Пособие по МКЭ (864300), страница 18
Текст из файла (страница 18)
146.150Расчеты с использованием универсальных программных комплексовРис. 146. Конечноэлементная модельПосле создания конечноэлементной модели выполняется расчетобъекта по изложенному ранее алгоритму. Результаты расчета показаны на рис. 147 и рис. 148.Рис. 147.
Напряжения, ПаРис. 148. Перемещения по оси y, м.Согласно результатам расчета максимальные напряжения действуют в заделке и равны 12396 Па, а максимальные перемещения свободного конца балки равны 3,59·10-7 м. Значения, полученные с помощью стержневых элементов – 12000 Па и 3,84·10-7 м. Аналитические значения – 12000 Па и 3,8·10-7 м.151Расчеты с использованием универсальных программных комплексов2.3.2. Расчет мостового кранаРасчет мостового крана также выполняется по двум предельнымсостояниям. Выделяются три вида движений: подъем (с основания) иопускание (с торможением) груза при неподвижном кране; разгон(торможение) механизма передвижения крана при неработающих илиработающих с постоянной скоростью остальных механизмах; разгон(торможение) механизма передвижения тележки при неработающихили работающих с постоянной скоростью остальных механизмах [15].В расчетах следует учитывать две конфигурации мостового крана: когда грузовая тележка находится по середине пролета крана(1 конфигурация), когда грузовая тележка находится возле одной изконцевых балок (2 конфигурация).
В первом случае бóльшие напряжения действуют в центральных сечениях главных балок моста. Вовтором – в зоне стыка главных и концевых балок.Выполнена оценка методом конечных элементов напряженнодеформированного состояния двухбалочного мостового электрического крана грузоподъемностью 10 т, пролетом 36,0 м, изготовленного на ОАО «БЗМТО» (г. Брянск).На рис.
149 – 153 показана конечноэлементная модель мостовогокрана общего назначения. Конечноэлементная модель мостового крана состоит из 4-х узловых плоских конечных элементов. Модель содержит 1850000 степеней свободы.Рис. 149. Общий вид конечно-элементной сетки152Расчеты с использованием универсальных программных комплексовРис. 150. Фрагмент внутренней разбивки главной балкиа)б)Рис. 151. Области возле мембраны главной балкиа – в районе верхнего пояса; б – в районе нижнего пояса153Расчеты с использованием универсальных программных комплексова)б)Рис.
152. Хвостовая часть главной балкиа – общий вид; б – в районе нижнего пояса154Расчеты с использованием универсальных программных комплексова)б)Рис. 153. Концевая балкаа – общий вид; б – в районе соединения с главной балкой155Расчеты с использованием универсальных программных комплексовКинематические граничные условия следует задавать в четырехопорных точках моста (в районе опирания на ходовые колеса или балансиры) (рис. 154, 155).Рис. 154. Схема точек опиранияПри действии нормальной нагрузки главные и концевые балкикрана прогибаются вниз, что приводит к уменьшению пролета и базы.Колеса не препятствуют этому, потому что кран стоит на рельсах поддействием силы тяжести. Если в опорных точках запретить перемещения по всем степеням свободы, то жесткость конструкции будетискусственно завышена, так как закрепления будут препятствоватьизменению пролета и базы. В связи с этим рекомендуется следующаясхема закрепления конечноэлементной модели мостового крана(табл.
16). При расчете половины моста учитываются только точки Аи D. При расчете четверти – точка А.Таблица 16Схема закрепления мостового кранаСтепеньсвободы (ось)xyzА+++Опорная точка моста (рис. 4.9)ВС+––+++D––+На рис. 155 показано распределение деформаций в металлоконструкции мостового крана для расчетного случая подъема груза вконфигурации 1. Максимальное расчетное значение отмечено в центральном сечении главной балки и составило 19,6 мм.
По данным натурного эксперимента, выполненного ОАО «БЗМТО» (г. Брянск),максимальный прогиб равен 20 мм. Таким образом, результаты расчета подтверждаются данными экспериментальных исследований.Несколько больший прогиб реальной конструкции объясняется нали156Расчеты с использованием универсальных программных комплексовчием незначительных дефектов при изготовлении и погрешностямиизмерительных приборов.Рис. 155. Максимальные перемещения в конструкции, ммРаспределение эквивалентных напряжений в конструкции дляпоказано на рис. 156.Рис. 156. Эквивалентные напряжения, МПаРаспределение максимальных главных напряжений в конструкции показано на рис. 157.157Расчеты с использованием универсальных программных комплексовРис. 157. Максимальные главные напряжения, МПаНа рис. 158 показано распределение деформаций в металлоконструкции мостового крана для расчетного случая подъема груза вконфигурации 2. Расчетное значение в центральном сечении главнойбалки составило 1,83 мм.
По данным натурного эксперимента, максимальный прогиб равен 2 мм.Рис. 158. Максимальные перемещения в конструкции, ммРаспределение эквивалентных напряжений в конструкции показано на рис. 159.158Расчеты с использованием универсальных программных комплексовРис. 159. Эквивалентные напряжения, МПа159Расчеты с использованием универсальных программных комплексов2.3.3.
Расчет трезвенного гидравлическогокрана-манипулятораКраны-манипуляторы нашли широкое применение в строительстве, газо- и нефтедобывающей отраслях, лесной и металлообрабатывающей промышленности, в сельском хозяйстве и дорожномстроительстве. Технологическая машина на колесном или гусеничномходу, оснащенная краном-манипулятором, выполняет работу сразудвух машин – транспортного средства и грузоподъемного крана.В развитых странах более 20% грузовых автомобилей оснащены кранами-манипуляторами.
В связи с широкой номенклатурой перемещаемых грузов предложены и применяются на практике разнообразные кинематические схемы краново-манипуляционной установки.Поэтому результаты теоретических и прикладных исследований, направленных на повышение эффективности использования данноговида грузоподъемного оборудования, в настоящее время востребованы отечественной промышленностью.Применение МКЭ показано на примере крана-манипулятора самоходной энергетической машины АСТ-4-А производства ЗАО «Дизель-Ремонт» (г. Брянск).
Машина оснащена трехзвенным гидравлическим краном-манипулятором (рис. 160).Кран-манипулятор с поворотной стрелой предназначен для подъема и перемещения палатки сварщика в зонусварки труб большого диаметра. Палатка сварщика накрывает стык и предотвращает вредное воздействие окружающей среды на сварнойшов. На стреле манипуляторас помощью приварных скобкрепятсяэлектрическиекабели, соединяющие размещенные в кузове агрегатасварочные выпрямители и поРис.
160. Кран-манипуляторсты сварки, находящиесямашины АСТ-4-Ав палатке.160Расчеты с использованием универсальных программных комплексовМетодика расчета металлоконструкции крана-манипулятора самоходной энергетической машины базируется на нормативном методепредельных состояний [15]. В качестве рассматриваемых предельныхсостояний учитываются следующие:• предельное состояние I – потеря несущей способности приоднократном действии максимальной нагрузки (обеспечение статической прочности и общей устойчивости металлоконструкции);• предельное состояние II – возникновение деформаций, препятствующих нормальной эксплуатации крана, при сохранении несущей способности по условию предельного состояния I (обеспечение жесткости металлоконструкции).Достижение предельного состояния I приводит к внезапному отказу конструкции и связано с действием таких физических механизмовповреждения, как вязкое или хрупкое разрушение материала при однократном эксплуатационном воздействии и потеря общей или местной устойчивости.
Его учет при проведении проверочного расчета позволяет обеспечить статическую прочность и устойчивость.Достижение предельного состояния II связано с появлением недопустимо больших упругих деформаций под воздействием номинальных эксплуатационных нагрузок. Его учет при проведении проверочного расчета позволяет обеспечить общую жесткость металлоконструкции крана-манипулятора.Также рассмотрена потеря несущей способности металлоконструкции крана-манипулятора при многократном действии нагрузки(обеспечение усталостной прочности металлоконструкции).
Усталостные явления в металлоконструкции при эксплуатации самоходнойэнергетической машины приводят к постепенному отказу конструкции и связаны с действием таких физических механизмов повреждения, как многоцикловая усталость, ползучесть материала, коррозионное повреждение и изнашивание. Их учет при проведении проверочного расчета позволяет обеспечить усталостную прочность металлоконструкции крана-манипулятора.Применительно к крану-манипулятору самоходной энергетической машины в качестве расчетных случаев приняты следующие характерные периоды его эксплуатации:• расчетный случай I – рабочее состояние оборудования принормальной (номинальной) нагрузке и нормальных (номинальных)скоростях механизмов движения;161Расчеты с использованием универсальных программных комплексов• расчетный случай II – рабочее состояние оборудования примаксимальной рабочей и динамической нагрузке;• расчетный случай III – нерабочее состояние оборудования примаксимальной нагрузке.Расчетный случай I соответствует штатным условиям работыкрана-манипулятора при плавных пусках, торможении и реверсировании механизмов движения.
Он применяется при проведении расчета металлоконструкции по предельному состоянию II, т.е. на сопротивление усталости. В расчете учитываются номинальные значенияэксплуатационных нагрузок рабочего состояния крана, в число которых включаются [15]:• номинальный вес груза и грузозахватного устройства;• собственный вес металлоконструкции крана-манипулятора;• ветровая нагрузка рабочего состояния;• динамические инерционные нагрузки, возникающие при пуске и торможении в нормальных условиях работы исправных механизмов движения.Если группа режимов работы крана-манипулятора ниже А6-А7и его конструкция изготовлена из стали с пределом текучести, непревышающим 600 МПа, то расчет на усталость не требуется [15].В случае обеспечения статической прочности гарантируется требуемое сопротивление усталости. Группа режимов работы исследуемого крана-манипулятора – А2-А3, предел текучести стали – 390 МПа.Расчетный случай II соответствует работе крана-манипулятора смаксимальной рабочей и динамической нагрузкой в наиболее тяжелыхусловиях эксплуатации: во время резких пусков, экстренного торможения, реверсирования движения, при внезапном выключении или включении электропитания, предельной ветровой нагрузке.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
