше 2.5 следовательно необходимо устанавливать вертикальные рёбра жесткости. Так как то расстояние между рёбрами не должно превышать принимаем
Минимальная ширина рёбер жесткости вычисляется по формуле (5.4):
Принимаем ширину ребра
Минимальная толщина ребра вычисляется по формуле (5.5)
Принимаем толщину ребра
Общий вид установленных на балку рёбер показан на рис. 6.
Рис. 6. Конструкция и основные размеры ребер жесткости.
Устойчивость стенки будет обеспечена если при условии (5.6) выполняется условие (5.7).
Для проверки местной устойчивости стенки балки выбираем два расчётных отсека: первый – у опоры где наибольшие касательные напряжения от поперечной нагрузки и второй – в середине балки где наибольшие напряжения от изгибающего момента. Так как длинна отсека превышает его высоту (1118мм) то напряжения проверяем на расстоянии 559мм от ребра Расстановка рёбер и расположение расчётных отсеков показано на рис.7.
Рис.7. Схема определения средних нагрузок в отсеках подкрановой балки
Определяем реакцию опоры А:
Момент в сечении 1-1 с учётом коэффициента (1.05) на массу тормозной балки будет:
Поперечная нагрузка в том же сечении:
Таким же образом определяем момент и поперечную нагрузку в сечениях .
Определяем средние значения момента и поперечной силы в рассматриваемом отсеке по формулам 5.8 и 5.9 соответственно:
Вычислим нормальные напряжения на уровне верхней кромки по формуле 5.10 :
Касательные напряжения в этом отсеке рассчитаем по формуле 5.11 :
где v – отношение большей стороны отсека к меньшей.
d – наименьшая из сторон отсека.
где – коэффициент определяемый по уравнению 5.14:
где определяется по выражению 5.16
где – сумма моментов инерции балки и рельса.
Подставляем полученные значения в выражение 5.7 и проверяем выполнение условия:
Устойчивость стенки в опорном отсеке обеспечена.
Проверяем устойчивость стенки в среднем отсеке.
Определяем момент и поперечную нагрузку в сечениях .
Устойчивость стенки в среднем отсеке обеспечена.
Расчёт опорного ребра
Опорное ребро балки опирается на колонну строганным торцом. Принимаем ширину опорного ребра жесткости равной ширине полки балки а толщину по конструктивным соображениям равной . Тогда сечение опорного ребра жесткости (площадь смятия) будет
Проверяем напряжения смятия в опорном ребре:
где – расчётные сопротивления материала балки на смятие опорной поверхности. Напряжения смятия не превышают допускаемых.
Проверяем опорное сечение на устойчивость. Для этого вначале определяем расчётную площадь опорного сечения по формуле 6.2:
Вычислим момент и радиус инерции условной стойки по формулам 6.3 и 6.4 соответственно:
Гибкость опорной стойки по формуле 6.5 следовательно .
Проверяем устойчивость опорной сойки по условию 6.6:
Подставим полученные значения в выражение 6.6:
Условие 6.6 выполняется следовательно устойчивость опорной стойки удовлетворительная.
Рис. 8. Конструкция и основные размеры опорного ребра.
Расчёт сварных соединений стенки с поясами
Катет поясных швов по конструктивным соображениям назначаем равным . Проверяем прочность поясных швов по условию 7.1:
где – статический момент полки относительно центральной оси подкрановой балки;
– коэффициент высоты сварного шва (для двух- трёх проходной автоматической сварки );
– расчётное сопротивление металла шва (по приложению 5 для электродов типа Э70 ).
Подставим значения в формулу 7.1 и проверим выполнение условия:
Расчётные напряжения в поясных сварных швах не превышают расчётного сопротивления металла шва следовательно прочность сварного соединения удовлетворительная. Сварное соединение выполняется по ГОСТ 8713-79 .Расположение поясных швов показано на рис. 9.
Рис.9. Расположение поясных швов.
Остальные швы являются не расчётными и выполняются в соответствии с ГОСТ 8713-79 и ГОСТ 14771-76.
Библиографический список
Данильцев Н.Н. Проектирование сварной подкрановой балки. метод. Указания к курсовому проектированию. Н.Н. Данильцев – ОмГТУ 2016.— 60 с.
Анурьев В. И. Справочник конструктора - машиностроителя. В 3-х т. В.И. Анурьев – М.: Машиностроение 2001.
РД 50:48:0075.03.05. Рекомендации по устройству и безлопастной эксплуатации надземных крановых путей. Руководящий документ. — Введ. 2005-05-06.— М.: Изд-во «Путь К» 2005.— 212 с.