Пособие по МКЭ (864300), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Он применяетсяпри проведении проектных расчетов крановых металлоконструкций попредельному состоянию I, т.е. на статическую прочность и устойчивость. Расчет выполняется по максимальным действующим или предельно возможным значениям эксплуатационных динамических нагрузок с учетом рекомендованных значений запаса прочности [15]. Приэтом учитываются номинальные значения таких эксплуатационных нагрузок рабочего состояния крана-манипулятора, как:• номинальный вес груза и грузозахватного устройства;• собственный вес металлоконструкции крана-манипулятора;• вес механизмов и устройств.162Расчеты с использованием универсальных программных комплексовВ качестве предельно возможных значений динамических нагрузок рассматриваются:• максимальные инерционные усилия при перемещении штоков гидродвигателей;• максимальная ветровая нагрузка рабочего состояния;• максимально допустимые уклоны опорной поверхности;•испытательная нагрузка при динамическом нагружении.Расчетный случай III соответствует ситуации, когда кранманипулятор не выполняет никакой работы, т.е.
перемещаемый грузотсутствует, а механизмы движения выключены. Он применяется припроведении проектных расчетов крановых металлоконструкций попредельному состоянию I, т.е. на статическую прочность и устойчивость. В расчете учитываются максимальные действующие (предельно возможные) значения эксплуатационных нагрузок нерабочего состояния, в число которых включаются:• собственный вес металлоконструкции крана-манипулятора;• вес установленных механизмов и устройств;• предельная ветровая (ураганная) нагрузка;• испытательная нагрузка при статическом нагружении.При оценке нагруженности металлоконструкции крана-манипулятора самоходной энергетической машины не целесообразно учитывать все характерные для конкретного расчетного случая нагрузки,так как вероятность их одновременного действия в условиях эксплуатации практически равна нулю.
Поэтому для каждого расчетного случая выделены типовые последовательности движений, совершаемыемеханизмами крана-манипулятора (табл. 17).Таблица 17Типовые последовательности движений крана-манипулятораОбозначениеabcСодержание последовательности движенийПодъем (с основания) и опускание (с торможением) грузапри неподвижной самоходной энергетической машине и неработающем механизме поворота крана-манипулятораРазгон (торможение) механизма поворота с грузом на крюкекрана-манипулятора в горизонтальной плоскости относительно вертикальной оси при неподвижной самоходной энергетической машине и неработающих остальных механизмахРазгон (торможение) самоходной энергетической машиныпри неработающих механизмах движения163Расчеты с использованием универсальных программных комплексовРасчетные сочетания нагрузок определяются возможными в условиях эксплуатации сочетаниями расчетных случаев и типовых последовательностей движений.
Их условное обозначение складываетсяиз номера расчетного случая (I, II или III) и буквенного обозначениятиповой последовательности (а, b, c). В табл. 18 для крана-манипулятора самоходной энергетической машины приведен перечень эксплуатационных нагрузок, подлежащих учету для возможных расчетных сочетаний.Таблица 18Перечень эксплуатационных нагрузок для расчетакрана-манипулятора самоходной энергетической машины АСТ-4-АЭксплуатационнаянагрузкаРасчетный случайIIIРасчетное сочетание нагрузокIaIbIc IIa IIb IIcВесовая нагрузка:груз++++++вес элементов металлоконструкции++++++Инерционные динамические нагрузки++++++Нагрузки от перекоса––++++Ветровая нагрузка:рабочего состояния–––+++нерабочего состояния––––––Испытательная нагрузка:статическая––––––динамическая–––+++Примечание «+» – нагрузка учитывается; «–» – нагрузка не учитывается.III–+–––++–При расчетах положение стрелы выбирается наиболее опасным,т.е.
соответствующим максимально возможным нагрузкам на рассчитываемые элементы конструкции. Технология работы машин длясварки трубопроводов предусматривает три основные конфигурациикрана-манипулятора (рис. 161).Конфигурации 1 и 2 используются для оценки максимальныхнагрузок при движении машины для сварки трубопроводов. Конфигурация 3 – для оценки максимальных нагрузок при подъеме груза ипри повороте поворотной колонны.Конфигурация 1 соответствует работе крана-манипулятора встесненных условиях.
Конфигурация 2 – в нормальных условиях.164Расчеты с использованием универсальных программных комплексова)б)в)Рис. 161. Конфигурации крана-манипулятора:а – конфигурация 1; б – конфигурация 2; в– конфигурация 3Для расчета конструкции в целом разработаны два принципиально различных алгоритма конечноэлементного расчета (на основераздельной и на основе полной конечноэлементных моделей) [15].Раздельная конечноэлементная модель.
Суть раздельной модели заключается в том, что создаются отдельные модели каждогозвена стрелы крана-манипулятора (поворотной колонны, стрелы, рукояти). Влияние остальных частей стрелы на исследуемое звено учитывается с помощью дополнительных реактивных силовых факторов(сил и моментов). Такой подход позволяет сократить машинное времярасчета, но требует дополнительных аналитических вычислений реактивных силовых факторов.Данная модель не подходит для исследования динамической нагруженности конструкции в целом.
Во-первых, ансамбль частот и формколебаний всей конструкции отличается от ансамбля частот и форм отдельных ее элементов. Во-вторых, раздельная модель не учитываетвлияние гидроцилиндров на динамику конструкции. Однако гидроцилиндры выполняют роль демпфирующих устройств, поэтому значительно влияют на динамический процесс в конструкции. В-третьих, требуется большой объем аналитических вычислений динамически изменяющихся силовых факторов, который невозможно совместить с динамическим конечноэлементным расчетом без создания дополнительных модулей. В свою очередь, интеграция таких модулей в промышленные программные пакеты сопряжена с дополнительными трудностями.165Расчеты с использованием универсальных программных комплексовПолная конечноэлементная модель включает в себя все элементы несущей металлоконструкции крана-манипулятора: поворотную колонну, стрелу, рукоять, два гидроцилиндра, шарниры.
Вычисление сил реакции не требуется, а для выполнения расчета достаточно приложить внешние нагрузки. Эта модель подходит для решениякак статических, так и динамических задач.При построении полной модели необходимо учитывать влияниегидроцилиндров на напряженно-деформированное состояние несущей металлоконструкции крана-манипулятора.Полная конечноэлементная модель содержит 6 шарниров(рис.
162). В том числе: шарнир соединения поворотной колонны истрелы (точка С), шарнир соединения стрелы и рукояти (точка Е),шарниры крепления нижнего гидроцилиндра (точки В и D), шарнирыкрепления верхнего гидроцилиндра (точки F и G).При использовании в полноймодели шарнирных соединенийв обязательном порядке должныиспользоваться модели гидроцилиндров.
Если действие гидроцилиндровкаквраздельноймодели заменить силами, тоисследуемая система превратитсяв механизм. Это связано с тем,что в модели будут отсутствоватьРис. 162. Схема размещениякинематические граничные услошарниров крана-манипуляторавия, предотвращающие вращение.Из-за наличия в матрицах жесткости конечных элементов составляющих, отвечающих за перемещения конструкции как жестокоготела, бесконечно малые усилия, приложенные к грузозахватному органу, вызовут бесконечно большие перемещения. Это не допустимо,поэтому процесс расчета будет автоматически прерван.Несущая металлоконструкция крана-манипулятора являетсятонкостенной. Это означает, что изменениями напряжений по толщине стенки можно пренебречь и считать их постоянными.
Поэтомудля исследования ее напряженно-деформированного состояния использованы плоские трех- и четырехузловые конечные элементы, моделирующие поведение трехмерных пластин и оболочек.166Расчеты с использованием универсальных программных комплексовДля всех элементов крана-манипулятора характерный размерконечного элемента принят равным 5 мм. При разбиении отношениелинейных размеров конечных элементов поддерживалось близким к1. Так как в этом случае конечноэлементная модель дает наиболееточные результаты.
Созданные конечноэлементные модели проверены на правильность построения с помощью встроенных в МКЭ-пакетсредств. В результате были исключены разрывы сетки и нарушениягеометрии конечных элементов.Материал несущей металлоконструкции моделировался изотропной средой. Были заданы следующие характеристики материала:модуль упругости E = 2,1⋅1011 Па; коэффициент Пуассона µ = 0,3; плотность 7850 кг/м3. Свойства заданы для отдельных групп конечныхэлементов.
При этом указывалась толщина конструкции в областирасположения конечного элемента.Рассмотрим особенности раздельной конечноэлементной модели. На рис. 163 показаны фрагменты сеточной модели рукояти.а)б)в)г)д)е)Рис. 163. Фрагменты сеточной модели рукояти:а, б – основание рукояти; в – область опирания рукояти на стрелу;г – область крепления гидроцилиндра; д – область крепления крюка;е – одно из ребер жесткости167Расчеты с использованием универсальных программных комплексовНа рис.
164 и 165 показаны фрагменты сеточной модели стрелы.а)б)в)Рис. 164. Фрагменты сеточной модели стрелы:а – основание стрелы, б – область крепления верхнего гидроцилиндра;в – область опирания рукояти на стрелуа)б)в)Рис. 165. Фрагменты сеточной модели стрелы:а – основание секции; б – область крепления нижнего гидроцилиндра;в – область крепления верхнего гидроцилиндра168Расчеты с использованием универсальных программных комплексовНа рис. 166 показаны фрагменты сеточной модели поворотнойколонны.а)б)в)г)Рис. 166. Фрагменты сеточной модели поворотной колонны:а – проушина крепления стрелы, б – проушина крепления гидроцилиндрав – область крепления ребер к корпусу; г – кронштейнНа рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
