Металлоконструкция мостового крана грузоподъёмностью 5 т, высотой подъема 12м, длиной пролета 34,5 м.

Мост.spw

Профиль 25х50 ГОСТ 8645-68
Швеллер 16У ГОСТ 8240-97
Рельс Р50 ГОСТ 6368-82
Винт с шестигранной головкой
ГОСТ Р ИСО 4017-М14х30
Шайба 14Л ГОСТ 6402-70

РПЗ.docx

Систематизация режимов работы и нагрузок8
1 Нормирование режимов работы8
2 Систематизация нагрузок9
3 Расчетные нагрузки11
Расчет главной балки12
1 Построение линии влияния моментов12
2 Определение изгибающих моментов от равномерно распределенной нагрузки14
3 Вычисление суммарных величин моментов в сечениях от сосредоточенных сил и равномерной нагрузки15
4 Построение линии влияния поперечной силы15
5 Определение расчетных усилий от сосредоточенных сил16
6 Расчет поперечной силы Q от собственного веса q18
7 Расчетные значения поперечных сил от сосредоточенных и равномерно распределенных нагрузок18
8 Определение требуемой высоты балки коробчатого профиля19
9 Расчет эквивалентного напряжения22
10 Расчет среднего касательное напряжение от поперечной силы23
11 Проверка правильности постановки ребер жесткости23
12 Проверочный расчет на прочность концевой балки25
13 Расчёт сварных швов27
14 Расчеты на общую и местную устойчивости29
15 Расчет на устойчивость стенки пролетной балки30
Расчёт фланцевого соединения30
Строительный подъем пролетных балок.34
Список использованных источников36
Курсовой проект содержит 5 листов чертежей формата А1 расчетно-пояснительную записку на 37 с. включающую 13 рис. 2 табл. 11 литературных источников 1 приложение.
В данном курсовом проекте была спроектирована металлоконструкция мостового крана грузоподъёмностью 5 т высотой подъема 12м длиной пролета 345 м.
В процессе работы было выполнено: прочностные расчеты расчеты металлоконструкции крана сварных и болтовых соединений
В результате были разработаны: чертёж общего вида крана чертеж общего вида моста крана чертеж общего вида тележки механизма подъема чертеж общего вида концевой балки чертеж общего вида главной балки.
Целью предмета «Строительная механика и металлоконструкции» является освоение основ расчета конструирования и эксплуатации сварных металлоконструкций подъемно-транспортных и строительных машин механического оборудования и технологических комплексов предприятий строительных материалов изделий и конструкций.
Овладеть теоретическими и практическими методами:
– определения усилий и перемещений в статически определимых и статически неопределимых системах металлических конструкций подъемно-транспортных и строительных машин;
– определения напряженно-деформированного состояния в узлах и элементах конструкций;
– оценки надежности и долговечности конструкций и узлов;
– конструирования сварных металлоконструкций механического оборудования и строительных машин.
В современных условиях когда высокий темп производства работ требует проведения быстрых технологических операций невозможно представить крупный промышленный объект без грузоподъемного оборудования. Оно имеет уникальные технологические параметры позволяющие выполнять различные подъемно-транспортные работы.
Кран электрический мостовой двухбалочный – грузоподъемный механизм изготовленный в виде прямоугольной рамы оснащенный лебедкой либо тельфером с электрическим приводом. Кран мостовой называется двухбалочным потому что его грузовая тележка опирается на две балки а не на одну как у других мостовых кранов. Кран мостовой двухбалочный опирается на две боковые опорные конструкции передвигающиеся с помощью электропривода по крановым путям.
Кран состоит из моста с механизмом передвижения колёса которого установлены на угловых буксах грузовой тележки со смонтированными на ней механизмами подъёма груза и передвижения кабины управления и вспомогательной кабины для обслуживания токосъёмников цеховых троллей. Управление краном может быть с пола из кабины или дистанционным.
СИСТЕМАТИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ И НАГРУЗОК
1 Нормирование режимов работы
Долговечность крана в основном определяется долговечностью его несущей конструкции. Поэтому режим работы крана характеризуется параметрами обусловливающими интенсивность ее эксплуатационной загруженности. Нормативные значения параметров режима работы используются при проектировании несущей конструкции для расчета на сопротивление усталости. Кроме того система нормативных групп режима дает возможность заказчику подобрать кран который будет иметь необходимую долговечность в заданных условиях эксплуатации.
Согласно действующим российским [1] и международным нормам ISO группу режима определяет сочетание класса использования который характеризуется числом циклов работы крана за нормативный срок службы и режима нагружения характеристикой которого является коэффициент распределения нагрузок (табл. 2.7.) [1].
СT – общее число циклов работы крана за срок службы;
Q – номинальная грузоподъемность;
m = 3 – показатель степени усталостной кривой.
Если размах изменения напряжений в основных сечениях конструкции пропорционален весу поднимаемого груза а число циклов нагружения пропорционально числу циклов работы крана то коэффициент KP является коэффициентом эквивалентности циклического нагружения. При этом значение Ce = KP хCT примерно постоянно для каждой группы режима и равно допустимому количеству циклов работы крана с номинальным грузом т. е. при режиме нагружения Q4 величину Се называют характеристическим числом.
Таблица 1 – Группы классификации режимов работы кранов
Отмеченные при анализе Kp допущения близки к действительности для несущих конструкций кранов мостового и козлового типа.
2 Систематизация нагрузок
Конструкция крана в процессе эксплуатации находится под воздействием внешних нагрузок и опорных реакций. Сочетание этих силовых факторов вызывает появление внутренних усилий в сочетаниях элементов конструкции [1].
Значение нагрузок действующих на несущие конструкции зависят от множества факторов и представляют собой случайные величины. В расчётных моделях используемых для прогнозирования работоспособности и долговечности конструкций в рамках СРДН и СРПС фигурируют расчётные оценки этих величин. Для систематизации этих данных введены так называемые расчётные случаи нагружения каждый из которых является информационным комплексом используемым для прогнозирования определённой группы предельных состояний.
расчётный случай: нормальные нагрузки рабочего состояния. Он включает всю информацию о нормальной эксплуатационной нагруженности несущей конструкции и используется для расчёта на сопротивление усталости и циклическую трещиностойкость. В этот комплекс входят данные о собственном весе конструкции весах поднимаемых грузов значениях инерционных нагрузок усилиях перекоса технологических нагрузках а также число циклов работы крана и структура характерных технологических циклов его работы. Нагрузки от ветрового давления в этом расчётном случае не учитываются.
II расчётный случай: максимальные нагрузки рабочего состояния. Особенностью этого блока информации является то что сюда входят все эксплуатационные нагрузки с соответствующими коэффициентами перегрузки. В данном расчётном случае фигурируют весовые нагрузки включая номинальную грузоподъёмность максимальные инерционные нагрузки максимальные нагрузки от давления ветра в рабочем состоянии а также данные о наиболее неблагоприятных положениях каретки на стреле.
Таблица 2 – Нагрузки для расчёта металлической конструкции мостового крана в СРПС
Примечание: G GQ – вес груза массой равной номинальной грузоподъёмности; γ – коэффициенты перегрузки для соответствующих нагрузок; hT и k’T – коэффициенты толчков при движении крана и тележки соответственно; – динамический коэффициент; FX и FY - горизонтальные силы инерции от движения тележки и крана соответственно. Во всех условных обозначениях индексы «1» и «2» означают что соответствующая величина вычисляется по данным I и II расчётных случаев.
По данным табл. 2. для нашего крана выбираем II расчётный случай с комбинацией нагрузок IIb для которого:
– вес элементов крана G
– вес тележки GT = γG·kT2·
– вес груза GQ = γQ·kT2·
– силы инерции FY = yT·
– усилия перекоса FY = yF·FY2.
3 Расчетные нагрузки
Собственный вес конструкции и постоянно находящегося на ней оборудования задается с использованием информации по машинам аналогам с учетом накопленного опыта проектирования и известных рекомендаций. Оценку весов балочных и стержневых элементов несущей конструкции выполняют по формуле:
где 3 – плотность стали;
= 11 – 13 – коэффициент учитывающий массу ребер диафрагм фланцев накладок соединительных планок и других деталей не входящих в расчетное сечение;
и – длина элемента и площадь его сечения;
g = 98 мс2 – ускорение свободного падения.
Значения коэффициентов надежности по собственному весу машины составляют уG = 10 – 12. Меньшие значения принимаются для расчета конструкций типовых машин большие – для предварительных расчетов при проектировании изделий оригинальной конструкции и с параметрами существенно отличающимися от известных аналогов. После компоновки основных узлов машины и уточнения собственного веса в окончательных расчетах значение коэффициента надежности может быть уточнено.
РАСЧЕТ ГЛАВНОЙ БАЛКИ
Конструкция сварной балки пролетом l=345 м. Балка нагружена равномерной нагрузкой от собственного веса q=01 Тм и двумя сосредоточенными грузами Р = 325 кН (от веса грузовой тележки и груза) грузовая тележка перемещается по балке.
Расстояние между осями грузовой тележки d=25 м; материал балки – сталь 09Г2; допускаемое напряжение []р=170 МПа [2]. Наибольший прогиб балки f от сосредоточенных грузов не должен превышать 1500 ее пролета.
Конструирование балки следует начать с определения расчетных усилий М и Q [2] с.336.
Рисунок 1 – Схема нагружения балки мостового крана
1 Построение линии влияния моментов
Построим линии влияния моментов чтобы знать их максимально возможные значения в разных сечениях балки
В сечении Ордината линии влияния
l M=009l=009х345=310
l M=016l=016х345=552
l M=021l=021х345=725
l M=024l=024х345=828
l M=025l=025х345=863
Рисунок 2 – Линии влияния моментов в различных сечениях балки
Величина изгибающего момента от сосредоточенных сил:
Р – величина сосредоточенного груза.
В сечении при l=345 м и d=25 м
2 Определение изгибающих моментов от равномерно распределенной нагрузки
3 Вычисление суммарных величин моментов в сечениях от сосредоточенных сил и равномерной нагрузки
Таким образом расчетной величиной момента для балки является
Требуемый момент сопротивления балки
4 Построение линии влияния поперечной силы
в сечении х=0 ордината линии влияния Q0=1;
в сечении х=0.2l ордината линии влияния Q0=0.8
Рисунок 3 – Линии влияния от поперечной силы
5 Определение расчетных усилий от сосредоточенных сил
Определим расчетные усилия от сосредоточенных сил в каждом из указанных сечений того что одна из них располагается над вершиной линии влияния:
В сечении х=0 при l=345 м и d=25 м
Рисунок 4 – Эпюра расчётных усилий от сосредоточенных сил
6 Расчет поперечной силы Q от собственного веса q
Рисунок 5 – Эпюра поперечных сил от собственного веса
7 Расчетные значения поперечных сил от сосредоточенных и равномерно распределенных нагрузок
Рисунок 6 – Эпюра суммарных значений поперечных сил от собственного веса и равномерно распределённых нагрузок
8 Определение требуемой высоты балки коробчатого профиля
где максимальный расчётный изгибающий момент балки ();
допускаемое напряжение для стали 09Г2;
толщина вертикального листа согласно [2] с. 311 (для легких балок принимаем толщину вертикального листа от 5 до 10 мм).
Рисунок 7 – Профиль коробчатого сечения
Момент инерции поперечного сечения сварной балки
Момент инерции подобранного вертикального листа.
Для определения момента инерции вертикального листа зададимся произвольным значением . Пусть см. Тогда:
Требуемый момент инерции горизонтальных листов балки
Определение сечения одного пояса балки
Получим сечение горизонтального листа 3523×07 см. Данное сечение оказалось близким к заданному поэтому принимаем см тогда сечение горизонтального листа 350 х 07 мм.
Уточненное значение момента инерции подобранного поперечного сечения балки: для прямоугольного коробчатого сечения (рис. 7) осевой момент инерции находится по формуле:
Наибольшее нормальное напряжение в крайнем волокне балки
Расчётное напряжение в пределах допустимого.
Определение касательного напряжения на уровне центра тяжести балки в опорном ее сечении
где S – статический момент половины площади сечения относительно центра тяжести балки.
9 Расчет эквивалентного напряжения
Эквивалентное напряжение вычисляется на уровне верхней кромки вертикального листа.
Вычислим в этом волокне балки напряжения от М:
В этом же волокне напряжения от Q:
где статический момент площади сечения горизонтального листа относительно центра тяжести.
Эквивалентное напряжение:
Что меньше наибольшего нормального напряжения в крайнем волокне.
Рассмотрим как обеспечить общую устойчивость балки. Если её не закрепить в горизонтальной плоскости то потребуется значительное уменьшение допускаемых напряжений. Поэтому следует предусмотреть закрепления от возможных перемещений верхнего пояса например установить горизонтальные связи.
Устойчивость вертикального листа: чтобы обеспечить устойчивость вертикальных листов следует приварить к ним рёбра жёсткости. Зададимся расстоянием между ними
10 Расчет среднего касательное напряжение от поперечной силы
где поперечная сила в середине пролёта.
11 Проверка правильности постановки ребер жесткости
где – отношение большей стороны к меньшей в принятой конструкции hВa=1;
d – наименьшая из сторон пластин (а или hВ) заключенных между поясами и ребрами жесткости в данном случае d=a=70 см
коэффициент зависящий от аhВ;
Для определения К1 воспользуемся графиком [1] стр. 318 рис. 14.11.
Местная устойчивость вертикального листа
Устойчивость вертикального листа в середине пролёта вполне обеспечена.
12 Проверочный расчет на прочность концевой балки
Параметры сечения (мм):
На концевую балку действуют нагрузки от груза главных балок и тележки
где площадь поперечного сечения балки;
длина концевой балки.
Распределенная нагрузка от веса концевой балки
Рис. 8. Заданная схема.
Определение реакций опор для схемы на рис.2
Составим уравнения статического равновесия.
Fy= -q·5.26м - F1- F2+ YA+ YB= 0;
MA= -q·5.26м·2.63м - F1·1.195м - F2·4.065м + YB·5.26м = 0.
Решение уравнений статики (1) даёт следующие значения реакций:
Рис. 9. Схема реакций.
Рис. 10. Эпюра Qy кН (поперечная сила).
Рис. 11. Эпюра Mx кНм (изгибающий момент).
Построение эпюр внутренних силовых факторов для схемы на рис.2
Участок №1(0 ≤ z1≤ 1.195м)
при z1= 0; Qy= 38.523кН.
при z1= 1.195м; Qy= 35.786кН.
при z1= 1.195м; Mx= 44.4кН·м.
Участок №2(0 ≤ z2≤ 2.87м)
Qy= -F1- q·z2+ YA- q·1.2м;
при z2= 0; Qy= 3.2861кН.
при z2= 2.87м; Qy= -3.2862кН.
при z2= 0; Mx= 44.4кН·м.
при z2= 1.435м; Mx= 46.757кН·м.
при z2= 2.87м; Mx= 44.4кН·м.
Участок №3(0 ≤ z3≤ 1.195м)
при z3= 0; Qy= -38.523кН.
при z3= 1.195м; Qy= -35.786кН.
при z3= 1.195м; Mx= 44.4кН·м.
Эпюра моментов и сил симметричны относительно центра балки т. к. балка и приложенные нагрузки симметричны.
Максимальный изгибающий момент расположен в середине балки.
Момент сопротивления поперечного сечения балки:
Определим значение нормальных напряжений
Условие определяющее запас прочности
13 Расчёт сварных швов
Приварка вертикальных листов к горизонтальным осуществляется сплошными швами на полуавтомате в защитном газе электродной проволокой Св08Г2С ГОСТ 2246-70 [3].
Рисунок 12 – Балка коробчатого сечения
Рассчитаем сварные швы на прочность согласно [1] с. 334 в СРДН:
где максимальное эквивалентное напряжение;
где нормальные напряжения в балке от изгиба;
касательные напряжения от перерезывающей силы.
Максимальное эквивалентное напряжение:
Допускаемые напряжения:
где – предел текучести материала для стали 09Г2;
коэффициент запаса прочности для конструкций крана [1] с. 71.
Таким образом условие прочности по допускаемым напряжениям выполнено.
14 Расчеты на общую и местную устойчивости
Не требуется выполнять проверку на общую устойчивость для балок замкнутого сечения (коробчатое) имеющих регулярные связи по сжатому поясу. [1 c.97]
Для ездовой балки с рельсом по середине пояса местное влияние сосредоточенной нагрузки от ходовых колес распространяется на рельс верхний пояс и поддерживающие его диафрагмы.
Исходя из вышесказанного выполним проверку на местную устойчивость стенки и поперечного ребра жесткости пролетной балки. [1 c.287]
15 Расчет на устойчивость стенки пролетной балки
Для пластин загруженных только нормальными напряжениями оценивается необходимость расчета на местную устойчивость по геометрическим условиям вида [1 c.108]
где d=h=700 мм – высота балки;
t=5 мм – толщина балки;
коэффициент зависящий от материала.
- предел текучести для стали Ст. 3.
Тогда условие примет вид
Неравенство выполняется.
РАСЧЁТ ФЛАНЦЕВОГО СОЕДИНЕНИЯ
При монтаже фланцевого соединения болт затягивается до начального усилия SO . При этом болт будет удлиняться а кольцевая область фланца расположенная вокруг болта и зажатая между его головкой и гайкой сжимается под действием реактивного усилия FO = SO ([1] c. 342 рис. 11.2.3 а). Удлинение болта и перемещение поверхностей фланцев вычисляем по формулам [1] c. 342.
где длина болта между опорными поверхностями равная суммарной толщине фланцев;
площадь сечения болта и сжатой области фланца;
усилие затяжки болта.
Знак указывает на то что фланец сжат силой SО.
Рисунок 13 – Болт во фланцевом соединении
Площадь сечения болта по минимальному диаметру:
где минимальный диаметр для болта М28 [5].
Расчётную площадь сжатой области фланца приближённо оценим считая что она имеет внешний диаметр а внутренний . При этом получим что:
Значение коэффициента жёсткости болта и фланца вычислим согласно [1] с. 342 (11.2.2):
где Е45 = 214105 МПа – модуль упругости для материала болта сталь 40Х;
Для того чтобы стык не раскрылся при нагружении необходимо иметь
Отсюда легко получаем необходимое усилие предварительной затяжки болта:
где Р – нагрузка действующая на один болт во фланцевом соединении.
n = 24 – кол-во болтов во фланце;
z = 4 – кол-во опор моста.
Тогда получим удлинения болта и фланца
где Е09Г2 = 2105 МПа – модуль упругости для материала фланца сталь 09Г2.
Максимальное усилие затяжки болта:
Проверку прочности болта произведем в системе СРДН по условию:
где коэффициент неравномерности затяжки болтов [1].
Допускаемое напряжение материала болта:
где коэффициент запаса прочности.
– временное сопротивление для стали 40Х.
Проверим прочность для данного болта:
Таким образом условие прочности для болтового соединения по допускаемым напряжениям выполнено.
СТРОИТЕЛЬНЫЙ ПОДЪЕМ ПРОЛЕТНЫХ БАЛОК.
Поскольку пролет рассчитываемого крана более 17м пролетным балкам необходимо придать строительный подъем который должен быть
Здесь – момент инерции балки при изгибе в вертикальной плоскости; – погонный вес полумоста;
Подставив численные значения параметров в формулу получим:
Прогиб балки от веса тележки с грузом:
где DR=325 – нагрузка на балку от веса груза и тележки;
Необходимый строительный подъем:
и поскольку 0044 то окончательно принимаем .
Строительный подъем в стыках:
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Соколов С. А. Металлические конструкции подъёмно-транспортных машин: Учебное пособие. – СПб.: Политехника 2005. – 423 с.
Николаев Г. А. Расчёт проектирование и изготовление сварных конструкций. Учеб. пособие для машиностроит. вузов М.: Высшая школа. 1971. – 760 с.
ГОСТ 14771-76 Дуговая сварка в защитном газе. Соединения сварные. Основные типы конструктивные элементы и размеры.
Обеспечение безопасности строительно-монтажных работ. Устойчивость грузоподъёмных кранов: Методические указания к практическим занятиям Сост. С.Г. Кашина Д.К. Шарафутдинов. – Казань: Изд-во Казанского государственного архитектурно-строительного университета 2012. – 39 с.
ГОСТ 24705-81 Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба метрическая. Основные размеры.
Жегульский В. П. Проектирование и расчет крановых металлических конструкций: учебное пособие В. П. Жегульский В. И. Миронов О. А. Лукашук; под общ. ред. канд. техн. наук доц. О. А. Лукашук; Мин-во науки и высш. образования РФ. – Екатеринбург.: Изд-во Урал. ун-та 2019. – 184 с.

OBSchIJ_VID.cdw

Техническая характеристика:
4 Скорость передвижения тележки
Механизм передвижения крана:
1 Скорость передвижения
Оборудование должно быть установлено на прочном фундаменте
обеспечивающем его нормальную работу.
приспособления и элементы оборудования
могут служить источником опасности для работников
поверхности оградительных и защитных устройств должны быть
окрашены антикоррозионной краской ВД-АК-1503 СанПиН 2.1.2.729-99
в защитные цвта: - механизмы
передвижения в серый; - тележка в
черно-белую полоску как потенциально опасные объекты;
- кабина с электрооборудованием в черный.
На металлических частях оборудования
которые могут оказаться
должны быть конструктивно предусмотрены видимые
элементы для соединения защитного заземления или зануления. Рядом
с этими элементами изображается символ «Заземление».
Кран оборудовать ограничителями рабочих движений для
автоматической остановки механизма подъема и механизма
передвижения тележки
огранителя высоты подъема и
блокировкойнапряжения при выходе на площадки.
Сварочные работы при монтаже крана должны производиться
имеющими лицензию органов ростехнадзора.
* Размеры для справок.
Технические требования:

MOST.cdw

Условное обозначение
Неуказанные предельные отклонения размеров
Покрытие Эмаль ПФ 115 черная-V-У1
Цинкофосфатная грунтовка
толщина сухой пленки примерно
Технические требования

KONTsEVAYa_BALKA.cdw

Условное обозначение
Сварные швы зачистить от сварочных брызг и шлака
Неуказанные предельные отклонения размеров
Местная волнистость заготовок по плоскости не должна
превышать 6 мм (ГОСТ 24378-80)
Стыки стенок должны располагаться симметрично относительно
середины балки (ГОСТ 24378-80)
Отклонение от вертикали боковых стенок по высоте балок
замеренное по большим диафрагмам
допускается не более 5 мм
Габаритные размеры балки выполняются по 14-му квалитету
Сварные швы зачистить.
*Размеры для справки
Технические требования

Концевая.spw

TELEZhKA.cdw

Условное обозначение
Сварные швы зачистить от сварочных брызг и шлака
Неуказанные предельные отклонения размеров
Тележку красить серой нитроэмалью НЦ-132 ГОСТ 6631-74
защитив присоединительные места
Сварные швы контролировать визуально
* Размеры для справки
Технические требования

Общий вид.spw

GLAVNAYa_BALKA.cdw

Условное обозначение
Сварные швы зачистить от сварочных брызг и шлака
Неуказанные предельные отклонения размеров
Местная волнистость заготовок по плоскости не должна
превышать 6 мм (ГОСТ 24378-80)
Стыки стенок должны располагаться симметрично
относительно середины балки (ГОСТ 24378-80)
Отклонение от вертикали боковых стенок по высоте балок
замеренное по большим диафрагмам
допускается не более 5 мм
Габаритные размеры балки выполняются по 14-му квалитету
Сварные швы зачистить.
*Размеры для справки
Технические требования

телега.spw

Главная.spw