CC BY
27
УДК 621.875
ГАЛУЗЕВЕ МАШИНОБУДУВАННЯ
DOI: 10.30977/BUL.2219-5548.2019.84.0.5
МОДЕЛЮВАННЯ НАВАНТАЖЕНОСТ1 ТА АНАЛ1З НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНОГО СТАНУ ЕЛЕМЕНТ1В ТРАВЕРСИ ЛИВАРНОГО КРАНА
Саг1ров Ю.Г.1, Суглобов В.В.1, Кухар В.В.1, ХДВНЗ «Приазовський державний техн1чний ушверситет», м. Мар1уполь, Резшков О.О.2, 2Харк1вський нац1ональний автомобшьно-дорожнш ун1верситет
Анотаця. Проведено моделювання навантаженост1 nid час розгону ливарного крана та анал1з фактичного напружено-деформованого стану елементiв траверси з урахуванням теплового впливу та додаткових iнерцiйних навантажень. Об'ектом до^дження е закономiр-тсть розподту напружень в елементах траверси. У статтi запропоновано методологiю моделювання та аналiзу напружено-деформованого стану траверси ливарного крана з урахуванням додаткових навантажень, яка грунтуеться на методах розрахунюв на мщтсть за допустимыми напруженнями та методi сктченних елементiв. Розроблено розрахункову схему, твердоттьно-деформовану модель та виконано розрахунок методом сктченних елементiв у CAD/CAE системi.
Ключов1 слова: ливарний кран, траверса, надттсть, моделювання, концентращя напружень, закономiрнiсть, метод сюнченних елементiв, межа nлинностi, дефекти, напружено-деформований стан.
Вступ
Ливарш крани тривалий час експлуату-ються у важких умовах - дiя високих температур, динамiчнi навантаження, значне за-бруднення зовшшнього середовища. При цьому значення динамiчних навантажень, яю виникають шд час експлуатаци, можуть пе-ревищувати прийнят шд час проектування, а несприятливi експлуатацшш умови - не вра-ховуватись зовшм [1].
Ц фактори негативно впливають на на-дiйнiсть та довговiчнiсть елементiв шдвюки, канати, мiст крана, механiзми та ш., що зме-ншуе надшнють крана у цiлому. Уточнення методiв розрахункiв елементiв кранiв на мщ-нiсть, розробка нових методологiй — важлива науково-техшчна задача, вирiшення яко! дозволить пiдвищити безпеку експлуатаци ван-тажопiдiймальних кранiв, зокрема ливарних.
Аналiз публiкацiй
Сучасний стан чорно! металурги дозволяе отримати практично безперервний техноло-гiчний процес. Його безпечнють та безпере-рвнiсть багато в чому забезпечуеться безвщ-мовнютю роботи комплексу металургiйних машин, у тому чи^ - ливарних крашв. В> домi факти руйнування елеменпв пiдвiсок, мостiв, кранового обладнання. Для усунення дефектiв кран виводиться на тривалi ремон-ти, якi лише на час дозволяють позбутися
виниклих ушкоджень. Також зазначено [2], що фактичш значення купв вiдхилу канаив пiд час прискорення/гальмування можуть пе-ревищувати прийнятi у процесi проектування, що також впливае на надшнють.
Щцвищення надiйностi елементiв та ливарного крана в цшому е можливим, зокрема, шляхом уточнення напружено-деформо-ваного стану [1]. Для визначення напружено-деформованого стану, розрахунюв на мiцнють застосовують [3-12] метод сюнченних елеме-нтiв з використанням сучасних CAD/CAE систем.
Аналiз проектних розрахyнкiв показав, що частше у розрахyнковiй схемi траверси ливарного крана (рис. 1, а) враховують дiю тшьки вертикальних зусиль (рис. 1, б). Вважаеться, що великий запас мщносп (наприклад, коеф> цiент запасу мщносп у вертикальному листi над гаком дорiвнюе 5,75, за допустимого 2,3) забезпечить надшнють та безпечнють шд час експлуатаци. Однак вiдомi випадки [1] руйнування цього елемента. Також вщомо [13], що за час (3-5 хв) заливки чавуну в конвертер «температура на поверхш металоконструкци крана може сягати 500-700 °С».
Все це пiдтверджyе необхщнють врахову-вати динамiчнi навантаження, горизонтальну силу, що виникае пiд час прискорення/гальмування крана, та тепловi навантаження на траверсу.
Мета 1 постановка завдання
Метою дано1 роботи е моделювання нава-нтаженостi пiд час розгону ливарного крана та анатз фактичного напружено-дефор-мованого стану елементiв траверси, з ураху-ванням теплового впливу та додаткових ше-рцiйних навантажень.
Об'ектом дослiдження е закономiрнiсть розподiлу напружень в елементах траверси.
Q - вантажотдйомтсть, Gг. - вага гака
Рис. 1. Траверса ливарного крана: а - загаль-ний вигляд; б - розрахункова схема
Традицшш розрахунки на мiцнiсть крано-вих металоконструкцiй та iхнiх елеменлв основанi на припущеннi плоскоi схеми iх роботи, тодi як iх елементи працюють як прос-торовi системи. Наприклад, розрахунок моста крана iз двома прогоновими балками листовоi конструкцii зазвичай полягае в роз-рахунку окремих балок з доданими розраху-нковими навантаженнями. Вказаний пiдхiд традицiйно обумовлений тим, що методи ро-зрахунку розвивалися, спираючись на руч-ний спошб обчислення iз застосуванням про-стих рахункових пристроiв i устаткувань. У складних випадках важко ощнити точшсть таких розрахункiв без експериментальноi перевiрки на моделях i виробах [14].
В наш час у зв'язку з розвитком обчислю-вальноi техшки, в тому числi у зв'язку з роз-робкою спецiальних програм для розрахунку просторових конструкцш, поступово зникае
необхiднiсть у розбивцi металоконструкцш на плоскi елементи. Практично вш сучаснi розрахунки на мiцнiсть проводять викорис-товуючи метод скiнченних елеменлв. В останнi десятилiття вiн зайняв провщне мю-це i набув широкого застосування. Тому для визначення фактичного напружено-дефор-мованого стану траверси пропонуеться мето-долопя розрахунку з використанням тради-цшних iнженерних методiв та методу скшченних елементiв. Як приклад розгляне-мо ливарний кран вантажотдйомтстю 450 тонн. Спочатку розробляеться розрахункова схема (рис. 2), з урахуванням дшчих наван-тажень.
Рис. 2. Розрахункова схема
Для цього зовшшш навантаження, що дь ють на траверсу, прикладаються до зiву гака. Цi навантаження можна роздшити на три види:
1. Навантаження F1 вщ маси вантажу та вантажопiдйомних гаюв, яке дiе у вертикальны площинi
F1 = (О + 2 • Сг )• g = = (450 + 2 • 16)- 9,81 » 4820 кН.
2. Навантаження F2, яке виникае шд час прискорення/гальмування та д1е у горизонтальны площиш [2].
Пщ час руху крана ¡з прискоренням ван-таж вщхиляеться на кут ф шд д1ею горизонтально! сили [2]
Н = О^ф. (2)
Приймаемо, що ф = 4° . Для вантажотд-йомностi 450 тонн будемо мати
H = Qtg4° = 450 • 0,07 = 31,5тонн. (3)
Вважаемо, що F2=315 кН.
3. Теплове навантаження F3 на траверсу - вважаемо, що рiвномiрно нагргтими до те-мператури 100 °С е зовнiшнi (3i сторони га-к1в) поверхнi траверси. У робот! також роз-глядалися варiанти: рiвномiрного нагрiву всiх елементiв траверси; наявност теплового захисту у траверсi - на^ву тддаються вибь рковi поверхт. Було розглянуто також ва-рiант Ï3 дiею значних (400 °С) теплових нава-нтажень.
Результати моделювання
Метод скiнченних елементiв реалiзовано у CAD / CAE систем^ Для чого, зпдно iз крес-ленням траверси (рис. 3), було розроблено комп'ютерну 3D модель зi збереженням гео-метричних параметрiв траверси (рис. 4).
З метою розробки модел^ яка у бшь-шiй мiрi вiдобразить поведiнку реального об'екта, на траверз були розмiщеннi гаки, у зiву яких розташоват осi ковша, до яких, у свою чергу, прикладалися сили F1 та F2 (рис. 4, 5). Моделi гаюв е дещо спрощеними, оскiльки до^дження 1хнього навантаженого стану не е метою даних дослiджень. Збере-жет ixm основт геометричнi параметри.
Закрiплення моделi було прийняте шарт-рним у мiсцях розташування осей блоюв (рис. 5).
ГШ
ос блоюв
J
лист заднш
1
L,
Рис. 4. Загальний вигляд моделi та прийнят назви
Рис. 3. Фрагмент креслення траверси
Рис. 5. Мiсця закрiплень та прикладання сил
у моделi
Пiсля розробки моделi було згенеровано сгтку сюнченних елементiв (рис. 6). Розмiр мiнiмального стержня е меншим за мшмаль-ний геометричний розмiр у моделi.
У результатi моделювання напружено-деформованого стану були отримат епюри розподiлу еквiвалентних напружень у модел^ епюри нормальних напружень у трьох пло-щинах, епюра розподiлу коефiцiента запасу мiцностi, епюра направленосп силових пото-кiв, епюра розподiлу еквiвалентних напружень (von Mises) iз застосуванням обмежен-ня ISO для трьох варiантiв навантажень:
1. Дiя тiльки сили F1 ;
2. Дiя сил F1 та F2;
3. Дiя сил F1 та F2 з урахуванням теплового навантаження F3 зовтштх повер-хонь траверси. Якщо проаналiзувати загальний вигляд епюри розподiлу еквiвалентних напружень (темнi зони - зони з високим значенном напружень) i спiвставити \х для трьох варiантiв навантажень, то бшьш несприятли-
вим за р1внем напружень е третш вар1ант (табл. 1).
б
Рис. 6. Отка скшченних елеменпв (а) збшьшений фрагмент перер1зу (6)
та
Значш теплов1 навантаження д1ють досить невеликий час (3-5 хв), у пор1внянн1 ¡з силами вщ ваги вантажу та гаюв. Однак вщомо [13], що: «ефективш методи захисту елемен-т1в ливарного крана вщ впливу викид1в гаря-чих газ1в, полум'я, бризок розплавленого ме-талу з конвертера шд час заливки в нього рщкого чавуну вщсутш. 1снуюч1 теплов1 ек-рани не здатш захистити металоконструкцп моста вщ температурних впливiв». При цьо-му елементи металоконструкцп пiддаються тепловим впливам i значним статичним, ди-намiчним навантаженням, що призводить до скорочення термшу служби.
Тому вважаемо, що тепловi навантаження доцiльно розглядати як спектр додаткових навантажень, яю накладаються на спектр
основних навантажень, i враховувати, у тому ж числ^ у розрахунках на втомну мщшсть. Iхнiй вплив на загальне навантаження, роз-подiл в елементах траверси потребують додаткових дослщжень та уточнень, що вихо-дить за межi цiеi роботи. Але, безумовно, заслуговують на увагу.
Таблиця 1 - Епюри розподшу е^валентних напружень
№ варiанта навантаження
Враховуючи вищесказане, бшьш детально проаналiзуемо напружено-деформований стан за другим варiантом навантаження.
Як видно з епюри (рис. 7), максимальш значення еквiвалентних напружень виника-ють в елементах траверси мiж вюсю кршлен-ня гака та вюсю блоюв (переднiй (рис. 4) лист траверси), що е цшком прийнятним.
Рис. 7. Значення еквiвалентних напружень за другим варiантом навантаження
Якщо розглядати переднш лист, то максимальш е^валентш напруження змiщенi влiво - напрямок руху крана (сторона, про-тилежна напрямку ди сили F2). Якщо побу-дувати епюру направленосп силових потокiв (рис. 8), то щ дiлянки проявляються бшьш
наочно. М1сця концентрацп екв1валентних напружень цшком вщповщають м1сцям поя-ви трщин та руйнувань несучих елемешгв траверс ливарних крашв, описаних у робот [1]. Бшьш детально розглянемо та проанал> зуемо напружено-деформований стан саме цих елемешгв траверси.
Рис. 8. Епюра направленост силових потоюв
Якщо розглянути (рис. 9, а) векторну епюру розподшу нормальних напружень у вертикальнш площиш (в1сь «г», рис. 4), то бачимо, що для переднього листа максима-льними (до 90 МПа) е напруження розтяг-нення (рис. 9, б). Довжина стршок на векторному поданш епюр е пропорцшною величиною напружень.
: 1'
А
б
Рис. 9. Загальний вигляд (а) векторного по-дання епюри розпод1лу нормальних напружень у вертикальнш площиш та збь льшений вигляд дшянки А (б) — напрямок розтягнення напрямок стискання Ф
Розглянемо (рис. 10) векторну епюру розподшу нормальних напружень у горизонтально площиш (в1сь «х», рис. 4) для ще! ж дшянки.
а
б
Рис. 10. Загальний вигляд (а) векторного по-дання епюри розпод1лу нормальних напружень у горизонтальнш площиш та збшьшений вигляд дшянки А (б) - напруження стискання напруження розтягнення
Якщо пор1внювати зовшшню та внутрш-ню поверхш переднього листа, то бачимо, що зовш виникають напруження розтягнення, а всередиш - стискання; при цьому напруження розтягнення е бшьшими (для переднього листа траверси становлять близько 20 МПа, для заднього листа - 67 МПа).
Висновки
Моделювання напружено-деформованого стану траверси тд час роботи ливарного крана та його анал1з, виконаний для переднього та заднього лист1в, дозволяють ствер-джувати, що м1сця концентрацп максималь-них напружень у цих елементах ствпадають з фактичними мюцями руйнування в них [1]. Напружено-деформований стан елементсв траверси е досить складним, оскшьки в одному елемент в р1зних площах виникають як напруження стискання, так \ напруження розтягнення, яю взаемозмшюються тд час ро-боти крана.
а
При визначенш напружено-деформо-ваного стану траверси слщ враховувати та-кож тепловi навантаження, яю е додатковими та накладаються на спектр основних наван-тажень (вiд маси вантажу та гаюв). Рiвень та розподш теплових навантажень по елементах траверси та !хшх дiлянках потребують дода-ткових дослiджень.
Навантаженiсть та напружено-деформо-ваний стан елементiв траверси е досить скла-дними та потребують подальших дослiджень.
Застосування рiзних методiв розрахункiв на мiцнiсть потребуе певно! методологи !х застосування, що, у поеднанш i3 сучасними комп'ютерами та програмним CAD/CAE за-безпеченням, дозволить проводити якiснi дослiдження та аналiз напружено-деформо-ваного стану елементiв та металоконструкцш ВПМ. Це, у свою чергу, дозволить розробля-ти оптимiзованi конструкци, застосовувати сучаснi програмнi комплекси з ошташзацп деталей та конструкцш, використовувати елементи бiонiчного дизайну та адитивних технологiй.
Лiтература
1. Щеглов О. М. К вопросу о надёжности работы подвесок литейных кранов / О. М. Щеглов, Р. В. Суглобов, Ю. Г. Сагиров // Захист мета-лургшних машин вщ поломок: Мiжвузiвський тематичний зб. наук. пр. - Марiуполь: ПДТУ, 2010. Вип. №12. С. 193-200.
2. Сагиров Ю. Г. Ускорения при движении литейных мостовых кранов. / Ю. Г. Сагиров // Захист металургшних машин вщ поломок: Мiжвузiвських тематичний зб. наук. пр. - Ма-рiуполь: ПДТУ, 2012. Вип. №14. С. 147-154.
3. Лагерев И. А. Расчеты грузоподъемных машин методом конечных элементов: монография / И. А. Лагерев. - Брянск: Издательство БГТУ, 2013. - 116 с.
4. Гребенюк Г.И. Основы расчета и оптимизации конструкций с использованием метода конечных элементов / Г.И. Гребенюк, Б.Н., Попов, Е. В. Яньков. - Новосибирск: [б. и.], 1992. 96 с.
5. Сагиров Ю. Г. Методика оценки прочности деталей машин с использованием COSMOS / Ю. Г. Сагиров, В. П. Лаврик // Materials of the XIII International scientific and practical conference, Trends of modern science-2017.Volume 15. Shef-field. Science and education, LTD - 72 р, 12-16.
6. Сергиевский С. А. Дискретная оптимизация в MSC.Nastran: методические указания / С. А. Сергиевский. - М.: MacNeal-Schwendler Сorporation, 1998. 24 c.
7. Оптимизация в MSC.Patran: методические указания. - М.: MacNeal-Schwendler Corporation, 1998. 55 c.
8. Сагиров Ю. Г. Определение прочности зубчатого колеса методом конечных элементов в среде Solid Works / Ю. Г. Сагиров, О. А. Качалова // Университетская наука - 2017: Между-нар. научно-техн. конф. (Мариуполь, 18-19 мая 2017 г.): тез. докл.: в 3 т. / ГВУЗ «ПГТУ». Мариуполь, 2017. Т. 2. С. 37-38.
9. Лаврик В. П. Використання САПР при аналiзi напруженого стану зношених деталей ПТО. / В. П. Лаврик, Ю. Г. Сагиров, Д. О. Михайлен-ко // Университетская наука - 2016: Международная научно-техн. конф., ПГТУ 19-20 мая 2016 г. -Мариуполь: ГВУЗ «ПГТУ», 2016 г. -Том II - С. 57-59.
10. Сагиров Ю. Г. Уточненный метод анализа напряженно-деформированного состояния колонны портального крана / Ю. Г. Сагиров Международная научно-техническая конференция «Передовые научные разработки», Чехия, Прага 27 августа - 05 сентября 2012 г. -Прага: Publishing House «Education and Science» s.r.o. - Том. 11, Технические науки. Технология и спорт. - С. 38-40.
11. Сагиров Ю. Г. Пространственное моделирование и долговечность металлоконструкции мостовых кранов / Ю. Г. Сагиров // Международная научно-техническая конференция «Динамика научных исследований», Польша, Пшемысль, 07-17 июля 2012 г. - Przemysl: «Nauka I studia», 2012. - Том. 24, Технические науки. С. 28-31.
12. Grigorov O.V., Stepochkina O.V. Motions of cranes of bridge type simulation in the MS Excel environment. Advanced Logistic System, 2014. Vol. 8, No. 1. P. 33-40.
13. Габтыкаев Д. Ф. Совершенствование и защита элементов литейного крана от температурных воздействий: автореферат дис. на соискание науч. степени канд. техн. наук: спец. 05.02.13 - машиностроение и машиноведение / Д. Ф. Габтыкаев. - Череповец, 2009. 21 с.
14. Сагиров Ю. Г. Прочностной анализ металлоконструкции грузоподъемных кранов с использованием Solid Works / Сагиров Ю.Г. // Вю-ник Приазовського державного техшчного ушверситету. Сер.: Техшчш науки: зб. наук. праць. - Марiуполь: Приазов. держ. техн. ун-т, 2013. Вип. 26. 2013. С. 194-203.
References
1. Scheglov O. M. K voprosu o nadYozhnos-ti rabotyi podvesok liteynyih kranov / O. M. Scheglov, R. V. Suglobov, Yu. G. Sagi-rov // Zahist metalurglynih mashin vId polo-mok. MIzhvuzIvskih tematichniy zb. nauk. pr. - MarIupol: PDTU, 2010. - Vip. #12. - S. 193-200.
2. Sagirov Yu. G. Uskoreniya pri dvizhe-nii liteynyih mostovyih kranov. / Yu. G. Sa-girov // Zahist metalurgIynih mashin vId po-lomok.
MIzhvuzIvskih tematichniy zb. nauk. pr. - Mariupol: PDTU, 2012. - Vip. #14. - S. 147-154.
3. Lagerev I. A. Raschetyi gruzopod'em-nyih mashin
metodom konechnyih elementov: monografiya / I. A. Lagerev. - Bryansk: Izda-telstvo BGTU, 2013. 116.
4. Grebenyuk G.I. Osnovyi rascheta i op-timizatsii konstruktsiy s ispolzovaniem metoda konechnyih elementov / G.I. Grebenyuk, B. N., Popov, E. V. Yankov. - Novosibirsk: [b. i.], 1992. - 96 .
5. Sagirov Yu. G. Metodika otsenki prochnosti de-taley mashin s ispolzovaniem COSMOS / Yu. G. Sagirov, V. P. Lavrik // Materials of the XIII International scientific and practical conference, Trends of modern science- 2017. 15. Shef-field. Science and education, LTD - 72, 12-16.
6. Sergievskiy S. A. Diskretnaya opti-mizatsiya v MSC.Nastran: metodicheskie ukaza-niya / S. A. Sergievskiy. - M.: MacNeal-Schwendler Sorpora-tion, 1998. - 24 c.
7. Optimizatsiya v MSC.Patran: metodi-cheskie uka-zaniya. - M.: MacNeal-Schwendler Corporation, 1998. - 55 c.
8. Sagirov Yu. G. Opredelenie prochnos-ti zubchato-go kolesa metodom konechnyih ele-mentov v srede Solid Works / Yu. G. Sagirov, O. A. Kacha-lova // Universitetskaya nauka - 2017: Mezhdu-nar. nauchno-tehn. konf. (Mari-upol, 18-19 maya 2017 g.): tez. dokl.: v 3 t. / GVUZ "PGTU". - Mariupol, 2017. - T. 2. - S. 37-38
9. Lavrik V. P. Vikoristannya SAPR pri analIzI napruzhenogo stanu znoshenih de-taley PTO. / V. P. Lavrik, Yu. G. Sagirov, D. O. Mihaylenko // Universitetskaya nauka - 2016: Mezhdunarodna-ya nauchno-tehn. konf., PGTU 19-20 maya 2016 g. -Mariupol: GVUZ «PGTU», 2016 g. - Tom II -S. 57-59 Ukraina
10. Sagirov Yu. G. Utochnennyiy metod analiza napryazhenno-deformirovannogo sos-toyaniya kolonnyi portalnogo krana / Yu. G. Sagirov Mezhdunarodnaya nauchno-tehnicheskaya kon-ferentsiya «Peredovyie nauch-nyie razrabotki», Chehiya, Praga 27 avgusta - 05 sentyabrya 2012 g. - Praga: Publishing House "Education and Science" s.r.o. - Tom. 11, Teh-nicheskie nauki. Tehnologiya i sport. - S. 38-40.
11. Sagirov Yu. G. Prostranstvennoe mo-delirovanie i dolgovechnost me-tallokonstruktsii mostovyih kranov / Yu. G. Sagirov // Mezhdunarodnaya nauchno-tehnicheskaya konferentsiya «Dinamika nauch-nyih issledovaniy», Polsha, Pshemyisl, 07 -17 iyulya 2012g. - Przemysl: "Nauka I studia", 2012. - Tom. 24, Tehnicheskie nauki. - S. 28-31.
12. Grigorov O.V., Stepochkina O.V. Mo-tions of cranes of bridge type simulation in the MS Excel environment. Advanced Logistic Sys-tem, 2014. Vol. 8, No. 1. P. 33-40.
13. Gabtyikaev D. F. Sovershenstvovanie i zaschita elementov liteynogo krana ot tem-peraturnyih vozdeystviy: avtoreferat dis. na soiskanie nauch. stepeni kand. tehn. nauk: spets. 05.02.13 - mashi-
nostroenie i mashino-vedenie / D. F. Gabtyikaev. - Cherepovets, 2009. 21. 14. Sagirov Yu. G. Prochnostnoy analiz metallokon-struktsii gruzopod'emnyih kra-nov s ispolzovaniem Solid Works. VIsnik Priazovskogo derzhavnogo tehnlchnogo unl-versitetu. Ser.: TehnlchnI nauki: Zb. nauk. prats. - Mariupol: Priazov. derzh. tehn. un-t, 2013. 26. 194-203.
CaripoB Ю.Г., канд. техн. наук, доцент, кафедра тдйомно-транспортних машин i деталей машин, ДВНЗ «Приазовський державний техшчний уш-верситет», вул. Ушверситетська, буд. 7, (0629)-44-60-97, [email protected].
Суглобов В.В., д-р техн. наук, проф., кафедра тдйомно-транспортних машин i деталей машин, ДВНЗ «Приазовський державний техшчний уш-верситет», вул. Ушверситетська, буд. 7, (0629)-44-65-07, [email protected].
Кухар В.В., д-р техн. наук, проф., кафедра оброб-ки металiв тиском,
ДВНЗ «Приазовський державний техшчний уш-верситет», вул. Ушверситетська, буд. 7, (0629)-44-66-54, [email protected].
Резшков О. О., канд. техн. наук, доцент, кафедра будiвельних i дорожшх машин, Харювський нацюнальний автомобшьно-дорожнш ушверситет, вул. Я. Мудрого, 25, (057)-700-38-64, [email protected].
Load simulation and analysis of the stress-strain state of the elements of a casting crane travers
Y. Sahirov, V. Suglobov, V. Kukhar, State Higher Educational Institution «Pryazovskyi State Technical University», Mariupol, A. Reznikov, National Automobile and Highway University, Kharkiv
Abstract. Problem. Casting cranes are operated for a long time in difficult conditions - high temperatures, dynamic loads, significant pollution of the environment. In this case, the value of dynamic loads arising during operation may exceed those adopted during the design, and adverse operating conditions are not taken into account at all. Refinement of methods for calculating the strength of cranes, the development of new methodologies is an important scientific and technical problem, the solution of which will improve the safety of the operation of load-lifting cranes, in particular foundry ones. Goal. The purpose of this work is to simulate loading during acceleration of the casting crane and analysis of the actual stressstrain state of the elements of the travers, taking into account the temperature effect and additional inertial loads. The object of the study is the pattern of stress distribution in the elements of the traverse. Methodology. The article proposes a methodology for modeling and analysis of the stress-strain state of the
casting crane travers taking into account additional loads, based on the methods for strength calculations for allowable stresses and the method of finite elements. A design scheme, a solid-deformed model was developed, and a finite element calculation was performed in the CAD / CAE system. Results. The results of calculations and analysis are given. The obtained regularity of the distribution of stresses in the elements of the traverse clearly showed that the places of concentration of maximum stresses coincide with the actual places of destruction in them; the stress-strain state of the elements of the traverse is rather complicated, since in one element in different planes both compressive stresses and tensile stresses arise, which are interchanged during the operation of the crane. Originality. Previously, a methodology was proposed for analyzing the stress-strain state of metal structures of cranes. On the basis of this, the regularity of the stress distribution in the elements of the travers of a casting crane with regard to additional loads is obtained. The analysis of the stressstrain state has been made. Directions for further research are identified. Practical value. The use of various strength analysis methods requires a certain methodology for their application, which, in combination with modern computers and CAD / CAE software, will allow for qualitative research and analysis of the stress-strain state of elements and metal structures of cranes.
Key words: reliability, modeling, stress concentration, method of finite elements, yield strength, defects, stress-strain state, defects, stress-strain state.
Моделирование нагруженности и анализ напряженно-деформированного состояния элементов траверсы литейного крана
Сагиров Ю.Г., Суглобов В.В., Кухарь В.В., Резников А.А., Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет
Аннотация. В статье предложена методология моделирования и анализа напряженно-деформированного состояния траверсы литейного крана с учетом дополнительных нагрузок, основанная на методах на прочностных расчетах по допускаемым напряжениям и методе конечных элементов. Разработана расчетная схема, твердотельно-деформированная модель и выполнен расчет методом конечных элементов в CAD / CAE системе. Полученная закономерность распределения напряжений в элементах траверсы наглядно показала, что места концентрации максимальных напряжений совпадают с фактическими местами разрушения в них; напряженно-деформированное состояние элементов траверсы является достаточно сложным, поскольку в одном элементе в разных плоскостях возникают как напряжения сжатия, так и напряжения растяжения, которые взаимозаменяются во время работы крана.
Ключевые слова: ливарний кран, траверса, надежность, моделирование, концентрация напряжений, закономерность, метод конечных элементов, межа текучести, дефекты, напряженно-деформированное состояние.
