Металлические конструкции ГПМ

z - заданное число циклов, на котором проверяется выполнение условия ограниченной долговечности. По материалам [8] z еi Ne , Ne - заданное характеристическое число;

При проверке выполнения данного условия для сварных узлов, как правило, принимают макси-

n - коэффициент надёжности по назначению конструкции или её элемента, (табл.2);

d 0,7 0,85 - коэффициент условий работы, в данном случае учитывает неточность моделирова-

ния процессов нагружения и накопления циклического повреждения, (табл.3);

m 0,9 0,95- коэффициент надёжности по характеристике материала, меньшие значения для РЗ- 2 и узлов существенно отличающихся от базовых типов (см. табл.6);

Если действующие напряжения в РЗ – max и min в выражениях (4.6.12) и (4.6.13) опре-

делены МКЭ с использованием плоских или пространственных элементов как эквивалентные напряжения по теории Фон Мизеса, то в условиях (4.6.16) – (4.6.19) следует использовать первые формула, т.е. без учёта red1 . При этом погрешность расчёта идёт в запас надёжности

Если условие неограниченной долговечности выполнено, то нет необходимости проводить дальнейшую проверку на сопротивление усталости при ограниченном числе циклов нагружения. Если же это условие не выполнено, это не означает, что данная конструкция имеет недостаточную долговечность, так как реальное число циклов нагружения, как правило, оказывается меньше базового – N* 5 106 циклов. В этом случае следует проводить расчёт на сопротивление усталости с учётом фактического числа циклов работы крана.

4.6.6.7 Определение параметров эквивалентного нагружения

Эквивалентное стационарное нагружение имеет три параметра I. Эквивалентное напряжение – ef ;

II.Эквивалентное число циклов нагружения – ze ; III. Коэффициент асимметрии – R 1;

Для расчёта на ограниченную долговечность необходимо определить дополнительные параметры нагружения РЗ. При решении этой задачи возможны следующие ситуации (I или II):

I. В процессе эксплуатационного нагружения можно выделить 2-3 ХТЦ35, существенно отличающихся структурой процесса изменения напряжений в РЗ (например, одна часть циклов работы крана производится с перемещением тележки и моста, а другая – только с перемещением тележки); каждому ХТЦ соответствует своя частота реализации j при соблюдении условия

j 1.

Вэтом случае вычисляются параметры глобального цикла нагружения РЗ в пределах каж-

дого ХТЦ, т.е. напряжения max j ( max j ) при работе с номинальным грузом и min j ( min j ), j - номер ХТЦ. Затем находятся значения приведённых к симметричному циклу напряжений в РЗ, также в пределах каждого ХТЦ, которые согласно (4.6.13) и (4.6.14), равны:

вреждений, создаваемых эксплуатационным и эквивалентным нагружениями. Формула для вычисления эквивалентного числа циклов нагружения:

При расчёте остаточного ресурса работы крана Z CТФ ( CТФ - задаваемое фактическое число циклов работы крана, которое он должен отработать за свой нормативный или «желательный» срок службы). При расчёте на стадии проектирования, число циклов работы крана за

Обязательным условием является: j 1 2 3 4 5 1.

Число циклов работы крана за срок службы Ne находят по пояснению к формуле (4.6.22).

ждение за число циклов – Z, что и эквивалентный режим нагружения с параметрами ef , R 1 за число циклов

ze

Суммирование в формуле (4.6.22) производится по всем повреждающим циклам. Для того чтобы не учитывать неповреждающие циклы нагружения следует использовать следующие рекомендации:

чения для кранов с большими значениями динамического коэффициента, жёстким подвесом груза37);

для главных балок козловых кранов с консолями ej 1,2 1,5 ;

для узлов соединения главных и концевых балок мостовых кранов и соединения жёст-

ких опор с пролётным строением козловых кранов ej 1,5 2,0 ;

для стрел портальных грейферных кранов ej 1,5 2,5 ;

для стрел портальных монтажных кранов ej 1,4 1,8 ;

для колонн портальных грейферных кранов ej 1,6 2,0 ;

для расчёта РЗ-2 по числу циклов работы крана ej 3,0 4,0 .

Для разных ХТЦ, значения ej можно выбирать из предложенных интервалов, принимая

для более сложных ХТЦ со значительными динамическими нагрузками большие значения, а для простых ХТЦ, с малым числом движений – меньшие.

В тех случаях, когда кран не оборудован ограничителем грузоподъёмности и в процессе эксплуатации возможно превышение его номинальной грузоподъёмности - Q , рекомендуемые значения коэффициента ej следует умножить на :

где: max Zmax Z - относительная частота перегрузок;

max Qmax Q - относительное превышение номинальной грузоподъёмности при перегрузке. Значе-

ние max допускается принимать по табл.7-8

II. Структуры циклов не известны, поэтому для каждой РЗ выбирается только один ХТЦ, при котором в ней возникает наибольший размах напряжений38; этот вариант моделирования даёт более пессимистическую оценку долговечности. При этом используется тот же алгоритм (что и в ситуации I) при 1 1 и 2 3 ... 0 . Экстремумы глобального цикла, значения на-

пряжений max , определяют при работе с номинальным грузом. В результате:

Рекомендации по определению значений коэффициента ej приведены выше.

37Текст в скобках относится и ко всем остальным случаям.

38Т.е. предполагается, что кран работает только с грузом определённой массы и без оного – стационарный режим нагружения.

ХТЦ2

в)

Рис. 46

kФН 2,0...2,5 - при оценке фактической наработки по справке о характере работы крана или результатам наблюдений, большие значения при неопределённом типе ХТЦ;

4.8 Краткий алгоритм проведения расчётной оценки остаточного ресурса

по схеме А

1.Определение параметров характерных технологических циклов (ХТЦ) крана;

2.Установление расчётных зон (РЗ);

3.Расчёт максимальных и минимальных напряжений в расчётной зоне.

Данный расчёт для мостовых кранов можно произвести по методике изложенной в п.3.3 со следующими поправками:

В формуле (3.3.1) коэффициент перегрузки не учитывается – КД 1;

При определении значений нормальных и касательных напряжений ( max , min max min )

данные напряжения подлежат корректировке согласно п.4.4

4.Расчёт на неограниченную долговечность (расчёт по напряжениям), п. 4.6.6.6.

Проведение дальнейших расчётов производится при необходимости, т.е. если расчёт на неограниченную долговечность дал отрицательный результат.

5.Расчёт на ограниченную долговечность, п. 4.6.6.7.

6.Оценка остаточного ресурса, п.4.7

При определении параметров ХТЦ, необходимо учитывать, что кран по условиям производства может работать по определённому типу ХТЦ и неопределённому типу ХТЦ. Определённый тип ХТЦ: При определённом типе ХТЦ, кран перемещает грузы определённой массы по определённой траектории, характерной в основном только для грузов этой массы. Например:

1.ХТЦ 1 – груз массой Q1, (рис.46 а);

2.ХТЦ 2 – груз массой Q2, (рис.46 б);

3.ХТЦ 3 – груз массой Q3, (рис.46 в);

Ккранам с определённым типом ХТЦ, можно отнести разливочные краны на металлургическом производстве, некоторые технологические краны и т.д.

Неопределённый тип ХТЦ: При неопределённом типе ХТЦ, кран перемещает грузы различной массы по различным траекториям. Например:

К кранам, работающим по неопределенному типу ХТЦ можно, например, отнести краны, работающие в шихтовых пролётах.

Пример расчёта

Рассчитываемый кран находится в шихтовом пролёте, поэтому имеет место неопределённый тип ХТЦ. Принимается, что данный расчёт производится на предприятии, см. п. 4.6.4.

1. Параметры ХТЦ

Характеристика перемещаемых грузов:

1. Q1=16.000 кг. – 25 циклов в смену, (ХТЦ 1);

2.Q2=12.000 кг. – 15 циклов в смену, (ХТЦ 2);

3.Q3=8.000 кг. – 10 циклов в смену, (ХТЦ 3);

4.Q4=5.000 кг. – 8 циклов в смену, (ХТЦ 4);

5.Q5=3.000 кг. – 5 циклов в смену, (ХТЦ 5);

Итого у крана имеется 5 ХТЦ со следующими весовыми коэффициентами – j :

1.ХТЦ 1 – 1 0,397 ;

2.ХТЦ 2 – 2 0,238;

3.ХТЦ 3 – 3 0,159 ;

4.ХТЦ 4 – 4 0,127 ;

5.ХТЦ 5 – 5 0,079;

2. Установление расчётных зон – РЗ.

Расчёт произведём для РЗ находящейся на расстоянии 1/4 b от середины пролёта, где b – база тележки.

3. Расчёт максимальных и минимальных напряжений

Расчёт максимальных и минимальных действующих напряжений будем производить без учёта коэффициента перегрузки. Значения действующих напряжений в каждом ХТЦ сведём в таблицы для каждого сечения отдельно. При определении коэффициента ассиметрии цикла примем допущение, что для указанных расчётных зон (РЗ) он всегда положителен – R 0 .

Сечение а – а, (РЗ-I)

Расчёт на неограниченную долговечность (расчёт по напряжениям)

Предел выносливости при симметричном цикле на базе N0 2 106 циклов.

Предел выносливости сварного узла вычисляем по формуле:

1К kt 1КВ ;

где: kt - коэффициент влияния толщины основного элемента сварного узла;

где: t 12 мм.- толщина того элемента узла, по которому происходит усталостное разрушение; t0 20 мм;

1KB 63 МПа (642 кгс/см2)- базовый предел выносливости – группа узлов – 5 (п.15 табл.23)

1K 1,1 63 69,3 МПа

1K 707 кгс/см2

Предел выносливости при произвольном значении коэффициента асимметрии цикла.

где: R 0,457 - коэффициент ассиметрии цикла;

39 Данное обозначение расчётных зон является их порядковым номером. Не путать с типами расчётных зон по

'd 0,93- дополнительный коэффициент условий работы по СРПС при циклическом нагруже-

нии:

ef 29,152 МПа;

ef 297,3 кгс/см2;

Условие неограниченной долговечности:

ef n d m 1K m0,4 ;

Вывод: Условие неограниченной долговечности выполнено, это означает, что узел конструкции

Несмотря на выполнение условия неограниченной долговечности, приведём пример расчёта на ограниченную долговечность.

Определение пределов выносливости при произвольном значении коэффициента асимметрии каждого ХТЦ.

Определение дополнительного коэффициента условий работы по СРПС при циклическом нагружении:

Определение показателей наклона усталостной кривой:

m 4,71;

mj

3,3

lg B lg RKj

Определение значений приведённых к симметричному циклу напряжений, кгс/см2.

Определение параметров неповреждающих циклов нагружения

1K* 1К m0,4

1K* 69,3 4,71 0,4 57,05 МПа

В соответствии с условием указанным в п.1.6.6.7 – все циклы неповреждающие, что подтверждает выполнение условия неограниченной долговечности. Тем не менее, произведём расчёт эквивалентного числа циклов нагружения: