Особенности механики и расчет стального каната с учетом геометрических и силовых несовершенств тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.06 ВАК РФ

шгастЕРство ШСШЕГО И СРЩЕГО СПЕЦШЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ УССР

,гЛЕПР01ШГР0ВСЯ11Я ордша трудового красного . шашш гошый жст.пуг ииеш артема

На правах рукописи

ЛРИГОДА Анатолий Алексеевич

УДК 621.85.065.3:531.39:539.4

ОСОБЕННОСТИ МЕХАНИКИ И РАСЧЕТ СТАЛЬНОГО ' КАНАТ/» С УЧЕТОМ ГВОШРИЧВСКИХ И СШОВЖ ." НЕСОВШШСТВ

Специальности: СТ.02.Об. - Динамика, прочность

машин,-' приборов и . аппаратуры 05.35.05. - Подьекно-траяспортше машины

АВТОРЕФЕРАТ

■диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Днепропетровск - 1991

Работа выполнена в идгсслом технологическом институте пи^еЕ^а промышленности .им. И.В.Ломоносова

Научный руководитель Официальные оппоненты

Ведущее предприя'гие

- кандидат фкзико-матекатических . наук, доцент ЧШ A.A.

- доктор технических наук ДВОШИХОВ В.И. .

- доктор технических наук, профессор КОЛОСОВ Л .В.

- Одесский сталепроволочно-канатиый загод

Защита диссертации состоится "и " _1991г.

в час. на заседании специализированного совета К 068.08.04

в Днепропетровском горном институте ш. Артема. Отзыв на автореферат (в двух экземплярах), завереачый печать» учрездения, п^о-"екм направлять по адресу: 320600, ^.Днепропетровск, пр. Карла Маркса, 19. • - . ' .

С . диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ДГИ. >

Автореферат разослан " "с.^г

1991г.

- Учёный секретаре ' ' ' специализированного совета В.В.Мишин

3

ОВЦАЯ ХДРАКТЕРКСКЯА РАЗО'Ж

АКТУЛДШОСТЬ РАБОТЫ. Современный уровьнь развития техники предъявляет все возраса-ашие требования к надеяюсти, долговечности и прочности стальных канатов. Работа стального каната и связанных с ним механизмов эазисиг от лрзвил'иого выбора его конструкции, учета реальных условий, в хогорж он бзгдет эксплуатироваться и точности прочностного расчзта. Только ко/ллехси:^ подход к расчету кашпа с учетом еоэджно более полно?, совокупности действующих факторов ¡.-.окег обеспечит?! тръбуекув кснаг?:««--циоккун прочность !5 долгогечетегь.

Отс-йстзенная наука расволагаег теорией расчета стальньл-г канатов, основанной на работах профессора И.й.Гяуако и других к'селе-доеагетей. Однако :."отсдйиа определения етярякепно-де^ор'-нрсюнко*» го состояния достаточно полно разработана только для :;дваль::о. прямого каната с полнк; пмоаии л гвскегрячс ?кк.: рпшспраякам все:; плсме.чгоэ гюи^енггр^гого слоя. - •

В то ж зре;?я в эггяьнвх условидх эксплуатации практически . всегда кыоатея участки калата с ~уг;сстг,екко кесашсмсрню.? нзгру-■лар.'леи зкктсвых г,ле.\:ев?св (гесо.-одкко учаптяа у блоков, барабт« пол, анкерных устройств и т.п. 5. Седа з:э относятся ларуквкяз ¿гама грии начата по технологическим ися зксплуатациокг.г^ яричкпаа -огооор кли гохнистогть.

Изезстнке ягсдедокшая отдольикх аспектов лрсбя«-.у нескмкет-ркадого нагружен;<я стального каната пока не позволяли создсшь единой мэто/':ки его расчета с учетом геопзтегаегккх и склосых. ' ¡¡йсОЕОрсснств. Таккм обрззо?.:. г теории расчета стгяьных канатов тлеется существенный пробел - отсутствие аналитического аппарата • и матодики расчета каната на о;:'-'!,-: неблагоприятно нагруженных . участка--:.

ЦЕЬЪ РАБОТЫ - рекеяке задачи расчета калрякэкно-дефорлиро-каккого ^остогшия стального каната с учетом нэссвзрленстЕа его геометрической структура п иеравпе^ерного кагрукеиуя «кнтоксс злеме.чтав дод дейстзхггм твзетологкчьеккх или эксплуатационных причин.

"ДЦЕЯ РАБОТЫ состоит в составления додаякн .уранньяу.Л стя-тчпн к д::нам!'.:ш стяльксгс каната на гено-.-е •нкдтегидуаяьного у -.ста геометрических параметров, азгйнчческих свойств к деформаций дох'о гкггтозого эле-эгг/а каната, а также смешения геог^етрлчесгоЯ

•вЕяг&г,-

цш1 таций

каната отазсктел" но его упругой оси, приводящего к несидает-пичнсжу растккениэ.

КЕТОДЦ КССВДОШЙЯ. В теоретических исследованиях использование ь методы и полоиения теории упругости, теоретической и строительной механики; теория программирования; численные методы ре-иений систем алгебраических уравнений ; теория дифференциальных уравнений; анализ к сообщение литературных источников. В экспериментальной час?к ксяольгованы результаты текзометстаееких скатов, а также вновь созданная методика л оборудование для определения изгибаой кесишсаи,

ЗДфЩАВДВ НАУЧНЫЕ Ш1СЙИШ И РШИИШ, ИХ. НОВИЗНА.

Положения. Стелькой карат, иыеюдий геометрические л силовые несовершенств*,прздстввяен иодеяь» механической системы с тремя степенями свободы. Индивидуальные деформация элементов свального каната описаны ка основе уравнений статики тонких стержней Кчрх-гофз. Уравнлшя движения и уравнения -упругости получена из потенциальной и кинетической энергий при помощи вариационного принципа Остроградского-Гаыильтона. Напряаенш-дефорыйрованное состояние проволок в канате определено в пределах упругой деформация материала.

Результаты. Впервые получено единое решение задачи расчета прямого каната на всей его длине, включая переходные участки у блоков и дрь'ик взаимодействуй^« деталей и равномерного технологического отопора, на которых сдается неравноправность винтовых элементов з геометрическом и силовом отношениях.

Впервые получены уравнения двкзения и упругости каната при несимметричном растяжении с образованием винтообразной деформации и с учетом, местных особенностей его структуры и геометрии у конце. вых аьделок.

Впервые реыена задача определения деформаций каната для случаев затухавшего штопора на переходной участка к равномерного . штопора в иряыой ветвк каната.

Впервые получена формулы для определения напряжений по всему поперечном! сечению каната в условиях несимметричного растяжения.

Впервые разработана методика определения изгибной яесткости растянутого каната и его элементов .приме« .тельно к условиям изгиба ка.блохе. • ...

ОБОСНОВАННОСТЬ И ДХТОВЕШОСТЬ НАУЧНЫХ ПОЛОНЕНЯЙ, ВЫВОДОВ ■ И РЕКОМЕНДАЦИЯ подтверждается:

применением методов и положений современной механики тонких стержней, строительной механики стальных канатов, теоретической механики, теории упругости, теории колебаний, удовлетворительной сходинос тьв теоретических и экспериментальных результатов, расхождение не превышает 12%.

ПРАКИЧБСКАЯ ЦЕНРХТЬ. Теория и методика расчета стгиъпсто каната с учетом геометрически и силовых несовершеяст у позволяет производить уточненные пропарочные и проектировочные расчеты сталь-нмх канатов в реальных условиях эксплуатации, включая самые опасные участки у блоков и других взаимодействующих деталей. Самостоятельное значение имеет силовой анализ каната с равномерным штопором (волнистостью) для определения критериев его отбргкоэхи.Формулы для. экстремальных напряжений в проволоках:, имеющих циклический характер в области набегания каната на блок, создают основу для определения усталостной прочности канатов расчетные путем; . •

Наибольшее практическое значение предложенная теория имеет для сахтных, крановых: и других канатов ответственного назначения.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Методика и программа расчета напряженно-дефэршровашого состояния прямого стального каната с . учетом геометрических я силовых несовершенств использованы для проверочных и проектировочных расчетов канатов ответственного назначения в Одесском отделе ШИИкетиза и приняты к исподьзоеенкй ВНЙИиетизом. ИГ"Ш АН УСС^ (г.£.г^лролетровск) и ШИШТигше:.* для рас-' чета канатко-блочн.к систем.

Результаты расчетов канатов по разработаю.ой учтодихе использованы в Таганрогском авиационном- научно-техническом комплексе и Ильичевсном морской торговом порту.

АПРОБАРКЯ РАБОТЫ. Основные результаты работы доложены и Получили одобрение на научных семинарах кафедры сопротивления материалов Одесркого технологического института пищевой промышленности' им. М.В.Ломоносова (Одесса, 1987-1990г.г.) ; на Х1У; конференции "Проблемы повышения прочности и надежности стальных канатов". .. (Одесса, 1985г.) ; на объединенном заседании кафедр сопротивления материалов и теоретической механики Одесского политехнического института (Одесса, 1590г.) ; на НТО Одесского каучяс-иселздогатзль-ского отдела стальных кяглтое ШКИметиза (Одесса,' 1590г.); на. об'ьедунонио.м нпуч:«ом семинаре специализированного совета .1,058.08.04.

Днепропетровского горного института кы. Артека (Днепропетровск, 1991 г.).

ПУНЕИКДЦШ!. По теме диссертации опубликовано 5 статей к полу-' чсно I положительное решение ка изобретение.

ОВЬЕИ РАсОта. Диссертация излст.ена на 133 страницах машинописного теиста, содержит введение, 4 главы, заключение, список 'литературы, включшозий 65 наименований к 2 ярилохечия, в том числе 31 иллюстрацию и б таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обсеногана актуальность теки, сформулированы цель л-идея работа, представлены основные научные положения,и результаты диссертационной работы.

В первой глава проводится аьализ состояния вопроса и поста-нсвка задачи исследования.

йундаменталоный екльд в теорию расчета и конструирования стальных канатов внесли Б.С.Ковальский, М.'Ф.Глушко, С.Т.Сергеев, Г.К.Ксвник, Н.Г.Геркула, К.К.Гончаренко, О.А.Горошко, В. И.Двор- . ников, Х.В.Колосов, В.А.Малиновский и др.

Несимметричное растяжение каната ка переходном участке при набех'ьнии на блок исследовалось в работах М.Ф.Глушко, С.Т.Серге^-•ва, М.$.Ш;китша, /4. Lei.deГ и др. При этом винтовой элемент в канате рассматривается как абсолютно гибкая нить на шероховатой. . поверхности. Б результате получены формудй для определения дополнительных усилий в плацентах каната, которые дают удовлетворительное согласование с экспериментами только при необоснованно боль-икх значениях коэффициента трения.

В работах В.А.Малиновского эта ке задача решена с учетом кесткоетных параметров всех элементов каната, а тают натянения сердечника, что позволило получить удовлетворительное согласование с экспериментами. й.Н.Хальфин исследовал равномерный {технологи--" ч^ский) штопор-и причини его вызывание. Иы определены дополни-' телике-деформации и напряжения в винтовом злеменге.

Общим недостатком всех известных исследований является рассмотрение штопора а канате в отрыве от идеально прямого,каната, что не позволяет построить единую методику расчета каната по всей его длине. Кроме того, вез авторы ограничивались определением только .дспзлиительИъпс'усилия а винтовых -элементах и не рассматривали хдорякекия в соченшгс отдельных проволок.

- -В целей йсе!>стныз исследования косят фрагментарной характер

не позволяет создать единой и достаточно полной теории расчета ната. при наличии геометрических и силовых несовершенств, кото-га з реальных условиях эксплуатации имеются практически всегда.

: Анализ состояния вопроса позволил сформулкроаать цель дис--¡ртацконной работы, для достижения хоторой необходимо решение ¡едующнх задач:

- ксог эдовздие особенностей механики стального каната' с уче-пл геометрических и силовых несовершенств, призодяцих н неешмет-гчному растяяению каната;

исследование напряженно-деформированного состояния прово->к каната в условиях несимметричного растяжения;

• - разработка методики уточненного расчета стального каната практических, рекомендаций для реальных условий эксплуатации.-

Вторая глава посвяцена выводу новых уравнений движения и уп-ггости вертикального тяжелого каната с учетом геометрических и • 1ЛОЕЫХ несовераенств, которае приводят к несимметричному растя-шию.- _ . . ' ; . • .' •

, В отличие от известной теории расчета идеально прямого кана-_ I, принято допущение'о геометрической и силовой неравноправности штовнх элементов в концентричном слое - каздый элемент имеет ¡он индивидуальные параметры свивки и нагрузки. * ..

Расчетная схема показана на рис.. I., где Ц и 1/ - осевое, крутильное перемещение; Ц - ве^ концевого груза,'; I - длина-шага; ] - ускорение каната,; - осевая сила,действующая_ка -й винтовой элемент"каната ; 7 главный вектор осевых сил ; § - радиус штопора - сб^б^еннч? показатель геометрических к си-> , >вых несовершенств ; к". полярные координаты прядя э сече-1.; каната ; Г и у" - полярные координаты пгоголоки в сечении эяди ; • ^ и ^ - полярные координаты волокна в сечении проволоки. .' В связи со-смещением главного вектора осевых сил Т относи- • гльно геометрической оси каната ОХ на величину радиуса штопора Оо ЮеМ задачу о несимметричном раог,:>:.~"км каната."

При решении этой задачи были выведены формулы для нндивиду-г шшх приращений-кривизн элементов каната относительно осей ее-.. . эственкого триэдра, с учетом,винтообразной деформации каната . 1дс штопора, на: основании которых лолученн выражения для удель-лс. (иа единицу длинн) кинетической и потенциальной анергий,Это >зволкло.. при поиоци вариационного принципа Оотроградского-Гамиль-' ?на .получить дифференциальные уравнения движения каната, как сис- ■ 5Ш.С- тремя степе».ими. свободы-- рвегякение.-кручецав, винте лй изгиб.

а) расчетная схема каната ;

б) расчетная схема элемента каната в штопоре;

в) система координат в сечении пряди.

'да 7 з'и. , я эУ , г ¿У _ -

Г di* pdi*dx* ^ ьд¥дхг

-Л

" ( I )

tri & +г ^ , Й Jk. .. -

_ г 4- яД- -л/ Ä: х г -¿'м -RJ& Л/ iV .

Ч< ffi Six1 -NsMx* ~ Ъ а

dx

•да Ш - угол поворот-" касательной к геометрической оси каната; р - линейная плотность каната; Cj, - ускорение свобо;.лого падэ-!ия ; '(t)Q л - кинетические моменты инерции каната единичной узины относительно продольной к поперечной осей, соответственно.

' Коэффициенты при деформациях зависят от геометрических и иесткостных параметров проволок, входящих в состав каната, а :акже от геометрических параметров юг свивки в пряди и прядей в ;акат. В работе приведены формулы "для их расчета.

Заметим, что известные ранее уравнения дкказшки прямого-ка-;ата следуют из { I ), к як частный случай при соответствующих ^прощениях.

Членн с производными 4-го порядка в( I ) отражают поворот -юперечных сечений прядей вокруг оси ¡1 и их влияние имеет место ) непосредственной близости от концевых заделок. Получено реше- ' [ие системы ( I ) при .-=0- дл>. одного частного случая, снятия ■руза с кесткого основания.

Интегрируя ( I ) для случая равновесия каната с учетом Граниных условий T(t)~Q ; (£) —5{t) Q , пренебрегая пешими производят, i, которые отражают поворот поперечных сече-?лл прядей относительно осей И , имеем универсальные уравнения -'пругссти каната . •

Ae + CQ-Lf = T(x) = Q + py(i-x)-,.

С£ + 89- А// = М«* const i {z)-

■Ld -Мв + &jC = Ми{хУ <T ,

dU. . Л _ dv . v ' d-Щ- . '

де C-^Tp i Ы-Ш , S ~cfx ~ соо'гв"1'с'ГБекко> продольная,

рутильная и изгибая деформации .каната ; Т(ОС) М ¿р ;

Ма(Х)- нагяя'сние.крутя-диЯ и изгибающий мокенты,соответственно.

Универсальные уравнения упругости ( 2 ).решены относительно деформаций для двух лаи^олеэ часто встречающихся на практике видов нагрукенкп. каната: груз в направляющих и свободный подвес ' •груза (проходческий подъем) для постоянного штопора при СО .и переданного штопора при' ' , '

Г^е^*, о)

где ¿о и О, определяются по известной ыетодике в зависимости от диаметра блока, натяжения, конструкции каната и его кесткост-ных параметров.

. Третья глаза посвяцена исследованию жесткоетных параметров стальных канатов.,

• 'Проведено исследование зависимости коэффициентов жесткости, входящих в уравнение < 2 ), от радиуса ытапора на примере, подъемного каната по ГОСТ 7669-80 диаметром 39 ш, в результате которое го выявлено, ч~о все коэффициенты, кроме коэффициента <4 , ¡алеющего смысл продольной жесткости, возрастают с увеличением радиуса ктопора. Для прямого каната ( 5"= 0) коэффициенты А ,, В , О совпадают с одноименными, полученными М. 3.Глушко, а коэффициенты ¿1 и /V приникает, нулевые значения, ■ ■ , •

- Вычисление агрегатных коэффициентов жесткости представляет • собой, в определенной степени, трудоемкий процесс, что. затрудняет Применение, дат.ого метода расчета каната. Поэтому с.цолыо упрощения расчетов целесообразно шеть табличные значения всех констант, входящих в формулы для коэффициентов ¿е'сткости и на.зависящих от величины штопора. К этим константам : откосятся коэффициенты жесткости прямей й„, £0 , С0 , 0>л , а также идеально прямого каната

: А, В, С . . 7 , .

Приведены результаты расчета' коэффициентов кесткости для наиболее распространенных конструкция шахтных- канатов по ГОСТ ЗСбб-80, ГОСТ 7663-8С, ГОСТ 7669-80, Г0СГ.7&а5-69 при различных вариантах свинки, а такке их составных элементов-прядей и сердечников, которые для удобства использования приведены к единичному д-:а>..етру.

Вопрос об изгибной жосткости каната и его элементов в дан- ' но).*, исследовании является актуальным для определения параметров.; штопора { 3 ), Еозникакдего на переходном участке у взаимодейству-г^их с- канатом узлов и деталей. Данные об кзгибной жесткости при нагибе на блоках и .других взаимодействующих с канатом деталей • в литературе практически отсутствуют. Поэтому в работе проведено

экспериментальное. определение этого параметра.

Определение изРибной несткооти при огибания канатом блока проводилось принципиально новы:.! универсальным споссСЛ/. (а.с. СССР I? 1196726), который усойерценствоЕак с целью исследования зависимости изгибноЯ жесткости от длины дуги огибания блока. Разработан и изгоивлен специальный стенд, реализующий изгиб каната наложением на блок с постоянным натякением.

Экспериментальное исследование изгибной жесткости проводилось с каналом по 1У 14-4-577-75, с1ц = 14 мм, Б / с( = 27, для • каната в целоы и его составных элементов (пряди и сердечника). На рис. 2 приведены результаты ог.ктов для каната I, пряди 2 и сердечника 3, Там яе приведена кривая'для суммарных чзгибиих жесткостей всех прядей и сердечника 4, а также расчет по эмпирическим зависимостям, полученным Б.С.Ковальским при малом изгибе, при котором канат е^е нз. принимает форгг/ сгибаемой поверхности, 5,

Рис. 2. Зависимость изгибной жесткости каната по 1У 14-4-577-75 от натяжения

Экспериментальные исследования позволили получить качественно новые результаты. Установлено, что, в отличие от известных ра-

ntj исследований малого изгиба, при изгибе на блоке изгибная аесткость каната пропорциональна натяжению только при малых нагрузках, а при рабочих напряжениях ( 6p>i50 И Па ) она остается практически постоянной, причем ее значения в 2...3 раза меньае; чем при калом изгибе, и значительно меньше суммы изгиб- " ньгс жеегкоетей составляющих элементов (сердечника и шести прядей).

Невысокий уровень полученных значений изгибной жесткости (всего в 3 раза больше суммы иэгибньпс жзсткостей проволок) свидетельствует, что при изгибе каната на блоке в нем происходят относительные смещения элементов, поэтому большинство из них работают на изгиб".самостоятельно.

Четвертая"глава посвящена напряженному состоянии каната при несккиетрйчвоы растяжении. В прочностных расчетах стальных кана- < тов важно уметь находить напряжения в произвольном сечении отдельной проволоки, определяющие истинчуо несущую способность каната. .

В результате исследования были получены следующие формулы для напряжений в канатах двойной свивки: нормальные напрякения от растяжения-

6р = С mi cosfii [<5 (сои ccsß^Yi ¿LnJi + ö (fy cosisinßi -ь rsinicos^ßi) ~ 14 >

cos if t ( ki cos/: лгд -f rsinz. sin ßc) ;

изгибкые напрякения

6U=£ ¡±C0$l)$ir,2l ¿inßLCCSßi

L А/

• v,

- cosßL COSf - CQS21 CCS Л ^ cos fcoäif ~

Q

-(Uüiü)cosi ginf&ny] + (5)

+- 9 [ (<-cou)sinu coB% cosy - К №2ßt C0S4J

f

+cos£xcoszx (i + cas%) ginZfc cosf coscp-f .+ (/+££/»$:) cosx (•/+ C0$%)sir?£fi¿ sinf sin

- feos fi [ (V + cosx) ¿in £X sin3p¿ cosfii COS f -

g ^ 2

- s¿n£ C03% COfiy - cos ¿Л COSX MüMi cogfcosy-

. £

-({ + ginS¿ ) COSX Sinj~£L ginf Sin 1¡J

касательные напряжения

Г= tycosxeosfit [£ co/x sin pi 4-

V 3 \ з з P' г v

+ 7-SiriX COSfii) + Q (cOSXcDSfii + -j-SinX Sinfii)- ( G )

3 3 3 N1

-jicosIf i (cosx Sinfii 4- Sinx COSfii ) I ,

где £ , в . У - продольная, крутильная h изгибная деформации каната, полученные з результате реиения системы ( 2 ) ; Е и Q-y-ыодули упругости 1-го и 2-го рода, соответственно; p¿ и X -углы сбивни прядей в канат и проволса в прядь, соответственно.

■ Ri = ll0+ ?cosifi i. fii~p0*{jjínzp0,ostfL ,

где и ро~ радиус и угол свивки идеально прямого каната; <J>L-lj>{+(i-<l)gV/tl ; ü 1,2,... П ; (I - число элементов в слое.

Формулы для спиральных канатов следуют из ( ч ) - ( б ) при Л ' * 0 н = О, но при этом R¿ и P¿ имей г смысл радиуса и угла свивки проволок в спиральном канате. _

Если принять кривизну оси каната 'ji =t 0 (или 0=0 рис.1), то из ( 4 ) - ( б ) имеем'известим формулы для идеально пряного каната, как ч^стныГ; случай.

Проверка правильности полученного решения проводилась путем , сопоставления с достаточно достоверны1:!.' гензсвдетричесюши опытами И.£КНикитина, которкз про^одк :ись.на,переходном участке при набегании каната на блок. Результаты 'опытов и расчета по ('4 ) пока-:

Сравнение расчетных и опитних кривых показывает удовлетворительное качественное и количественное совпадение теории, с экспериментов, расхождение не превышает 12% . .',.■ •

Распределение укшвалентньгх напряжений'в сечении шахтного подъемного каната по ГОСТ 7569-80 конструкции (6x36 )К+(6x7 )КИ 1+71, диаметром 39 мм, нагй?кенного по схеме "груз в нгпрашгязярэс1* , при Ц - ICQ кН и С = 800 м, в условиях несимметричного растяжения , с раБнскерни.! штопором пра'' Q ~ 2 мм, показано нй ркс.-i. Здесь не дани отклонения напряжений в процентах по сравнению с прямны . канатом пдк наиболее характерных точек.. .'.'

Как видно аз данного примера, ¡эквивалентные напрякения в- .

наиболее нагруженной точке пряди с координатами f ~ 180°, ijJ = 0, при lf> = 0 уменьшайте»! на 39 %, а при = 180° увеличиваются на 30 % по оравней л» с прямым канатом. В точке с координатами \р -0, у* = 180°, tyJ = 180° эквивалентные напряжения принимают отрицательные значения, это значит, что б этой точке проволока испытывает ощаащее напряжение.

Данная методика расчета напряженного состояния каната при несимметричном растяжении позволяет также рассчитывать параметру цикла переменных напряжений, возникающих в проволоках каната при работе каната та блоке.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ..

Б диссертации получено новое решение задачи расчета напряженно-деформированного состояния стального каната с учетом геометрических и силовых ьесояерсенств на всей длине, включая переходные участки у блоков и других взаимодействующих деталей, а также участки равномерного технологического штопора.

В совокупности полученные результаты создаст теоретическую основу для уточненный проектировочных и проверочных расчетов канатов для реальных условий эксплуатации и повышения эффективности их использования, что имеет важное народнохозяйственное значение.

Основные бкзоды и практические результаты, полученные в процессе исследований, закяючаюгея в следующем:

1. При несимметричном растяжении стальной канат представляет собой механическую систему с тремя степенями.свободы (растяжение, кручение, винтовой изгиб), поведение которой в статике и динамике описывается системами из трех уразнений упругости и трех уравнений движения.

2. Решение уравнений упругости относительно деформаций для случаев подъема груза в направляющих и при свободном подвесе груза показывает, что при наличии штопора, деформации растяжения и кручения каната уменьшаются, но при этом имеется третья деформация - кривизна оси каната, которая и оказывает существенное влияние на его напряженно-деформированное состояние. Установлено,

что при подъеме груза з направлявших кривизна каната получает положительное приращение вследствие действия крутящего момента, а при свободном подвеез груза - отрицательное приращение вследствие раскручивания каната.

3. Уточненные уравнения движения содержат члены с производными четвертого порядка, которые оказывают существенное влияние на значения частот и выражения форм колебаний только в непосредственной близости к концам каната, поэтому их следует использовать при расчете каната у концеьых закреплений или для коротких канат)в.

4. При пооектировании стальных канатов для заданных условий яксплуатации следует проводить прочностные расчеты по предлагаемой методике для переходных участков у блоков, барабанов, концевых закреплений и других ээаимоцейетвукщих деталей,где конструкционная прочность каната снижается вследствие несимметричного • р-стягления. При этом должны быть приняты керн к минимизации вредной асимметрии нагрукечш отдельных элементов каната за счет вариации параметров свивки и механических свойств яряг^Я и сердечника. Для этой цели разработана программа расчета напрякенно-дефор-мированного состояния каната на ПЭВМ.

5. Результаты расчета каната специального назначения по ТУ 14-4-1173-82 показываю'., что на переходном участке у отклоняющего ролика происходит перераспределение эквивалентных напряжений в проволоках противолежащих пря-eft от -15$ до +15 % при подвеса груза в направляющих и от -37 % до +25 % при свободном подвесе груза.

6. Проведенное инструментальное обследование и расчет напряжения з грузовом канате плавкрана "Богатырь-!" для реального случая равномерного штопора, образовавшегося вследствие износа сердечника при многолетней эксплуатации, показал:' перераспределение нагрузок между прядями каната на участке штопора по нормальным и эквивалентный напряжениям от -35 % до г32 %. На основании этого была разрешена эксплуатация каната при ограничении грузоподъемности, что позволило выполнить ответственные погруэочно-рззгрузочнъю операции, при этом за счет сокращения простоя судов. экономический эффект составил 132,4 тыс.руб.

7. Проведенная проверка рекомендаций стандарта ИСО Yt 4309 -1981/Е/ в части нормы отбраковки канатов по признаку'"волнистость"1 на примере каната по ГОСТ 7669-80 позволила установить, что рекомендуемая норма отбраковки является сильно завышенной, т.к. приводит к увеличению нормальных и эквивалентных напряжений и снижении фактического запаса прочности более чем а два раза.

В качестве предварительной рекомендации по норме отбр^евки обосновано допускаемое значение диаметра цилиндра, описанного

EO"pyr воины канате, dg ^ 1,18 du . Б дальнейшем коран отбраковки по признаку "волнистость" должны быть определены на основе расчета напряжений индивидуально для канатов разных конструкций и эксплуатационных условий.

8. Новые методика и стенд экспериментального определения из-гибной жесткости гибких обрг зцоз, находящихся под действием постоянного натяжения, позволил» впервые определить изгибнуо кесткость канстэ применительно к условия.! изгиба на блоке. Установлено, что иэгибкаа ткесткссть при рабочих натяжениях ( 6р> 150 Ша) остается практичзскл» постоянной и ц 2 ... 3 раза меньше,чем в известных пс-с.':едоБа;1йях при малом изгибе.

Оснекгл яояскекия диссертации опубликованы б работах:

1. Чк.г.; а.А., Пригода ¡I.A. Продольно-ксутгльние колебания ла.чатов двойной сьи.-кч, - 18 с. - Цзп. в У;;р!/1ЖТЛ 11.10.83, Э 2587-ук08.

2. Чка A.A., Прих'ода A.A. К вопросу о динамике витог про-ьоложого каната постоянной длины // Изь^стпя гузов.Горный журнал,- 1939. - ;,= о.- с. 107-111.

3. Уал1-.но»с:<ий В. А., Чгл: A.A., Пригода A.A. Методи;.а и программа расчета пзпршкенно-деформиронемного состояния прямого стального каната с учзт-o.v геоистрическ'.ис л ciaossx несовершенств,- 23 с. - Дед. а кя-те Чурмзтш.ртрмаци,-: 03.С'?.SO, Р 5494-'з:90.

4. Пр^годг A.A., ?-Ь.лкиозский В.А., Легчеькс U.K. Способ определения кзгибной кесткоета гкбхжх вигах образцов: Полок, ролен. от 10.09.90г. с выдаче авторик. сгидат. по заявке £<5735702/25-28 (012463).

5. МалкиоьсхиК Б.А., Ч;ж A.A., Пригода A.A. Особенности ые-ханихк и расчет стальк-гх канатов с учетом геометрически к сило-вкч несоЕераенсть// Проблемы погашения качества и надс;шоста ст&чь-ннх канатов. Тез. докл. УкгюшсксК республиканской каучко-тйхггкче-ской Еоа^ергхщия. - Одесса, 1991.

6. Б,А., Иевчеккс» 2J.H., Пригода A.A. Исследование изг/бной гхсткости стальных канатов /7 Проблемы повышения качества и кадекностп стальных канатов: Тез.докл. Украинской республиканской каучно-?«*'кх«еской кожЪерештии. - Одесс«, 1991.

Яичный e&aag г, г торя. В работах написанных в соавторстве, аьтсру принадлежат:

в / I / г, / Z / - гх'йод уравнений динамики каната, рсазмке

систеш дифференциальных уравнений, оценка влияния высших производных на форш и частоты колебаний ;

в / 3 / - вывод уравнений упругости каната с учемм глщтооб-разной деформации, репенио уравнений дня двух случаев нагруаения каната, разработка программы и {доведение расчетов на ПЭВ";

в / 4 / - идея определения иэг-ибной жесткости витых образцов в зависимости от дуги изгиба на блоке.

в / 5 / - вывод и ревениа уравнений статики и динамики, проведение расчетов на ПЭШ, разработка выводов и рекомендаций.;

в / б / - разработка методики и проведение экспериментов, разработка выводов.

Поля.* печкти 19. ГИЛ) г. Формчт СОгё4 1/10. ОС'ои 0,7уч.паа.п. 1,Ол.:и За*аа № 1497. Тир»« 100»кз )Ьрпи«грл}|** Опеесгоге аЛюапя. грлЬтаит».лад^З. Лтевда 49,.