3.2. Проверочные расчеты основных элементов рамы

В настоящей курсовой работе сварная рама Р1 является частью фундаментной рамы замкнутого контура (рис. 13) и имеет П -образную форму. Основными элементами рамы являются балка 1 и две стойки 3 (рис. 4). На схеме рамы (рис. 4, ) показана внешняя вертикально при­ложенная сила от массы блока силовой турбины, равной 30000 кг. Сила Pi 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 рас­пределение нагрузок на её элементы. Максимального значения может достигнуть сила Р_ь 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.

Р ис.5. К расчету рамы: : а - монтажная схема рамы; б - расчетная схема балки рамы; в - расчетное сечение балки

Исходные данные:

l= 1,95 м

S_в= 10 мм

h= 386 мм

Р= 256 кН

L_x= 2930 мм

d= 36 мм

n= 8

Расчет основных элементов балки рамы.

Определяем расчетные усилия балки защемленной двумя концами.

Реакции в опорах

(27)

где Р=Р₁=260 кН - сосредоточенная сила приложенная в середине

пролёта балки.

Максимальный момент в опоре

(28)

Максимальная поперечная сила.

Q=R_A=R_B=128 кН

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

(21)

где S_B-толщина вертикального листа

[σ_Р]=160МПа- допускаемое напряжение при растяжении

Толщина стенки

S_в= 7+0,005·h_в

h_в= h-2·S_n

Толщина пояса

S_в= 7+0,005·386 = 9 мм

Ширина пояса

Проверяем сечение балки по использованию материала

где F_п-площадь сечения пояса,

F_п=b·S_П= 240·8 = 1920 мм²

F_В=h_B·S_B=386·9 = 3474 мм²

что удовлетворяет условию

Проверяем балку на прочность

Расчетная ширина пояса

b_п= b +15·S_п=240+15·8=360 мм

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;

Y_max=h/2=396/2=198 мм

Условие выполнено.

по касательным напряжениям

где b₁=2·S_П=2·8=16 мм

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

F=F_р.ж+F_ст=8·b+ F_ст=8 ·240+170 = 2090 мм²

Определяем приложенную силу

Определяем нормальные напряжения в стойке

Определяем толщину ребра

Устойчивость сжатого пояса балки

где b_СВ- неокаймленный свес пояса

Принимаем = 30 мм

Определяем несущую способность балки при кручении

Отсюда крутящий момент

,

где F- площадь сечения прямоугольника

F = b₀ · h₀ = 162 · 208 = 33696 мм²

= 0,6 ·

b₀ = b – 2(b_св + S_в) = 240 – 2(30+9) = 162 мм

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

[τ_к]- допускаемые касательные напряжения материала

Мпа

Проверочные расчеты соединений деталей и узлов рамы

Расчет сварных соединений балки

Определяем касательные напряжения в швах

где S_П=b_П·S_П·(h₀/2)=360·8·(208/2)=2,99 мм³

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=193мм -расстояние от оси х-х до верхней кромки вертикального

листа

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

где у_мах =h_в/2+S_п+К=(3386/2)+8+06=207 мм

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=8,16см² – 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