3.2. Проверочные расчеты основных элементов рамы

В настоящей курсовой работе сварная рама Р1 является частью фундаментной рамы замкнутого контура (рисунок 4) и имеет П -образную форму. Основными элементами рамы являются балка 1 и две стойки 3 (рисунок 5). На схеме рамы (рисунок 5 б ) показана внешняя вертикально приложенная сила от массы блока силовой турбины, равной 30000 кг. Сила P₁ передается на балку 1 через опорный столик 2, а затем на фундамент через опорный лист 5 балки, не вызывая ее изгиба. Силы Р₂ и Р₃, соответственно, приходят на стойки 3 через лапу корпуса блока, а затем передаются на фундамент через опорные листы 5 стоек. Стойки будут испытывать сжатие.

Расчет рамы производим на монтажные нагрузки. При поднятии, переносе и установке рамы с блоком СТ возможно неравномерное рас-пределение нагрузок на её элементы. Максимального значения может достигнуть сила Рь приложенная к середине пролета балки 1 рамы. Эта сила вызовет изгиб балки. Помимо изгиба балка может подвергнуться и скручиванию.

Требуется проверить соответствие заданных размеров сечения балки требуемым; проверить сечение балки по распределению материала (не менее 30 % в поясах); проверить прочность, жесткость и устойчивость балки (общую и местную ее элементов); определить несущую способность балки при кручении.

Рисунок 6 – К расчету рамы: а - монтажная схема рамы; б - расчетная схема балки рамы; в - расчетное сечение балки

Исходные данные:

Материал конструкции сталь марки Ст3пс5

Допустимое растяжение материала при растяжении [σ]=160МПа;

при срезе [τ]=96МП.

Допускаемый относительный прогиб

ℓ=1,85м-расчетная длинна балки

S_в= 10 мм

h= 390 мм

Р= 260 кН

L_x= 2950 мм

d= 48 мм

n= 12

Расчет основных элементов балки рамы.

Определяем расчетные усилия балки защемленной двумя концами.

Реакции в опорах

где Р=Р₁=254 кН - сосредоточенная сила приложенная в середине

пролёта балки.

Максимальный момент в опоре

Максимальная поперечная сила.

Q=R_A=R_B=127кН

Проверяем соответствие заданных размеров сечения балки требуемым

Высота балки

Где L- длина рамы L=2950мм

Высота балки коробчатого профиля из условия экономичности (наименьшей массы) должна быть не мене значений

где S_B-толщина вертикального листа

[σ_Р]=160МПа- допускаемое напряжение при растяжении

Толщина стенки

Толщина пояса

Ширина пояса

Проверяем сечение балки по использованию материала

где F_п-площадь сечения пояса,

что удовлетворяет условию

Проверяем балку на прочность

Расчетная ширина пояса

Момент инерции относительно оси х-х

Статический момент сечения относительно оси х-х

Проверяем опорное сечение балки

по напряжениям

где 0,9 коэффициент учитывающий условия воздействия монтажных

нагрузок;

Условие выполнено.

по касательным напряжениям

где

Условие выполнено.

по приведенным напряжениям

Проверяем жесткость балки

Максимальный прогиб балки от приложенных нагрузок

где Е- модуль упругости Е=2,06·10⁵Па

J_ср- момент инерции сечения балки в середине пролета

допускаемый относительный прогиб

что удовлетворяет условию.

Проверяем местную устойчивость элементов балки

Определяем условную гибкость стенки балки

где σ_т- предел текучести материала

σ_т=245МПа

укрепляем стенку балки ребрами жесткости

Определяем сечение ребра

Определяем расчетную площадь ребра

Определяем приложенную силу

Определяем нормальные напряжения в стойке

Определяем толщину ребра

Устойчивость сжатого пояса балки

где b_СВ- неокаймленный свес пояса

Определяем несущую способность балки при кручении

Отсюда крутящий момент

где F- площадь сечения прямоугольника

S_min=8 мм -наименьшая толщина вертикального или горизонтального листа;

[τ_к]- допускаемые касательные напряжения материала

Проверочные расчеты соединений деталей и узлов рамы

Расчет сварных соединений балки

Определяем касательные напряжения в швах

где

S_П- статистический момент площади пояса

β=0,8- коэффициент принимаемый при механизированной сварки

n=2- расчетное количество швов

Определяем максимальную нагрузку приходящеюся на одно ребро

Определяем касательные напряжения в швах ребер жесткости

где Q=P_P-максимальная поперечная сила

n- количество вертикальных швов

ℓ_ш- длина вертикальных швов

Расчет сопряжения балки рамы со стойкой.

Проверяем угловые швы по равнодействующей напряжений от изгиба и поперечной силы на уровне верхней кромки вертикального листа

Напряжение от момента

где у_а=194мм -расстояние от оси х-х до верхней кромки вертикального

листа

J_ш- расчетный момент инерции периметра угловых швов относительно оси х-х

Где

что удовлетворяет условию

Расчет сварного шва

Максимальная нагрузка на один рым

где k_д=1,4 – коэффициент, учитывающий действие ударных нагрузок

Касательное напряжение в шве

Расчет монтажного стыка рамы

Определяем расчетное сдвигающее усилие

где F_bn=7,06 см² – площадь сечения болта;

μ=0,35 – коэффициент трения;

γ_bb=0,9 – коэффициент условной работы соединения;

γ_н=1,15 коэффициент надежности;

σ_bb=750МПа – наименьшее сопротивление высокопрочного болта

Определяем величину продольной силы

где n=8 – количество болтов в соединении

k=1 – количество поверхностей трения соединяемых элементов

Определяем осевое усилие натяжение болта