автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.05, диссертация на тему:Исследование процесса перекосного нагружения работающих в лесной промышленности козловых кранов с целью повышения их надежности

Уральский ордена Трудового Красного Знамени СССР и МНР политехнический институт имени С.М.Кирова

На правах рукописи

Голеншцев Александр Владимирович

УДК 621.873:634.0.3В

ИССЩОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПЕРЕКОСНОГО НАГРУЖЕНЙЯ РАБОТАЮЩИХ В ЛЕСНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ КОЗЛОВЫХ КРШ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ИХ ШДЕШОШ

Специальность 05.05.05 - Подъемно-транспортные машины

и оборудование

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург - 1991

Уральский ордена Трудового Красного Знамени СССР и МНР политехнический институт имени С.М. Кирова

На правая рукописи

Голенишев Александр Владимирович

УДК 621. Я73 : 634. О. Зв

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПЕРЕКОСНОГО НАГРУЖЕНИЯ РАБОТАЮЩИХ В ЛЕСНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ КОЗЛОВЫХ КРАНОВ С ЦЕЛЬЮ ПОВЫШЕНИЯ ИХ НАДЕЖНОСТИ

Специальность 05.05.05 - Подъемно-транспортные машини

и оборудование

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург - 1991

Работа выполнена б Свердловском научно-исследовательско институте лесной промышленности (СНИИЛП).

Научный руководитель

Официальные оппоненты

Ведущее предприятие

Защита состоится часов

доктор технических наук, профессор Казак С. А.

- Лауреат Ленинской премии 198< доктор технических наук, профессор Дергунов Н. П. ;

- кандидат технических наук Абрамович И.И.

- Уэловской краностроительный

завод (1Ю "Кран").

в ауд.

минут на заседании специализированного

совета К06 3.14.15 Уральского политехнического института им. С. Н. Кирова по адресу: 620002, г. Екатеринбург, ул. Нира 19.

Просим Ваши отзывы на автореферат в ДВУХ ЭКЗЕМПЛЯРАХ, ЗАВЕРЕННЫЕ ГЕРБОВОЙ ПЕЧАТЬЮ, направлять по адресу: 620002, г. Екатеринбург, ул. Мира 19, Уральский политехнический инсти ученому секретарю института.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уральскоп политехнического института.

Автореферат разослан

„ 23.

1991 г.

Ученый секретарь спепиализированного совета кандидат технических наук, доцент

Е. С. Кузненов.

о

ОБШАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Одним из путей повышения надежности и эффективности таког широкораспространенного оборудования, как грузоподъемные краны, является ( учитывая большое разнообразие условий эксплуатации) изучение закономерностей и специфики их работы в каждой конкретной отрасли производства и, на основе этого, разработка более точных методик расчета и оптимальных правил эксплуатапии.

В лесной промышленности в качестве технологического оборудования работает около 3. 5 тыс. козловых кранов грузоподъемность: 10-32 т. и пролетом 32-40 м. Изучение их технического состояния показывает недостаточную надежность данного оборудования. При нормативном сроке службы 15 лет первые усталостные трешины в металлоконструкпиях появляются в среднем через 12 лет. Это приводит к простоям производства, затратам на дорогие ремонты.

Преждевременно теряют несущую способность по выносливости элементы металлоконструкпий в зоне соединения жесткой опоры с. ригелем. Эти элементы, кроме нагружения от собственного веса крана и веса груза, воспринимают нагрузки от неравномерного движения крановых опор или, так называемые, перекосные нагрузки.

Поскольку краны тех же типов, работающие в других отраслях промышленности, не характеризуются усталостным разрушением опор, можно сделать вывод, что низкая надежность кранов связана со спецификой работы на лесном складе. Данные краны выполняют не столько работу по подъему-опусканию груза, сколько работу по его перемещению вдоль рельсов. Это обусловлено созданием больших сезонных запасов древесины и сложившимися технологиями работы с длинными фронтами сортировки и погрузки лесоматериалов.

В этом случае, перекосное яагружение оказывает большое ( даже определяющее) влияние на процесс накопления усталостных повреждений. Н настоящее время имеются сведения только о возможных максимальных перекосных нагрузках. Сведений яе о спектре нагружения, необходимых для расчета на янпслдипость. :зет.

Целью работы является решение следующей совокупности вопросов. Прежде всего - изучение структуры процесса перекосного нагружения ( для козлового крана, работающего в условиях лесопромышленного предприятия) и зависимости параметров этого процесса от внешних воздействий на кран и собственных параметров крана. После этого: для существующих типов кранов - выработка рекомен-дапий по снижению уровня и длительности приложения перекосных нагрузок,а для вновь проектируемых - разработка методики расчета, в наибольшей степени соответствующей действительным процессам исчерпания несущей способности элементов металлоконструкций.

Воздействия па кран, вызывающие его перекосы, и искомый реактивный процесс перекосного нагружеиия являются случайными процессами, поэтому в качестве метода исследования выбрана теория статистической динамики.

Научная новизна. Уточнено понятие "перекосной нагрузки" с учетом боковых смешений колес. Построена математическая модель, пригодная для изучения случайного процесса перекосного нагружения козлового крана методами статистическойгдашаники. Разработан алгоритм моделирования на ЭВН случайных реализаций траектории движения колес крановой опоры для изучения внешних воздействий на кран при его движении. Для условий работы на лесопромышленном предприятии определены статистические характеристики сопротивлений передвижению крановых опор от уклона пути и трения колес. Произведена количественная оценка степени влияния на диапазон и частоту перекосного нагружения параметров козлового крана и Факторов, характеризующих качество его изготовления и условия эксплуатации. Впервые определен спектр перекосных нагрузок и на его основе предложена методика расчета металлоконструкций козловых кранов на выносливость. Предложено устройство для измерения относительного забега опор крана,

защищенное авторским свидетельством на изобретение.

П р а к т и ч е с к ¡а я и е я н е с т ь полученных

результатов заключается в возможности: - белее обоснованно проектировать козловые краны, предназначенные для работы на лесинг складах, что повысит надежность данного оборудования <;!ке на стадии проектирования; - разработать мероприятие по г.оглпн!® более благоприятных ( менее интенсивных! условии ' а» < •'.!•. существующего парка козловых кранов для снижения с-к<:гшулт.чпяопяых затрат и продления срока службы отого дефинитного •-.блруиования.

Ориентировочный технике-экономический аффект от рекомендации по повышению надежности составляет 1.6 тыс. рублей на один крг.н.

Внедрение основных положении и рекомендаций диссертационной работы осуществлено в СНИИПП, являющемся головной организацией по специализации "Специальное грузоподъемное и транспортное оборудование для лесопромышленник складов". В практику научных исследований лаборатории ПТР внедрены устройство для измерения перекосов козловых кранов по Л. с. н 1570ЧЧ1 и стандарт предприятия СТИ ОН/!-35-89 "КозлоЕые краны, эксплуатируемые на лесопромышленных предприятиях. Выносливость стальных конструкции. Метод расчета". Выводы диссертационной работы использованы при разработке стандарта предприятия Концерна "Свердлеспром" СТП 13-107-08-04-Я<3 " Краны мостового типа, отработангаие нормативный срок службы на лесных складах. Нетопы контроля состояния металлоконструкций ( испытаний, анализа, измерений!".

По материалам диссертации о п у б л и к с в л и о 5 3 печатных работ. Диссертация заслушивалась и получила одобрение на Ученых Советах институтов СНИИПП и ВНИИПТНАШ, на кафедре "Подъемно-транспортные машины и роботы" УПИ, кафедре " Машины и оборудование лесной промышленности" УПТИ, Узловском и Харьковском краностроительных заводах.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, обгенх гипопогг. изложена на 17а странипах машинописного текста, содержит 1-4 таблиц, 4 6 сиг.унко.в, 17 приложении.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

]

Во введении обоснована актуальность темы, опре-

' ' I

делена дель исследований, дана обшая характеристика работы. - '

первая глава посвящена состоянию вопроса и фор^и-

** i

рованию задач исследования. i j

Вопросы, связанные с изучением движения кранов мостовйго . типа и возникающих при этом нагружениях, нашли свое отражение в работах В. П. Балашова, Н. Ф. Барштейна, В. А. Бука, В. Ф. гайдамаки,

H.H. Гохберга, В. А. Голошейкина, А. И. Зубкова, В. Н. Иванова, A.B.

)

Ковальского, А. С. Конопли, А. С. Липатова, Н. А. Лобова, Н. В. Соболева, Д. Н. Спицыной, В. Н. Тищенко, В. ф. Фомичевой и" других ученых. Данные авторы, решая различные задачи, использовали в своих исследованиях оригинальные математические модели и методики исследования, многие положения которых представляют интерес и при исследовании перекосных нагрузок козловых кранов.

Наиболее подробными работами по изучению непосредственно перекосных нагрузок козловых кранов общепромышленного применения ( то есть кранов, наиболее близких к рассматриваемым в настоящей работе) являются исследования к. т. н. И.И. Абрамовича- Эти исследования послужили основой для создания современных методик

: !

расчета козловых кранов.

Применительно к козловым кранам лесопромышленных предприятий имеющиеся сведения о перекосном нагружении недостаточны по двум причинам, во-первых, нет данных о характере изменения усилия перекоса во времени, необходимых для расчета на выносливость^ Во-вторых, не известно влияние на перекосное нагружение состояния кранового пути ( на лесных складах состояние подкранового пути как правило неудовлетворительное).

Все известные работы по исследованию движения кранов мостового типа можно разделить на выполненные в детерминированной и стохастической постановках. Детерминированный подход в некото-_ рых случаях имеет свои преимущества, но, учитывая наличие большого числа случайных параметров в сопряжении колесо-рельс, второй подход следует считать более перспективным. Особенно следует выделить преимущества методов теории статистический динамики.

Нетоды статистической динамики, благодаря исследованиям ЛИВТа под руководством В. И. Брауде, а также трудам А. А. Заредкого, А. И. Эубкова, С. А. Казака, А. С. Липатова, Л. А. Невзорова, Д. И. Сегаля, Д. Н. Спипыной, В. ф. Фомичевой и других ученых, получили широкое распространение при изучении нагружен-ности грузоподъемных машин.

Изучение состояния вопроса показало, что поставленная в диссертации цель может быть достигнута путем последовательного решения следующих задач ( рис. 1).

Это, прежде всего, разработка математической нодели, описывающей движение козлового крана, пригодной для исследования методами статистической динамики. Поскольку известные исследования по данному вопросу проводились для условий других производств, для уточнения требований к модели необходимо предварительное экспериментальное изучение перекосов на козловом кране, работающем в типичных условиях лесного склада.

После разработки модели определяются ( теоретически или экспериментально] ее неизвестные параметры. Определение многих из них ( главным образом внешних воздействий на кран) требует большого объема специальных исследований.

Затем следует непосредственно теоретическое изучение случайного процесса перекосного нагружения на математической модели. Варьированием параметров крана и внешних воздействий

Те претим и екая часть Зиспарим^нтальная масть

1 РазраВогпка матамаши— Ё > ческой маДали, при— | 5 гоАной Оля исслево— [ > Бани я ме главами ста— ! 5 гпистическоО Оинамики | Предварительное изу— И чаниа случайного > процесса перекосов I козловых кранов ;

—•

! Определение наизбаст—< 1 ных параметров мата— 3 ! матическоО маОали ! СВор статистического ■ материала £

! Исследование забиси— > мости параметров г процесса пара косного > нагрижения от различ— 5 ных факторов. Оценка > спектра нагружения Экспериментальная » проЬерка теоретичес— » ких ЬыБойоБ ;

ВыЬоАы. Рекомендации

Рис.1. Задачи исследования

Сила перекоса

1ерекосныи момент Т 1=На

Рис. 2. Схемы, иллюстрирукшие перекосное нагружение

козлового крана с учетом боковых смешений колес

оценивается степень их влияния на диапазон и частоту приложения перекосных нагрузок. Здесь же определяется структура процесса для оценки спектра и разработки методики расчета на выносливость.

Заключительная часть работы - экспериментальная проверка адекватности используемой математической модели и полученных с ее помощью выводов.

Во второй главе изложены методика и результаты предварительных экспериментальных исследований и разраеотава математическая модель.

Под перекосом крана понимается явление, когда одна из его сторон смешается по направлению движения относительно другой. При этом возможен свободный перекос ( когда кран просто поворачивается в пределах зазоров между ребордами колес и рельсом) и упругий - когда забег одной из опор вызван деформациями металлоконструкций. Принято считать, что свободные перекосы намного меньше упругих ( то есть относительный забег опор пропорционален упругому перекосу), а основной причиной упругих перекосов крана являются различия в тяговых и тормозных усилиях на разных опорах.

В экспериментальном исследовании измерялся суммарный ( в результате свободного и упругого перекоса) относительный забег опор козлового крана с помошью устройства, защищенного авторским свидетельством на изобретение. Принцип измерения: опоры крана соединяются между собой по периметру кранового пути тросо-блочной системой таким образом, что относительный забег опор можно измерять с помощью реохордного датчика. Одновременно по напряжению в элементе пояса жесткой опоры оценивался упругий перекос. Эксперимент показал следующее:

1 - из общего суммарного перекоса крана перекос за счет упругих деформаций металлоконструкций составил не более 22Х, то есть свободные перекосы намного больше упругих;

w

2 - наблюдается зависимость относительного заСега опор от профиля рельса под жесткой опорой, то есть поворот нижней части жесткой опоры вызывает поворот всего крана.

Таким образом, свободные и упругие перекосы крана являются величинами одного порядка, а допущения о пропорциональности усилия перекоса относительному забегу опор справедливо только при изучении кратковременных динамических нагрузок при пусках и торможениях крана. При длительном установившемся движении боковые смещения колес вызывают значительные свободвые перекосы крана и являются дополнительной причиной упругих.

Эксперимент показал, что перекосное нагружение в период установившегося движения крана представляет из себя сложный случайный процесс, а экстремальные значения этого процесса примерно равны перекосным нагрузкам в периоды пуска и торможения крана ( при удовлетворительном состоянии механизмов передвижения]. Согласно этому выводу, учитывая относительную длительность установившегося движения крана, можно считать, что на процесс накопления усталостных повреждений определяющее влиявие оказывают циклические перекосные нагрузки при установившемся движении крана.

В настоящей работе рассматриваются краны, у которых одна из опор гибкая. Для таких кранов, пренебрегая жесткостью гибкой опоры, под упругим перекосом можно понимать явление, когда ось ригеля и ось жесткой опоры ( в нижней части по осям ходовых колес) поворачиваются относительно друг друга на некоторый угол. Такое определение не есть принципиально новое определение, а является лишь обобщением ( развитием) известного.

Для наглядности кран можно представить в виде условной схемы, где ось ригеля А-А и ось жесткой опоры Б-Б связаны пружиной кручения, жесткость С< которой эквивалентна суммарной жесткости остова крана при перекосе ( рис.2).

Различие в движущих усилиях на разных опорах вызывает повороты ригеля на угол (р . В то же время из-за установочных перекосов колес и непрямолинейности рельса нижняя часть жесткой опоры поворачивается на угол оС . В каждый момент времени искомый угол упругого перекоса равен разности углов <Р и сС- .

Общая модель образования упругих перекосов при установившемся движении крана показана на рис.3.

Исходными случайными процессами ( Функциями), влияющими на искомый реактивный процесс изменения угла являются пульсации

ветра и непрямолинейность рельсов в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Явление характеризуется сложной обратной зависимостью.

В качестве алгоритма I ( рис. 3) была принята математическая модель движения козлового крана, используемая в трудах И.И. Абрамовича. Она хорошо проверена экспериментально, что исключает необходимость ее специального обоснования, и достаточно простая, что существенно при исследовании методами статистической динамики, так как эти методы достаточно сложны сами по себе.

В данной модели сделаны необходимые преобразования для учета влияния на перекосы крана боковых смещений колес. Сопротивления передвижению обеих опор представлены как случайные процессы.

Преобразованная модель становится пригодной для изучения методами статистической динамики:

тХ + Qk + СгХ - СгХг + Еф + Сгс/<р = щ ;

Сгх +тгХг - СгХг + Сгdtp =0 ;

Ex + Czdx - Сгс/Xr + + F<P '¿V^ V " Сгс/гс^> = Щ ■

+ £ -в/fe-SJ-Вг&j +

Wz •= At+Az - Wf£- W?- IV,rf<p)- irX/- w/- ; Wi ivf -uxf-u/ffcp)] - £ "-v/bfsS^CfaJ ;

ш

у угол упругого перекоса

а/

угол поворота оси \ угол поворота оси жесмой опоры X ригеля

"и II _

Ь Ь

К Ь

- алгоритмы преодра-зобаний случайных грашшА боздейапбий

Исходные внешние воздействия

-слышные фшхши нврсЬшвй ршъаЛ

6 горизантъной ппашшЦи?^ бЬщтшъшплоскости -случайные лрошпт пу/ьашй

Ввяра^и^

Рис. 3.

Недель образования при установившемся

упругих перекосов

движении крана

где ^Р - угол относительного забега опор, рад;

©С- угол поворота оси жесткой опоры, рад; X и Хг~ перемещения, соответственно, крана и груза, м; ^.с/,!^ - геометрические параметры крана, м;

ГП - масса крана с учетом редуцированных масс вращающихся элементов механизмов передвижения, кг;

ГПГ - масса груза, кг;

2 - момент инерции масс крана относительно центра масс, кг. м» ;

С/ - коэффициент жесткости остова крана при перекосе, Н/м;

Сг - коэффициент поперечной жесткости грузовой подвески, Н/м; параметры, характеризующие линейные зависимости тяговых усилий двигателей Р/ и Рг , соответственно для жесткой и гибкой опоры, от скоростей движения опор:

. .3 . .Т

в = Л -&ПХ ♦ ^ <<?-<£)] и Рг -- Дг-6г1 X - Фё ];

2 ^"/г' Цг~ приведенные к опорам сопротивления передвижению, соответственно, от ветра, уклона пути и трения колес, Н.

Третья глава посвящена исследованию внешних воздействий на кран (рис, 3).

Ветровая нагрузка как случайный процесс достаточно изучена и ее определение затруднений не вызывает. Сопротивление от уклона пути определено на основе материалов геодезических съемок путей.

Сопротивление от трения, а также процесс изменения угла как случайные процессы не изучались, что потребовало специального исследования путем моделирования движения опор ( рис.4).

направление движения

Вис. 4. Расчетная схема движения двухколесной крановой опоры

Начала

1

5

£

1 Начало шкла по А

-г—

10писание параметров крана

Я Определение каэффишентай передаточной функши

3 Описание С или разыгрывание случайным афазам) Внешних Воздействий независящих от угла перекоса <р

■4- Задание исходных I произвольных) параметров слу-чаОюго процесса изменения угла ср

3 Описание С разы/рыбание сличашым образом! Внешних ВазоВибпбшГзаВисящих от угла перекоса ср

6 Решение задачи аполитической динамики. Определение характеристик просесса изменения угла ср

V Оценка характеристик искомого случайного процесса изменения угла упругого перекоса ср'

Рис.5. Алгоритм теоретического исследования перекосного нагружения

Траектория движение опоры ( рис. 4) зависит от ряда случайных Факторов, это - установочные перекосы колес К{ и ; зазоры между ребордами и рельсом 2-г и ¡г ; коэффициенты трения; случайная функпия неровностей рельса в горизонтальной плоскости и случайный процесс несинхронного движения опор ( изменение угла у? ).

Моделирование заключалось в многократных прогонах крановой опоры по участкам рельса длиной 100 метров. Перед каждым прогоном по методу Нонте-Карло разыгрывались значения случайных величин и реализации случайных функций. После этого осуществлялись кусочно-линейные перемещения опоры с шагом 1 метр. На каждом шаге с учетом силовых и кинематических факторов, влияющих на боковые смещения колес, определялись текущие значения сопротивления передвижению от поперечного проскальзывания колес и трения реборд или текущие значения углов и об . В результате, после

прогона по 100 метровому участку получались 100 метровые реализации искомых случайных процессов.

Анализ полученных ансамблей реализаций позволяет представить каждый процесс у в виде суммы некоторого среднего значения У и центрированного процесса с автокорреляционной Функцией вида IV/) • Нашинным экспериментом на ЭВН с испо-

льзованием теории планирования эксперимента определены зависимости параметров этих процессов от параметров крана и параметров случайного процесса несинхронного движения опор. Они представляют из себя полиномы второго порядка, содержащие до 18 членов.

В четвертой главе приведены алгоритм ( рис. 5] и результата теоретических исследований перекосного нагружения.

Особенность алгоритма заключалась в использовании итерационной процедуры метода последовательных приближений для учета обратной связи. При решении задачи статистической динамики ( рис. 6) автокорреляционная функция реактивного процесса

Структураая схема Ж

преобразования ^ - *

динамической системой входных воздействий

в реактивный процесс пц

Передаточная функция ">№)= У1рЬ 4-у2р^+у3ра+у4рЯч-уБр+у6-= ф1(р^1+®п(р)пп,

ГДК Х1 = -Ею,; Х2 = -Сг<1т,; Хд » ЕСг; цтт,.; х5 = От,.; хв = С^(т,-т); х, = -<ЗСг; у1 = ттг1; у2 = тт,Р+0ш,1;

у3 = хшпр^^+Сгё8) - тСд 1+От,.Р+С2тг1-Е2тГ;

у4 = Отг^^+Сга2) -тСгР-ЧСгГ+СгЩгК-гЕСгсМ;

у6 = СгтЛС112+Сг<12) -тС2 (С^+Сг«!2) -€1С2Г+Е2С2+с|<12(т-пц,.);

у8 = 0(|#-50,(0! 1г+С2с12)

Искомые параметры реактивного процесса Среднее аниенке у = ф^ОЩ +ФЦ(0)1?П= ^^^-

Дисперсия Ру = К^О) =

со оо

г» '(*

2„,ч, . Ь. ч|2.

|ф1(ко)р1(со)аш + (ФдСЦ'ЗдМйю,

ь

— ОО —ОО -п.

где: 8|(сь>) и 8д(ш) - епеиралыше пяохвостж слуаАных процессов щ к щ

Среднее чхсло вупей Средам чхспо швамуиов Поимхш шрошюлосвосп

0 7Т \ ад . '- 7Т \ ад

Рис. 6. Решение задачи статистической динамики

определялась с помощью теории вычетов, а дисперсия ординат пропесса - методом сведения исследуемых интегралов к табулированным интегралам от четных дробно-рациональных функций.

Статистическая оценка параметров процесса перекосного нагрухения методом Нонте-Карло показала, что только дисперсию процесса необходимо рассматривать как случайную величину. Остальные параметры с достаточной степенью точности можно считать детерминированными.

Дисперсия ординат процесса упругих перекосов зависит от большого числа факторов, характеризующих качество изготовления крана и условия его эксплуатации. Это: разброс по скольжению двигателей механизмов передвижения; разброс по напряжению питающей сети; давление ветра; параметры кранового пути ( отдельно в вертикальной и горизонтальной плоскостях); установочные перекосы колес и зазоры между ребордами и рельсом; величина груза, его положение на мосту, длина подвески.

Влияние каждого из этих факторов оценено по методике отсеивающих экспериментов. Установлено: определяющее влияние оказывает 1 фактор - это непрямолинейность в горизонтальной плоскости рельса под жесткой опорой.

Насса крана, перекосная жесткость, база и скорость передвижения у разных типов козловых кранов существенно отличаются. Представляет интерес степень влияния каждого из этих параметров на среднее квадратическое отклонение ¿т и среднее число циклов

л/ случайного процесса перекосного нагружения. Эти исследования проведены методой классического факторного эксперимента. Полученные эмпирические уравнения имеют вид:

6т'= 3600 - № О -г К ¿у , Н ;

// г 0,зс&+ 9,5-/о'3 , //с У

(2) (3)

где Ct - база крана, ы;

/77*"- масса крана, кг;

К - 0.063-0. 114 - коэффициент, зависящий от состояния кранового пути.

Сложность структуры процесса во всех случаях остается высокой, что не позволило использовать простые традиционные методы схематизации случайных процессов. В результате двумерной схематизации получен искомый спектр перекосного нагружения ( рис.7). Данные о спектре использованы при разработке методики расчета на выносливость на основе известных положений теории усталостной прочности. Поскольку спектр довольно сложен, для упрощения вычислений дополнительно к методике разработана программа расчета на ЭВМ и предложен метод упрощенного расчета на основе справочных таблиц.

В пятой главе отражены результаты экспериментальной проверки теоретических выводов диссертационной-работы. Основными результатами, требующими экспериментального подтверждения, являются:

- параметры случайного процесса перекосного нагружения;

- вывод о преобладающем влиянии на уровень перекосных нагрузок непрямоливейности в горизонтальной плоскости рельса под жесткой опорой.

Эксперимент проводился на трех козловых кранах типа КЕС-10: кран HI ( Березовский ЛПХ, г. Алапаевск, длина пути - 81 м), кран Н2 ( Дровяной склад УТП, г. Свердловск, длина пути - 120 м), крав ВЗ ( Черемшанский ЛПХ, г. Н.Тагил, длина пути - 264 м) .

Сила перекоса оценивалась по напряжению в наиболее нагруженном элементе пояса жесткой опоры. Погрешность такой зависимости около 19'/.

/У

Зависимость параметров перекосного нагружения от параметров козлового крана

С\ /л* а

Спектр случайного процесса перекосного нагружения

Сотташи ошв шичшй я ишп шя югшвявй егааяашрог

Рис. 7.

Результата теоретического исследования процесса переносного нагружения

случайного

Параметры случайного процесса перекосвого вагружешя

Шел исследования С?ра&*?хг£га «ллк/» хта£>ам,е31рлг

<7Т, хН Т, кН Метр № ■ N. Гц

Мюатеаи щш(фяш-а) 7.10 1.37 - 0.59

ВриШ 2.62 0.30 4.2 0.32

Края Ш 0.31 4.0 0.60

ВриЮ 3.24 2.49 4.2 ОМ

Зависимость уровня перекосного нагружения от

непрямолинеиности в горизонтальном плоскости рельса под жесткой опорой

сгт, ¡н

2.0 15 10 0.5

У \ 1

1 *

А * <

X /

КравШ КравШ Крав ИЗ

0-2-4 6 8 10 12 14 16

Среднее отхшеш

от I-----л—

"1.И

Рис. а. Результаты экспериментального исследования случайного процесса перекосного' плг ручсния

Перед экспериментом делалась подробная ( через 1.5 м.) геодезическая съемка рельса под жесткой опорой. По измеренному профилю рельса для каждого участка пути рассчитывался такой нормируемый Правилами госгортехнадзора параметр, как отклонение от прямолинейности на длине 30 метров.

Эксперимент заключался в перемещении каждого крана по участку движения в обоих направлениях с записью на ленте осаил-лографа напряжения в элементе пояса жесткой опоры. С помощью закрепленного на ведомом ходовом колесе геркона, на этой же ленте делались дискретные отметки, расстояние между которыми соответствуют перемещению крана на один полный оборот колеса.

На рис. а показаны результаты экспериментальных исследований. Наблюдается удовлетворительное совпадение теоретических и экспериментальных данных.

Эксперимент подтвердил выводы предварительных экспериментальных исследований ( глава 2), что перекосные нагрузки при установившемся и неустановившемся движении являются величинами одного порядка.

Ресурс элементов спор крана ХХС-Ю до появления усталостных разрушений, рассчитанный по уточненной методике, составляет ( в зависимости от смевности) от 2 до 7 лет. Это достаточно точно соответствует фактическому ресурсу ( 3 - а лет), что говорит о качественной адекватности предложенной методики расчета.

ОБШИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

В результате выполненной работы

1. Установлено, что основной причиной низкой надежности козловых кранов лесопромышленных предприятий является недостаточный учет при их проектировании и эксплуатапии спеиифики работы на лесном складе ( частых перемещений крана).

¿г

2. Уточнено понятие "перекосной нагрузки". Для козловог крана, имеющего гибкую и жесткую опоры, перекосной следует называть нагрузку, возникающую в результате отклонения от проектного значения угла между осью жесткой опоры ( в нижней части по осям ходовых колес) и осью пролетного строения.

3. Разработана математическая модель козлового крана, у тывающая: боковые смещения колес, случайность тяговых усилий двигателей и сопротивлений передвижению опор, обратную связь между сопротивлением передвижению и перекосным нагружением. Особенности модели реализованы в алгоритме и программе расче' ЭБН характеристик перекосного нагружения методом статистичес! динамики. Программа представляет самостоятельный интерес и м< быть использована при создании САПР козловых кранов.

4. С учетом реального состояния пути определены характер тики случайных процессов ( рассматриваемых в пределах корреля пионной теории) сопротивлений передвижению опор от уклона пут трения колес, а также поворотов оси жесткой опоры при движени крана. Найдены зависимости этих характеристик от параметров к и параметров случайного процесса несинхронного движения опор.

5. Теоретически и экспериментально определены характерно процесса перекосного нагружения: среднее значение, дисперсия, среднее число циклов. Данный процесс является широкополосным, возможно допущение о нормальном законе распределения ординат.

6. Определено влияние на перекосное нагружение параметре) крана - уравнения (В) и (3). Зта информация может быть использована для повышения качества проектирования кранов.

7. Установлено, что из эксплуатаииовных факторов наиболы влияние на уровень перекосного нагружение оказывает непрямолш ность в горизонтальной плоскости рельса под жесткой опорой.

Отсюда следует необходимость назначения различных норн ил отклонения отметок рельсов под разными опорами крана. т;сли для рельса под гибкой опорой можно оставить существующий попуск, то для жесткой опоры допуск должен быт£ ужесточен не менее чем на 50'/. Поскольку выполнение -этого требования для г.утпе ствуктей конструкции пути в виде железнодорожных рельсов на полуапалаз практически невозможно, целесообразна разработка и пнедрчние более совершенной конструкции кранового пути.

Я. Получен спектр перекосной нагрузки ( рис. 7; и на его основе предложена методика расчета элементов металлоконструкции на выносливость. Для упрощения вычислений дополпитеяио к методике разработана программа расчета на ЗИН, предназначенная для непрограммирующего пользователя, и предложен метод упрошенного ориентировочного расчета на основе справочных таблиц.

9. Выявлены закономерности нагружения козлового крана - на процесс накопления усталостных повреждений металлоконструкций в большой степени влияют циклические перекосные нагрузки при установившемся движении крана. Циклические 'нагрузки от веса груза и динамические перекосные нагрузки лишь незначительно превышают нагрузки установившегося движения и реализуются гораздо реже.

10. Предложено устройство для измерения перекосов козловых кранов, защищенное авторским свидетельством на изобретение. Внедрено в СНИИЛП.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Техническое состояние грузоподъемных кранов // Лесная промышленность. - .1986. - N4. - С. 30 (в соавторстве).

Р.. Сопротивление передвижению крана от уклсла пути. иНИИТоИТЯЖНЛИ, 13Я7, вып. 6-37-37, с. 1-3.

3. Методика измерения перекосов кояяових кр;нкт-. цнии'ггиткжнли. 1<;а?. пин «-«7-П7, <:. з-5.

S4

4.. Статистические характеристики сопротивлений перелви: четырехколесных козловых кранов лесозаготовительных предпри: Свердловск, 1967.- 36 с.- Деп. в ВНИПИЭИлеспром 1987, N1949

5. Грузоподъемные краны на лесных складах // Безопасно! труда в промышленности. -1987. - N11.- С. 58-59 (я соавторстве;

6. Сопротивление передвижению четырехколесных козловых кранов лесозаготовительных предприятий // Вестник машиностроения. - 1988. -N4. - С. 23-26.

7. Результаты исследования нагруженяости металлоконстр) козловых кранов лесозаготовительных предприятий // В кн. : Механизация и автоматизация переыестительных работ на предприятиях лесного комплекса. Тез. докл. V Всес. конф., -1989, С. 105.

8. Автоматизированная картотека грузоподъемных кранов / Лесная промышленность. -1989. - N5. - С. 24 (в соавторстве).

9. Применение козловых кранов на лесозаготовительных предприятиях. М., ВНИПИЭИлеспром, Лесоэксплуатация и лесоспл вып. 10, 1989, 44 с (в соавторстве).

10. Интенсивность эксплуатации и режим работы кранов // Лесная промышленность. -1990. - Ш. - С. 19-20 (в соавторстве).

11. Исследование нероввостей кранового пути в горизонта плоскости для козловых кранов лесопромышленных предприятий. цниитзитяжиаш, 1990, вып. g-go-ö7, с. 1-3.

12. Результаты исследования неравномерности движения опор козлового крана. В сб. : Лесоэксплуатация, вып. Свердловск, Средне-Уральское кн. изд-во, 1991.- С.11-13.

13. A.c. 1370441 Al СССР, G01 В 5/24. Устройство для ре трапии относительного забега опор кранов мостового типа/ .-

$ормат"б0х90/16 "Подписано к печати 20.И.91 Печ.п. 1,25 Заказ 260 Тираж 100

Типография СНИИЛП