Автор: Гугина Екатерина Михайловна

Рубрика: 16. Новые технические решения

Опубликовано в

V международная научная конференция «Технические науки: проблемы и перспективы» (Санкт-Петербург, июль 2017)

Дата публикации: 20.05.2017

Статья просмотрена: 48 раз

Библиографическое описание:

Гугина Е. М. Расчет надежности мостовых кранов методом преобразования вероятностей [Текст] // Технические науки: проблемы и перспективы: материалы V Междунар. науч. конф. (г. Санкт-Петербург, июль 2017 г.). — СПб.: Свое издательство, 2017. — С. 68-70.



Основными процессами, определяющими долговечность и надежность различных конструкций, являются процессы изгибных колебаний и усталости.

Факторы, которые влияют на процесс усталости, в докладе представлены в виде параметров, учитывающих геометрические размеры конструкции мостового металлургического крана, температурный режим работы, прочностные свойства и комбинированный характер нагружения.

К внешним нагрузкам относятся действующие нагрузки при каждом технологическом цикле (подъем груза — транспортирование груза — опускание груза).

Предложен метод преобразования вероятностей входных и выходных параметров рассматриваемой механической системы.

Полученные теоретические выражения позволяют производить расчеты надежности металлургических мостовых кранов и с определенным уровнем допущения оценивать риски, связанные с эксплуатацией таких конструкций.

Ключевые слова: надежность, долговечность, усталость, метод преобразования вероятностей, входные и выходные параметры, механическая система, конструкция, статистические характеристики

Оценка техногенной безопасности представляет собой достаточно насущную и актуальную проблему. Эта проблема требует новых подходов [1, 3, 4].

При решении прикладной задачи синтеза механической системы мостового крана будем рассматривать процессы, одновременно протекающие в рассматриваемых элементах и определяющих срок службы всей системы. Основными процессами, определяющими долговечность и надежность рассматриваемой системы, будут процессы изгибных колебаний и усталости.

Факторы, влияющие на процесс усталости в материале расчетной динамической системы, представим в виде нескольких параметров [1–8]: ,факторы, определяющие соотношение между геометрическими размерами фермы крана, температурный режим работы, прочностные свойства материала и комбинированный характер нагружения, в совокупности влияющие на величину числа циклов до выхода из строя конструкции по усталости:

(1)

К внешним параметрам системы отнесем нагрузки, которые действуют на ферму и элементы крана. Они определяют входные параметры системы, случайным образом воздействующие на нее в виде случайного процесса входа системы. Следовательно, выходные параметры — это число циклов до выхода из строя по усталости, представляют реакцию системы на действие внешних и внутренних входных факторов, а также являющиеся определяющим параметром надежности конструкций и в частности мостовых металлургических кранов.

Представим функциональную зависимость между входными и выходными параметрами системы в следующем виде:

(2)

где A — параметр, зависящий от (1), определяется экспериментально; ky – постоянный коэффициент; Ny – число циклов до выхода из строя по усталости; my, ny – показатели степени, определяемые экспериментально; Рд – сила, действующая на конструкцию фермы и механизм подъема крана.

Решив уравнение (2) относительно , представим выражение статистической динамики с учетом [2, 5, 6] в виде:

(3)

которая представляет собой плотность вероятности выходного параметра системы – числа циклов до выхода из строя по усталости.

При условии независимости входных параметров по нормальному закону распределения получим функцию после решения и преобразований уравнения (3):

= (4)

где – среднее значение изгибных напряжений, – среднеквадратическое отклонение изгибных напряжений.

Располагая опытными или эксплуатационными данными о предельных величинах действующих нагрузок и построив кривую плотности вероятности , можно судить о возможных величинах выходных параметров для режима нагружения и требуемого срока эксплуатации. Это можно установить также при наличии статистических характеристик распределения – математического ожидания M[] и дисперсии D[], которые определяются следующими выражениями:

(5)

(6)

Расчет проводился в известных математических пакетах и дал удовлетворительные результаты, согласующиеся с теоретическими и эксплуатационными параметрами рассматриваемых элементов конструкций.

Полученные теоретические выражения позволяют производить расчеты надежности металлургических мостовых кранов и с определенным уровнем допущения оценивать риски, связанные с эксплуатацией таких конструкций. В отличие от ранее предложенных расчетов [4, 6] данный расчет учитывает большее количество входных параметров, что соответственно повышает информативность рассматриваемого подхода к проблеме.

Таким образом, можно провести расчеты и построить нормы рисков для определенного класса оборудования. Это позволит существенно влиять на обеспечение техногенной безопасности и управление ею, прогнозировать изменение механических характеристик материала конструкции на всех этапах жизненного цикла.

Литература:

1. Бархоткин В. В., Извеков Ю. А., Миникаев С. Р. Обзор аварий на крановом оборудовании металлургических производств. // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. — Москва, РАЕ, 2013. — № 10–1. С. 9–11.

2. Бирюков М. П. Динамика и прогнозирующий расчет механических систем. // «Вышэйшая школа». — Минск, 1980. — 189 с: ил.

3. Извеков Ю. А. Анализ техногенной безопасности кранового хозяйства России. // Современные наукоемкие технологии. — Москва, РАЕ, 2012. — № 12. С. 18–19.

4. Извеков Ю. А. Прогнозирование надежности несущих конструкций кранов металлургических производств. Вопросы. Гипотезы. Ответы: Наука XXI века: Коллективная монография. — Краснодар, 2013. Книга 6, часть 3, глава 9. С. 189–211.

5. Izvekov Y. A., Dubrovsky V. V., Hamutskikh E. Y. Mathematical Modeling and Calculation of Accuracy and Durability of Mechanical Systems' Elements. // World Applied Sciences Journal 30 (1): pp. 32–34, 2014.

6. Извеков Ю. А. Вероятностный синтез сложной механической системы. // Молодой ученый. — 2014. — № 4. — С. 179–182.

7. Izvekov Y. A., Kobelkova E. V., Loseva N. A. Numerical calculation of durability and reliability using correlation method. Life Science Journal, 2014. № 11(8s), pp. 272–274.

8. Извеков Ю. А., Грачева Л. А. Анализ научно-методического аппарата и современных подходов к оценке безопасности сложных технических систем. // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. — 2014. — № 8 — стр. 9–10.

Основные термины (генерируются автоматически): металлургических мостовых кранов, надежности металлургических мостовых, расчеты надежности металлургических, Извеков Ю, механической системы, преобразования вероятностей, комбинированный характер нагружения, техногенной безопасности, процессы изгибных колебаний, метод преобразования вероятностей, определенным уровнем допущения, температурный режим работы, процесс усталости, входных параметров, надежности мостовых кранов, выходных параметров, мостовых металлургических кранов, металлургических производств, системы мостового крана, числа циклов.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос