Курсовая работа: Сварка подкрановой балки

Введение

Сварка-процесс получения неразъёмных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их местном или общем нагреве, пластическом деформировании или совместном действии того и другого.

История сварки берет свое начало с открытия электрической дуги в 1802г. профессором физики В.В. Петровым, который предположил, что данное явление может иметь практический смысл, что и воплотил в жизнь в 1881г. русский изобретатель Н.Н. Бенардос, который использовал электрическую дугу для соединения стали с использованием присадочной проволоки. В последствии такая сварка применялась на железной дороге при ремонте подвижного состава.

Чуть позже, в 1888 году, российский инженер Н.Г.Славянов усовершенствовал технологию сварки, предложив использовать электрическую дугу с плавящимся металлическим электродом. Так же он применил флюс для защиты металла сварочной ванны от воздействия воздуха и изготовил сварочный генератор собственной конструкции, а также организовал первый в мире электросварочный цех.

Тем не менее в дореволюционный период сварка не получила широкого распространения на территории России, а широко применятся сварка стала только в 1920-х годах на различных промышленных предприятиях, тогда же стали появляться все более и более совершенные сварочные аппараты благодаря разработкам таких советских ученых как В.П. Никитин, Д.А. Дульчевский, К.М. Новожилов, Г.З. Волошкевич, К.В. Любавский, Е.О. Патонов, некоторые из которых даже удостоились государственных наград за свои труды в развитии данной области. Сварка позволила сделать промышленность страны более экономически выгодной, поскольку могла заменить дорогостоящие и трудоемкие процессы, такие как, например, клепка или литье, также сокращались и расходы металла, стоимость оборудования, свою роль сыграла так же возможность автоматизации и механизации сварочных работ.

В начале третьего тысячелетия сварка является одним из ведущих технологических процессов создания материальной основы современной цивилизации. Более половины валового национального продукта промышленно развитых стран создается с помощью сварки и родственных технологий. До 2/3 мирового потребления стального проката идет на производство сварных конструкций и сооружений. Во многих случаях сварка является единственно возможным или наиболее эффективным способом создания неразъемных соединений конструкционных материалов и получения ресурсосберегающих заготовок, максимально приближенных по геометрии к оптимальной форме готовой детали или конструкции. Непрерывный рост наукоемкости сварочного производства способствует повышению качества продукции, ее эффективности и конкурентоспособности. Сварка и родственные технологии будут и в дальнейшем интенсивно развиваться, поскольку они являются ключевыми для ведущих отраслей современной промышленности. В заключение отметим, что дуговой разряд, открытый В.Б. Петровым в 1802 г., не исчерпал еще всех своих возможностей и областей применения, включая и область сварочного производства.

1.Описание конструкции, ее назначение

Подкрановыми балками называют подъемно-транспортные системы, которые предназначены для перемещения крупных грузов внутри помещения называют мостовыми кранами.

Этот простой механизм состоит из:

· Несущего моста (основная работающая часть)

· Механизм, приводящие систему в движение и обеспечивающие ее мощность

· Тележки, которая движется вдоль моста и переносит грузы.

Подкрановые балки (Рис.1) служат основой для передвижения мостового крана. В общем виде эти элементы включают в себя консоли и движущиеся элементы.

Подкрановые балки могут быть стальные и железобетонные, а также различаются диапазоном грузоподъемности.

Рис.1 Стандартный вид подкрановой балки.

Стальные подкрановые балки как частная и наиболее распространенная вариация конструкции обладают достаточно высокой грузоподъемностью и отличаются длительным и надежным периодом эксплуатации. Они монтируются в нижней части ферм (край или центральная часть), размер определяется пролетом помещения.

При наличии стальных колонн подкрановые балки применяются для любой грузоподъемности, а при колоннах из железобетона допускается их установка при шаге колон более 12 метров.

Стальные подкрановые балки могут иметь сплошную структуру или решетчатую. Последние имеют некоторое техническое и экономическое преимущество.

При разном шаге колонн и функциональных особенностях помещений рекомендуется применять разные виды балок (Рис.2). При разном шаге колонн также можно применять разные виды креплений для верхнего пояса.

Рис.2 Подкрановые балки в промышленных зданиях

Подкрановые балки -- это практически обязательный элемент внутреннего обустройства промышленных помещений. Они могут отличаться по высоте, определяться формой ферм и зависеть от ряда других показателей, но свои функции они выполняют одинаково.

По своей сути, подкрановые балки определяют путь следования мостового крана по мере выполнения поставленной задачи внутри помещения. Мостовые краны и механизмы должны иметь опору, по которой они могут передвигаться. В зависимости от индивидуальных характеристик конструкций могут различаться отдельные параметры системы.

Подкрановые балки крепят к консолям с помощью анкерных болтов. Крепежные элементы пропускают через лист, приваренный к закладному эелменту. Консоли располагаются вдоль определенного участка цеха, ширина определяется пролетом, а вариант крепления зависит от проектной мощности.

Расшифровка 09Г2С означает, что перед нами сталь имеющая 0,09% углерода, до 2% марганца, и менее 1% кремния и поскольку общее кол-во добавок колеблется в районе 2,5% то это низколегированная сталь. Свариваемость материала: без ограничений.

Химический состав в % материала 12Г2С

ТУ 14-1-1308 - 75

Исходные данные для выполнения курсовой работы

1.Расчёт давления на подкрановую балку передаваемого ходовой частью крана.

Мостовой кран перемещается по двум подкрановым балкам, расположенных на параллельном расстоянии Lкр. Будем называть расчётным пролётом крановой балки (Рис. 3.)

Рис. 3. Двутавровая балка.

Дано:

R = 3400 кгс/см;

l = 1220 см²;

k₁ = 4.8;

[T_ср] = 0.6* R;

T^н _попер=0.7;

?з_{M max} = 7.5;

?з_{Q max} = 0.17;

?з_QM = 2.78.

Подкрановая балка будет испытывать максимальное давление от колёс крана при ближайшей к ней расположенной тележки с грузом характеризуемые расстояние а- параметром крайнего положения тележки крана, при этом величина максимального давления на подкрановую балку составит: q^н_кр - нормативная интенсивность определяется по формуле:

q^н _кр = = = 0.93 Т/м.

W₁- площадь треугольной линии опорного давления R₂=P^н _max, площадь треугольной линии определяется по формуле:

W₁===7.5

P^н- нормативное значение равное половине веса тележки и поднимаемого груза, нормативное значение определяется по формуле:

P^н = = = 9 т

y₁ и y₂ - ординаты линии влияния по осям действия сил P, ординаты линии определяются по формуле:

yб = = = 0.06 м

y_{1 =} yбЧ(L_кр. - (б+0.5Чb)) = 0.06Ч(15 - (1.5+0.5Ч3.1)) = 0.717 м

y_{2 =} yбЧ(L_кр. - (б-0.5Чb)) = 0.06Ч(15 - (1.5 - 0.5Ч3.1)) = 0.903 м

2N = q^н_кр ЧW₁+ P^нЧ( y₁+ y₂) = 0.93Ч7.5+9Ч(0.717+0.903) =21.55 т

P^н_max = 2N = 21.55 т

где N - давление колес ходовой части крана.

Определим расчётные усилия (моменты и поперечные слиы, M и Q):

P = P^н_maxЧ1.1Чn = 21.55Ч1.1Ч1.2 = 28.4 т

T = T^н_попер.Ч1.1Чn = 0.7Ч1.1Ч1.2 = 0.9 т

M_x =PЧ?з_{M max.} = 28.4Ч7.5 = 213 тс_Чм

M_y = TЧ?з_{M max.} = 0.9Ч7.5 = 6,75 тс_Чм

Q_м = PЧ?з_QM = 28.4Ч0.17 = 4.8 тс

Q_max. = PЧ?з_{Q max} = 28.4Ч2.78 = 78.95 тс

2. Определение сечения балки

Определение сечения стенки балки.

h_ст >h_min< h_опт.< h_max

Определим минимальную высоту балки исходя из жёсткости:

h_min = , см

где R - расчётное сопротивление, кгс/;

L - длина балки, см;

n = 1.2 - коэффициента запаса.

Исходя из того, что для подкрановых балок жёсткость находится в следующей пропорции:

=

Выразив из формулы допустимый прогиб балки f получим:

f =

После подстановки получим:

h_min = = = 102 см

Далее необходимо предварительно принять толщину стенки.

Если h < 1 м, рекомендуется брать у = 6…8 мм.

Требуемый момент сопротивления балки:

у _ст ? = = 0.78 см

W_тр = = = 7544.1 см³

где M_x = 10⁵ кгс/см

у _ст = 0.78 мм

Определим h_max = (1.3…1.4)Ч = 1.3Ч = 0.004 см

Если h_min < h_опт < h_max, то выбираем h_опт.

Если h_min > h_опт < h_max, то необходимо принять либо h_min, либо поменять сталь на менее прочную [Rv] что обеспечит снижение оптимальной и минимальной высоты.

Определение сечения пояса балки:

A_п ? - ? - ? 48.1

Так как балка симметричная примем A_п для верхнего и нижнего пояса равными.

Ширину пояса называют исходя из требований местной и общей устойчивости.

b_п = (1/5…1/3) h_ст = 1/3.6Ч110 = 30, толщина стенки пояса должна соответствовать условию:

у _п ? 3у _ст

Обычно толщина пояса с градацией по ГОСТ-82-70 для толщины 12…40 см.

Толщина полки определяется:

у _п = ? 3у _ст = = 1.60 ? 3

3. Проверка сечения балки на прочность и устойчивость

Проверка на прочность

Рассмотрим работу сечения в вертикальной плоскости. Должно соблюдаться условие:

J_x = =

=2110204.38см

J_y = = = 5017.47

W^в_x, W^в_y - момент сопротивления верхнего пояса относительно осей X-X и Х-Х соответственно, определяется по формуле:

W^в_x = = = 39077.85

где J_x - момент инерции относительно оси X-X,

у_вп - толщина верхнего пояса, см;

W^в_{y =} = = 4558.6

где J_y - момент инерции относительно оси Y-Y,

b_вп - ширина верхней полки, см

у_вп = + = + = 0.006 ? 3400 кгс/

W^н = = = 39077.85

Определим напряжение в нижнем поясе, должно соблюдаться следующее условие:

у_нп = ? R = = 10.09 ? 3400 кгс/

где у_нп , R- кгс/

Определим касательное напряжение в сечении возле опор балки при действии Q_max .

F_вп - площадь сечения верхней полки определяется по формуле:

F_вп = b_вpЧ у_вп = 22Ч0.006 = 0.132

S^вп_x - статический момент верхней полки, определяется по формуле:

= 0.132 Ч = 6.732

- статический момент стенки, определяется по формуле:

= = = 1014.39

- статический момент части сечения расположенный выше нейтральной оси, статический момент части сечения определяется по формуле:

= + = 6.732 + 1014.39 = 1021.12

ф = ? [] = 0.6 Ч 3400 = 29.79 кгс/ ? 2040 кгс/ , где Q_max = кгс

Определим средние касательные напряжения в сечении. Должно соблюдаться следующее условие: