close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

Назад на страницу 1;pdf

код для вставкиСкачать
1
Лекции по "Подъемно-транспортным машинам" для ГМ (32 лекционных часов).
© В.Ю. Кухарь, доцент
Лекция 12
МАТЕРИАЛЫ В КРАНОСТРОЕНИИ.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ КРАНОВ
Цель лекции – ознакомить студентов с применяемыми в краностроении
конструкционными материалами, дать основные понятия о проектировании и
расчете металлоконструкций кранов и технологий их изготовления.
Студенты должны:
знать: марочник конструкционных материалов для изготовления основных
элементов кранов, основные принципы проектирования и методы расчета силовых
металлоконструкций кранов.
уметь: по исходным данным назначать марки конструкционных материалов
для изготовления основных узлов и деталей металлоконструкций кранов,
проектировать и рассчитывать элементы крановых металлоконструкции.
Материалы для изготовления металлоконструкций кранов.
На металлоконструкции грузоподъемной машины, являющейся ее
остовом, монтируют все механизмы, приводы и системы управления. На
изготовление металлоконструкций расходуется значительное количество металла.
От свойств металлоконструкций зависит долговечность и надежность работы механизмов и грузоподъемной машины в целом. Поэтому при проектировании
металлических конструкций следует стремиться экономно расходовать
материалы и одновременно обеспечивать надежность, долговечность, удобство
обслуживания и ремонта; применять экономичные профили проката и
эффективные марки сталей; применять конструкции, обеспечивающие
наименьшую трудоемкость изготовления, транспортирования и монтажа;
предусматривать технологичность изготовления и монтажа конструкций;
применять
соединения
прогрессивных
типов
(автоматическая
и
полуавтоматическая сварка); предусматривать защиту элементов конструкции
от коррозии и удобный доступ для выполнения швов и их контроля. Все
конструкции должны быть доступными для наблюдения, очистки, окраски, а
также не должны задерживать влагу и затруднять проветривание. Замкнутые
профили должны быть герметизированы.
Металлические
конструкции
должны
иметь
соответствующую
прочность, сопротивление усталости, устойчивость и жесткость элементов с
учетом условий изготовления, транспортирования, монтажа и эксплуатации.
Металлоконструкции должны быть транспортабельны при перевозке
железнодорожным, водным или автомобильным транспортом.
Металлические конструкции грузоподъемных машин выполняют
сварными и клепаными, но изготовление сварных конструкций более
производительно и дешево.
Черные металлы. Металлоконструкции грузоподъемных машин
изготавливают из стальных листов, фасонного проката, труб, гнутых и
2
Лекции по "Подъемно-транспортным машинам" для ГМ (32 лекционных часов).
штампованых профилей, при этом используют как профили универсального
назначения, так и специально выпускаемые для отрасли подъемно-транспортного
машиностроения, как например, тавровые и двутавровые профили для путей
подвесных рельсовых дорог. Уголковые профили и трубы широко используют в
качестве элементов, работающих на растяжение - сжатие, швеллеры и двутавры
применяют в качестве элементов, воспринимающих преимущественно изгиб- ные
нагрузки.
Для сварных конструкций обычно применяют углеродистую сталь
обыкновенного качества группы В, имеющую гарантии как по механическим
свойствам, так и по химическому составу. Основной маркой стали является
ВСтЗ, обладающая достаточно высокими механическими (прочность, ударная
вязкость) и технологическими (свариваемость) свойствами.
В зависимости от технологии плавки различают сталь спокойную (ВСтЗсп),
полуспокойную (ВСтЗпс) и кипящую (ВСтЗкп). Спокойная сталь остывает в
изложницах без бурного выделения газов, что обеспечивается полным раскислением
металла с помощью присадок кремния, марганца, алюминия, связывающих газы.
Сталь в этом случае обладает более высокими механическими свойствами.
Кипящая сталь раскисляется не полностью, и э слитках остаются газовые пузыри;
она имеет большую склонность к хрупким разрушениям, у нее ниже ударная
вязкость при пониженных температурах, но она дешевле, чем спокойная сталь.
Несущие элементы металлоконструкций следует изготовлять из
спокойной или полуспокойной стали, а для вспомогательных элементов можно
использовать кипящую или полуспокойную сталь. Наряду со сталью марки Ст3
применяют сталь марки М16С, содержащую меньше вредных примесей (фосфора,
серы). Для конструкций, изготовляемых из трубчатых элементов, применяют стали
марок 10 и 20.
Кроме углеродистых сталей для изготовления ответственных элементов
находят применение также низколегированные стали, обладающие более
высокими значениями предела текучести и временного сопротивления, менее
склонные к хрупкому разрушению при пониженных температурах,
обладающие повышенной стойкостью против коррозии. Так в условиях агрессивных сред рекомендуется применять стали с добавкой меди, повышающей их
коррозионную стойкость.
Наибольшее распространение имеют низколегированные стали марок
09Г2, 1СХСНД, 15ХСНД, 14Г2АФ, 14Г2АФД. Из легированных сталей
повышенной прочности применяют также стали 16Г2АФ, 18Г2АФ и 18Г2АФД.
Цифры с левой стороны в начале обозначения марки стали соответствуют среднему
содержанию углерода в сотых долях процента. Цифры после букв показывают
содержание легирующего элемента в процентах. Если содержание легирующего
элемента меньше одного процента, то цифры после буквы не ставятся. Так, например, сталь 09Г2С имеет содержание углерода в среднем 0,09 %, марганца - до двух
процентов, кремния - до одного процента. Сталь 15Г2АФДпс имеет 0,15 % углерода,
до двух процентов марганца, менее одного процента азота (обычно 0,03%), ванадия
(обычно 0,05 ... 0,15 %) и меди (обычно 0,4... 0,5 %). Индекс "пс" означает, что сталь
полуспокойной плавки.
3
Лекции по "Подъемно-транспортным машинам" для ГМ (32 лекционных часов).
Для тех районов страны, где температура в течение длительного времени
может быть ниже минус 30°С к металлу, применяемому для изготовления
металлоконструкций, предъявляют повышенные требования в отношении
хладостойкости стали, так как в этих условиях отмечаются случаи хрупкого
разрушения.
Алюминиевые сплавы. Для уменьшения массы металлоконструкций
ограниченное применение находят легкие сплавы на основе алюминия и магния.
Наряду с малой плотностью (в 2,8... 3 раза меньше, чем у стали), что дает
возможность облегчать поддерживающие конструкции (подкрановые пути, эстакады
и др.), они обладают высокой механической прочностью, близкой к прочности стали
Ст3, большой коррозионностойкостью, сохраняют высокие механические свойства
при низких температурах (до -65°С).
Ограниченное
применение
алюминиевых
сплавов
объясняется
технологическими трудностями изготовления и ремонта кранов, высокой
деформируемостью алюминиевых сплавов, а также необходимостью тщательной
изоляции алюминиевых элементов относительно стальных во избежание
интенсивной контактной коррозии. Алюминиевые сплавы имеют ряд недостатков, в
том числе малый модуль упругости (≈7 104 МПа), что снижает устойчивость
элементов конструкции на сжатие, и высокий коэффициент линейного расширения,
что приводит к увеличению температурных деформаций, а также низкое значение
предела выносливости. Кроме того, стоимость алюминиевых сплавов примерно в 10
раз превышает стоимость стали СтЗ той же массы.
Для расчетных элементов конструкции используют алюминиевые сплавы,
имеющие в своем составе магний, типов АМг6 и АМг5. Для вспомогательных
элементов
применяют
сплавы
АМг2
(алюминий+магний),
АМn
(алюминий+марганец), АД31, АД32 и АВ (алюминий + магний + кремний).
Металлоконструкции из алюминиевых сплавов изготовляют сваркой в
атмосфере инертных газов или клепкой; способ соединения элементов конструкции
определяют по марке сплава.
Область применения сплавов на основе меди в современных кранах
ограничена преимущественно элементами механизмов взрывозащищенных кранов.
Неметаллические материалы находят ограниченное применение в
слабонагруженных элементах механизмов и электрооборудовании (крышки, корпуса
коробок и др.).
Эластичные материалы применяют для амортизирующих прокладок и
буферов.
При выборе материалов для различных деталей следует учитывать
специфические особенности работы ГПМ, а также ограниченность сортамента
конкретного завода – изготовителя.
При наличии у деталей резких переходов, выточек, отверстий и зубьев
большое значение имеет малая чувствительность к концентрации напряжений.
Для материалов, применяемых в металлоконструкциях, весьма важна
свариваемость.
4
Лекции по "Подъемно-транспортным машинам" для ГМ (32 лекционных часов).
ПРИ
ВЫБОРЕ
МАТЕРИАЛОВ
НЕОБХОДИМО
УЧИТЫВАТЬ
НАЗНАЧЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ, УСЛОВИЯ ИХ РАБОТЫ И ВОЗМОЖНУЮ
ТЕХНОЛОГИЮ ИЗГОТОВЛЕНИЯ.
При выборе материалов в каждом конкретном случае необходимо исходить из
условия экономической целесообразности, учитывая возможную стоимость детали,
и стремиться установить (выбрать) наиболее выгодную (оптимальную) прочность
материала.
Количество применяемых марок материалов и их сортамента, по
возможности, должно быть минимальным.
Металлические конструкции грузоподъемных машин.
Различают металлоконструкции балочного, ферменного и смешанного типов.
Металлоконструкции балочного типа (балки) работают, в основном, на
изгиб. Примеры балочных металлоконструкций представлены на рис.1.
Балки выполняют:
а) из одного прокатного профиля (рис.2,а);
Рис.1. Балочные металлоконструкции: а) кран мостового типа; б) настенный
поворотный кран.
5
Лекции по "Подъемно-транспортным машинам" для ГМ (32 лекционных часов).
а)а)
б)б)
Рис.2.
Рис.2.Примеры
Примерыконструкций
конструкцийбалок:
балок:а)а)изизодного
одногопрокатного
прокатногопрофиля;
профиля;б)б)
составные
составныеизизпрокатных
прокатныхили
илигнутых
гнутыхпрофилей
профилейи илистов.
листов.
1-верхний
1-верхнийпояс;
пояс;2-боковая
2-боковаястенка;
стенка;3-нижний
3-нижнийпояс.
пояс.
б) составными из прокатных или гнутых профилей и листов (рис.2,б)
Балочные металлоконструкции дешевле, технологичнее и надежнее
ферменных, но тяжелее.
Балки применяют:
1) в металлоконструкциях малых и средних размеров, когда увеличение веса
еще невелико;
2) при серийном производстве, требовательном к технологичности;
3) при напряженных режимах эксплуатации.
Металлоконструкции ферменного типа (фермы).
Состоят из стержней, нагруженных осевой силой. Примеры ферменных
металлоконструкций представлены на рис. 3.
а)
б)
в)
Рис.3. Ферменные металлоконструкции: а) кран мостового типа; б) настенный
поворотный кран, в) ферма козлового крана. 1- узел; 2-стержень.
6
Лекции по "Подъемно-транспортным машинам" для ГМ (32 лекционных часов).
Стержни выполняют из прокатных или гнутых профилей и листов (рис. 4):
а) из одного элемента (рис.4,а),
б) составными (рис.4,б).
а)
б)
Рис.4. Примеры конструкций стержней ферм.
Узел – место, где сходятся два или более стержней. Конструкция узла
зависит от конструкции стержня и числа стержней, сходящихся в узле (рис.5).
а)
б)
в)
г)
д)
Рис.5.Примеры конструкций узлов ферм.
Основные правила конструирования ферм.
1.
Поперечные
сечения
стержней
желательно
выполнять
симметричными.
2. Силу к стержню прикладывают по центру тяжести его поперечного
сечения,
3. Продольные оси стержней, сходящихся в узле, должны пересекаться в
одной точке,
4. Если стержень выполнен из не соприкасающихся между собой
элементов, то их соединяют пластинами (рис.6).
7
Лекции по "Подъемно-транспортным машинам" для ГМ (32 лекционных часов).
Рис 6.
Шаг t пластин определяют из условия устойчивости стержня.
Ферменные металлоконструкции легче балочных и в них меньше время
затухания колебаний.
Фермы применяют:
1) в металлоконструкциях средних и больших размеров;
2) при единичном производстве;
3) при ненапряженных режимах эксплуатации.
Металлоконструкции смешанного типа.
Металлоконструкции смешанного типа включают ферменные и балочные
элементы. Пример металлоконструкции смешанного типа настенного
поворотного крана приведен на рис.7.
Рис.7 Пример металлоконструкции смешанного типа настенного поворотного
крана 1- колонна (труба); 2 – стрела балочного типа; 3 – оттяжка (труба); 4 –
гнутый П-образный профиль; 5 – нижний пояс балки (лист, полоса).
Основные правила проектирования металлоконструкций.
1. Уменьшать зону, занимаемую металлоконструкцией под краном (рис.8).
а) хуже
б) лучше
Рис.8.
8
Лекции по "Подъемно-транспортным машинам" для ГМ (32 лекционных часов).
2.
(рис.9).
Уменьшать суммарную длину главных элементов металлоконструкции
а) хуже
б) лучше
Рис.9.
На рис.9,б меньше суммарная длина главных элементов, следовательно
меньше прогиб, меньше расход металла и масса.
3. Металлоконструкция должна иметь простые геометрические формы.
4. В большинстве случаев металлоконструкции выполняют неразъемными.
Разъемы предусматривают при длине более 32 м и ширине более 4 м. Разъемы не
обязательно шарнирные; достаточно болтового соединения фланцевого типа как,
например, на рис.10.
Рис.10.
5. Сокращать номенклатуру сортамента: толщины листов и полос, диаметры
труб и толщины их стенок, номера уголков, швеллеров и других прокатных
профилей.
6. В единичном и мелкосерийном производствах не применять трубы с
переменным по длине сечением .
7. Гнутые профили выполнять с постоянным по длине сечением.
8. При проектировании балок предусматривать возможность применения
автоматической сварки.
9. В балках основную массу металла располагать в верхнем и нижнем
поясах, а не в боковых стенках (при этом повышаются моменты инерции и
сопротивления).
9
Лекции по "Подъемно-транспортным машинам" для ГМ (32 лекционных часов).
10. В балках переменного сечения (рис.11) переменной выполнять только
высоту h, а ширину b - постоянной и равной, по - возможности, стандартной ширине
листов или полос.
Рис.11.
11. Высокие боковые стенки балок облегчать окнами (рис.12).
Рис.12.
12. Места присоединения к колонне стрел, оттяжек и подкосов приближать к
опорам (рис.13). При этом уменьшается момент изгибающий колонну.
а) хуже
б) лучше
Рис.13.
13. Прутки и канаты в качестве оттяжек не применять.
14. В металлоконструкциях ферменного типа при механическом приводе
поворота увеличивать горизонтальную жесткость мест присоединения к колонне
стрел, оттяжек и подкосов с помощью накладок, ребер и других элементов (рис.14).
10
Лекции по "Подъемно-транспортным машинам" для ГМ (32 лекционных часов).
Рис. 14. 1- колонна; 2 – стрела; 3 – накладка.
15. Катет сварных швов принимают равным толщине наиболее тонкого из
двух соединяемых элементов, а затем проверяют расчетом.
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа