Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,737

ВЛИЯНИЕ ПРОЦЕССА ТОРМОЖЕНИЯ НА НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИИ КОЗЛОВОГО КРАНА

Стрельцов С.В. 1 Рыжиков В.А. 1 Харламов П.В. 2
1 Шахтинский институт (филиал) Южно-Российского государственного политехнического университета им. М.И. Платова (Новочеркасского политехнического института)
2 Ростовский государственный университет путей сообщения
Проведен анализ влияния процесса торможения козлового крана на напряжённое состояние его металлоконструкции. Рассмотрен процесс торможения крана при контакте реборд колес с рельсом. Определены основные условия возникновения контакта и силы, действующие на ходовую часть крана. Представлены расчетные схемы нагрузок при линейном и диагональном расположении приводов. Для определения изменения нагрузок в зависимости от неравномерности тормозных моментов проведено моделирование процесса торможения козлового крана КК-12,5-32. Наиболее напряженными узлами металлоконструкции являются места закрепления опор с крановой балкой. Неравномерность тормозных моментов, при которых напряжения в металлоконструкции не превышают допустимых значений, для кранов с линейным расположением приводов составляет 39,8%, с диагональным – 37,1%.
расчёты на ЭВМ
напряжение
нагрузки
перекос
торможение
козловой кран
1. Александров М.П. Грузоподъемные машины : учебник для вузов. – М. : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. – Высшая школа, 2000. – 552 с.
2. Алексеев Е.Р., Чеснокова О.В. Mathcad 12. – М. : НТ Пресс, 2005. – 352 с.
3. Брауде В.И., Гохберг М.М., Звягин И.Е. и др. Справочник по кранам. – М. : Машиностроение, 1988. – Т. 1. - 536 с.
4. Лобов Н.А. Динамика передвижения кранов по рельсовому пути. – М. : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. – 242 с.
5. Слесарев Г.А., Тибанов В.П. Учебное пособие по проектированию и расчету металлоконструкций подъемно-транспортных машин. – М. : МВТУ, 1985. – 32 с.

При торможении козлового крана в элементах металлоконструкции возникают нагрузки, обусловленные взаимодействием приводных колес с рельсами. При неравномерном торможении, вызванном разностью тормозных моментов тормозов на приводных колесах, происходит поворот крана вокруг своей оси. Причиной неравномерного торможения может стать одна из следующих причин: непостоянство результирующей силы нормального давления тормозных колодок на тормозной шкив, наличие загрязняющих веществ в тормозных колодках, несвоевременность приложения тормозного момента и др. При повороте крана возникает контакт реборды кранового колеса с рельсом. Это вызывает появление дополнительных нагрузок от перекоса опор металлоконструкции, которые вызывают дополнительные напряжения в его элементах. В некоторых случаях эти напряжения могут превысить допускаемые, что может привести к снижению надежности грузоподъемных машин.

Целью исследования является определение предельных значений неравномерности тормозных усилий механизма передвижения крана с учетом допускаемых напряжений, возникающих в наиболее нагруженных узлах металлоконструкции.

В работе [4] показаны схемы ограничения перекоса крана при касании рельса ребордами. Рассмотрим два случая перекоса металлоконструкции крана:

1) перекос колес крана с линейным расположением приводов (рис. 1а);

2) перекос колес крана с диагональным расположением приводов (рис. 1б).

Рисунок 1

Рис. 1. Расчетная схема нагрузок при перекосе крана

а) – линейное расположение приводов; б) – диагональное расположение приводов.

При торможении крана на его ходовую часть действуют следующие нагрузки:

1) М1, М2 – момент, создаваемый тормозом на первом и втором колесе соответственно;

2) Wин – сопротивление торможению от сил инерции:

,

где G – вес транспортируемого груза;

GK – собственный вес крана или тележки;

υК – скорость движения крана;

g – ускорение свободного падения;

tторм – время торможения:

,

[а] – допустимое ускорение при торможении крана;

3) WС – статическое сопротивление передвижению. Статическое сопротивление передвижению рассчитывается согласно методике, представленной в [1]:

,

где Wтр – сопротивление от трения в ходовых частях на прямолинейном участке пути; Wкр – сопротивление от трения в ходовых частях на криволинейном участке пути; Wпер – сопротивление движению от перекосов; Wу – сопротивление движению от уклона пути.

Для кранов, работающих на открытом воздухе, следует также учитывать влияние ветровой нагрузки Pв [3].

При перекосе крана возникают дополнительные нагрузки:

1) R – контактные силы. Величина контактной силы, приведенной к колесу крана, составит:

- для крана с линейным расположением приводов:

;

- для крана с диагональным расположением приводов:

,

где WA, WB – тормозные усилия на соответствующей стороне крана.

LK – пролет крана;

B – база крана;

2) Мтр.р. – момент от сил трения качения в точках контакта реборды и рельса:

,

где f – коэффициент трения качения;

3) Fтр.о. – осевая сила трения скольжения. Возникает при скольжении реборды колеса по рельсу:

,

где fск – коэффициент трения скольжения.

Для определения изменения нагрузок в зависимости от неравномерности тормозных моментов проведено моделирование процесса торможения козлового крана КК-12,5-32, характеристики которого представлены в табл. 1. Для расчета динамических нагрузок в металлоконструкции крана использовался модуль конечно-элементного анализа, в составе программного продукта MathCad. Данный модуль позволяет проводить анализ напряженно-деформированного состояния трехмерных объектов любой сложности при произвольном закреплении, статическом или динамическом нагружении [2].

Таблица 1

Основные характеристики козлового крана КК-12,5-32

Грузо-подъем-ность G, т

Вес крана GK, т

Скорость крана, υK, м/мин

Пролет крана LK, м

База крана, B, м

Диаметр ходового колеса, DK, мм

Диаметр цапфы, dц, мм

Тормозной момент, MT, Н·м

12,5

40

63

32

8

500

62,5

200

С целью определения наиболее нагруженного узла металлоконструкции при перекосе моделировалась ситуация, когда одна сторона крана тормозится номинальным усилием, а тормозное усилие, возникающее в тормозе другой стороны крана, уменьшается в пределах 0-50%. Из-за неравномерности усилий, приложенных на разных сторонах крана, возникает крутящий момент, который приводит к контакту реборд крановых колес и рельса.

,

где l – расстояние между приводными колесами крана.

Из-за жесткого закрепления опор крана и крановой балки силы, вызываемые перекосом, приводят к появлению в опорах изгибающих моментов величиной:

,

где ΣFк – сумма сил, приложенных в точке контакта колеса с рельсом;

h – высота опоры.

Результаты расчётов напряжений в элементах металлоконструкции крана от действия изгибающих и крутящих моментов представлены на рис. 2 и 3. Как видно из рисунков, максимальные изгибающие моменты, а следовательно, и напряжения возникают в местах закрепления опоры с крановой балкой.

Рисунок 3 цвет.jpg

Рис. 2. Распределение напряжений в металлоконструкции при перекосе крана с линейным расположением приводов

Рисунок 4 цвет.jpg

Рис. 3. Распределение напряжений в металлоконструкции при перекосе крана с диагональным расположением приводов

Согласно [5], допускаемые напряжения в металлоконструкции представленного крана не должны превышать 165 Н/мм2. Этим допускаемым напряжениям соответствует определённая величина неравномерности тормозных усилий, действующих на металлоконструкцию крана.

Результаты моделирования процесса торможения крана с перекосом, вызванным неравномерностью тормозных моментов (рис. 4), показывают, что более опасным для металлоконструкции является перекос колес крана с диагональным расположением приводов. Неравномерность тормозных моментов при таком перекосе не должна превышать 37,1%. Менее опасным является перекос крана с линейным расположением приводов, который допускает неравномерность тормозных моментов, не превышающую 39,8%.

Рис. 4. Изменения напряжения в наиболее нагруженном узле металлоконструкции крана в зависимости от неравномерности тормозных моментов (1 – при перекосе крана с линейным расположением приводов; 2 – при перекосе крана с диагональным расположением приводов)

Выводы

1. В процессе торможения при контакте крановых колес с рельсом наиболее нагруженным будет узел соединения опоры с крановой балкой.

2. При перекосе крана, вызванном неравномерностью тормозных моментов механизма передвижения, наиболее опасным для металлоконструкции является перекос колес крана с диагональным расположением приводов.

3. Допускаемая неравномерность тормозных усилий, при которых наибольшие напряжения в металлоконструкции не превысят допускаемых значений, для крана с линейным расположением приводов составляет 39,8%, с диагональным – 37,1%.

Рецензенты:

Адигамов К.А., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Прикладная механика и конструирование машин», Институт сферы обслуживания и предпринимательства (филиал) ДГТУ, г. Шахты.

Ляшенко Ю.М., д.т.н., профессор кафедры «Технология и комплексы горных, строительных и металлургических производств», Шахтинский институт (филиал) ЮРГПУ (НПИ) имени М.П. Платова, г. Шахты.


Библиографическая ссылка

Стрельцов С.В., Рыжиков В.А., Харламов П.В. ВЛИЯНИЕ ПРОЦЕССА ТОРМОЖЕНИЯ НА НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИИ КОЗЛОВОГО КРАНА // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 6.;
URL: http://www.science-education.ru/ru/article/view?id=11066 (дата обращения: 23.04.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.252