Лінії впливу для систем із змінною статичною визначеністю Текст научной статьи по специальности «Математика»

V МЕХАН1ЗАЦ1Я, АВТОМАТИЗАЦ1Я ТА РОБОТИЗАЦ1Я

УДК 620.178.3

Канд. техн. наук Л. М. Мартовицький1, канд. техн. наук А. I. Сочава1, Д. В. Кугай2

1 Нацiональний технiчний ушверситет, 2 ООО «Зевс»

м. Запорiжжя

Л1Н11 ВПЛИВУ ДЛЯ СИСТЕМ 13 ЗМ1ННОЮ СТАТИЧНОЮ

ВИ3НАЧЕН1СТЮ

Пласко-просторовi рами металоконструкцш мостових кранiв розглядаються як здатнi за повний цикл роботи змтювати свою статичну визначенiсть та опорну конфiгурацiю, що е причиною завантаження поя^в головних балок знаmжiнними напруженнями, як впливають на втому металу.

В практищ проектування й експлуатаци металоконструкцш вантажошдйомних крашв iснують випадки, коли конструкцiя протягом одного робочого циклу може змшювати характер свое! статично! визначеносп.

Так поводять себе мости двобалкових мостових крашв, чотирьохопорш вантажнi вiзки, портали коз -лових, баштових i портальних кранiв, тобто, конст-рукцп, як1 завантажуються рухомими силами. Мости мають чотирьохточкове опирання крана (чотири опор-но-ходових колеса) на пiдкрановi рейки. Таку ж чоти-рьохточкову опорну конфiгурацiю мають рамнi мета-локонструкци вантажних вiзкiв бiльшостi двобалкових мостових, козлових, стршових i шших вантажошдй-омних кранiв. 1з класично! механiки вiдомо, що чотири точки опирання для пласко! системи призводять до статично! невизначеностi, а для статично! визначеносп системи достатньо трьох опорних точок. Таким чином, всi металоконструкцп вантажопiдйомних кранiв мостових, козлових, портальних, баштових i iнших крашв е один раз статично-невизначеними.

Ситуащя ускладнюеться тим, що металоконструкц1!' в процеа експлуатацi!' завантажуються вiзками з ван-тажем, що рухаються вздовж прогошв та на вильотах консолiв кранiв. Тобто, несучi елементи металоконст-рукцiй завантажуються стацiонарними та рухомими навантаженнями. Проекгувальнi розрахунки в таких випадках слiд проводити за допомогою лшш впливу.

1снують лiнi! впливу реакцш опор, перерiзуваль-них сил, згинальних моменпв, перемiщень для балок, внутршшх зусиль в стержнях ферм. Лiнiя впливу - це графiчний закон змiни внутрiшнього силового фактору в залежносп вiд положення одиничного рухомого навантаження. Лiнi!' впливу, як основний шструмент iнженерного розрахунку, широко використовуються при проектуваннi металоконструкцш вантажошдйом-них кранiв мостiв, машин безперервного транспорту

тощо. Для балок, елеменпв рам, стержнiв ферм, яш не змiнюють в процесi експлуатацп свою статичну виз-наченiсть, в сучаснш iнженернiй практицi лiнi! впливу добре вивчеш [1].

В процеа експлуатацп чотирьохопорна жорстка металоконструкщя, яка е основою мостового, козлового i iнших вантажопiдйомних крашв кожну мить пе-ребувае фактично у станi трьохопорно!, тобто статич-но-визначено! структури. Розглянемо цю ситуацш на прикладi чотирьохопорно! металоконструкцi! двобал-кового мостового крана. Такi конструкцп останнiм часом називаються пласко-просторовими рамами [2]. Вони складаються iз двох головних балок 1, 2, по яких перемiщуеться вiзок з вантажем 5, приеднаних зварю-ванням до двох шнцевих балок 3, 4, яш мають чотири опорно-ходових колеса А1, А2, А3, А4 (рис. 1).

В сучаснш iнженернiй практищ несучi головнi балки розраховуються окремо, кожна як двоопорна ста-тично-визначена балка по лiнiях впливу на максимальш вертикальнi реакцi! в опорах, перерiзувальних силу, згинальний момент. Також вщомий розрахунок кон-сольних балок на максимальш перерiзувальнi сили та згинальний момент по лшях впливу [2, 3].

В процеа експлуатацп чотирьохопорна пласко-про-сторова рама мостового крана мае в умовах експлуа-тацп в кожному конкретному положенш вантажного вiзка вздовж прогону крана фактично три конкретш точки опори, комбшащя яких у залежносп вiд пере-мiщення вiзка з вантажем може змшюватися. При руа вiзкa назад попередня комбiнацiя опорних точок вщновлюеться. Сполучення опорних точок також по-стiйно змiнюеться i вiдновлюеться пiд час руху мостового крана з вантажем вздовж шдкраново! коли. Отже, шд час переходу вiзкa з вантажем через критич-не положення вiдбувaеться миттеве обертання моста крана вiдносно його дiaгонaльно! осi. При обертaннi

© Л. М. Мартовицький, А. I. Сочава, Д. В. Кугай, 2008

1607-6885 Нов1 матер1али г технологи в металурги та машинобудувант №2, 2008

137

Рис. 1.

моста вибираеться зазiр мiж колесом, яке до цього не було опорним, та тдкрановою рейкою i в ту ж мить утворюеться зазiр пiд дiагонально-протилежним колесом. Вказанi зазори е результатом допускно! та експ-луатацшно! нерiвномiрностi дiаметрiв усiх чотирьох опорно-ходових колю, експлуатацшного зносу колiс, нормативного i не нормованого вiдхилення тдкрано-во! коли вiд горизонтальностi з експлуатацшних причин, а також допускних вiдхилень розмiрiв металокон-струкцп моста при його виготовленнi [4]. Ц зазори особливо вiдчутнi для короткопропнних i жорстких моспв i менш суттевi для довгих та податливих мостiв.

На рис. 1 приведено два положения чотирьохопро-ного вантажного вiзка вздовж мосту. Припустимо, що в першiй позицп пласко-просторова рама мосту опи-раеться на опорно ходовi колеса . Мiж коле-

сом В1 i рейкою е зазiр 5 , який утворюеться за раху-нок нормативних вщхилень рiвнiв по вертикалi кож-но! шдкраново! рейки, а також експлуатацшно! рiзницi дiаметрiв опорно- ходових колю крана. Пюля переходу точки С>1 (центра ваги вiзка) через точку О (центр дiагоналей моста), тобто вiзок переходить в другу по-зицiю, вщбуваеться миттеве обертання моста крана навколо дiагоналi А1В2, i балка 1 перетворюеться з консольно! на двоопорну, а пласко-просторова рама мосту отримуе опорний контур А1В1В2 .

Для першого положення головна балка 1, як основ-ний несучий елемент, е консольною. При подоланш вантажного вiзка критичного положення головна балка миттево стае двоопорною статично-визначеною.

Вщповщно, лшп впливу реакцш опор А, згинальних

моментiв М„

для балки змiнюють свiй характер

(рис. 2). В цю ж мить лiнiя впливу згинального моменту Мтах головно! балки, як основного розрахун-кового фактора, змiнюе знак на протилежний. Якщо для консольно! балки верхнiй пояс е розтягнутим, а нижиiй - стиснутим, то для двоопорно! балки, навпа-ки, верхнiй е стиснутим, а нижшй - розтягнутим. За повний цикл перемщення вiзка вздовж тако! балки И верхнiй i нижиiй пояси завантажуються знакозмiнни-ми циклами з напруженнями, близькими до симетрич-ного циклу. Часто при експлуатацп малопропнних кранiв велико1 вантажопiдйомностi з важкими режимами роботи спостерiгаеться наявнють поперечних втомних трiщин як на верхшх, так i на нижшх поясах, що е доказом присутносп в поясах знакозмiнних на-пружень. Цi обставини слiд враховувати при розрахун-ках головних балок на втому.

Статистичнi данi по пошкодженнях i трiщинах ме-талоконструкцiй сввдчать про те, що мiсце пристиков-ки головно! балки до шнцево! е найбiльш вразливе i таким, де виникае бiльшiсть втомних трщин.

З метою уникиения статично! невизначеносп кра-нових моспв зараз пропонуються рiзнi заходи, наприк-лад, статично визначеш мости. Але всi щ заходи ма-лоефективнi та невиправдаш iз затратних мiркувань.

Прагнення уникнути статично! невизначеностi пласко-просторово! рами моста вантажотдйомного крана однозначно призводить до статично! невизна-ченостi пласко-просторово! рами вантажного вiзка. Вiдбуваеться декомпозицiя зазорiв пропорцшно

МЕХАН1ЗАЦ1Я, АВТОМАТИЗАЦ1Я ТА РОБОТИЗАЦ1Я

спiввiдношенню геометричних po3MipiB моста крана i Bi3Ka.

Рекомендуеться для короткопрогiнних (до 20 м) моспв вантажопiдйомних кранiв, як працюють у режимах А5..А8, виконувати розрахунок мюць присти-ковки головних балок до шнцевих на опiр втомi вщ знакозмiнних напружень, як1 виникають в результат змiни характеру статично! визначеносп пласко-просто-

рових рам кранових моспв за кожний повний цикл роботи крана.

Необх1дно також дотримуватись при експлуатацii вантажошдйомних краиiв нормативних вiдхилень стану тдкранових та пiдвiзкових рейок, не перевищува-ти допускиих вiдхилень при виготовленш та монтажу ходових колю та металоконструкцш вантажиих вiзкiв i кранiв.

Рис. 2.

Перелiк посилань

Вершинский А.В., Гохберг М.М., Семенов В.П. /Строительная механика и металлические конструкции: Учебник. - Л.: Машиностроение, 1984. -167 с. Гохберг М.М. Металлические конструкции подъемно-транспортных машин. - Л.: Машиностроение, 1976. -456 с.

Нормы расчета стальных конструкций мостовых и козловых кранов. - ОСТ 24.090.72-83/ВНИИПТмаш. М., 1983. - 92 с.

Правила будови 1 безпечно! експлуатацй вантажошдйомних крашв. НПАОП 0.00 - 1.01-07. - К.: Основа, 2007. - 312 с.

Одержано 19.05.2008

Плоско-пространственные рамы металлоконструкций мостовых кранов рассматриваются как способные за полный цикл работы изменить свою статическую определимость и опорную конфигурацию, что является причиной загружения поясов главных балок знакопеременными напряжениями, влияющими на усталость металла.

The flat spatial frames of metallic constructions of bridge cranes are examined as capable for a complete cycle works to change static definableness and supporting configuration, that is a reason of belts load of main beams by tensions which change signs, influencing on the fatigue of metal.

ISSN 1607-6885 Hoei Mamepia.nu i технологи в металурги та машинобудувант №2, 2008

139