CC BY
25
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
УДК 656.1; 627
ОЦЕНКА НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТИ СПЕЦИАЛЬНОГО ГРУЗОЗАХВАТНОГО ПРИСПОСОБЛЕНИЯ ДЛЯ ПЕРЕГРУЗКИ ДЛИННОМЕРНЫХ ГРУЗОВ
Рассмотрено использование специального грузозахватного приспособления для перегрузки длинномерных грузов с учетом изменений упругопластических деформаций петли стропа. Применение приспособления не более чем для пяти перегрузок соответствует требованиям безопасности Ростехнадзора при условии, что такие перегрузки будут осуществляться в одном рабочем цикле от изготовителя до потребителя, после чего соответствующие СГП должны утилизироваться.
Ключевые слова: метод, расчет, несущая способность, перегрузка, длинномерный груз.
При перегрузке и транспортировании грузоподъемными кранами пакетов труб, литых стальных заготовок и других длинномерных грузов [1, 2] для соединения грузозахватного приспособления (траверсы или стропа) с грузом используются специальные проволочные стропы в виде параллельных витков проволок, закрученных снаружи (рис. 1).
Рис. 1. Общий вид специального грузозахватного приспособления
109
М.Н. Хальфин, Б.Ф. Иванов, Е.В. Харьковский
\
Федеральными нормами и правилами [3] допускается использование «специальных стропов (транспортирующих, пакетирующих), используемых как «одноразовые» не более чем для 5 перегрузок пакетов длинномерных грузов (металлопроката, труб, пиломатериалов)».
В данном случае строповка производится с помощью специального грузозахватного приспособления (СГП), выполненного в виде пучка параллельных витков проволок (далее петли стропа), сформированных на специальных вязальных машинах с заданными диаметрами проволоки петли стропа, числом витков в зависимости от веса и поперечных габаритов груза.
Достоинствами данного приспособления являются простота конструкции, отсутствие необходимости использования подкладок при погрузке в кузов вагона или автомобиля, применение при перегрузке горячих грузов.
В статье обосновывается возможность использования указанных приспособлений, приведен их расчет (при обязательном наличии на пакете из труб или литых заготовок формирующих обвязок в виде стальной ленты или другого прочного материала).
При подъеме пакета заготовок происходит первоначальный изгиб каждой из проволок СГП на чалочном крюке траверсы по радиусу R, соответственно в материале проволок петли стропа возникают упругопла-стические деформации.
Наряду с изгибом каждая проволока испытывает также и растяжение [4]. Величина растягивающих напряжений Ор может быть определена
по формуле
От
Ор = —,
^ z
где от - предел текучести материала проволоки; для стали Ст. 3 кп от = 230 МПа [2]; z - коэффициент запаса прочности, для канатных стропов z = 5 [3].
С учетом значений от и z, Ор = 46 МПа.
Для расчета изгибных напряжений, возникающих в проволоках петли стропа, согласно ГОСТ 6627 выбираем по заданной грузоподъемности в 10 тонн чалочный крюк с радиусом кривизны R поперечного сечения (рис. 2) [2].
Изгибающий момент в поперечном сечении каждой проволоки на участке наибольшей кривизны с радиусом R
MH = { sydf = Е1?т ■ K + 2от • Sm, 110
где Е = 2,1 10 МПа - модуль упругости; К = 1 / Я - кривизна осевой линии проволоки при изгибе на крюке, согласно [5] Я = 40 мм, соответственно К = 0,025 1/мм; - осевой момент инерции площади пластической зоны, перпендикулярной сечению проволоки, мм ; ^ - статический момент площади пластической зоны, перпендикулярной сечению проволо-
3
ки, мм .
а
б
Рис. 2. Поперечное сечение: а - чалочного крюка; б - проволоки; уТ - расстояние от нейтральной оси % до пластичной зоны
Запишем уравнение деформации проволоки петли стропа после снятия нагрузки на основании теоремы о разгрузке [2, 5-9]:
Кост Кнаг Кп
М
и
Е1
где Кост - остаточная кривизна проволоки петли стропа, 1/мм; Кнаг -кривизна проволоки петли стропа при изгибе на крюке, 1/мм; Кп - начальная кривизна проволоки петли стропа, равная 0,0025 1/мм; Ми - изгибающий момент одной проволоки петли стропа, возникающий при его на-гружении; I - полярный момент инерции поперечного сечения проволоки, мм4, определяемый по формуле
I
Согласно [5]
2
Ми = Мт---
и т <->
3р
+
1 +
Е±
Е
К 3^ наг
К,,,
5 - 2 •
64
К
Е
К
агсБт-
К
наг
Е
агссоБ-
К
+
наг у
К т 2' • 1- К т 2
К V наг К V наг
(1)
где Mт - изгибающий момент, соответствующий появлению в проволоке пластических деформаций:
Mт = ат ■ Wи,
здесь Wи - момент сопротивления проволоки петли стропа при изгибе; Kт - кривизна проволоки, соответствующая появлению пластических деформаций, 1/мм; El - модуль упрочнения; El = 0,04 ■ E [5].
Учитывая, что Кт и El являются величинами малого порядка в сравнении с Кнаг и Б, формула (1) упростится и примет вид
Mи = 1,7 ■ Мт. (2)
Анализ выражения (2) показывает, что величина предельного изгибающего момента не зависит от изменения кривизны проволоки петли стропа в пределах от 0,0025 до 0,025 1/мм.
Остаточные напряжения в каждой проволоке определяются разностью напряжений, возникающих при нагружении и разгрузке [5]:
а г = а1 — аразгр.
В упругой зоне
упр _упр_^ ^ ,, Ми ■ Ут
а] ^=а( р-аразгр = Б■ К ■ Ут _
¡2
В пластической зоне
т = т = М и ■ Ут
а г = а1 — аразгр = ат —'
¡г
Для проведения расчетов приняты следующие данные: груз (пакет литых заготовок) весом О = 100 кН, скрепленный перевязками из стальных лент в пяти местах по всей длине груза; в качестве СГП приняты два кольца в виде параллельных витков отожженной проволоки диаметром dпр = 8 мм
с пределом текучести ат = 230 МПа из стали Ст. 3 кп по ГОСТ 380; для
предохранения проволок СГП от перерезания предусмотрены деревянные подкладки; первоначальный диаметр петли СГП В = 800 мм.
Результаты расчетов приведены в виде эпюр нормальных напряжений, возникающих в проволоках СГП, на рис. 3, а-в.
Анализ эпюр нормальных напряжений (рис. 3), возникающих в результате упругопластических деформаций, показал наличие напряжений сжатия в растянутой области поперечного сечения проволоки (рис. 3, в), что способствует повышению срока службы СГП.
Согласно [3] использование указанного специального грузозахватного приспособления допускается не более чем для пяти перегрузок. Поскольку изгибающие моменты при вторичных нагружениях одинаковы (кривизна проволок петли стропа при нагружении по радиусу Я поперечного сечения чалочного крюка постоянна), эпюра нормальных напряжений имеет такой же вид, что и при первом нагружении [5].
112
Рис. 3. Эпюры нормальных напряжений в проволоке петли стропа без учета растяжения: а - при нагружении; б - при разгрузке; в - остаточные напряжения после разгрузки
Как было установлено опытами И. Баушингера, С.П. Тимошенко и других [5-9], при испытании на растяжение стального образца из мягкой стали, соответствующей марке стали Ст. 3 кп, после каждого нагружения происходит увеличение предела текучести материала образца на 15.. .20 % (рис. 4).
Рис. 4. График зависимости предела текучести от от относительного удлинения £ при повторных нагружениях СГП: ABC - нагружение образца; CD - разгрузка; DFG - повторное нагружение
113
Расчет остаточной деформации петли СГП показал, что при пяти перегрузках пакета металлопроката кривизна проволок петли стропа увеличивается с 0,0025 до 0,02494 1/мм, при этом радиус кривизны проволок петли стропа уменьшается с 400 до 40,09 мм. Вследствие этого увеличивается поверхность контакта чалочного крюка и проволок петли стропа, что приводит к повышению предела текучести материала проволок СГП, снижению значений контактных напряжений и соответственно увеличению долговечности СГП.
Использование указанного СГП не более чем для пяти перегрузок пакетов длинномерных грузов соответствует требованиям безопасности [3] при условии, что такая перегрузка будет осуществляться в одном рабочем цикле от изготовителя до потребителя, после чего соответствующее СГП должно утилизироваться.
Список литературы
1. Коноплев В.И., Анцев В.Ю., Башкин С.А. Технологическая оснастка для специальных работ // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2016. № 2 (316). С. 54-57.
2. Несущая способность специальных грузозахватных приспособлений / М.Н.Хальфин, Б.Ф.Иванов, Е.В.Харьковский, Д.А.Евдокимов // Подъемно-транспортные и строительные системы: наука и инновации: межвузовский сборник научных трудов / Юж.-Рос. политехн. ун-т (НПИ) им. М.И. Платова. Новочеркасск: ЮРГПУ (НПИ), 2016. С. 105109.
3. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности опасных производственных объектов, на которых используются подъемные сооружения». М.: ЗАО «Научно-исследовательский центр исследования проблем промышленной безопасности», 2014. Сер. 10. Вып. 81. 150 с.
4. Приказ Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 12.01.2016 №146 «О внесении изменений в федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Правила безопасности опасных производственных объектов, на которых используются подъемные сооружения», утвержденные приказом Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 12.11.2013 г. №533».
5. Справочник по кранам. Характеристики и конструктивные схемы кранов. Крановые механизмы, их детали и узлы. Техническая эксплуатация кранов / М.П. Александров [и др.]; под общ. ред. М.М. Гохберга. Л.: Машиностроение, 1988. Т.2 559 с.
6. Основы современных методов расчета на прочность в машиностроении / С.Д. Пономарев [и др.]. М.: Машгиз, 1950. 703 с.
7. Илюшин А. А. Пластичность. Упругопластические деформации. М.: ОГИЗ, 1948. Ч. 1. 389 с.
8. Jeffries Z., Archer R.S. Chemistry and metallurgy engineering. Т. 27.
1922.
9. Тимошенко С.П. Сопротивление материалов. Более сложные вопросы теории и задачи. М.: Наука, 1965. Т. 2. 480 с.
Хальфин Марат Нурмухамедович, д-р техн. наук, проф., xalfinmnamail.ru, Россия, Новочеркасск, Южно-Российский государственный политехнический университет (Новочеркасский политехнический институт) имени М.И. Платова,
Иванов Борис Федорович, канд. техн. наук, проф., ivanovaikc-mysl.ru, Россия, Ростов-на-Дону, Донской государственный технический университет,
Харьковский Евгений Викторович, студент, kharkovskii. 96amail.ru, Россия, Новочеркасск, Южно-Российский государственный политехнический университет (Новочеркасский политехнический институт) имени М.И. Платова
ASSESSMENT OF BEARING CAPACITY OF THE SPECIAL LOAD-HANDLING DEVICE FOR OVERLOADING LENGTHY CARGOES
M.N. Khalfn, B.F. Ivanov, E. V. Kharkovskiy
The using of special load-handling device for overloading lengthy cargoes, taking into accounting alternation elastoplastic deformations of the loop of sling is considered. The use of special load-handling device for less than five reloads meets safety requirements of Federal Environmental, Industrial and Nuclear Supervision Service of Russia, providing that such reloads will be implemented in one work cycle from manufacturer to consumer, after that, conforming special lifting devices must be utilize.
Key words: method, calculation, bearing capacity, overloading, lengthy cargo.
Khalfin Marat Nurmuhamedovich, doctor of technical sciences, professor, xalfinmnamail. ru, Russia, Novocherkassk, South-Russian State Polytechnic University (Novocherkassk Polytechnic Institute) named of M.I. Platov,
Ivanov Boris Fedorovich, candidate of technical sciences, professor, ivanova ikc-mysl.ru, Russia, Rostov-on-Don, Don State Technical University,
Kharkovskiy Evgeniy Victorovich, student, kharkovskii. 96a mail. ru, Russia, Novocherkassk, South-Russian State Polytechnic University (Novocherkassk Polytechnic Institute) named of M.I. Platov
