CC BY
67
УДК 621.874.001.24 ББК 39.922.215.2
В. В. Рабей
ИЗУЧЕНИЕ СОСТОЯНИЯ БУФЕРОВ МОСТОВЫХ КРАНОВ
V. V. Rabey
STUDY OF OVERHEAD CRANE’S BUFFER STATE
Проанализированы последствия ударного взаимодействия буферов различных мостовых грузоподъемных кранов с тупиковыми упорами. Обобщенная картина эксплуатационного состояния различных буферов мостовых кранов показала, что заложенные проектировщиками прочностные характеристики как буферов, так и тупиковых упоров требуют дальнейшего уточнения. Для изучения поведения буферов мостовых кранов численными методами анализа разработана динамическая конечно-элементная модель различных режимов наезда крана на тупиковые упоры как система со многими степенями свободы. По результатам вычислительного эксперимента получена зависимость напряжений, возникающих в материале полиуретанового буфера, от его деформаций при данном режиме наезде крана на тупиковые упоры.
Ключевые слова: мостовой кран, буфер, удар, метод конечных элементов, моделирование, деформации, напряжения.
The effects of impact interaction of buffers of different overhead lifting cranes with bumping posts are analyzed. The generalized image of operational state of different buffers of overhead cranes has shown that strength characteristics, set by the designers, of both buffers and bumping posts need further specification. To study the work of overhead cranes’ buffers by the numerical methods of the analysis a dynamic finite element model with different modes of the crane tripping-over at bumping posts is developed as a system with many free stages. By the results of calculating experiment the dependence of stresses occurring in the polyurethane buffer on its distortions at the given mode of the crane’s tripping-over at bumping posts is received.
Key words: overhead crane, buffer, impact, finite element method, simulation, distortions, stresses.
Нами совместно с экспертной организацией «Подъемные сооружения» на протяжении нескольких лет проводилась оценка последствий взаимодействия буферов (БУФ) различных видов кранов (мостовые, портальные, башенные, козловые) с тупиковыми упорами (ТУП). В данной статье рассмотрены последствия столкновения мостовых кранов как с ТУП, так и с другими мостовыми кранами, спаренно работающими на одном рельсовом пути. С этой целью были изучены краны различных видов и грузоподъемности (от 5 до 100 т), работающие как в промышленных зданиях, так и на открытых эстакадах (рис. 1).
а
Рис. 1. Некоторые из исследованных мостовых кранов: а - г/п 10 т
в
Продолжение рис. 1. Некоторые из исследованных мостовых кранов: б - г/п 15 т (ОАО «Строитель Астрахани»); в - г/п 30 т (ОАО «Судостроительно-судоремонтный завод «Красные Баррикады»)
В результате анализа условий эксплуатации мостовых кранов выявлена большая повреждаемость прежде всего БУФ кранов, соударяющихся с ТУП. Примерно 50 % всех БУФ имели видимые повреждения и трещины, 20 % были полностью разрушены (рис 2). Повреждения и трещины были выявлены в основном в торцевой части БУФ, а также в местах соединения БУФ с металлоконструкцией (м/к) крана. Следует отметить и тот факт, что крепление БУФ с м/к мостовых кранов не всегда было достаточно жестким, что давало возможность свободного вращения БУФ в металлическом креплении, а иногда частичного и даже полного выпадения БУФ из него. Нужно также сказать, что хотя практически все исследованные БУФ были резиновыми (БР-250), встречались также БУФ из полиуретановых эластомеров. Повреждения полиуретановых БУФ были выражены менее явно и в основном были связаны с их общим износом. Это объясняется прежде всего исключительной износостойкостью и высокой механической прочностью полиуретановых эластомеров по сравнению с резиновыми. Однако широкое применение полиуретановых БУФ сдерживает их высокая стоимость (примерно в 3 раза дороже аналогичных резиновых БУФ), а также отсутствие отечественного сырья для синтеза полиуретанов.
Рис. 2. Состояние резиновых буферов мостовых кранов: а, б - повреждения БУФ; в, г - полное разрушение БУФ
Обнаружены разрушения также и буферных амортизаторов грузовых тележек мостовых кранов (рис. 3).
а б
Рис. 3. Повреждаемость буферных амортизаторов грузовых тележек мостовых кранов
Следует также отметить, что были выявлены случаи повреждений и разрушений ТУП (рис. 4) и деформаций м/к мостовых кранов в местах установки БУФ (рис. 5). Это говорит о возникновении значительных динамических нагрузок в процессе наезда мостовых кранов на препятствия.
Рис. 4. Повреждаемость буферных амортизаторов тупиковых упоров мостовых кранов
Рис. 5. Повреждаемость м/к мостовых кранов в местах установки БУФ: а - м/к концевой балки; б - м/к главных балок мостового крана
При изучении причин столь значительных повреждений БУФ, ТУП и м/к мостовых кранов возникла необходимость создания расчетно-динамической модели (РДМ) мостового крана, отражающей его действительную м/к, поскольку все существующие модели кранов, выявленные в результате обзора научных работ, на основе которых определяют последствия ударного взаимодействия буфера БУФ с ТУП, не позволяют точно решить существующую проблему из-за их сильного упрощения [1].
В связи с вышесказанным нами разработана конечно-элементная РДМ наезда крана на ТУП (рис. 6), состоящая из 19 823 конечных элементов (КЭ) и 13 967 узлов: 87 стержневых КЭ, 11 017 пластинчатых КЭ, 7 004 твердотельных КЭ, 1 715 жестких и шарнирных связей (условных элементов) [2].
Рис. б. Расчетно-динамическая модель мостового крана г/п 1S т
В результате вычислительного эксперимента удалось определить зависимость относительного удлинения (деформации) полиуретанового БУ Ф от напряжений, возникающих в материале БУФ в результате наезда мостового крана на ТУП с начальной скоростью 60 м/мин при расположении грузовой тележки в 2/3 пролета моста и массе транспортируемого груза 7 т, расположенного на высоте 8,5 м (рис. 7).
6..........................................
X z oj 5
= 1 4
1 И
Z «
£ b
Sj % 2
S “
X ffi 1
m
о -I--------- :
О 0,2 0,4 0,6 0,8
Относительное удлинение БУФ
Рис. 7. Зависимость относительного удлинения (деформации) полиуретанового БУФ от напряжений, возникающих в материале БУФ
В заключение следует отметить, что полученная зависимость дает возможность определить появление максимальных разрушающих напряжений в материале БУФ при данном режиме работы мостового крана.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Панасенко Н. Н., Рабей В. В. Состояние научно-исследовательских работ по динамике процесса наезда грузоподъемных кранов на тупиковые упоры и препятствия // Инновационные технологии в машиностроении: проблемы, задачи, решения: сб. науч. тр. - Орск: Изд-во Орского гуманит.-технол. ин-та (филиала) ОГУ, 2012. - С. 186-192.
2. Рабей В. В. Математическая модель взаимодействия кранов с тупиковыми упорами на основе теории МКЭ // Материалы 15-й конф. «ПТСДМ». - М.: МГАВТ, 2011. - С. 116-118.
Статья поступила в редакцию 9.04.2012
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРЕ
Рабей Вадим Владимирович - Астраханский государственный технический университет; аспирант кафедры «Подъемно-транспортные машины, производственная логистика и механика машин»; [email protected].
Rabey Vadim Vladimirovich - Astrakhan State Technical University; Postgraduate Student of the Department "Pick-and-Place Devices, Industrial Logistics and Mechanics of Machines"; [email protected].
S3
