CC BY
20[2] Вершинский А.В., Гохберг М.М., Семенов В.П. Строительная механика и металлические конструкции подъемно-транспортных машин. - Л.: Машиностроение, 1984. - 231 с.
[3] Краны грузоподъемные. Стальные конструкции. Методы расчета. РТМ 24.090.3277. - М.: ЦНИИТЭИтяжмаш, 1978. - 60 с.
SAFE OPERATION OF BRIDGE SUSPENDED CRANE TO THE WEAR OF THE MAIN BEAMS N.S. Otdelkin, A.S. Rukodeltsev
The article investigates the possibility of safe operation of overhead cranes overhead, which in the course of operation the main beams were worn.
УДК 621
А.С. Рукодельцев, к.т.н.,доцент, ФБОУ ВПО «ВГАВТ»
О.В. Сидорова, к.п.н., ст. преподаватель, ФБОУ ВПО «ВГАВТ»
603950, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5
ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАПРЯЖЁННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ В МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИИ КОЗЛОВОГО КРАНА КК-25 НА МОМЕНТ АВАРИИ
В статье методами аналитической механики определяются усилия в стержне верхнего пояса крана и методом конечных элементов - напряжения в разрушенном фланцевом узле
В конце марта 2011 на площадке ст. Костариха Горьковской ж/д при перегрузке контейнера массой 25,7 т (на 0,7 т выше грузоподъемности крана согласно паспортной характеристике) произошла авария с козловым краном КК-25 производства ОАО «Балткран» 2005 г . группы классификации А6 (см. рис. 1). Кран является модернизированной версией козлового крана КК-32 группы классификации А4. Основной причиной аварии стало разрушение верхнего пояса по месту локализации трещины усталостного характера, перекрывающей около 1/3 площади поперечного сечения пояса. Трещина возникла в зоне термического влияния сварного соединения (рис. 2).
А.С. Рукодельцев, О.В. Сидорова,
Определение напряжённо-деформированного состояния в металлоконструкции козлового.
Рис. 1 - Авария козлового крана.
Fsmm
Рис. 2 - Разрушенный узел и микрошлиф сварного соединения.
Согласно распечатке с регистратора параметров работы крана перемещение грузов максимальной массы (встречаются грузы и 32т) при работе составляли около 99% рабочего времени, что указывает на фактический коэффициент распределения нагрузки Кр = 1 против 0,5 по паспорту. В соответствии со стандартом ISO 4301/1 предельно-возможное число рабочих циклов снижается с 50000 до 25000 (по прибору число отработанных циклов составляет 41908). Для определения причин возникновения усталостной трещины найдём усилия в верхнем поясе и коэффициент асимметрии цикла.
Определение распределённых нагрузок производим по нижеприведённым формулам.
tfi ~ ттт77Т~ = 438,182+9,43= 447,612
Я 2 = Чз =
11,0 13SJQ 12.0 7440 ^ 11,0 11150
54,37
j- *12 J_
54-37 э12„7
кгс/м
= 1154,167 + 9,43 = 1163,597
= 676,364+ 9,43 = 685,794 ,
кгс/м
512.7
+ = 929,167+ 9,43 = 938,597 ,
кг/м
4391 Н/м кгс/м - 11415 Н/м 6728 Н/м 9208 Н/м
4190 + ПН = 515,375 + 9,43 = 524,805 ,
' кг/м - 5148 Н/м
Опорные реакции от распределенных нагрузок составят 2(^4 + Нв) = цг • 11 + цг ■ 12 + Чз 11 + цА 12 + • 8,13 = 4391 -11 + 11415 ■ 12 + 6728 -11 + 9208 ■ 12 + 5148 ■ 8,13 = 48301 + 136980 +
Н
" 11- (6 + 5,5) + д2 - 12 ■ 0 + -11 ■ (6 + 5,5) + -12 ■ (6 + 11 + 6)
-4391- 11- 11,5 + 0 + 6728- 11 ■ 11,5 + 9208 12 ■ 23 + 5146-8,13 ■ 33,065 К* 25
= 168836,635 я* 168837 н
к а = + К в) ~ К в = 411638 - 168837 = 242801 н
Усилие в стержне 1-2 от распределенной нагрузки Д^ ■ 2,892-яг -11 - (5,5 + 6 + 6) - Чг -12 - 6 + 6 = 0
' 4391-1117,5+11415*12*6-342801 б 210341,5
N =-=-^ 72732 тт
Ч 2.392 2,092 Н.
Постоянными и подвижными нагрузками являются :
; ■ - вес узла подвески гибкого кабеля и площадки для его обслуживания, Н;
Г
- нагрузка на 2 каретки тележки (левой);
Г
- нагрузка на 2 каретки тележки (правой); ~ ^21 + ^22 , а ^з = ^31 + ^32
^21 — ^31
нагрузка от веа тележки, кабины и лебедки.
F21 =---^ 79118 Н.
Нагрузка от веса полезного груза и захватного устройства, определяемая по формуле,
F = Qk1k2-ka + G„-kz
где = 1.2 _ коэффициент перегрузки;
л,- - - коэффициент толчков;
- J 1 - коэффициент динамичности.
F = 2500 ■ 1,2 ■ 1,05 ■ 1,0 + 4970 ■ 1,05 = 354906 н
; _ ?: ; о: _ 1 ! 17 (из-за несимметричности приложения нагрузки) F2t = 0,4 -354906= 141962 н, F23 = 0,6-354906 = 212944 н Fz = 8065+ 14688 = 223210 н, F3 = 8065+ 22031= 295242 н
Определение усилий в стержне по линиям влияния. Расположение тележки на консоли. ординаты линии влияния у, = —-14,3 = 0,2628 -14,3 = 3,758
;
уг 10,37 = 0,2628-10,37 = 2,725
у, = 5,62= 0,2628-5,62= 1,477
;
усилие в стержне 1-2 от сосредоточенной нагрузки
Nq = F,1-у1 + F2 • у2 + F3 ■ у3 = 687 - 3,758 + 22753 ■ 2,725 + 30096 ■
Н
усилие в стержне от распределенной и сосредоточенной нагрузок 2 F = Hq + Nq = 72732 + 1069643 = 1142375 H
_ Sf _ 1142375 ^ .„ j
Напряжение в трубе aP ~ л ~ 23561 ' МПа. 2.2.1.2. Расположение тележки в пролете ординаты линии влияния у, = —-14,3 = 0,2628 -14,3 = 3,758
;
у = -15Z ■ б = —0,2628 - 6 = -1,577
}з ^ ^ ' ' '
усиление в стержне 1 - 2 от сосредоточенной нагрузки
- Fi - + F2 ■ у2 + F3- уз = 687-3,758- 22753-1,571- 30096-
Н.
усилие в стержне 1 - 2 от распределенной и сосредоточенной нагрузок 'LF = Nq + Nq = 72732 - 674602 = -601870 ^
-601870 __
напряжение в трубе сж л гззб! ' МПа.
А.С. Рукодельцев, О.В. Сидорова,
Определение напряжённо-деформированного состояния в металлоконструкции козлового.
Разработка модели фланцевого узла пролётного строения крана для определения в нём объёмного напряжённого состояния Модель нагрузок и закреплений:
Согласно чертежу БАК.04.002.000.02 проточка на фланце под установку трубы верхнего пояса должна иметь размер ф325 + 2 мм - смоделирован зазор между фланцем и трубой;
Раздел сред между материалами фланца и трубой в районе торцевого шва смоделирован местной проточкой глубиной 0,5 мм (см. рис. 3);
Раздел сред между материалами заглушки и трубой в районе торцевого шва смоделирован уменьшением наружного диаметра заглушки на 1 мм (на 0,5 мм на сторону) по отношению к внутреннему диаметру трубы - ф (325 - 2 х 25 -1) = 274 мм (см.
рис. 3);
Влияние отсечённой левой части фланца смоделировано блокировкой перемещений только по оси OZ грани;
Влияние отсечённой нижней части фланца смоделировано блокировкой перемещений только по оси OY грани;
Моделирование расчётной растягивающей нагрузки, действующей в трубе -+ 120768 кгс = +1184329,507 Н выполнено наложением на грань трубы поля давления
-1184329,507 • 4 8 со значением —р-2-'-2\ = -50,265 МПа = - 0,503 • 10 Па (знак минус,
•¡3252 - (325 - 2 х 25/ ]
указывает на то, что поле давления действует в сторону от площадки см. рис. 4);
Моделирование расчётной сжимающей нагрузки, действующей в трубе - -60526 кгс = -593761,012,507 Н выполнено наложением на грань трубы поля давления
+593761,012 • 4 1л8тт ,
со значением —\---:-^ = +25,2 МПа = + 0,252 -10 Па (знак плюс, ука-
п • [3252 - (325 - 2 х 25/ \
зывает на то, что поле давления действует в сторону к площадке см. рис. 5);
Моделирование блокировки перемещений вдоль оси ОХ производится: - при растягивающей нагрузке наложением закрепления на грани шайб и при сжимающей нагрузке наложением закрепления на стыковую поверхность фланца. Сетка конечных элементов показана на рис. 6.
Рис. 3 - Расчётная модель фланца (четверть конструкции).
Рис. 4 - Условия закрепления и приложение расчётной растягивающей нагрузки.
pres ! /'7м
Рис. 5 - Условия закрепления и приложение расчётной сжимающей нагрузки.
А.С. Рукодельцев, О. В. Сидорова,
Определение напряжённо-деформированного состояния в металлоконструкции козлового...
В зоне разрушения - по границе сплавления с основным металлом трубы - эквивалентные напряжения составляют около 169 МПа, что ниже допустимого значения Rwz = 0.45Run = 0.45 х 412 = 185 МПа для сварного соединения с использование стали В 20 и проволоки 08-Г2С. Зона с повышенными напряжениями - участки контакта шайб болтового соединения с фланцем (см. рис. 7).
Рис. 7 - Карта распределения эквивалентных напряжений в конструкции фланца при приложении расчётной растягивающей нагрузки к стержню, соответствующей расчёту на прочность, Па.
^_^_
333436 .Е.62Е + 08 .112Е+03 .168Е+03 .224Е+03
.2 ВЗЕ+ О В .041Е+О8 .140Е + 09 .196Е+09 .252Е+09
Рис. 8 - Карта распределения эквивалентных напряжений в конструкции фланца при приложении расчётной сжимающей нагрузки к стержню, соответствующей расчёту
на прочность, Па.
В зоне разрушения - по границе сплавления с основным металлом трубы - эквивалентные напряжения составляют около 86 МПа (см. рис. 8).
Ниже в виде градиентных заливок представлены результаты расчёта только напряжений, действующих вдоль оси ОХ, для растягивающей нагрузки - рис. 9 и сжимающей
-рис. 10.
-.398Е+09 -.226Е+09 -.538Е+08 .118Е+09 .291Е+09
Рис. 7 - Карта распределения растягивающих напряжений + о х в конструкции фланца при приложении расчётной нагрузки к стержню, соответствующей расчёту на
прочность, Па.
А.С. Рукодельцев, О. В. Сидорова,
Определение напряжённо-деформированного состояния в металлоконструкции козлового...
Рис. 8 - Карта распределения сжимающих напряжений — оx в конструкции фланца
при приложении расчётной нагрузки к стержню, соответствующей расчёту на прочность, Па.
Выводы по расчётам:
напряжения при проектной нагрузке в околошовной зоне сварного соединения выполненного согласно чертежам на изготовление металлоконструкции равны предельным значениям - 166 МПа;
наличие непроваров и газовых пор однозначно повышает расчётное значение напряжения, что приводит к формированию магистральной трещины;
систематическая перегрузка соединения вкупе с низкой ударной вязкостью использованного материала - около 12 Дж/см2 - ускоряют рост усталостной трещины.
DEFINITION OF STRESS-STRAIN STATE IN METAL GANTRY CRANE CC-25 AT THE TIME OF THE ACCIDENT A.S. Rukodeltsev, O. V. Sidorova
In this paper the methods of analytical mechanics are determined efforts to stem the upper belt of the crane and the finite element method - stress in the devastated site, flanged
УДК 547.9
Т. И. Тарнопольская, к.т.н., доцент, ФБОУВПО «ВГАВТ» О. В. Сидорова, к.п.н., доцент, ФБОУ ВПО «ВГАВТ» 603600, Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5. Е-таИ: ртр1тугсу@уапс1ех. ги
К ИССЛЕДОВАНИЮ УСТОЙЧИВОСТИ ДВИЖЕНИЯ АВТОМОБИЛЯ С УПРУГИМИ СВЯЗЯМИ
