Проектирование подкрановой конструкции

Напряжения в верхнем  поясе, который относится ко второй группе, по СНиП II-23-81,

 МПа

Определяем при n=2*10⁶

для сжатого пояса при p=+0,1; находим

Y_C=2/(1-p)=2/(1-0.1)=1.8

 МПа < МПа

где R_V=100 МПа – расчетное сопротивление усталости.

Аналогично для нижнего пояса, относящегося к четвертой группе при R_V=75 МПа:

 МПа

Y_v=2,5/(1,5-p)=2,5/(1,5-0.1)=1.78

 МПа < МПа,

выносливость поясов обеспечена.

Проверяем на выносливость верхнюю  зону стенки по формуле:

<R_v

где МПа

 МПа

 МПа

 МПа

 МПа <75МПа

Проверку общей устойчивости подкрановой  балки не производим, так как ее верхний пояс закреплен с тормозной  балкой по всей длине.

1.7 ПРОВЕРКА МЕСТНОЙ УСТОЙЧИВОСТИ

 

 Местная устойчивость  сжатого верхнего пояса

 

Местная устойчивость сжатого верхнего пояса обеспечена, так как

<

Местную устойчивость стенки проверяем  т.к.

> - для балок с двухсторонними поясными швами и наличием местных напряжений.

Устанавливаем поперечное ребро через  a= см. Для балок несимметричного сечения при:

> и

проверка производится дважды.

 

 

 Первый отсек

 

Определяем изгибающий момент и поперечную силу в сечении 1 при установке кранов показанной на рисунок 1.6 б, в.

Расчетные усилия в первом отсеке:

кН*м

 кН (по всему отсеку)

Определение напряжений:

МПа

 

МПа

 МПа (смотреть выше)

Определение критических  напряжений в отсеке

Первый случай:

 МПа,

где  С₂=39,2 при ;

 МПа,

где ,

С₁=22,5 при

 МПа,

где ,

.

Проверяем местную устойчивость по формуле:

<

 

 

 

 

Второй случай:

 

 МПа,

где С_or=35.1 при δ=11,6.

 МПа,

где С_or=22.5 при ;

< .

 

 Средний отсек  (рисунок 1.6 г-ж)

 

Расчетные значения усилий в отсеке:

кН*м

 кН

Определение напряжений:

 МПа

 МПа

 МПа (смотреть выше)

Критических напряжений в отсеке, так же как и в первом

 

Первый случай:

<

Второй случай:

< .

Устойчивость стенки с поперечными ребрами, расположенными с шагом 1,5 м , обеспечена.

Размер ребер жесткости:

мм

мм

Принимаем b_n*t_s=100*8 мм, которые привариваются двухсторонними швами катетом k_f=6 мм. Ребра не привариваются к верхнему и нижнему  поясу. В поперечных ребрах жесткости внутренние углы срезаются на 40-50 мм для пропуска поясных сварных швов.

 

1.8 РАСЧЕТ СОПРЯЖЕНИЙ  УЗЛОВ БАЛКИ\1\

 

Сопряжения верхнего пояса  со стенкой конструкции с разделкой  кромки стенки и полным проваром на всю толщину стенки. В этом случае сварное соединение равнопрочное основному металлу и расчета швов не требуется. Принимаем k=9 мм

Требуемая толщина нижних поясных швов определяется по формуле:

см

где кН- сдвигающее усилие в поясе на единицу длинны, см³ ,

кН-давление от сосредоточенного груза  на единицу длинны, γ=1.6- коэффициент  для тяжелых режимов работы.

Принимаем k=8 мм

 

 

1.9. РАСЧЕТ ОПОРНОГО РЕБРА\2\

 

Опорное ребро балки опирается  на колонну строганным торцом (рисунок 1.7) из конструктивных соображений принимаем сечение опорного ребра 530*30 площадь смятия ребра А=159 см² .

 

 

Рисунок 1.7 Расчетная схема ребра подкрановой балки.

 

 

Проверяем напряжение смятия в опорном ребре:

 МПа < МПа

Проверяем условную опорную  стойку на устойчивость.

 

 

Для этого предварительно определяем:

Расчетная площадь сечения:

см²,

где ;

Момент и радиус инерции  сечения условной стойки:

 см⁴

 см

Гибкость опорной стойки:

, следовательно, коэффициент  продольного изгиба по СНиП  – φ = 0,965.

Проверяем устойчивость опорной стойки:

 МПа < МПа

 

1.10. РАСЧЕТ СВАРНОГО  СОЕДИНЕНИЯ ОПОРНОГО РЕБРА СО  СТЕНКОЙ ПОДКРАНОВОЙ БАЛКИ\1\

 

Проверяем прочность сварных угловых  швов прикрепления торцевого ребра  к стенке – сварка ручная:

Требуемый катет сварных швов рассчитывается по формуле:

см<0,8см

где n=2 – число швов, β – коэффициент зависящий от формы шва,β=0,7- для многопроходной автоматической и полуавтоматической сварки и ручной дуговой, R_w=180 МПа,  γ_c.-коэффициент условий работы. Принимаем k=8 мм.

Горизонтальные швы, прикрепляющих  ребро к поясам балки, при строганых  торцах ребер назначаем минимального катета.

 

1.11 РАСЧЕТ КРАНОВОГО УПОРА\3\

 

Условно упор рассчитывают как консоль на силу удара крана  об упор.

Предельное значение горизонтальной нагрузки Q, направленной вдоль кранового пути и вызываемой ударом тупиковый упор, определяется по СНиП.

• предельное значение нагрузки Q=150 кН
• высота упора h₀=1200 мм.

Определяем напряжения при статическом  приложении нагрузки:

Максимальный момент в заделке  M=Q*1.2 , тогда

 МПа,

где W-сумма моментов сопротивления пластин.

Определяем прогиб балки при  статическом приложении нагрузки:

м,

где

Определяем коэффициент динамичности при горизонтальном ударе:

где v – скорость передвижения крана в момент удара, принимаемая равной половине номинальной, м/с;

      v_ном = 120м/мин = 2м/с

      v = 1м/с

Определяем напряжение при ударе:

σ_д = k_д*σ_ст = 2,3*32.8 = 76МПа

Проверяем прочность сварных угловых  швов прикрепления упора к верхнему поясу подкрановой балки:

- сварка ручная

- k_f = 7 мм

- расчетная длина  шва:

l_w = 100 см

Напряжение в шве:

 кН/см² 18 МПа σ_д = 76 МПа,

где β_ƒ = 0,7 – для ручной сварки

т.е. прочность крепления упора  обеспечена.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

    2 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОНСТРУКЦИИ

 

2.1 ХАРАКТЕРИСТИКА СВОЙСТВ  МАТЕРИАЛА КОНСТРУКЦИИ

 

Для обеспечения необходимых свойств сварных соединений и конструкций решающее значение имеет выбор материала. Прочностные свойства металла определяются его механическими характеристиками .

Для изготовления сварных конструкций  широко применяют стали углеродистые обыкновенного качества.

При выборе материала руководствуются  следующими основными требованиями:

- обеспечение необходимой прочности  и жесткости при наименьших  затратах на изготовление с  учетом максимальной экономии  материала;

- гарантированное условие хорошей свариваемости при минимальном разупрочнении и снижении пластичности в  зонах сварных соединений;

- обеспечение надежности эксплуатации  конструкции при заданных статических, усталостных и динамических нагрузках, применяемых температурах.

Выбор основного металла для строительных сварных конструкций регламентирован строительными нормами и правилами СНиП — В. 3 —72, согласно которым стали подразделены на классы по нормативным значениям временного сопротивления, предела текучести и относительного удлинения (табл. 7). При производстве строительных конструкций широкое применение получили хорошо свариваемые стали группы В класса С 38/23 следующих марок: ВСтЗсп, ВСтЗпс, ВСт3гсп. Применение спокойной стали для всех конструкций, работающих при температурах ниже — 3О, ‘ а так же конструкций с тяжелым режимом работы независимо от температуры эксплуатации.

Сталь ВСт3сп (ГОСТ 380-94) отвечает основным эксплуатационным условиям. Сталь обладает удовлетворительными механическими  свойствами.

 Сталь ВСт3сп обладает хорошей  свариваемостью, т.е. сваривается без ограничений всеми видами сварки.

Данная сталь широко применяется  при изготовлении конструкций мостов, строительных сооружений, подъемно-транспортных и дорожных машин, т.к. обладает достаточной прочностью и пластичностью, хорошей свариваемостью, прочностью при динамических нагрузках, стойкостью при отрицательных температурах.

Применение данной стали ВСт3сп6 обеспечивает необходимые технологические  свойства конструкции и повышает экономичность изготовления. Возможность  применения стали ВСт3сп подтверждено расчетами.

 

2.2 ХАРАКТЕРИСТИКА  СВОЙСТВ СТАЛИ ВСт3сп5

 

Малоуглеродистая сталь при  нормальной температуре представляет собой твердый раствор в виде кристаллического тела, состоящий из двух основных компонентов – феррита  и перлита, который является смесью очень твердого химического соединения карбида железа Fе₃С (цементита) с пластинами феррита. В малоуглеродистых сталях перлит располагается главным образом по стыкам ферритных зерен или в виде вкраплений между ними. При увеличении числа участков перлита сталь становится более прочной, но менее пластичной. Работа стали в конструкции существенно зависит от ее структуры, от условий ее кристаллизации.

В стали всегда содержатся примеси  марганца, кремния, фосфора и серы, в сумме обычно не превышающие 1%. Фосфор и сера являются вредными примесями, но их не удается полностью удалить в процессе плавки стали. Содержание в стали более 0,45% фосфора делает сталь хрупкой при низких температурах (свойство хладноломкости). Содержание более 0,055% серы делает сталь красноломкой, т.е. способствует образованию трещин в горячем состоянии.

Сталь получают в конверторах с  продувкой кислородом сверху или  в мартеновских печах. После плавки сталь выливают в ковш с дальнейшим разливом в изложницы, где происходят остывание и кристаллизация металла. В процессе кристаллизации выделяется большое количество газов и неметаллических включений. Бурное выделение газов (кипение) способствует образованию металлических газовых пузырей. Сталь, полученная таким способом, называется кипящей.

Спокойная сталь выгодно отличается от кипящей тем, что остывание  ее в изложницах происходит спокойно, без бурного выделения газов. Это достигается введением раскислителей  – кремния, алюминия, марганца и  др., которые связывают газы, с  концентрированием усадочной раковины в верхней части слитка. Эту часть слитка (15%) срезают и отправляют в переплав. В результате сталь получается более однородной как по химическому составу, так и по механическим показателям.

Поставляемый сортамент листов соответствует ГОСТ 14637-89, ГОСТ 16523-97, ТУ 108.11.908-87, ТУ 141-5032-91, ТУ 302.02.988-92.

В сварочной технике в зависимости  от содержания углерода конструкционные  углеродистые стали условно разделяют  на три группы: низко-, средне- и высокоуглеродистые с содержанием соответственно до 0,25; 0,26…0,45 и 0,46…0,75 % C. Они широко применяются при производстве машиностроительных конструкций, работающих при температурах -40…+425 ⁰C. Технология сварки этих сталей различна. Даже для сталей одной марки в зависимости от её плавочного состава и условий эксплуатации сварной конструкции технология сварки может существенно разниться.

Углерод является основным легирующим элементом в углеродистых конструкционных  сталях и определяет их механические свойства. Повышение его содержания усложняет технологию сварки и затрудняет получение равнопрочного сварного соединения без дефектов. По качественному признаку углеродистые стали, разделяют на две группы: обыкновенного качества и качественные. По степени раскисления стали обыкновенного качества обозначают следующим образом: кипящую-кп, полуспокойную-пс и спокойную-сп. Спокойные стали, получаются при раскислении марганцем, алюминием и кремнием и содержат ≥0,12 % Si; сера и фосфор распределены в них более равномерно, чем в кипящих сталях. Эти стали менее склонны к старению и слабее реагируют на сварочный нагрев. Сталь обыкновенного качества поставляют без термической обработки в горячекатаном состоянии. Изготовленные из неё конструкции также не подвергают последующей термической обработке. Эти стали производят по ГОСТ 380-94, 5520-79 и 5521-93 (таблица 2.1).

 

Таблица 2.1 – Химический состав стали Ст3сп. /11/ ГОСТ 380-94

Химический  элемент	Содержание, %
С	0,14-0,22
Mn	0,40-0,65
Si	0,12-0,30
P	Не более 0,04
S	Не более 0,05
Cr	Не более 0,30
Ni	Не более 0,30
Cu	Не более 0,30
As	Не более 0,08

 

Марганец, помимо раскисления, в этих количествах  полностью растворяется в феррите и  упрочняет его, увеличивает прокаливаемость стали, а также уменьшает вредное  влияние серы, связывая ее.