РАСЧЕТЫ МЕХАНИКИ И ПРОЧНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ


Металлоконструкция козлового крана

     На основании договора с ЗАО «Тулажелдормаш» специалистами компании НТЦ АПМ выполнен прочностной расчет металлоконструкции козлового крана КК10 с использованием комплекса APM Structure3D, входящего в состав системы APM WinMachine, версии 10.1. В соответствии с пожеланиями заказчика был проведен анализ напряженно деформированного состояния контактной зоны несущей балки возникающей при движении грузовой тележки. Исходными данными для построения расчетных моделей моста являлись переданные заказчиком сборочные чертежи и сборочные трехмерные твердотельные модели.

     В процессе создания модели использовались следующие нормативные документы:

1. СНиП 2.01.07-85*: Нагрузки и воздействия.

2. ГОСТ 27584-88*: Краны мостовые и козловые электрические. Общие технические условия.

3. ГОСТ 25546-82: Краны грузоподъемные. Режимы работы.

3. СНиП II-23-81*: Стальные конструкции.

Общий вид крана

Общий вид крана

Прочностной расчет металлоконструкции моста крана

     Созданы модели отдельных частей козлового крана, которые затем собирались в единую модель. В качестве типовых конечных элементов при создании, как отдельных частей, так и всей модели в целом, использовались пластинчатые (оболочечные) конечные элементы. Окончательная расчетная модель конструкции козлового крана и ее фрагменты с показом внутреннего строения изображены ниже.

Модель козлового крана в APM Structure3D (произвольный вид)

Фрагмент моста в APM Structure3D  

Фрагмент проушины в APM Structure3D

Фрагмент стойки в APM Structure3D (внешний лист условно не показан)    

Фрагмент нижнего пояса в APM Structure3D

Шарнирный узел козлового крана в APM Structure3D: 1 – ось; 2 – втулка; 3 – крышка. (моделировалось с использованием контактных элементов «скользящего» типа)                          

Расположение контактных элементов в шарнирном узле 

 

     Приложение нагрузок проводилось поэтапно, путем создания загружений, каждое из которых отвечало за тот или иной силовой фактор.

     Расчет проводился с учетом собственного веса конструкции, и полезной нагрузки (нагрузка прикладывалась к нижней полке двутавровой балки в четырех зонах, моделирующих ролики грузовой тележки). Для расчета всех возможных вариантов влияния внешних факторов на конструкцию созданы 4 комбинации загружения.

 

Схема нагрузки от грузовой тележки (по центру моста)

     При расчете определены максимальные эквивалентные напряжения и перемещения для соответствующих комбинаций загружений; результаты расчета приведены ниже.

Карта распределения эквивалентных напряжений в металлоконструкции козлового крана при первой комбинации загружений; SVM, МПа

 

Карта распределения перемещений по вертикальной оси элементов металлоконструкции козлового крана при первой комбинации загружений; UZ, мм

 

Карта распределения эквивалентных напряжений в металлоконструкции козлового крана при второй комбинации загружений; SVM, МПа

 

Прочностной расчет нижней полки двутавровой балки

 

Для уточненного расчета нижней полки мостовой балки (двутавр 35К2 СТО АЧСМ 20-93) была построена твердотельная модель участка балки длинной 2м. Данная модель была предназначена только для анализа локального напряженно-деформированного состояния возникающего при движении грузовой тележки вдоль моста козлового крана.

В рассматриваемой модели крайние концы балки защемлены, т.е. вводится запрет всех перемещений и поворотов вокруг всех осей, что согласно принципу Сен-Венана не оказывает существенного влияния на картину напряженно-деформированного состояния в локальном участке конструкции, удаленном от опор.

Нагрузка от грузовой тележки приложена к нижней полки мостовой балки на 4 площадках размером 4х73 мм (вдоль и поперек балки соответственно). В данном случае размер площадки приложения сил соответствует размерам контактной зоны, возникающей при движении грузовой тележки.

Конечно-элементная сетка поперечного сечения мостовой балки 

Фрагмент модели мостовой балки в (произвольный вид)

Схема нагрузки модели (вид слева)

 

Карта распределения эквивалентных напряжений  в полках мостовой балки при движении грузовой тележки (произвольный вид)

 

Карта распределения суммарных перемещений в полках мостовой балки при движении грузовой тележки (произвольный вид)

 

По результатам проведенных расчетов были сделаны следующие выводы:

 

1. Анализ результатов статического расчета показывает, что при заданных расчетных нагрузках эквивалентные напряжения, возникающие в элементах конструкции козлового крана, не превосходят предела текучести применяемых материалов, т.е. необходимая прочность обеспечивается. В наиболее неблагоприятном случае нагружения (комбинация загружений №2) коэффициент запаса по пределу текучести не многим больше единицы и равен 1.06.

2. С целью увеличения запаса прочности рекомендуется изготавливать элементы кронштейна и проушины из стали марки 09Г2С (класс прочности 325), что увеличит коэффициент запаса до величины 1.3.

3. Максимальные прогибы конструкции козлового крана, возникающие от внешних нагрузок, не превосходят допустимый предел. То есть необходимая жесткость несущего каркаса обеспечивается.

4. Проверка несущей способности наиболее нагруженного элемента конструкции (нижней полки мостовой балки) на твердотельной модели показала, что напряжения, возникающие в зонах контакта ролика грузовой тележки, не превышают величины 268.5 МПа, а локальный прогиб полки не более 1.512 мм. Коэффициент запаса по пределу текучести в этом случае (материал балки – Сталь 09Г2С) равен 1.21. Таким образом, несущая способность данного элемента конструкции обеспечена.

5. Уровень напряжений в значительной части конструкции моста весьма низок. Это означает, что имеются значительные резервы по совершенствованию конструкции и уменьшению ее металлоемкости.

 

Обобщая полученные результаты, можно сделать вывод о том, что конструкция козлового крана способна нести прикладываемые к ней нагрузки, соответствующие техническому заданию, и не требует дополнительных мер (за исключением указанных) по увеличению прочностных характеристик.

 

Проведенная работа показала применимость модуля прочностного анализа APM Structure3D для решения сложных задач прочностного анализа подъемно-транспортного оборудования.

© ООО НТЦ "АПМ" 2018. Все права защищены
Создание сайтов
Студия дизайна «Веб-Арена»