Диссертация (Обоснование параметров металлоконструкций грузовых тележек кранов мостового типа на основе универсальной компоновочной схемы), страница 6

С использованием МКЭ производится проверочные расчёты напряжённодеформированного состояния металлоконструкции с последующей корректировкой параметров входящих в неё элементов.Задача расчёта металлоконструкции аналитически может быть решена вразличных постановках, каждая из которых содержит свой характерный наборограничений и упрощений.

Как указанно в работах [39, 53, 89, 122]: «наиболеераспространена постановка задачи, в которой расчёт металлоконструкции можнопроизводить разложением её на отдельные двухопорные балки, каждая из которыхрассматривается независимо от остальных. При этом для определения максималь-29но возможного изгибающего момента в средней части балки её рассматривают какшарнирно опёртую, для определения максимально возможного момента в опорнойчасти – как защемлённую».При проведении аналитических расчётов металлоконструкций грузовых тележек могут использоваться известные методы строительной механики и сопротивления материалов [5, 10, 16, 39, 43, 58, 106, 108, 107, 111, 122, 130, 148], либоприближенный метод расчёта, который позволяет определять значения вертикальных нагрузок в точках опоры металлоконструкции на ходовые колёса, а также величины усилий в её элементах. Данный метод подробно описан в [43, 122].Согласно [41, 43, 89, 122]: «рама тележки представляет собой упругую систему, не рекомендуется заменять группы сил их равнодействующими: это приводит к искажению расчётных величин моментов в балках и опорных сил давлениярамы».Также в работах [41, 43, 89, 122] указано «при проведении расчётов особоевнимание уделяют жёсткости рамы.

Для её гарантированного обеспечения во многих источниках рекомендуется производить расчёт металлоконструкции тележкисущественно занижая максимальные допускаемые напряжения. Так, при расчётеэлементов рам из стали марки Ст3 с пределом текучести 245 МПа принимаютследующие значения допускаемых напряжений:– для продольных балок, располагаемых перпендикулярно валам механизмаподъёма, 100-110 МПа.– для поперечных балок, располагаемых параллельно валам механизмаподъёма, 80-90 МПа.Снижение напряжений в поперечных балках по сравнению с напряжениямив продольных балках позволяет избежать скручивания продольных балок, на которых устанавливаются электродвигатели, редукторы и подшипники механизмовподъёма, что предотвращает нарушения нормальной работы механизмов.

Крометого, при достаточной жёсткости поперечных балок сварные швы, соединяющиеэти балки с продольными балками, работают почти на чистый срез».30Описанный подход с использованием заниженных допускаемых напряженийнеизбежно приводит к завышению массы металлоконструкции тележки, что подтверждается расчётами с использованием конечно-элементного анализа.Расчёты металлоконструкции грузовой тележки, проведённые в [82] c помощью программного комплекса APM StructFEM Prof показали, что статическаяпрочность продольной балки в местах установки угловых букс не обеспечена. Приэтом уровень напряжений в элементах рамы весьма низок и имеются значительные резервы для уменьшения её материалоёмкости [41, 43]. Запас устойчивостиконструкции достаточен, и можно уменьшить толщину листового металла, используемого при изготовлении балок, без ущерба для несущей способности тележки [41, 43].

Исходя из этого можно утверждать, что материалоёмкость большинства эксплуатируемых на данный момент грузовых тележек завышена, а имеющиеся методики расчёта рам не полностью отражают реальные условия нагружения [41, 43, 82].Проведенный анализ позволяет сделать следующие выводы.1. В основу используемых методов проектирования грузовых тележек положен процесс постоянного циклического улучшения исходной конструкции, чтозначительно увеличивает трудоёмкость создания новых образцов грузоподъёмнойтехники [41, 43].2.

Применяемые на данный момент методики расчёта несущих металлоконструкций грузовых тележек способствуют завышению их материалоёмкости припроектировании [41, 43].3. Не существует научно обоснованных нормативных методов для определения максимально допустимой деформации отдельных элементов и всей рамы в зависимости от конструкции, назначения, условий эксплуатации тележки, характеристик установленных механизмов и схем применяемых полиспастов [27, 41, 43].4. Отсутствие чёткой стандартизации грузовых тележек затрудняет построение общей универсальной расчётной модели [41, 43].5.

Метод конечных элементов позволяет с высокой точностью моделироватьнапряжённо-деформированное состояние металлических конструкций подъёмно-31транспортных машин, достигаемое в период их нормальной эксплуатации, чтоподтверждается результатами ряда проведённых исследований. Применение данного метода открывает возможность объективно анализировать прочность, жёсткость, устойчивость и другие показатели несущих металлоконструкции грузоподъёмной техники, разрабатываемых в рамках научных исследований, без обязательного использования натурного эксперимента.1.3 Выводы по первой главеНа основе проведённого анализа научно-технической литературы можносделать следующие выводы.1.

Существующие грузовые тележки имеют ряд трудно устранимых недостатков, связанных с общим устройством их несущих металлоконструкций, которые содержат в себе узлы, способствующие возникновению концентрации напряжений и появлению усталостных разрушений.2. На данный момент не выработаны единые методические взгляды на вопросы проектирования опорных крановых тележек кранов мостового типа общегоназначения, размещение отдельных элементов металлоконструкции осуществляется индивидуальным решением специалиста, ведущего разработку [26]. Качествополученной конструкции напрямую зависит от опыта и квалификации инженерного персонала.3.

Существующие компоновочные схемы несущих металлоконструкций иметоды их расчёта способствуют значительному увеличению материалоёмкости,не полностью отражают реальные условия нагружения и не учитывают особенности конструкции отдельных узлов.4. Существует необходимость создания универсальной компоновочной схемы металлоконструкции грузовой тележки с общей расчётной моделью, котораяможет применяться для грузоподъёмных машин мостового типа общего назначения и позволит реализовать единый подход к проектированию [43].321.4 Постановка целей и задач исследованияЦель исследования – совершенствование грузовых тележек кранов мостового типа общего назначения за счёт применения новых конструктивных решенийи проектных подходов при определении параметров их несущих металлоконструкций.Задачи исследования.

Для достижения указанной цели необходимо решитьследующие задачи.1. Разработать принципиальные универсальные компоновочные схемы несущих металлических конструкций грузовых тележек кранов мостового типа общего назначения комплексной и модульной конфигурации, позволяющие реализовать единый подход к их проектированию.2. Исследовать особенности формирования сочетаний нагрузок, действующих на металлоконструкции грузовых тележек, с учётом современных системуправления приводами расположенных на них механизмов.3. Разработать математическую модель структурного-параметрическогосинтеза металлоконструкции грузовой тележки крана мостового типа общегоназначения на основе универсальной компоновочной схемы комплексной конфигурации.4.

Разработать математическую модель структурного-параметрическогосинтеза металлоконструкции грузовой тележки крана мостового типа общегоназначения на основе универсальной компоновочной схемы модульной конфигурации с возможностью её структурной рекомбинации в процессе эксплуатации.5. Разработать методику проектирования металлоконструкции грузовой тележки крана мостового типа общего назначения на основе универсальной компоновочной схемы комплексной и модульной конфигурации.33ГЛАВА 2 ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ УНИВЕРСАЛЬНЫЕ КОМПОНОВОЧНЫЕСХЕМЫ НЕСУЩИХ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ ГРУЗОВЫХ ТЕЛЕЖЕККРАНОВ МОСТОВОГО ТИПА ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ2.1 Принцип построения универсальной компоновочной схемыметаллоконструкции грузовой тележки крана мостового типа общегоназначенияПод универсальной компоновочной схемой (УКС) будем понимать многокомпонентную типовую схему расположения взаимосвязанных несущих элементов металлоконструкции, объединённых единой иерархической структурой,способную подстраиваться под любую конфигурацию устанавливаемого рабочегооборудования.

Тип элемента и его положение в иерархической структуреуниверсальной компоновочной схемы регламентируется его функциональнымназначением[24].Врамкахпроводимогоисследованияпредлагаетсятрёхкомпонентная принципиальная схема несущей металлоконструкции грузовойтележки, включающая следующие составляющие:1. Компоненты первого типа (К1) – элементы, образующие основнойнесущий каркас тележки. Представляют собой диагонали компоновочной площади тележки (диаметры описанной вокруг номинальной площади окружности) [24].2.

Компоненты второго типа (К2) – элементы, используемые для соединения несущего каркаса в единую металлоконструкцию. Представляют собой хордыописанных и вписанных в компоновочную площадь окружностей [24].3. Компоненты третьего типа (К3) – элементы, соединяющие компонентывторого типа между собой. Представляют собой звенья, сонаправленные с радиусами описанной и вписанных в компоновочную площадь окружностей [24].Основное преимущество универсальной компоновочной схемы заключаетсяв возможности её трансформации согласно действующим конструкционным иэксплуатационным требованиям и ограничениям путём корректировки положенияи размерных параметров отдельных несущих элементов как индивидуально, так ив рамках крупных структурных единиц, с сохранением общей логики построения34металлоконструкции и принципов взаимосвязи отдельных узлов.

По способу компоновки выделим универсальные компоновочные схемы комплексной и модульной конфигурации.1. Универсальная компоновочная схема комплексной конфигурации(УКСКК) подразумевает компоновку и расчёт металлоконструкции с учетом общей картины нагруженности тележки.2. Универсальная компоновочная схема модульной конфигурации (УКСМК)подразумевает компоновку и расчёт металлоконструкции с учётом раздельногоанализа нагруженности совокупностей элементов, объединённых в модули.2.2 Принципиальная универсальная компоновочная схемаметаллоконструкции грузовой тележки комплексной конфигурацииГрузовые тележки на основе универсальной компоновочной схемы металлоконструкции 4 (рисунок 2.1) включают в свою структуру один или несколькомеханизмов подъема 1 (главный и вспомогательный), полиспасты которых могутбыть выполнены по различным кинематическим схемам, опорные устройства тележек 5, центральный или раздельный механизм передвижения 3, элементы электрооборудования, а также дополнительные узлы и элементы, обеспечивающиенадёжную и безопасную работу установленного оборудования [27].Согласно требованиям, предъявляемым к конструкции грузоподъёмноймашины [23, 27], тележки могут изготавливаться в опорном или подвесномисполнении.Металлоконструкция,выполненнаяисходяизуниверсальнойкомпоновочной схемы комплексной конфигурации (рисунок 2.2), включает в себянастил, главные несущие элементы 1 (К1), которые располагаются по диагоналиот угловых узлов 5 к центральному узлу 4 и образуют основу тележки, хордовые 2(К2) и радиальные 3 (К3) связующие элементы [27, 91, 93].35а)б)Рисунок 2.1 – Общий вид грузовых тележек на основе универсальнойкомпоновочной схемы: a – опорного исполнения; б – подвесного исполнения(1 – механизм подъёма; 2 – верхние блоки канатного полиспаста; 3 – механизмпередвижения; 4 – металлоконструкция; 5 – колёсные блоки; 6 – стойки)а)б)Рисунок 2.2 – Металлоконструкции грузовых тележек на основе универсальнойкомпоновочной схемой комплексной конфигурации: a – сварная металлоконструкция; б – металлоконструкция с разъёмными резьбовыми соединениямиэлементов (1 – главные несущие элементы; 2 – хордовые связующие элементы;3 – радиальные связующие элементы; 4 – центральный узел металлоконструкции;5 – угловой узел металлоконструкции)36Внешняя нагрузка, прикладываемая к металлоконструкции в точках опорыустановленных механизмов, воспринимается связующими элементами и черезглавные несущие элементы передается к угловым узлам, где воздействует наопорные устройства тележек [27].