Министерство высшего и среднего специального образования Российской Федерации

Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и ордена

Трудового Красного Знамени

Государственный Технический Университет имени Н.Э. БАУМАНА

ФАКУЛЬТЕТ МТ (Машиностроительные технологии)

КАФЕДРА МТ7 (Технология и оборудование сварочного производства)

Сварные конструкции

Пояснительная записка

Вариант 2

Студент: ( Гемберг А.А.) Группа: МТ7-83

(фамилия, инициалы) (индекс)

Руководитель проекта:_ ( Выборнов А.П.) Дата:________

(фамилия, инициалы) (число, месяц)

Москва, 2013 г.

Оглавление

Стр.

1. Задание на проектирование. 4

2. Описание конструкции и условий работы мостового крана. 6

2.1. Основные конструктивные элементы и их назначение. 6

2.2. Нагрузки, действующие на элементы крана в процессе эксплуатации. 7

2.3. Возможные предельные состояния элементов. 7

3. Определение усилий в элементах главной фермы. 8

3.1. Построение линий влияния. 8

3.1.1. Панель верхнего пояса. 8

3.1.2. Панель нижнего пояса. 9

3.1.3. Раскос. 10

3.1.4. Стойки. 10

3.2. Определение усилий в стержнях от распределенной и сосредоточенной нагрузки. 11

3.3. Определение максимальных и минимальных усилий от всех нагрузок. 15

3.4. Результаты расчетов на ЭВМ усилий во всех стержнях фермы. 16

4. Проверочные расчеты элементов ферм 1–го варианта. 18

4.1. Определение расчетного сопротивления при статических нагрузках. 18

4.1.1. Проверочный расчет на статическую прочность. 18

4.1.2. Рассчитаем изгибающие моменты, действующие на стержни верхнего пояса. 19

4.1.3. Проверочный расчет на устойчивость. 21

4.2. Подбор сечения стойки. 23

4.2.1. Первоначальный подбор сечения стойки. 23

4.2.2. Проверка стойки на устойчивость. 24

4.3. Подбор сечения для раскосов главной фермы. 25

4.3.1. Первоначальный подбор сечения раскосов. 25

4.3.2. Проверка раскоса на устойчивость. 26

4.4. Подбор сечения для нижнего пояса главной фермы 27

4.5. Расчет концевой балки. 28

4.5.1. Расчет действующих изгибающих моментов в сечении 28

4.5.2. Проверка прочности сечения концевой балки для 1-го варианта. 29

4.5.3. Проверка прочности сечения концевой балки для 2-го варианта. 30

5. Проверочные расчеты элементов ферм 2–го варианта. 31

5.1. Определение расчетного сопротивления при статических нагрузках. 31

5.1.1. Проверочный расчет на статическую прочность. 31

5.1.2. Рассчитаем изгибающие моменты, действующие на стержни верхнего пояса. 32

5.1.3. Проверочный расчет на устойчивость. 34

5.2. Подбор сечения стойки. 36

5.2.1. Первоначальный подбор сечения стойки. 36

5.2.2. Проверка стойки на устойчивость. 37

5.3. Подбор сечения для раскосов главной фермы. 37

5.3.1. Первоначальный подбор сечения раскосов. 37

5.3.2. Проверка раскоса на устойчивость. 39

5.4. Подбор сечения для нижнего пояса главной фермы 40

6. Расчет сварных соединений элементов фермы первого варианта. 41

6.1. Крепление главной фермы к концевой балке (крепление концевого листа). 41

6.2. Присоединения нижнего пояса к концевой балке. 42

6.3. Присоединения верхнего пояса к концевому листу. 42

6.4. Расчет сварных швов, крепящих раскосы к косынкам. 43

6.5. Расчет сварных швов, крепящих стойку к косынке. 45

6.6. Расчет сварного шва, крепящего косынку с двумя раскосами к верхнему поясу. 45

7. Расчет сварных соединений элементов фермы второго варианта. 46

7.1. Крепление главной фермы к концевой балке (крепление концевого листа). 46

7.2. Присоединения нижнего пояса к концевой балке. 47

7.3. Присоединения верхнего пояса к концевому листу 48

7.4. Расчет сварных швов, крепящих раскосы к косынкам. 48

7.5. Расчет сварных швов, крепящих стойку к косынке. 49

7.6. Расчет сварного шва, крепящего косынку с двумя раскосами к верхнему поясу. 50

8. Расчет массы главных ферм I – го и II – го варианта. 51

8.1. Главная ферма I – го варианта. 51

8.1.1. Верхний пояс. 51

8.1.2. Нижний пояс. 51

8.1.3. Раскосы. 51

8.1.4. Стойки. 51

8.1.5. Общая масса главной фермы. 51

8.2. Главная ферма II – го варианта. 51

8.2.1. Верхний пояс. 51

8.2.2. Нижний пояс. 52

8.2.3. Раскосы. 52

8.2.4. Стойки. 52

8.2.5. Общая масса главной фермы. 52

8.3. Сравнение масс главных ферм I – го и II – го варианта. 52

9. Приспособление для сборки и сварки верхнего пояса второго варианта. 53

9.1. Расчет массы косынок. 53

9.2. Выбор прижимов. 54

9.3. Маршрутно-технологическая карта. 55

10. Список используемой литературы. 56

1. Задание на проектирование.

Целью данного курсового проекта является анализ двух вариантов изготовления сварных пространственных узлов главной и горизонтальной фермы мостового крана. Первый вариант рассчитан и спроектирован исходя из условия удобства сборки и сварки. Второй исходя из условия минимизации концентрации напряжений в сварных швах пространственных узлов.

2. Описание конструкции и условий работы мостового крана.

2.1. Основные конструктивные элементы и их назначение.

Мостовые краны применяют в цехах ремонтных предприятий и производственных цехах предприятий строительной индустрии.

Конструкции специальных мостовых кранов весьма разнообразны. Эти краны могут быть поступательно перемещающимися по крановым рельсам или вращающимися вокруг вертикальной оси. К вращающимся кранам относятся хордовые, радиальные и поворотные.

Поступательно перемещающиеся мостовые краны часто снабжают крюками, скобами либо специальными грузозахватными устройствами (магнитами, грейферами, механическими клещами). Механизмы мостового крана обеспечивают три движения: подъем груза, передвижение тележки и передвижение моста. Мостовые краны снабжены тележками, предназначенными для подъема и перемещение груза вдоль пролета. Тележки могут перемещаться по рельсам, закрепленные на верхних или нижних поясах мостов.

Тележки, перемещающиеся по верхним и нижним поясам балок мостов, могут быть снабжены поворотными стрелами, опорно-поворотными устройствами и поворотными частями, вращающимися вокруг вертикальных осей. На поворотных осях расположены стрелы, снабженные грузозахватными устройствами.

Мост крана состоит из двух пролётных балок, соединённых с концевыми балками. Балки коробчатого сечения выполнены из двух вертикальных стенок, верхнего и нижнего горизонтального поясов. На верхнем поясе пролётной балки закреплён подтележечный рельс, на концах которого установлены упоры для ограничения крайних положений тележки. Для обеспечения прямоугольной формы сечения и устойчивости вертикальных стенок внутри пролётной балки привариваются диафрагмы.

Механизмы передвижения с цилиндрическими колёсами выполнены по различным схемам: с центральным приводом от одного двигателя, с тормозом и редуктором на два колеса, с раздельным приводом на каждое колесо, а также с фланцевым двигателем и навесным редуктором. Наряду с цилиндрическими колёсами, применяются колёса конической формы. Приводные конические колёса механизмов при центральном приводе установлены вершиной конуса в наружную сторону. У механизмов с раздельным приводом конические колёса устанавливают вершиной конуса в наружную сторону, а неприводные — во внутреннюю. Такая схема называется «обратным конусом». Такая установка колёс центрирует кран на рельсовых путях и не вызывает его перекосов при прохождении искривлённых участков рельсовых путей.

Грузовая тележка состоит из рамы, на которой из унифицированных узлов собраны механизмы подъёма груза и передвижения тележки. Рама выполнена из опирающихся на ходовые колёса двух продольных балок, соединённых поперечными балками и покрытых сверху листом настила. На тележке предусмотрены ограничители высоты подъёма крюковой обоймы, линейка для выключателей её крайних положений на мосту крана, буфера и перила ограждения.

2.2. Нагрузки, действующие на элементы крана в процессе эксплуатации.

Все элементы мостового крана (металлоконструкция, канаты, тележка, а также подкрановые пути) находятся в нагруженном состоянии под действием собственного веса, веса механизмов и поднимаемого груза. При подъеме и опускании, а также при перемещение груза возникают дополнительные нагрузки от действующих сил инерции. Все нагрузки на элементы мостового крана можно разделить на статические и динамические. Статическая нагрузка создается весом поднятого груза и весом самого крана в состояния покоя. Динамическая нагрузка возникает в процессе разгона и торможения крановых механизмов.

Действующие нагрузки вызывают в элементах крана различные напряжения (растяжение, сжатие, изгиб, кручение и их комбинации). Напряжения зависят от действующей нагрузки и могут быть постоянными (при действии статической нагрузки) или переменными (при действии динамической нагрузки). Напряжения вызывают деформации элементов крана, изменяя их первоначальное состояние. Деформации могут быть упругими или пластическими. Упругие деформации исчезают при снятии нагрузки, т.е. крановая деталь после снятия нагрузки принимает свое первоначальное состояние. Пластические деформации приводят к необратимым изменениям элементов крана и служат причинами нарушения работоспособности крановых механизмов. Поэтому все элементы крана должны испытывать при работе только упругие деформации, а наличие пластических деформаций, приводящих к необратимым изменениям крановых деталей, недопустимо.

Допустимые нагрузки и воздействия на мостовые краны указаны в СНиП 2.01.07-85* [7].

2.3. Возможные предельные состояния элементов.

Различают три вида предельных состояний:

– состояние по несущей способности (прочности, устойчивости и выносливости), при достижении которого конструкция теряет способность сопротивляться внешним воздействиям или в ней возникают такие остаточные изменения, при которых она перестает удовлетворять предъявляемым к ней эксплуатационным требованиям;

– состояние по развитию чрезмерных деформаций от статических или динамических нагрузок, при достижении которого в конструкции, сохраняющей прочность и устойчивость, появляются обратимые деформации или колебания, вследствие чего конструкция перестает удовлетворять предъявляемым к ней эксплуатационным требованиям;

– состояние по образованию и раскрытию трещин, при достижении которого в конструкции, сохраняющей прочность и устойчивость, появляются и раскрываются крупные трещины, что исключает возможность дальнейшей эксплуатации конструкции (например, вследствие потери водонепроницаемости в связи с опасностью коррозии из-за повреждения антикоррозийного покрытия и т. п.).

3. Определение усилий в элементах главной фермы.

3.1. Построение линий влияния.

3.1.1. Панель верхнего пояса.

Определение опорных реакций.

Составим уравнение моментов относительно точки В:

, где – единичная сила (Е.С.);

– координата положения Е.С.

– реакция в точке А;

–пролет фермы.

Составим уравнение моментов относительно точки А:

, где – реакция в точке В.

Линия влияния стержня В–7.

Нагрузка справа, отбрасываем правую часть.

Составим уравнение моментов:

, где – усилие в стержне В–7;

– длина крайних стержней верхнего пояса;

– длина остальных стержней верхнего пояса;

– высота стоек вертикальной фермы.

Нагрузка слева, отбрасываем левую часть.

Составим уравнение моментов относительно точки

, где – усилие в стержне В–7;

3.1.2. Панель нижнего пояса.