Определение нагрузок на металлические конструкции козловых кранов от действия перекосных усилий при проектировании

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ

УДК 621.86/87

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАГРУЗОК НА МЕТАЛЛИЧЕСКИЕ

КОНСТРУКЦИИ КОЗЛОВЫХ КРАНОВ ОТ ДЕЙСТВИЯ ПЕРЕКОСНЫХ УСИЛИЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ

Н.М. Чернова, Р. А. Кобзев

В статье предлагается методика определения нагрузок, действующих на несущую металлическую конструкцию козловых кранов, возникающую от перекоса опор крана.

Ключевые слова: металлоконструкция крана, перекос опор, пролетное строение, опора, перекосное усилие.

Металлические конструкции козловых кранов больших пролетов, а также мостовые перегружатели с раздельным приводом помимо нагрузок от веса поднимаемого груза, веса элементов самой металлической конструкции, инерционных и ветровых нагрузок, также испытывают нагрузки, возникающие вследствие перекоса или забегания опор металлоконструкции.

Причинами перекоса являются неодинаковое сопротивление передвижению опор из-за различия ветровых, инерционных, тяговых усилий, неодновременность срабатывания тормозов и противоугонных устройств, неточность изготовления и монтажа балансирных тележек, неточность установки крановых путей, а также температурные расширения металлической конструкции. Различие тяговых характеристик возникает из-за отличия естественных механических характеристик двигателей передвижения кранов и перегружателей, различий в диаметре ходовых колес или передаточных числах трансмиссии.

Опасность перекосных нагрузок состоит в том, что несмотря относительно невысокие значения усилий перекоса по сравнению с остальными нагрузками, они, тем не менее, способны приводить к возникновению существенных напряжений в металлической конструкции крана, поскольку действуют в горизонтальном направлении, в котором сечение балок пролетных строений козловых кранов имеет меньший момент сопротивления.

Для уточненного расчета металлической конструкции козловых кранов необходимо знание усилия перекоса ^п. Для простоты разделим усилия, действующие на опоры крана и приводящие к возникновению деформаций металлической конструкции, на силы, действующие вдоль и

поперек кранового рельса.

Усилия, действующие перпендикулярно крановому пути, возникают вследствие температурных деформаций, а также неточности укладки кранового пути.

Величину температурного расширения металлической конструкции моста можно определить через коэффициент линейного теплового расширения аЬ, который показывает относительное изменение длины тела при нагревании на температуру АТ:

АТ = Ь  АТ  аь,

где Ь - пролет моста крана.

Для наиболее часто применяемой для изготовления металлических конструкций козловых кранов стали 09Г2С величина температурного коэффициента составляет аЬ = 11,6 • 10-6 1/°С.

Таким образом, для крана средней величины пролета 20м, установленного в средней полосе России, с размахом температур от -30°С до +30°С, максимальное температурное расширение моста крана составит

АТ = 11,6 10-6  60  20 = 13,9 мм.

Согласно требованиям, предъявляемым к крановым путям, максимальное допустимое отклонение между осями рельсов не должно превышать 5 мм. Предположив, что изначально среднестатистическое колесо установлено относительно рельса симметрично при средней температуре эксплуатации (для нашего случая 0 °С), максимальное отклонение колеса от центра кранового рельса в поперечном направлении не превышает 10мм, максимальное же составит 18,9 мм. Фактически величина зазора между головкой рельса и ребордами крановых колес варьируется от 5 до 20 мм в зависимости от ширины дорожки качения выбранного колеса. Следовательно, на стадии конструирования имеется возможность подбора параметров пары колесо-крановый рельс таким образом, чтобы избежать контакта реборды колеса относительно головки рельса вследствие температурных деформаций и неточностей кранового пути, в этом случае основной составляющей перекосных нагрузок будут усилия, действующие вдоль кранового пути.

В случае, если зазор между головкой рельса и ребордой колеса крана, не позволяет полностью скомпенсировать температурное расширение металлической конструкции и неточности укладки кранового пути, нагрузки, возникающие в металлической конструкции крана могут найдены как

Р = X  V

поп в

где Рпоп - поперечное усилие перекоса, действующее на металлоконструкцию крана, хв - жесткость металлической конструкции в вертикальной плоскости, учитывая что металлическая конструкция крана состоит из нескольких элементов с различной жесткостью, для нахождения поперечного усилия перекоса следует принимать жесткость наименее жесткого элемента, как правило, таковым является гибкая опора, V - величина деформации, которая может быть найдена как разность зазора между головкой рельса и ребордой колеса и температурной деформацией АТ совместно с предельной неточностью монтажа кранового пути (5 мм).

При расчете металлоконструкций козловых кранов тележка с грузом для козловых кранов наиболее опасным с точки зрения возникающих усилий перекоса является случай торможения крана с максимальным грузом с грузовой тележкой, расположенной над жесткой опорой [1]

Составим расчетную схему усилий, действующих на каждую их опор в продольном направлении относительно кранового пути (рис. 1).

Рис. 1. Схема нагружения крана усилием перекоса

На каждую из опор действуют следующие усилия: Жж - суммарное

79

сопротивление передвижению жесткой опоры; Уж - усилие от уклона кранового пути, действующее на жесткую опору; Рвж - суммарное давление ветра на жесткую опору; Т - тормозной момент, действующий на опору, одинаков для обеих опор; Wг - суммарное сопротивление передвижению гибкой опоры; Рвг - суммарное давление ветра на гибкую опору; Уг - усилие от уклона кранового пути, действующее на гибкую опору, ^ -инерционное воздействие на жесткую опору; ^ - инерционное воздействие на гибкую опору.

Найдем продольное усилие перекоса как разность горизонтальных сил, действующих на гибкую и жесткую опоры; при этом предполагаем, что, исходя из наиболее неблагоприятного предположения, для жесткой опору уклон в сторону движения крана, а для гибкой - в сторону, противоположную движению крана.

^р =

Очевидно, что тормозной момент приводов механизма передвижения обеих одинаков и не оказывает влияния на усилие перекоса. Получаем

Fпр = (^ж + ж + Уж — Wж ) — (^г + г + Уг — ^г ) Сопротивление передвижению жесткой опоры определим исходя из наиболее неблагоприятного предположения, то есть при отсутствии трения реборд колеса относительно рельса

2 f + mdц

Wж = SN Ж-----------^-k доп,

где £Ыж - суммарное давление на жесткую опору, / - коэффициент трения качения колеса по рельсу, ^ - коэффициент трения в цапфе подшипника колеса, dц - диаметр цапфы подшипника колеса, D - диаметр ходового колеса, - коэффициент, учитывающий трение реборд по рельсу,

для жесткой опоры принимаем равным 1.

Аналогично для гибкой опоры

W = 2 + тц k

Г Г D доп

где £Ыг - суммарное давление на гибкую опору; а следует принимать равным 1,1 для наиболее употребляемой схемы с цилиндрическими двух-ребордными ходовыми колесами и раздельным приводом механизма передвижения [2].

Усилие от уклона пути, действующее на жесткую опору

Уж = Х N ж ' а

где а - максимально допустимый уклон пути, для козловых кранов а =

0,003.

У г = X N г а

Ветровое давление на жесткую опору Рвж включает в себя давление ветра непосредственно на саму опору Рвжоп, а также на давление ветра на

груз Рвжгр, при этом считаем, что давление ветра на пролетное строение крана распределяется между опорами равномерно и влияния на перекосные нагрузки не оказывает.

Р вглж Р 'ЛЖ Ф ж

в<^^^ .л. т

где pж - распределенное давление ветра на высоте центра масс жесткой опоры, Аж - наветренная площадь жесткой опоры, фж - коэффициент сплошности сечения опоры, для коробчатых металлоконструкций принимается 1, для решетчатых 0,2-0,6 в зависимости от плотности заполнения решетки и применяемого профиля.

Рж — q ' к:опж ' сопж ' п где q - максимальное давление ветра рабочего состояния возле земли (обычно принимается 125Па), ^пж - коэффициент увеличения ветрового давления по высоте, сопж - аэродинамический коэффициент, принимается в зависимости от типа металлоконструкции опоры, п - коэффициент перегрузки, при расчете ветра рабочего состояния принимается равным 1.

Давление ветра на груз

Роп — Р А

1 вж р ™ А

ргр ' Агр ' ф гр

где pгp - распределенное давление ветра на уровне верхнего положения груза, Агр - наветренная площадь груза, фгр - коэффициент сплошности груза.

ргр — q ' kгр ' сгр ' п

где q = 125Па, kгp - коэффициент увеличения ветрового давления по высоте, сгр - аэродинамический коэффициент груза, п = 1.

Аналогично считается давление ветра на гибкую опору

Рвг — рг ' Аг ' фг; рг — q ' kг ' сг ' п .

Инерционные нагрузки на опору можно разделить на нагрузки от поступательно движущихся масс и на нагрузки от вращающихся масс, т.е. элементов привода механизмов. Учитывая, что приводы опор идентичны, предполагаем, что инерция вращающихся масс привода одинакова для обеих опор, следовательно, она также как и тормозной момент не оказывает влияния на усилие перекоса.

Инерционная нагрузка от поступательно движущихся масс для жесткой опоры может быть определена

IN ж ^ g^tТ

где v - скорость движения крана, tТ- время торможения крана.

Время торможения должно быть определено отдельно для каждой из опор

2

нде

_ 4 -и 2

*Тж =

Тт _ ^жс 'Р 2 -и • 'Л • 2

где пдв - частота вращения вала двигателя привода передвижения крана,

Зр - момент инерции ротора двигателя, - момент инерции муфты быст-

роходного вала с тормозным шкивом, и - передаточное число механизма передвижения крана, п - коэффициент полезного действия привода механизма передвижения крана, г - количество приводов, расположенных на опоре крана, Тт - тормозной момент, на который настроен тормоз механизма, Жж - суммарное сопротивление торможению жесткой опоры крана.

^жс — Рвж + У ж _ ^ж.

Аналогичное выражение может быть составлено и для гибкой опоры.

Предложенный математический аппарат не учитывает влияние таких явлений, как разность характеристик приводных двигателей, погрешности выполнения трансмиссии механизма передвижения крана, погрешности диаметров ходовых колес, неодновременность срабатывания тормозных устройств и погрешность при настройке тормозов и т.п. Данные явления могут быть учтены с помощью дополнительного коэффициента

— 11р Г11

1 пр пр Ь1.!-

На основании полученных выражений могут быть определены продольное и поперечное усилия перекоса, приложенные в нижней части жесткой опоры, которые необходимо учитывать при расчете металлической конструкции козловых кранов.

Список литературы

1. Расчеты крановых механизмов и их деталей. ВНИИПТМаш. М.: Машиностроение, 1971. 496 с.

2. Справочник по кранам: Т. 2. Характеристики и конструктивные схемы кранов. Крановые механизмы, их детали и узлы. Техническая эксплуатация кранов / М.П. Александров, М.М.Гохберг, А.А.Ковин и др.; под общ. ред. М.М.Гохберг. Л.: Машиностроение, 1988. 559 с.

Чернова Наталья Михайловна, д-р техн. наук, декан механического факультета, chernovan@lenta.ru. Россия, Саратов, Балаковский институт техники, технологии и управления (филиал) Саратовского государственного технического университета им. Гагарина Ю.А.,

Кобзев Роман Анатольевич, канд. техн. наук, доц., cobzev.roman@vandex.ru, Россия, Саратов, Балаковский институт техники, технологии и управления (филиал) Саратовского государственного технического университета им. Гагарина Ю.А.

DETERMINATION OF LOADS TO THE METALWORKS OF GANTRY CRANES FROM THE ACTION OF HE FORCE FROM THE BIAS IN THE DESIGN

N.M. Chernova, R.A. Kobzev

In the article the method of determining the loads acting on the bearing metalwork cranes, arising from the imbalance of the cranebuttress.

Key words: metalwork of the crane, imbalance of the buttress, span, buttress, effort from bias.

Chernova Natalia Mikhailovna, Doctor of Technical Sciences, the Dean of Mechanical Faculty, chernovan@lenta.ru, Balakovo Institute of Technique, Technology and Management (branch) of Saratov State Technical University named after Gagarin Y.A.

Kobzev Roman Anatolyevich, Candidate of Technical Sciences, docent, cob-zev.roman@yandex.ru, Balakovo Institute of Technique, Technology and Management (branch) of Saratov State Technical University named after Gagarin Y.A.

УДК 656.137

ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННО-ТЕХНИЧЕСКОЙ БАЗЫ ПО ТЕХНИЧЕСКОМУ ОБСЛУЖИВАНИЮ И РЕМОНТУ СПЕЦТЕХНИКИ ПРИ РЕМОНТЕ МАГИСТРАЛЬНЫХ

НЕФТЕПРОВОДОВ

Е.С. Козин

В статье представлены результаты исследований, посвященных повышению эффективности транспортно-технологического сервиса процессов ремонта магистральных нефтепроводов. Предметом исследования являются закономерности формирования рациональной структуры базы по ТО и Р транспортно-технологических машин с учетом производственно-технологических факторов. В результате использования методом математического моделирования были получены модели закономерностей влияния выявленных факторов на структуру и параметры производственнотехнической базы по обслуживанию и ремонту техники, задействованной при выборочных ремонтах нефтепроводов.

Ключевые слова: производственно-техническая база, техническое обслуживание и ремонт техники, транспортно-технологические машины, ремонт нефтепроводов.

Срок службы большей части магистральных нефтепроводов (МН) РФ приближается к предельному, поэтому ежегодно выполняются большие объемы работ по выборочным ремонтам трубопроводов. Технологи-