Проектирование металлоконструкций для студентов специальности 7

Работа добавлена на сайт samzan.net:

Министерство образования и науки Украины

Донбасская государственная машиностроительная академия

Методические указания

К курсовой работе по дисциплине

«Проектирование металлоконструкций»

для студентов специальности 7.090214

Краматорск 2006

УДК 624.04.621.87

Методические указания к курсовой работе по дисциплине
«Проектирование металлоконструкций» для студентов специальности 7.090214/Сост.: В.С. Шнюков, В.А. Койнаш.– Краматорск: 2006.– 79 с.

Изложены общие требования к объему и содержанию курсовой работы. Приведены варианты заданий и краткие методические рекомендации по их выполнению.

Составитель В.С. Шнюков доц., к.т.н.,

ас. В.А. Койнаш

Отв. за выпуск В.Г. Крупко, доц., к.т.н.

Содержание

Введение

Дисципліна «Проектування металевих конструкцій ПТБіДМ» належить до циклу професійно – орієнтованих дисциплін і вивчає методи розрахунку та проектування металевих конструкцій, які застосовуються у підйомно-транспортних, будівельних, дорожніх та меліоративних машинах (ПТБ і ДМ). В цих машинах металева конструкція складає кістяк машини, на якому змонтовані механізми, тому для майбутніх фахівців спеціальності 8.090214 “Підйомно – транспортні, будівельні, дорожні, меліоративні машини і обладнання” (ПТБ і ДМ) ця дисципліна є одною з найважливіших. Вона базується на знаннях, отриманих студентами при вивчанні дисциплін загальноосвітнього та загально-інженерного циклу, таких як: вища математика, фізика, теоретична механіка, опір матеріалів, технологія конструкційних матеріалів, деталі машин та дисципліни спеціального напрямку – вантажопідйомні машини. В свою чергу знання даної дисципліни застосовуються в подальшому при вивчанні дисциплін спеціального циклу, а також при курсовому і дипломному проектуванні.

Данная курсовая работа является завершающим этапов изучения дисциплины "Проектирование металлоконструкций" и представляет собой комплексное решение расчетных, конструкторских и технологических задач, связанных с проектированием металлической конструкции подъемно-транспортной машины.

1 Цель и тематика курсовой работы

Целью курсовой работы является дальнейшее практическое освоение дисциплины «Проектирование металлических конструкций ПТCиДМ», состоящее в приобретении студентами навыков конструирования и расчетов металлических конструкций (как с помощью калькулятора, так и с помощью ЭВМ), а также использования действующих в Украине государственных нормативных документов.

Темами курсовых работ могут быть:

1) мост мостового крана решетчатого или листового исполнения;

2) стрела поворотного крана ферменного исполнения;

3) пролетное строение или опора козлового крана или мостового перегружателя;

4) тематика, связанная с потребностями конкретных предприятий, для которых ведется подготовка специалиста.

2 Задание на курсовую работу

Задание на курсовую работу выдается индивидуально каждому студенту на специальном бланке. В задании указываются следующие исходные данные:

1) тип подъемно-транспортной машины;

2) грузоподъемность;

3) пролет крана или длина стрелы (консоли);

4) скорость рабочих движений машины;

5) условия эксплуатации;

6) режим работы крана по ГОСТ 25546-83;

7) схема решетки (как правило, для решетчатых металлоконструкций);

8) тип производства при изготовлении металлоконструкции, наличие современного сварочно-сборочного оборудования;

9) рекомендации по применению ЭВМ и САПР;

10) дополнительные сведения, связанные со спецификой конкретных заданий.

Варианты заданий с цифровыми данными по теме 1 приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1 – Варианты заданий для проектирования крановых мостов листового исполнения

№

Вар.

Режим
рабо-ты

Место

уста-новки

100

7,2

200

250

12,5

160

6,3

150

320

100

125

6,3

100

12,5

320

16,5

19,5

34,5

27,5

22,5

17,5

22,5

42,5

34,5

22,5

32,5

16,5

30,5

16,5

21,5

40,5

36,5

20,5

16,5

22,5

27,5

19,5

18,5

14,5

22,5

16,5

22,5

19,5

20,5

17,5

22,5

32,5

0,25

0,16

0,23

0,35

0,25

0,12

0,13

0,22

0,13

0,18

0,21

0,17

0,27

0,16

0,11

0,30

0,075

0,06

0,20

0,14

0,15

0,09

0,12

0,26

0,10

0,18

0,40

0,18

0,30

0,22

0,10

0,11

0,06

0,14

0,25

1,50

1,20

1,42

2,06

2,10

1,30

1,20

1,70

1,30

1,60

0,53

1,35

0,52

1,30

0,80

1,20

1,40

1,10

1,35

0,90

0,60

0,45

0,90

1,20

0,60

0,90

1,10

1,70

2,10

1,35

0,80

1,60

0,53

0,90

2,10

0,75

0,60

0,71

1,00

1,05

0,65

0,60

0,85

0,65

0,80

0,38

0,66

0,33

0,65

0,40

0,20

0,50

0,90

0,65

0,40

0,30

0,10

0,30

0,60

0,30

0,20

0,40

1,35

1,05

1,20

0,40

0,80

0,38

0,45

1,05

+40

+60

+40

+20

+40

+20

+60

+40

+20

+30

+60

+20

+60

+20

+40

+20

+40

+30

+40

+20

+30

+20

+40

+20

-20

-40

-20

-70

-20

-70

-20

-40

-5

-60

-5

-70

-5

-60

-5

-40

-5

-40

-20

-40

-30

-10

-20

-40

3К

7К

8К

2К

7К

4К

2К

3К

6К

7К

8К

3К

5К

1К

5К

4К

6К

3К

5К

8К

3К

2К

1К

6К

7К

2К

6К

3К

7К

8К

5К

4К

6К

7К

6К

Место установки: 1Механический цех машиностроительного завода; 2 Литейный цех машиностроительного завода; 3 Мартеновский цех машиностроительного завода: 4 Открытая эстакада ЦМК; 5 Открытая эстакада копрового цеха; 6 Кузнечно-прессовый цех (склад поковок); 7 Открытая эстакада в условиях Крайнего Севера; 8 Химический завод с повышенной влажностью; 9 Шихтовый пролет мартеновского цеха; 10 Открытая эстакада мартеновского цеха; 11 Разливочный пролет мартеновского цеха; 12 Открытый склад металла ЦМК; 13 Механосборочный цех; 14 Открытый склад заготовок; 15 Пролет поковок ЦМК; 16 Химическое производство с агрессивной средой; 17 Разливочный пролет конверторного цеха; 18 Открытая эстакада; 19 Участок сборки механосборочного цеха; 20 Печной пролет литейного цеха; 21 Открытый склад металла; 22 Пролет мехобработки; 23 Литейный цех (перегрузка песка).

3 Объем и общие требования к содержанию курсовой работы

Курсовая работа состоит из расчетно-пояснительной записки объемом 30…40 листов формата А4 и двух листов чертежей формата А1 (графическая часть). Расчетно-пояснительная записка и чертежи должны быть оформлены строго в соответствии с требованиями ЕСКД.

3.1 Содержание расчетно-пояснительной записки

1 Введение.

2 Обоснование общей схемы металлоконструкции, выбор основных конструктивных параметров.

3 Выбор метода расчета (метод допускаемых напряжений или метод предельных состояний).

4 Выбор материала для несущих и вспомогательных элементов, определение расчетных сопротивлений и допускаемых напряжений.

5 Определение нагрузок и их расчетных сочетаний.

6 Выбор расчетных схем и определение внутренних силовых факторов в элементах.

7 Определение размеров несущих элементов металлоконструкции (проектировочный расчет).

8 Обоснование местной и общей устойчивости металлоконструкции.

9 Проверочные расчеты.

10 Расчет сварных швов и болтовых соединений.

11 Расчет металлоконструкции на выносливость (выполняется при необходимости).

12 Проверка на жесткость и расчет строительного подъема (для пролетных кранов).

13 Защита металлоконструкции от коррозии.

По согласованию с руководителем с учетом специфики конкретных заданий отдельные из перечисленных разделов могут быть исключены или заменены.

3.2 Содержание графической части

На первом листе вычерчивается общий вид металлоконструкции. Как правило, это три основных проекции в масштабе 1:10, 1:20, 1:50, 1:100 с видами, сечениями и разрезами, раскрывающими более мелкие конструктивные элементы и особенности.

На втором листе представляется чертеж крупного составного элемента металлоконструкции, входящего в общий вид как сборочная единица под определенным номером позиции.

На обоих листах должны быть показаны сварные швы в принятой системе обозначений, а также выносные цифровые обозначения позиций для составления спецификаций. К каждому листу составляется спецификация, которая оформляется в соответствии с ЕСКД и прикладывается к расчетно-пояснительной записке.

Так, применительно к заданию «Проектирование кранового моста листового исполнения» на первом листе вычерчивается общий вид моста: три основных проекции, поперечный разрез, место соединения главной балки с концевой. На втором листе могут быть: балка главная, балка концевая, площадки обслуживания. При этом вычерчивается также три проекции и конкретные разрезы.

Применительно к решетчатым мостам на первом листе должен быть изображен мост в трех проекциях с разрезами и видами моста в сборе. На втором листе вычерчивается главная ферма: одна проекция, поперечные разрезы, схема решетки, узлы (места соединения концов стержней) в более крупном масштабе.

При проектировании крановых решетчатых стрел на первом листе изображается расчетная схема и результат расчета усилий в стержнях. На втором листе вычерчивается металлоконструкция стрелы с соблюдением правил машиностроительного черчения. Аналогичная графическая часть выполняется при проектировании решетчатых опор козловых кранов и мостовых перегружателей.

4 Методические рекомендации по выполнению разделов расчетно-пояснительной записки

В разделе необходимо показать функциональное назначение металлоконструкции в подъемно-транспортных машинах, их влияние на основные технико-экономические показатели машин. Отметить основные направления научно-технического прогресса в области проектирования, изготовления и эксплуатации крановых металлоконструкций. Указать конкретные пути создания металлоконструкций кранов по теме курсовой работы, обеспечивающих конкурентоспособность производимых в Украине грузоподъёмных машин на мировом рынке. Информация для введения приведена в литературе [2, с. 5…9; 3 с. 5…8].

4.1 Обоснование общей схемы металлоконструкции, выбор
основных конструктивных параметров

В этом разделе необходимо изобразить общую схему металлоконструкции, показать ее основные составные части, описать их конструкцию, назначение и степень ответственности при эксплуатации крана. Приступая к выполнению этого раздела необходимо проработать литературу, а именно:

– применительно к крановым мостам листового исполнения – [1, с. 91…196; 2, с. 363…395; 3, с. 298…306; 4, с. 205…218];

– применительно к крановым мостам решетчатого исполнения – [2, с. 280…285, 368, 381…389; 3, с. 230…234, 298, 316…321; 5, с. 168…176];

– применительно к крановым стрелам [5, с. 176…179; 6, с. 215…216];

Для определения общей конструктивной схемы кранового моста листового исполнения необходимо принять следующие проектные решения:

1) назначить число ходовых колес крана;

2) определиться с конструкцией соединения главной балки с концевой;

3) принять вариант установки подтележечного рельса (либо рельс будет установлен на верхнем поясе между стенками, либо над одной их вертикальных стенок).

Число ходовых колес крана назначается в зависимости от грузоподъемности (табл. 4.1).

Таблица 4.1 – Выбор числа ходовых колес крана

Грузоподъемность, т
Число ходовых колес	4	8	16

Конструкция узла соединения главной балки с концевой зависит от грузоподъемности (табл. 4.2).

Таблица 4.2 – Выбор схемы соединения главной балки с концевой

Грузоподъемность, т
Схема соединения	«Ташкентская»	«Полуэтажная»	«Этажная»

Наиболее распространенным способом установки подтележечного рельса – между вертикальными стенками, однако при больших грузоподъемностях (т) рекомендуется установка рельса над стенкой.

Под выбором основных конструктивных параметров понимается определение ориентировочных размеров металлоконструкции из опыта проектирования (табл. 4.3).

Таблица 4.3 – Выбор основных конструктивных параметров

Параметр	Рекомендуемое значение	Примечание
База крана		При числе ходовых колес более четырех возможно увеличение полученного значения базы крана для обеспечения размещения колесных балансиров. При этом минимальное расстояние между вертикальными осями ходовых колес в малом балансире принимается 800мм, а большем – 1800мм [1, 2, 3, 4].
Колея тележки
База тележки
Высота главной балки
Расстояние между вертикальными стенками	,	Из условия возможности производства сварки внутри балки необходимо , [1, 2, 3, 4].
Толщина вертикальных листов		При этом из технологических соображений , а для кранов работающих в агрессивных средах
Толщина поясов		Но не менее 6 мм из технологических соображений и не более 50 мм для малоуглеродистых (40 мм для низколегированных) сталей из условия предотвращения хрупкого разрушения вследствие возможного возникновения при больших толщинах объемного напряженного состояния.
Высота сечения концевой балки	– если главные балки соединены с концевыми по схеме «на одном уровне». – при соединении главных балок с концевыми по «этажной» или «полуэтажной схеме».	См. также [1, 2, 3].
Ширина концевой балки
Высота главной фермы		Число панелей всегда принимают четным, а угол наклона в раскосах главных и вспомогательных ферм – около 450 [2, 3].
Скосы на концах главной балки	Мост листового исполнения: . Мост решетчатого исполнения: .

4.2 Выбор метода расчета

Содержание состоит в принятии одного из двух существующих в строительной механике критериальных условий пригодности металлоконструкции к эксплуатации (по методу допускаемых напряжений или методу предельных состояний). Применительно к крановым металлоконструкциям необходимо применять метод предельных состояний и показать его преимущество по сравнению с методом допускаемых напряжений. Материал к данному разделу подробно изложен в литературе [3, с. 126…133; 8, с. 110…116].

В заключении данного раздела необходимо определить коэффициент условий работы m0, по методике, изложенной в учебном пособии [8, с. 111].

4.3 Выбор материалов для несущих и вспомогательных элементов, определение расчетных сопротивлений и допускаемых напряжений

В данном разделе необходимо:

1) сформулировать обязательные требования, предъявляемые к материалам для крановых металлоконструкций;

2) с учетом режима работы, температуры окружающей среды, грузоподъемности крана и рекомендаций, приведенных в литературе [8, с.109; 9, с. 7..15; 3, с. 9…20; 11, с. 42…43], назначить конкретные марки стали для несущих и вспомогательных элементов;

3) для выбранных марок сталей необходимо выписать из справочной литературы все физико-механические свойства стали [8, с.113…115; 9, с. 9…17; 10, с. 15…21; 11, с. 47…48], а также химический состав [10, с.17; 11, с. 45…49]. Далее, используя предыдущий раздел, определить расчётные сопротивления и допускаемые напряжения.

В этом же разделе необходимо выбрать сварочные материалы: типы и марки электродов для ручной сварки, а также марки сварочной проволоки и флюса для автоматической и полуавтоматической сварки. При этом используется справочная литература [9, с.18,19; 11, с. 160…164; 12, с. 90…94]. Для выбранных сварочных материалов определить расчётные сопротивления и допускаемые напряжения [3, с. 142; 2, с. 23; 8, с. 115; 9, с.170].

Стали, применяемые для изготовления металлоконструкций, должны удовлетворять требованиям государственных стандартов и иметь сертификаты [9]. По сравнению с углеродистыми сталями низколегированные имеют более высокие механические характеристики (временное сопротивление и предел текучести), повышенную хладостойкость, лучшую износостойкость, нормальную свариваемость, но большие значения эффективных коэффициентов концентрации напряжений. Поэтому часто применение низколегированных сталей неэффективно в случае, если определяющим является не прочность от действия наибольших нагрузок, а долговечность от действия переменных нагрузок.

Для правильного выбора марки стали и ее качества (для углеродистых сталей применение спокойной, полуспокойной или кипящей стали) следует учитывать опасность хрупкого разрушения. Для появления хрупкой трещины определяющими являются обстоятельства, снижающие пластичность, а именно: трехосное напряженное состояние (по этой причине наибольшая толщина проката в сварных элементах из малоуглеродистой стали не должна превышать 50 мм, из низколегированной– 40 мм), низкие температура и ударная нагрузка. Номинальные разрушающие напряжения при этом могут составлять 0,1–0,8 от предела текучести стали. Стали для сварных металлических конструкций кранов должны соответствовать указанным в табл. А.5–А.10, где под толщиной проката следует понимать: для листов – толщину листа, для уголков – толщину полки, для труб – толщину стенки трубы, для швеллеров и двутавров – величину t из соответствующих стандартов.

В табл. А.5 приведены малоуглеродистые стали для конструкций грузоподъемных кранов по данным РТМ 24.090.52–85 (материалы для сварных металлических конструкций) для расчетной температуры до –20°С. Ударная вязкость малоуглеродистых сталей приведена в табл. А.6, а стали для вспомогательных элементов конструкций – в табл. А.7.

Для несущих сварных металлических конструкций кранов с расчетной температурой –20°С, а также для снижения металлоемкости кранов с расчетной температурой выше –20°С рекомендуется применять низколегированные стали в соответствии с данными по температуре в табл. А.8 (от –20 до –40°С), в табл. 1. 1.5 (от –40 до –65°С) и в табл. А.10. Для металлических конструкций кранов, предназначенных для эксплуатации в районах с влажным тропическим климатом и в атмосфере с повышенной коррозионной активностью, следует применять стали с гарантированным содержанием меди (в марочное обозначение сталей входит буква Д), отличающиеся повышенной коррозионной стойкостью.

В сварных соединениях кранов всех типов, работающих при расчетной температуре до –20°С, допускается применять сочетание малоуглеродистых и низколегированных сталей.

Из сталей высокой прочности для сварных конструкций козловых кранов большой грузоподъемности нашла применение сталь 12ГН2МФАЮ с механическими характеристиками: , , , ударная вязкость ан = 30 Дж/см2 при -70°С.

Материалы заклепок, болтов и электродов для металлических конструкций приведены в табл. А.11, а механические свойства применяемых для конструкций сталей – в табл. А.5, А.6 и А.10.

4.4 Определение нагрузок и их расчётных сочетаний

Расчёт нагрузок производится на основе теоретических положений, изложенных в лекциях, которые необходимо проработать по литературным источникам [1, с. 136…140; 4, с. 47…60; 9, с. 42…59]. Применительно к крановым мостам расчёт нагрузок рекомендуется производить по методике, изложенной в пособии [8, с. 115…119]. Однако при этом следует чётко выделить нагрузки I, II, III расчётных случаев и сочетания Iа, IIа, Iв, IIв, IIс [1, с. 138].

Таблица 4.4 – Расчетные нагрузки металлических конструкций по методу предельных состояний

Вид нагрузки	Случаи нагружения
	I	I	II
	Комбинации нагрузок
	Ia	Ib	IIa	IIb	–
Вес металлической конструкции крана с учетом коэффициентов толчков
Вес оборудования, неподвижно расположенного на металлической конструкции, с учетом коэффициентов толчков
Вес оборудования, перемещающегося по металлической конструкции (тележек и др.), с учетом коэффициентов толчков
Вес груза (включая грузозахват) с учетом динамических коэффициентов и коэффициентов толчков					–
Горизонтальные силы инерции масс крана (разгон или торможение одного из механизмов)	–		–		–
Угол отклонения грузового канатов от вертикали	–		–		–
Нагрузка от ветра на конструкцию	–	–
Примечания: 1. Комбинации нагрузок предусматривают следующую работу механизмов: Ia и IIa – кран неподвижен; плавный (Ia) и резкий (IIb) подъем груза с земли или торможение его при опускании; Ib и IIb – кран в движении, плавный (Ib) или резкий (IIb) пуск или торможение одного из механизмов. 2. Горизонтальные силы инерции , где (но не менее ) для кранов, (но не более ) для тележки.

Вес металлоконструкции принимается из опыта предыдущего проектирования или по графикам в зависимости от грузоподъемности и пролета (рис. 4.1), [8, с.117].

Рисунок 4.1 – Графики зависимости веса пролетной части металлоконструкции от пролета грузоподъемности

Вес оборудования неподвижно расположенного на металлоконструкции (вес привода, кабины) и перемещающегося по металлоконструкции принимают либо по разработанным чертежам, либо по усредненным данным [8, с. 117].

Значения коэффициентов перегрузок для отдельных нагрузок следующие:

– для веса металлической конструкции, [9, с. 166];

– для веса оборудования, [9, с. 166];

– для веса груза, (табл. 4.5) [8, с. 118; 9, с. 166]

Таблица 4.5 – Коэффициенты перегрузок для веса груза

Грузоподъемность

крана, т

Режимная группа

1К, 2К

3К, 4К

5К

6К, 7К

До 5

Св. 5 до 12,5

Св. 12,5 до 20

Св. 20 до 100

Св. 100 до 300

Св. 300

1,15

1,10

1,07

1,05

1,25

1,20

1,15

1,10

1,35

1,25

1,20

1,15

1,12

1,10

1,50

1,40

1,30

1,25

1,20

– для горизонтальных сил инерции, [9, с. 166];

– для угла отклонения груза [9, с. 166].

Коэффициент толчков , учитывающий вертикальные динамические нагрузки, возникающие из-за неровности пути для кранов грузоподъемностью от 1 до 50 т приведены в табл 4.6 [9, с. 69]

Таблица 4.6 – Коэффициенты толчков для мостовых кранов общего назначения грузоподъемностью от 1 до 50 т включительно

Скорость передвижения крана, м/с

Стыки на болтовых
накладках

Сварные механически
обработанные стыки,

отсутствие стыков

До 0,5

0,5 до 1

Св. 1

До 0,83

0,83 до 1,6

Св. 1,6

1,0

1,1

1,2

Для других типов крана коэффициент толчков можно определить по формуле

где v – скорость передвижения, м/мин;

а – коэффициент, равный 0,001 при заваренных стыках или при их отсутствии и 0,002 при открытых стыках рельсов.

Для первого случая нагружения коэффициент толчков определяется по формуле

Значения динамических коэффициентов и определяют по формуле
[9, с. 64]

где – приведенная к точке подвеса груза масса металлической конструкции крана и грузовой тележки,

здесь – масса пролетного строения (без опор и концевых балок);

– масса грузовой тележки.

– перемещение точки подвеса груза вследствие статического удлинения канатов,

здесь – длина участков каната, (H – высота подъема груза);

– вес груза;

n – число ветвей каната, на котором весит груз (табл. 4.7);

Таблица 4.7 – Рекомендуемые значения кратности и сложности полиспаста

Грузоподъёмность, т	1…8	10…16	20…32	36…50
Число ветвей, n	4	4, 6	6, 8	8, 10

– модуль упругости каната, для средних условий ;

– площадь поперечного сечения каната.

– статический вертикальный прогиб конструкции от веса груза в месте его приложения

здесь L – пролет крана;

J – момент инерции одной половины моста;

E – модуль упругости материала металлоконструкции, .

v – скорость отрыва груза от основания;

– поправочный коэффициент, для кранов общего назначения можно принимать .

Расчетную скорость отрыва груза от земли можно принимать: для II случая нагружения (), равной скорости подъема груза (), а для I случая нагружения () для кранов режима работы 4К, 5К – , а для кранов режима работы 6К, 8К – .

При определении горизонтальных инерционных нагрузок на крановый мост, ускорение, возникающее в период неустановившейся работы механизма передвижения, следует определять по формуле

где Vк – номинальная скорость передвижения крана (задана в исходных данных);

tрк – время разгона крана, которое можно принять равным 8…10 с.

Время разгона грузовой тележки при определении нагрузок состояния IIс следует принять tрк = 5…6 с. Если по расчёту ускорение получается менее 1.0 м/с2, то его следует принять равным 1.0 м/с2.

Для крановых стрел величину горизонтальных инерционных нагрузок принимают равной 0.1 соответствующих вертикальных нагрузок.

При определении массы эквивалентного груза коэффициент эквивалентности следует принимать в зависимости от режима работы [9, с. 50…51]

где – номинальная грузоподъемность, т;

– коэффициент режима нагружения (табл. 4.8).

Для режима работы крана 1К-3К расчет на сопротивление усталости не производится.

Таблица 4.8 – Зависимость коэффициента нагружения от режима работы крана

Режим работы	8К	7К, 6К	5К, 4К	1К–3К
	1	0,8–0,7	0,7–0,6	–

Для кранов, работающих на открытой площадке, следует учесть нагрузки от ветра, снега и обледенения по методике, изложенной в справочнике [9, с. 52…59].

4.5 Выбор расчётных схем и определение внутренних силовых факторов в элементах

Применительно к коробчатым мостам этот раздел следует выполнять по методике приведённой в справочнике [9, с. 120…121].

При определении внутренних силовых факторов считаем, что вес тележки и груз распределяются равномерно на все колёса, т.е. Д1 = Д2.

Сосредоточенные давления ходовых колёс тележки при различных расчётных сочетаниях нагрузок определяются по формулам, приведённым в табл. 4.9.

Таблица 4.9 – Подвижные нагрузки на мост крана

Давление ходового колеса тележки	Расчетные сочетания нагрузок
	I а)	I b)	II а)	II b)	II c)	III
	max	min	max	min

Применительно к крановым мостам решетчатого исполнения в этом разделе необходимо построить линии влияния усилий в стержнях для половины фермы по методике, изложенной в книгах [1, с. 25…31; 7, с. 256…361].

После построения линий влияния (для половины фермы) необходимо произвести их «загрузку», установив тележку в расчетное положение для определения максимального и минимального усилий. Пример схемы главной фермы с частью «загруженных» линий влияния показан на рисунке 4.1. необходимые ординаты линий влияния необходимо вычислить аналитически.

4.6 Определение размеров несущих элементов металлоконструкций (проектировочный расчет)

Применительно к крановым мостам листового исполнения проектировочные расчеты следует произвести по методике, изложенной в учебном пособии [8, с. 122…123].

Применительно к крановым мостам решетчатого исполнения и решетчатым стрелам рекомендуется методика, изложенная в книгах [5, с. 133…144; 6. с. 142]. При этом толщины узловых фасонок рекомендуется назначать по табл. 4.10.

Таблица 4.10 – Рекомендуемые толщины узловых фасонок крановых ферм

Расчетное усилие в опорном раскосе, кН

До 200

200–

450

450–

750

750–

1150

1150–

1650

1650–

2250

2250–

3000

Толщина узловой фасонки, мм

4.7 Обеспечение местной и общей устойчивости

Местная устойчивость листовых элементов в балках металлоконструкции обеспечивается установкой поперечных диафрагм и продольных ребер жесткости. Методика выполнения этого раздела подробно изложена в пособии [8, с. 126…138], применительно к ферменным конструкциям местная устойчивость стержней обеспечивается ограничением их гибкостей, которая вычисляется по формуле

где l – длина стержня;

r – радиус инерции сечения стержня, определяется по формуле

здесь – минимальное значение момента инерции сечения стержня.

F – площадь сечения стержня.

Вычисленные значения гибкостей сравнивают с предельно допустимыми, приведенными в литературе [1, с.180; 2, с.295; 3, с. 240; 5, с. 536;
7, с.244].

Общая устойчивость балки как листовой, так и ферменной конструкции не проверяется, так как она всегда обеспеченная благодаря наличию площадок обслуживания, которые существенно повышают изгибную жесткость балки в горизонтальной плоскости. Общая устойчивость ферменных стрел проверяется по методике расчета устойчивости составных сжатых стержней, изложенной в работах [1, с.183…189; 3, с.125…133].

4.8 Проверочные расчеты

Для крановых мостов листового исполнения проверочные расчеты включают в себя проверку прочности главной балки в средней части пролета при действии нагрузок сочетания IIв, а также проверку прочности концевой балки при сочетании нагрузок IIв и IIс. Для главных балок с рельсом над стенкой дополнительно производится проверка прочности стенки под рельсом с учетом местных напряжений смятия от сосредоточенного давления ходового колеса тележки. При расположении подтележечного рельса по оси пояса проверяется также на сжатие поперечное ребро (диафрагма) на местное давление ходового колеса тележки. Необходимые расчетные зависимости приведены в пособии [8, с.124…130].

Применительно к крановым мостам решетчатого исполнения проверяются на прочность стержни главной фермы. При этом наиболее нагруженные стержни нижнего пояса раскоса и стоек проверяются на осевое растяжение (сжатие) по формулам, приведенных в работах [1, с.179…180; 3, с.238…240; 5, с.174]. При проверке стержней верхнего пояса, кроме осевой силы необходимо дополнительно учесть изгибающий момент от сосредоточенного давления ходового колеса (панельный изгиб) – необходимые формулы приведены в книге [5, с.173…176].

4.9 Расчет сварных швов и болтовых соединений

Применительно к листовым конструкциям этот расчет доложен содержать проверку прочности верхних поясных швов главной балки, а также прочность сворных швов соединения главной балки с концевой по методике, изложенной в пособии [8, с.134, 135, 137].

Применительно к ферменным конструкциям необходимо определить значения длин угловых сварных швов крепления стержней в узлах главной фермы по формуле

где –· расчетная осевая сила в i-м стержне;

к – катет узлового шва;

– расчетное сопротивление узловых сварных швов;

– коэффициент условий работы.

Если в качестве стержня применен равнобокий прокатный уголок, то вычисленная расчетная длина сварного шва должна быть разделена на два участка, длины которых определяются из соотношений:

где – длина участка сварного шва вдоль «обушка»;

– длина участка сварного шва вдоль «пера».

Катет шва принимаем в зависимости от толщины полки привариваемого уголка из соотношения

Прочность вертикальных швов, соединяющих главную ферму с концевой балкой, проверяется по формуле

где Q – поперечная сила в опорном сечении главной фермы при крайнем положении тележки и сочетаниях нагрузок IIа;

– расчетная длина шва, равная геометрической длине без условий толщины шва.

Применительно к листовой конструкции кроме того необходимо проверить сварные швы крепления кронштейнов площадок обслуживания к вертикальной стенке балки по методике, изложенной в изданиях [3, с.142…144; 2, с.23…26]. При этом изгибающий момент, воспринимаемый сварным швом, определяется по формуле

где Q – расчетная нагрузка, приложенная на свободном конце кронштейна, которая принимается равной, Q= 3 кН (вес двух человек с оборудованием) [2, с.144; 3, с.89];

l – расстояние от стенки балки до линии установки ограждений.

Расчет болтовых соединений должен включать расчет болтового стыка на середине концевой балки, а также расчет группового болтового соединения главной балки с концевой (при этажном соединении) по методике, изложенной в работах [2, с.34…36; 3, с.157…159].

4.10 Расчет металлоконструкции на выносливость

Применительно к ферменным конструкциям расчет на выносливость проводится для кранов режимных групп 5К и выше, применительно к конструкциям листового исполнения – для режимных групп 6К и выше.

В ферменной конструкции на выносливость проверяются нижний поясной стержень и раскос в средней панели. В листовой балке проверяется растянутая зона вблизи среднего сечения в предположении, что в расчетном сечении установлена большая диафрагма, вызывающая концентрацию напряжений.

В общем случае расчет на выносливость ведется в следующей последовательности:

1. Для рассчитываемого конструктивного элемента по таблице справочника [9, с.136…142] определить значения эффективного коэффициента концентрации напряжений К.

2. Определить максимальные и минимальные напряжения в рассчитываемом элементе с использованием максимальных и минимальных усилий.

3. Вычислить для рассчитываемых элементов коэффициенты ассиметрии цикла по формуле

Определить неограниченные пределы выносливости для рассчитываемых элементов по формуле [9, с.86]

где – коэффициент чувствительности металла к ассиметрии
цикла, ;

– пределы выносливости при симметричном и отнулевом циклах для принятой марки стали.

5. Определить расчетные сопротивления элементов усталости по формуле

где – коэффициент безопасности по материалу;

6. Проверить выполнение критериального условия усталостной прочности

При невыполнении этого условия проводится расчет на ограниченную выносливость по методике [9, с.88…92].

4.11 Проверка на жесткость и расчет строительного подъема

Проверка на жесткость состоит в определении статического прогиба главной балки в середине пролета от действия подвижной нагрузки по формулам, приведенным в пособии [8, с.140] и сравнение его с максимально допустимым, который зависит от режима работы крана и принимается по таблице [8, с.119]. При этом для ферменной конструкции в формулы для прогиба следует подставлять эквивалентный момент инерции фермы, определяемый по формуле

где – площади сечений верхнего и нижнего поясных стержней фермы соответственно;

– высота фермы;

– коэффициент, учитывающий податливость решетки ферм: при одинаковых площадях сечений поясов и раскосов , если сечение раскосов существенно меньше сечений поясов, то .

Строительный подъем пролетных балок и ферм при пролетах более
17 м назначается по методике [8, с.141], при меньших пролетах принимается равным 1/100LК. При этом при определении прогиба ферм в расчет подставляется эквивалентный момент инерции фермы.

Приложение А

Справочные таблицы по выбору и физико-механическим характеристикам некоторых сталей для металлоконструкций ПТМ

Таблица А.1 – Назначение, виды поставок и свариваемость сталей

Сталь	Вид поставки	Назначение	Свариваемость
Конструкционные. Низколегированные стали для сварных конструкций
09Г2	Сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 19281-73, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71, ГОСТ 8239-72, ГОСТ 8240-72, ГОСТ 5521-76, ГОСТ 8509-86, ГОСТ 8510-86. Лист толстый ГОСТ 19282-73, ГОСТ 19903-74. Лист тонкий ГОСТ 17066-80, ГОСТ 19903-74, ГОСТ 19904-74. Полоса ГОСТ 19282-73, ГОСТ 82-70, ГОСТ 5521-76. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 1133-71.	Стойки ферм, верхние обвязки вагонов, хребтовые балки, двутавры и другие детали вагоностроения, детали экскаваторов, элементы сварных металлоконструкций и другие детали, работающие при температуре от -40 до +45°С.	Сваривается без ограничений. Способы сварки: РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, ЭШС.
09Г2С	Сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 19281-73, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71, ГОСТ 8240-72. Лист толстый ГОСТ 19282-73, ГОСТ 5520-79, ГОСТ 5521-76, ГОСТ 19903-74. Лист тонкий ГОСТ 17066-80, ГОСТ 19903-74, ГОСТ 19904-74. Полоса ГОСТ 103-76, ГОСТ 82-70. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 1133-71.	Различные детали и элементы сварных металлоконструкций, работающих при температуре от -70 до +45 °С.	Сваривается без ограничений. Способы сварки: РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, ЭШС.
15ХСНД	сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 19281-73, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71, ГОСТ 8239-72, ГОСТ 8240-72, ГОСТ 6713-75, ГОСТ 535-79. Лист толстый ГОСТ 19282-73, ГОСТ 19903-74, ГОСТ 6713-75, ГОСТ 14637-79. Лист тонкий ГОСТ 17066-80, ГОСТ 19903-74, ГОСТ 19904-74. Полоса ГОСТ 103-76, ГОСТ 82-70, ГОСТ 6713-75, ГОСТ 14637-79. Поковки икованые заготовки ГОСТ 1133-71.	Элементы сварных металлоконструкций и различные детали, к которым предъявляются требования повышенной прочности и коррозионной стойкости с ограничением массы и работающие при температуре от -70 до 45 °С.	Сваривается без ограничений. Способы сварки: РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, ЭШС.

Продолжение таблицы А.1

10ХСНД

сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 19281-73, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71, ГОСТ 8239-72, ГОСТ 8240-72, ГОСТ 6713-75, ГОСТ 535-79, ГОСТ 5521-86, ГОСТ 8509-86, ГОСТ 8510-86. Лист толстый ГОСТ 19282-73, ГОСТ 19903-74, ГОСТ 5521-76, ГОСТ 6713-75. Лист тонкий ГОСТ 17066-80, ГОСТ 19903-74, ГОСТ 19904-74, ГОСТ 5521-86. Полоса ГОСТ 19281-73, ГОСТ 82-70, ГОСТ 103-76, ГОСТ 6713-75, ГОСТ 14637-79, ГОСТ 19282-73, ГОСТ 5521-76. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 1133-71. Трубы ОСТ 14-21-77.

Элементы сварных металлоконструкций и различные детали к которым предъявляются требования повышенной прочности и коррозионной стойкости с ограничением массы и работающие при температуре от

-70 до 45 °С.

Сваривается без ограничений. Способы сварки: РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, ЭШС.

Стали конструкционные, углеродистые обыкновенного качества общего назначения

ВСт3сп

Сотовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71, ГОСТ 535-79, ГОСТ 2879-69, ГОСТ 19771-74, ГОСТ 19772-74, ГОСТ 8278-83, ГОСТ 8281-80, ГОСТ 8282-83, ГОСТ 8283-77, ГОСТ 380-71, ГОСТ 8509-86, ГОСТ 8510-86, ГОСТ 8239-72. Лист толстый ГОСТ 19903-74. Лист тонкий ГОСТ 19903-74. Лента ГОСТ 503-81, ГОСТ 6009-74. Полоса ГОСТ 103-76, ГОСТ 82-70, ГОСТ 535-79. Поковки и кованые заготовки ГОСТ 8479-70. Трубы ГОСТ 8734-75, ГОСТ 10706-76, ГОСТ 10705-80.

Несущие элементы сварных и несварных конструкций и деталей, работающих при положительных температурах. Фасонный и листовой прокат(5-й категории) для несущих элементов сварных конструкций, работающих при переменных нагрузках: при толщине проката до 25мм в интервале температур от -40 до +45°С; при толщине проката свыше 25мм – от -20 до +45°С при условии поставки с гарантируемой свариваемостью.

Сваривается без ограничений; способы сварки: РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, ЭШС, КТС. Для толщины более 36 мм рекомендуется подогрев и последующая термообработка.

Таблица А.2 – Химический состав сталей

Сталь	C	P	S	Mn	Si	Cr	Ni	Cu	As	N
	%
09Г2	0,12	0,035	0,040	1,4-1,8	0,17-0,37	0,30	0,30	0,30	0,08	0,008
09Г2С	0,12	0,035	0,040	1,3-1,7	0,5-0,8	0,30	0,30	0,30	0,08	0,008
15ХСНД	0,12-0,18	0,035	0,040	0,4-0,7	0,4-0,7	0,6-0,9	0,3-0,6	0,2-0,4	0,08	0,008
10ХСНД	0,12	0,035	0,040	0,5-0,8	0,8-1,1	0,6-0,9	0,5-0,8	0,4-0,6	0,08	0,008
ВСт3сп	0,14-0,22	0.04	0.05	0.40-0.65	0.12-0.30	0.30	0.30	0.30	0.30	–

Таблица А.3 – Механические свойства сталей

Сталь

Состояние

Сече-

ние

МПа

МПА

09Г2

Сортовой и фасонный прокат

Листы и полосы в состоянии поставки (образцы поперечные)

Листы горячекатаные

<20

20-32

–

2-3,9

305

295

–

440

–

440

–

09Г2С

Сортовой и фасонный прокат

Листы и полосы

Листы после закалки, отпуска

Листы горячекатаные

<10

10-20

20-32

32-60

60-80

80-160

10-32

32-60

2-3,9

345

325

305

285

275

265

365

315

–

490

470

460

450

440

430

490

450

490

–

15ХСНД

Сортовой и фасонный прокат

Листы и полосы в состоянии поставки

Листы горячекатаные

<10

10-32

<32

2-3,9

345

325

345

–

490

470

490

–

10ХСНД

Сортовой и фасонный прокат

Листы и полосы в состоянии поставки

Листы горячекатаные

<15

15-32

32-40

2-3,9

390

–

530

–

ВСт3сп

Прокат горячекатаный

Листы горячекатаные

Листы холоднокатаные

<20

20-40

40-100

>100

<2,0

2,0-3,9

<2,0

2,0-3,9

245

235

225

205

–

370-480

–

Таблица А.4 – Пределы выносливости сталей

Сталь	Состояние	, МПа	, МПа
09Г2	Сечения 4-32 мм в состоянии поставки Сечения 10-20 мм после улучшения.	235 274	137 167
09Г2С		235	475
15ХСНД	В состоянии поставки образцы без надреза	304	157
10ХСНД	Толщина 4-32 Толщина 33-40	284 2749	167 167
ВСт3сп	Лист толщиной 40 мм в горячекатаном состоянии. Образец гладкий. Образцы диаметром 10 мм с надрезом	191 93

Таблица А.5 – Малоуглеродистые стали для конструкций грузоподъемных кранов (РТМ 24.090.52-85) [9]

Марка и категория	Область применения	Механические свойства при6 растяжении	ГОСТ или ТУ	Вид и толщина проката, мм
		Временное сопротивление разрыву ,. МПа	Предел текучести , МПа	Относительное удлинение , %
			(толщина, мм)	(толщина, мм)
			не менее
ВСтЗсп5	Несущие элементы конструкции, в том числе подкосы и кронштейны рабочих площадок, подвесы кабин	380–490	250 (До 20)	26 (До 20)	ГОТ 380–71*	Листовой, широкополосный, фасонный, сортовой до 25
ВСтЗсп42			240 (Св. 20 до 40)	25 (Св. 20 до 40)
ВСтЗпс52			230 (Св. 40 до 100)	23 (Св. 40)		Листовой, широкополосный, фасонный до 12, сортовой до 16
ВСт4пс42		420–540	270 (До 20); 260 (Св. 20 до 40); 250 (Св. 40 до 100)	24 (До 20); 23 (Св. 20 до 40); 21 (Св. 40)		Листовой, широкополосный, фасонный, сортовой до 25
ВСтЗГпс53		380–500	250 (До 20)	26 (До 20)		Листовой, широкополосный, фасонный, сортовой до 30
ВСтЗГпс42,3			240 (Св. 20 до 40); 230 (Св. 40 до 100)	25 (Св. 20 ДО 40); 23 (Св. 40)

Марка и категория	Область применения	Механические свойства при6 растяжении	ГОСТ или ТУ	Вид и толщина проката, мм
		Временное сопротивление разрыву ,. МПа	Предел текучести , МПа	Относительное удлинение , %
			(толщина, мм)	(толщина, мм)
			не менее
16Д	Несущие элементы конструкций, в том числе подкосы и кронштейны рабочих площадок, подвесы кабин	380-520	240 (До 20) 230 (21–40) 220 (41–60)	26	ГОСТ 6713-75*	Листовой, широкополосный, фасонный, сортовой до 60
20		420	250	21	ГОСТ 8731-74* группы В, Г4	Трубы бесшовные горячее-деформиро-ванные до 45
ВСтЗсп2; ВСтЗпс2; ВСтЗГпс23; ВСтЗспЗ; ВСтЗпсЗ; ВСтЗГпсЗ3	Слабонагруженные элементы: элементы продольной жесткости балок, люлек, ремонтных и посадочных площадок, кронштейны, подставки для установки оборудования	380-490	250	26	ГОСТ 380-71*	Листовой, широкополосный, фасонный, сортовой до 5
1 Цифры после указания степени раскисления (сп, пс) обозначают категории сталей: 2 – без проверки ударной вязкости, 3 – проверка ударной вязкости при +20 "С, 4 – то же при -20 °С, 5 – то же при -20 "С и после механического старения 2 Для кранов режимов работы групп 1 К – 5К ) 3 Для обозначения полуспокойной стали с повышенным содержанием марганца к обозначению марки стали после номера марки ставят букву Г. 4 Показатели качества труб: группа В – механические свойства и химический состав; группа Г – механические свойства после термообработки и химический состав

Продолжение таблицы А.5

Таблица А.6 – Малоуглеродистые стали. Ударная вязкость (ГОСТ 380–71*) [9]

Марка и категория стали

Вид проката

Располо-

жение образца относительно проката

Толщина, мм

Ударная вязкость, Дж/см2, не менее

Марка и категория стали

Вид проката

Располо-жение образца относительно проката

Толщина, мм

Ударная вязкость, Дж/см2, не менее

При температуре, 0С

После механического старения

При температуре, 0С

После механического старения

+20

-20

+20

-20

ВСт3пс;

ВСт3сп

Листовая сталь

Поперек

5 – 9

10–25

26–40

–

ВСт3Гпс

Широко-полосная сталь

Вдоль

5-9

10-30

31-40

100

–

Широко-полосная сталь

Вдоль

5 – 9

10–25

26–40

100

–

Сорто-вой и фасонный прокат

5-9

10-30

31-40

110

100

–

Сортовой и фасонный прокат

5 – 9

10–25

26–40

110

100

–

ВСт3пс;

ВСт3сп

Листовая сталь

Поперек

5-9

10-25

26-40

–

ВСт3Гпс

Листовая сталь

Поперек

5 – 9

10–30

31–40

–

Сорто-вой и фасонный прокат

5-9

10-25

26-40

100

–

Примечания: 1. См. сноски к табл. 1.1.1. 2. Ударная вязкость стали марки 16Д по ГОСТ 6713 – 75* [углерод 0,10 - 0,18; медь (Д) 0,20-0,35; хром (X) и никель (Н) до 0,30; кремний (С) 0,12–0,25; марганец (Г) 0,40 – 0,70] Дж/см2 при температуре +200С после механического старения и при -200С в состоянии поставки для листовой стали ≥35; для сортовой, широкополосной и фасонной стали ≥40. 3. Модуль продольной упругости малоуглеродистых и низколегированных сталей 2,1 -106 МПа.

Таблица А.7 – Малоуглеродистые стали для вспомогательных нерасчетных элементов конструкций; лестниц, перил, настилов, кожухов обшивок кабин (РТМ 24.090.52–85) [9]

Марка и категория стали	ГОСТ	Вид и толщина проката, мм, при расчетной температуре, °С до
		-20	-40	-65
ВСтЗкп2	ГОСТ 380–71*	Листовой, широкополосный, фасонный, сортовой до 30	Листовой, широкополосный, фасонный, сортовой до 5	–
ВСтЗпс; ВСтЗпс2; ВСтЗГпс2			Листовой, широкополосный, фасонный до 10, сортовой до 16	Листовой, широкополосный, фасонный, сортовой до 5
ВСтЗпс5; ВСтЗГпсб			Листовой широкополосный, сортовой, фасонный-до20	Листовой, широкополосный, фасонный до 10, сортовой до 16
БСтО; БСт2кп; БСтЗкп	ГОСТ 8568__77*	Рифленый лист	–	–
БСт2пс; БСтЗпс		до 5	Рифленый до 5 лист	Рифленый лист до 3
Примечания: 1. См. сноски к табл. 1.1.1. 2 Стали группы В следует применять с гарантированной свариваемостью

Таблица А.8 – Низколегированные стали для сварных несущих элементов конструкций грузоподъемных кранов, в том числе подкосов и кронштейнов рабочих площадок, подвесов кабин (расчетная температура до -40 0С) (РТМ 24.090.52-85) [9]

Марка и категория стали	ГОСТ или ТУ	Вид проката	Толщина проката, мм
09Г2–12	ГОСТ 19282–73*	Листовой, широкополосный, фасонный, сортовой	До 32
09Г2С–12		Листовой, широкополосный	До 40
		Фасонный, сортовой	До 32
09Г2С–12; 09Г2СД–12	ГОСТ 8731–74*, группа В 2	Трубы бесшовные горячедеформированные	До 25
09Г2С	ТУ 14-3-1128–82	Трубы бесшовные горячедеформированные	Диаметром 57–426 от 4 до 22
16ГС–12 3	ГОСТ 19282–73*	Листовой, широкополосный	До 32
09Г2– 12 3;09Г2Д–12 3	ТУ 14-2-280–77	Листовой гофрированный	До 5
17Г1С; 17Г1С–У	ТУ 14-3-620–77	Трубы стальные электросварные	Диаметром 1220x 12 4
15ХСНД–12	ГОСТ 19282–73; ГОСТ 19281–73	Листовой, широкополосный, сортовой, фасонный	До 32
10ХСНД–12 6	ГОСТ 19282–73* ГОСТ 19281–73*	Листовой, широкополосный фасонный, сортовой	До 40 До 15
14Г2АФ–12; 14Г2АФД–12	ГОСТ 19282–73*	Листовой, широкополосный	До 50
15Г2АФДпс–12			До 32

Продолжение таблицы А.8

Марка и категория стали	ГОСТ или ТУ	Вид проката	Толщина проката, мм
16Г2АФ–123; 16Г2АФД–123			До 50
18Г2АФ–123; 18Г2АФД–123			До 32
1 Цифра 12 после указания марки стали обозначает категорию стали с проверкой ударной вязкости при -40 °С и после механического старения. Ударная вязкость в зависимости от марки стали составляет от 30 до 40 Дж/см2. 2 Показатели качества труб: группа В – механические свойства и химический состав. Для кранов легкого и среднего режимов работы групп 1К – 5К см. табл. 1.2.9. 4 Применять только по специальной технологии ПО «Сибтяжмаш». 5 Содержание кремния в стали марки 10ХСНД допускается не более 0,9 %.

Таблица А.9 – Низколегированные стали для сварных несущих элементов конструкций грузоподъемных кранов, в том числе подкосов, кронштейнов рабочих площадок, подвесов кабин (температура до -65°С)(РТМ 24.090.52-85) [9]

Марка и категория стали	ГОСТ или ТУ	Вид проката	Толщина проката, мм
09Г2–15	ТУ 14-1-1965–77	Листовой	8–32
09Г2–15; 09Г2Д–15	ГОСТ 19281–73*	Сортовой Фасонный	До 20 До 1!
09Г2С–15; 09Г2СД–15	ГОСТ 19282–73; ГОСТ 19281–73	Листовой, широкополосный Фасонный Сортовой	До 60 До 11 До 20
09Г2С	ТУ 14-3-500–76	Трубы бесшовные горячедеформированные: диаметром 194–219 » 245–325	8–12 9–15
15ХСНД–15	ГОСТ 19282–73; ГОСТ 19281–73	Листовой, широкополосный Фасонный Сортовой	До 32 До 11 До 20
10ХСНД–15	ГОСТ 19282–73; ГОСТ 19281–73	Листовой, широкополосный Фасонный Сортовой	До 40 До 11 До 15
14Г2АФ–15; 14Г2АФД–15	ГОСТ 19282–73*	Листовой, широкополосный	До 50
15Г2АФДпс–15	ГОСТ 19282–73*	Листовой, широкополосный	До 32
Примечания: 1. Цифра 15 после указания марки стали обозначает категорию стали с проверкой ударной вязкости при -700С и после механического старения. 2. Содержания кремния в стали марки 10ХСНД допускается не более 0,9%. 3. Механические свойства низколегированных сталей см. в табл. 1.1.6

Таблица А.10 – Механические свойства низколегированных сталей, применяемых в металлических конструкциях (ГОСТ 19281–73* и ГОСТ 19282–73*) [9]

Марка стали	Толщина проката, мм	Механические свойства
		Временное сопротивление разрыву , МПа	Предел текучести , МПа	Относительное удлинение , %	Ударная вязкость , при температуре, 0С
					+20	-40	-70
		не менее
09Г2; 09Г2Д	4 5–9 10–20 21–32	450	310 310 310 300	21	–	– 35 30 30	–
09Г2С; 09Г2СД	4 5–9 10–20 21–32 33–60	500 500 480 470 460	350 350 330 310 290		65 60 60 60	40 35 35 35	35 30 30 30
16ГС	4–9 10–20 21–32 33–60	500 490 480 470	330 320 300 290		60	40 30 30 30	30 25 25 25
17Г1С	4–9 10–20	520	360 350	23	–	45 40	–
17ГС	4–9 10–20	520 500	350 340			45 35
10Г2С1 10Г2С1Д	4 5–9 10–20 21–32 33–60	500 500 490 480 460	360 350 340 330 330	21	– 65 60 60 60	– 40 30 30 30	– 30 25 25 25
14Г2АФ; 14Г2АФД	4 5–9 10–50	550	400	20	–	– 45 40	– 35 30
15Г2АФДпс	4–9 10–32			19		45 40	35 30
16Г2АФ; 16Г2АФД	4 5–9 10–32 33–50	600 600 600 580	450 450 450 420	20		– 45 40 40	– 35 30 30
18Г2АФпс; 18Г2АФДпо	4 5–9 10–32	600	450	19		– 45 40	– 35 30

Продолжение таблицы А.10

Марка стали	Толщина проката, мм	Механические свойства
		Временное сопротивление разрыву , МПа	Предел текучести , МПа	Относительное удлинение , %	Ударная вязкость , при температуре, 0С
					+20	-40	-70
		не менее
15ХСНД	4–9 10–32	500	350	21		40 30	30
10ХСНД	4–9 10–16 16–32 33–40	500 540 540 540 520	400	19		50 40 50 50	35 30 30 30
Примечания: 1. Для толщины проката 4 мм ударная вязкость не нормируется. 2. Ударная вязкость при температуре -20°С должна быть не ниже норм, установленных для температуры -40°С. Ударная вязкость при температуре -50 °С и -60 °С должна быть не ниже норм, установленных для температуры -70°С. 3. При условии обеспечения механических свойств допускается поставка сталей без термической обработки. 4. Прокат должен выдерживать испытания на изгиб в холодном состоянии на оправке диаметром, равным двум толщинам, на угол 180°

Таблица А.11 – Материалы заклепок и болтов. Электроды (РТМ 24.090.52–85) [9]

Тип конструкций и материалы	Марки материалов заклепок	Марки материалов болтов болтовых соединений, работающих на срез и растяжение	Марки и материа- лов болтов высоко- прочных предвари- тельно напряженных болтовых соединений	Электроды (РТМ 24.090.52–85) при расчетной температуре, 0С, до
				-20	-40	-65
				Тип	Марка	Тип	Марка	Тип	Марка
Несущие	Углеродистые горячекатаные стали	Ст2 закл.; СтЗ закл. (ГОСТ 499–70*)	Сталь 20 (ГОСТ 1050–74); СтЗ, Ст4 (ГОСТ 380–71) (в ответственных тяжелонагруженных фланцевых соединениях сталь 35, 40, 45 (ГОСТ 1050–74) и 40Х (ГОСТ 4543–71)	Сталь 35 (ГОСТ 1050–74*),	Э42	АНО-5; АНОЛ-6; АНО-6М	–	–	–	–
					Э42А	УОНИ-13/45; ОЗС-2
					Э46	ОЗС-4; АНО-3; ОЗС-12; МР-3; АНО-4
	Низколегированные горячекатаные стали				Э50А	УОНИ-13/55	Э50А	УОНИ-13/55; АНО-7; АНО-10; АНО-11; АНО-30	Э50А	УОНИ-13/55;

Продолжение таблицы А.11 [9]

Тип конструкций и материалы	Марки материалов заклепок	Марки материалов болтов болтовых соединений, работающих на срез и растяжение	Марки и материа- лов болтов высоко- прочных предвари- тельно напряженных болтовых соединений	Электроды (РТМ 24.090.52–85) при расчетной температуре, 0С, до
				-20	-40	-65
				Тип	Марка	Тип	Марка	Тип	Марка
					Э60	АНО-10; УОНМ-13/65	Э60	АНО-10; УОНИ-13/65	Э60	УОНИ-13/65;
Вспомогательные	Углеродистые горячекатаные стали	Ст2 закл.; СтЗ закл. (ГОСТ 499–70*)	Сталь 20 (ГОСТ 1050–74), СтЗ, Ст4 (ГОСТ 380–71)	–	Э42	АНО-5; АНО-6; АНО-6М	Э42А; Э42А Э46А	УОНИ-13/45; СМ-11; АНО-8	Э42А; Э42А Э42А	УОНИ-13/45; СМ-11; АНО-8
					Э46	ОЗС-4; ОЗС-12; МР-3; АНО-3; АНО-4		УОНИ-15/55	Э50А	УОНИ-13/55
Примечания: 1. Для сварки стальных конструкций электроды должны соответствовать требованиям ГОСТ 94466-75 и ГОСТ 9467-75. Могут быть применены и другие марки электродов указанных типов по согласованию с ВНИИПТМАШ. 2. Флюс и сварочная проволока по ГОСТ 2246-70* для сварки под флюсом и в среде углекислого газа см. РТМ 24.090.52-85.3 Приварка вспомогательных элементов к несущим конструкциям производится электродами и другими сварочными материалами, применяемыми для сварки несущих конструкций.

Приложение Б

Пример пояснительной записки расчета металлоконструкции крана
листового типа

Міністерство освіти і науки України

Донбаська державна машинобудівна академія

Кафедра Підйомно-транспортних машин

Завдання

На курсову роботу з дисципліни

«Проектування металевих конструкцій ПТБіДМ»

Тема проекту: «Спроектувати крановий міст листового типу»

Студенту Іванову Івану Івановичу групи ПТМ XX-X

Вихідні дані:

1 Вантажопідйомність –50 т

2 Проліт – 32,5 м

3 Швидкість переміщення робочих органів крана:

– підйому вантажу – 0,18 м/с

– пересування візка – 0,20, м/с

– пересування крана – 1,5 м/с

4 Тип кабіни – закрита

5 Тип механізму пересування – розділений

6 Варіант XX

7 Інтервал робочих температур +20 , -40

8 Режим роботи крана – 6К

9 Місце встановлення крана – відкритий склад заготівок

10 Додаткові дані:

Керівник проекту____________________________________( )

Завдання видано “ ” січня р

Дата захисту “___” __________ р

Графік

Виконання курсової роботи з дисципліни

“Проектування металевих конструкцій ПТБіДМ”

Зміст	Тиждень	% виконання
1 Отримання завдання на курсову роботу	1	1
2 Обґрунтування загальної схеми металоконструкції, вибір загальних конструктивних параметрів	1	5
3 Вибір методу розрахунку (метод допустимих напружень або метод граничних станів)	1	10
4 Вибір матеріалів для несучих та допоміжних елементів, визначення розрахункових опорів ш допустимих напружень	1	15
5 Визначення навантажень ті їх розрахункових сполучень	2	25
6 Вибір розрахункових схем і визначення внутрішніх силових факторів в елементах	2	45
7 Визначення розмірів несучих елементів металоконструкції (проектний розрахунок)	3	55
8 Забезпечення місцевої та загальної стійкості	4	60
9 Перевірочні розрахунки	4	65
10 розрахунок зварних швів та болтових з’єднань	4	70
11 Розрахунок металоконструкції на витривалість	4	75
12 перевірка на жорсткість та розрахунок будівельного підйому	5	80
13 Захист металоконструкції від корозії	5	85
14 Виконання графічної частини	6	90
15 Здача готової роботи керівнику на перевірку	8	100
16 Захист курсової роботи	9	100

* Виконується при необхідності

Керівник роботи___________________________________(_______________)

Завдання отримав__________________________________________________

“____” січня р

Б.1 Обоснование общей схемы металлоконструкции

Металлические конструкции кранов – это мосты и рамы тележек. Мост грузоподъёмного крана общего назначения состоит из пролётных и концевых балок коробчатого сечения.

Основными элементами мостового крана является главная и концевая балки. Главная балка мостового крана воспринимает основную нагрузку. На ней расположены рельсы, по которым передвигается грузовая тележка. Так как на тележку действует основная нагрузка от веса груза, то главная балка является основным нагруженным элементом металлоконструкции мостового крана, на ней располагаются также смотровая площадка и кабина машиниста.

На концевой балке крепятся буксы и ходовые колеса. Она выполняет функцию опоры главных балок.

Схема металлоконструкции двухбалочного мостового крана общего назначения показана на рисунке Б.1.

Предполагаемое место работы крана – перегрузка металлического лома на открытой эстокаде. Режим работы крана – тяжёлый. Поэтому целесообразно принить именно такую конструкцию, а не ферменную, так как она имеет более высокую выносливость, легче в изготовлении.

Рисунок Б.1— Конструктивная схема двухбалочного моста грузоподъёмного крана

Б.2 Определение основных конструкционных параметров крана

Под выбором основных конструктивных параметров понимается определение основных ориентировочных размеров металлоконструкции, которые назначаются по рекомендации из опыта предыдущего проектирования [1, с. 91…196; 2, с. 363…395; 3, с. 298…306; 4, с. 205…218]. В таблице 4.3 приведены основные соотношения для выбора конструктивных параметров двухбалочного мостового крана

Определяем базу крана

где Lк – пролёт крана, .

Принимаем базу крана .

Колея тележки

Принимаем .

Базу тележки принимаем из соотношения

Принимаем BТ=4000 мм.

Высота сечения главной балки принимается из соотношения

Принимаем .

Расстояние между стенками принимаем из соотношений

и .

Принимаем расстояние между стенками b=0,7 м.

Толщину вертикальных листов главной и концевой балок принимаем исходя из грузоподъёмности (табл. 4.3): при , . При выборе толщины листа, ее следует принимать из возможных стандартных значений.

Толщину поясов главной балки принимаем в зависимости от толщины вертикальных стенок

Принимаем

Высота сечения концевой балки

Принимаем .

Ширина концевой балки

Принимаем .

На концах главных балок для удобства их присоединения к концевым балкам, рекомендуется делать скосы, величина которых назначается из соотношения

Схема моста крана с предварительно определенными конструкционными параметрами показана на рисунке Б.2.1.

Рисунок Б.2.1—Схема моста крана с предварительно определенными конструктивными параметрами

Определим геометрические характеристики сечения главной и концевой балки:

Момент инерции главной балки относительно оси х–х

Момент инерции главной балки относительно оси y–y

Момент сопротивления сечения главной балки относительно оси х–х

Момент сопротивления сечения главной балки относительно оси y–y

Площадь поперечного сечения главной балки в середине пролеты

Момент инерции концевой балки относительно оси х–х

Момент инерции концевой балки относительно оси y–y

Момент сопротивления сечения концевой балки относительно оси х–х

Момент сопротивления сечения концевой балки относительно оси y–y

Площадь поперечного сечения концевой балки в

Б.3 Выбор метода расчёта

Одним из самых важных этапов в проектировании любой машины является выбор метода расчётов. Выбранный метод должен не только обеспечить прочность, надёжность и безопасность эксплуатации изделия, но и обеспечить минимальную металлоёмкость, а, следовательно, и стоимость. В данное время, наиболее современным и прогрессивным, является метод предельных состояний.

Преимущества метода предельных состояний перед методом допускаемых напряжений:

Каждый вид нагрузки вводится со своим коэффициентом перегрузки, чем точнее определена нагрузка, тем меньше этот коэффициент;
Исключается субъективизм при выборе запасов прочности;
Позволяет выполнить вероятностный расчёт достижения элементом предельного состояния.

Различают два вида предельных состояний: первое предельное состояние – по несущей способности; второе предельное состояние – по деформации или местным повреждениям.

Задача расчёта металлоконструкции по этому методу состоит в том, чтобы за весь срок службы в ней не возникло ни первое, ни второе предельное состояние.

Критериальное условие отсутствия предельного состояния имеет вид

где N – расчётное усилие в элементе конструкции;

Ф—несущая способность элемента.

Расчётное усилие определяется по формуле

где PНI – нормативная нагрузка, действующая на конструкцию;

ni – вводимый в расчёт коэффициент перегрузки по I –му виду нагрузки;

– коэффициент передачи I-ой нормативной нагрузки на рассчитываемый элемент.

Таким образом, расчёт заранее предусматривает, что в реальной жизни фактическая нагрузка может превысить нормативную, чем и обеспечивается высокая гарантия надёжности.

Несущая способность элемента определяется по формуле

где F – геометрический фактор сечения;

Rp – расчётное сопротивление материала конструкции:

– коэффициент условий работы

где – коэффициент, учитывающий степень ответственности конструкции;

– коэффициент, учитывающий возможное уменьшение геометрических характеристик от тех, которые были заложены в расчёт;

– коэффициент, учитывающий неточность расчётных схем.

Определим коэффициент условий работы для нашего случая
[8, с. 111].

– разрушение с предупредительным признаком (отказ элемента вызывает непосредственную угрозу для жизни человека).

–при наличии гарантированных данных о фактических значениях допусков на профили элементов.

–для коробчатых пролётных балок при расположении подтележечного рельса в середине балки.

Б.4 Выбор материала для несущих и вспомогательных элементов, определение расчётных сопротивлений и допускаемых напряжений

Металлические конструкции грузоподъёмных кранов изготовляют преимущественно из малоуглеродистых и низколегированных сталей, поставляемых в виде проката различных типов.

Выбор марки стали, для несущих элементов грузоподъёмных кранов, осуществляют в зависимости от температурных условий, в которых будет эксплуатироваться кран, и режима работы.

В данном случае, минимальная температура, при которой будет эксплуатироваться машина – , а режим работы – тяжёлый. Исходя из этого, принимаем в качестве материала для несущих элементов сталь 15ХСНД. Для вспомогательных элементов выбираем сталь ВСт3сп5

Достоинства низколегированных сталей:

Не теряют пластичности при низких температурах;
Прочностные характеристики выше в 1,5–2 раза, чем у малоуглеродистых сталей, что позволяет проектировать облегчённые металлоконструкции;
Лучше, чем малоуглеродистые противостоят коррозии, что особо предпочтительно для кранов, работающих в агрессивных средах или на открытом воздухе.

Однако этим сталям присущи недостатки:

Плохо работают на выносливость;
Хуже работают на устойчивость;
Более дорогие.

В нашем случае, при тяжёлом режиме работы, приходится выбирать для несущих элементов низколегированную сталь, так как предполагается, что кран будет работать при . При такой температуре малоуглеродистые стали теряют пластичность и становятся хрупкими.

Назначение стали 15ХСНД – Элементы сварных металлоконструкций и различные детали, к которым предъявляются требования повышенной прочности и коррозионной стойкости с ограничением массы и работающие при температуре от -70 до 45 °С.

Свариваемость – Сваривается без ограничений. Способы сварки: РДС, АДС под флюсом и газовой защитой, ЭШС.

Вид поставок – сортовой прокат, в том числе фасонный: ГОСТ 19281-73, ГОСТ 2590-71, ГОСТ 2591-71, ГОСТ 8239-72, ГОСТ 8240-72, ГОСТ 6713-75, ГОСТ 535-79. Лист толстый ГОСТ 19282-73, ГОСТ 19903-74, ГОСТ 6713-75, ГОСТ 14637-79. Лист тонкий ГОСТ 17066-80, ГОСТ 19903-74, ГОСТ 19904-74. Полоса ГОСТ 103-76, ГОСТ 82-70, ГОСТ 6713-75, ГОСТ 14637-79. Поковки икованые заготовки ГОСТ 1133-71.

Физико-механические свойства и химический состав стали 15ХСНД приведены в таблицах Б.4.1 и Б.4.2.

Таблица Б.4.1—физико-механические свойства стали 15ХСНД

Напряжённое состояние основного металла	Растяжение, изгиб	290
	Срез	170
	Смятие торцевой поверхности (при наличии пригонки)	430
	Смятие местное - в цилиндрических шарнирах при плотном касании	250
	Диаметральное сжатие катков при свободном касании	13
Напряжённое состояние сварного соединения	Сжатие	290
	Растяжение: автомат. сварка; полуавтом. и ручная сварка с физическим контролем качества швов	290
	Встык –полуавт. и ручная сварка при обычных методах контроля	250
	Срез	170
	Угловые швы (срез)	200

Таблица Б.4.2—Химический состав стали 15ХСНД

Сталь	C	P	S	Mn	Si	Cr	Ni	Cu	As	N
	%
15ХСНД	0,12-0,18	0,035	0,040	0,4-0,7	0,4-0,7	0,6-0,9	0,3-0,6	0,2-0,4	0,08	0,008

Для сварки стальных конструкций электроды должны соответствовать требованиям ГОСТ 9466-75 и ГОСТ 9467-75. В соответствии с [9] выбираем тип и марку электродов для ручной сварки при расчетной температуре да -400С (РТМ 24.090.52–85):

– тип – Э60А

– марка – АНО-10

Б.5 Определение нагрузок и их расчётных сочетаний

Расчетные нагрузки металлических конструкций при расчете по методу предельных состояний приведены в таблице Б.4.4.

Таблица Б.4.4 – Расчетные нагрузки металлических конструкций по методу предельных состояний

Вид нагрузки	Случаи нагружения
	I	I	II
	Комбинации нагрузок
	Ia	Ib	IIa	IIb	–
Вес металлической конструкции крана с учетом коэффициентов толчков
Вес оборудования, неподвижно расположенного на металлической конструкции, с учетом коэффициентов толчков
Вес оборудования, перемещающегося по металлической конструкции (тележек и др.), с учетом коэффициентов толчков
Вес груза (включая грузозахват) с учетом динамических коэффициентов и коэффициентов толчков					–
Горизонтальные силы инерции масс крана (разгон или торможение одного из механизмов)	–		–		–
Угол отклонения грузового канатов от вертикали	–		–		–
Нагрузка от ветра на конструкцию	–	–

Собственный вес моста принимаем равномерно распределённым по пролёту. Вес пролетной части моста определим используя усредненные графики ([8], с. 117)

Рисунок Б.5.1 – Усредненный график веса пролетных частей двухбалочных кранов режимных групп 4К, 5К.

При использовании легированных сталей вес снижается на 10…20%, также веc пролетных частей кранов режимных групп 6К–8К увеличивается на 10…15%. Вес нерасчетных элементов может составлять 30…60% от общего веса пролетной части моста [8, с. 117].

Исходя из выше сказанного принимаем вес пролетных частей моста крана (здесь 1,2 – коэффициент учитывающий вес нерасчетных частей – 20%).

Интенсивность распределённой нагрузки от собственного веса пролётной части моста двухбалочного мостового крана, находим по формуле

где – пролет крана, ;

– коэффициент перегрузки для веса металлической конструкции, [9, с. 166];

Вес привода механизма передвижения крана определим по усредненным данным [8, с. 117], . С учетом коэффициента перегрузки

где – коэффициент перегрузки для веса механизма передвижения, [9, с. 166];

Так как кран работает на открытом воздухе, кабину принимаем закрытую. В соответствии с [8, с. 117] принимаем усредненный вес кабины . С учетом коэффициента перегрузки

где – коэффициент перегрузки для веса кабины,
[9, с. 166];

Вес тележки принимаем по усредненным данным [8, с. 117], .

Коэффициент толчков , учитывающий вертикальные динамические нагрузки, возникающие из-за неровности пути [9, с. 69].

Для первого случая нагружения коэффициент толчков определяется по формуле

Значения динамических коэффициентов и определяют по формуле
[9, с. 64]

При плавном пуске механизма

При резком пуске механизма

где – приведенная к точке подвеса груза масса металлической конструкции крана и грузовой тележки,

здесь – масса пролетного строения (без опор и концевых балок),

;

– масса грузовой тележки,

– перемещение точки подвеса груза вследствие статического удлинения канатов,

здесь – длина участков каната, (H – высота подъема груза), ;

– вес груза, ;

n – число ветвей каната, на котором весит груз, n = 10 (принимается в зависимости от грузоподъемности);

– модуль упругости каната, для средних условий ;

– площадь поперечного сечения каната, .

– статический вертикальный прогиб конструкции от веса груза в месте его приложения

здесь L – пролет крана, L = 32,5 м;

J – момент инерции одной половины моста;

E – модуль упругости материала металлоконструкции, .

– скорость отрыва груза от основания (для режимной группы 6К)
[9, с. 135], ;

– поправочный коэффициент, для кранов общего назначения можно принимать .

– коэффициент жесткости металлоконструкции,

где – приведенная к точке подвеса груза масса металлической кон

Коэффициент режима нагружения для кранов режимной группы 6К [9, с. 50…51].

При расчёте внутренних силовых факторов учитываем, что число ходовых колёс тележки , так как грузоподъемность крана меньше 160 тонн [8] и вес тележки и груза распределяются равномерно на все колёса, то есть . Возможные сочетания нагрузок на ходовые колеса тележки приведены в таблице Б.5.2

Таблица Б.5.2 – Подвижные нагрузки на мост крана

Давление ходового колеса тележки	Расчетные сочетания нагрузок
	I а)	I b)	IIa	IIb	IIc	III
	max	min	max	min

Сочетание нагрузок 1а max:

где –- коэффициент динамичности при плавном разгоне механизма подъёма груза, ;

– масса эквивалентного груза,

– масса тележки,

где -коэффициент эквивалентности, [9, с. 50…51].

Сочетание нагрузок Iа min

Сочетание нагрузок 1в max

где – коэффициент толчков при движении крана по неровностям подкранового пути с половинной скоростью, =1,05.

Сочетание нагрузок Iв min

Сочетание нагрузок IIa

где — значение коэффициента перегрузок для веса груза, [8, с. 118; 9, с. 166];

– коэффициент динамичности при резком пуске механизма подъёма, .

Сочетание нагрузок IIв

где – коэффициент толчков при движении крана по неровностям подкранового пути с максимальной скоростью, .

Сочетание нагрузок IIс

Сочетание нагрузок III

Результаты вычислений сводим в таблицу Б.5.3

Таблица Б.5.3—подвижные нагрузки, действующие на мост крана

Давление ходового колеса тележки	Расчётные сочетания нагрузок
	Iа	Ib	IIa	IIb	IIc	III
	max	min	max	min
Д1 =Д2	153,2	39,0	131,1	39,0	303,7	218,3	198,4	39,0

Б.6 Определение внутренних силовых факторов

Для определения необходимого момента сопротивления сечения главной балки, необходимо знать нагрузки, действующие на балку и места их приложения. Неподвижные нагрузки являются закреплёнными, поэтому места их приложения определяются из конструктивных соображений. Подвижные нагрузки, изменяют своё влияние в зависимости от положения тележки, поэтому необходимо поставить тележку в такое положение, при котором её влияние будет максимальным, то есть установим тележку по правилу Винклера. Расчётная схема, для определения максимального изгибающего момента, с установленной тележкой по правилу Винклера, показана на рисунке Б.6.1.

Рисунок Б.6.1 – расчётная схема приложения вертикальных нагрузок комбинаций IIа и IIb

Выше изложенные расчёты (табл. Б.5.3) показали, что наибольшее значение давления ходовых колёс грейферной тележки имеет расчётный случай IIа, следовательно, при определении максимального изгибающего момента будем использовать этот расчетный случай.

Максимальный изгибающий момент, действующий в сечении под колесом с давлением при четырехколесной тележке, определим по формуле [8, с. 120]

где – расстояние от равнодействующей до наиболее нагруженного колеса, (рис. Б.6.1);

–- расстояние от оси подкранового рельса до центра тяжести механизма передвижения, ;

– расстояние от оси подкранового рельса до центра тяжести кабины, .

Нагрузки, действующие на металлоконструкцию в горизонтальной плоскости, определяем для расчётной схемы, показанной на рисунке Б.6.2. Горизонтальные нагрузки возникают при разгоне и торможении крана, как силы инерции от вертикальных нагрузок. Как показывает практика, горизонтальные составляющие от массы механизма передвижения и кабины, незначительны и ими можно пренебречь.

где – номинальная скорость передвижения крана, ;

– время разгона крана, которое можно принять равным .

Рисунок Б.6.2 — Расчётная схема приложения горизонтальных нагрузок по правилу Винклера

Определим суммарный горизонтальный изгибающий момент в расчётном сечении пролёта

где —горизонтальная составляющая от распределённой нагрузки,

;

– горизонтальная составляющая от равнодействующей давления колес

;

S – коэффициент, вычисляемый по формуле

где — база крана, ;

—момент инерции пролётной балки относительно вертикальной оси, (см. п. 2);

– момент инерции концевой балки относительно вертикальной оси (см. п. Б.2);

Б.7 Расчёт размеров поперечного сечения главной балки

Размеры поперечного сечения определяют из условия обеспечения прочности балки при действии нагрузок комбинации IIа. Момент сопротивления балки при изгибе в вертикальной плоскости должен отвечать условию

Исходя из этого определим момент сопротивления сечения, при котором будет выполняться условие прочности

где – максимальный изгибающий момент в расчетном сечении главной балки в вертикальной плоскости (см. п. 6), ;

– коэффициент условий работы (см. п. 4), ;

– расчетное сопротивление материала на изгиб (см. п. А.4, табл. 4.1), .

Оптимальную, по условию минимума веса при обеспечении заданной прочности, высоту стенки для балки с двумя осями симметрии определим по выражению

Принимает высоту сечения главной балки .

По рекомендациям ВНИИПТМАШа гибкость стенок целесообразно назначать в пределах Sc=100…300. в нашем случае гибкость стенки составляет

Условие рекомендуемой гибкости стенки обеспечивается.

Из условия обеспечения заданной минимальной жёсткости определим момент инерции балки в вертикальной плоскости

где – коэффициент жесткости моста,

здесь – предельный относительный прогиб моста при действии номинальной подвижной нагрузки, [8, с. 119].

Оптимальную по минимуму веса высоту стенки при обеспечении заданной жёсткости определяют по формуле

Выше приведенные вычисления показывают, что высота главной балки из условия прочности должна составлять . В связи с этим принимаем .

Поперечное сечение с принятыми размерами изображено на рис. Б.7.1.

Рисунок Б.7.1—Уточнённое сечение пролётной балки

Определим геометрические характеристики сечения главной балки c уточненными размерами:

Момент инерции главной балки относительно оси х–х

Момент инерции главной балки относительно оси y–y

Момент сопротивления сечения главной балки относительно оси х–х

Момент сопротивления сечения главной балки относительно оси y–y

Площадь поперечного сечения во втором приближении составляет

Разница площади между первым и вторым приближением

Так как разница меньше 10%, уточняющий расчет не проводим.

В случае необходимости проведения уточняющего расчета, в соответствии с [8] примем, что вес продольных и поперечных рёбер жёсткости составляет 0,3 от веса несущих элементов. Тогда погонный вес собственно балки составит

где –- плотность материала, ;

Погонный вес остальных элементов (рельс и его крепление, площадки обслуживания, ограждения) найдём по выражению

Следовательно, во втором приближении нормативная интенсивность распределённой нагрузки

Уточнённый изгибающий момент

Разница моментов между первым и вторым приближением

Разница между первоначальным и уточненным моментом не должна превышать 10%, иначе необходимо проводить корректировку поперечного сечения балки.

Проверка прочности балки в средней части пролёта осуществляется по формуле

;

Условие обеспечение прочности балки

Расчет выполнен верно, так как .

Б.8 Размещение рёбер жёсткости

Рёбра жёсткости (поперечные основные, поперечные дополнительные и продольные) должны обеспечивать геометрическую неизменяемость поперечного сечения балки, местную устойчивость стенок и сжатых поясов, а при расположении рельса по оси верхнего пояса – прочность рельса и пояса при местном воздействии давлений колёс тележки. Определим гибкость стенки

В нашем случае гибкость стенки , поэтому необходимо устанавливать поперечные и два продольных ребра жёсткости.

Б.8.1 Размещение поперечных рёбер жёсткости

Для отсеков, примыкающих к опорам, шаг основных поперечных ребер , в последующих отсеках . Ширина выступающей части основного поперечного ребра

примем .

Толщина ребра из условия обеспечения его устойчивости должна быть

Так как толщина стенки , примем толщину ребра .

Момент инерции поперечного ребра относительно плоскости стенки должен быть

здесь – момент инерции поперечного ребра

При определении момента инерции ребра в расчёт должна включаться часть стенки шириной по обе стороны от ребра (рисунок Б.8.1)

Рисунок Б.8.1 — Расчётная схема при определении момента инерции ребра

Следовательно, условие жесткости ребра выполняется, так как

Проверим поперечное ребро по условиям работы верхней кромки на сжатие от местного давления колеса

где Д— максимальное давление колеса тележки (сочетание IIа), ;

– длина линии контакта рельса и пояса, для крановых рельс

здесь – ширина подошвы рельса, для рельса КР100
(ГОСТ 4121-76), .

z — расчётная зона распределения давления колеса по ребру,

здесь – момент инерции рельса относительно собственной нейтральной оси х-х,

– момент инерции пояса относительно собственной нейтральной оси х-х

Отсюда

Условие прочности верхней кромки выполняется

Шаг основных и дополнительных рёбер жёсткости, являющихся опорами для рельса, определим из условия прочности последнего

где – минимальный момент сопротивления рельса при изгибе,

;

– допускаемое напряжения изгиба материала рельса, .

Для обеспечения прочности пояса при действии местных напряжений от давления колес тележки принимаем конструктивно шаг малых диафрагм , а шаг больших диафрагм . В концевых частях балки ребра жесткости ставим в соответствии с необходимостью приварки фундаментов под привод механизма передвижения крана. Размещение основных и дополнительных поперечных рёбер жёсткости показано на рисунке Б.8.2.

Рисунок Б.8.2 — Схема установки основных и дополнительных поперечных рёбер жёсткости

При контакте подошвы рельса с поясом балки пояс находится в плоском напряжённом состоянии и его прочность необходимо проверить по условию

где – напряжения, определяемые по формуле

здесь – напряжение в балке от её общего изгиба в продольном направлении

– местные, нормальные напряжения в поясе поперёк продольной оси балки

здесь – коэффициент, принимаемый по таблице [8, с. 129], ;

– сила, передающаяся на поясной лист через рельс от давления ходового колеса тележки,

здесь – коэффициент, принимаемый по таблице [8, с. 129], ;

– местные, нормальные напряжения в поясе вдоль продольной оси балки

здесь – коэффициент, принимаемый по таблице [8, с. 129], ;

Отсюда

Условие прочности пояса выполняется.

Если условие не выполняется, необходимо принимать .меры по снижению напряжений в поясе.

Б.9 Размещение продольных рёбер жёсткости

Продольные ребра жесткости ставятся на расстоянии от крайней сжатой кромки стенки: первое – , второе ([8], с. 130).

Примем следующее расположение продольных ребер жесткости: . Толщина ребра . Ширина ребра .

Требуемое значение момента инерции продольного ребра относительно плоскости стенки [8, с. 130 табл. 6.20]

Момент инерции продольного ребра относительно стенки

Условие выполняется, так как .

Момент инерции продольного ребра относительно кромки пояса должен быть

Определим момент инерции продольного ребра относительно кромки пояса

Условие выполняется, так как .

Установка продольных ребер показана на рисунке Б.9.2.

Рисунок Б.9.2 —Схема установки поперечных рёбер жёсткости

Б.10 Проверка прочности опорного сечения пролётной балки

Прочность опорного сечения пролётной балки проверяем для случая действия нагрузок IIb.

Определим суммарный изгибающий момент в узле соединения пролётной балки с концевой. Наибольший момент будет со стороны колеса с давлением .

Определим суммарный момент, возникающий в узле сопряжения главной балки с концевой при установки тележки в крайнее положение (рис. Б.10.1).

Рисунок Б.10.1 — Расчётная схема приложения горизонтальных нагрузок при установке тележки в крайнее положение

Наибольший горизонтальный изгибающий момент для пролетной балки действует в узле ее сопряжения с менее нагруженной концевой балкой и будет равен

где – коэффициент, рассчитываемый по формуле

здесь .

– коэффициент, рассчитываемый по формуле

– давление на приводные колеса,

здесь – давление на приводные колеса со стороны менее нагруженной концевой балки (рис. Б.10.2),

– коэффициент сцепления колес с рельсами, для открытого воздуха ;

– количество приводных колес, ;

– общее количество колес, .

Рисунок Б.10.2 – Схема определения максимальных давлений на ходовые колеса

Наибольший горизонтальный изгибающий момент для пролетной балки действует в узле ее сопряжения с более нагруженной концевой балкой и будет равен

Б.11 Проверка прочности сварных швов

Прочность сварных швов, соединяющих пояс со стенкой, проверяют по формуле

где –- наибольшая поперечная сила в рассматриваемом сечении, возникающая при установке тележки в крайнее положение (см. рис. Б.10.2)

–- статический момент брутто пояса балки относительно её общей нейтральной оси,

– коэффициент, принимаемый в зависимости от вида сварки, для полуавтоматической однопроходной сварки

– толщина углового шва, принимаемая равной катету, вписанного в сечение шва равнобедренного треугольника, ;

–-момент инерции брутто сечения балки,

Отсюда

Прочность поясного шва обеспечена.

Прочность каждого вертикального шва проверяют по формуле

где – максимальное значение скручивающего момента (рассчитывается по методике изложенной в пособии [8, с.122]),

– расчётная длина шва, равная его геометрической длине, без удвоенной толщины шва,

и – -размеры балок, ;

– толщина шва, .

Отсюда

Прочность вертикальных швов обеспечена.

Б.12 Расчет металлоконструкции на выносливость

(для заочки не нужно)

(на самостоятельную проработку)

Б.13 Проверка металлоконструкции моста на статическую жёсткость

Статическую жёсткость моста в вертикальной плоскости оценивают по статическому прогибу балок в середине пролёта при действии нагрузок комбинации. Прогиб каждой пролётной балки двухбалочного моста от действия подвижной нагрузки равен

где – равнодействующая давлений колёс тележки,

– момент инерции балки при изгибе в вертикальной плоскости,

– размер, вычисляемый по формуле

;

– предельный относительный прогиб, [8, табл. 6.16],

Отсюда

Статическая жёсткость моста неудовлетворительная (студенту необходимо принять меры по обеспечения статической жесткости моста).

Б.14 Строительный подъём пролётных балок

При пролётах мостов более 17м пролётным балкам должен придаваться строительный подъём, который должен быть равен

где – прогиб пролётной балки от действия постоянных нагрузок,

;

– прогиб пролетной балки от действия подвижных нагрузок, .

Отсюда

Принимаем строительный подъем

Теоретический закон изменения ординаты строительного подъёма по пролёту f(z) принимают обычно в виде синусоиды. Из технологических соображений линию строительного подъёма выполняют ломанной за счёт раскроя листов в виде трапеций или путём соответствующей раскладки листов.

Скос при схеме раскроя по рисунку Б.14.1 равен

Рисунок Б.14.1 – Схема раскроя листов пролётной балки

Если клиновая подрезка оказывается меньше допуска на раскрой листов, строительный подъем формируется раскладкой листов.

Перечень ссылок

1 Вершинский А.В., Гохберг М.М., Семенов В.П. Строительная механика и металлические конструкции. – Л.: Машиностроение, 1984.–231с.

2 Гохберг М.М. Металлические конструкции подъёмно-транспортных
машин.– Изд. 2-е.–Л.: Машиностроение, 1969.–520с.

3 Гохберг М.М. Металлические конструкции подъёмно-транспортных
машин.–Изд. 3-е.–Л.: Машиностроение, 1976.–456с.

4 Шабашов А.П., Лысяков А.Г. Мостовые краны общего назначения.–Изд.
5-е. – М: машиностроение, 1980.–304с.

5 Кубланов Н.П., Спенглер И.Е. Строительная механика и металлические конструкции кранов. – Киев: Будивельнык, 1968. – 286с.

6 Металлические конструкции строительных и дорожных машин (определение внутренних усилий и напряжений)/ В.А. Ряхин, И.Ю. Цвей,
М.С. Балаховский и др. – М.: Машиностроение, 1972.–312с.

7 Курсовое проектирование грузоподъемных машин / Руденко Н.Ф., Александров М.П., Лысяков И.Г. – Издл. 3-е, перераб. И доп. – М.Ж Машиностроение, 1971.-464с.

8 Курсовое проектирование грузоподъёмных машин: Учеб. Пособие для студентов машиностр. Спец. Вузов/С.А.Казак, В.Е. Дусье, Е.С. Кузнецов и др.; Под. Ред. С.А. Казака.—М.: Высш. шк., 1989, -- 319 с.: ил.

9 Справочник по кранам . Т1 Характеристики материалов и нагрузок, расчет металлических нагрузок. /Под общей редакций М.М. Гохберга.-М; Машиностроение , 1988 г. - 536 с.

10 Журавлев В.Н., Николаева О.И. Машиностроительные стали: Справочник. – Изд 3-е – М.Ж машиностроение, 1981. – 391 с.

11 Технологичность строительных сварных конструкций / Сахновский М.М. – 3-е изд., перераб. И доп. – Киев: Будивельник, 1980, 264с.

12 Справочник сварщика /Под ред. Б.В.Степанова. 4-е изд., перераб. И доп. – М.Ж Машиностроение, 1983. – 560с.

13 Богуславский П.Е. Металлические конструкции грузоподъемных машин и сооружений. - М; Машгиз, -1961.-519 с.

1. Бурение боковых стволов
2. Реферат- Экономическая система Давида Рикардо
3. Курсовая работа- Учет безналичных расчетов
4. Реферат- Экспедиция Ермака и присоединение Сибири
5. модульные системы С о д е р ж а н и е Перечень схем и графиков.html
6. Контрольная работа Гражданское право 1 часть 1 семестр выполняется к зачету сдается в весенний семестр 2 курс
7. ru Все книги автора Эта же книга в других форматах Приятного чтения Даниэл Киз Цветы для Эл
8. Курсовая работа- Современные концепции регулирования международных отношений
9. АБИОТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ
10. 1Задать булеву фию можно таблицей- 2 Функцию f можно задать набором ее значений P2 ~ множество всех булевых.html
11. Подсчет запасов нефти и растворенного газа Кудряшовского месторождения
12. тематичних наук Харків 2001 Дисертацією є рукопис
13. Вариант 1 Часть 1 В каком слове неверно выдел
14. I Социальноэкономическая политика
15. Час настав великих зборів Най зійдесь до царських дворів Швидко весь звірячий рід
16. И была густая тьма по всей земле Египетской три дня пробормотал он себе под нос
17. тематики фізики та філософії.
18. McDonald~sУкраїна28 2
19. Зависимость UOUT от UD с учетом напряжения смещения
20. Имидж социально ответственной компании- основные принципы построения

Материалы собраны группой SamZan и находятся в свободном доступе