Поворотная балка крана БК-370

Поворотная балка крана БК-370

Исходные данные и содержание

.Общий раздел

1.1 Назначение и описание конструкции

Поворотная балка крана является одной из опор, на которой крепится ходовая тележка. Она представляет собой металлическую конструкцию стреловидной формы. По концам балки имеются стаканы с отверстиями, в которые вставляются оси. Средняя часть балки имеет коробчатую форму с непараллельными поясами и с тремя вертикальными диафрагмами внутри. На кран изготавливаются 4 таких балки. Общий вес балки - 402 кг.

1.2 Анализ технологичности изготовленной сварной конструкции

Технологичность сварной конструкции на этапе изготовления - это комплекс свойств, которые должны быть присущи этой конструкции, чтобы ее изготовление было возможно методами прогрессивной технологии с минимальными трудовыми и материальными затратами и чтобы при этом она в готовом виде полностью соответствовала проекту.

Конструкция балки состоит из 3-х узлов. Каждый узел собираем отдельно, при этом применяем различные приспособления. По окончании поузловой сборки конструкция собирается в единое целое.

.3 Технические условия на основной металл

Марка стали - 10 ХСНД. Сталь хромокремненикелемедистая.

Химический состав:

Таблица 1

Механические свойства:

Таблица 2

1.4 Анализ свариваемости основного металла

Определим вероятность образования горячих трещин.

HCS=

HCS=

HCS=3.144

При HCS ≤4 горячие трещины в низкоуглеродистых и в низколегированных сталях не образуются.

Определяем вероятность образования холодных трещин.

Сэ= С+

Сэ= 0,12+

Сэ=0,4 При Сэ=0,4%, а S≤0,4% холодные трещины не образуются, подогрев не нужен.

1.5    Выбор сварочных материалов и технические условия на них

Сварку поворотной балки крана производим полуавтоматическим методом сварки в среде защитных газов.

Защитный газ С0, применяемый газ для сварки изделия должен соответствовать ГОСТу.

В качестве присадочного материала применяем сварочную проволоку СвО8Г2С. Для прихваток используем электроды УОНИ 13 - 45.

Таблица 3

2.      Технологический раздел

2.1    Выбор и обоснование выбора методов и способов сборки

Элементы конструкций должны быть обработаны под монтажную сварку в соответствии с требованиями настоящего стандарта и чертежей.

Поступившие на монтаж конструкции должны быть подвергнуты тщательному внешнему осмотру с целью определения правильности подготовки кромок соединяемых элементов.

В монтажных условиях, при необходимости, скос кромок свариваемых элементов следует выполнять механизированной зачисткой (шлифовкой) абразивным инструментом.

Свариваемые элементы в местах наложения швов и прилегающие к ним кромки должны быть зачищены до металлического блеска с удалением окалины, ржавчины, жиров и т.д.

Процесс сборки сварных соединений должен включать следующие операции: временное закрепление монтируемых элементов и подгонку соединения под сварку. Конструкция сварного соединения должна обеспечить возможность последовательного выполнения этих операций.

Сборку нужно производить на стенде, используя специальные приспособления. В условиях специального производства расположение деталей в узле нередко задается разметкой; для их фиксации используют струбцины, планки, скобы с клиньями и другие простейшие универсальные приспособления.

Для сборки балки крана мы будем использовать сборочное приспособление- жесткий каркас с упорами и прижимами. При сборке детали заводят в приспособление, укладывают по упорам и закрепляют прижимами.

Сборку производим на прихватках пооперационно, каждый отдельный узел. За фиксированные собранные узлы на прихватках должны обладать жесткостью и прочностью.

Прихватки должны быть протяженностью не менее чем 20-З0 мм и располагаться в местах, где они будут переварены при укладке основных швов. При использовании сборочно-сварочных приспособлений сварку выполняют после сборки, не вынимая из приспособления.

2.2    Выбор сборочно-сварочного оборудования и приспособлений

Для изготовления поворотной кран-балки используем кондукторы, на которых размещаем установочные и зажимные элементы (струбцины, распорки, стяжки) и для перемещения узлов используем кран.

2.3    Выбор и обоснование выбора способов сварки

Для сварки балки крана выбираем сварку полуавтоматическую в среде защитных газов. Далее обсудим, чем сварка полуавтоматическая в среде защитных газов удобна для этого производства.

При сварке в защитных газах электрическая дуга и расплавленный металл защищаются от вредного влияния кислорода и азота воздуха оболочкой из защитного газа.

Из защитных газов наибольшее применение получили аргон и углекислый газ. Аргон обычно применяют для сварки легко окисляемых, химически-активных металлов (алюминия, титана, магния), а также высоколегированных хромоникелевых сталей. Углекислый газ используют при сварке углеродистых и некоторых высоколегированных сталей.

При сварке плавящимся электродом электродная проволока по мере ее плавления в процессе сварки непрерывно подается в зону дуги. При полуавтоматической сварке автоматизируется только подача электродной проволоки и защитного газа.

Качество шва при сварке в углекислом газе во многом зависит от техники выполнения процесса сварки. Перед началом сварки необходимо включить углекислый газ, продуть шланги воздухом, обдуть газом разделку шва и отрегулировать расход газа. Сварку в углекислом газе можно выполнять во всех пространственных положениях шва.

Легче всего сваривать швы в нижнем положении. Способ перемещения электрода при этом выбирают в зависимости от требуемой ширины шва, толщины металла и формы разделки кромок. При сварке однослойных стыковых швов, а также первого и под варочного слоев многослойных швов применяют возвратно-поступательное движение электрода вдоль оси шва. При сварке средних слоев многослойных швов электрод перемещается по вытянутой спирали. Верхние слои свариваются при зигзагообразном движении электрода. Во время сварки горелка не должна задерживаться на одном месте, так как при этом значительно увеличивается объем сварочной ванны, что нежелательно.

При сварке угловых швов электрод держат под углом 30-45° к вертикальной стенке и на 515О углом вперед. Торец электрода при этом направляют в угол соединения или смещают в пределах до 1 мм на горизонтальную полку.

Вертикальные швы можно сварить как снизу вверх, так и сверху вниз. Последний способ обычно применяют при сварке тонколистового материала, а также при сварке корня шва с разделкой кромок.

Техника сварки сверху вниз следующая. В начале сварки для лучшего провара электрод располагают перпендикулярно к металлу, а затем, как только образуется ванна жидкого металла, его несколько наклоняют вниз (углом назад) и направляют на переднюю часть ванны.

2.4 Выбор сварочного оборудования

В производстве поворотной балки крана будем использовать сварочный аппарат ГЩГ-525-1.

ГЩГ-525-1 предназначен для:

дуговой сварки постоянным током плавящимся электродом в среде защитного газа изделий из малоуглеродистых и низколегированных сталей протяженными и прерывистыми швами, расположенными в различных пространственных положениях;

приварки листов электродуговыми точками.

Полуавтомат состоит из:

механизма подачи проволоки;

источника питания ВдУ-505 (со встроенным блоком управления);

двух сварочных горелок на 315А и на 500А (основной и сменной)

комплекта монтажных частей и принадлежностей.

Технические характеристики:

Напряжение питающей сети, В 3х380

Частота питающей сети, Гц 50

Потребляемая мощность, кВА, не более 40

Номинальный сварочный ток, при ПВ6О%, А 500

Режим работы повторно-кратковременный

длительность цикла, мин 10

диапазон регулирования сварочного тока, А 60-500

диапазон регулирования напряжения на дуге 18-56

диаметры электродной проволоки, мм 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 2,0

Скорость подачи электродной проволоки, м/ч (мм/мин) 75-960 (1,25-16)

Расход защитного газа, л/ч 500-1200

Степень защиты iР22

Уровень звука, дБА, не более 85

Масса полуавтомата в комплекте, кг, не более 350

2.5 Расчет требуемого количества сварочных материалов

Сварка в СО (УП) поворотной балки крана (прихватки УОНИ 13-45).

Таблица 4

1.) С-17

S=8мм, b=1,0, С=1,0, e=12, g=1, =30, tg0.577, e1=0.

F=F1+F2+2F3=0.75*12*1+8*1+2*=45,42мм

m= F* L_шва*

=45,42*2,9*7,8=1027,4 г

Длина прихватки= (3-6)S=3*8=24 мм, шаг= (20-40)S=40*8=320мм

,9/0,55=6 (прихваток по 25 мм)

*0,25=0,15 (м)

F_{прихватки}=0,7 F

F=31,8 мм

m=31,8*0,15*7,8=37,2 г

= m*К

m= 37,2*1,6=59,52 г

m= m*К (г)

Возьмем проволоку диаметром 1,6 мм. К=1,1

m=1027,4*1,1=1130,14 г

m= m*К

m=1130,14*1,11243 г

2.)     Н-1

b =0, S=8 мм, К=8, F1=, e=К+S, g=1

e=8+8=√128=11,32=0,75*11,32*1+=8,49+32=40,49=40,49*2,4*7,8=757,98=0,12 м _прихв.=0,7 F=28,4

m=28,4*0,12*7,8=26,6

m=26,6*1,6=42,6

m=758*1,1=833,8

m=833,8*1,1=917

3.)     Т-1

b =0, S=8 мм, К=9, g=1, S=10, К=9

e=9+9=√162=12,7=0,75*12,7*1+=50,02

m=50*9,2*7,8=3588

F_эл.=0,7*50=35

L=0,5 м

m=35*0,5*7,8=136,5

m=136,5*1,6=218

m=3588*1,1=3947

m=3947*1,1=4342

 4.) Т-3

b =0, S=8 мм, К=8, g=1=8+8=√128=11,32=(0,75*11,32*1+)*2=81=81*4,1*7,8=2590Эл=0,7*81=56,7=0,25 м=56,7*0,25*7,8=110,6=110,6*1,6=177

m=2590*1,1=2849

m=2849*1,1=3134

Итак, для изготовления поворотной балки крана требуется примерно 0,5кг электродов, примерно 8,8 кг сварочной проволоки, 9,6 кг углекислого газа.

2.6 Расчёт и выбор режимов сварки

К параметрам режимов сварки в углекислом газе относятся род и полярность тока, диаметр электродной проволоки, величина сварочного тока, напряжение в дуге, скорость подачи проволоки, вылет электрода, расход углекислого газа, наклон электрода относительно оси шва и скорость сварки.

При сварке в углекислом газе применяем постоянный ток обратной полярности, так как сварка током прямой полярности приводит к неустойчивому горению дуги. Переменный ток применяют только при сварке с осциллятором.

Диаметр электродной проволоки берем в зависимости от толщины свариваемого металла по данным в таблице.

Таблица 5

Сварочный ток устанавливаем в зависимости от выбранного диаметра проволоки. Предельные значения тока смотрим в таблице.

Таблица 6

С увеличением сварочного тока увеличивается глубина провара и повышается производительность процесса сварки.

Напряжение дуги зависит от ее длины: чем длиннее дуга, тем выше в ней напряжение. С увеличением напряжения дуги увеличивается ширина шва и уменьшается глубина провара. Напряжение дуги автоматически устанавливается в зависимости от выбранной величины сварочного тока при данной длине дуги.

Скорость подачи электродной проволоки подбираем с расчетом, чтобы обеспечивалось устойчивое горение дуги.

Вылетом электрода называется длина электрода между его концом и выходом из мундштука. Величина вылета оказывает большое влияние на устойчивость процесса сварки и качество сварного шва. С увеличением вылета ухудшается устойчивость горения дуги и формирование шва, а также увеличивается разбрызгивание. При сварке с очень малым вылетом затрудняется наблюдение за процессом сварки и часто подгорает контактный токоподводящий наконечник. Величины вылета выбираем в зависимости от диаметра электродной проволоки из таблицы.

Таблица 7

Для изготовления поворотной балки крана выбираем диаметр электродной проволоки 1,6 мм.

Производим сварку при силе тока 220А.

Плотность тока - 70 А/.

Производим сварку обратно-ступенчатым способом.

2.7 Мероприятия по уменьшению сварочных деформаций и напряжений

Основными мероприятиями по борьбе с деформациями являются рациональное конструирование сварных конструкций, правильная технология сборки и сварки, уравновешивание деформаций, обратные деформации, жесткое закрепление деталей при сварке и др.

Рациональное конструирование сварных конструкций. При конструировании изделия нужно по возможности уменьшить объем наплавленного металла, не допускать пересечений большого количества швов, размещать швы вне зон максимальных напряжений, располагая их симметрично, и т.д.

Правильная технология сборки и сварки. При сборке конструкций следует избегать прихваток, создающих жесткое закрепление деталей. Лучше применять сборочные приспособления, обеспечивающие некоторую степень свободы при усадке металла.

Особое внимание необходимо обращать на правильную последовательность наложения швов и направление процесса сварки. Конструкции надо сваривать так, чтобы замыкающие швы, создающие жесткий контур, заваривались в последнюю очередь, а сварка листов велась от середины к краям.

Уравновешивание деформаций. Этот способ может быть применен при симметричном расположении швов. При этом деформации, полученные при наложении швов с одной стороны оси симметрии, уравновешиваются швами, расположенными с другой стороны.

Обратные деформации. В этом случае при сборке предварительно создаются деформации, обратные деформациям, ожидаемым после сварки.

Жесткое закрепление деталей при сварке. детали закрепляют в приспособлениях, обладающих достаточной жесткостью. В результате сварки в таких приспособлениях деформации будут значительно уменьшены. Однако следует учитывать, что при этом увеличиваются внутренние напряжения в конструкции.

Основными мероприятиями, уменьшающими внутренние напряжения в швах, являются:

послойная проволока швов, предварительный или сопутствующий подогрев изделий, термическая обработка после сварки.

Послойную проволоку швов обычно выполняют пневматическим зубилом с закругленной кромкой. Проволока рекомендуется при многослойной сварке деталей большой толщины, причем во избежание появления трещин и надрывов первый и последний слой не проковываются. Швы склонны к закалке, проковывать не следует.

Предварительный или сопутствующий подогрев изделий применяют при сварке сталей, склонных к закалке и образованию трещин. Температура подогрева 100-600°С и выбирается в зависимости от марки стали и жесткости конструкции. Термическая обработка после сварки необходима для снятия внутренних напряжений. В большинстве случаев применяют низкотемпературный отпуск стали при температуре 600- 650°С. После нагрева изделие выдерживают при этой температуре (из расчета 2-З мин на 1 мм толщины металла) и медленно охлаждают вместе с печью. Структурных изменений металла при этом не происходит.

2.8 Выбор методов контроля качества

Для контроля качества сварных швов будет использован метод визуального осмотра и ультразвуковой метод.

Визуальный и измерительный контроль проводится невооруженным глазом или с помощью пульт 4-7-кратного увеличения с обязательным применением источника света и шаблонов или мерительного инструмента. Перед визуальным контролем сварные швы и прилегающие к ним с двух сторон поверхности основного металла шириной не менее 20 мм должны быть зачищены от шлака, брызг расплавленного металла, окалины и других загрязнений.

ультразвуковой метод контроля, основанный на охлаждении от дефекта энергии ультразвуковых механических колебаний частотой 0,2-10 МГц, проводится согласно ГОСТ 14782-86 и методическим руководящим документам Госгортехнадзора России. Этот метод контроля применяется для выявления внутренних дефектов сварных соединений. Контролируемая поверхность сварного соединения должны быть ровной, очищена от брызг металла, грязи и окалины и покрыта слоем жидкой контактирующей среды, например машинным маслом, обеспечивающим акустический контакт с поверхностью обследуемого металла.

2.9 Выбор грузоподъемных и транспортных средств

В производстве сварных конструкций рациональное выполнение транспортных операций приобретает все большее значение, поскольку при недостаточном внимании к их механизации затраты могут оказаться даже больше, чем на операции сварки. Кроме того, погрузочно-разгрузочные работы относятся к категории тяжелых, в особенности, если масса груза превышает 20-25 кг.

Эффективное использование транспортирующих устройств достигается, когда они соответствуют характеру производства, типу выпускаемых изделий, их размерам, массе и т.д.

В производстве кран-балки транспортирование заготовок, деталей, узлов осуществляем с помощью мостовых кранов, автопогрузчиков и самоходных тележек. Длительность закрепления и освобождения элементов при использовании кранов сокращаем применением специализированных захватов. Готовую балку зачаливаем в нескольких точках, для этого используем жесткую траверсу с несколькими захватами, подвешенными на тросе с уравнительными блоками.

Самоходные порталы дополняют крановое оборудование, они удобны для подачи заготовок и деталей к рабочему месту, а иногда и для манипулирования деталью.

Выбранные грузоподъемные и транспортные средства облегчат процесс сборки и сварки разработанной кран-балки.

2.10 Нормирование операций технологического процесса

Задача нормирования - правильно рассчитать технически обоснованную норму времени для выполнения отдельной работы. Это необходимо для того, чтобы выявить и использовать резервы роста производительности труда.

Технически обоснованной нормой времени называется время, устанавливаемое на выполнение определенной операции при конкретных организационно-технических условиях с наиболее эффективным использованием оборудования и учетом передового производственного опыта. Ее нельзя рассматривать как предел. С развитием техники и усовершенствованием технологии, внедрением механизации и автоматизации, развитием рационализации и изобретательства непрерывно растет производительность труда, а следовательно, изменяется и норма времени. Норма времени на сварочные работы слагается из отдельных необходимых затрат времени и выражается уравнением:

Т=t_{подг.закл} + t_осн +t_всп + t_обсл + t_отд,

где t_{подг.закл} - подготовительно-заключительное время, затрачиваемое сварщиком на получение задания, ознакомление с чертежами и технологическими картами на сборку и сварку, на подготовку сварочного оборудования, приспособлений, инструментов и материалов и сдачу выполненной работы;

t_осн - основное время, т.е. время непосредственного образования сварочного шва путем расплавления основного и электродного материалов;

t_всп -вспомогательное время, затрачиваемое на вспомогательные операции, необходимые для выполнения основной работы (установка изделия под сварку, закрепление его в приспособлениях, предварительный подогрев, кантовка в процессе сварки и съем его по окончании сварочных работ);

t_обсл -время на обслуживание рабочего места - время на уход за оборудованием и поддержание порядка на рабочем месте (время на установку режима сварки, включение и выключение автомата и

t_отд - время на нормируемый отдых.

Норма выработки является обратной величиной нормы времени и показывает, какое количество работы выполнено за один час.

В данной курсовой работе рассчитаем время, затраченное на сварку.

α_Р - коэффициент расплавления проволоки, г/А· ч ;

Значение α_Р рассчитывается по формуле

=3,0+0,08*220/1,6=14

α_н - коэффициент наплавки, г/А ч;

α_Н = α_Р·(1-Ψ),

где Ψ - коэффициент потерь металла на угар и разбрызгивание. При сварке в СО₂ Ψ = 0,1- 0.15.

ρ - плотность наплавленного металла (для стали ρ=7,8 г/см³).

=14*(1-0,13)=12,18

Время горения дуги, ч, определяется по формуле

Для сварки шва С-17==0,38 ч

Для сварки шва Н-1==0,28 ч

Для сварки шва Т-1==1,34 ч

Для сварки шва Т-3==0,97 ч

Полное время сварки (наплавки), ч, определяется по формуле

где k_П - коэффициент использования сварочного поста, ( k_П= 0,6 ÷ 0,57).

Для сварки шва С-17

Т==0,63 ч

Для сварки шва Н-1

Т==0,47 ч

Для сварки шва Т-1

Т==2,23 ч

Для сварки шва Т-3

Т==1,62 ч

Итого общее время сварки по всем швам составило 5 часов.

2.11 Мероприятия по технике безопасности при сборке и сварке

При выполнении всех видов работ, связанных со сваркой, сборкой подогревом и термообработкой, требования безопасности и производственной санитарии должны соответствовать требованиям ГОСТ 12.3.003-75, СНиП 111-4-80 «Правил производства и приемки работ. Техника безопасности в строительстве».

К выполнению электросварочных работ следует допускать сварщиков после изучения действующих инструкций по данному способу сварки, проверки знаний по безопасным приемам труда, инструктажа непосредственно на рабочем месте. Прохождение инструктажа и результаты проверки знаний должны регистрироваться в специальном журнале. Сварщику должны выдать памятку по технике безопасности. О прохождении инструктажа сварщик должен расписаться в специальном журнале. Повторный инструктаж должен проводиться не реже одного раза в месяц.

Рабочие места сварщиков, расположенные выше уровня земли (пола) более чем на 1 м необходимо ограждать в соответствии с требованиями СНиП 111-4-80. При невозможности или нецелесообразности устройства ограждений рабочие должны быть снабжены предохранительными поясами по ГОСТ 5718-77. Места закрепления карабина предохранительного пояса должны быть заранее указаны мастером или производителем работ и ярко окрашены.

Участки монтажной площадки, на которой производится сварка, должны быть ограждены ширмами, щитами из листовой стали или фанеры, обработанной огнестойким составом, занавесями из асбестового полотна или брезента высотой не менее 1,8 м, окрашенными в серый, желтый или голубой цвет матового тона.

При одновременной работе сварщиков на разной высоте должны быть установлены козырьки, щиты и т.п., защищающие работающих от брызг расплавленного металла.

У сварщиков должен быть специальный защитный костюм, маска защитная, краги.

Кроме вылета электрода, необходимо выдерживать определенное расстояние сопла горелки от изделия, так как с увеличением этого расстояния ухудшается газовая защита дуги и возможно попадание кислорода и азота окружающего воздуха в наплавленный металл, что приводит к образованию пор в металле шва. Величину расстояния сопла горелки до изделия нужно выдерживать в следующих пределах.

Таблица 8

Наклон электрода относительно оси шва оказывает большое влияние на глубину провара и качество шва. В зависимости от угла наклона сварку можно выполнять углом назад и углом вперед.

При сварке углом назад в пределах 5100 улучшается видимость зоны сварки, повышается глубина провара и наплавленный металл получается более плотным.

При сварке углом вперед труднее вести наблюдение за формированием шва, но лучше видны свариваемые кромки и легче направлять электрод точно по зазору между ними.

Ширина валика при этом возрастает, а глубина провара уменьшается. Этот способ рекомендуется применять при сварке тонкого металла, где существует опасность сквозного прожога.

Скорость сварки устанавливает сам сварщик в зависимости от толщины металла и необходимой площади поперечного сечения шва. При слишком большой скорости сварки конец электрода может выйти из зоны защиты углекислым газом и окислиться на воздухе.

Расход углекислого газа определяют в зависимости от величины тока, скорости сварки, типа соединения и вылета электрода. В среднем углекислого газа расходуется от 5 до 20 дм³/мин.

Таблица режимов автоматической и полуавтоматической сварки угловых швов наклонным электродом в углекислом газе.

сварка деформация шов

Таблица 9

Список использованной литературы

1. А.Д.Гитлевич, Л.А.Этингоф «Механизация и автоматизация сварочного производства». М., «Машиностроение», 1979

. С.И.Думов «Руководство для курсового проектирования по предмету «Оборудование и технология дуговой сварки». Ленинград, «Машиностроение», 1965.

. Г.Г.Чернышов «Технология электрической сварки плавлением»М., ИЦ «Академия», 2006

. Л.П.Шебеко, А.П.Яковлев «Контроль качества сварных соединений»М., Издательство литературы по строительству, 1972