Проблемы двутавровой балки, с местными напряжениями в колесе, поддерживающем кромки

Авторы: Damian  Gaska, Tomasz Haniszewski

Источник (англ.): Transport problems 2014. VI International scientific conference - Katowice - 25-27 June 2014.

 

 

Введение

Были применены однобалочные дороги [1-5]:

- в кранах грузоподъемностью Q=25t и пролетом L=25 м,

- в подвесных конвейерах (одно и двух),

- В подвесных горных железных дорогах.

Основная балка в подъемных кранах жестко связана с буферными пучками и создает накладные расходы передвижная структура. Это может быть I-образная или тонкая балка с двойной коробкой (рис.1). Часто конструкция балок выполнена из обычных горячекатаных балок с наклонными фланцами, при которых коническое или сферическое колесо с одним фланцем или без фланцев (рис. 1a). Существует также двутавр в форме параллельных фланцев, на котором роликовое колесо верхних валков подъема (рис.1b). Нижние фланцы, в соответствии с анализом усилия балки должны иметь чуть большую толщину из-за:

- относительно высокое напряжение на свободном краю фланцев,

- появление дополнительных контактных напряжений в момент прохождения колес подъема,

- абразивно-адгезионный износ верхней поверхности нижних фланцевых пластин от контакта с подъемником колеса.

Соответственно, вводится специальная конструкция сварных конструкций из балок, состоящая из двух различных Т-образных балок (рис.1c). Нижняя Т-образная балка имеет более толстые полки, цилиндрические подрезы при переходе полотна. Подрезание радиуса будет затухать соответствующую выемку и предпочтительно влияют на усталостную прочность и долговечность балки. Кроме того, упрочняющая поверхность полки может также можно использовать для повышения долговечности, тем самым уменьшая износ при контакте с колесами.

Рисунок 1. Поперечные сечения основной балки при подъеме кранов: а) от I-образной балки согласно PN-EN 10024: 1998, б) параллельная фланцевая I-образная балка согласно PN-EN 10034: 1996, c) сварной конструкции из двух T-образных стержней, d) балка с  нагрузками на нижний фланец

Подвесной конвейер или рельс на поездах неподвижны как однобалочная балка с I-образным профилем или другая, после чего качающийся вал или колесные вагоны [1, 5]. Направляющие для конвейеров могут быть сделанные из I-образных балок, как балки кранов (рис.1). Они также могут быть изготовлены в форме балок с открытым поперечным сечением или щелью, состоящая из профилей или листового металла (рис.2).

1. Компоненты напряженного участка по средством локальной нагрузки от давления колеса

При расчете прочности балок для подвесного транспортного оборудования также необходимо учитывать специальную работу локально нагруженных нижних фланцев балки. Помимо общей основного изгиба напряжения, действующего в направлении X (рис.3а), также появляется местное отклонение фланцев. Там будет то двухосное напряженное состояние на нижних фланцах (рис. 3b) из-за появления дополнительного напряжения в направлении Y.

В расчетной модели фланцы можно рассматривать как бесконечно длинную пластину, ограниченную на точку переходного полотна к фланцу и со свободным краем на конце. Для такой принятой модели наибольшее нормальное напряжение от изгиба фланца локальной сосредоточенной силы Р (давление пары колес) происходит в соответствии с [6]:

Рисунок 2. Формы рельс для тележек и подвесных конвейеров: а) состоят из двух специальных изогнутых стержней, б) состоящий из двух листовых металлических оболочек, в), состоящий из одной прорези холодногнутой секции, d) образованной из двух холодногнутых полых секций, д) структура, состоящая из усиленных угловых стержней[1]

- в поперечном сечении, где переходное полотно направлено к фланцу (точка 0, рис. 3b) и составляет:

      - в плоскости YZ в направлении оси y:

        - в плоскости XZ в направлении оси x:

- в поперечном сечении, где нагрузка на колесо (точка 1, рис. 3b) составляет:

         - в плоскости YZ в направлении оси y:

         - в плоскости XZ в направлении оси x:

- в конце фланца и составляет (точка 2, рис. 3b):

          - в плоскости XZ в направлении оси x:

Где: P - сила под колесом, tcp - толщина фланца в его средней точке.

Получим такие значения:

Согласно [7], когда нижний фланец армирован сварным металлическим листом, толщина равна ширине и длине, чем можно предположить, что напряжения в соответствии с формулами (1-5) достаточны для проверки усилия колеса. Для длинных подкреплений, приваренных к нижнему фланцу нет конкретных указаний в стандартах аналитического проектирования кранов.

2. Общие правила для проектирования подвесного крана

Согласно [6] материал поперечного сечения части крана должен быть выбран так, чтобы при возникновение одной вычислительной нагрузки, с учетом парциальных коэффициентов безопасности в соответствии с [8], в то время как возникновение двухосного нормального напряжения и сдвига напряжение - условие выполнено [9]:

При расчете напряжения следует включать все внутренние силы, возникающие в несущих нагрузках система:

а) для расчета нормальных напряжений: осевой силы, изгибающего момента и бимомента,

б) для расчета напряжения сдвига: силы сдвига и момента.

Для определения размеров основной балки нижнего крана следует учитывать дополнительное напряжение изгиба местных фланцев по формулам (1-5). Местные напряжения могут быть уменьшены на единицу из-за гибкости пластин фланца или дополнительного пластического натяжения пропускной способности сети. Тогда условие (6) при проверке поперечного сечения принимает вид (см. рис. 4):

а) для точки 0 согласно рис. 3b:

Рис 3. Способ нагрузки и компоненты напряженного состояния: а) без влияния на локальный изгиб на нижний фланец, б) в случае локального изгиба нижнего фланца

б) для точки 1 согласно рис. 3b:

c) для точки 2 согласно рис. 3b:

3. Выводы

Переносные мостовые краны или конвейеры используются для легкого и дешевого транспортирования, занимающее относительно небольшое пространство. Подвесные транспортные средства обычно используют однобалочную дороги, например, в подъемных кранах или фиксированных одиночных или многопролетных балках, подвешенные к крыше, сидящих на столбах или кронштейнах.

В случае с краном размеры стрелы для подвесного подъемника или лебедки - должны быть выполненных на основе стандартной конструкции кранов с использованием формул (7-9). Необходимо в этом отношении также учитывать за пределами общих изгибов дополнительных компонентов связанных с напряжением местных изгибов фланцев с помощью кранов или колесных пар лебедок. Однако для укрепления нижнего фланца следует применять метод конечных элементов.

Литература

1. Chmurawa, M. & Gąska, D. Problemy wymiarowania ustrojów nośnych dla przejezdnych

podwieszonych urządzeń transportowych. Transport Przemysłowy Nr 2/2004, s. 6-9. [In Polish:

Problems of dimensioning of load carrying structures for overheas transport equipment. Industrial

transport]

2. Gąska, D. & Haniszewski, T. & Margielewicz, J. The product safety issues at the design and use of

cranes. Some actual issues of traffic and vehicle safety. Ed. by Aleksander Sładkowski. 2013, pp.

243-270.

3. Goździecki, M. & Świątkiewicz, H. Przenośniki. WNT. Warszawa 1979. [In Polish: Goździecki, M.

& Świątkiewicz, H. Conveyors]

4. Grabowski, E.: Współczesne suwnice pomostowe. Transport Przemysłowy Nr 1/2000. [In Polish:

Grabowski, E.: Todays overhead travelling cranes. Industrial transport]

5. Mannesmann Demag Fördertechnik AG prospectus.

6. EN 15011:2011+A1:2014. Cranes - Bridge and gantry cranes.

7. EN 1993-6:2009. Eurocode 3: Design of steel structures. Part 6: Crane supporting structures.

8. EN 13001-2:2011: Crane safety - General design - Part 2: Load actions.

9. EN 13001-3.1:2011: Cranes - General Design - Part 3-1: Limit States and proof competence of

steel structure.