Эксплуатация подкрановых конструкций

Ресурсы подкрановых конструкций

Обследованиями установлено, что из всех элементов каркаса наименьшую выносливость и непродолжительный срок эксплуатации имеют именно подкрановые конструкции. В цехах с тяжелым режимом работы кранов, усталостные трещины в зоне поясного К-образного шва, соединяющего верхний пояс со стенкой балки, возникают через 1-3 года эксплуатации (0,7...0,8 млн. циклов). Большинство таких балок необходимо заменять, а вместо этого балки ремонтируют, что приводит только к кратковременному улучшению ситуации и к тому же требует полной или частичной остановки производственного процесса, а также влечет за собой убытки, превышающие затраты на ремонт и замену конструкций.

Масса подкрановых конструкций достигает 30% от массы каркаса здания. Быстрый выход из строя подкрановых балок обусловлен динамикой воздействий, генерируемых колёсами мостовых кранов. Колёса мостовых кранов, так как последние не снабжены рессорами, воздействуют на подкрановые балки жёстко. По исследованиям М.М. Гохберга, коэффициент динамичности при тяжёлом режиме работы мостовых кранов достигает своего экстремума Кдин = 1,6, подвеска груза на тросах снижает его до Кдин = 1,3. Если Кдин = 1, то динамические воздействия превращаются в статические, и проблема возникновения усталостных трещин отпадает.

Другой веской причиной низкой выносливости и образования устало стных трещин в подрельсовой зоне подкрановых балок является применение соединений с низким ресурсом.

Исследования В.Ф. Сабурова показали, что с увеличением числа циклов прокатываний колёс мостовых кранов наблюдается рост скорости возникновения усталостных трещин. Вероятность хрупкого, внезапного обрушения подкрановой балки, повреждённой усталостными трещинами, вместе с загруженным мостовым краном также возрастает.

Выносливость подрельсовой зоны балки зависит от числа циклов нагружений и величины силовых воздействий Р, Т и Мкр от колёс мостовых кранов. Однако расчёту на выносливость не уделяется должного внимания.

Если ваш кран в Москве вышел из строя, то заказать новый вы сможете в компании ЕВРОПРО.

Необходимо создание подкрановых конструкций, обладающих амортизирующими свойствами, с высокоресурсными соединениями и долговечностью, удовлетворяющей требованиям ОРД 00 000 89, то есть не менее 10 лет. Цель исследований - увеличить надёжность эксплуатации подкрановых балок до 10 и более лет за счёт обеспечения подкрановых конструкций амортизирующей способностью, что повысит выносливость подрельсовой зоны, а также снизит динамику воздействий колёс мостовых кранов.

Задачи, которые необходимо решить для достижения цели:

  • разработать конструкцию подкрановой балки, обладающую амортизирующими свойствами, эффективно ослабляющими динамику воздействий колёс мостовых кранов;
  • получить аналитические зависимости для сбалансированного сечения нового профиля подкрановой балки;
  • изготовить крупномасштабные модели новой рельсобалочной конструкции для испытаний их на выносливость в стенде, имитирующем все подвижные динамические воздействия от колёс кранов Р, Т, Мкр;
  • провести усталостные испытания моделей рельсобалочных конструкций на базе 3...4 млн. циклов прокатывания колёс кранов до появления видимых усталостных трещин и проанализировать результаты;
  • сравнить работоспособность и материалоёмкость предложенных сечений балок с типовыми сварными конструкциями;
  • показать эффективность снижения динамики воздействий колёс мостовых кранов амортизирующей способностью подкрановых конструкций.

Необходимая информация во время использования кран - балок электрических:

  • способ снижения динамики воздействий колёс кранов приданием подкрановым конструкциям амортизирующих свойств;
  • аналитические зависимости, позволяющие рационально распределить материал по сечению балки, и полученный на основе этих зависимостей сортамент новых балочных профилей [19];
  • новый профиль сечения подкрановой балки, сортамент балок, гарантирующие надёжную эксплуатацию при накоплении не менее 6 млн. циклов проката колёс и обладающие амортизирующими свойствами;
  • рельсобалочные конструкции, в которых рельс является элементом сечения балки и составляет с ней единое целое [18];
  • результаты расчёта новых конструкций на выносливость в зависимости от размаха колебаний сдвигающих напряжений по опасным площадкам в подрельсовой зоне стенки;
  • экспериментальные результаты изучения выносливости рельсобалочных конструкций с целью повышения их долговечности и работоспособности не менее 6 млн. циклов посредством придания амортизирующей формы верхней части балки и ослабления динамики воздействий.

Достоверность результатов обусловлена применением в исследованиях апробированных методов и средств измерения, а также совпадением теоретических и экспериментальных результатов.

Научную новизну работы составляют:

  • снижение динамики воздействий от колес кранов на подкрановые конструкции путём придания им амортизирующих свойств;
  • новые амортизирующие балочные профили;
  • рельсобалочные конструкции, обладающие ресурсом надёжной эксплуатации 10...15 лет и пониженной на 25% материалоёмкостью;
  • экспериментальные линии влияния локальных колебаний в рельсобалочной конструкции с лоткообразным верхним поясом и эллиптическим рельсом при имитации воздействий мостовых восьмиколёсных кранов;
  • способы рихтовки конструкций.

Приобрести надежные кран-балки в Москве вы можете в компании ЕВРОПРО.

Практическое значение диссертационной работы заключается в повышении выносливости подкрановых балок по сравнению с существующими, позволяющем выровнять их работоспособность с работоспособностью других элементов каркаса здания, в увеличении технологичности изготовления, монтажа и ремонтопригодности подкрановых конструкций, а также в совершенствовании методов расчёта этих конструкций на выносливость. Новые конструкции, обладая повышенной в 3-4 раза выносливостью, имеют пониженную материалоёмкость.

Внедрение результатов. Результаты научных исследований используются проектными и производственными организациями, занимающимися обследованием, проектированием и строительством промышленных и гражданских зданий и сооружений.

В компании ЕВРОПРО внедряют только самые современные технологии. Закажите кран балки в Москве отвечающие всем современным требованиям.

В первой главе акцент сделан на особенности работы подкрановых балок, развитие методики расчета на выносливость в отечественных нормах.

Во второй главе представлен обзор результатов исследований подкрановых балок, обоснован выбор моделей и метод их испытания на выносливость.

Обзор результатов исследования подкрановых балок и выбор метода их испытания

Первые эксперименты по изучению усталостных повреждений балок проводились на действие сосредоточенной пульсирующей нагрузки, зафиксированной в одном из сечений испытываемых моделей. Продольные усталостные трещины в сжатой зоне удавалось получить лишь при большом количестве циклов нагружения и при близких к пределу текучести напряжениях, которые не возникают в реальных подкрановых балках.

В 70-х годах прошлого века были созданы новые способы испытания и стенды, имитирующие все подвижные циклические воздействия от колёс мостовых кранов. Произошел переход от фиксированного загружения к загружению подвижными силами от колес крана, что явилось качественно новой ступенью в изучении действительной работы подкрановых балок.

Первую установку такого типа создал М.М. Гохберг при участии B.Н. Юшкевича. Его машина была разработана в Ленинградском политехническом институте им. Калинина. Эта установка была предназначена для испытания главных балок мостового крана, которые имеют мощные коробчатые сечения с малыми усилиями от поперечного изгиба. Особенностью этой установки было то, что испытываемая балка имела сплошное опирание по нижнему поясу. В результате этого из плоского напряжённого состояния стенки исключаются компоненты напряжений от поперечного изгиба. Основным недостатком установки являлось то, что на ней можно было испытывать только небольшие модели высотой 200...300 мм и длиной до 1 м, при этом наблюдался значительный разброс в величине воздействий.

Усталостные трещины в поясных швах были получены при локальных напряжениях, меньших предела текучести материала, то есть способ испытания приближен к действительной работе, но ещё далёк от реальности. Дальнейшие исследования выносливости при испытаниях подвижной нагрузкой с имитацией реальных условий загружения подрельсовой зоны и силовых воздействий крана на балку проводились в ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко - Н.С. Москалевым, В.М. Горпинченко и в Пензенском ИСИ - К.К. Неждановым. В результате работы этих ученых было установлено, что применяемые сварные балки, выполненные в виде двутавра, обладают недостаточной выносливостью. Получены линия регрессии и предел выносливости зоны сварного соединения верхнего пояса со стенкой (рис. 1), связывающие величину наибольших локальных касательных напряжений в поверхностном слое стенки балки со стороны эксцентриситета и число циклов нагружений до появления усталостных трещин.

Рис. 1. Однако, как показывают эксперименты и практика, усталостные трещины возникают и при 3...4 млн. циклов воздействий колёс кранов; следовательно, подкрановые конструкции необходимо рассчитывать на выносливость при пределе выносливости, полученном при 6×106 циклах нагружений (10 лет с накоплением 600 тыс. циклов нагружений в год), то есть Rv=46,9 МПа с учётом тройного рассеяния.

Выносливость для балок под краны тяжёлого режима работы является определяющей. Предел выносливости у прокатных тавров и двутавров Rv=88 МПа при 6×106, то есть в 1,88 раза выше, чем у сварных.

Следует отметить, что в сварных швах подрельсрвой зоны техническими условиями допускаются концентраторы напряжений: дефекты сварных швов в виде подрезов, непроваров, шлаковые включения и так далее.

Работоспособность прокатных балок в 3...4 раза выше, чем сварных балок, а при новых арочных профилях она повышается в 10...20 раз. Поэтому необходимо как можно шире применять имеющийся прокат и выпускать специальные профили рельсов и кран-балок. Использование прокатных профилей при проектировании подкрановых конструкций затруднено малыми размерами существующего сортамента. Следует расширить сортамент и начать прокатывать профили больших размеров, но при этом возникают трудности из-за отсутствия поточных технологических линий.

Заказать надежные и выносливые кран-балки в Москве можно в компании ЕВРОПРО.

Один из эффективных путей повышения выносливости балок - разработка новых конструкций с использованием профилей, полученных прокатом. Такие профили можно получать на существующем листогибочном оборудовании, часто простаивающем из-за отсутствия заказов. Соединения должны быть высокоресурсными на заклепках с внедряемым сердечником или на легированных болтах с гарантированным натягом. Ожидается повышение долговечности составных балок в 10...20 раз по сравнению со сварными без увеличения материалоёмкости, а также снижение трудоёмкости их изготовления и монтажа.

Применение замкнутого профиля верхнего пояса по сравнению с поясом двутавровой балки в десятки раз повышает моменты инерции при изгибе и кручении. Такой пояс сглаживает подвижные импульсные воздействия от колёс кранов за счёт амортизирующих свойств. Величина локальных напряжений в подрельсовой зоне уменьшается и не превышает предела - выносливости, что делает балку не подверженной усталостным разрушениям и позволяет сохранить работоспособность в течение 30...50 лет.

Если вы ищете где приобрести кран в Москве, который прослужит вам долгие годы, тогда вам подойдет компания ЕВРОПРО.

В предлагаемой автором конструкции пояс и прилегающая к нему часть стенки заменены лотком (рис. 2); поэтому устойчивость стенки повышена, что позволило уменьшить толщину стенки и снизить материалоёмкость. Толщина листа заготовки для проката профильных элементов везде одинакова, то есть половина толщины стенки равна толщине четвертинки и толщине отгиба t. Толщину затяжки назначаем t3=1,2t. Высоту стенки принимаем 0,8 от высоты h балки, а диаметр лотка Dл = 0,2h.

Для максимального снижения материалоёмкости заготовку надо трансформировать таким образом, чтобы профиль получил максимальный момент сопротивления Wx. Вся площадь сечения А должна распределяться в определенных пропорциях между стенкой Аст, лотками 2Ал и свесами Асв, поэтому введём коэффициент материалоёмкости стенки балки К.

Запишем главный момент инерции балки, пренебрегая в запас прочности собственными моментами инерции свесов:

Пояс с лоткообразными элементами снижает динамические воздействия подобно рессоре. Момент сопротивления пояса при изгибе и кручении по сравнению с поясом обычной двутавровой подкрановой балки в десятки раз больше.

Материалоёмкость данной балки по отношению к обычной двутавровой меньше на 25-30%. Трудоёмкость изготовления также ниже, так как не требуется постановка вертикальных рёбер жесткости; необходимы только опорные рёбра.

Высокотехнологичные и современные кран-балки в Москве производятся в компании ЕВРОПРО.

Успешное применение соединений на заклёпках с внедряемым сердечником и болтов (шпилек) с гарантированным натягом в значительной мере зависит от решения вопросов, касающихся трудоёмкости и затрат при выполнении следующих операций: образование отверстий, подготовка соприкасающихся поверхностей, затяжка болтов (шпилек) на величину заданного крутящего момента.

Разработан сортамент эффективных гнутых профилей, а также подкрановых балок, составленных из этих профилей и эллиптических рельсов. Рельс включен в состав сечения подкрановой конструкции.

В третьей главе приведена методика испытания балок на выносливость, описаны подготовка и проведение усталостных испытаний.

А приобрести надежные крановые балки в Москве вы можете в компании ЕВРОПРО.

Подготовка и испытание балок на выносливаость

Стенд обеспечивает:

  • возможность испытания балок в 1/2 натуральной величины;
  • условия испытания, близкие к реальным условиям эксплуатации;
  • высокую производительность испытаний;
  • возможность непрерывной эксплуатации в автоматическом режиме;
  • возможность контроля накопления циклов нагружения;
  • возможность расширения функций к видам нагружений.

Стенд позволяет проводить испытания, эквивалентные загружению одновременно десяти балок. Фактически испытываются две балки пролетом 3 м, но каждая из кран балок испытывается в пяти зонах; поэтому можно считать, что испытывается десять эквивалентных балок.

В компании ЕВРОПРО уделяют большое внимание испытанию своей продукции. Закжите надежные кран-балки в Москве.

Блок балок 3 длиной 3 м совершает возвратно-поступательные движения между верхним и нижним восьмиколёсными кранами. Балки 10 устанав¬ливаются с вертикальным уклоном стенки 1:10 для имитации горизон¬тальной составляющей нагрузки от колёс крана, равной Т=0,1P.

Характеристики экспериментальной балки, показанной на рис. 5:

  • концентрация напряжений уменьшена до минимума (около единицы), так как все элементы балки соединены между собой болтами с гарантированным натягом, обладающими наивысшим ресурсом;
  • Арочный рельс, верхний пояс и часть корытообразной стенки балки со¬ставляют замкнутую полость. Поток усилий обтекает наиболее повреждаемую зону с двух сторон и передаётся наклонными элементами в малонапряжённую зону стенки, так как локальные напряжения затухают пропорционально кубу расстояния от зоны контактного взаимодействия колеса и рельса;
  • Увеличены (в 30...50 раз) крутильные характеристики верхней зоны, чем обеспечено резкое снижение локальных напряжений от кручения;
  • Повышены моменты инерции (в 5... 10 раз) и сопротивления (в 3...5 раз) балки без увеличения площади поперечного сечения;
  • Верхней части балки придана амортизирующая способность, а следовательно, уменьшены динамические воздействия.

Стенд испытаний подкрановых балок на выносливость.

Для измерения деформаций в элементах балки на нее наклеивались розетки (рис. 5) из трёх тензорезйсторов с базой 5 мм. Розетки объединялись в разъёмы, которые сообщались со стопозиционным переключателем и автоматическим измерителем деформаций.

В ходе исследований данные о деформациях участков конструкции были получены с тензорезйсторов, расположённых симметрично по обе стороны стенки балки (см. рис. 5), при приближении, прохождении над датчиками и удалении от них колёс кранов. По относительным деформациям εx, εy, ε45◦ были вычислены все компоненты напряжений.

При проведении испытаний величины силы от каждого колеса при¬нималась из условия значений σy = 200 МПа, контролировалась динамо¬метрами и составила: по вертикали P = 280 гН, по горизонтали Т = 28 гН. Испытания выполнялись при относительно высоком уровне напряжении τ2max = 100 МПа (предел выносливости сварных балок 46,9 МПа, прокатных 88 МПа). Картины изменения напряжений в экспериментальных балках по¬казаны на рис. 6, 7, 8, местоположение розеток Р-1.. .Р-10 - на рис. 5.

Рис 6. Изменение напряжений в рельсе при испытаниях балок на выносливость (розетка Р-1, Р-6).

Рис. 7. Изменения напряжений в наклонной части балки (розетка Р-2, Р-7)

Рис. 8. Изменения напряжений в стенке балки (розетка Р-3, Р-8)

Деформации в ветвях арки рельса (применен утолок 80x8 для простаты изготовления) от воздействия колёс фиксировались розетками Р-1 и Р-6. Наибольшей величины достигали главные сжимающие напря¬жения σ2 и σy - соответственно 130 МПа и 140 МПа (см. рис.6).

Напряжённое состояние наклонных элементов стенки балки (см рис 5) описывается розетками Р-2 и Р-7, наиболее близко расположенными к верхнему поясу балки (см. рис. 7), и розетками Р-3 и Р-8 (см. рис. 8), находящимися вблизи перехода наклонных элементов в вертикальные. В наклонных элементах все компоненты напряжений больше, чем в рельсе, так как толщина ветви рельса 8 мм, а толщина наклонного элемента 2 мм. Концентраторы в районе Р-2 и Р-7 невелики: угол гиба составляет 135°, сопряжение выполнено по радиусу 10 мм. На гладком участке, где наклеены датчики, концентраторы отсутствуют; следовательно, в месте наклейки тензорезйсторов появление усталостных трещин возможно лишь при напряжениях, близких к пределу текучести. В зоне закругления величину напряжений нам измерить не удалось; и хотя концентрация напряжений не велика, но она присутствует (наклеп, остаточные напряжения от гиба) и неблагоприятно влияет на выносливость.

Компания ЕВРОПРО производит соврменные и надежные кран-балки в Москве.

В балке усталостная трещина возникла в месте расположения Р-2 после прохождения 3,3 млн. циклов. Обычные сварные балки выдерживают только 700-800 тысяч циклов при таком же уровне напряжений. Долго- вечность подкрановых балок из гнутых профилей примерно в 4 раза выше В розетках Р-3 и Р-8 (симметричны относительно оси балки) наблюдается еще большее снижение всех компонент напряжения. Всплески размазываются, и линии влияния становятся плавными. Это свидетельствует о затухании всех напряжений. Градиент затухания в составных балках высок, так же, как и в сварных балках; поэтому в зоне перехода наклонного элемента в стенку возникновение усталостных трещин невозможно Усталостные испытания подтвердили высокую долговечность составных балок, предел выносливости для которых можно принимать как для прокатных балок сплошного сечения, то есть Rν= 88 МПа на базе 6 млн циклов с учётом тройного рассеяния.

Четвертая глава посвящена определению фактического распределения напряжений в арочном рельсе.

Распределение напряжений в арочном рельсе

Изготовлены крупномасштабные модели рельсов (рис. 9, 10). Арка рельса гнулась на листогибочном станке из листа толщиной 4 мм, глава рельса - квадрат 24x24 мм.

Измерение деформаций и описание напряжённого состояния рельса производились аналогично ранее проведённым в моделях крановых балок (см. главу 3).

Силовое воздействие от гидродомкрата (от колёс крана в реальных конструкциях) сначала воспринимает глава рельса; поэтому воздействия имеют более локальный характер. Наибольшей величины достигают, как и ожидалось, главные сжимающие напряжения σ2 и σy.

Далее усилие передается на арку, где по ветвям уходит в основание арки и в затяжку. В нижней части ветвей арки напряжения распределяются на большую длину и, соответственно на балку передаются не локально, а равномерно распределено (картина распределения напряжений повторяет распределение напряжений в балке).

Проведённый опыт подтвердил предположения о том, что арочное сечение рельса позволит разделить силовые потоки, сгладить амортизацией динамические воздействия и тем самым повысить выносливость.

Рассмотрены проблемы в цепи «кран - подкрановая балка - каркас здания».

Предложены пути повышения технологичности и работоспособности подкрановых конструкций.

Научно обоснована необходимость использования прокатных профилей при компоновке рамных подкрановых конструкций.

Разработана портальная подкрановая конструкция, все элементы которой - прокатные, даже при пролётах I = 12 м и грузоподъемности кранов QКР = 50...100 т. В конструкции достигнуто снижение пролётных моментов на 25...30%, материалоёмкости - на 15...18%.

Одновременно выносливость повышена в 3...3.5 раза, трудоёмкость снижена в два раза, а также обеспечена рихтовка каркаса здания.

Произведено сравнение новых конструкций с традиционными подкрановыми балками, и показана их высокая эффективность.

Предложены пути снижения трудоёмкости при ремонте цехов и кранов.

Заказать надежный кран в Москве вы можете в компании ЕВРОПРО.

^ Наверх