Пути повышения срока службы плоских тяг гальсбантов двухстворчатых ворот Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 626.421.4

И. В. Липатов, к. т. н., доцент, ВГАВТ.

603600, Нижний Новгород, ул. Нестерова 5, [email protected]

ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ СРОКА СЛУЖБЫ плоских тяг ГАЛЬСБАНТОВ ДВУХСТВОРЧАТЫХ ВОРОТ

В статье рассматривается вопрос о работе гальсбантов двухстворчатых ворот. Численным моделирование определены напряжения в конструкции при воздействии статических, динамических и тепловых нагрузок. На базе результатов предложены рекомендации по продлению срока службы гальсбантов.

Одним из важных вопросов технической эксплуатации судоходных шлюзов является работа двухстворчатых ворот. В процессе маневрирования ворот возникают значительные нагрузки в тягах гальсбантов, удерживающих створку ворот в вертикальном положении. Напряжения, формирующиеся в тягах, зависят от массы створки, вертикальности оси вращения, отсутствия внешних преград, температуры окружающей среды и определяют эксплуатационную надежность и период эксплуатации узла.

Изначально все створки ворот судоходных шлюзов снабжались гальсбантами с резьбовыми тягами. Многолетний опыт эксплуатации устройств выявил ряд их существенных недостатков: резьбовые соединения традиционно характеризуются высокими уровнями концентрации напряжений, особенно при пространственном нагружении; низкое качество изготовления комплектующих резьбы вызывает дополнительные концентрации напряжений во впадинах соединений в результате межвиткового перераспределения нагрузки; резьбовые тяги подвержены влиянию внешних тепловых нагрузок и динамических нагрузок от створки ворот и др. Все это требовало от эксплуатационного персонала пристального внимания к состоянию тяг гальсбантов как потенциальной угрозе стабильности транспортного процесса. Помимо ежегодных технических осмотров, резьбовые соединения нуждаются в процедуре постоянных дефектаций и токовихревого прозвучивания на предмет отсутствия зон начала трещинообразования.

В настоящее время основное число гальсбантов выработало свой срок и настало время их полной замены. Поэтому специалистами СКТБ “Ленгидросталь” было предложено новое конструктивное решение - использование плоских тяги гальсбантов /1/. Такой подход позволяет избавиться от многих имеющихся недостатков резьбовых тяг и повысить эксплуатационную надежность узла. Учитывая отсутствие опыта практической эксплуатации пластинчатых тяг гальсбантов, Волжским ГБУ было рекомендовано специалистам ВГАВТ провести развернутые исследования напряженно-деформированного состояния (НДС) тяг с целью определения слабых мест конструкции и наработке путей и рекомендаций по продлению срока службы последних. С этой целью нами была разработана контактная конечно-элементная математическая модель, дополненная соответствующими граничными условиями. Результаты верификационных расчетов НДС конструкции при размещении створки в рабочем положении представлены на рис. 1.

Эквивалентные напряжения, действующие в галтелях тяг гальсбантов, составили 155 мПа против 150 мПа, полученных генеральным проектировщиком /1/. При этом в модели предполагалось, что на узел действует расчетное усилие и полностью выдержаны проектные размеры, в том числе зазор между проушиной тяг и осью вращения створки ворот, не более 0.01 мм.

Серия численных экспериментов показала, что в процессе маневрирования ворот циклопрочностной ресурс узла определяется амплитудой напряжений в галтели тяги. Причем, уровни критических напряжений напрямую зависят от качества комплек-

тующих и определяются величиной зазора между осью ворот и проушиной тяги. Оценка циклопрочностного ресурса реализовывалась по числу предельного количества нагружений в предположении что усталостные повреждения накапливаются по закону Менсона-Коффина. Результаты исследований показали, что при увеличении зазора до 0.75 мм. падение циклопрочности в проушине составит 85%. а в галтели тяги и оси каркаса порядка 35 %.

Следующим негативным фактором для тяг гальсбантов является их отклонение от горизонтального положения. Это может быть вызвано смещением створки или некачественным монтажом тяг к закладным. В результате в тяге формируется дополнительный изгибающий момент, повышающий уровни действующих напряжений. Результаты исследований показывают: при смещении каркаса от горизонтальной плоскости на 5 мм произойдет потеря местной циклопрочности в проу шине порядка 40 % и общей циклопрочности около 30 %. В случае роста высотного смещения до 10 или 20 мм местная циклопрочность падает на 80 и 94%, а общая на 30 % и 87 % соответственно.

В отличие от традиционных методов исследований численное моделирование позволяет исследовать сочетание внешннх нагрузок, почти не встречающееся в эксплуатационной практике. В частности, оно позволяет проанализировать влияние температуры на уровни напряжений в конструкции гальсбантов. Как известно, в межнавнга-ционный период створки в течение длительного периода не меняют своего положения и каждая тяга становится консольно зажатой с двух сторон. В результате действия отрицательных температур и сжатия металла уровни критических напряжений стремительно приближаются к пределу текучести. Поэтому, например, при охлаждении гальсбантов на 40°С, уровни напряжений в области сочленения оси вращения тяги и пластин каркаса достигают 300 мПа (см. рис. 2).

Рнс.1. Результаты верификационных расчетов.

.ЗЗЗЕ+0Ь .673В+08 .10115+09 . 134Е+09 .167Б+09 .201Б+0 9 „224Е+09 .26*Б+0 9 .30ІВ+09

Рис. 2. Характер распределения эквивалентных напряжений ом и деформаций тяг гальсбантов при температуре - 40° С.

Принимая во внимание специфику взаимодействия ворот и тяг гальсбантов, определенное внимание было уделено реакции тяг на динамическое воздействие со стороны створки ворот. Анализ имеющихся экспериментальных измерений показывает, что частота внешних возбуждающих сил, действующих на гальсбант, не превышает 2-3 Гц, в то время как первые собственные частоты для конструкции равны 46 и 49.5 Гц. Таким образом, существенной опасности этот фактор из себя не представляет.

Совокупность численных экспериментов по исследованию НДС гальсбантов позволили выработать ряд предложений, которые продлят срок службы гальсбантов и положительно скажутся на уровне их эксплуатационной безопасности. Наиболее существенными из них являются:

1. при проведении плановых технических осмотров особое внимание следует уделить техническому состоянию поверхностей галтелей тяг гальсбантов, как наиболее вероятной зоны начала трещино образования и разрушения, а так же внутренней области проушины тяг гальсбантов в секторе маневрирования створки ворот, как области наиболее вероятных пластических деформаций;

2. при монтаже тяг гальсбантов необходимо проводить нивелировку для выявления возможного смещения пластин каркаса тяг в вертикальной плоскости. Максимальная величина смещения не должна превышать 3 мм;

3. в случае обнаружения высотного смещения каркасов тяг гальсбантов относительно проушин более чем на 1 мм, необходимо обратить внимание на появление осевого изгибающего момента в тяге. Это может привести к перемещению области разрушающих напряжений с галтелей тяги в место сочленения пластин с тягой гальсбантов. В этом случае тщательному техническому контролю должны подвергаться две области: галтели и место сочленения пластин с тягой;

4. при изготовлении комплектующих металлоконструкций гальсбантов необходимо следить за тем, чтобы зазор между осью вращения и пластиной гальсбантов не превышал 0.01 мм;

5. после 20000 циклов нагружения провести осмотр сочленения оси вращения и пластин на предмет отсутствия начала процесса трещинообразования;

6. при проведении тензометрических замеров уровней напряжений, действующих в конструкции, особое внимание уделить галтели, области сочленения тяг гальсбантов с осью вращения створки, области соединения оси вращения с пластинами каркаса;

7. во время проведения технических осмотров, особенно после сильных морозов, необходимо усилить визуальной контроль за областью сочленения оси вращения с пластинами гальсбантов;

8. для снижения пиковых сжимающих напряжений, действующих во время меж-навигационного периода, створки ворот по возможности предпочтительнее устанавливать под углом в 50° к оси ворот и производить регулировку тяг гальсбантов при температурах, близких к нулю, то есть в начале или конце навигации.

Список литературы.

[1] Расчет 569ШК1 1110426РР - “Гапьсбанты двухстворчатых ворот” - СКТБ “Лен-гидросталь” - 1992 г.

WAYS OFINCREASE OF THE MOST LOADED UNIT OF А ТWO-FOLDING GATE LOCK

I. V. Lipatov

The question on work of the most loaded unit of a two-folding gâte lock is considered in the

article. Stresses are determined then unit have static, dynamic and thermal loadings. Nu-

merical modeling is used. On the computed resuit are offered recommendations for prolongation of service life unit.