CC BY
49
УДК 62-11:629.119.4
A.В.Сидоренко, канд. техн. наук, доц., (0629) 42-74-61, [email protected] (Украина, Мариуполь, ПГТУ),
B.П.Четверня, ст. преп., (0629) 38-12-94, [email protected] (Украина, Мариуполь, ПГТУ),
А.НКузьмин, аспирант, (0629) 40-28-20, [email protected] (Украина, Мариуполь, ПГТУ)
КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ, МЕТОДЫ РАСЧЕТА И ТЕМПЕРАТУРНЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ ЭЛЕМЕНТОВ МОСТОВ ЛИТЕЙНЫХ КРАНОВ
Выполнен анализ существующих металлоконструкции литейных кранов и методов расчета на прочность. Экспериментально установлено изменение температуры в варактерныхучастках моста рана.
Ключевые слова: металлоконструкция, метод предельных напряжений, автоматическая сваака, кривая выносливости.
Традиционно изготовление подъемно-транспортных маши требует использования значительного сортамента стального проката. Преимущественно металлопрокат применяют для изготовления крановых металлоконструкций.
За годы эксплуатации формы многих крановых металлических конструкций претерпели существенные изменения. Так, решетчатые конструкции несущих балок уступили место в основном коробчатым, изготовленным из листовой стаи. Оставшиеся решетчатые элементы
конструкций, которые выполнялись из открытых швеллерных и угловых профилей, заменили замкнутыми трубчатыми. Такие изменения обеспечили не только уменьшение расхода материала и себестоимости, но и значительно повысили качество и прочность готовых изделий. Противоречие заключается в том, что плоские фермы легче балочных, но они не устойчивы и широкого применения не получили. В пространственной конструкции имеются малонагруженные элементы связей между вертикальными плоскими фермами, и расход метала может быть ниже, чем при коробчатом исполнении. В то же время коробчатая конструкция обладает достаточной жесткостью в любой плоскости и надежно сопротивляется кручению. Это позволяет использовать метал более экономно.
К преимуществам коробчатых листовых конструкций относится и лучшее сопротивление усталости. Этот факт особенно важен для кранов тяжелого и весьма тяжелого режимов работы, у которых сопротивление усталости имеет решающее значение в оценке прочности.
Оценивая стоимость изготовления, следует отметить, что она значительно ниже у коробчатых конструкций вследствие возможности широ-
44
кого применения автоматической сварки, меньшей потребности номенклатуры проката, создания балочных конструкций из узлов с механическими обработанными фланцами, сокращения объема монтажных работ, уменьшению вдвое площади окраски. Как показали исследования [1], в коробчатых герметически закрытых конструкциях метал корродирует только снаружи, что позволяет применять при сварке сравнительно тонкий листовой металлопрокат. Этим преимуществом стали пользоваться при строительстве козловых кранов и мостовых перегружателей, габариты которых значительно превосходят другие грузоподъемные машины.
Благодаря сварке появилась возможность использования трубчатых элементов конструкций. Они существуют как самостоятельно в виде стрелы, так и в качестве раскосов в сочетании с профильным металлопрокатом, из которого выполняют пояса мостов кранов.
Совершенствование форм металлоконструкций кранов требует развития методов их расчета на прочность и новых экспериментальных исследований.
Наиболее распространен метод допускаемых напряжений, который основан на учете действительных нагрузок с их расчетными комбинациями, несущей способности использованных материалов, практически выверенных допускаемых коэффициентов запаса усталостной прочности.
В стадии развития находится метод предельных состояний, основанный на системе коэффициентов, получаемых на базе вероятностной трактовки нагрузок и несущей способности материалов.
Перспективны методы расчета с использованием теории верояно-стей. Они учитывают фактор времени и гарантии неразрушимости конструкций и находятся в стадии теоретических разработок.
Перечисленные методы расчета могут и должны совершенствоваться. Для этого необходимы знания действительной напряженности конструкции не только по величине, но и по частоте повторений, а также значения коэффициентов асимметрии циклов при максимальных и минимальных нагрузках. Такие сведения могут быть получены только экс-п ерим е нгаль но.
Экспериментальное изучение действительной нагруженности проводились с помощью датчиков, сигналы от которых записывались непрерывно или через равные интервалы времени регистрирующей аппаратурой. В результате обработки данных установлены значения и частота повторения измеренных величин.
Экспериментальные исследования действительного нагружаемого состояния конструкций кранов проводились на моделях и действующих образцах литейных кранов, грузоподъемностью от 450 до 630 т, установленных в разливочном пролете мартеновского цеха Мариупольского металлургического комбината им. Ильича.
45
Мосты литейных кранов - сложные про странственные сооружения, состоящие из двух пролетных балок тележки главного подъема и двух пролетных баок тележки вспомогательного подъема, соединенных между собой концевыми баками. Сложные статически неопределимые системы этих кранов весьма затрудняют точный расчет отдельных элементов металлоконструкций. Поэтому в расчетах принято завышать коэффициенты запаса усталостной прочности в опасных сечениях. Установлено, однако, что после 7...8 лет эксплуатации или 30000 - 40000 циклов нагружений в узлах соединений главных пролетных балок с концевыми главного и вспомогательного подъемов появляются трещины.
Согласно кривым выносливости Вейлера
°Г Nj = const,
где (5j - напряжения; m - показатель степени кривой выносливости; Nj -
число циклов нагружений, соответствующее Gj .
Для сварных листовых конструкций установлено [1] базовое число
циклов нагружений N0 = 2 -106, что соответствует 25 годам эксплуатации
4 4
крана. Возникновение же усталостных трещи после Nj =2 -10 ...4 -10
свидетельствует о значительном превышени действительных напряжений над расчетными. Замечено, что таке разрушеня металлоконструкци возниают в местах, подверженно воздействию резких колебани температуры, связаных с выпуском метала из печи, и исключительно в местах, примыкающи к печи. В то же время, разливка метала в изложницы производится при расположении ковша с металом с противоположной стороны и, следовательно, нагрузка на элемены моста здесь выше.
Анаиз опытных данных исследовани позволил установить характер распределеня температур как по длине, так и по высоте балок в течение определенных интерваов времени. Обнаружено, что при нагревании металлоконструкции разница температур в зависимости от времен нагрева составляет следующие показатели:
- между нижним и верхнм поясами главной баки 20 - 30 °С;
- между левой и правой баками моста 10-20 °С;
- по длие пролета главной баки от печи к кабине машииста 10...20 °.
Возникает предположене, что такой разный нагрев отдельных элементов конструкции предопределяет появлене температурных деформаций и дополнительных напряжений, превышающих на 15.20 % макси -маьные значения при движени моста. Отсюда следует вывод о сущест-вености влияния температурных факторов на напряженное состояние металлоконструкции литейных кранов. Характер распределени темпера-
турного поля в элементах конструкции моста устанавливался с помощью физической модели литейного крана, на которой были установлены температурные датчики (рис.1, точи 1, 2, 3, 4).
1 II
1 1 1 1 1 1 1 1
а б
Рис. 1. Схема расположения температурных датчиков: а - схема моста; б - точки расположения датчиков
Сечения 1-1 и 11-11 пролетной баки главного подъема, соответствуют положению ковша с расплавленным металлом при его подъеме в производственных условия в середине пролета. Температура замерялась в точках верхнего и нижнего поясов. Нагревание производилось электролампой. Место установки источника нагрева модели соответствовало положению ковша с расплавленным металлом. По данным эксперимента построены графики изменения температуры в указанных точках при нагревании и охлаждении (рис.2).
Время нагрева при проведении эксперимента соответствовало времени нагрева моста крана при выпуске расплавленного металла из мартеновской печи. Установлены значения и частота повторения измеренных величин.
Рис.2. График изменения температуры в характерных точках
В результате эксперимента появилась возможность построения гистограммы распределения л получения соответствующих функциональных зависимостей.
Список литературы
1. Гохберг М.М. Металлические конструкции кранов. Расчеты с учетом усталости. М.-Л. : Машгиз, 1959. 182 с.
2. Гохберг М.М. Справочник по кранам. Т.1. М.: Машиностроение, 1988. 535 с.
A. Sidorenko, V. Chetvernja, A. Kuz’min
Design features, methods of calculation and the temperature operating mode of elements of bridges of foundry cranes
The analysis existing metal designs foundry cranes and calculation methods on durability is made. Change of temperature in characteristic sites of the bridge of the crane is experimentally established.
Получено 07.04.09
