Конструкторский раздел
Содержание
Общие положения, состав и содержание курсового проекта
Введение 5
1 Конструкторский раздел 6
1.1 Описание конструкции балки 6
1.2 Выбор и обоснование металла сварной конструкции 6
1.3 Расчёт и конструирование балки 6
1.4 Подбор сечения сварной балки 8
1.5 Проверка прочности и жёсткости скомпонованного сечения
балки 11
1.6 Расчёт сварных швов, соединяющих пояса со стенкой 12
1.7 Проверка местной устойчивости стенки балки 14
1.8 Расчёт опорных частей балок 15
1.9 Расчёт стыков балок 17
1.10 Расчёт массы балки 19
2 Технологический раздел20
2.1 Выбор способа сварки и методов контроля качества сварных
соединений 20
2.2 Выбор режимов сварки и сварочного оборудования 20
2.3 Ресурсосберегающие мероприятия при проектировании балок 21
Список используемых источников23
Приложение АКомпьютерный расчёт на прочность сварного
стыкового шва стенки балки 24
Приложение БОбразец оформления титульного листа 25
Приложение ВОбразец заполнения бланка задания 26
Общие положения, состав и содержание курсового проекта
Курсовой проект является завершающей частью дисциплины “Проектирование сварных конструкций”.
Тема курсового проекта – “Расчет и конструирование сварной балки”.
Целью курсового проекта является самостоятельная работа учащихся, позволяющая систематизировать, обобщить и расширить теоретические знания учащихся по специальным и общетехническим дисциплинам с использованием технической, сварочной литературой и ГОСТов.
Задачами курсового проекта являются:
- подбор сечения элементов конструкции по условиям прочности и жесткости;
- расчет сварных швов;
- конструирование узлов.
Исходными данными для выполнения курсового проекта являются:
- длина балки-12м;
- нагрузки, действующие на балки F1=160кН, F2=180кН, F3=170кН, F4=163кН.
- отношение прогиба балки и ее длины;
- материал- сталь 15ХСНД.
Курсовой проект включает:
- пояснительную записку (объемом 20-25 листов) с приложениями;
- графическую часть (не превышающую 2 листа формата А1).
Введение
Сварка и родственные ей процессы (наплавка, пайка, резка, газотермические покрытия) носят межотраслевой характер и широко используются практически всеми предприятиями и организациями машиностроения, энергетики, нефтехимии, строительства, сельского хозяйства, приборостроения и других отраслей промышленности Республики Беларусь.
Поэтому проблема развития сварочного производства относится к числу наиболее актуальных в экономике любого государства, а ее значимость постоянно возрастает. Сегодня доля изделий, изготавливаемых в республике с помощью сварки и родственных технологий, составляет около 50% валового национального продукта с тенденцией постоянного роста. На изготовление сварных конструкций расходуется около 75% перерабатываемого в республике металла. Расход электроэнергии в сварочном производстве промышленных предприятий достигает 15% от общего расхода, а все возрастающее применение существующих и внедрение новых способов сварки, наплавки, резки металлов является одним из важнейших факторов научно-технического прогресса.
Вместе с тем анализ показывает, что материально-техническая база сварочного производства республики находится в настоящее время в тяжелом состоянии. Предприятия и организации испытывают огромные трудности из-за дефицита качественных сварочных материалов, недорогого, надежного и удобного в эксплуатации сварочного оборудования, оснастки и приборов.
Более 85% единиц эксплуатируемого сварочного оборудования устарело, удельный вес ручных способов сварки в строительстве достигает 80%, а на машиностроительных предприятиях - более 30%. Практически отсутствуют оборудование и технология сварки неметаллических материалов и изделий из полиэтилена, стекла, керамики, являющихся эффективными заменителями дорогостоящих металлов и цветных сплавов. Большую тревогу вызывает низкое качество сварочных работ, значительно снижающих надежность сваренных конструкций и наносящих огромный ущерб хозяйству республики. Например, авария из-за разрушений сварного стыка на магистральном газопроводе Торжок - Минск - Ивацевичи в январе 1995 г. в Мстиславском районе нанесла ущерб в размере 2 млрд руб. В феврале 1990 г. на нефтепродуктопроводе Унеча-Мозырь из-за разрушения сварного шва на землю вылилось 70 т топлива. При этом ежегодные затраты на исправление брака по сварке только в строительстве достигают 50 млрд руб. Поэтому вопросы обеспечения качества сварочных работ и сварных соединений должны стать важнейшей государственной задачей.
После распада СССР Республика Беларусь лишилась научно-технической и производственной поддержки ведущих научных центров по сварке в России и Украине. Поэтому в 1992 г. Постановлением Совета Министров Республики Беларусь был создан Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт сварки и защитных покрытий с опытным производством (НИКТИ СП с ОП) в составе Белорусского государственного научно-производственного концерна порошковой металлургии, призванный проводить фундаментальные и прикладные исследования, направленные на создание новых конкурентоспособных видов сварочной техники и материалов; разрабатывать концепции и прогнозы развития сварки, дефектоскопии и защитных покрытий; осуществлять методическое руководство научно-техническими программами республики в области сварки и защитных покрытий, координацию, подготовку и переподготовку и повышение квалификации рабочих и специалистов по сварке, дефектоскопии и качеству выпускаемой продукции; разрабатывать унифицированные системы документации, информационного обеспечения, стандартов и другой нормативной документации в области сварки и нанесения защитных покрытий и др.
Сварочные материалы
В сварочном производстве используется большая номенклатура сварочных материалов, в том числе:
- покрытые металлические электроды различных диаметров (2,0...5,0 мм), марок и назначения;
- сварочная проволока, в том числе порошковая, различных диаметров (0,8...6,0 мм), марок и назначений;
- сварочные флюсы и припои;
- горючие (ацетилен, пропан-бутан, водород) и защитные (аргон, углекислый газ, азот) газы, кислород;
- вольфрамовые электроды.
Ежегодная потребность в сварочных электродах составляет не менее 20 тыс. т. В сложившейся ситуации ежегодный объем импорта сварочных электродов в республику составляет около 12 млн долл. США. В настоящее время только одно предприятие - Райагропромэнерго (г. Мядель) работает с полной загрузкой, однако номенклатура продукции этого предприятия ограничена выпуском электродов общего назначения марки АНО-24. Как показывает анализ, расширение производства в республике сдерживается отсутствием компонентов электродного покрытия и закупкой их в странах СНГ, что обходится сегодня республике до 2 млн долл. США. С целью повышения качества электродов целесообразно организовать два специализированных, отвечающих современным требованиям производства: одно - по переработке материалов и приготовлению сухой шихты электродных покрытий; другое - по разварке силикатной глыбы и приготовлению жидкого стекла, являющегося связующим содержащихся в шихте материалов. Такие производства, обеспечивающие качественной продукцией предприятия-изготовители электродов, могли бы быть организованы на базе крупных электродных цехов.
Слабым звеном в отечественном сварочном производстве является обеспечение сварочной проволокой, ежегодная потребность в которой составляет около 5,8 тыс. т. Единственным производителем сварочной проволоки марки 15ХСНД в республике является Белорусский металлургический завод (г. Жлобин), который выпускает немногим более 1000 т проволоки в год. Однако из-за низкого содержания марганца и нестабильного химического состава она не обеспечивает требуемых эксплуатационных свойств сварных швов, требует проведения сварки на пониженном токе.
Для преодоления негативных последствий сложившейся ситуации в области производства сварочных материалов необходимо провести модернизацию производства, существенно расширить номенклатуру выпускаемых электродов, повысить их качество, освоить прогрессивные технологии переработки вторичных материалов и вовлечь их в производство сварочных материалов. С этой целью в институте разработана технология газотермического синтеза специальных лигатур с использованием вторичного сырья, которая позволяет получать легирующие добавки на основе вольфрама или карбида вольфрама из отходов твердых сплавов, а также содержащие медь, никель, хром, молибден из шламовых отходов гальванического производства. Использование вторичных металлов, наряду с созданием производства специальных сварочных электродов, поможет решить вопросы организации собственного производства порошковой проволоки, так как снизится необходимость в приобретении дорогостоящих легирующих компонентов за рубежом. Естественно, что дальнейшее развитие отечественного производства сварочных материалов будет зависеть от технического и финансового объединения нынешних производителей и потребителей сварочных материалов, а также от соответствующей государственной поддержки.
Сварочное оборудование
С 1992 г. в Республике Беларусь создано специализированное производство по изготовлению источников сварочного тока полуавтоматических установок для сварки и другого сварочного оборудования, выпуском которого занимаются более десятка предприятий и фирм.
Несмотря на значительные производственные мощности по выпуску источников тока (свыше 10000 шт. в год), полуавтоматических установок для сварки (более 900 шт. в год), потребности внутреннего рынка Республики Беларусь не полностью удовлетворяются из-за небольшой номенклатуры и невысокой надежности. Вместе с тем уже сегодня возможно обновление парка источников питания для дуговой сварки на переменном токе, достаточно широко применяемой в нашей республике, за счет собственного производства. Например, Брестский завод Цветотрон освоил выпуск малогабаритных трансформаторов модели МСТ со ступенчатой регулировкой сварочного тока, питанием от однофазной сети переменного тока напряжением 220 В, которые по техническим характеристикам не уступают ведущим зарубежным фирмам. В свете мировых тенденций развития сварочного оборудования актуальным является снижение выпуска металлоемких сварочных трансформаторов и переход к выпуску инверторных выпрямителей, работающих на постоянном токе, позволяющих снизить металлоемкость в 1,5-2 раза, экономить не менее 20% электроэнергии и до 50% дорогостоящих материалов - меди, алюминия, трансформаторной стали. Определенным тормозом в разработке инверторных источников является отсутствие отечественной силовой электронной базы. Несмотря на это, Витебское ОКБ Машиностроение завода Эвистор разработало инверторный источник питания ИПИ-300 с регулировкой тока от 20 до 350 А, весом 28 кг, который по своим характеристикам не уступает зарубежным, а испытание его на ряде предприятий республики дали положительные результаты. Повышение качества сварных соединений ожидается от более широкого применения плазменного оборудования для ручной (Маплаз-250) и автоматической (Маплаз-500) сварки сжатой дугой, разработанное в НИКТИ СП с ОП для сварки, наплавки и нанесения защитных покрытий, позволяющее производить однопроходную сварку стыковых швов на весу без разделки кромок с гарантированным проплавлением стали толщиной 2...14 мм, сплавов титана и алюминия 1,5...10 мм, сварку неповоротных стыков трубопроводов диаметром свыше 40 мм и толщиной стенки 3-8 мм.
Интерес для промышленности представляют разработки ОКБ Импульс (г. Минск) в области создания оборудования для лазерной, плазменной и подводной резки, а также для сварки и резки металлов с бесступенчатой регулировкой скорости движения механизма перемещения МПУ-1 в пределах 1...6 м/мин, взамен сварочных тракторов, и переносное устройство для вырезки криволинейных контуров УВК-400 с программированием от ЭВМ. Успешный опыт республика имеет в разработке и производстве генераторов для ультразвуковой и термозвуковой сварки проводов диаметром 20...500 мкм (КБ точного электронного машиностроения сборочного оборудования), конденсаторной сварки (НИКТИ СП с ОП), сварки взрывом (НИИ импульсных процессов с ОП). Сегодня существует потребность в серийном изготовлении надежных электрододержателей для сварки покрытыми электродами, сварочных масок с автономной системой дымоотсоса, а также унифицированных стеллажей, базирующих плит, поворотных и неповоротных столов, позиционеров, кантователей, вращателей, манипуляторов. Однако, как правило, с целью экономии предприятия изготавливают отдельные виды оборудования собственными силами, что, безусловно, сказывается на качестве выпускаемой продукции. Тем не менее, фирма Амкадор Ран-Монарс (г. Минск) приступила к выпуску очистных устройств вытяжного типа для удаления дыма и аэрозолей из зоны сварки по технологии шведской фирмы Reymo Vent. ОАО ГП Руденск освоило производство защитных сварочных щитков из полипропилена со стеклянным и электронным светофильтром, не уступающих по качеству зарубежным аналогам. Несмотря на то, что в нашей республике достаточно хорошо развито производство термопластов, до настоящего времени не освоен выпуск современных и качественных электрододержателей, что приводит к их импорту, например, из Германии (фирма Курт Хауфе).
На основании вышеизложенного можно утверждать, что разработка современного сварочного оборудования должна отвечать задачам повышения качества сварных соединений, снижения материало- и энергоемкости, стоимости оборудования и трудоемкости процессов сварки. Учитывая, что в настоящее время наиболее широко применяются электроды для сварки на переменном токе, наибольшую долю сварочных источников питания на ближайшие 10 лет будут составлять сварочные трансформаторы, в том числе резонансного типа, облегчающие возбуждение дуги, повышающие ее устойчивость и снижающие потребление энергии. Возможен выпуск отдельных резонансных блоков для подключения их к существующим на предприятиях трансформаторам при незначительных дополнительных затратах. Потребность предприятий республики в данном виде оборудования составляет около 40-45 тыс. единиц. Выпускаемые в республике сварочные выпрямители для однопостовой (ВС-300) и многопостовой сварки (ВДМ-8001) отличаются высокой надежностью, приемлемой стоимостью, однако в ближайшее время они будут заменены на выпрямители нового поколения - инверторного типа, освоение производства которых должно начаться в 1999 г. В сочетании с малоинерционными подающими механизмами они позволяют управлять характеристиками дуги, что обеспечит более высокий уровень качества сварных соединений. Потребность предприятий республики в инверторных источниках питания составляет около 1000 единиц. Требует своего решения вопрос промышленного выпуска сварочных аппаратов на базе покупных генераторов и электрических станций с использованием отечественного транспорта. Несмотря на невысокую в них потребность (20-30 единиц в год), сегодня тратятся значительные валютные средства на их закупку. Новым этапом в развитии дуговой сварки плавящимся электродом является создание синергетических систем однокнопочного управления параметрами режимов сварки в сочетании со скоростью подачи электродной проволоки, позволяющих упростить выбор и переналадку режимов сварки. Исследования по созданию такого оборудования будут завершены в НИКТИ СП с ОП в 1999 г. В настоящее время проводятся работы по расширению технологических возможностей оборудования, выпускаемого фирмами СПАР, Каскад, Искра, за счет создания четырехроликового механизма подачи проволоки с системой обратной связи по напряжению на дуге и системой пуска, сварки в смеси защитных газов (Могилевский машиностроительный институт - ММИ), заканчиваются работы по созданию универсального блока управления сварочными процессами БУСП (БГУ, г. Минск), обладающего повышенной надежностью при управлении процессами механизированной сварки в защитных газах.
В НИКТИ СП с ОП разработано и освоено производство резаков и горелок Беларусь для газовой резки и сварки, обеспечивающих резку металла толщиной до 120 мм (в перспективе - до 800 мм) при снижении расхода газа на 30%. В ближайшие два года будет реализован совместный проект (Конструкторско-технологический институт средств механизации и автоматизации, НИКТИ СП с ОП, ММИ, КБ машиностроения, г. Витебск) по созданию машин для контактной точечной и рельефной сварки мощностью от 40 до 180 кВ.А. Предполагается, что импорт сварочного оборудования к 2005 г. уменьшится на 30%, к 2010 г. - на 60% и к 2015 г. - на 80% за счет освоения выпуска отечественного современного сварочного оборудования.
Конструкторский раздел