Металлическая конструкция мостового крана общего назначения Q=12 т, Lкр=22,5 м

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Уральский федеральный университет

имени первого Президента России Б.Н. Ельцина

Заочный факультет индивидуального обучения

Кафедра ПТМ и Р

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине «Строительная механика»

Тема: Металлическая конструкция мостового крана общего назначения Q=12 т, Lкр=22,5 м

Екатеринбург

Введение

1. Исходные данные

2. Выбор материала конструкции

3. Расчётные нагрузки

3.1 Нагрузки от веса моста

3.2 Нагрузки от веса кабины и механизмов передвижения

3.3 Нагрузки от веса груза и тележки

4. Наибольший изгибающий момент от вертикальных нагрузок

5. Определение оптимальных размеров поперечного сечения пролетной балки

5.1 Расчет размеров в средней части пролета из условия обеспечения прочности

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

5.3 Определение размеров поперечного сечения пролетной балки

6. Компоновочная схема моста

6.1 Балки

6.2 Компонование механизма передвижения крана

6.3 Сопряжение пролетных балок с концевыми

7. Размещение ребер жесткости

8. Строительный подъем пролетных балок

9. Прочность пролетной балки при ее общем изгибе в двух плоскостях

10. Сварной шов, соединяющий накладку с концевой балкой

11. Сварной шов, соединяющий пояс со стенкой

Список использованной литературы

Введение

Мостовые краны являются основным грузоподъемным оборудованием производственных цехов, закрытых и открытых складов. Краны, предназначенные для обслуживания металлургических цехов, представляют группу металлургических кранов.

Работоспособность надёжность и безопасность эксплуатации кранов во многом зависит от качества исполнения их металлических конструкций. В связи с этим по крановым металлоконструкциям предъявляются определённые требования: прочность, общая устойчивость конструкции и местная устойчивость отдельных её элементов; статическая и динамическая жёсткость; выносливость и, вместе с тем, минимально возможная масса, высокая технологичность изготовления и монтажа, иногда ограниченные габариты. Большинство этих требований должны обеспечиваться на стадии предварительного (проектного) расчёта и компонования.

мост кран балка строительный

1. Исходные данные

Пролет крана - 22,5 м.

Грузоподъемность - 12 т.

Скорость передвижения крана -

Скорость подъема -

Группа классификации работы крана - А4

Колея тележки - L=2,1 м.

База тележки - В=2,5 м.

Вес тележки - G=35 кН.

При необходимых прочностных характеристиках металлоконструкции должны быть технологичными, иметь малую стоимость, удовлетворять эстетическим требованиям, а внешние поверхности конструкций должны быть гладкими для снижения возможности образования коррозии и удешевления окраски. На основании этого проектируем мостовой кран, состоящий из двух пространственно-жёстких балок, соединенных по концам пролёта с концевыми балками, в которых установлены ходовые колёса. Крановая тележка перемещается по рельсам, уложенным по верхним поясам коробчатых балок, выполненных из листового проката. Принятая схема металлоконструкции моста приведена на рис. 1.

Рис. 1

2. Выбор материала конструкции

Наиболее употребительными для расчётных (несущих) элементов металлоконструкции является углеродистая сталь Ст3сп5 по ГОСТ 380-94.

Материал выбран в соответствии с табл. 6.1. [1, с. 109] и из-за более низкой стоимости по сравнению с низкоуглеродистыми.

Расчётные сопротивления основного материала в соответствии с табл. 6.7. [1, с. 113] равны:

При растяжении-сжатии, изгибе:

где, нормальное сопротивление, принимаемое равным пределу текучести,

коэффициент надежности по материалу.

При срезе:

Расчетное сопротивление стыковых сварных швов при растяжении, сжатии, изгибе

Расчетное сопротивление стыковых сварных швов при сдвиге

Расчетное сопротивление металла углового шва при срезе

где, нормативное сопротивление материала шва,

коэффициент надежности.

3. Расчётные нагрузки

3.1 Нагрузки от веса моста

Для заданных параметров крана при выбранной схеме его исполнения и принятом материале по графикам рис. 4.1. [1, с. 117] находим в качестве первого приближения ;

Интенсивность нормативной распределённой нагрузки на каждую балку моста:

,

где, - нормативный вес пролётной части моста (пролётные балки с площадками обслуживания ), ;

- пролёт крана, ;

- коэффициент перегрузки (для металлоконструкции ) [1, с. 117]

.

3.2 Нагрузки от веса кабины и механизмов передвижения

Вес привода механизма в связи отсутствия данных принимаем по усреднённым данным:

,

где, - коэффициент перегрузки; [1, с.117]

- вес привода, ; [1, с.117].

Вес кабины принимаю с учётом её конструкции (закрытая с электрооборудованием)

,

где, - коэффициент перегрузки;

- вес кабины, ; .

;

.

3.3 Нагрузки от веса груза и тележки

Расчётный вес груза:

,

где, - коэффициент динамичности,

- коэффициент перегрузки для крюковых кранов,

- номинальный вес груза.

в соответствии с рисунком [4, с.68]

принимаю по таблице 6.15 [1, с.118]

где, - ускорение свободного падения.

.

Расчётный вес тележки:

,

где, - коэффициент перегрузки веса тележки;

- номинальный вес тележки, .

[1, с.117];

по табл. 6.14 [1].

.

4. Наибольший изгибающий момент от вертикальных нагрузок

Наибольший изгибающий момент от подвижной нагрузки возникает в сечении, смещенном от середины пролета на расстояние Вт/4 (Вт - база тележки), при расположении тележки соответствующим колесом над указанным сечением, т.е это сечение стоит от опоры В на расстоянии Zo рис. 2.

Рис. 2

- расчётная нагрузка от собственного веса пролётной части моста, ;

- вес приводов механизма движения крана, ;

- вес кабины управления, ;

- давление колёс тележки на балку, ;

- равнодействующая давления колёс тележки.

Расчётное давление колёс тележки равно:

,

где, - давление от расчётного веса тележки, ;

- давление от расчётного веса груза, .

;

.

.

;

Распишем все имеющиеся расстояния:

;

[1, с.37];

;

.

У четырёхколёсной тележки наибольший изгибающий момент от подвижной нагрузки действует в сечении под колесом с давлением.

Для этого сечения суммарный изгибающий момент равен:

.

5. Определение оптимальных размеров поперечного сечения пролетной балки

5.1 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

Момент сопротивления сечения пролётной балки, необходимый по условию прочности, определяем по формуле:

, (2.9)

где, - расчётный изгибающий момент, ;

- коэффициент неполноты расчётов;

- расчётное сопротивление материала при работе на изгиб, ;

Коэффициент неполноты расчёта определяем по формуле:

,

где, - коэффициент, учитывающий ответственность расчитыве6мого элемента;

- коэффициент, учитывающий отклонения в геометрических размерах конструкции, влияние коррозии и т.п.

- коэффициент, учитывающий несовершенство расчёта, связанных с неточностями расчётных схем.

Рекомендуемые ВНИИПТМАШем коэффициенты:; ; ;

.

.

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

Момент инерции сечения по условиям минимальной статической жёсткости:

,

где, =1/600 - относительный статический прогиб моста;

- нормативная подвижная нагрузка, кН;

- модуль упругости материала, МПа;

5.3 Определение размеров поперечного сечения пролетной балки

Определяем высоту стенки пролётной балки, удовлетворяющую условию минимума веса при соблюдении требований или прочности, или жёсткости в зависимости от толщины стенки.

Высота стенки при обеспечении заданной прочности:

,;

где - толщина стенки, .

Высота стенки при обеспечении заданной жёсткости:

,

Гибкость стенки:

,

Результаты расчётов сведём в таблицу 1. и представим в виде кривых на рисунке 3.

Таблица 1

,	4	6	8	10
,	1,25	1,022	0,88	0,8
,	1,19	1,04	0,946	0,878
	320	173	118	87,8

Рис. 4

Принимаем для дальнейших расчётов толщину стенки , тогда оптимальная высота балки будет равна при гибкости . (По рекомендации ВНИИПТМАШа жёсткость стенок целесообразно назначать в пределах ).

Округляем до , т.е. .

Остальные размеры определяем из следующих соотношений.

;

;

; ; ; [1, с.123].

Для балки, по условию минимума веса и на основании графиком с размерами:

; ;

; ; .

Площадь поперечного сечения:

.

Таким образом, сечение балки примет вид как на рис. 5

Рис. 5

Моменты инерции в вертикальной плоскости.

;

;

Момент инерции в горизонтальной плоскости

;

.

Моменты сопротивления в вертикальной плоскости

;

;

Момент сопротивления в горизонтальной плоскости

;

.

6. 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.

6.1 Балки

Концевые балки для крана грузоподъемностью 12 т проектируются, как и пролетные, коробчатого сечения с толщиной стенок и поясов м.

Высота этих балок назначим 0,6 от высоты пролетной балки.

мм.

Привод механизма передвижения крана принимаем по:

Двигатель МТВ 211-6

Редуктор Ц2-300

Тормоз ТТ-200

Ширина концевой балки определяется расстоянием между серединами корпусов (букс) подшипников ходовых колес - 2С. Полученное сечение балки показано на рис. 5.

.

.



Рис. 6

Момент инерции сечения:

6.2 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.

Передняя кромка определила конец концевой балки. Таким образом, установлено положение ходового колеса относительно балки. Вал ходового колеса соединяется с выходом редуктора Ц2-300 посредством промежуточного вала длинной примерно 1000 мм. Далее входной вал редуктора соединяется с валом двигателя МТВ 211-6 зубчатой муфтой типа I. Тормозной шкив с тормозом ТТ-250 устанавливаем на втором входном валу редуктора.

Оставляя небольшой проход (300…500мм) между двигателем и стенками пролетной балки, получаем положение пролетной балки относительно концевой. Расстояние от оси ходового колеса до оси подтележного рельса оказалось равным 1100 мм, а база крана Вк = 4300 мм. Последняя, с целью недопущения заклинивания крана на путях, должна быть не менее 1/6 пролета крана. Отсюда минимально допускаемая величина базы:

Условия отсутствия заклинивания выполняются.

Рис. 7

6.3 Сопряжение пролетных балок с концевыми

Соединение балок осуществляется с помощью накладок 1, 2, 3. 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 пролет Lк = 22500 мм, между пролетной и концевой балками предусматривается гарантируемый зазор Д, за счет которого регулируется положение пролетной балки относительно концевой.

Длинна пролетной балки определяется из следующих условий. Горячекатаные стальные листы по ГОСТ 199903-74 при толщине мм и ширине В=1800 мм выпускаются длинной до 1200 мм.

Для пролета крана 22500 мм стенка пролетной балки составляется из трех листов длиной около 22500:3=7500 мм. Такое деление стенки необходимо также для обеспечения строительного подъема.

Задавшись зазором Д=10 мм, определим номинальную длину балки:

где, а=165 - половина ширины пояса концевой балки.

Листы, составляющие стенку пролетной балки, нарезаются по длине с предельными отклонениями , что для заготовок длинной 7500 мм равно . Таким образом, длина пролетной балки

Минимальный зазор при указанном допуске

Максимальный зазор при указанном допуске

Расположение накладок 1, 2, 3 и сварных швов на рис. 7.



Рис. 8

7. Размещение ребер жесткости

Фактическая гибкость стенки пролётной балки в её средней части:

.

При для малоуглеродистой стали устанавливают поперечные и одно продольное ребро жесткости. [1, с.126].

Диафрагмы будем выполнять из листового проката.

Ширину выступающей части ребра определим по условию [1, с.128]:

.

.

Толщина ребра из условия обеспечения его устойчивости [1, с.128].

.

.

(принимаем ).

Момент инерции ребра относительно плоскости стенки в соответствии с формулой [1, с.128].

.

Окончательно принимаем: ; .

Рис. 9

Тогда момент инерции относительно плоскости стенки:

,

.

Поскольку увеличение геометрических характеристик не требуется, условие выполняется.

Шаг основных поперечных рёбер жёсткости, являющихся опорами для рельса, определяют из условия прочности последнего.

,

где, - минимальный момент сопротивления рельса;

нормативное сопротивление материала рельса.

давление колеса тележки.

коэффициент условий работы рельса.

При ширине поверхности катания колеса (мм) устанавливается рельс с шириной головки

Этому размеру соответствует рельс КР80 ГОСТ 4121-76

Высота рельса -

Ширина подошвы рельса -

Минимальный момент сопротивления рельса КР80 в вертикальной

плоскости -

Нормативное сопротивление материала рельса -

Коэффициент условий работы рельса -

.

Учитывая, что верхний пояс пролетной балки достаточно тонок, для обеспечения его прочности при действии местных напряжений от давления колёс тележки, принимаем конструктивно шаг малых диафрагм , а шаг больших диафрагм

Проверку прочности поперечного ребра по условиям работы его верхней кромки на сжатие по формулам [1, с.129].

,

где, - давление колеса тележки;

- длина линии контакта рельса и пояса под ребром;

- расчётное сопротивление материала при работе на сжатие;

- расчётная зона распределения давления колеса по ребру для сварки балок [1, с.129].

,

где, - момент инерции пояса и рельса относительно собственных нейтральных осей;

;

(принимаем для кранового рельса КР80 по табл. [1, с.310].

.

Для кранового рельса:

,

где, - ширина подошвы рельса;

[1, с.310].

.

;

при ; ;

;

,

Следовательно, прочность верхней кромки диафрагмы обеспечена.

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

Величины местных сопротивлений:

- вдоль оси балки

- поперек оси балки

где, расстояние между диафрагмами;

толщина пояса;

коэффициент Пуассона;

момент инерции рельса;

размер между стенками балки.

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

Подставим в это уравнение параметры, полученные выше:

Расчетное сопротивление материала:

Условие выполняется. 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 и высоты стенки в середине пролета, имеем

Отношение нормальных напряжений к критическим:

Устойчивость стенок обеспечена.

При жесткости стенки рекомендуется ставить одно продольное ребро. Продольное ребро жесткости ставится на расстоянии от крайней сжатой кромки стенки.

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 - лист ГОСТ 19903-74

Момент инерции поперечного сечения ребра относительно кромки

8. Строительный подъем пролетных балок

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

, [1, с.141]

где, - прогиб пролётной балки от действия постоянных нагрузок, ;

- прогиб пролётной балки от действия подвижных нагрузок, ;

- пролёт крана, .

,

.

,

;

;

.

;

Принимаем .

При составлении вертикальных стенок из трех листов длинной z = 7,5 м строительный подъем в стыках:

;

Скосы находим по формуле:

;

Рис. 10

9. Прочность пролетной балки при ее общем изгибе в двух плоскостях

Проверку прочности балки в средней части пролета 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;

- расчётное сопротивление материала.

- коэффициент неполноты расчёта принимаем по формуле.

Схема приложения горизонтальных нагрузок приведена на рис. 11.

Рис. 11

Горизонтальные инерционные нагрузки рассчитываются по формуле

где, - ускорение крана при пуске механизма;

ускорение силы земного притяжения;

расчетные силы веса изделий, создающих инерционные нагрузки.

При, т.е. при горизонтальные инерционные

нагрузки равны:

;

;

.

.

Суммарный горизонтальный изгибающий момент:

.

;

;

;

Расчётная зависимость:

.

;

.

Таким образом, прочность средней части балки при общем изгибе в двух плоскостях обеспечена.

10. Сварной шов, соединяющий накладку с концевой балкой

Прочность вертикального шва соединения определяем по формуле.

,

А - максимальное значение поперечной силы при крайнем положении тележки со стороны кабины;

- коэффициент, зависящий от вида сварки;

- толщина углового шва;

- расчётная длина;

- расчётное сопротивление для углового шва;

- коэффициент неполноты расчёта;

Принимаем толщину монтажной накладки равной толщине стенки пролетной балки

Сварное соединение монтажной накладки и стенки концевой балки - Т6 ГОСТ 5264-80.

Принимаем толщину сварного шва равной толщине монтажной накладке.

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 длинна сварного шва.

Проверяем прочность вертикального сварного шва.

.

Прочность шва обеспечена.

11. 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 [1, с.134].

,

где, - наибольшая поперечная сила в рассматриваемом сечении;

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

- момент инерции брутто сечения балки.

,

где, - площадь поперечного сечения пояса,

- расстояние до нейтральной оси.

.

Принимаем для РДС (ручной дуговой сварки).

;

;

.

прочность шва обеспечена.

Список использованной литературы

1. Курсовое проектирование грузоподъемных машин: Учебное пособие С.А. Казак, В.Е. Дусье, Е.С. Кузнецов и др.; Под ред. С.А. Казака. - М.: Высш. шк., 1989.- 319 с.

2. Справочник по кранам/ Под ред. М.М. Гохберга. Л. Т. 1, 2. - 1988.

3. Мостовые краны общего назначения.- 5-е изд., перераб. и доп./ Шабашов А.П., Лысяков А.Г. - М.: Машиностроение, 1980. - 304 с.

Размещено на Allbest.ru