Краткая технология изготовления конструкции.

Тема:«Подкрановая балка»

Рассчитать и спроектировать подкрановую балку пролетом L=12м под мостовой электрический кран грузоподъемностью Q=500/100 кН с тяжелым режимом работы.

Q=100 кН

=180kH(максимальное давление колеса на подкрановый рельс)

=40kH (масса тележки)

=400kH (масса крана с тележкой)

=6,3 м (ширина крана)

K = 5,0 м (база крана)

=31,5 м (пролет крана)

Тип рельса КР— 70

Материал В Ст3пс5-1

Расчетная часть.

1.1 Определение нагрузок и расчетных величин.

2.1.1Определяем вертикальные крановые нагрузки.

, кH

=1,1 коэффициент динамичности крана

=1,2 коэффициент надежности по нагрузке

=0,95 коэффициент сочетания

=0,95 коэффициент надежности по назначению

Определяем:

F=1,1 1,2 180 0,95 0,95= 214,434 кН

F=214,434 кН

2.1.2 Определяем нормативную горизонтальную тормозную нагрузку:

= , кН

= 0,1 коэффициент трения при торможении тележки

Определяем:

= 0,1 · 180= 18 кН

2.1.3Определяем горизонтальную тормозную нагрузку:

= · · · =, кН

= 1,0 коэффициент динамичности

Определяем:

=1,0 · 1,2 · 0,95 · 18 = 20,52кН

2.1.4 Реакции опор крана:

X = F (K - (B – K)): 3F =, см

Определяем:

X = = 123,4 см

С = + - К =,см

Определяем:

С = + - 500 = 161,7 см

= ((B – K) + K + C) + (K + C) + C =, кН

Определяем:

= · ((630– 500) + 500+ 161,7) + (500+ 161,7) + 161,7 = 287,5 кН

= 3F - =, кН

Определяем:

= 3 · 214,434 – 287,5 = 355,7кН·м

2.1.5 Наибольший изгибающий момент от вертикальных усилий:

= – F (B – K) =, кН

= 287,5 · – 214,434 · (6,3 -5,0) = 1273,78кН·м

с учетом собственного веса

= 1,03 при = 6м

= · =, кН·м

= 1,05 · 1273,78 = 1337,5кН·м

Изгибающий момент от горизонтальных усилий. (точка2)

= · = кН·м

= 1337,5 · = 152,5кН·м

2.1.6 Определяем наибольшую поперечную силу на опоре от вертикальной нагрузки при установке крана в наиневыгоднейшее положение.

= · – (B – K)] + – (B – K) - } = кН

= · {1200 +[ 1200 – (630 -500)] + [1200 – (630 -500) – 500]} = 482,8 кН

= · = кН

= 1,05 · 482,8 = 506,9 кН

2.1.7 Наибольшая горизонтальная поперечная сила.

= · =, кН

= 482,8 · = 48,3 кН

2.1.8 Построение эпюр.

= · · – (B - K) - =, кН·м

= 1,05 · 287,5 · – (6,3 – 5,0) - =1237,7кН·м

= = кН·м

= 1337,5кН·м

= · · C = кН·м

= 1,05 · 355,7 · 1,617 = 603,9кН·м

= =, кН·м

= 506,9кН·м

= =, кН·м

= 506,9 – 214,4 = 292,5кН·м

= =, кН·м

= 506,9 – 428,8= 78,1кН·м

= =, кН·м

= 506,9 – 3 · 214,434 = -136,4кН·м

Подбор сечения балки.

2.2.1 Наименьшая допустимая высота балки из условия жесткости.

= · · =, см

– модуль упругости

– предельный относительный прогиб

0,8

= · · 0,8 = 58,8 см

2.2.2 Ориентировочная толщина стенки.

= 7 + =, мм

= 7 +3 = 5,88 мм

= 8 мм

2.2.3 Требуемый момент сопротивления балки.

= =,

= = 6524,4

2.2.4 Оптимальная высота балки.

= 1,15 · =, см

= 1,15 · = 10,4 см

2.2.5 По сортаменту принимаем стенку высотой:

= 100 см

2.2.6 Проверяем толщину стенки на прочность при срезе.

· =,см

где = 0,58 ·

– коэффициент надежности по материалу

= 1,025

= 0,58 · = 12,7

0,8˃ 0,6

От местного давления колеса крана:

≥ · =, см

Где = ·

= 180 · 1,2 = 216

– коэффициент условия работы

= 1

– момент инерции кранового рельса из условий обеспечения местной устойчивости.

= 1547,4 см

≥ · = 0,2 см

≥

≥ = 0,6

0,8 ˃ 0,6

≥

0,8 ˃ 0,2

2.2.7 Назначаем толщину пояса в пределах 12÷40 мм соблюдая условие:

= (1÷3) · =, мм

= 2 · 8 = 16мм

= 16 мм

2.2.8 Высота балки равна:

= + 2· =, см

= 100 + 2 · 1,6 = 103,2 см

2.2.9 Момент сопротивления стенки.

= =,

= = 1333,3

2.2.10 Требуемый момент сопротивления поясов.

= - =, см

= 6524,4 – 1333,3 = 5191 см

2.2.11 Приближенно определяем требуемую площадь сечения одного пояса:

= 51,91

2.2.12 Назначаем ширину пояса:

= мм

Исходя из условия:

=, см

= 3,3 см

= ( ÷ ) · =, см

= · 100 = 25 см

= 250 мм

при этом отношение 15

обеспечивает местную устойчивость сжатого верхнего пояса.

= 0,8< 15

2.3 Проверка жесткости и прочности конструкции.

2.3.1 Определяем геометрические характеристики и сечения.

- площадь = · + 2 · · =,

= 0.8 · 100 + 2 · 25 · 1.6 = 160

- момент инерции сечения относительно оси х-х.

= + 2 · · 2=,

= + 2· 25 · 1.6 2 = 335786.7

- момент сопротивления сечения относительно оси х-х.

= =,

= = 6507.4

Для определения момента инерции сечения относительно оси у-у с учетом тормозной балки.

- задается № швеллера (№16, №18)

- принимаем настил сечением = 820 6,

= =, см

= = 90.7см

= – 4 + =, см

= – 4 + = 49.5 см

= ) =, см

= = 37.9 см

= + · + + · · + · · + =, см

= 63,3+18,1· + +0,6·82· + 1.6·2.5· + = 90459.6

- момент сопротивления относительно оси у-у.

= = 2310.5

2.3.2 Проверяем нормальные напряжения в верхнем поясе балки.

= + = 5% кН/

= + = 27.1 кН/

2.3.3 Проверяем опорное сечение балки на прочность при действии касательных напряжений.

= кН/

где –статический момент получения относительно оси х-х.

= · · + =,

= 2.5 · 1.6 · + = 1203.2

= = 12.7 кН/

12.7 13 кН/

2.3.4 Проверяем жесткость балки.

где – нормальный изгибающий момент.

= = 116304.3

= = 0,001

2.4 Проверка местной устойчивости стенки балки.

2.4.1 Условная гибкость.

= · = 2,5

= · = 4.3

4.3 2,5

следовательно необходима проверка на устойчивость, а т.к. ˃ 2,5, то необходима постановка ребер жесткости.

≤ 2,5 ·

= 2,5 · 100 = 250 см

2.4.2 Размещаем ребра жесткости на расстоянии:

= 2 м

2.4.3Проверяем устойчивость стенки для среднего отсека балки на совместное действие нормальных касательных и местных напряжений.

2.4.3.1 Изгибающий момент в точках «а» и «б»

= · · 2 =, кН/м

= 1,1 · 287.5 · 2 · 2 = 1265 кН/м

= · = кН/м

= 1,1 · = 1307.9кН/м

2.4.3.2 Средний изгибающий момент.

= = кН/м

= = 1286.4 кН/м

2.4.3.3 Напряжение в среднем отсеке равны:

= = кН/

= = 0,19 кН/

= =, кН/

= = 3,59 кН/

= =, кН/

– условная длина распределения давления под колесом крана.

= 3,25 · =, см

– сумма моментов инерции верхнего пояса и кранового рельса.

= + =,

= + 1081,99 = 1084,1

= 3,25 · = 36,1 см

= = 7,47 кН/

2.4.3.4 Критические напряжения равны:

= · · =, кН/

– меньшая сторона отсека.

– отношение большей стороны отсека к меньшей стороне.

= или 1

= = 2 1

Если отношение значений, то рассматриваемый отсек может выпучиться по одной полуволне и критические нормальные напряжения определяются по формуле:

= · =, кН/

– по таблице в зависимости от

= 72,7

= · · = - коэффициент защемления стенки в поясах

где = 2 – для подкрановых балок

= 2 · · = 40

= 72,7 · = 46,5 кН/

2.4.3.5 Найденные значения подставляем в формулу:

= · =, кН/

= 136,7

= 136,7 · = 21,8 кН/

= 1

= 0,46 1

2.4.4 Аналогично проверяем устойчивость в опорном отсеке, устанавливая кран у опоры.

- изгибающий момент в точках «c» и «d»

= 0

= · =,кН/м

= 1,1 · = 950,1 кН/м

- средний изгибающий момент.

= =,кН·м

= = 475,05кН·м

- напряжение в опорном отсеке.

= =, кН/

= = 7,07 кН/

= =, кН/

= = 6,33 кН/

Критические и местные напряжения остаются прежними.

- проверим устойчивость стенки в опорном отсеке:

= 0,73

= 0,73 1

Таким образом, толщина стенки = 8мм и размещение ребер жесткости через =2м обеспечивают устойчивость стенки.

2.5 Конструирование ребер жесткости.

2.5.1 Предусматриваем разные поперечные ребра, симметричные относительно стенки и со скосами для пропуска швов 20х30 мм.

2.5.2 Ширина ребра.

= + 40мм принимаем = мм

= + 40 = 73,3 мм

2.5.3 толщина ребра.

2 · · =,см принимаем =, м

2 · 8 · = 0,48 см

= 6 м

Привариваем ребра к стенке сплошными двусторонними швами.

= 4 6 мм

= 5 мм

2.5.4 Передачу опорной реакции на нижележащие конструкции производим посредством диафрагм с фрезерованным нижним краем, приваренных к торцу балки по всему контуру соприкосновения.

2.5.5 Ширину диафрагмы назначаем равной ширине поясов балки на опоре:

= , см

= 25 см

2.5.6 Тогда необходима толщина диафрагмы:

=,см

где = ,кН/см

= 1,025

= = 36,1 кН/см

= 0,6 см

Принимаем размеры диафрагмы: = 1250 300 110 мм. При этом нижний край выпускаем не более, чем на 20мм или 1,5 .

2.5.7 Проверяем устойчивость условной опорной стойки:

- площадь опорного сечения:

= 15 · + + =,

= 15 · + 25 · 0,6 = 24,6

- момент инерции сечения:

= =,

= = 781,25

- радиус инерции:

= =, см

= = 5,6 см

- гибкость:

= = 17,8

- коэффициент продольного изгиба

= 0,97

Отсюда:

= , кН/

= = 21,2

= 22,5 · 0,95 = 21,4

21,2 21,4

2.5.8 Диафрагму привариваем по всему внутреннему контуру, но условно считаем, что опорная реакция передается только вертикальными швами.

Принимаем = 6 8 мм

= 6мм

= , см

= 100см

= 1 – для автоматической сварки.

= = 4,2 18,0

2.6 Расчет поясных швов.

Верхние поясные швы выполняются в подкрановых балках с проваром на всю толщину стенки и т.к. эти швы равнопрочны основному металлу их расчет не требуется.

Принимаем катет шва:

= 6мм

и проверяем швы на срез:

= кН/

где – статический момент полусечения пояса.

= · · =,

= 25 · 1,6 · = 2032

= = 2,6 кН/

2.7 Прикрепление кранового рельса.

Проектируем подвижное разъемное крепление кранового рельса с помощью планок через 750 мм.

Для крепления в верхнем поясе предусматриваем отверстия диаметром 21÷23 мм под болты диаметром 20÷22 мм.

2.8 Определение веса конструкции.

2.8.1 Размеры и количество деталей конструкции.

№	Наименование детали	Размеры, мм	Кол-во	Примечание
	Стенка	12000×1000×8		Из 2 листов
	Пояс	12000×250×16		Из 2 листов Встык
	Ребро жесткости	1000×80×6
	Диафрагма	1032×250×6