К. т. н. Сагиров Ю.Г.

Государственное высшее учебное заведение

«Приазовский государственный технический университет», Украина

УТОЧНЕННЫЙ МЕТОД АНАЛИЗА НАПРЯЖЕННО-

ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ

КОЛОННЫ ПОРТАЛЬНОГО КРАНА

Современным направлением в конструировании портальных кранов является отказ от четырехстоечного портала с поворотной колонной и переход к порталу с башенной цилиндрической колонной, на которой устанавливается опорно-поворотное устройство (ОПУ) типа Rote-Erde и поворотная часть крана [1].

В процессе эксплуатации крана в Мариупольском государственном морском порту выявлены неоднократные случаи образования трещин и разрывы сварных швов, соединяющих элементы усиления («обребрения») цилиндрической обечайки колонны. Ремонт дефектных участков не давал эффективных результатов, трещины появлялись вновь. Изучение технической документации позволило выявить, что напряжено-деформированное состояние колонны определялось приближенным методом: колонна представлялась как стержень переменной жесткости в стержневом аналоге всей металлоконструкции крана, а не как оболочковая конструкция, подкрепленная диафрагмами и продольными ребрами.

Для определения фактического напряжено-деформированного состояния колонны и, в последующем, усиления был предложен уточненный метод расчета башенных колонн портальных кранов с ОПУ. В начале разрабатывается расчетная схема (рис. 1), с учетом действующих нагрузок и их сочетаний [2, табл. 6.1].

Рис. 1. Расчетная схема портального крана

Для этого все внешние нагрузки, действующие на кран, преобразовываются и приводятся к нагрузкам, равнозначным по воздействию на элементы конструкции колонны. Действие этих нагрузок приведено к горизонтальной равнодействующей силе P_I (рис. 2), вызывающей изгиб колонны в плоскости качания стрелы.

Затем разрабатывается компьютерная твердотельно-деформируемая модель колонны (рис. 2). Геометрические параметры модели (геометрическое подобие) полностью соответствуют натурному образцу колонны. Вариант нагружения крана и комбинации нагрузок принимаются в соответствии с нормами расчета металлоконструкций портальных кранов [3, с. 48].

Для каждого режима нагружения крана (подъем груза; подъем груза и поворот; подъем груза, поворот и изменение вылета и т.д.) и соответствующих значений действующих нагрузок определяется напряженно-деформированное состояние колонны с использованием САПР SolidWorks, CosmosWorks.

а

б

Рис. 2. Модель колонны (а) и участки приложения сил (б).

Результаты исследования каждого варианта нагружения выдаются в виде:

1. Эпюр распределения коэффициента запаса прочности;

2. Эпюр эквивалентных напряжений в цилиндрической оболочке колонны, в скрытых участках (элементы обребрения) колонны и в кольцевых диафрагмах.

Выводы:

1. Предложен уточненный метод анализа напряженно - деформированного состояния.

2. Полученные результаты анализа использованы в практических рекомендациях по усилению колонны крана «Азовец».

3. Предложенный метод может быть использован при расчетах башенных цилиндрических колонн других машин и сооружений.

Литература:

1. Михеев В.А. Специальные краны. Учебник для студентов технических ВУЗов / В.А. Михеев, В.Т. Власов. - Мариуполь: ПГТУ, 2004 – 424 с.

2. Петухов П.З. Специальные краны: учебное пособие для машиностроительных ВУЗов / П.З. Петухов, Г.П. Ксюнин, Л.Г. Серлин. - М.: Машиностроение, 1985 – 248 с.

3. Брауде В.И. Справочник по кранам: В 2 т. Т. 1. / В.И. Брауде, М.М. Гохберг, И.Е.Звягин. – М.: Машиностроение, 1988 – 536 с.