К. т. н., доцент Сагиров Ю.Г, студ. Степанюк А.В.

Государственное высшее учебное заведение

«Приазовский государственный технический университет»

Исследование и разработка амортизирующих устройств мостового крана

Проблема надежности – комплексная. Она вторгается в сферы проектирования, производства и эксплуатации. Решение задачи по оценке надежности сложной машины обычно включает: рассмотрение ее элементов, отдельных узлов и агрегатов. Для крана одним из таких элементов является металлоконструкция. Её эксплуатационная надежность включает в себя безотказность, долговечность, сохраняемость и зависит от: уровня нагруженности, рациональности конструктивного решения и качества изготовления сварного моста, ходовой части, а также условий эксплуатации.

Повышение эксплуатационной надежности мостовых кранов со сварными коробчатыми мостами в основном зависит [1] «от успешного решения двух проблем: снижения поперечных и выравнивания вертикальных нагрузок …» и «создания рациональных сварных узлов, новых форм конструкций и компоновки крановых мостов».

Как показывают данные испытаний [2], на предел выносливости сварных элементов конструкций оказывают влияние следующие факторы:

- концентрация напряжений, обусловленная геометрической формой деталей и иногда связанная с дефектами конструктивного или технологического происхождения;

- число циклов нагружения или повторных приложений нагрузки;

- величина, вид и диапазон изменения напряжений;

- механические свойства материала;

- масштабный эффект;

- качество обработки поверхности;

- скорость нагружения;

- наличие остаточных напряжений;

- наличие периодов отдыха;

- температура при нагружениях.

Нагружение конструкций типа мостов происходит на протяжении многих лет, причем величина силы при каждом нагружении бывает различной. Спектр нагрузок, определяющий нагруженность подъемно-транспортных машин, может быть выявлен расчетным путем. Зная спектр нагрузок можно перейти к расчету усталостной прочности металлоконструкции мостового крана.

Те изменения, которые происходят с течением времени в любой машине и приводят к потере ее работоспособности, связаны с внешними и внутренними воздействиями, которым она подвергается. В процессе эксплуатации на машину действуют все виды энергии, что может привести к изменению параметров отдельных элементов, механизмов и машины в целом [2].

Различные виды энергии (механическая, тепловая, химическая и другие), действуя на машину, вызывают в ее узлах, деталях и несущих конструкциях процессы, ухудшающие начальные параметры изделия. Эти процессы связаны, как правило, со сложными физико-химическими явлениями, протекающими в материалах изделия, и приводят к деформации, износу, коррозии трещинообразованию и поломкам. Изменение начальных свойств и состояния материалов, из которых выполнено изделие, является первопричиной потери им работоспособности, так как эти изменения могут привести к повреждению изделия и к возникновению отказа.

Металлические конструкции кранов в процессе эксплуатации подвергаются воздействию спектру нестационарных циклических нагрузок, как основных (циклы работы), так и дополнительных. Из дополнительных нагрузок к наиболее существенным, с нашей точки зрения, следует отнести отмеченные в работе [4, 5] дополнительные циклические нагружения моста при передвижении крана или тележки с грузом по неровностям рельсового пути. Причем спектр дополнительных нагрузок накладывается на основной спектр нагружения моста крана, что конечно же влияет на действительное число циклов нагружения. Одной из основных причин «появления трещин и разрушений в металлоконструкциях» называют [6] неудовлетворительное состояние подкрановых путей.

Поведение металлических материалов в условиях, когда низкочастотная составляющая нагружения, как правило, является расчетной и носит статический или повторно-статический характер, а дополнительные высокочастотные нагрузки и вибрация имеют несущественную по сравнению с расчетной нагрузкой амплитуду, изучено достаточно широко, особенно влияние поличастотного (в частности, двухчастотного) нагружения на усталостные характеристики. Доказано [6], что на стадии зарождения и на стадии развития усталостных трещин наложение высокочастотной составляющей значительно сокращает циклическую долговечность материала.

В работе О.А. Емельянова [7] отмечается, что «воздействие сопутствующих вибраций на циклическую долговечность при действии переменных нагрузок обычно не учитывается…, однако исследования показывают, что сопротивление усталости при двухчастотном нагружении снижается в значительно большей степени, чем при одночастотном нагружении…».

Многочисленные обследования технического состояния подкрановых путей различных промышленных предприятий свидетельствуют о том, что часто рельсовые стыки подкрановых путей находятся в неудовлетворительном состоянии. Некачественно выполняются вставки для компенсации температурного изменения длины рельсов, а также, стыковка рельсов.

Естественно, что такие стыки являются первопричинами довольно больших динамических нагрузок. Большие динамические перегрузки кранов при прохождении по стыкам объясняются в общем, как жесткостью самого пути, так и жесткостью ходовых частей самого крана [8 – 13].

Нами была разработана конструкция буксового узла с упругими амортизаторами [14]. В дальнейшем – проведены лабораторные исследования материалов (различные марки полиуретана, полиэтилен, полиамид) на предмет эффективных амортизации динамических нагрузок и диссипации энергии, по результатам которых били рекомендованы те из них, которые в большей степени отвечают указанным критериям. Была разработана математическая модель, которая позволяет моделировать работу различных материалов при использовании в конструкции упругого амортизатора. Был выполнен анализ эффективности использования различных материалов уменьшения коэффициента динамичности (рис. 1).

Рисунок 1 – График изменения коэффициента динамичности при различных материалах амортизатора (сталь – без амортизатора)

Литература

1. Емельянов О.А. Техническая диагностика кранов мостового типа: Справочное пособие.Ч.1:Сварные мосты / О.А. Емельянов, А.И. Дубовик.¬¬− Краматорск: ДГМА, 2001.− 54с.

2. Гребенник В.М. Усталостная прочность и долговечность металлургического оборудования / В.М. Гребенник. – М. – Машиностроение, 1969.

3. Проников А.С. Надежность машин / А.С. Проников. – М.: Машиностроение, 1978 –592с.

4. Гусев Ю.Б. Исследование напряженно-деформированного состояния металлоконструкций портального крана / Ю.Б. Гусев, Б.К.Сушков, В.А. Михеев, В.Т. Власов // Вісн. Східноукр. держ. ун-ту: науковий журнал.– Луганськ, 2000 – №6 – С. 85–90.

5. Из опыта эксплуатации, усиления и уточнения расчета крановых мостов. Пути технического развития крановых металлоконструкций: Сборник докладов / ред. П.Е. Богуславский. – М.: ВНИИПТМаш: отд-ние изучения и обобщения опыта отечеств. и зарубежной техники, 1966. – С. 73–83.

6. Терентьев В.Ф. Циклическая прочность металлических материалов: Учеб. посо-бие / В.Ф. Терентьев А.А. Оксогоев.– Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2001. – 61 с.

7. Емельянов О.А. Мосты сварные, крановые. Конструкция. Нагруженность. Диагностика. Обеспечение ресурса: монография / О.А. Емельянов.– Краматорск: ДГМА, 2002, – 334с.

8. Дукельский А.И. Справочник по кранам. Общие расчеты, материалы, приводы, металлические конструкции / А.И. Дукельский. – М., Л. – 1961. – Том 1.

9. Вирченко Н.А. Графики функций: Справочник / Н.А. Вирченко, И.И. Ляшко, К.И. Швецов. – К.: Нукова думка, 1981. – 320с.

10. Панасенко Н.Н. Математическая модель процесса движения грузоподъемных кранов по рельсовым путям / Н.Н. Панасенко, Л.С. Синельщиков // Подъемно-транспортная техника. – 2002. – №3–4. – С. 60–81.

11. Казак С.А. Основы проектирования и расчета крановых механизмов. Учебное пособие / С.А. Казак.– Красноярск: Издательство Красноярского университета, 1987–184с.

12. Казак С.А. Динамика мостовых кранов / С.А. Казак.– М.: Машиностроение, 1968 – 332с.

13. Казак С.А. Влияние стыков рельсов подкрановых балок на динамические нагрузки крановых мостов / С.А. Казак // Вестник машиностроения. – 1966. – №3. – С. 30–33.

14. Деклараційний пат. № 15198 U на корисну модель, Україна, МПК (2006) B66C 17/00 B66C 9/00/ Буксовий вузол/ Музика О.В., Катков О.М., Сагіров Ю.Г. – № 15198 U 2005 12560 заявл. 26.12.2005; опубл. 15.06.2006, Бюл. №6