Анализ напряженно-деформированного состояния элементов металлоконструкций грузоподъемных машин Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 621.81:539.4; 621.01:539.4

Г. В. Селиверстов, канд. тех. наук, доц., (4872) 33-22-88, [email protected] (Россия, Тула, ТулГУ),

С. Н. Бутырский, магистрант, (4872) 33-22-88, [email protected] (ТулГУ),

Ю. О. Вобликова, магистрант, (4872) 33-22-88, [email protected] (ТулГУ)

АНАЛИЗ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН

Рассмотрено напряженно-деформированное состояние элементов несущих металлоконструкций с учетом воздействия динамических факторов, возникающих при работе крана.

Ключевые слова: деформация, нагружение, напряжения, грузоподъемная машина.

При проектировании грузоподъемных машин априори считается, что металлоконструкция будет работать в упругой области, характеризующейся отсутствием остаточной деформации после снятия приложенной нагрузки. Однако, как показывает практика, в период эксплуатации конструкции часто возникают усталостные отказы в точках локальных перегрузок узлов металлоконструкций, сопровождающиеся упругопласттеским и пластическим деформированием. Наиболее доступным и точным методом определения напряженно-деформированного состояния (НДС) узлов и элементов крановых металлоконструкций является конечно-элементное моделироване. Для реализации данного подхода к расчету металлоконструкций можно воспользоваться современными программными продуктами, например, АШУБ или АРМ ЖШМАСИШЕ.

Последний продукт в настоящее время приобрел достаточно широкую известность и отличается высокой степенью точности при выполнении подобных расчетов.

Исследованием конечно-элементной модели мостового крана были получены области металлоконструкции, в которых наиболее ярко выражены локальные перегрузки [1]. Моделировались работа грузоподъемной машины по подъему груза «с подхватом» в начале главной баки, перемещение груза вдоль пролета, опускание в место назначения и возвращене тележки в исходное положение. При этом учитывалось динамическое воздействие вертикальной ^в, горизонтальной ^г и продольной ¥п.

Графически воздействие этих си можно выразить в виде диаграммы напряжений, представленной на рис. 1.

200

иц

Рис.1. Общая диаграмма нагрузок

Цикл работы грузоподъемной машины был условно разбит на 18 участков, в каждом из которых произведен расчет НДС узла.

Анализируя полученные данные, можно сделать вывод о действии нагрузок на металлоконструкцию крана [2]. Наибольшие и более значимые воздействия оказывает вертикальная нагрузка, возникающая от действия давления на металлоконструкцию грузовой тележки с грузом. Также нужно отметить скачкообразное действие горизонтальной нагрузки, достигающей достаточно высокого значения. Она возникает, при так называемом несвободном движении, когда реборды одного или нескольких колес приходят в соприкосновение с рельсовым путем в начальный неустановивший ся момент движения крановой тележки. Продольная нагрузка оказывает меньшее влияние на металлоконструкцию, но в сумме все нагрузки вызывают сложное напряженное состояние. С учетом динамического воздействия вышеперечисленных нагрузок был выделены 22 узла металлоконструкции, в которых ярко выражена локальная перегрузка материала.

Каждая из областей имеет свой индивидуальный характер нагружения. Причем в течение одного рабочего цикла крана указанные узлы испытывают неоднократное циклическое нагружение, проходящее в условиях переменных асимметрии цикла и амплитуд напряжений. В качестве примера, на рис. 2 приеден фрагмент конечно-элементной модели элемента металлоконструкции крана с узлами 1, 2, 3, имеющими высокие пиковые нагрузки.

Рис. 2. Узе соединения главной и концевой балок

Рассмотрим действующие нагрузки на нижний пояс главной баки в месте соединения с концевой балкой (узел 3). На рис. 3 представлен график изменения напряженного состояния (о) данного узла.

Анаиз данного графика (рис. 3) позволяет сделать вывод о том, чго данный узел за один цикл работы крана совершает порядка шести циклов нагружения. При этом видно, что асимметрия цикла колеблется в широких пределах. На рис. 4. представлена диаграмма изменения асимметрии исследуемого узла.

600 500 л 400 й 300 О" 200 100 о

0 1

ь/Ь

Рис. 3. График изменения напряжений в узле 3

Дикий тагружении

Рис. 4. Асимметрия циклов в узле 3 ■ - цикл 1; ■ - цикл 2; ■ - цикл 3; ш - цикл 4; * - цикл 5; ■ - цикл 6

Для остальных узлов были также исследованы изменения напряженного состояния и асимметрии циклов. Все это позволило сделать вывод о необходимости уточнения методик для расчета металлоконструкций кранов на усталость и трещиностойкость.

Список литературы

1. Преторовский Н.И. Методы и средства определения полей деформаций и напряжений: справочник. М. : Машиностроение, 1983. 470 с.

2. Селиверстов Г.В. Анализ развития деформаций в элементах металлоконструкций грузоподъемных машин // Техническая диагностика и оценка остаточного ресурса грузоподъемных кранов. Екатеринбург : ЗАО «УЭЦ», 2007. С. 143-150.

G. Seliverstov, S. Butirskiy, J. Voblikova

The analysis of tight-strained state of units of metallic structures of hoisting machines

The strained state of units of power metallic structures with allowance for effects of the dynamic factors arising by activity of a hoisting machine is considered.

Получено 07.04.09