Определение возможности повышения грузоподъемности мостового крана сверх номинальной

Определение возможности повышения грузоподъемности мостового крана сверх номинальной

26 ноября 2015
Буров А.Е.,
Александров В.Н.,
Бурдинский С.А.,
Андрианов С.Г..,
Черняева Н.С.;
Говорова И.А.
ООО НПО «СибЭРА» г. Красноярск


Решалась задача «Определение возможности использования крана грузоподъемностью 200 т. для разовых подъемов грузов массой до 220 т».
С этой целью проведена экспертиза промышленной безопасности крана и подкрановой эстакады, выполнены водолазные работы по обследованию подводной части причала, геодезические съемки подкрановых путей, измерения сопротивления изоляции и заземляющих устройств, разработаны чертежи траверсы для подъема груза, поверочные расчеты на нагрузку 220т и 250т металлоконструкций крана и подкрановой эстакады.

При проведении натурного обследования и толщинометрии металлоконструкций, механизмов крана и эстакады дефектов, препятствующих безопасной эксплуатации, не выявлено.

При изучении исполнительной документации и натурном обследовании фундаментов подкрановой эстакады и водолазного обследования подводной части причала дефектов, препятствующих безопасной эксплуатации, не выявлено.
В качестве испытательного груза использовались (фото 2), понтон плавучего крана КПЛ-16-30, трюмная вода, грузы установленные на понтон, траверсы и строповые канаты.

Динамические испытания подъемного сооружения грузом массой 220т показали работоспособность механизмов и металлоконструкций крана, а также металлоконструкций подкрановой эстакады.

В результате статических испытаний подъемного сооружения грузом массой 250т
фактический прогиб моста крана на середине пролета составил 49 мм при допуске 68 мм.

Прогиб консоли подкрановой эстакады в крайней точке консоли составил 18 мм при расчетном 25,1 мм.

Статический анализ напряженно-деформированного состояния (НДС) конструкции пролетной балки мостового крана выполнен методом конечных элементов (МКЭ) с использованием открытой интегрируемой платформы конечно-элементного анализа CAE Linux (открытый ресурс www. caelinux.com). В расчетах использовался узловой конечный элемент пластины второго порядка с 6-ю степенями свободы в узловых точках. Конечно-элементная модель включала около 104 тыс. узлов. В областях действия максимальных напряжений применялась более мелкая конечно-элементная сетка. Упругие константы материала принимались для стали 09Г2С: модуль упругости 208 ГПа; коэффициент Пуассона – 0,3; плотность – 7800 кг/м3.

Твердотельная модель конструкции и расчетная схема представлена на рис. 1. Нагрузка от веса тележки и груза задавалась в узлах конечно-элементной модели, находящихся в пределах базы тележки – 3,3 м, в центре пролета длиной 33,5 м.

Рассматривалась наиболее нагруженная пролетная балка. Собственный вес конструкции учитывался в расчете путем задания инерционной нагрузки (ускорение свободного падения по оси Y 9,8 м/с2).

Анализ общего НДС выполнялся для предельного состояния, характеризующего нарушение несущей способности в результате однократной статической нагрузки. В качестве эквивалентных использовались значения наибольших нормальных напряжений (I теория прочности). В этом случае считается, что касательными напряжениями в зоне действия максимальных напряжений можно пренебречь.

ris57.png















Рис. 1.


Для анализа рассматривались следующие расчетные случаи.

ris70.JPG








Анализируемые сечения (рис. 1):
а. Центр пролета
б. Место соединения пролетной и концевой балок

Ниже приведены результаты вычислений для расчетных случаев и сечений. Все значения указаны в МПа.


ris58.png
















Рис. 2. Общий вид распределения наибольших нормальных напряжений для случая 1 (на рисунке «удалена» вертикальная стенка).

ris59.png




















Рис. 3. Общий вид распределения наибольших нормальных напряжений для случая 2.


Сводная таблица результатов вычислений

ris71.JPG











* - максимальное значение для всей конструкции

Выводы.
1. Допускаемые напряжения для конструкций мостового типа можно определить по формуле:
ris66.png


где R0.2 – нормативный предел текучести; n0.2 – коэффициент запаса.

В данном случае, для стали 09Г2С получаем

ris67.png
МПа


Таким образом, максимальные напряжения не превышают допустимого уровня напряжений для всех расчетных случаев и сечений.

2. Наиболее нагруженными сечениями для всех расчетных случаев являются места сочленения пролетной и концевой балок и центр пролета.

Статический анализ напряженно-деформированного состояния (НДС) конструкции эстакады в пределах консольной части и опор А и Б выполнен методом конечных элементов (МКЭ) с использованием открытой интегрируемой платформы конечно-элементного анализа CAE Linux (открытый ресурс www. caelinux.com). В расчетах использовался узловой конечный элемент пластины второго порядка с 6-ю степенями свободы в узловых точках. Конечно-элементная модель включает около 180 тыс. узлов. В областях действия максимальных напряжений применялась более мелкая конечно-элементная сетка. Упругие константы материала принимались для стали 09Г2С: модуль упругости 208 ГПа; коэффициент Пуассона – 0,3; плотность – 7800 кг/м3.

Учитывая симметричность геометрии и приложения нагрузки, моделировалась 1/2 конструкции эстакады, X-Y – плоскость симметрии. Действие со стороны симметричной части моделировалось ограничением перемещений по оси Z в местах крепления поперечных связей подвески. Твердотельная модель конструкции и расчетная схема представлена на рис. 1. Нагрузка от веса крана и груза задавалась в узлах конечно-элементной модели, находящихся в пределах базы крана – 10,8 м. Собственный вес конструкции учитывался в расчете путем задания инерционной нагрузки (ускорение свободного падения по оси Y 9,8 м/с2).

ris60.png




















Рис. 1.

Анализ общего НДС выполнялся для предельного состояния, характеризующего нарушение несущей способности в результате однократной статической нагрузки. В качестве эквивалентных использовались значения наибольших нормальных напряжений (I теория прочности). В этом случае считается, что касательными напряжениями в зоне действия максимальных напряжений можно пренебречь.

Для анализа рассматривались следующие расчетные случаи.

ris72.JPG










Анализируемые сечения (рис. 1):
а. Крепление подвески к консольной части эстакады
б. Середина консольной части эстакады
в. Опорное сечение А (крепление подвески)
г. Опорное сечение Б (крепление подвески)

Ниже приведены результаты вычислений для расчетных случаев и сечений. Все значения указаны в МПа.

ris61.png





















Рис. 2. Общий вид распределения наибольших нормальных напряжений (МПА) для случая 1.


ris62.png



















Рис. 3. Общий вид распределения наибольших нормальных напряжений (МПА) для случая 2.


ris63.png



















Рис. 4. Общий вид распределения наибольших нормальных напряжений (МПА) для случая 3.


Сводная таблица результатов вычислений

ris73.JPG








* - максимальное значение для всей конструкции

Выводы.
1. Допускаемые напряжения для конструкций мостового типа можно определить по формуле:
ris68.png

,

где R0.2 – нормативный предел текучести; n0.2 – коэффициент запаса.

В данном случае, для стали 09Г2С получаем

ris69.png МПа

Таким образом, максимальные напряжения не превышают допустимого уровня напряжений для всех расчетных случаев и сечений.

2. Наиболее нагруженными сечениями для всех расчетных случаев являются места крепления эстакады к элементам подвески и опорные сечения. Для расчетных комбинаций нагрузки 2 и 3, помимо этих областей, опасным является также сечение в центральной части консольной части эстакады в месте нахождения диафрагмы (сечение б).

3. Области действия максимальных напряжений не совпадают для расчетных случаев 1 и 2 (3) – сечения а и г, соответственно. Учитывая, что подвеска является жестким элементом по отношению к металлоконструкции эстакады, в первом случае реализуется схема, характерная для изгиба консольной балки на двух опорах вертикальной силой, приложенной на краю консоли, а во втором – изгиба балки на двух опорах при приложении силы в центральной части пролета.

Результаты расчета моста крана для нагрузки 220т:

ris74.JPG





























Результаты расчета консольной части подкрановой эстакады для нагрузки 220т:

ris75.JPG

Результаты расчета консольной части подкрановой эстакады для нагрузки 250т:

ris76.JPG

































Анализ и сравнение расчетных случаев показывал, что возникающие максимальные напряжения, стрела прогиба и отрывное усилие, действующее на отрывную опору для нагрузки 220т и расстоянием груза от причальной стенки 7м ниже чем от нормативной нагрузки 200т и расстоянием груза от причальной стенки в 14м, что соответствует крайнему рабочему положению крана. Расстояние груза от причальной стенки в 7м обусловлено расположением силовых трансформаторов на судне.

Подъемное сооружение пригодно для осуществления подъемов груза массой 220т в летний период, при осуществлении погрузо-разгрузочных операций для исключения несимметричного нагружения консолей подкрановой эстакады, выход моста крана должен быть не ближе 3,5м до концевых упоров (фото 1), а тележка крана должна находиться в середине пролета ±2,0м

ris64.png















Фото 1. Максимальный выход моста крана на консоль.

ris65.png

Фото 2. Статические испытания.

Короткая ссылка на новость: https://a-economics.ru/~NDIcG