Исследование напряженно-деформированного состояния траверсы литейного крана | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Несмотря на коронавирус, электронный вариант журнала выйдет 13 июня.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №19 (309) май 2020 г.

Дата публикации: 09.05.2020

Статья просмотрена: 10 раз

Библиографическое описание:

Базуев, С. В. Исследование напряженно-деформированного состояния траверсы литейного крана / С. В. Базуев, О. А. Лукашук. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 19 (309). — С. 5-8. — URL: https://moluch.ru/archive/309/69753/ (дата обращения: 30.05.2020).



Влияние концентраторов напряжений на работоспособность сварных конструкций весьма велико, это главный фактор, который существенным образом понижает прочность. Неравномерность распределения напряжений в деталях и сварных соединениях влияет на их несущую способность. В статье приводится результаты исследования НДС траверсы грузоподъемностью 280 тонн. Определен главный концентратор напряжений, который находится во внутренней полости в месте крепления диафрагмы к боковой стенке траверсы.

Ключевые слова: траверса, напряженно-деформированное состояние, концентратор напряжения.

Проектирование элементов подъемно-транспортного оборудования для литейного производства является ответственной задачей, так как металлургические цеха являются типом производства непрерывного действия. Грузоподъемная траверса литейного крана является неотъемлемым элементов в подъемно-транспортных процессах, с её помощью осуществляется подъем ковша с расплавленным металлом за счет блочной системы, расположенной на траверсе (нижние блоки) и на грузовой тележке (верхние блоки).

Исследование напряженно-деформированного состояния при проектировании конструкции позволяет с помощью компьютерного моделирования найти концентраторы напряжений проектируемой конструкции, дать практические рекомендации по обследованию металлоконструкций, определить долговечность, выполнить параметрический анализ для уменьшения массы и уменьшения металлоемкости.

Цель данной работы — исследование концентраторов напряжений на этапе проектирования траверсы на основе анализа напряженно-деформированного состояния.

Определение допустимых напряжений

Согласно системе национальных стандартов РФ элементы конструкций кранов грузоподъемных рассчитываются на прочность по следующим условиям: по предельным состояниям и по допускаемым напряжениям [1].

Допускаемое напряжение с учетом общего коэффициента запаса прочности, который состоит из коэффициента ответственности γn [2, табл. 10], надежности γf [2, табл. 4] и условий работы γc [1], при пределе текучести σТ =235 МПа стали Ст3сп5 ГОСТ 380–2005 [3] будет

[σ] = = = 130,55 МПа.

Если воспользоваться методикой расчетного определения предела выносливости узла на произвольной базе и при произвольном значении коэффициента асимметрии цикла, изложенной в [4], получим следующие значения расчета конструкции на сопротивление усталости: расчетное допустимое напряжение на базе N по кривой Веллера [σ] = 124,43 МПа, где N — общее число циклов работы траверсы за срок ее службы, принятый из расчета 365 дней в году, 8 лет [5] и 100 циклов в день согласно справке о характере работ. Данный расчет на усталостную прочность показал меньшие значения, чем по методу расчета по допускаемым напряжениям. Поэтому в дальнейшем анализе НДС траверсы будем сравнивать получаемые значения с расчетным пределом выносливости.

Проектирование траверсы иисследование ее напряженно-деформированного состояния

Конструкция разработанной траверсы литейного крана грузоподъемностью 280 тонн и ее составных узлов показана на рис. 1, расчет и анализ напряженно-деформированного состояния проводился с помощью классических формул строительной механики и вычислительного пакета «Ansys» [4,6].

Исследование напряженно-деформированного состояния траверсы проведено через анализ изменения напряжений по Мизесу и поиск концентрации напряжений.

Критерий максимального напряжения по Мизесу основывается на теории Мизез-Хенки (Mises-Hencky) [7]. Для главных напряжений σ1, σ2, σ3 из теории упругости напряжение по Мизесу выражается как [7]:

σvonMises = .

Пластичный материал начинает повреждаться в местах, где напряжение по Мизесу становится равным предельному напряжению. В большинстве случаев, предел текучести используется в качестве предельного напряжения [7]: σvonMises ≤ σТ.

Рис. 1 — Эскиз грузовой траверсы

1 — траверса, 2 — крюк пластинчатый,

3 — ковш, 4 — блоки траверсы; 5 — уравнительные балансиры

На рис. 2 представлено изменение напряжений по Мизесу. Максимальное напряжение 96,56 МПа в конструкции находится во внутренней полости траверсы в месте крепления диафрагмы для задания жесткости конструкции к боковой стенке траверсы (рис. 3). При выполнении сварочных работ в данном месте конструкции необходимо предъявить повышенные требования к технологии сварки. В качестве рекомендаций по уменьшению концентрации напряжений и увеличении усталостной стойкости конструкции требуется подварка корня сварного шва, снятие наплыва механической обработкой и обеспечение плавного перехода от шва к основному металлу.

Рис. 2. Изменение напряжений по Мизесу

Рис. 3. Концентратор напряжения в конструкции

Выводы

Использование вычислительного пакета для анализа напряженно-деформированного состояния в процессе проектирования металлической конструкции траверсы литейного крана позволило определить концентратор напряжений конструкции. Были даны рекомендации по снижению концентрации напряжений в данном элементе разрабатываемой конструкции.

Работа выполнена в рамках магистерской диссертации по специальности 23.04.02 «Наземные транспортно-технологические комплекции», тема «Конструкторская разработка траверсы грузоподъемностью 280 тонн с исследованием напряженно-деформированного состояния траверсы».

Литература:

  1. ГОСТ 33169–2014. Краны грузоподъемные. Металлические конструкции. Подтверждение несущей способности.
  2. ГОСТ 32579.1–2013. Краны грузоподъемные. Принципы формирования расчетных нагрузок и комбинаций нагрузок. Часть 1. Общие положения.
  3. ГОСТ 535–2005 Прокат сортовой и фасонный из стали углеродистой обыкновенного качества. Общие технические условия.
  4. Строительная механика и металлические конструкции машин: учебник / С. А. Соколов. — СПб.: Политехника, 2011. — 450 с.: ил.
  5. ГОСТ 33715–2015 Краны грузоподъемные. Съемные грузозахватные приспособления и тара. Эксплуатация.
  6. Огородникова О. М. Компьютерный инженерный анализ в среде ANSYS Workbench [Электронный ресурс] // Екатеринбург: Техноцентр компьютерного инжиниринга УрФУ. 2018. 350 с. Режим доступа: https://cae.urfu.ru свободный.
  7. 2013 Справка по SOLIDWORKS — Критерий: максимальное напряжение по Мизесу [Электронный ресурс]. URL: https://help.solidworks.com/2013/Russian/SolidWorks/cworks/r_Maximum_von_Mises_Stress_Criterion.htm (дата обращения 04.05.2020).
Основные термины (генерируются автоматически): напряженно-деформированное состояние, литейный кран, максимальное напряжение, вычислительный пакет, место крепления диафрагмы, концентратор напряжения, концентратор напряжений, изменение напряжений, боковая стенка траверсы, предельное напряжение.


Похожие статьи

Расчет напряженно-деформированного состояния...

Так же построим на графике предельные значения напряжений для данного материала обозначим их пунктирными линиями. Модуль юнга E = 206000 МПа, максимально допустимое напряжение = 563 МПа, безразмерная величина максимально допустимого напряжения

Натурное определение действующих напряжений в стальных...

В статье предложен метод натурного определения напряжений в стальных элементах нагруженных строительных конструкций. Метод базируется на линейной зависимости «напряжение-деформация», характерной для разгрузки стали.

Особенности напряженно-деформированного состояния...

О передаче напряжений через трещины железобетонных... Качественное изменение напряженно-деформированного состояния железобетонных элементов после образования трещин связано со. Нагельное действие арматуры проявляется в местном изгибе, срезе и...

Расчет напряженно-деформированного состояния рамы...

Рис. 2. Карта эквивалентных напряжений по Мизесу. Наиболее нагруженными оказались верхние стороны балок, испытывающие сжимающие напряжения, вызванные стремлением рабочих органов выглубиться. При этом максимальные их значения не превышали 129 МПа.

Теоретические исследования напряжено-деформируемого...

Максимальные напряжения в стенке (сжатие). Изменение уровня напряжений %.

Как видно из изополей и таблицы 1, максимальные напряжения в стенке возникают в местах закрепления балок, а в местах стыковки стенки и уголка напряжения имеют большую...

Исследование напряженного состояния гофрированной стенки...

В плоской стенке локальные нормальные напряжения изменяются незначительно, а касательные напряжения не изменяются

2. Путем анализа напряженно деформированного состояния балки разработать. 2. Нежданов К. К., Гарькин И. Н. Способ проката двутаврового...

Исследования напряженно-деформированного состояния...

При III расчетном режиме максимальные эквивалентные напряжения в элементах кузова составляют: в элементах торцевой и боковой стены (при ударе) 195 МПа (88,6 % от допускаемых напряжений). В результате оценки прочности кузова вагона-хоппера для...

Динамические напряженные деформированные состояния...

Вертикальные напряжения sz зависят от веса вышележащих пород, поэтому можно записать

Напряженно-деформированное состояние пластов вдали от скважины в основном...

Сферические неоднородности являются концентраторами напряжений (например, включения...

Основные составляющие геомеханической модели резервуара

Для построения профиля напряжений существуют различные эмпирические модели, в соответствии с которыми необходимо откалибровать лабораторные данные.

Горная порода снаружи испытывает влияние нормальных ортогональных и сдвиговых напряжений.

Похожие статьи

Расчет напряженно-деформированного состояния...

Так же построим на графике предельные значения напряжений для данного материала обозначим их пунктирными линиями. Модуль юнга E = 206000 МПа, максимально допустимое напряжение = 563 МПа, безразмерная величина максимально допустимого напряжения

Натурное определение действующих напряжений в стальных...

В статье предложен метод натурного определения напряжений в стальных элементах нагруженных строительных конструкций. Метод базируется на линейной зависимости «напряжение-деформация», характерной для разгрузки стали.

Особенности напряженно-деформированного состояния...

О передаче напряжений через трещины железобетонных... Качественное изменение напряженно-деформированного состояния железобетонных элементов после образования трещин связано со. Нагельное действие арматуры проявляется в местном изгибе, срезе и...

Расчет напряженно-деформированного состояния рамы...

Рис. 2. Карта эквивалентных напряжений по Мизесу. Наиболее нагруженными оказались верхние стороны балок, испытывающие сжимающие напряжения, вызванные стремлением рабочих органов выглубиться. При этом максимальные их значения не превышали 129 МПа.

Теоретические исследования напряжено-деформируемого...

Максимальные напряжения в стенке (сжатие). Изменение уровня напряжений %.

Как видно из изополей и таблицы 1, максимальные напряжения в стенке возникают в местах закрепления балок, а в местах стыковки стенки и уголка напряжения имеют большую...

Исследование напряженного состояния гофрированной стенки...

В плоской стенке локальные нормальные напряжения изменяются незначительно, а касательные напряжения не изменяются

2. Путем анализа напряженно деформированного состояния балки разработать. 2. Нежданов К. К., Гарькин И. Н. Способ проката двутаврового...

Исследования напряженно-деформированного состояния...

При III расчетном режиме максимальные эквивалентные напряжения в элементах кузова составляют: в элементах торцевой и боковой стены (при ударе) 195 МПа (88,6 % от допускаемых напряжений). В результате оценки прочности кузова вагона-хоппера для...

Динамические напряженные деформированные состояния...

Вертикальные напряжения sz зависят от веса вышележащих пород, поэтому можно записать

Напряженно-деформированное состояние пластов вдали от скважины в основном...

Сферические неоднородности являются концентраторами напряжений (например, включения...

Основные составляющие геомеханической модели резервуара

Для построения профиля напряжений существуют различные эмпирические модели, в соответствии с которыми необходимо откалибровать лабораторные данные.

Горная порода снаружи испытывает влияние нормальных ортогональных и сдвиговых напряжений.

Задать вопрос