3 ТехнологичЕская часть

В данной части выпускного квалификационного проекта представлена технология изготовления рассматриваемой металлоконструкции, а именно, изготовление пролетной балки с уменьшенной высотой. Уменьшение высоты пролетной балки обусловлено задачей – оптимизировать вес мостового крана. При этом рассматриваемая металлоконструкция обеспечивает прочность конструкции мостового крана в целом. В сечении пролетная балка представляет собой двутавр. Однако, пролетная двутавровая балка, отличная от заготовок фасонных профилей проката общего назначения, изготавливается по описанной далее технологии как самостоятельное изделие.

3.1 Материал металлоконструкции

Для металлических конструкций кранов, эксплуатируемых при температурах до минус 20°С, применяются прокатные углеродистые стали. Для работы при более низких температурах применяют низколегированные стали. Существующие стали высокой прочности с пределами текучести 450-750 МПа не допускаются в конструкциях, рассчитываемых с учетом явлений усталости, из-за большой чувствительности к концентрации напряжений и низких значений пределов выносливости. Кроме того, для сталей высокой прочности менее благоприятно, чем для углеродистых сталей, решаются вопросы устойчивости, а также возможно разупрочнение в зоне термического влияния у сварных швов.

Для сварных несущих элементов металлоконструкций мостового крана применяется сталь группы В, 4 и 5-й категорий по ГОСТ 380-2005 [23]. Группа В гарантирует химический состав и механические свойства стали.

В рассматриваемой металлоконструкции марка применяемой стали – Ст3сп. Сталь конструкционная углеродистая обыкновенного качества, обладает механическими свойствами и химическими составом по ГОСТ 380-2005 [23] (таблица 18), которые способствует хорошей свариваемости, достаточной прочность, пластичности с удовлетворительной ударной вязкостью.

Таблица 18

Механические свойства Ст3сп при температуре 20°С
Предел текучести, МПа			Предел прочности, МПа				Относительное удлинение, %, не менее
235			380-490				25
Химический состав Ст3сп, %
C	Si	Mn		Ni	S	P		Cr	N	Cu	As
0,14…0,22	0,15…0,3	0,4…0,65		до 0,3	до 0,05	до 0,04		до 0,3	до 0,008	до 0,3	до 0,08

Примечание к таблице 18: C – углерод; Si – кремний; Mn – марганец; Ni – никель; S – сера; P – фосфор; Cr – хром; N - азот; Cu – медь; As – мышьяк.

Свариваемость производится без подогрева и без последующей термообработки.

3.2 Технологический процесс

3.2.1 Раскройка

Заготовкой является листовой прокат. Заготовки из листовой углеродистой стали вырезают механизированной кислородной резкой на машине «Черномор», изготовленной Одесским завод «Автогенмаш». Характеристика машины и технические данные приведены в таблице 19.

Кромки детали можно не подвергать последующей механической обработке после машинной кислородной резки, если она соответствует по шероховатости поверхности 2 классу ГОСТ 14792-69[24] и удовлетворяет требованиям, приведенных в таблице 20.

Кислородную резку листового металла допускается выполнять различными способами. В данном случае, кромки делали должны быть строго перпендикулярными к поверхности, а по шероховатости должны отвечать 2 классу, поэтому применяется способом с кислородной завесой по ВСН 191-79[25]. Показатели способа резки с кислородной завесой приведены в таблице 21.

Таблица 19

Характеристика машины «Черномор»	Технические данные
Машина портального типа. Резаковые суппорты имеют электромеханическое плавающее устройство, обеспечивающее поддержание заданного расстояния между резаком и поверхностью металла, и дистанционное зажигание резаков. Приводы продольного и поперечного хода - фрикционного типа. Управление машины - с пульта	Габаритные размеры обрабатываемых листов, мм: длина - 12000; ширина - 2500; толщина - 5-160. Скорость перемещения, мм/мин : 18-2250. Количество резаков - 6. Класс точности машины по ГОСТ 5614-74 - 2. Потребляемая мощность, Вт - 600. Габаритные размеры машины, мм: 4260165011600. Масса машины без рельсового пути, кг - 950.

Таблица 20

Класс шероховатости	Наибольшие значения шероховатости поверхности для толщины разрезаемого металла, мм
	5-15	16-30	31-50
2	0,08	0,16	0,3

Таблица 21 – Резка с кислородной завесой

Размеры деталей	Производительность оборудования, шт./год	Приведенные затраты, руб./шт.	Шероховатость кромок, мкм	Неперпендикулярность кромок, мм, Δ
40х500х6000	13000	1,730	40	0,5

В качестве горючего газа подогревающего пламени можно применять ацетилен, пропан-бутан или природный газ. Резку следует осуществлять кислородом чистотой не ниже 3 сорта (99,2 %) по ГОСТ 5583-68[26].

Мощность подогревающего пламени и давление режущего кислорода следует устанавливать с учетом толщины разрезаемого металла, а скорость резки - и с учетом марки стали. Рекомендуемые величины приведены в таблице 22.[25]

Таблица 22

Толщина разрезаемой стали, мм	Номер внутреннего мундштука	Характеристики режимов газовой резки с кислородной завесой
		Скорость резки, мм/мин	Давление кислорода, кгс/см2		Расход газов завесы, м3/час
			завесы	режущего
12-16	1	320-280	0,4-0,6	6-7	2,4-2,8
20-30	2	320-280	0,4-0,8	7-8	2,4-3,6

Примечание к таблице 3: При резке с кислородной завесой расстояние между мундштуком и поверхностью разрезаемого листа должно быть равным 10-12 мм.

3.2.2 Зачистка

Перед началом работ лист очищается от случайных загрязнений и влаги. Для предохранения очищенной поверхности от коррозии проводится пассирование (создание защитной пленки в целях предохранения поверхности металла от окисления).

Применяем струйный способ химической очистки. Компоненты, входящие в состав используемых растворов, значительно интенсивнее реагируют со ржавчиной и окалиной, чем при обработке ванным способом.

На рисунке 3.1 изображена схема непрерывной поточной линии химической очистки струйным способом.[27]

Рисунок 3.1 - Cхема непрерывной поточной линии химической очистки струйным способом:

1 – рольганг; 2 – листоправильные вальцы; 3, 4 – рольганг; 5 - камера подогрева; 6 – камера травления; 7 – система роликов с приводом; 8 – камера промывки; 9 – холостой рольганг; 10 – кантователь-листоукладчик.

3.2.3 Сборка балки

Сборка осуществляется с использованием сборочного стана с достижением симметрии расположения стенки относительно полок балки, обеспечении взаимной перпендикулярности полок и стенки балки.

Виды соединения – втавр. Втавр соединяют элементы, расположенные во взаимно перпендикулярных плоскостях. Шов выполняется целевой двойной (Рисунок 3.2).

Рисунок 3.2 – Соединение втавр

Использование позиционеров - контователей позволяет после предварительной сборки последовательно проварить необходимые сварные швы. Центровой кантователь представлен на рисунке 3.3.[27]

Рисунок 3.3 – Центровой кантователь:

1 – задняя бабка; 2 – балка; 3 – передняя бабка; 4 – червячная передача.

3.2.4 Сварка

Изготовлении пролетной балки осуществляется автоматом под слоем флюса. Применяется электрошлаковая сварка (ЭШС). ЭШС стали Ст3 выполняется электродной проволокой Св-08ГС по ГОСТ 2246[28]. Используют плавленый флюс для углеродистых сталей АН-8 по ГОСТ 9087[29].

Для уплотнения зазоров между формирующими устройствами (устройство, обеспечивающее формирование внешней поверхности шва и удерживающее от вытекания расплавленный шлак и металл при ЭШС) и свариваемыми кромками заготовок используют глину.

Для охлаждения устройств, формирующих наружную поверхность шва, используют воду из цеховой системы водоснабжения с замкнутым циклом водоиспользования.

ЭШС выполняют с допустимым отклонением до ±15° от вертикального положения завариваемого зазора с принудительным формированием шва и использованием переменного или постоянного тока. Выполнение всего шва следует осуществлять без случайных (вынужденных) остановок.

Сварку начинают при скорости подачи электродной проволоки 200-250 м/ч. После чего, сварка осуществляется со скоростью подачи проволоки 150±50 м/ч.

Создав в зазоре необходимую глубину шлаковую ванну, обеспечив устойчивый электрошлаковый процесс сварки, включить механизм вертикального перемещения, сравняв скорость перемещения сварочного аппарата, который регулируется от 0,15 до 9,0 м/ч, со скоростью сварки заготовок.[30]

Приемы и последовательность наложения швов могут быть различными. Применяем прием сварки «в лодочку» (Рисунок 3.4), что обеспечивает лучшие условия формирования и проплавления шва.[27]

Рисунок 3.4 – Сварка «в лодочку»

3.2.5 Правка геометрии полок балки

Сваренная балка подается на стан для правки полок двутавровой балки и проходит через систему роликов (Рисунок 3.5).

Рисунок 3.5 – Правка геометрии полок балки

Конфигурация изготовляемого изделия соответствует группе двутавров стальных горячекатаных с параллельными гранями полок. Требования по предельным отклонениям предъявляются по ГОСТ 26020-83[31].

Предельные отклонения по размерам и геометрической форме двутавров (Рисунок 3.6, 3.7) не должны превышать величин, приведенных в таблице 7. Предельные отклонения по длине двутавра, не должны превышать значений, приведенных в таблице 24.

Рисунок 3.6 – Размеры двутавра:

h – высота двутавра; b – ширина полки; s – толщина стенки; t – толщина полки; r – радиус сопряжения.

Рисунок 3.7 – Геометрическая форма двутавра:

b1 – ширина укороченного фланца; b2 – ширина удлиненного фланца; Δ – перекос полки; f - кривизна стенки по высоте сечения.

Таблица 23 – Предельные отклонения по размерам и геометрической форме

Параметр двутавра	Интервал значений параметров	Предельные отклонения
Высота h	380 ≤ h < 580	±4,0
Ширина полки b	h > 120	±3,0
Толщина стенки s	6,5 < s < 16,0	±1,0
Толщина полки t	16,0 ≤ 25,0	±2,0
Перекос полки Δ	h > 290	0,015b ≤ 4,0
Смещение полки относительно стенки δ,	b ≥ 220	4,5
Кривизна стенки по высоте сечения f	380 ≤ h ≤ 680	2,0
Кривизна профиля в вертикальной и горизонтальной плоскостях	-	0,002 l
Линейная плотность	-	±4,0 %

Таблица 24 – Предельные отклонения по длине двутавра

Длина профиля	Предельные отклонения
Свыше 12000	+100

3.2.6 Покраска

Подготовка металлических поверхностей заключается в удаление с нее веществ, препятствующих окрашиванию и ускоряющих коррозионные процессы. Для подготовки поверхности выбрана принципиальная технологическая схема по ГОСТ 9.402-2004[32], приведенная в таблице 25.

Таблица 25 – Технологическая схема подготовки металлических поверхностей

Операция	Проведение операции
Обезжиривание водным раствором	+
Одновременное обезжиривание и травление	+
Промывка водой	+
Фосфатирование аморфное	+
Промывка водой	+
Пассивирование	+
Сушка	+

Обезжиривание растворителями может проводиться как в сочетании с другими методами обезжиривания в технологическом процессе, так и самостоятельно.

Таблица 26 - Технологический режим обезжиривания растворителями

Наименование растворителя	Температура, °С	Давление жидкости, МПа	Продолжительность обработки распылением, мин
Трихлорэтилен стабилизированный	15-40	0,05-0,30	1-2

Очистку поверхности от окалины и ржавчины проводим химическим способом. Применяя струйный способ обработки который обеспечивает 1 и 2 степень очистки (в зависимости от исходной степени окисления).

Таблица 27 - Допустимые концентрации солей железа в травильных растворах

Наименование соли железа	Допустимые массовые концентрации, кг/м3, при обработке распылением
Сернокислое	250-300
Хлористое	300-380
Фосфорнокислое	15-18

При подготовке к окрашиванию, на металлической поверхности формируют фосфатное аморфное (железофосфатное) покрытие проводя операцию фосфатирования.

Операцию пассивирования проводят после обезжиривания поверхности с целью повышения коррозионной стойкости фосфатных и хроматных покрытий.

После каждой технологической стадии химической подготовки поверхности проводят промывку поверхности питьевой водой.

Сушка толстостенных и крупногабаритных изделий проводится обдувом сжатым воздухом до полного высыхания, при температуре 15-110°С.[32]

После подготовки, металлоконструкция грунтуется и окрашивается эмалью. Используется грунт ФЛ-03К по ГОСТ 9109[33] в два слоя и эмаль ХВ-124 по ГОСТ 10144[34]. Цвета окраски – серый. Внешний вид поверхности покрытия должен соответствовать VI классу ГОСТ 9.032[35].

Вывод по разделу

Технологический процесс изготовления пролетной балки достаточно простой и эффективный. Заготовкой является листовой прокат. Заготовки из листовой углеродистой стали вырезают механизированной кислородной резкой. Перед началом работ лист очищается от случайных загрязнений и влаги. Сборка осуществляется с использованием сборочного стана с достижением симметрии расположения стенки относительно полок балки, обеспечении взаимной перпендикулярности полок и стенки балки. Свариваемость производится автоматом под слоем флюса без подогрева и без последующей термообработки. Для применяемой стали Ст3 сварка выполняется электродной проволокой Св-08ГС с использованием плавленого флюса для углеродистых сталей АН-8. Сваренная балка подается на стан для правки полок двутавровой балки и проходит через систему роликов. Перед окраской проводится подготовка металлических поверхностей (удаление веществ, препятствующих окрашиванию и ускоряющих коррозионные процессы). После подготовки, металлоконструкция грунтуется ФЛ-03К и окрашивается эмалью ХВ-124 в два слоя.

библиографический список

1. СТО ЮУрГУ 04–2008 Стандарт организации. Курсовое и дипломное проектирование. Общие требования к содержанию и оформлению / составители: Т.И. Парубочая, Н.В. Сырейщикова, В.И. Гузеев, Л.В. Винокурова. – Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2008. – 56 с.

2. PROM-TE.RU Промышленная безопасность экспертиза промышленной безопасности зданий и производственных объектов – http://www.prom-te.ru/index.html.

3. Бульдозеры, фронтальные погрузчики и другая спецтехника – ЧТЗ-УРАЛТРАК – Челябинский Тракторный Завод (ЧТЗ) – http://chtz-uraltrac.ru.

4. Кран-балка: подвесная, опорная, электрическая – производство, продажа, стоимость – http://24-kran.ru.

5. Александров, М.П. Грузоподъемные машины: учебник для вузов / М.П. Александров. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана – Высшая школа, 2000. – 552 с.

6. ПБ 10-382-00 (с изменениями от 28 октября 2008г.) Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов. – М.: Изд-во стандартов, 2008. – 70 с.

7. Маркетинговое исследование. Рынок мостовых и козловых кранов. Май 2013. – http://marketing-i.ru/issledov/rynok-mostovih-i-kozlovih-kranov.

8. Грузоподъемное оборудование и конвейеры. Элеватормельмаш. – http://www.elevatormelmash.ru.

9. ГОСТ ISO 9001-2011. Системы менеджмента качества. Требования. — М.: ФГУП "СТАНДАРТИНФОРМ", 2011. – 36 с.

10. РД 03-615-03. Порядок применения сварочных технологий при изготовлении, монтаже, ремонте и реконструкции технических устройств для опасных производственных объектов. – М.: Изд-во стандартов, 2003. – 26 с.

11. Пышминский завод подъемно-транспортного оборудования. – http://kranstadt.ru/.

12. Мостовые, козловые и консольные краны ПФ АСК крановый завод. – http://ask.spb.ru/.

13. Официальный сайт Урюпинского кранового завода. – http://www.urupinsk-kran.ru/Gruz_pod_oborudovanie.html.

14. Крановый завод. НЧКЗ. – http://www.nchkz.ru/blacklist.php.

15. ABUS Kransysteme. – http://www.abus-kransysteme.de.

16. KIC Konecranes. – http://www.konecranes.com.

17. 温州合力建设机械有限公司. – http://www.hlcm.net.

18. Cimolaitechnology. – http://www.cimolaitechnology.com.

19. North America. – http://www.demagcranes.us/cms/site/us/page30423.html

20. Соколов, С. А. Металлические конструкции подъемно-транспортных машин: Учебное пособие./ С. А. Соколов. – СПб.: Политехника, 2005. – 423 с.: ил.

21. Грузоподъемное оборудование Telfer Kran. – www.telferkran.ru

22. СТО 24.09-5821-01-93 «Краны грузоподъемные промышленного назначения. Нормы и методы расчета элементов конструкций». – М.: Изд-во стандартов, 1993. – 136 с.

23. ГОСТ 380-2005 «Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки». – М.: Изд-во стандартов, 2005. – 22 с.

24. ГОСТ 14792-69

25. ВСН 191-79 «Инструкция по машинной кислородной резке проката из углеродистой и низколегированной стали при заготовке деталей мостовых конструкций». – М.: Изд-во стандартов, 1979. – 25 с.

26. ГОСТ 5583-68

27. Николаев, Г.А. Расчет, проектирование и изготовление сварных конструкций: учебное пособие для машиностроительных вузов / Г.А. Николаев. – М.: Изд-во «Высшая школа», 1971. – 760 с.

28. ГОСТ 2246

29. ГОСТ 9087

30. ГОСТ 30482-97 «Сварка электрошлаковая. Требования к технологическому процессу». – М.: Изд-во стандартов, 1997. – 16 с.

31. ГОСТ 26020-83 «Двутавры стальные горячекатаные с параллельными гранями полок. Сортамент». – М.: Изд-во стандартов, 1984. – 5 с.

32. ГОСТ 9.402-2004 «ПОКРЫТИЯ ЛАКОКРАСОЧНЫЕ. Подготовка металлических поверхностей к окрашиванию». – М.: Изд-во стандартов, 2005. – 20 с.

33. ГОСТ 9109-81 «Грунтовки ФЗ-ОЗКи ФЛ-ОЗЖ. Технические условия». – М.: Изд-во стандартов, 1981. – 23 с.

34. ГОСТ 10144

35. ГОСТ 9.032-74 «Покрытия лакокрасочные. Группы, технические требования и обозначения». – М.: Изд-во стандартов, 1975. – 18 с.