Большое значение в любой отрасли промышленности играют различные металлоконструкции. Сейчас они применяются практически везде: при строительстве зданий и сооружений, для создания эстакад и

Введение

Большое значение в любой отрасли промышленности играют различные металлоконструкции. Сейчас они применяются практически везде: при строительстве зданий и сооружений, для создания эстакад и промышленных опор и многого другого. Использование прочных и надежных металлоконструкций позволяет значительно повышать срок эксплуатации сооружений, а также возводить их за относительно короткое время. Одним из типов активно используемых металлоконструкций являются подкрановые балки

Подкрановая балка — это конструкция, которая предназначена для перемещения мостового крана или иных подъемных механизмов. Преимущество использования подкрановых балок состоит в том, что они являются высокопрочными конструкциями, способными выдерживать свой собственный вес и, вдобавок, вес подъемного механизма и поднимаемого груза. Зачастую, это означает, что подобная балка может выдержать очень большую нагрузку. Подкрановая балка относится к тому типу конструкций, которые работают на изгиб. На балках монтируются рельсовые пути для кранов, крепления, троллеи и тупики.

Конструкция подкрановой балки состоит из ребер жесткости, полок и непосредственно тела балки. Они бывают длиной в 6 и 12 метров. Так как подкрановые балки характеризуются в качестве особо ответственных металлоконструкций, их производят в соответствии со строгими требованиями к качеству. Их производство требует наличия специализированного оборудования и квалифицированных рабочих.

Подкрановые балки могут изготавливаться двумя способами: из листового металла и двутавровых балок. Второй способ гораздо быстрее и экономичнее. При нем двутавровая балка размечается и режется в соответствии с необходимыми размерами. Затем она зачищается, удаляется окалина и ржавчина, снабжается необходимыми ребрами жесткости и сварочными прихватками. Ребра жесткости монтируются по всей ширине балки. Они бывают продольные и поперечные. Это очень важная часть конструкции, так как именно от нее зависит ее устойчивость и жесткость.

Ребра жесткости провариваются сплошным сварочным швом. После этого подкрановая балка отправляется на сверлильный участок, где в ней просверливают отверстия для крепления рельсов. После этого практически готовую конструкцию грунтуют и окрашивают.

Изготовление балок из листового металла является более сложным и трудоемким процессом. Вначале листовой металл разрезают по размерам балки, затем снимают фаски, которые зачищают. Сборка и сварка балки осуществляется на сборочно-сварочном стенде. Этот процесс выполняется сварщиками или специальными сварочными аппаратами.

Для изготовления балок используется полуавтоматическая или автоматическая ручная сварка. При этом очень важно точно соблюдать технологию производства. В процессе производства подкрановой балки задействовано множество специалистов, среди которых сварщики, машинисты кранов, стропальщики и слесари – сборщики. Контроль и производство конструкции выполняется по рабочим чертежам мастерами участков и технологами.

Подкрановые балки являются очень востребованным металлоконструкциями на крупных промышленных предприятиях. Они изготавливаются с использованием передовых технологий и с соблюдением строгих стандартов качества. Брак при изготовлении подкрановой балки может привести к серьезной аварии на производстве, поэтому все изделия проходят дополнительный контроль на изгиб и прочность. Качественная балка должна выдерживать вес подъемного механизма и поднимаемого груз.

1 Общая часть

1.1Назначение и описание конструкции подкрановой балки

Подкрановая балка предназначена для мостового крана грузоподъёмностью 5 тонн, с пролётом крана 26 метров. Режим работы крана – средний.

Балка разрезная, длинной пролёта 6 метров, изготовлена из стали ВСт3Гпс.

Балка сварная, состоит из трёх элементов: вертикальной стенки и двух горизонтальных полок, выполненных из листового проката.

Поперечное сечение подкрановой балки компонуют в соответствии с характером нагрузок.

Подкрановая балка испытывает знакопеременные нагрузки от передвигающегося по ней мостового электрического крана. Под действием вертикальных нагрузок крановой балки работают всем сечением: при этом верхний пояс работает на сжатие, нижний пояс испытывает растяжение. Под действием горизонтальных крановых тормозных нагрузок, работает на изгиб в горизонтальной плоскости только верхняя полка подкрановой балки, рисунок 1.

Согласно расчётов приняты следующие размеры элементов балки:

– верхняя полка 200x10 мм;

– стенка 700х6 мм;

– нижняя полка150 х10 мм;

Подкрановая балка опирается на консоли колонны.

Опорные части балки конструируют в форме выпуклых плит. На одной из них балка имеет продольную подвижность, на другой она закреплена от продольного смещения штырями.

Стальные рельсы крепят к балкам подкрановыми крюками лапками.

1.2 Характеристика основного металла

Основной металл данной конструкции – сталь ВСт3Гпс. Химический состав стали сведён в таблицу 1

Таблица 1 – Химический состав стали ВСт3Гпс

Марка	Углерод С,%	Кремний Si,%	Марганец Mn,%	Фосфор P,%	Сера S,%
ВСт3гпс	0,14-0,22	0,15	0,8-1,1	0,04	0,05

Свариваемость стали по величине эквивалента углерода определяют по формуле

где углерода, %

кремния, %

марганца

фосфора, %

серы, %

Стали у которых хорошо свариваются.

При расчёте величина эквивалентного углерода Сэ=0.28%,следовательно сталь хорошо сваривается.

Допустимое напряжение определяют по формуле

где – предел текучести, Мпа=2400Мпа

m –коэффициент угловой работы,m=0.9

n –коэффициент прочности,n=1.4

1.3 Выбор способа сварки и сварного материала

При изготовлении подкрановой балки в следствии большой протяжённости поясных швов 6 метров и толщины свариваемых кромок 10 миллиметров, выбираем автоматическую сварку под флюсом. Тавровые и угловые соединения угловой шов можно сваривать двумя способами.

Автомат АДФ-1002(ГС-Т7) предназначен для сварки переменным ток под флюсом стыковых соединений со скосом и без скоса кромок, в нахлёсточном соединений, а также для выполнения угловых швов в вертикальном и наклоном электродом. Сварные швы могут быть прямыми и кольцевыми в процессе сварочный автомат передвигается по изделию. сварочный автомат состоит из сварного трактора и источника питания.

2Специальная часть

2.1Статистический расчёт

Исходные данные для расчёта подкрановой балки сведены в таблицу 2

Таблица 2 –­­ Исходные данные.

Параметры	Обозначения	Размерности	Числовые размерности
Длинна пролёта	l	м
Длинна пролёта крана	L	м
Грузоподъёмность крана	G	т
Давление ходового колеса		кН
Вес тележки		т

По данным таблицы ГОСТ 7464 – 80 и Отсюда приняв коэффициент перегрузки [2,табл.4.1]получаем

– для определения и при проверке прочности;

где 1,1 – коэффициент динамичности;

n – коэффициент перегрузки( для кранов грузоподъёмностью менее 5 т; для кранов грузоподъёмностью 5 т и более);

и – нормативные нагрузки;

G – вес тележки крана;

k – число катков крана с одной стороны;

– сумма наибольших нормативных сил давления катков, расположенных с одной стороны крана

Р – вертикальная сила;

Т – горизонтальная сила

Рисунок 1 – Нагрузки от крана на подкрановую балку

Для учёта влияния собственного веса балки вводим коэффициенты, равные при l – 6м, для момента 1,03; и для перерезывающей силы 1,02;

Тогда

2.2 Подбор сечения балки

Определяем по формуле

гдеR- расчётное сопротивление,

n=1,2

Для стали Вст3Гпс

Оптимальная высота балки определяется по формуле

где – требуемый момент;

– толщина стенки;

Требуемый момент сопротивления для верхнего пояса определяется по формуле

где – изгибающий момент;

R–расчёт сопротивления;

Принимаем

Размеры стенки

Определяется момент инерции стенки ; по формуле

Определяем момент инерции балки для верхнего пояса ; по формуле

где - момент сопротивление верхнего пояса;

;

– высота стенки;

Площадь верхнего пояса , ; определяем по формуле

Момент сопротивления нижнего пояса , ; определяем по формуле

Момент инерции балки для нижнего пояса , ; определяем по формуле

площадь нижнего пояса , ; определяем по формуле

Примем сечение балки:

– верхний пояс мм

– нижний пояс мм

– стенка

(12)

где – площадь в верхнего пояса,

– площадь нижнего пояса,

– толщина стенки,

Отклонение центра определяем по формуле

Определяем главный момент инерции , ; относительно оси x определяем по формуле

Определяем главный момент инерции , относительно оси yопределяем по формуле

Определяем момент сопротивления , по формуле

где –момент инерции относительно оси x,

Рисунок 2 – Принятое сечение балки изображено

Статический момент верхнего пояса определяем по формуле

Статистический момент части сечения расположенный выше нейтральной оси, определяем по формуле

Принятое сечение балки изображено на рисунке 2.

2.3 Проверка прочности

Определяем направления в верхнем поясе по формуле

Определяем напряжения в нижнем поясе по формуле

Касательное напряжение на опоре определяем по формуле

Средние касательные напряжения в зоне наибольших нормальных напряжений определяем по формуле

Выполним проверку напряжения местного сжатия стенки, определяем по формуле

2.4 Расчёт рёбер жёсткости

В сжатых поясах потеря устойчивости может быть связана с нормальными сжимающими напряжениями и комбинациями нормальных и касательных напряжений.

Чтобы обеспечить местную устойчивость сечения балки, приваривают рёбра жёсткости

Расстояние между рёбрами жёсткости принимаем .

Ширину ребра жёсткости, определяем ,мм, определяют по формуле

По конструктивным соображениям ширину ребра жёсткости уменьшают

Принимают

Толщину рёбер жёсткости , мм, определяют по формуле

Принимают

a

S_p

в_р

Рисунок 2 – Расстановка рёбер жёсткости

2.5 Проверка сварных швов

2.5.1Расчёт поясных швов.

Поясные швы соединяют горизонтальные листы с вертикальными. Рабочими напряжениями в поясных швах являются касательные напряжения , Мпа. Принимают катеты верхних и нижних поясов в пределах К, мм, определяем по формуле

Принимают К=4мм

Касательные напряжения в нижних поясных швах , МПа, определяют по формуле

где – расчётная поперечная сила в опорном сечении балки, кН;

– статистический момент нижнего горизонтального пояса в сечении балки;

– уточнённое значение осевого момента инерции подобранного сечения, ;

Принимают

Y

τ_max

Х

σ_max

Рисунок 3 – К расчёту поясных швов

Касательные напряжения в верхних поясных швах, при этом учитывают приваренный к данному поясу рельс , Мпа, определяют по формуле

где – статистический момент сечения верхнего горизонтального пояса совместно с приваренным к нему рельсом, относительно центра тяжести сечения балки,

где

Принимают

К касательным напряжениям найденным в верхних поясных швах необходимо добавить касательные напряжения вызванные перемещающейся сосредоточенной нагрузкой ,МПа, определяют по формуле

где n – коэффициент зависящий от характера обработки кромки вертикального листа

Принимают n – 0,4

Принимают

Условные результирующие касательные напряжения в верхних поясных швах , МПа, определяют по формуле

Принимают

Принимают

2.6 Конструирование опорных узлов балки.

Опорные части балки конструируют в форме выпуклых плит. На одной из них балка имеет продольную подвижность, на другой она закреплена от продольного смещения болтами или штырями.

А в

X

d

S

S₀

а В₀

R

А

Рисунок 4 – Конструкция опорной части балки

где –ширина опорной плиты, мм

Принимают

Принимают

где –толщина плиты у концевой части, мм;

Принимают

где –радиус цилиндрической поверхности, м

Принимают

где – диаметр отверстий под болты, мм

Принимают

где – момент изгиба на оси плиты, Нм

Принимаем

3 Охрана труда и окружающей среды

3.1Техника безопасности по проведению сварочных работ

–К самостоятельному выполнению сварочных работ допускаются работники не моложе 18 лет, прошедшие медицинское освидетельствование, вводный инструктаж, первичный инструктаж, обучение и стажировку на рабочем месте, проверку знаний требований охраны труда, имеющие группу по электробезопасности не ниже II, профессиональные навыки по газосварочным работам и имеющие удостоверение на право производства газосварочных работ.

– Работник обязан:
– Выполнять только ту работу, которая определена рабочей инструкцией.
– Выполнять правила внутреннего трудового распорядка.
– Правильно применять средства индивидуальной и коллективной защиты.
–Соблюдать требования охраны туда.
– Немедленно извещать своего непосредственного или вышестоящего руководителя о любой ситуации, угрожающей жизни и здоровью людей, о каждом несчастном случае, происшедшем на производстве, или об ухудшении состояния своего здоровья, в том числе о проявлении признаков острого профессионального заболевания (отравления).
– Проходить обучение безопасным методам и приёмам выполнения работ и оказанию первой помощи пострадавшим на производстве, инструктаж по охране труда, проверку знаний требований охраны труда.
Проходить обязательные периодические (в течение трудовой деятельности) медицинские осмотры (обследования), а также проходить внеочередные медицинские осмотры (обследования) по направлению работодателя в случаях, предусмотренных Трудовым кодексом Российской Федерации и иными федеральными законами.

Уметь оказывать первую доврачебную помощь пострадавшим от действия электрического тока и при других несчастных случаях;

Уметь применять первичные средства пожаротушения.

При выполнении сварочных работ на работника возможны воздействия следующих опасных и вредных производственных факторов:
– повышенное напряжение в электрической цепи, замыкание которой может пройти через тело человека;
– расположение рабочего места на значительной высоте относительно земли (пола);
– вредные вещества;
– острые кромки, заусенцы и шероховатости на поверхности заготовок;
– повышенная запыленность и загазованность воздуха рабочей зоны, токсические вещества в составе сварочного аэрозоля;
– повышенная температура поверхности оборудования;
– повышенная или пониженная температура воздуха рабочей зоны;
– повышенная яркость света.
– оборудование (газогенератор, баллоны с газом);
– инфракрасное излучение;
– расплавленный металл.
– ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное излучение;

Оборудование (газогенератор, баллоны с газом, горелки) - в результате неправильной эксплуатации или неисправности может произойти взрыв с тяжелыми последствиями.

Ультрафиолетовые лучи, возникающие при электросварке, вызывают ожоги лица, рук и приводят к воспалению глаз. Видимые лучи действуют на сетчатую и сосудистую оболочку глаз, а инфракрасные - на хрусталик и роговицу глаза.

Инфракрасное излучение оказывает вредное влияние на хрусталик и роговицу глаза.

Газы: ацетилен – бесцветный газ с резким характерным запахом. Длительное вдыхание ацетилена может повлечь за собой головокружение и даже отравление. Смесь ацетилена с кислородом и воздухом взрывоопасна;
– пропан – бутан – метановая смесь – бесцветный газ со слабым запахом, взрывоопасен, при больших концентрациях может вызвать отравление.

Температура электрической дуги достигает 4000 °С при этом свариваемые детали значительно нагреваются и прикосновение к ним вызывает ожог. Горячая деталь внешне ничем не отличается от холодной и поэтому не воспринимается как источник опасности. Кроме того, при электросварке происходит разбрызгивание капель жидкого металла, которые попадая на тело вызывают ожоги.

Вредные газы и пыль (аэрозоль) выделяются при электросварочных работах и зависят от типа электродов, присадочного материала и свариваемого металла. Основными вредными веществами, входящими в состав выделяемых газов и аэрозолей, являются: оксид углерода, оксиды азота, хрома, марганца, цинка, кремния, фтористые соединения и др. Попадая вместе с вдыхаемым воздухом в организм работающего они могут привести к отравлениям, а пылевидная их часть - к поражению слизистой оболочки.

Работник при производстве сварочных работ должен быть обеспечен спецодеждой, спец–обувью и другими средствами индивидуальной защиты в соответствии с Типовыми отраслевыми нормами бесплатной выдачи специальной одежды, специальной обуви и других средств индивидуальной защиты и Коллективным договором.
При нахождении на территории стройплощадки работник должен носить защитную каску.

В процессе повседневной деятельности необходимо:
– применять в процессе работы сварочные аппараты, другое оборудование и средства малой механизации по назначению, в соответствии с инструкциями заводов-изготовителей;
– не пользоваться приспособлениями, оборудованием обращению с которым он не обучен и не проинструктирован;
– поддерживать порядок на рабочих местах, очищать их от мусора, снега, наледи, не допускать нарушений правил складирования материалов и конструкций;
– быть внимательными во время работы и не допускать нарушений требований безопасности труда;

В случаях получения травм или недомогания необходимо прекратить работу, известить об этом руководителя работ и обратиться в медицинское учреждение.

За невыполнение данной инструкции виновные привлекаются к ответственности согласно законодательства Российской Федерации.

3.2 Противопожарная безопасность.

Техника безопасности электросварочных работ осуществляется по следующим пунктам:

Установки для электрической сварки должны удовлетворять требованиям соответствующих разделов ПУЭ, ПТЭ, ПТБ при эксплуатации электроустановок потребителей с теми дополнениями, которые приведены в настоящей Инструкции.

Электросварочные установки должны иметь техническую документацию. На их корпуса наносится информационная надпись (регистрационный или инвентарный номер, принадлежность участку, организации и фамилия лица, ответственного за эксплуатацию данного аппарата).

Установка для ручной сварки должна снабжаться рубильником с предохранителями или автоматическими выключателями (для подключения источника сварочного тока к распределительной сети) и указателем величины сварочного тока.

При эксплуатации однопостовых сварочных установок (трансформаторов и выпрямителей) необходимо помимо корпуса заземлять и один из выводов вторичной обмотки, к которому подключен обратный провод.

Температура нагрева отдельных частей сварочного аппарата не должна превышать 75 °C.

Сварочные выпрямители и трансформаторы должны быть защищены от попадания на них воды.

Применение шнуров всех марок для подключения источника сварочного тока не допускается, в качестве питающих проводов как исключение могут использоваться провода марок ПР и ПРГ при условии их защиты от механических повреждений.

Для подвода сварочного тока рекомендуется использовать провода и кабели типа ПРГД и КГ. При использовании менее гибких проводов следует присоединять их к электродержателю через надставку из шлангового провода или кабеля длиной не более 3 м.

Для предотвращения загорания сварочных проводов и сварочного оборудования должен быть осуществлен правильный выбор сечения проводов по величине тока согласно таблице 3.

Таблица 3 – Подбор сечения проводов по величине тока

Сварочный ток, А	< 200			> 460
Площадь сечения основного кабеля, кв. м
Площадь сечения надставки, кв. м		50 или 2 x 16	70 или 2 x 25	70 или 2 x 25

При увеличении длины сварочного кабеля свыше 50 м его сечение должно быть увеличено.

Электродуговая сварка должна проводиться с применением двух сварочных кабелей, при этом сечение и качество изоляции обратного провода должно быть таким же, как и прямого.

При проведении электросварочных работ на постоянных местах или открытых площадках в качестве обратного провода допускается применять медные и алюминиевые шины любого профиля, сварочные плиты, стеллажи и саму свариваемую конструкцию при условии, если их сечения обеспечивают безопасное по условиям нагрева протекание сварочного тока.

Электросварочные кабели при прокладке должны располагаться от трубопровода кислорода на расстоянии не менее 0,5 м, а от трубопроводов ацетилена и других горючих газов - не менее 1 м.

Допускается сокращать указанное расстояние вдвое при условии заключения газопровода в защитную металлическую трубу.

При магистральной прокладке сварочных кабелей (проводов), в том числе по стволам, отводы от них для организации сварочных постов должны осуществляться при помощи болтового соединения от стационарно установленной клеменной коробки с защитной крышкой и необходимыми надписями.

Соединение жил сварочных кабелей (проводов) нужно производить при помощи опрессовки, пайки, специальных зажимов. Подключение сварочных кабелей к электрододержателю, свариваемому изделию и сварочному аппарату производится при помощи медных кабельных наконечников, скрепленных болтами с шайбами.

При смене электродов в процессе сварки их остатки (огарки) следует выбрасывать в пенал для электродов.

Сопротивление изоляции токоведущих частей сварочной цепи должно быть не менее 0,5 МОм. Изоляция должна проверяться не реже одного раза в три месяца.

При выполнении в подземных условиях автоматической и полуавтоматической сварки в среде защитных газов на рабочем месте должно находиться не более одного баллона при использовании однокомпонентного газа и двух баллонов при сварке в смеси защитных газов.

Допускается хранение в отдельном месте не более суточной нормы расходования баллонов с защитными газами.

3.3 Охрана окружающей среды.

Охрана окружающей среды на предприятии характеризуется комплексом принятых мер, которые направлены на предупреждение отрицательного воздействия человеческой деятельности предприятия на окружающую природу, что обеспечивает благоприятные и безопасные условия человеческой жизнедеятельности. Учитывая стремительное развитие научно–технического прогресса, перед человечеством встала сложная задача – охрана важнейших составляющих окружающей среды (земля, вода, воздух), подверженных сильнейшему загрязнению техногенными отходами и выбросами, что приводит к окислению почвы и воды, разрушению озонового слоя земли и климатическим изменениям.

Промышленная политика всего мира привела к таким необратимым и существенным изменениям в окружающей среде, что этот вопрос (охрана окружающей среды на предприятии) стал общемировой проблемой и принудил государственные аппараты разработать долгосрочную экологическую политику по созданию внутригосударственного контроля за ПДВ.

Основными условиями для улучшения экологии в стране являются: рациональное использование, охрана и трата запасов природного резерва, обеспечение безопасности экологии и противорадиационные меры, повышение и формирование экологического мышления у населения, а также контроль над экологией в промышленности.

Охрана окружающей среды на предприятии определила ряд мероприятий для снижения уровня загрязнений, вырабатываемого предприятиями:

– выявление, оценка, постоянный контроль и ограничение выброса вредных элементов в атмосферу, а также создание технологий и техники, охраняющих и сберегающих природу и ее ресурсы.

–разработка правовых законов, направленных на охранные меры окружающей среды и материальное стимулирование выполненных требований и профилактики комплекса природоохранных мероприятий.

–профилактика экологической обстановки путем выделения специально отведенных территорий (зон).

Помимо экологической безопасности объекта (охрана окружающей среды на предприятии) не менее важна и безопасность жизнедеятельности (БЖД) на предприятии. В это понятие включен комплекс организационных предприятий и технических средств для предотвращения отрицательного воздействия производственных факторов на человека.

Для начала все работники предприятия прослушивают курс по технике безопасности, который инструктирует непосредственный начальник или работник по охране труда. Помимо простой техники безопасности рабочие должны также соблюдать ряд правил по техническим требованиям и нормативам предприятия, а также поддерживать санитарно-гигиенические нормы и микроклимат на рабочем месте.

Все нормы и правила экологической и рабочей безопасности должны быть определены и зафиксированы в определенном документе.

Экологический паспорт предприятия – это комплексная статистика данных, отображающих степень пользования данным предприятием природных ресурсов и его уровню загрязнения прилегающих территорий. Экологический паспорт предприятия разрабатывается за счет компании после согласования с соответствующим уполномоченным органом и подвергается постоянной корректировке в связи с перепрофилированием, изменениями в технологии, оборудовании, материалов и т.д.

Для правильного составления паспорта предприятия и во избежание мошенничества контролирование содержания вредных веществ в окружающей предприятие природе ведет специальная служба экологического контроля. Работники службы участвуют в заполнении и оформлении всех граф экологического паспорта, учитывая суммарное воздействие вредных выбросов в окружающую среду. При этом учитываются допустимые концентрационные уровни вредных веществ на прилегающих к предприятию территориях, воздухе, поверхностных слоях почвы и водоемов.

Литература

1. Овчинников, В.В. Расчет и проектирование сварных конструкций / В.В. Овчинников. – М.: Академия, 2010.

2.Овчинников, В.В. Расчет и проектирование сварных конструкций. Практикум и курсовое проектирование / В.В.Овчинников. – М.: Академия,

3. http://www.zakonprost.ru/content/base/part/79320

4. http://ohranatruda.ru/ot_biblio/instructions/166/148731/

5. http://fb.ru/article/3905/ohrana-okrujayuschey-sredyi-na-predpriyatii

Дата добавления: 2015-08-27