Расчет динамических нагрузок, действующих на металлоконструкции мостовых кранов с жестким подвесом груза тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.06 ВАК РФ

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

2. ОБОСНОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ КРАНА.

2.1. Динамические модели крана с жестким подвесом груза.

2.2. Определение собственных частот колебаний крана, как системы с распределенными параметрами.

2.3. Определение собственных частот колебаний крана, как системы с приведенными массами.

2.4. Обоснование динамических моделей крана.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ, ВОЗНИКАЮЩИХ ПРИ АВАРИЙНЫХ СИТУАЦИЯХ.

3.1. Наезд моста крана на буферные упоры.

3.1.1. Виды буферных упоров.

3.1.2. Динамика крана при наезде на буферы.

3.1.3. Пример определения динамических нагрузок и параметров буферных упоров.

3.1.4. Выводы.

3.2. Определение динамических нагрузок, возникающих при наезде нижнего конца подвеса на упор.

3.2.1. Уравнения движения крана.

3.2.2. Пример расчета

3.2.3. Выводы.

4. АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБОВ ЗАЩИТЫ ОТ АВАРИЙ КРАНОВ С ЖЕСТКИМ ПОДВЕСОМ ГРУЗА

4.1. Предохранительные ролики.

4.2. Установка конечных выключателей на кранах с предохранительными роликами.

4.3. Упругая подвеска колонны на нижнем конце шахты.

4.4. Устройство для упругой установки шахты.

4.5. Установка рамы грузовой тележки на подвижных шасси.

4.6. Выводы.

5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК, ВОЗНИКАЮЩИХ В ПЕРИОД НОРМАЛЬНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ КРАНА, И ВЛИЯНИЕ

ИХ НА ВЫНОСЛИВОСТЬ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ.

5.1. Разгон и торможение.

5.1.1. Уравнения движения крана при разгоне.

5.1.2. Исследование различных способов торможения крана.

5.1.3. Пример расчета

5.1.4. Выводы.

5.2. Учет случайных неровностей подкрановых путей в вертикальной плоскости

5.2.1. Спектральные плотности неровностей подкрановых путей.

5.2.2. Варианты кинематического нагружения крана.

5.2.3. Определение перемещений и напряжений.

5.2.4. Пример расчета.

5.2.5. Выводы.

5.3. Влияние динамических нагрузок на долговечность крановых металлоконструкций.

5.3.1. Особенности расчета металлоконструкций кранов на выносливость.

5.3.2. Оценка влияние динамических нагрузок на долговечность металлоконструкций крана.

5.3.3. Выводы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ.

Для повышения эффективности и рентабельности производства, транспорта и других отраслей экономики необходимо повсеместное внедрение механизации, а по возможности, и комплексной автоматизации. При проведении тяжелых трудоемких работ по перегрузке, транспортировке и складированию большая роль в процессе автоматизации принадлежит мостовым кранам, включению их в различные технологические операции и циклы.

Все многообразие существующих мостовых кранов по способу подвеса груза можно разделить на два вида: краны общего назначения с гибким подвесом груза и специальные краны с жестким подвесом груза.

Краны общего назначения более просты в изготовлении, однако, из-за возможности раскачивания груза на гибком подвесе, скорость передвижения таких кранов лимитируется, что в свою очередь не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к темпу работы в ряде технологических процессов. Помимо этого, краны общего назначения, как правило, снабжены крюковой подвеской, применение которой дополнительно требует привлечения подкрановых рабочих (стропальщиков).

Использование жесткого подвеса дает возможность эксплуатировать этот вид кранов при выполнении таких операций, как перемещение раскаленных предметов, работа в опасных для человека условиях, складирование на высотных стеллажах, т.е. там, где невозможно привлечь стропальщиков. Краны с жестким подвесом груза применяются на производствах: мартеновском, прокатном, кузнечно-прессовом, медеплавильном; на атомных электростанциях и складах. К числу кранов с жестким подвесом груза относятся: колодцевые (рис. В.1), краны для раздевания слитков (стрипперные), посадочные, завалочные, штабелеры, краны с подхватами (рис. В.2) и др.

Металлургические краны с жестким подвесом груза конструктивно более сложны, так как они должны выполнять большее количество рабочих движений. Их типичными представителями являются колодцевые и стрипперные краны.

Рис. В. 1. Колодцевый кран

Рис. В.2. Мостовой кран с подхватами

Колодцевые краны предназначены для посадки стальных слитков в специальные нагревательные колодцевые печи, а также подачи слитков, нагретых до температуры прокатки, на слитковоз или на приемный рольганг прокатного стана (слябинга или блюминга). Кроме основных работ по выдаче слитков колодцевые краны выполняют различные подъемно-транспортные операции при ремонтах и чистке колодцев, при ремонтах слитковоза и механизмов, а также уборочные работы. Краны для раздевания слитков работают в специальных (стрипперных) отделениях мартеновских цехов и выполняют различные технологические операции, связанные с раздеванием стальных слитков, отлитых с уширением кверху, и отрывом от поддонов слитков, отлитых с уширением книзу.

Основой каждого крана являются металлоконструкции. Для мостовых кранов это мост, состоящий из двух главных (пролетных) и двух концевых балок. На главных балках уложены рельсы, по которым передвигается грузовая тележка. Общей особенностью рассматриваемых кранов является наличие на их тележках шахт и колонн, консольно опускающихся между главными балками моста, на которых расположены грузозахватный орган, кабины управления и отдельные узлы механизмов.

Создание современных конструкций неразрывно связано с совершенствованием методов их расчета, теоретического и экспериментального определения действующих на них нагрузок и вызываемых ими напряжений. Металлургические краны относятся к группам классификации А7 и А8 по международным стандартам ИСО 4301/1, что соответствует тяжелому и весьма тяжелому режимам работы, поэтому вопросы, связанные с увеличением прочности, надежности и долговечности металлоконструкций этих кранов, являются актуальными.

Металлические конструкции кранов испытывают воздействие от разнообразных нагрузок, как статических, так и динамических. К статическим относятся нагрузки от массы металлоконструкции, грузовой тележки и поднимаемого груза. Существенное нагружение металлоконструкций рассматриваемых кранов обусловлено динамическими нагрузками. Особенностью металлургических кранов является то, что масса поднимаемого груза во много раз меньше массы тележки. Поэтому в условиях нормальной эксплуатации основные динамические нагрузки возникают не при подъеме груза, а в периоды неустановившегося движения (при разгоне и торможении), а также при неблагоприятном состоянии подкрановых путей. Помимо перечисленных нагрузок в кранах с жестким подвесом груза могут иметь место особые случайные нагрузки. Это - нагрузки, действующие на металлоконструкцию крана при наезде его на буферные упоры или при наезде нижнего конца подвеса на жесткий упор.

Расчеты крановых металлоконструкций должны проводиться на прочность и выносливость. При расчете на прочность используются такие нагрузки, которые при однократном действии могут вывести кран из строя. Для кранов с жестким подвесом груза к ним относятся нагрузки, возникающие при наезде нижнего конца подвеса на жесткий упор, и нагрузки, передающиеся на металлоконструкцию при наезде на буферные упоры. Эти нагрузки вызывают наибольшие напряжения и зачастую приводят к аварии вследствие схода грузовой тележки с рельса. Данные нагрузки являются наименее исследованными. Существующие методы расчета рассматривают задачу по их определению в упрощенном виде и не дают возможности оценить различные конструктивные способы снижения этих нагрузок, применяемых на практике.

Для расчета крана на выносливость необходимо получить гистограммы напряжений в расчетных сечениях балок моста при выполнении краном всех возможных операций с учетом различного положения грузовой тележки. Элементы металлоконструкций кранов с жестким подвесом груза имеют большие массы, поэтому в периоды разгона и торможения возникают значительные инерционные нагрузки. Несмотря на значительное количество публикаций, посвященных динамическим расчетам крановых металлоконструкций при неустановившемся движении, создание современных конструкций требует совершенствования методов их расчета, повышения их точности. При этом полезно рас8 смотреть различные способы торможения крана и исследовать их влияние на долговечность металлоконструкций. Целесообразно также произвести оценку влияния случайных отклонений подкрановых путей в вертикальной плоскости на величины динамических напряжений и долговечность металлоконструкций кранов с жестким подвесом груза, что ранее не исследовалось.

В связи с вышесказанным разработка новых методов определения указанных динамических нагрузок, действующих на металлоконструкции кранов с жестким подвесом груза, является актуальной задачей.

Целью настоящей работы является:

1. Разработка метода определения динамических нагрузок, возникающих при наезде нижнего конца подвеса на жесткий упор, с учетом возможности отрыва ходовых колес грузовой тележки от рельса.

2. Разработка методов определения динамических нагрузок при использовании различных конструктивных способов защиты от аварий кранов с жестким подвесом груза при наезде нижнего конца подвеса на упор.

3. Определение динамических нагрузок на металлоконструкции при наезде кранов на буферные упоры и анализ условий отрыва ходовых колес грузовой тележки от рельса.

4. Оценка влияния на долговечность крановых металлоконструкций случайных неровностей подкрановых путей в вертикальной плоскости и различных способов торможения кранов.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Металлоконструкция — это наиболее металлоемкая часть крана, от массы которой зависит в основном его себестоимость. Вес металлоконструкции определяет нагрузки, передаваемые краном на подкрановые пути, что сказывается на прочности строительных конструкций. В то же время эксплуатация всех кранов, а тем более металлургических, должна быть безопасной.

Расчеты крановых металлоконструкций при их проектировании, как в нашей стране, так и за рубежом, производятся по нормам, указанным в различных РТМ, РД, ОСТах и т.д. [48, 53 - 58, 90, 91]. В этих документах приводятся различные расчетные сочетания нормативных статических и динамических нагрузок, которые следует рассматривать при расчетах металлоконструкций. При этом отдельно рассматриваются нагрузки, необходимые для проведения расчетов элементов металлоконструкций на прочность и устойчивость, и нагрузки, используемые для расчетов на выносливость.

Для определения нормативных нагрузок в этих документах предлагаются простые формулы, но для оценки прочности вводятся различные коэффициенты перегрузки нормативных нагрузок. В последних РТМ и РД [53, 57, 58] максимальные эквивалентные напряжения, полученные в наиболее нагруженных элементах при указанных расчетных сочетаниях, предлагается сравнивать с произведением Ryyc, где, согласно РД и ОСТ [48, 53, 57, 58], Ry - расчетное сопротивление материала; ус - коэффициент условий работы. В свою очередь расчетное сопротивление определяется в виде где Ryn - нормативное сопротивление материала (предел текучести); ут - коэффициент надежности по материалу.

Аналогично, при расчете на выносливость, согласно [57], основная расчетная формула приобретает вид а < R у пр — IlV/ С 1 где Rv - расчетное сопротивление усталости; стпр - приведенные напряжения стационарного симметричного цикла, эквивалентные нестационарным напряжениям.

По мере исследования отдельных вопросов, связанных с прочностью и долговечностью металлоконструкций, формулы и коэффициенты, приводившиеся в указанных нормативных документах, изменялись.

Краны с жестким подвесом груза обладают рядом конструктивных особенностей, поэтому в последних РД [53] для них разработаны специальные сочетания расчетных нагрузок, отличные от тех, что используются для кранов с гибким подвесом груза [58].

Для оценки динамических нагрузок, действующих на крановые металлоконструкции, проводились многочисленные теоретические и экспериментальные исследования. Динамические нагрузки, возникающие в кранах с гибким подвесом груза в периоды разгона и торможения моста, подробно исследованы в работах Балашова В. П. [2 - 8], Лобова Н. А. [40 - 43] и др.

Первое исследование динамических нагрузок в кранах с жестким подвесом груза было проведено Суторихиным В. Н. в 1957 г. [79]. Теоретическая часть этой работы строилась в предположении абсолютной жесткости крановых мостов, учитывались только податливости шахт и колонн. Далее широкие теоретические и экспериментальные исследования нагрузок, действующих на металлоконструкции колодцевых и стрипперных кранов, были проведены во ВНИИПТмаше [67 - 69]. В результате этих исследований были установлены частоты колебаний металлоконструкций, испытанных (колодцевого и стрип-перного) кранов, динамические перемещения крановых мостов при разгоне, торможении, наезде на упор нижнего конца колонны колодцевого крана, при раскачивании слитка с изложницей путем разгона моста стрипперного крана и при бросании слитка с изложницей.

В теоретической части работ [67 - 69] рассматривались различные динамические модели (в основном трехмассовые), в которых учитывалась как податливость шахты, так и податливость моста в вертикальном и горизонтальном направлениях. Полученные значения перемещений балок моста позволили для всех указанных случаев нагружения определить динамические коэффициенты Уст У дин ~ у

Уст где уст - прогиб балок моста крана от веса грузовой тележки с грузом; удин - динамический прогиб балок моста в вертикальном направлении от действия каких-либо указанных выше нагрузок. Значения основных частот и динамические коэффициенты, полученные расчетным путем, имели достаточно хорошее совпадение с экспериментальными данными. При этом было показано, что наибольшие динамические нагрузки на мосты этих кранов возникают при наезде нижнего конца колонны на жесткий упор и несколько меньшие при раскачивании слитка с изложницей путем разгона моста крана. Основные частоты собственных колебаний этих кранов существенно ниже, чем у кранов с гибким подвесом груза. Так, например, основная частота колебаний колодцевого крана при движении моста со слитком составляла 1,2 Hz и соответствовала парциальной частоте колебаний грузовой тележки за счет вертикальных прогибов главных балок. При наезде на упор основная частота колебаний колодцевого крана была равна 0,925 - 1,16 Hz. Проведенные исследования показали, что в кранах с жестким подвесом груза при расчетах на прочность динамические нагрузки, возникающие при отрыве груза от "земли", не являются лимитирующими, так как составляют ~ 10% от статического веса грузовой тележки с грузом. В работах Спицыной Д. Н. [67 - 69] все исследования проводились на кранах, имевших главные балки с открытым контуром поперечного сечения, которые выпускались в то время на УЗТМ, поэтому в некоторых динамических моделях учитывалась крутильная податливость этих балок. Однако проведенные расчеты и эксперименты показали, что крутильной податливостью этих балок (с учетом наличия стесненного кручения) можно было пренебречь.

С появлением ЭВМ для исследования динамики металлургических кранов Суторихиным В. Н. была предложена более сложная динамическая модель

81], позволявшая исследовать также и завалочные краны. В работах [83, 84] из предложенной им общей модели получались упрощенные динамические модели конкретных кранов, для которых были получены расчетные динамические нагрузки. В этих работах нагрузки, создаваемые электродвигателями, считались либо постоянными, либо изменяющимися по экспоненциальному закону. Переходный процесс, связанный с изменением нагрузок, создаваемых электродвигателями при переключении их с одной механической характеристики на другую, не учитывался. Грузовая тележка располагалась только в середине пролета. При рассмотрении случая наезда на упор нижнего конца жесткого подвеса не учитывалась возможность отрыва ходовых колес грузовой тележки от рельса.

Обобщение описанных выше методов расчета было дано Казаком С. А., Зерцаловым А. И. и др. в работах [29, 30, 33, 34, 49, 52].

Использование ЭВМ позволило оценить возможность учета динамической характеристики электропривода [17 - 19, 72], а также оценить влияние зазоров, имеющихся в конструкции между роликами и направляющими в месте контакта шахты с колонной. Исследования показали, что учет электромагнитных процессов, происходящих в электроприводе, приводит только к незначительному снижению первых амплитуд колебаний механической системы. Наличием небольших зазоров между роликами колонны и направляющими шахты при определении динамических перемещений можно пренебречь.

В работе [73] впервые определялись во времени не только динамические нагрузки, но и напряжения, возникающие в различных сечениях балок моста при разгоне, механическом торможении и при наезде на упор. При проведении этих расчетов рассматривались конструкции кранов с предохранительными роликами (рис. 1.1, а), выпускавшихся ЗАО СИБТЯЖМАШ, при этом предполагалось, что ролики не позволяют ходовым колесам тележки оторваться от рельса. В действительности, как указано в литературе [23], на практике часто происходит отгиб предохранительных роликов, и колеса грузовой тележки отрываются от подтележечного рельса, а при обратном ходе возможен сход тележки с рельса.

Вопросам защиты кранов с жестким подвесом груза от аварий в случае наезда на упор были посвящены работы зарубежных авторов [93, 95]. В статье [95] рассматривались две конструкции крана: одна с жестким креплением шахты к раме грузовой тележки и другая с упругой подвеской платформы с колонной к нижнему концу шахты (рис. 1.1, б). С помощью сравнительно простой динамической модели (из двух приведенных масс) было показано, что при использовании упругой подвески колонны нагрузки, возникающие в случае наезда нижнего конца колонны на упор, существенно снижаются. Однако в случае отсутствия конечных выключателей, как в первом, так и во втором случае, возможен отрыв ходовых колес тележки от одного из подтележечных рельсов.

В работе [93] никакие расчеты не приводились, но давалось описание конструкций кранов, у которых грузовая тележка шарнирно опиралась на подвижные шасси (рис. 1.1, г). Между ними и рамой тележки устанавливались упругие элементы (пружины), смонтированные в раме тележки таким образом, что при наклоне грузовой тележки они деформировались, шасси поворачивались, но ходовые колеса при этом не отрывались от рельсов. Здесь также указывалось на необходимость наличия конечных выключателей, которые останавливали бы двигатели механизма передвижения крана до отрыва ходовых колес тележки от рельса, который может произойти при больших углах наклона рамы. Кроме пружин здесь устанавливались демпферы, которые должны были смягчить удары, возможные при обратном ходе крана. В этой же работе приводилось описание конструкции, в которой вместо упругих элементов были установлены только гидравлические демпферы.

В соответствии с методикой расчета металлоконструкций кранов на выносливость [23, 24, 57] необходимо определение динамических напряжений в различных сечениях балок моста (где имеются концентраторы напряжений) при различных положениях грузовой тележки. Так как основными динамическими нагрузками, определяющими напряжения, изменяющиеся по симметричному циклу, являются те, что возникают при разгоне и торможении моста крана, то целесообразно уточнение динамических нагрузок при различных способах торможения кранов. Для кранов с гибким подвесом груза это было сделано в работах [44 - 46].

Влияние случайных отклонений подкрановых путей в горизонтальной плоскости на величины боковых сил, действующих на ходовые колеса кранов, уже исследовалось рядом авторов [31, 39]. Однако ни в одном исследовании не оценивалось влияние случайных неровностей подкрановых путей в вертикальной плоскости на напряжения в балках моста, которые могут возникать в кранах с жестким подвесом груза при передвижении их вдоль путей с постоянной скоростью. Несмотря на то, что в автомобилестроении [10, 47, 61], авиации и ряде других отраслей подобные задачи рассматривались давно, в кранострое-нии этой задачей не занимались, вероятно, по двум причинам:

1) скорости передвижения кранов малы, а возникающие при этом случайные колебания существенно зависят от скорости передвижения транспортного средства;

2) насколько известно, до 1980г. не проводилась специальная обработка замеров неровностей подкрановых путей в вертикальной плоскости (не определялись корреляционные функции и спектральные плотности).

Рис. 1.1. Способы снижения динамических нагрузок при наезде нижнего конца подвеса на упор

Проведенный анализ замеров неровностей подкрановых путей [21] показал, что их спектральные плотности Sh лежат в интервале от 0,01 до 4 рад/с, причем в большинстве случаев максимальная энергия спектра отклонений содержится на низких (0,02 - 0,2 рад/с) и средних (0,2 - 1 рад/с) частотах. Распределение неровностей подчиняется нормальному закону.

Согласно [13, 60 и др.], известно, что для линейных задач, к которым могут быть отнесены рассматриваемые системы, определение среднеквадратичных перемещений приведенных масс может быть выполнено с использованием спектральной теории. При этом экстремальные значения спектральных плотностей перемещений приведенных масс соответствуют собственным частотам колебаний конструкций.

Для мостовых кранов с гибким подвесом груза частота основного тона изменяется в пределах 15-25 рад/с [67], поэтому при движении их по путям с указанным выше интервалом частот, соответствующих спектральным плотностям Sh, никаких колебаний металлоконструкций ожидать нельзя. В кранах с жестким подвесом основные частоты колебаний, возникающие при движении их вдоль подкрановых путей, существенно ниже, так как они определяются парциальными колебаниями шахты и колонны с грузом относительно продольной оси моста крана. В связи с вышеуказанным, для этих кранов целесообразно проведение исследования колебаний, которые возникают при движении крана по путям, имеющим случайные отклонения в вертикальной плоскости.

При эксплуатации крановых металлоконструкций наибольшее количество повреждений вызывается усталостью. Наиболее полно вопросы долговечности элементов крановых металлоконструкций исследованы в работе [65]. В ней предлагается рассматривать две стадии процесса усталостного разрушения. К первой стадии относится период до появления магистральной трещины ограниченных размеров. На этой стадии справедлива линейная гипотеза суммирования повреждений. Вторая стадия соответствует процессу развития трещины от граничного размера до достижения критерия разрушения. Результаты обширных исследований процесса роста трещин приведены также в работе [50].

В крановой металлоконструкции всегда можно установить, где может начаться образование усталостной трещины. При этом, согласно [65], следует различать два типа узлов. К первому типу относятся те, в которых напряженное состояние полностью определяется внешними нагрузками. К ним относятся узлы, расположенные в основных расчетных сечениях балок мостовых кранов. Эти узлы располагаются у сварных швов в растянутых зонах поперечных сечений. Количество циклов нагружения этих узлов пропорционально количеству циклов работы крана. Усталостные трещины в узлах этого типа растут с увеличивающейся скоростью и могут приводить к полному разрушению конструкции.

В узлах второго типа напряженное состояние является результатом местного воздействия нагрузки. К ним относятся, например, подрельсовые узлы главных балок мостовых кранов, надбуксовые узлы концевых балок. Количество циклов нагружения этих узлов практически не связано с числом циклов работы крана. Напряжения в узлах второго типа могут зависеть от качества изготовления металлоконструкции. Усталостные трещины в этих узлах не приводят к потере несущей способности конструкции в целом.

Итак, при качественном изготовлении металлоконструкции и нормативных условиях эксплуатации, долговечность лимитируется ресурсом выносливости наиболее напряженных элементов и узлов, относящихся к первому типу. В течение срока службы крана при воздействии внешних нагрузок происходит выработка этого ресурса, что приводит к возникновению усталостных повреждений.

Вопросы накопления повреждений в современной постановке подробно рассмотрены в работах Дж. Богданоффа, Ф. Козина [11] и Болотина В. В. [14]. Для использования алгоритмов расчета, разработанных в [11] и [14], необходимы знания вероятностей возникновения напряжений от различных нагрузок. По причине отсутствия этих данных, оценка долговечности на стадии накопления повреждений может производиться только по методике, используемой в крано-строении [57].

Рост усталостных трещин и вопросы живучести рассмотрены в работах [25, 26], однако для мостовых кранов не допускается работа конструкций с трещинами. Для этого проводится регулярное освидетельствование металлоконструкций, и образующиеся магистральные трещины завариваются.

Для проведения расчетов металлоконструкций рассматриваемых кранов на прочность необходимо возможно более точно определить значения наибольших напряжений и перемещений, возникающих в случае наезда нижнего конца колонны на жесткий упор. В статье [95] было показано, что при отсутствии предохранительных роликов (или при их отгибе) происходит отрыв колес грузовой тележки от рельса, а при обратном ходе возможен сход тележки с рельса. В связи с этим там предлагалось изменить конструкцию крана (ввести упругую подвеску колонны) и установить конечные выключатели.

Краны, выпускавшиеся в нашей стране [1, 12, 29, 30], не имели упругой подвески шахты или колонны, хотя в 1985г. в работе [27] предлагался один из вариантов упругого соединения шахты с рамой грузовой тележки (рис. 1.1, в). Однако приведенные в [27] результаты расчета, проведенного на двухмассовой динамической модели, не позволяли оценить условия отрыва колес грузовой тележки от рельса, условия включения конечных выключателей и, соответственно, не позволяли достаточно правильно оценить работу металлоконструкции.

Существенные динамические нагрузки передаются на металлоконструкции рассматриваемых кранов и при наезде на буферные упоры. Исследованию этих нагрузок посвящены работы [23, 52, 82, 87]. В этом случае нагружения также возможен отрыв колес ходовой тележки от рельса. Но в проведенных исследованиях это условие не рассматривалось. В литературных источниках нигде нет оценки влияния гидравлического демпфирования на значения динамических перемещений и напряжений, возникающих при обратном ходе буфера. В указанных исследованиях не определялись динамические нагрузки при различных положениях грузовой тележки (везде полагалось, что грузовая тележка находилась посередине пролета).

Из проведенного обзора научно-технической литературы, посвященной теории и методам расчета крановых металлоконструкций, следует, что необходимо проведение дальнейших теоретических исследований, позволяющих обосновать новые методы определения динамических нагрузок.

На защиту выносятся:

1. Разработка методов определения динамических нагрузок и соответствующих напряжений при наезде нижнего конца подвеса на жесткий упор с учетом отрыва колес грузовой тележки от рельса.

2. Определение нагрузок, действующих на металлоконструкции кранов, снабженных предохранительными роликами. Оценка возможности использования конечных выключателей, предотвращающих при наезде на упор отрыв или отгиб роликов, в данной конструкции.

3. Разработка методов расчета динамических нагрузок в конструкциях кранов с упругим соединением шахты с колонной, с упругим креплением шахты к раме грузовой тележки и при установке рамы грузовой тележки на подвижные шасси.

4. Определение динамических нагрузок на металлоконструкции при наезде кранов с жестким подвесом груза на буферные упоры и анализ условий отрыва ходовых колес грузовой тележки от рельса.

5. Оценка динамических нагрузок и напряжений в сечениях моста при различных положениях грузовой тележки в случае разгона и торможения крана.

6. Оценка влияния неровностей подкрановых путей в вертикальной плоскости на величины динамических напряжений в балках моста.

7. Оценка влияния различных способов торможения крана и наличия случайных неровностей подкрановых путей на долговечность металлоконструкций.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработан метод определения динамических перемещений и напряжений в металлоконструкции крана с жестким подвесом груза при наезде нижнего конца подвеса на упор, позволяющий учитывать отрыв колес грузовой тележки от рельса.

2. Определены нагрузки, действующих на металлоконструкции кранов, снабженных предохранительными роликами. Доказана возможность использования конечных выключателей, предотвращающих при наезде на упор отрыв или отгиб роликов, в данной конструкции. Предложена конструктивная схема установки конечных выключателей.

3. Созданы методы расчета и проведены численные эксперименты по определению динамических перемещений и напряжений в кранах с упругой подвеской колонны или шахты и в конструкциях с установкой рамы грузовой тележки на подвижных шасси. Установлена целесообразность использования этих конструкций.

4. Показана возможность отрыва колес грузовой тележки от рельса при наезде крана на буферные упоры. Даны рекомендации по созданию буферных устройств, позволяющие исключить сход тележки с рельса.

5. Исследовано влияние различных способов торможения на динамические напряжения в балках моста и долговечность металлоконструкции.

6. Исследовано влияние случайных неровности подкрановых путей в вертикальной плоскости на динамические напряжения в балках моста и долговечность металлоконструкции. Установлен наиболее опасный случай распределения неровностей.

151

1. Александров М. П. Грузоподъемные машины. ML: Высшая школа, 1985. -519с.

2. Балашов В. П. Раздельный привод в механизмах передвижения. М.: ОНТИ ВНИИПТмаш, 1959. - 119 с.

3. Балашов В. П. Методика определения динамических сил перекоса мостовых кранов с раздельным приводом механизма передвижения //Тр. ВНИИПТма-ша. 1966. - Вып. 8 (72). - С. 25-30.

4. Балашов В. П. О расчете металлоконструкций мостовых кранов при нагружении их силой перекоса // Тр. ВНИИПТмаша. 1968. - Вып. 4 (84). Исследование крановых металлоконструкций. - С. 189-205.

5. Балашов В. П. Исследование динамических характеристик металлоконструкций мостовых кранов // Тр. ВНИИПТмаша. 1969. - Вып. 7 (94). Исследование крановых металлоконструкций. - С. 91-127.

6. Балашов В. П. Нагрузки кранов мостового типа при раздельном приводе механизма передвижения // Тр. ВНИИПТмаша. 1970. - Вып. 1 (96). Надежность подъемно-транспортных машин. - С. 96-103.

7. Балашов В. П. Боковые силы в кранах мостового типа в периоды пуска и торможения // Тр. ВНИИПТмаша. 1970. - Вып. 5 (100). - С. 45-59.

8. Балашов В. П. Моделирование сил перекоса мостового крана // Тр. ВНИИПТмаша. 1970. - Вып. 8 (103). - С. 25-30.

9. Барштейн М. Ф., Зубков А. Н. Исследование поперечных сил, возникающих при движении мостового крана // Динамика сооружений. Сб. науч. тр. ЦНИИСК. М: ЦНИИСК, 1968. - С. 4-31.

10. Ю.Бидерман В. Л. Прикладная теория механических колебаний. М.: Высшая школа, 1972. - 416 с.

11. Богданофф Дж., Козин Ф. Вероятностные модели накопления повреждений. М.: Мир, 1989. -344 с.

12. Богинский К. С., Зотов Ф. С., Николаевский Г. М. Мостовые и металлургические краны. М.: Машиностроение, 1970. - 300 с.

13. Болотин В. В. Случайные колебания упругих систем. М.: Наука, 1979. -335 с.

14. М.Болотин В. В. Прогнозирование ресурса машин и конструкций. М.: Строй-издат, 1984.-312 с.

15. Борисов Ю. М., Соколов М. М. Электрооборудование ПТМ. М.: Машиностроение, 1971. - 340 с.

16. Брауде В. И. Вероятностные методы расчета грузоподъемных машин. JL: Машиностроение, 1978. - 232 с.

17. Будиков Л. Я. Исследование периода разгона мостового крана // Конструирование и производство транспортных машин. Респ. межвед. темат. науч.-тех. сб. (Харьков). 1979. - Вып. 11. - С. 116-119.

18. Будиков Л. Я., Неженцев А. Б., Нгуен Ньят Куанг Динамические нагрузки при торможении грузоподъемных кранов // Конструирование и производство транспортных машин. Респ. межвед. темат. науч.-тех. сб. (Харьков) 1980. -Вып. 12.-С. 116-120.

19. Бук В. А. Разработка методики определения динамических нагрузок для кранов мостового типа на основе анализа случайных колебаний при движении: Автореф. дис. . канд. тех. наук. Челябинск: ЧПИ, 1986. - 20с.

20. Бук В. А., Захезин А. М. Статистические характеристики рельсовых нитей мостовых кранов и их апроксимация // Динамика машин и рабочих процессов. 1986. - Вып. 243. - С. 50-53.

21. Ворожцов А. Г. Действительная нагруженность транспортных металлургических мостовых кранов и вопросы расчета их пролетных балок по предельным состояниям: Автореф. дис. канд. тех. наук. Л.: ЛПИ, 1984. - 16 с.

22. Гохберг М. М. Металлические конструкции подъемно-транспортных машин. М.: Машиностроение, 1976. - 456 с.

23. Гохберг М. М., Вершинский А. В. Строительная механика и металлоконструкции кранов. Л.: Машиностроение, 1984. - 336 с.

24. Гусев А. С. Сопротивление усталости и живучесть конструкций при случайных нагрузках. М.: Машиностроение, 1989. - 248 с.

25. Надежность механических систем и конструкций при случайных воздействиях / Гусев А. С., Карунин А. Л., Крамской Н. А., Стародубцева С. А. М.: МГТУ "МАМИ", 2000. - 284 с.

26. Дроздов Н. Г., Житницкий С. П., Конкин Б. Н. Увеличение долговечности кранов с жестким подвесом груза // Конструирование и эксплуатация подъемно транспортных машин. Сб. науч. тр. ТулПИ. - Тула: ТулПИ. 1985. -С. 29 - 34.

27. ЗО.Зерцалов А. И., Певзнер Б. И. Краны-штабелеры. М.: Машиностроение, 1974. - 215 с.

28. Зубков А. С. Статистический анализ поперечных сил, возникающих при движении мостового крана: Автореф. дис. . канд. тех. наук. М.: МИСИ, 1967. - 18 с.

29. Ивович В. А. Переходные матрицы в динамике упругих систем. М.: Машиностроение, 1969. - 200 с.

30. Казак С. А. Динамика мостовых кранов. М.: Машиностроение, 1968. - 331с.

31. Казак С. А. Особенности разгона механизмов передвижения кранов при гибкой подвеске груза // Вестник машиностроения. 1970. - № 11. - С. 25-28.

32. Капур Л., Ламберсон Л. Надежность и проектирование систем. М.: Мир, 1980. - 604 с.

33. Когаев В. П. Расчеты на прочность при напряжениях переменных во времени. М.: Машиностроение, 1993. - 364с.

34. Коновалов Л. В. Нагруженность, усталость, надежность деталей машин. -М.: Металлургия. 1981. 280 с.

35. Коновалов Л. В., Спицына Д. Н., Поликарпов К. В. Оценка долговечности металлоконструкций кранов с жестким подвесом груза // Вестник машиностроения. 2001. - № 12. - С. 33-39.

36. Липатов А. С. Исследование случайных нагрузок на реборды колес мостовых кранов: Автореф. дис. . канд. тех. наук. М.: МВТУ, 1982. - 16 с.

37. Лобов Н. А. Динамические нагрузки металлоконструкции мостового крана с гибким подвесом груза при пуске и торможении // Изв. вузов. Машиностроение. 1978,-№8. - С. 105-111.43 .Лобов Н. А. Динамика грузоподъемных кранов. М.: Машиностроение, 1987.- 157 с.

38. Неженцев А. Б. Исследование устройства для динамического торможения электропривода металлургических кранов // Автоматизация и комплексная механизация литейного производства: Тезисы докл. респ. науч.-техн. конф. -Ворошиловград, 1981. С. 94-95.

39. Неженцев А. Б., Будиков Л. Я. Алгоритм исследования динамики передвижения мостового крана с учетом распределенной массы металлоконструкции

40. Конструирование и производство транспортных машин. Респ. межвед. темат. науч.-тех. сб. (Харьков). 1982. - Вып. 14. - С. 78-83.

41. Неженцев А. Б. Исследование горизонтальных инерционных нагрузок при передвижении мостовых кранов и разработка устройства для динамического торможения механизма передвижения: Автореф. дис. . канд. тех. наук. -Харьков: УЗПИ, 1983. 24 с.

42. Николаенко Н. А. Вероятностные методы динамического расчета машиностроительных конструкций. М.: Машиностроение, 1967. - 367 с.48.0СТ 24.090.72-83. Нормы расчета стальных конструкций мостовых и козловых кранов / МВТУ. -М., 1983. 39 с.

43. Петухов П. 3., Ксюнин Г. П., Серлин JI. Г. Специальные краны. М.: Машиностроение, 1985. - 350 с.

44. Пустовой В. Н. Металлоконструкции грузоподъемных машин. Разрушение и прогнозирование остаточного ресурса. М.: Транспорт, 1992. - 256 с.

45. Рапутов Б. М. Электрооборудование кранов металлургических предприятий. М.: Металлургия, 1990. - 210 с.

46. Расчеты металлургических кранов / С. А. Казак, В. Н. Котов, П. 3. Петухов, В. Н. Суторихин. М.: Машиностроение, 1973. - 264 с.

47. РД 24.010.34-88. Методы расчета стальных конструкций мостовых кранов с жестким подвесом груза / МВТУ. М., 1988. - 82 с.

48. РТМ 24.090.14-76. Краны грузоподъемные мостовые. Эквивалентные нагрузки. Метод расчета. М: ВНИИПТмаш, 1976. - 21 с.

49. РТМ 24.090.27-77. Краны грузоподъемные. Расчетные нагрузки. М: ВНИИПТмаш, 1977. - 39 с.

50. РТМ 24.090.52-79. Краны грузоподъемные. Материалы для сварных металлических конструкций / ЦНИИТЭИТЯЖМАШ. М., 1980. - 20 с.

51. РТМ 24.090.53-79. Краны грузоподъемные. Выносливость стальных конструкций. Метод расчета / ЦНИИТЭИТЯЖМАШ. М., 1981. - 20 с.

52. РТМ 24.190.07-85. Нормы расчета стальных конструкций мостовых кранов грузоподъемностью свыше 50т / МВТУ. М., 1986. - 102 с.

53. Свешников А. А. Прикладные методы теории случайных функций. М.: Наука, 1968. - 463 с.

54. Светлицкий В. А. Случайные колебания механических систем. М.: Машиностроение, 1976. - 216 с.

55. Силаев А. А. Спектральная теория подрессоривания транспортных машин. -М.: Машгиз, 1963.- 167 с.

56. Соболев В. М. Горизонтальные нагрузки при свободном движении мостового крана в период пуска // Вестник машиностроения. 1975. - № 10. - С. 2124.

57. Соколов Л. И. Ремонт металлоконструкций металлургических кранов. М.: Металлургия, 1982. - 82 с.

58. Соколов С. А. Местные напряжения в верхнем поясе коробчатой балки с рельсом посередине // Тр. ЛПИ. 1975. - №347. - С. 36 - 45.

59. Соколов С. А. Методологические основы прогнозирования долговечности металлических конструкций грузоподъемных машин: Автореф. дис. . д-ра. тех. наук. СПб.: СПбГТУ, 1995. - 32 с.

60. Соколов С. А., Юшкевич В. Н. Усталостная прочность сварных балок в зоне местного воздействия подвижной нагрузки // Прочность сварных соединений и конструкций при переменных нагрузках. Материалы Всесоюзного семинара. Челябинск, 1974. - С. 89-91.

61. Спицына Д. Н. Исследования затухания колебаний крановых мостов // Тр. ВНИИПТмаша. 1959. - № 23. Исследования и расчеты крановых металлоконструкций и канатов. - С. 39.

62. Спицына Д. Н. Динамика металлоконструкций мостов колодцевых и стрип-перных кранов: Дис. . канд. тех. наук. М: МВТУ, 1960. - 208 с.

63. Спицына Д. Н. Динамика металлоконструкций мостов колодцевых и стрип-перных кранов // Тр. ВНИИПТмаша. 1960. - Вып.З. - С. 113-124.

64. Спицына Д. Н. К расчету металлоконструкций мостов колодцевых и стрипперных кранов // Вестник машиностроения. 1960. - № 1. - С. 40-45.

65. Спицына Д. Н. Строительная механика стержневых машиностроительных конструкций. М.: Высшая школа, 1977. - 248 с.

66. Спицына Д. Н. Исследование динамических явлений в кранах с жестким подвесом груза // Тр. МВТУ. 1980. - № 332. Динамика и прочность машин. -С. 37-46.

67. Спицына Д. Н., Аноскин И. В. Исследование на ЭВМ динамических нагрузок и напряжений в кранах с жестким подвесом груза // Вестник машиностроения. 1993. - № 8. - С. 22-26.

68. Спицына Д. Н., Поликарпов К. В. Оценка влияния неровностей подкрановых путей на напряжения в кранах с жестким подвесом груза // Вестник машиностроения. 2000. - № 12. - С. 3-11.

69. Спицына Д. Н., Поликарпов К. В. Торможение кранов с жестким подвесом груза // Подъемно-транспортное дело. 2000. - № 3. - С. 19-25.

70. Спицына Д. Н., Поликарпов К. В. Оценка параметров буферных устройств для кранов с жестким подвесом груза // Тр. ТулГУ. Подъемно-транспортные машины и оборудование. 2001. - Вып. 3. - С. 194-202.

71. Спицына Д. Н., Поликарпов К. В. Защита кранов с жестким подвесом груза от аварий в случае наезда на упор // Вестник машиностроения. 2002. - № 3. -С.3-10.

72. Суторихин В. Н. Исследование работы металлоконструкций шахт колодцевых кранов: Дис. . канд. тех. наук. Свердловск: УПИ, 1957. - 32 с.

73. Суторихин В. Н. Динамические нагрузки в конструкциях металлургических кранов с шахтами // Черная металлургия. 1967. - № 6. - С. 157-161.

74. Суторихин В. Н. Основы расчета металлоконструкций кранов с жесткой подвеской груза: Автореф. дис. . д-ра. тех. наук. Свердловск: УПИ, 1968. -40 с.

75. Суторихин В. Н. Определение нагрузок, действующих на металлоконструкции кранов с шахтами и колоннами при наезде на буферы // Тр. Всесоюзной конф. по расчетам на прочность металлургических машин. М., 1968. -Сб. 23.-С. 42-48.

76. Суторихин В. Н. Приближенное определение динамических нагрузок, действующих на металлоконструкции мостов кранов с жесткой подвеской груза //Тр. УПИ. 1970.-№ 188.-С. 112-118.

77. Суторихин В. Н. Приближенное определение динамических нагрузок, действующих на металлоконструкции шахт кранов с жесткой подвеской груза //Тр. УПИ. 1970. -№ 188.-С. 118-122.

78. Тимошенко С. П. Колебания в инженерном деле. М.: Наука, 1967. - 444 с.

79. Феодосьев В. И. Сопротивление материалов. М: Наука, 1970. - 544 с.

80. Цехнович Л. И., Сарандачев В. И., Литвинова И. С. Пружинно-гидравлическое устройство для электромагнитных металлургических кранов // Металлургическая и горнорудная промышленность. 1972. - №2. - С. 62-65.

81. Яуре А. Г., Певзнер Е. М. Крановый электропривод: Справочник. М.: Энер-гоатомиздат, 1988. - 344 с.

82. Яхнин Р. Н. Ремонт металлоконструкций мостовых кранов. М.: Металлургия, 1990. - 96 с.

83. Australian Standart. Cranes (including hoists and winches) / AS 1418.1 Sydney, 1986.- 152 p.91 .CMAA Specification / CMAA Inc. Detroit, 1983. - 84 p.

84. Ricker D. T. Tips for Avoiding Crane Runway Problems // Engineering Journal American Institute of Steel Construction. 1982. - P. 181-205.