Научная статья на тему 'Уточненный метод анализа напряженно-деформированного состояния башенной цилиндрической колонны портального крана'

Уточненный метод анализа напряженно-деформированного состояния башенной цилиндрической колонны портального крана Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
267
51
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПОРТАЛЬНЫЙ КРАН / МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЯ / ПРОСТРАНСТВЕННАЯ МОДЕЛЬ / МЕТОД КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ / ДОЛГОВЕЧНОСТЬ / ПОРТАЛЬНИЙ КРАН / МЕТАЛОКОНСТРУКЦіЯ / ПРОСТОРОВА МОДЕЛЬ / МЕТОД КіНЦЕВИХ ЕЛЕМЕНТіВ / ДОВГОВіЧНіСТЬ / SOLIDWORKS / COSMOS WORKS / PORTAL CRANE / STEEL STRUCTURE / THE SPATIAL MODEL / FINITE ELEMENT METHOD / SOLID WORKS / DURABILITY

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Сагіров Юрій Георгійович

Розроблено просторові моделі металоконструкції портального крана. Виконано аналіз напруженого стану колони. Запропоновано уточнений метод аналізу напружено-деформованого стану металоконструкції баштової циліндричної колони портального кранаРазработаны пространственные модели металлоконструкции портального крана. Выполнен анализ напряженного состояния колонны. Предложен уточненный метод анализа напряженно-деформированного состояния металлоконструкции башенной цилиндрической колонны портального кранаDeveloped a spatial model steel portal crane. The analysis of the stress state of the column. We propose a refined method of analysis of the stress-strain state of metal tower cylindrical column gantry crane

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Уточненный метод анализа напряженно-деформированного состояния башенной цилиндрической колонны портального крана»

Серiя: TexHÏ4HÏ науки ISSN 2225-6733

9. Лойцянский Л.Г. Курс теоретической мехашки: т. II. Динамика / Л.Г. Лойцянский, А.И. Лур'е. - М.: ГИТ-ТЛ, 1954. - 595 с.

10. Яблонский А.А. Курс теории колебаний / А.А. Яблонский, С.С. Норейко. - М.: Высшая школа, 1975. - 248 с.

11. Целиков А.И. Машины и агрегаты металлургических заводов. т. II / А.И. Целиков, П.И. По-лухин. - М.: Металлургия, 1988. - 432 с.

12. Степин П.А., Сопротивление материалов / П.А. Степин. - М.: Высшая школа, 1983. - 303 с.

Bibliography:

1. Panovko Ja.G. Foundations of Applied theory of elastic vibrations / Ja.G. Рапоуко. -Mashinostroenie, 1967. - 316 p. (Rus.)

2. Blekhman I.I. Unbalanced rotor rotation caused by harmonic oscillations of its axis / I.I. Blekhman. - M: Izv. AN SSSR, OTN, 1954. - № 8. (Rus.)

3. Bolshakov V.I. The dynamics of large machines / V.I. Bolshakov. - М.: Mashinostroenie, 1969. -214 p. (Rus.)

4. Butsukin V.V. Improvement of electromechanical bahatodvyhunovoho about tilting the converter to reduce loads in transient conditions: Candidate. techn. science degree. - Dnepropetrovsk, 2004. - 210 p. (Ukr.)

5. Weitz V.L. Dynamic calculations drive cars / V.L. Weitz. -- L.: Mashinostroenie, 1971. - 352 p. (Rus.)

6. Davydov B.L. Statics and dynamics of machines / B.L. Davidov, B.A. Skorodumov. - M.: Mashinostroenie, 1967. - 432 p. (Rus.)

7. Kozhevnikov S.N. The dynamics of non-stationary processes in machines / S.N. Kozhevnikov. — Kyiv: Naukova Dumka, 1986. - 285p. (Rus.)

8. Timoshenko S.P. Fluctuations in engineering / S.P. Tymoshenko. - Moscow: Fizmatgiz, 1960. -472 p. (Rus.)

9. Loytsyanskyy L.G. Course teoretycheskoy mechanics: Vol. II. Dynamics / L.G. Loytsyanskyy, A.I. Lurie. - M.: HYT-TL, 1954. - 595 p. (Rus.)

10. Jablonski A.A. Course in the theory of oscillations / A.A. Jablonski, S. Noreyko. - M.: Vysshaja shkola, 1975. - 248. (Rus.)

11. Cselikov A.I. Machines and units of metallurgical plants. Vol. II. / A.I. Cselikov, P.I. Polukhin. -Moscow, Metallurgya, 1988. - 432 p. (Rus.)

12. Stepin P.A. Strength of Materials / P.A. Stepin. - M.: Vysshaja shkola, 1983. - 303 p. (Rus.)

Рецензент: В.В. Суглобов

д-р техн. наук, ДВНЗ «ПДТУ»

Стаття надшшла 10.11.2012

УДК 621.875

©Сагиров Ю.Г.*

УТОЧНЕННЫЙ МЕТОД АНАЛИЗА НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ БАШЕННОЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ КОЛОННЫ ПОРТАЛЬНОГО КРАНА

Разработаны пространственные модели металлоконструкции портального крана. Выполнен анализ напряженного состояния колонны. Предложен уточненный метод анализа напряженно-деформированного состояния металлоконструкции башенной цилиндрической колонны портального крана.

Ключевые слова: портальный кран, металлоконструкция, пространственная модель, метод конечных элементов, SolidWorks, Cosmos Works , долговечность.

канд. техн. наук, доцент, ГВУЗ «Приазовский государственный технический университет», г. Мариуполь

Серiя: Техшчш науки ISSN 2225-6733

Саг1ров Ю.Г. Уточнений метод анал1зу напружено-деформованого стану баш-тових цилтдричних колони портального крану. Розроблено просторовi модел1 металоконструкцИ портального крана. Виконано аналiз напруженого стану колони. Запропоновано уточнений метод аналiзу напружено-деформованого стану ме-талоконструкцп баштовог цилтдричног колони портального крана. Ключов1 слова: портальний кран, металоконструкщя, просторова модель, метод ктцевих елементiв, SolidWorks, Cosmos Works, довговiчнiсть.

Yu. G. Sagirov. Improving method of the analysis of stress-deformed condition of towers cylindrical column portal crane. Developed a spatial model steel portal crane. The analysis of the stress state of the column. We propose a refined method of analysis of the stress-strain state of metal tower cylindrical column gantry crane.

Keywords: portal crane, steel structure, the spatial model, finite element method, Solid Works, Cosmos Works, durability.

Постановка проблемы. Совершенствование методов расчета долговечности крановых металлоконструкций - важная научно-техническая задача, решение конторой позволит повысить безопасность эксплуатации грузоподъемных кранов, а также их надежность.

Анализ последних исследований и публикаций. Современным направлением в конструировании портальных кранов является отказ от четырехстоечного портала с поворотной колонной и переход к порталу с башенной цилиндрической колонной, на которой устанавливается опорно-поворотное устройство (ОПУ) типа Rote-Erde и поворотная часть крана [1].

Цель статьи - на примере портального крана «Азовец», эксплуатируемого в Мариупольском государственном морском порту, разработать уточненный метод расчета и анализа металлоконструкции башенной цилиндрической колонны портального крана.

Изложение основного материала. В процессе эксплуатации крана в Мариупольском государственном морском порту выявлены неоднократные случаи образования трещин и разрывы сварных швов, соединяющих элементы усиления («обребрения») цилиндрической обечайки колонны. Ремонт дефектных участков не давал эффективных результатов, трещины появлялись вновь. Изучение технической документации позволило выявить, что напряжено-деформированное состояние колонны определялось приближенным методом: колонна представлялась как стержень переменной жесткости в стержневом аналоге всей металлоконструкции крана, а не как оболочковая конструкция, подкрепленная диафрагмами и продольными ребрами.

Для определения фактического напряжено-деформированного состояния колонны и, в последующем, усиления был предложен уточненный метод расчета башенных колонн портальных кранов с ОПУ. Вначале разрабатывается расчетная схема (рис. 1), с учетом действующих нагрузок и их сочетаний [2, табл. 6.1].

Для этого все внешние нагрузки, действующие на кран, преобразовываются и приводятся к нагрузкам, равнозначным по воздействию на элементы конструкции колонны. Эти нагрузки можно разделить на три вида:

1. Нагрузки, действующие в вертикальной плоскости и воздействующие на колонну через тела качения ОПУ. Все вертикальные нагрузки на тела качения ОПУ распределяются неравномерно (рис. 2) по следующей зависимости:

G + G V

V + Vм. r, (1)

n 2 R

где Gj - вертикальная сила, действующая от массы поворотной части крана, G3 - вес груза,

n - количество тел качения ОПУ,

Ум — максимальная вертикальная сила, нагружающая тело качения ОПУ от момента всех сил, действующих в вертикальной плоскости качания стрелы, R — радиус окружности расположения тел качения ОПУ,

Серiя: Технiчнi науки ISSN 2225-6733

Г - координата расположения /-того тела качения от центра оси вращения крана.

г. =27.0

X

Рис. 1 - Расчетная схема портального крана

2. Нагрузки, действующие в плоскости качания стрелы и вызывающие изгиб колонны в этой плоскости. Такими нагрузками являются (рис. 1):

• горизонтальная сила от отклонения канатов:

Ра = ^ ' (8а .

сила инерции стреловой системы при изменении вылета стрелы:

„ т -v Р =—£-

ив ^ '

(2)

(3)

где

тс — приведенная к блокам хобота масса стреловой системы, V — мгновенная скорость оголовка хобота, t — время разгона (торможения) механизма изменения вылета. • горизонтальная сила давления ветра.

Действие этих нагрузок приведено к горизонтальной равнодействующей силе Р1 (рис. 2), вызывающей изгиб колонны в плоскости качания стрелы.

3. Нагрузки, действующие в горизонтальной плоскости и вызывающие кручение колонны вокруг ее вертикальной оси. Кручение колонны вокруг ее вертикальной оси вызывается окружными силами торможения FТ (рис. 2) при торможении двух механизмов вращения колонны:

Р = Мг. Т d

(4)

где

МТ — момент торможения,

d — диаметр делительной окружности зубчатого венца ОПУ. Момент торможения определяется, как разность моментов: момента инерции всех вращающихся масс при повороте крана и момента сил трения в ОПУ.

Затем разрабатывается компьютерная твердотельно-деформируемая модель колонны

В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХШЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2012р. Серiя: Техшчш науки Вип. 25

ISSN 2225-6733

(рис. 2). Геометрические параметры модели (геометрическое подобие) полностью соответствуют натурному образцу колонны. Вариант нагружения крана и комбинации нагрузок принимаются в соответствии с нормами расчета металлоконструкций портальных кранов [3, с. 48].

а

б

Рис. 2 - Модель колонны (а) и участки приложения сил (б)

Для каждого режима нагружения крана (подъем груза; подъем груза и поворот; подъем груза, поворот и изменение вылета и т.д.) и соответствующих значений действующих нагрузок определяется напряженно-деформированное состояние колонны с использованием САПР SoПdWorks, CosmosWorks.

Результаты исследования каждого варианта нагружения выдаются в виде:

1. Эпюр распределения коэффициента запаса прочности (рис. 3);

2. Эпюр эквивалентных напряжений в цилиндрической оболочке колонны (рис. 4), в скрытых участках (элементы обребрения) колонны и в кольцевых диафрагмах (рис. 5).

Серiя: Технiчнi науки ISSN 2225-6733

Рис. 3 - Эпюра распределения коэффициента запаса прочности

Рис. 4 - Эпюра распределения эквивалентных напряжений

Рис. 5 - Эпюра распределения эквивалентных напряжений в скрытых участках

Серiя: Техшчш науки ISSN 2225-6733

Выводы

1. Предложен уточненный метод анализа напряженно - деформированного состояния.

2. Полученные результаты анализа использованы в практических рекомендациях по усилению колонны крана «Азовец».

3. Предложенный метод может быть использован при расчетах башенных цилиндрических колонн других машин и сооружений.

Список использованных источников:

1. Михеев В.А. Специальные краны. Учебник для студентов технических ВУЗов / В.А. Михеев, В Т. Власов. - Мариуполь: ПГТУ, 2004. - 424 с.

2. Петухов П.З. Специальные краны: учебное пособие для машиностроительных ВУЗов / П.З. Петухов, Г.П. Ксюнин, Л.Г. Серлин. - М.: Машиностроение, 1985. - 248 с.

3. Брауде В.И. Справочник по кранам: В 2 т., Т. 1. / В.И. Брауде, М.М. Гохберг, И.Е.Звягин. -М.: Машиностроение, 1988. - 536 с.

4. Алямовский А.А. Solid Works / Компьютерное моделирование в инженерной практике / А.А. Алямовский, А.А. Собачкин, Е.В. Одинцов. - СПб.: БВХ-Петербург. - 2005. - 800 с.

Bibliography:

1. Mikheev V.A. Special cranes. Textbook for students of technical universities / V.A. Mikheev, V.T. Vlasov. - Mariupol: PSTU, 2004. - 424 p. (Rus.)

2. Petukhov P.Z. Special cranes: a textbook for engineering universities / P.Z. Petukhov, G.P. Ksyunin, L.G. Serlin. - M.: Mashinostroenie, 1985. - 248 p. (Rus.)

3. Braude V.I. Reference cranes: in 2 books, book 1 / V.I. Braude, M.M. Hochberg, I.E. Zvyagin. -M.: Mashinostroenie, 1988. - 536 p. (Rus.)

4. Alyamovsky A.A. Solid Works / Computer modeling in engineering / A.A. Alyamovsky, A.A. So-bachkin, E.V. Odintsov. - SPb.: BVH - Peterburg. - 2005. - 800 р. (Rus.)

Рецензент: В.В. Суглобов

д-р техн. наук, проф. ГВУЗ «ПГТУ» Статья поступила 10.11.2012

УДК 621.771.06-589.4

©Лоза Е.А.*

ОЦЕНКА НАПРЯЖЕННОГО СОСТОЯНИЯ ДИСКОВ ПИЛ ГОРЯЧЕЙ РЕЗКИ ПРОКАТА

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Определено напряженное состояние диска в опасном сечении методом неплоских сечений. Предложен критерий усталостной прочности диска в виде условия непревышения напряжений в основании зуба над напряжениями во впадине. Приведены рекомендации по выбору рациональных размеров режущей части дисков. Ключевые слова: напряженное состояние диска, метода неплоских сечений, критерий усталостной прочности.

Лоза О.А. Ощнки напруженого стану диств для пил гарячого рiзання прокату.

Визначено напружений стан диска в небезпечному перер1з1 методом неплоских пе-ретитв. Запропоновано критерт втомног мщност1 диска у вигляд1 умови непере-вищення напружень в тдстав1 зуба над напругами в западим. Наведено рекомен-дацИ' з вибору ращональнихрозм1р1в р1жучог частини дисшв.

Ключовi слова: напружений стан диска, методу неплоских перетитв, критерт втомног мгцностг.

канд. техн. наук, доцент, ГВУЗ «Приазовский государственный технический университет», г. Мариуполь

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.