Проектирование конструкции мостового крана

1. Выбор материала конструкции

2. Расчетные нагрузки

2.1 Нагрузки от веса кабины и механизмов передвижения

2.2 Нагрузки от веса груза и тележки

3. Определение изгибающего момента от вертикальных нагрузок

4. Определение оптимальных размеров в средней части пролета, условия обеспечения прочности

4.1 Расчет размеров в средней части пролета

4.2 Определение размеров поперечного сечения пролетной балки

5. Компоновочная схема моста

5.1 Балки

5.2 Компонование механизма передвижения крана

5.3 Сопряжение пролетных балок с концевыми

6. Размещение ребер жесткости

7. Строительный подъем пролетных балок

8. Прочность пролетной балки при её общем изгибе

9. Сварной шов, соединяющий накладку с концевой балкой

10. Сварной шов, соединяющий пояс со стенкой Список литературы

1. Выбор материала конструкции

Принимаем материал Ст 3сп5 с химическим составом по ГОСТ 380–2005 и механическими характеристиками по ГОСТ 535–2005 г.

Расчетное сопротивление материала при растяжении, сжатии и изгибе:

(табл. 1.2)

где нормальное сопротивление, принимаемое равным пределу текучести; = 1,05 -коэффициент надежности по материалу;

Расчетное сопротивление при сдвиге (срезе):

Расчетное сопротивление стыковых сварных швов при растяжении, сжатии и изгибе (табл. 1.3):

Расчетное сопротивление стыковых швов при сдвиге (табл. 1.5):

Расчетное сопротивление метала углового шва при срезе (табл. 1.5 и 1.7):

где = 410 МПа — нормативное сопротивление материала (табл. 1.6); = 1,25 — коэффициент надежности;

2. Расчетные нагрузки

При определении прочности металлоконструкций расчетные нагрузки рассматриваются при комбинации II А, при этом тележка находится в середине пролета моста и производится подъем груза.

Для заданных параметров пролета крана при выбранной общей схеме его исполнения и принятом материале по графику веса пролетных частей двухбалочных кранов режимных групп А4, А5 находим в качестве первого приближения нормативный вес моста (рис 4.1)

Расчетный вес полумоста (табл. 3.1):

а расчетный погонный вес полумоста (без веса кабины и приводов механизма передвижения):

2.1 Нагрузки от веса кабины и механизмов передвижения

Нормативный вес кабины (закрытой, с электрооборудованием) принимаем: Расчетный вес кабины Кабина располагается таким образом, чтобы между задней стенкой и осью подкранового рельса было не менее 1000 мм. Принимаем расстояние от середины кабины до подкранового рельса

Нормативный вес каждого привода крана грузоподъемностью 32 т составляет примерно 6 кН (табл. 7.2). Тогда расчетный вес одного привода:

Где — коэффициент надежности по нагрузке.

2.2 Нагрузки от веса груза и тележки

Нормативный вес груза рассматриваемого крана:

Расчетный вес груза:

Где — коэффициент динамичности; - коэффициент надежности по нагрузке для веса груза (табл. 4.2).

Ориентировочно нормативный вес тележки принимается по ИСО 4301/1-А5 в зависимости от режимной группы А5(см. стр. 23) ;

Расчетный вес тележки:

Где (табл. 4.2) — коэффициент надежности по нагрузке.

Расчетные усилия на ходовые колеса от веса груза и тележки для рассматриваемого крана с достаточной точностью можно принять одинаковыми:

3 Наибольший изгибающий момент от вертикальных нагрузок

Наибольший изгибающий момент от подвижных нагрузок возникает в сечении, смещенном от середины пролета на расстоянии (- база тележки), при расположении тележки соответствующим колесом над указанным сечением, т. е. это сечение отстоит от опоры В на расстоянии:

где — половина базы тележки.

Наибольший момент от подвижной нагрузки:

Здесь — равнодействующая усилий колес на пролетную балку.

В этом же сечении балки изгибающие моменты от распределенный нагрузки :

и от неподвижных сосредоточенных нагрузок и (вес приводов и кабины):

Здесь и. Суммарный расчетный изгибающий момент:

4. Определение оптимальных размеров в средней части пролета из условия обеспечения прочности

Расчет проводим по первому предельному состоянию (потеря несущей способности) при действии нагрузок комбинации IIА (табл 3.1).

Необходимая величина момента сопротивления балки при изгибе в вертикальной плоскости:

где — коэффициент неполноты расчета.

(табл 5,1 5,2 и5,3)

Подставляя в формулу численные значения параметров и коэффициентов, имеем:

Оптимальная по условию минимума веса толщина стенки балки (если принять) при обеспечении ее прочности:

где Н — высота стенки.

Это равенство не позволяет однозначно определить толщину стенки, так как в нем неизвестны Н и. Реальная высота балки у существующих мостовых кранов колеблется в пределах 1,0…1,8 м. Определим толщину стенки при различной ее высоте для Результат расчета введем в таблицу.

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

Минимальный момент инерции балки при обеспечении нормальной величины статического прогиба моста при нормативных подвижных нагрузках (табл 5,6):

Здесь — относительный статический прогиб моста; - нормативная подвижная нагрузка; - модуль упругости материала.

Толщина стенки:

где — высота балки.

Придавая высоте балки различные значения, получим соответствующие величины толщины стенки. Результаты, как и в предыдущем случае, введем в таблицу.

4.2 Определение размеров поперечного сечения пролетной балки

Высота балки мостовых кранов обычно составляет 1/16…1/18 пролета, значит для проектируемого крана с пролетом L = 22,5 м Н = (1,8…1,6) м.

Примем высоту стенки Н = 1,8 м и получим оптимальную толщину стенки. Ширину пояса для обеспечения жесткости балки в горизонтальной плоскости рекомендуется принимать:

.

Тогда .

Принимаем В = 0,6 м. Толщину пояса определяем по формуле:

м.

Данное сечение пролетной балки имеет момент инерции:

Расстояние между стенками м.

Рассчитаем геометрические характеристики данного сечения:

Момент инерции в вертикальной плоскости:

Момент сопротивления в вертикальной плоскости:

Момент сопротивления в горизонтальной плоскости:

5. Компоновочная схема моста

Компоновка моста крана определяется в значительной степени компоновкой узлов сопряжения пролетных балок с концевыми и конструкцией ходовой части крана. Краны с грузоподъемностью до 50 т устанавливают на четырех ходовых колесах, из которых два являются приводными

5.1 Балки

Концевые балки для крана 32 т проектируются, как и пролетные, коробчатого сечения с толщиной стенок и поясов Высота этих балок начинается 0,6 от высоты пролетной балки

Привод механизма передвижения крана принимается:

Двигатель МТВ 311−6, редуктор Ц2−400, тормоз ТТ-250, диаметр колеса Ширина концевой балки определяется расстоянием между серединами корпусов (букс) подшипников колес — 2С=380мм (рис7.5).

5.2 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 буксы определила конец концевой балки. Таким образом установлено положение ходового колеса относительно балки. Вал ходового колеса соединяется с выходным валом редуктора Ц2−400 посредством промежуточного вала длинной примерно 1000 мм. Далее входной вал редуктора соединяется с валом двигателя МТВ 311−6 зубчатой муфтой типа I. Тормозной шкив с тормозом ТТ-250 устанавливаем на втором входном валу редуктора.

Оставляя небольшой проход (300…500 мм) между двигателем и стенками пролетной балки (в данном случае 270 мм) получаем положение пролетной балки относительно концевой. Расстояние от оси ходового колеса до оси подтележечного рельса оказалось равным 1100 мм, а база крана Последняя с целью недопущения заклинивания крана на путях, должна быть не менее 1/6 пролета крана.

Отсюда минимально допускаемая величина базы:

м, т. е. условие отсутствия заклинивания крана выполняется.

5.3 Сопряжение пролетных балок с концевыми

Соединение балок осуществляется с помощью накладок. 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 размер пролета, 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 балки листы по ГОСТ 199 903–74 при толщине =10 мм и ширине В = 1800 мм выпускаются длинной до 12 500 мм.

Для пролета крана 28 500 мм стенка пролетной балки составляется из трех листов длинной около 28 500/3=9500 мм. Такое деление стенки необходимо также для обеспечения строительного подъема.

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

где — половина ширины пояса концевой балки.

Листы, составляющие стенку пролетной балки, нарезаются по длинне с предельными отклонениями, что для заготовок длинной 9500 мм равно 7 мм. Таким образом, длинна пролетной балки

Минимальный зазор при указанном допуске:

а максимальный:

мостовой кран нагрузка компонование прочность

6. Размещение ребер жесткости

Гибкость стенки пролетной балки в её средней части:

Шаг поперечных ребер для обеспечения прочности рельса должен быть:

где — минимальный момент сопротивления рельса;

— нормативное сопротивление материала рельса;

D = 104,25 кН — давление колеса тележки;

— коэффициент условий работы рельса.

В соответствии с этими условиями при ширине поверхности колеса (диаметром D = 710 мм), цчтанавливается рельс с шириной головки Этому размеру соответствует рельс Р43, минимальный момент которого .

При этих параметрах шаг поперечных ребер:

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

Проверка прочности поперечного ребра по условию работы его верхней кромки на сжатие делается по формуле:

где — длинна линии контакта рельса и пояса над ребром;

В = 0,114 м — ширина подошвы рельса Р43. Тогда R = 243 МПа — расчетное сопротивление материала при сжатии;

— расчетная зона давления колеса по ребру;

— момент инерции пояса;

— момент инерции рельса;

коэффициент условий работы.

Тогда:

Таким образом, напряжение сжатия:

что намного меньше допустимого напряжения

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

Величины местных напряжений:

Вдоль оси балки:

Поперек оси балки:

В этих выражениях — расстояние между диафрагмами;

- толщина пояса; - коэффициент Пуассона;

— момент инерции рельса;

b = 0,34 м — размер в «свету» между стенками балки.

Подставив числовые значения параметров в формулу имеем:

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

Подставив в это уравнение параметры, полученные выше:

Расчетное сопротивление материала:

Следовательно, прочность верхнего пояса обеспечена.

Местная устойчивость стенок при действии нормальных напряжений обеспечивается установкой диафрагм. Проверка проводится по условию:

где — критическое напряжение, при котором происходит потеря устойчивости.

Подставив значения толщины и высоты стенки в середине пролета, имеем:

=311 МПа

Отношение нормальных напряжений к критическим =0,52 что говорит о достаточно высокой устойчивости стенок.

Необходимость установки продольного ребра жесткости отпадает.

7. Строительный подъем пролетных балок

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

где — прогиб пролетной балки от веса тележки с грузом;

— прогиб пролетной балки от действия моста;

— пролет крана.

Прогиб:

Здесь — момент инерции балки при изгибе в вертикальной плоскости;

— погонный вес полумоста;

Е = 2,1МПа.

Подставив численные значения параметров в формулу, будем иметь:

Прогиб балки от веса тележки с грузом:

где — нагрузка на балку от веса груза и тележки;

Необходимый строительный подъем:

окончательно принимаем м При составлении вертикальных стенок из трех листов длинной 9,5 м строительный подъем в стыках:

Скос при схеме раскроя:

8. Прочность пролетной балки при её общем изгибе в двух плоскостях

Проверку прочности балки в средней части пролета проводим при действии нагрузок IIБ.

где и — изгибающий момент и момент сопротивления в вертикальной плоскости. Значения и — берем из выше проведенных расчетов;

и — изгибающий момент и момент сопротивления в горизонтальной плоскости; R = 243 МПа — расчетное сопротивление материала; - коэффициент условий работы.

Горизонтальные инерционные нагрузки рассчитываются по формуле:

где — ускорение крана при пуске механизма;

- ускорение силы земного притяжения:;

- расчетные силы веса изделий, создающих инерционные нагрузки;

При горизонтальные инерционные нагрузки будут равны;

От распределенной нагрузки:

От веса кабины:

От привода передвижения:

От веса груза и тележки:

Суммарный горизонтальный момент в среднем сечении пролета определим по выражениям:

гдебаза крана — момент инерции пролетной балки в горизонтальной плоскости;

Подставляя численные значения параметров в формулы, получим:

Напряжение в балке определяем по формуле:

что не превышает сопротивление материала:

9.Сварной шов, соединяющий накладку с концевой балкой

Проверяем на прочность вертикального шва по формуле:

где

=

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

- коэффициент для однопроходной автоматической сварки;

— толщина углового шва; - расчетная длинна шва, равная его геометрической длине без удвоенной толщины шва;

— расчетное сопротивление для углового шва;

— коэффициент неполноты расчета.

Подставив численные значения в формулы, получаем:

Прочность шва обеспечена.

10.Сварной шов, соединяющий пояс со стенкой

При действии вертикальных сил на балку последняя изгибается в вертикальной плоскости, и между полкой и стенками возникают горизонтальные сдвигающие усилия, которые воспринимаются сварными вами. Касательные напряжения среза:

где — статический момент брутто пояса балки;

— момент инерции брутто сечения балки.

Подставляя численные значения, получим:

Таким образом прочность шва обеспечена.

1. Расчет и проектирование металлических конструкций мостовых кранов В. Е. Дусье Ю.В. Наварский В. П. Жигульский.