Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

К методике моделирования циклического нагружения кранов мостового типа

.pdf
Скачиваний:
34
Добавлен:
12.06.2019
Размер:
562.12 Кб
Скачать

УДК 621.01/.03.: 621.86/.87

Е. В. Курапова, К. П. Манжула

К МЕТОДИКЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ ЦИКЛИЧЕСКОГО НАГРУЖЕНИЯ КРАНОВ МОСТОВОГО ТИПА

Екатерина Вячеславовна Курапова, аспирант Санкт-Петербургский государственный политехнический университет ул. Политехническая, 29, Санкт-Петербург, 195251, Россия

Тел.: (812) 552-84-01, E-mail: kurapovaev@gmail.com

Константин Павлович Манжула, д.т.н., профессор Санкт-Петербургский государственный политехнический университет ул. Политехническая, 29, Санкт-Петербург, 195251, Россия

Тел.: (812) 552-84-01, E-mail: manshula@mail.ru

Аннотация

В работе рассмотрена методика моделирования циклического нагружения крана мостового типа. Показано формирование типовых технологические циклов работы крана в тяжелом режиме эксплуатации. Представлены инженерные зависимости расчета наибольших и наименьших напряжений в типовом технологическом цикле работы крана в периоды его неустановившихся движений.

Ключевые слова: типовой технологический цикл, нагрузки в мостовых кранах, история нагружения, напряжения, напряженно - деформированное состояние, усталость сварных конструкций.

E. V. Kurapova, K. P. Manzhula

AMENDMENT TO MODELING CYCLIC LOADING BRIDGE CRANE METHODS

Ekaterina V. Kurapova, postgraduate student, Prof. Konstantin P. Manzhula

St. Petersburg polytechnical university, Polytechnicheskaya, 29, St-Peterburg, 195251, Russia

Phone: (7-812) 552-84-01

438

Abstract

The technique of modeling cycle of loading bridge crane is described in the article. The typical technological cycle of heavy-duty operating regime is assembled. Obtained formulas engineering dependences maximum and minimum stresses within a technique of modeling cycle during its unsteady motion.

Key words: a technique of modeling cycle, loading of bridge crane, loading history, voltage , tensely - a deformed condition, fatigue of welded structures.

Краны пролетного типа (мостовые, козловые и полукозловые, мостовые перегружатели), эксплуатируемые в тяжелых и весьма тяжелых режимах (А6-А8), как правило, работают по типовым технологическим циклам (ТТЦ), испытывая действие переменных во времени нагрузок. Практика показывает, что через определенный период времени (от нескольких месяцев до нескольких лет) в наиболее нагруженных сварных соединениях («горячие точки») появляются усталостные трещины, развитие которых приводит к исчерпанию несущей способности металлоконструкции.

Вобщем случае на металлическую конструкцию мостового крана

действуют (рис.1) нагрузки от собственного веса моста GМ, тележки GТ, веса поднимаемого груза и грузозахвата Gг. При разгоне или торможении механизма подъема к ним добавляется вертикальная сила инерция Fиг, рассчитываемая как произведение Gг на коэффициент динамичности Кд, который определяется по результатам решения задач динамики разгона– торможения, как правило, для двух или трехмассовой моделей.

Вгоризонтальной плоскости в периоды неустановившихся движений

крана и тележки возникают силы Fик, Fит, определяемые для равномерно ускоренного или равномерно замедленного движения. К ним может

добавляться сила ветра PB, (СНиП 2.01.07-85 и СНиП 2.05.03-84) в случае работы крана на открытом воздухе. Кроме этого, при перекосе моста крана, вследствие неправильной укладки рельсов, деформаций моста или неправильной установки колес, возникают силы FW вдоль кранового пути

исилы Т поперек кранового пути. Известны различные формулы для их определения (Нейгебауэра, Майера, Голошейкина, СТО 24.09-5821-01-93) в зависимости от реакции на колесо и других факторов, однако однозначного мнения по их применению нет.

Транспортные, сейсмические, метеорологические температурные нагрузки на усталостные повреждения не оказывают существенного влияния.

439

Рис. 1. Схема нагрузок, действующих на металлоконструкцию мостового крана

Рис. 2. Схема к расчету напряжений в узле соединения диафрагмы со стенкой балки

Историю нагружения металлоконструкции крана можно воссоздать по типовым технологическим циклам (ТТЦ) работы машины.

Во-первых, определяются «горячие точки» конструкции, в которых действуют наибольшие напряжения, или известен опыт эксплуатации о появлении в них усталостных трещин.

Определение «горячих точек» производится расчетом методом конечного элемента или по инженерным зависимостям, разработанным для данного типа машин. И в том, и в другом случае моделируется несколько типовых циклов работы машины. Например, для крана, представленного

440

на рис. 2, это подъем груза весом Gг, j в 1/4 пролета, транспортирование

его в 3/4 пролета и опускание, затем возврат в исходную точку. В сечение А-А (с «горячей точкой») возникают напряжения при работе механизма подъема и механизма передвижения крана. При перемещении тележки динамические нагрузки в узле малы, однако меняется средняя составляющая цикла напряжений. ТТЦ формируется в результате комбинаций подъемов, перемещений и опусканий различных по массе грузов. Напряжения в сечении А-А складываются из напряжений в вертикальной σy и горизонтальной σz плоскостях, являются функцией координаты Х и затухания колебаний.

Для характеристики цикла определяются средние, наибольшие и наименьшие напряжения, возникающие в периоды установившегося и неустановившегося движения, того или иного механизма. В начальные и конечные периоды движений груза, тележки и крана, возникают затухающие колебания, которые вызывают усталостные повреждения в «горячих точках» конструкции. Значимость повреждающего воздействия учитывается обобщенным логарифмическим декрементом затухания колебаний г .

Определив зависимости для изгибающего момента относительно оси z-z в период работы механизма подъема и зная характеристики сечения, получим общее выражение для расчета наибольших и наименьших напряжений в j-ом цикле нагружения в любой точке сечения вдоль оси y-y и при любом положении тележки вдоль оси х

 

 

 

1

 

 

X

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г iг ]

X(j)

 

0,5 G

 

 

 

с

 

[G

 

 

[1

 

1)] [G

 

(j) e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

м

X

с

 

L

 

 

 

 

 

т

 

 

 

 

 

д

 

 

 

г

 

 

 

 

 

L

y max (j) Y X с

 

 

 

 

м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J z

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

min

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Средние напряжения в j-ом цикле

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

X

 

 

 

 

 

 

(j) e г iг

 

X(j)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,5 G

 

 

 

 

с

 

[G

 

]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

м

X

с

 

L

 

 

 

 

 

г

 

 

 

 

L

 

 

 

ym(j) Z X с

 

 

 

 

 

 

 

м

 

 

 

 

 

 

 

 

м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

J y

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где X с – координата сечения А-А; X ( j) – координата тележки; Lм

пролет крана;

Кд – динамический коэффициент; G

м

, G ,

G

г

– вес

 

 

т

 

 

металлоконструкции моста, тележки, груза и грузозахвата соответственно;г – обобщенный логарифмический декремент затухания колебаний при

подъеме и опускании груза; iг – число колебаний до затухания при

441

подъеме и опускании груза; Y , Z – координаты сечения А-А по осям y-y и z-z; J y , Jz – момент инерции расчетного сечения относительно осей y и z.

Наибольшие и наименьшие напряжения в горизонтальной плоскости, возникающие только от действия инерционных сил, в j-ом цикле равны

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

X

с

 

 

 

 

 

 

 

X(j)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,5 Q

1

 

 

 

[m

 

m

 

]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т

г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

м

 

 

 

 

 

 

 

 

Lм

 

 

'

 

(j) Z X

 

a (e м iм )

 

 

 

Lм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z

max

 

 

с

 

 

 

 

 

 

J

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

 

 

 

 

 

 

 

 

 

min

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где mт ,

mг

– масса тележки, груза с грузозахватом соответственно; м

обобщенный логарифмический декремент затухания колебаний моста при разгоне и торможении крана; iм – число колебаний до затухания при

разгоне и торможении крана; a – ускорение при разгоне (торможении) крана.

Число колебаний до затухания при подъеме и опускании груза iг определяется динамическим расчетом или принимается равным двум трем, в зависимости от конструкции механизма подъема. Число колебаний до затухания при разгоне и торможении крана iм следует принимать равным двум.

В тонкостенных балках напряжения в «горячей точке» в период неустановившегося движения крана определяются алгебраическим суммированием средних напряжений цикла с напряжениями от инерционных сил

 

 

 

(j)

 

(j)

'

(j)

 

 

 

z max

 

ym

 

z

max

 

 

 

 

min

 

 

 

 

min

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Неустановившиеся

движения

 

механизмов

рассматриваются

раздельно во времени,

то есть при

действии напряжений y max (j)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

min

напряжения z maxmin (j) принимаются равным нулю и наоборот.

Для каждого ТТЦ составляется таблица максимальных и минимальных напряжений. Пример составления ее для одного ТТЦ показан в табл. 1.

Сформированный спектр наибольших и наименьших напряжений по всем ТТЦ (рис. 3) используется для расчета напряженнодеформированного состояния конструкции и для расчета усталостных характеристик сварных соединений («горячих точек»).

442

Таблица 1

Пример таблицы напряжений по ТТЦ

ТТЦ

Работаю-

X,

mгр,

Kд

Gг,

iг

Gм,

iм

Уровень

σymax,

σymin,

σzmax,

σzmin,

щий

м

кг

 

кг

 

кг 103

 

МПа

МПа

МПа

МПа

 

 

 

 

 

 

механизм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Строповка

4

-

1,0

9 807

1

1 177

1

0

12,61

12,61

 

 

j

Опускание

4

0

1,1

9 807

1

-

-

1

12,65

12,61

 

 

цикл

грузозахвата

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Разгон

 

 

 

 

2

 

 

2

12,57

12,55

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Опускание

4

0

1,1

9 807

1

-

-

3

14,63

14,23

-

-

 

грузозахвата

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Торможение

 

 

 

 

2

 

 

4

13,77

13,53

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подъем

4

1·104

1,5

9 807

1

-

-

5

15,42

13,44

-

-

 

грузозахвата

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

с грузом

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

6

14,25

13,05

 

 

 

Разгон

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подъем

4

1·104

1,5

9 807

1

-

-

7

15,42

13,44

-

-

 

грузозахвата

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

с грузом

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

8

14,25

13,05

 

 

 

Торможение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Передвижен

4

1·104

-

-

-

1 177

1

9

-

-

14,29

10,96

 

ие крана

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Разгон

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

10

 

 

13,64

11,62

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Передвижен

8

1·104

-

-

-

1 177

1

11

-

-

14,29

10,96

 

ие крана

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Торможение

 

 

 

 

 

 

2

12

 

 

13,64

11,62

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Передвижен

4

1·104

-

-

-

1 177

1

13

-

-

14,29

10,96

 

ие тележки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Разгон

 

 

 

 

 

 

2

14

 

 

13,64

11,62

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Передвижен

8

1·104

-

-

-

1 177

1

15

-

-

14,29

10,96

 

ие тележки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Торможение

 

 

 

 

 

 

2

16

 

 

13,64

11,62

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Опускание

8

1·104

2,11

9,8·103

1

-

-

17

27,91

23,94

-

-

 

грузозахвата

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

18

25,57

23,16

 

 

 

Разгон

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Опускание

8

1·104

2,11

9,8·103

1

-

-

19

27,91

23,94

-

-

 

грузозахвата

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

20

25,57

23,16

 

 

 

Торможение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подъем

8

0

2,11

9,8·103

1

-

-

21

22,36

22,28

-

-

 

грузозахвата

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

22

22,20

22,16

 

 

 

без груза

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Разгон

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подъем

8

0

2,11

9,8·103

1

-

-

23

22,36

22,28

-

-

 

грузозахвата

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

24

22,20

22,16

-

-

 

без груза

 

 

 

 

 

 

 

Торможение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Передвижен

4

0

-

-

-

1 177

1

25

-

-

13,87

11,39

 

ие крана

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

26

 

 

13,38

11,88

 

Разгон

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

443

 

Работаю-

X,

mгр,

Kд

Gг,

iг

Gм,

iм

Уровень

σymax,

σymin,

σzmax,

σzmin,

ТТЦ

щий

м

кг

 

кг

 

кг 103

 

МПа

МПа

МПа

МПа

механизм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Передвижен

4

0

-

-

-

1 177

1

27

-

-

13,87

11,39

j

ие крана

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

цикл

Торможение

 

 

 

 

 

 

2

28

 

 

13,38

11,88

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Передвижен

4

0

-

-

-

1 177

1

29

-

-

13,87

11,39

 

ие тележки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Разгон

 

 

 

 

 

 

2

30

 

 

13,38

11,88

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Передвижен

4

0

-

-

-

1 177

1

31

-

-

13,87

11,39

 

ие тележки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Торможение

 

 

 

 

 

 

2

32

 

 

13,38

11,88

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3. Типовые технологические циклы работы крана

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Манжула К. П., Петинов С. В. Прочность и долговечность конструкций при переменных нагрузках [Книга]. - Санкт-Петербург: СПбГТУ, 2001.

2.Трощенко В. Т., Сосновский Л. А. Сопротивление усталости металлов и сплавов [Книга]. – Киев : НАУКОВА ДУМКА, 1987. –Т.

1; 2.

3.Трощенко В. Т. Циклические деформации и усталость металлов [Книга]. – Киев : НАУКОВА ДУМКА, 1985. – Т. 1; 2.

444