CC BY
5
УДК 658.56
DOI: 10.24412/2071-6168-2021-9-489-491
К ВОПРОСУ ОЦЕНКИ ВЫДЕРЖИВАЕМОЙ НАГРУЗКИ РЕЛЬСА С ДЕФЕКТОМ В ШЕЙКЕ
А.И. Кондратова
Проведено исследование влияния дефекта в шейке кранового рельса на максимальную
выдерживаемую нагрузку. Проведено компьютерное моделирование в Ansys. Приведены графики нагрузки на рельс.
Ключевые слова: качество, дефект в шейке, моделирование, нагрузка, некачественная
рельс.
Рельсы являются деталями, несущими значительную нагрузку, при этом поломки мо-
гут привести к катастрофическим последствиям. В основном поломки в рельсах возникают по нескольким причинам:
значительная перегрузка; дефекты соединения рельсов; дефекты материала рельсов; провалы грунта;
внешнее воздействие окружающей среды.
Часть из перечисленных выше причин невозможно предупредить или предугадать.
Дефекты бывают различного типа и природы происхождения (рис. 1). А влияние дефекта при литье на выдерживаемую нагрузку является важным исследованием, которое можно провести в специализированных программах, на подобии Ansys [1-6]. Такое исследование актуально, так как очень часто применяются некачественные детали, а вопрос о том, как поведет себя изделие при статических или динамических нагрузках является открытым [7].
Рис. 1. Дефекты в рельсах: а - расслоение; б - продольная трещина под головкой;
в - трещина в области отверстий
В данном случае проводится исследование того, как влияет расслоение в рельсе на выдерживаемую им нагрузку, для этого проведено компьютерное моделирование, в котором участвует непосредственно крановая рельса КР100 и соответствующее ей колесо. Размеры взяты согласно ГОСТ 4121-96. Материалом рельса выбрана сталь 65, согласно ГОСТ. Материал колеса в данном случае не имеет значения, так как оно считается жестким, в то время как рельсы принимаются упругопластическими.
На рис. 2 приведены получаемые в результате компьютерного моделирования силовые
нагрузки, которые способны выдерживать рельсы без дефектов и с расслоением, а на рис. 3 приведена последовательность деформирования рельса под воздействием нагрузки, а на рис. 4 деформации в рельсе.
Было выявлено, что дефект в рельсе, в виде расслоения, в рассматриваемом случае
снижает выдерживаемую нагрузку более чем на 20%. Полученные данные свидетельствуют о том, что рельс без дефекта может воспринимать нагрузку более чем в 6 МН чтобы не возникло деформирование рельса, а с дефектами около 4 МН. При этом стоит учитывать, то на одну рельсу устанавливается не одно колесо и масса крана распределяется по нескольким рельсам. А
Известия ТулГУ. Технические науки. 2021. Вып. 9
с учетом того, что средняя масса рельсовых надземных кранов составляет около 70 тонн, то даже с учетом дефекта рельс должен выдержать. Однако рассматривался лишь частный случай статического нагружения детали, в то время как реальная модель может отличаться и под воздействием иных внешних факторов, таких как климатические условия (сильные порывы ветра или дожди) может измениться схема нагружения на рассматриваемый образец.
Продолжительность, с
Рис. 2. Силовые нагрузки
б
Рис. 3. Процесс деформирования
б
Рис. 4. Деформации в рельсе 490
Выводы:
1. Рельс с дефектов выдерживает нагрузку значительно меньшую, чем рельс без дефекта, отличие составляет более 20%.
2. Степень деформации, а также схема деформирования обоих исследуемых образцов имеют схожий характер и сопоставимы как по абсолютному, так и по относительному значениям.
3. Чем более длительной будет нагрузка на некачественный элемент, тем выше вероятность обрушения крана, располагаемого или движущегося по таким рельсам.
Таким образом подобные дефекты в крановых рельсах несут высокую опасность для устойчивости кранов, несмотря на то, что по подобным рельсам не передвигаются с высокой скоростью. Поэтому контроль над качеством рельсов является важной частью эксплуатации рельсовых кранов, а контроль качества необходимо осуществлять не только с помощью наружного осмотра, но и с помощью ультразвукового метода сканирования. Данные меры помогут избежать серьезных последствий и предотвратить несчастные случаи.
Список литературы
1. Кондратова А.И. Общий обзор и определение товаров ненадлежащего качества // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 8. С. 4043.
2. Никифорова А.П. Применение метода исследования опасности и работоспособности для управления качеством продукции литейного производства // Известия Тульского государственного. Технические науки. 2019. Вып. 9. С. 395-401.
3. Женина Е.С., Юдин С.В. Оценка качества изделий по данным контроля в производстве и в эксплуатирующих организациях // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 2. С. 431-434.
4. Афанасьев В.Б. Особенности проектирования системы информационной поддержки качества продукции оборонного предприятия // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 5. С. 255-269.
5. Кондратова А.И. Основные виды и особенности сертификатов качества // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. Вып. 8. С. 36-39.
6. Грачева А.Д., Лисютина А.И., Никихина М.С. Методы повышения точности измерений // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 6. С. 441-444.
7. Аристов А.И., Карпов Л.И., Приходько В.М. Метрология, стандартизация и сертификация: Учебник для студентов учреждений высшего профессионального образования. М.: ИЦ Академия, 2013. 416 с.
Кондратова Анастасия Игоревна, магистрант, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
TO THE QUESTION OF ESTIMATION OF WITHDRAWAL LOAD OF A RAIL WITH A DEFECT IN THE NECK
A.I. Kondratova
A study of the influence of a defect in the neck of a crane rail on the maximum withstand load has been carried out. Computer simulation in Ansys. The graphs of the load on the rail are given.
Key words: quality, neck defect, modeling, load, low-quality rail.
Kondratova Anastasia Igorevna, undergraduate, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
