РАСЧЕТЫ МЕХАНИКИ И ПРОЧНОСТИ КОНСТРУКЦИЙ


Кран мостовой, г. Вологда

     С помощью программного комплекса APM StructFEM Prof., входящего в состав системы APM WinMachine, версия 9.5, специалистами компании НТЦ АПМ выполнен прочностной расчет металлоконструкции мостового крана. Мостовой кран состоит из двух фактически независимых частей – моста и грузовой тележки. Прочностной расчет этих частей производился независимо друг от друга, причем результаты расчета реакций в опорах тележки служили исходными данными для расчета металлоконструкции моста. Исходными данными для построения расчетных моделей грузовой тележки и моста являлись переданные заказчиком сборочные чертежи и сборочные трехмерные твердотельные модели.

 

Прочностной расчет грузовой тележки мостового крана.

Прямое использование переданной заказчиком твердотельной модели для последующего расчета не представлялось возможным. Поскольку почти все элементы конструкции сделаны из листового металла, то для получения достоверных результатов необходимо было выбрать очень маленький шаг разбиения. Расчет такой модели с помощью обычного персонального компьютера мог вызвать большие затруднения. В этой связи все элементы конструкции были смоделированы пластинчатыми конечными элементами, что позволило сократить размерность задачи с нескольких миллионов до 34 000 конечных элементов. Конечно-элементная модель грузовой тележки, выполненная в модуле APM Structure3D, представлена на изображениях ниже.

В результате выполнения статического расчета получена карта эквивалентных (по Мизесу) напряжений грузовой тележки.

Пластинчатая модель грузовой тележки в модуле APM Structure3D

 

Моделирование наличия корпусов подшипников твердотельными конечными элементами

 

Карта эквивалентных (по Мизесу) напряжений в элементах грузовой тележки в диапазоне от 0 до 345 МПа

 

Карта эквивалентных (по Мизесу) напряжений в элементах грузовой тележки в диапазоне от 0 до 345 МПа с отсечением ненагруженных элементов модели конструкции

 

Анализ карты суммарных линейных перемещений элементов модели конструкции по отношению к ненагруженному состоянию показывает, что, во-первых, максимальное перемещение не превышает нормы, а, во-вторых, его совершает элемент, не представляющий интереса с точки зрения несущей способности грузовой тележки.

Карта суммарных линейных перемещений грузовой тележки

Коэффициент запаса и первая собственная форма потери устойчивости грузовой тележки

 

Проведенный анализ позволил сделать следующие выводы:

1. Статическая прочность катковой балки у грузовой тележки не обеспечена, поэтому необходимо усиление зоны контакта катковой балки с корпусами подшипников или выбор иной схемы крепления подшипниковых узлов к раме тележки.

2. Можно уменьшить толщину листового металла, используемого при изготовлении балок, без ущерба для несущей способности конструкции тележки.

3. Характер и величины деформаций (не более 2,2 мм) показывают, что в процессе работы грузовой тележки не будет существенного перекоса рамы, а также полностью исключается заклинивание рамы на рельсах. 

4. При заданных нагрузках конструкция терять устойчивость не будет.

Прочностной расчет металлоконструкции моста крана.

Специалистами НТЦ АПМ созданы модели отдельных частей моста крана, которые затем собирались в единую модель. В качестве типовых конечных элементов при создании как отдельных частей, так и всей модели моста целиком, использовались стержневые и пластинчатые (оболочечные) конечные элементы. Окончательная расчетная модель конструкции моста мостового крана приведена на изображении ниже.

 

Твердотельная модель моста крана, состоящая из пластинчатых и стержневых конечных элементов

 

Фрагмент модели конструкции пролетных и концевых балок моста с внутренними диафрагмами

 

Одним из результатов выполнения статического расчета является карта эквивалентных напряжений (по Мизесу) моста крана при нахождении грузовой тележки в середине пролетной балки

 

Карта эквивалентных (по Мизесу) напряжений в элементах моста крана при нахождении грузовой тележки в среднем положении

 

Увеличенный фрагмент карты эквивалентных (по Мизесу) напряжений в элементах пролетных и концевых балках моста крана при нахождении грузовой тележки в крайнем левом положении

 

Увеличенный фрагмент карты эквивалентных (по Мизесу) напряжений в элементах пролетных и концевых балках моста крана при нахождении грузовой тележки в среднем положении

 

Карта перемещений по вертикальной оси балок моста крана при нахождении грузовой тележки в среднем положении

 

После статического анализа был проведен расчет устойчивости модели конструкции мостового крана. Форма потери устойчивости позволяет определить наименее устойчивый элемент конструкции. В рассматриваемом случае наименее устойчивыми элементами являются пластины настила рабочей площадки моста, на которые не действует основная нагрузка.

Фрагмент формы потери устойчивости модели моста крана

 

По результатам проведенных расчетов можно сделать следующие выводы:

1. Наибольшие напряжения возникают в пролетных балках, причем в том случае, когда грузовая тележка находится в среднем положении. Поэтому конструкция пролетных балок в указанных местах требует усиления.

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

3. Запас устойчивости конструкции достаточен. Наименее устойчивым элементом конструкции являются пластины настила рабочей площадки, на которые не действуют основные нагрузки.

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

© ООО НТЦ "АПМ" 2017. Все права защищены
Создание сайтов
Студия дизайна «Веб-Арена»