Разработка методов расчета боковых сил, действующих на ходовые колеса мостовых кранов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.02.06, кандидат наук Юрин Антон Николаевич

• Юрин Антон Николаевич
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Юрин Антон Николаевич

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Анализ современного состояния проблемы по увеличению срока службы ходовых колес кранов мостового типа

1.1. Обзор методов, направленных на продление срока службы ходовых колес мостовых кранов

1.1.1. Изменение существующего профиля колес и подкрановых рельсов

1.1.2. Применение смазочных материалов

1.1.3. Подбор оптимального соотношения твердости пары колесо-рельс и производство заготовок крановых колес

1.2. Обзор ранее проводившихся исследований боковых сил, передающихся

на колеса мостовых кранов

1.3. Основные положения методики оценки износа реборд крановых колес

1.3.1. Определение номинальной площади контакта и средних контактных напряжений

1.3.2. Определение длины пути трения

1.3.3. Определение интенсивности изнашивания

1.3.4. Оценка износа

Глава 2. Исследование боковых сил, действующих на четырехколесные мостовые краны

2.1. Определение боковых сил при расположении грузовой тележки посередине пролета в случае использования одномассовой динамической модели

2.1.1. Динамическая модель крана, описание действующих нагрузок и определение упругих перемещений

2.1.2. Система уравнений для определения боковых сил при различных вариантах монтажных углов перекоса осей ходовых колес

Стр.

2.1.3. Алгоритм определения боковых сил в зависимости от времени движения крана (при прямолинейных путях)

2.1.4. Результаты расчета мостового крана грузоподъемностью Q = 10 т и пролетом Ь = 22,5 м

2.1.5. Анализ результатов расчетов

2.1.6. Пример расчета износа

2.1.7. Выводы по расчету боковых сил на основе одномассовой модели

2.2. Уточнение значений боковых сил при расположении грузовой тележки

посередине пролета на основе трехмассовой динамической модели

2.2.1. Трехмассовая динамическая модель и изменения в системе дифференциальных уравнений, используемых для определения боковых сил

2.2.2. Определение податливостей половины рамы моста и зависимости

для упругих перемещений

2.2.3 Расчет упругих перемещений

2.2.4. Система нелинейных уравнений для определения боковых сил и ее интегрирование

2.2.5. Сравнение результатов определения боковых сил с помощью трехмассовой и одномассовой моделей

2.3. Определение боковых сил, возникающих при расположении грузовой тележки у концевых балок

2.3.1. Двухмассовая динамическая модель крана

2.3.2. Система дифференциальных уравнений, определяющих неизвестные перемещения и боковые силы

2.3.3. Расчет крана грузоподъемностью Q = 10 т и пролетом Ь = 22 м при различном расположении грузовой тележки

Глава 3. Особенности определения боковых сил в многоколесных мостовых кранах

Стр.

3.1. Динамическая модель многоколесного мостового крана. Учет углов перекоса балансиров

3.2. Система дифференциальных уравнений для определения боковых сил

3.3. Расчет восьмиколесного крана грузоподъемностью Q=100 т и пролетом

Ь = 33,5 м

3.4. Оценка возможности уменьшения боковых сил за счет рихтовки подкрановых рельсов

3.5. Выводы по Главе

Глава 4. Исследование радиальных сил, возникающих при вращении полярных кранов

4.1. Динамическая модель полярного крана. Принятые допущения. Действующие нагрузки

4.2. Определение упругих радиальных перемещений по направлениям действия сил N и

4.3. Уравнения движения крана, как жесткого целого

4.4. Определение нагрузок, возникающих при движении крана

4.5. Система нелинейных дифференциальных уравнений для определения перемещений и радиальных сил N и Алгоритм ее интегрирования

4.6. Оценка влияния различных факторов на значения радиальных сил N и

на примере крана грузоподъемностью Q = 390 т и пролетом Ь = 43 м

4.6.1. Направления углов перекоса осей ходовых колес

4.6.2. Жесткость подкрановых путей

4.6.3. Первоначальные зазоры между боковыми роликами и рельсом

4.6.4. Отклонения рельсовых путей от окружности

4.7. Выводы по Главе

ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методов расчета боковых сил, действующих на ходовые колеса мостовых кранов»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. При движении мостовых кранов по подкрановым путям всегда возникают силы взаимодействия между ходовыми колесами и рельсами, перпендикулярные основному направлению движения крана, которые называются боковыми (поперечными). Эти силы с одной стороны передаются на элементы ходовой части крана, нагружая его металлоконструкцию, а с другой стороны - на эстакады или каркасы зданий, внутри которых работают краны. В полярных кранах роль боковых сил выполняют радиальные нагрузки, которые через боковые ролики передаются на его мост и определяют напряжения в балансирах и концевых балках.

Действие боковых (радиальных) сил оказывает влияние на разные аспекты, связанные с эксплуатацией кранового оборудования, которое проявляется в том, что они:

1. Приводят к преждевременному выходу из строя крановых ходовых колес в связи с износом их реборд.

2. Являются одной из причин образования усталостных трещин в местах соединения концевых и главных балок.

3. Передаются на крановый путь, определяя нагруженность и уровень деформаций каркаса несущих конструкций промышленного здания, в котором установлен кран.

Среди перечисленных явлений, обусловленных воздействием боковых нагрузок, наиболее остро стоит проблема, связанная с малой долговечностью ходовых колес, с которой в краностроении сталкиваются уже многие годы. Основной причиной выхода колес из строя является износ их реборд, возникающий в результате трения колеса о головку рельса. Для увеличения срока службы колес использовались различные способы: подбирались износостойкие материалы, предлагались различные варианты термообработки, оптимальный профиль реборд, а также исследовались причины возникновения боковых сил,

передающихся на ходовые колеса со стороны подкранового пути. Влияние действующих сил на долговечность при трении и износе показано в работах [1, 2]. В сфере железнодорожного транспорта износ локомотивных и вагонных колес рассмотрен в работах [3-6]. В исследовании [7] этот вопрос впервые рассматривался применительно к ходовым колесам мостовых кранов. В указанных литературных источниках показано, что износ деталей зависит как от величины действующих нагрузок, так и от продолжительности их действия. Известно, что боковые силы возникают как при разгоне крана (торможении), так и в период его установившегося движения с постоянной скоростью. Однако по причине того, что время действия нагрузок, возникающих при неустановившемся движении крана, обычно существенно меньше времени движения с постоянной скоростью, износ ходовых колес в основном приходится на этап установившегося движения.

Исследования боковых сил, возникающих при разгоне (торможении), были начаты еще в середине прошлого века Балашовым В.П., Абрамовичем И.И., Степановой А.И. и др. Предпосылки для их проведения были обусловлены внедрением раздельных приводов механизмов передвижения кранов, расположенных по разные стороны пролета моста, и появившимися силами перекоса. Вопросом численного определения поперечных сил, возникающих при движении мостовых кранов в период установившегося движения, занимались разные исследователи, среди которых можно выделить Алексеева Р.К., Соболева В.М., Лобова Н.А., Липатова А.С. и др., которые в своих работах выделили ряд других причин появления боковых сил: монтажные углы перекосов осей ходовых колес, движение крана по непрямолинейным путям, сужение (расширение) колеи подкрановых путей. Однако при проведении указанных исследований каждым из авторов не учитывался полный набор факторов, влияющих на уровень и продолжительность действия нагрузок, среди которых жесткость подкрановых путей в направлении действия боковых сил, деформации металлоконструкции крана, неровности рельсовых путей с рассмотрением реальных отклонений каждого рельса, срыв сцепления при рассмотрении боковых сил, действующих

между колесом и рельсом по дорожке качения и т.д. Говоря о радиальных нагрузках, передающихся через боковые ролики полярных кранов, необходимо отметить, что вопросами численных исследований этих сил до сих пор никто не занимался.

Таким образом, разработка новых моделей и методов исследования боковых нагрузок, действующих на ходовые колеса при движении мостовых кранов (и радиальных нагрузок при движении полярных кранов) с постоянной скоростью, по-прежнему является актуальной научно-технической задачей, для решения которой необходимы новые подходы.

Целью настоящей работы является исследование боковых сил, возникающих в кранах мостового типа в периоды их установившегося движения с постоянной скоростью, и разработка рекомендаций по снижению уровня и продолжительности их действия с целью увеличения жизненного цикла элементов ходовой части и металлоконструкции кранов, а также уточнения их расчетов на прочность и выносливость.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

1. Разработка моделей и методов расчета боковых сил в четырехколесных мостовых кранах малой грузоподъемности (до 50 т) и в многоопорных кранах большой грузоподъемности (более 50 т) с учетом конструктивных особенностей установки их ходовых колес в балансиры на основе построения уточненной многопараметрической динамической модели.

2. Анализ влияния различных факторов на уровень и продолжительность действия боковых сил, действующих на мостовые краны.

3. Разработка динамической модели для определения радиальных нагрузок, возникающих при круговом движении полярных кранов.

4. Исследование влияния различных факторов на уровень и продолжительность действия радиальных сил, действующих на полярные краны.

5. Оценка прочности в элементах ходовой части полярных кранов от действия радиальных нагрузок.

6. Оценка износа ходовых колес с применением разработанных моделей и методов расчета боковых сил.

7. Разработка рекомендаций для проведения рациональных ремонтных работ, направленных на снижение уровня максимальных нагрузок, воспринимаемых каркасом здания и мостом крана, а также на уменьшение степени износа ходовых колес.

Методы исследования. В ходе выполнения работы для построения различных динамических моделей мостовых и полярных кранов были использованы классические положения теории механических колебаний, строительной механики стержневых систем и сопротивления материалов, а также современные методы вычислительной техники. Научная новизна:

1. Разработаны уточненные методы расчета боковых сил, действующих на ходовые колеса четырехколесных и многоопорных мостовых кранов, которые в отличие от уже существующих подходов для их оценки учитывают комплексное влияние таких факторов, как:

- монтажные углы перекоса осей ходовых колес и их взаимные направления;

- случайные отклонения каждого рельса подкранового пути от проектного положения;

- жесткость подкрановых путей в направлении действия боковых нагрузок;

- упругие линейные перемещения ходовых колес относительно центра масс в направлении действия боковых сил;

- упругие углы поворота осей ходовых колес, возникающие от совокупности нагрузок, действующих на кран;

- упругие колебания концевых балок в направлении движения, определяемые относительно центра масс;

- первоначальные зазоры между рельсами и ребордами ходовых колес и их изменения при наличии любых отклонений подкрановых рельсов от проектного положения;

- различные положения грузовой тележки.

2. Впервые разработан метод определения радиальных нагрузок в полярных кранах, возникающих при их вращении с установившейся угловой скоростью.

Практическая значимость результатов. Разработанные методы позволяют:

1. Выявлять участки подкранового пути, на которых возникают наибольшие нагрузки, и разрабатывать обоснованные программы ремонтных работ, направленных на снижение уровня их воздействия.

2. Проводить проектирование несущих конструкций каркасов зданий, в которых размещены краны мостового типа, с учетом уточненных значений поперечных нагрузок, передающихся через ходовые колеса на рельсы и подкрановые балки.

3. Проводить проектирование элементов ходовой части крана с учетом циклического характера напряжений от действия боковых (радиальных) нагрузок так, чтобы на этапе эксплуатации они обладали необходимым запасом прочности, позволяющим исключить появление в них усталостных трещин.

Положения, выносимые на защиту:

1. Уточненные методы расчета боковых сил в мостовых кранах.

2. Расчетный метод определения радиальных нагрузок в полярных кранах.

3. Анализ влияния различных факторов на уровень и продолжительность действия боковых и радиальных сил.

Внедрение результатов. Результаты диссертационной работы внедрены в производство машиностроительного предприятия АО «ТЯЖМАШ», что подтверждается соответствующим актом внедрения. Для данного предприятия были разработаны методические рекомендации «Определение боковых сил, действующих на ходовые колеса мостовых кранов», и был выполнен расчет проектируемого многоопорного крана, предназначенного для строящегося эллинга судостроительного завода «Северная верфь».

Достоверность результатов. Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций работы обоснована применением классических подходов механики деформируемого твердого тела и теории колебаний, а также проверкой разработанных алгоритмов и программ на тестовых задачах.

Апробация результатов. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях и семинарах всероссийского и международного статуса: XIX Московская международная межвузовская научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых: подъемно-транспортные, строительные, дорожные, путевые машины и робототехнические комплексы. Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2015; XX Московская международная межвузовская научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых: подъемно-транспортные, строительные, дорожные, путевые машины и робототехнические комплексы. Москва, МГАВТ, 2016; IV Международная Школа-конференция молодых ученых «Нелинейная динамика машин» (School-NDM 2017). Москва, ИМАШ РАН, 2017; 2-я Всероссийская научно-техническая конференция: механика и математическое моделирование в технике. Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017.

Публикации. По материалам диссертационного исследования было опубликовано 11 научных трудов [8-18], 7 из которых в журналах, входящих в перечень ВАК РФ, общим объемом 2,84 п.л.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения общим объемом 147 страниц, включая 57 рисунков, 20 таблиц и список литературы из 138 наименований.

В первой главе выполнен анализ современного состояния проблемы по увеличению срока службы ходовых колес кранов мостового типа.

Вторая глава посвящена исследованию боковых сил, возникающих при движении четырехколесных мостовых кранов, на основе построения трех динамических моделей. Выполнен анализ влияния различных факторов на их уровень и продолжительность действия. Здесь же приведены результаты численного определения поперечных нагрузок и оценен износ реборд, возникающий от их действия, проведено сравнение результатов, полученных на основе разных динамических моделей, и описан перечень мероприятий, направленных на устранение причин выхода колес из строя.

В третьей главе диссертации рассмотрены особенности определения боковых сил в многоколесных кранах большой грузоподъемности, проведена оценка возможности уменьшения боковых сил за счет проведения различных вариантов ремонтных работ.

Четвертая глава посвящена определению радиальных нагрузок в полярных кранах, движущихся по путям в форме окружности, радиусы которой имеют случайные отклонения. На базе разработанных подходов были выполнены расчеты на прочность наиболее нагруженных элементов ходовой части крана и оценена возможность развития в них усталостных трещин.

Глава 1. Анализ современного состояния проблемы по увеличению срока службы

ходовых колес кранов мостового типа

1.1. Обзор методов, направленных на продление срока службы ходовых колес

мостовых кранов

К настоящему времени существует большое количество публикаций, посвященных предложениям, способствующим увеличению срока службы ходовых колес. Проведенные исследования проводились по следующим направлениям:

1. Изменение существующего профиля колес и подкрановых рельсов.

2. Применение смазочных материалов.

3. Подбор оптимального соотношения твердости контактной пары колесо-рельс.

1.1.1. Изменение существующего профиля колес и подкрановых рельсов

Одним из эффективных средств борьбы с износом контактной пары колесо-рельс является оптимальный выбор профиля ходовых колес. Изучением оптимизации параметров их конструкции занимались многие авторы, среди которых можно выделить Линниха А.С., Гапоненко С.А., Ковальского Б.С., Ромащенко В.А., Яковца С.П., Кузовкова Е.А. [19-22]. В последнее время данным вопросом занимались Бондаренко А.И., Подъельников И.В., Ушкалов В.Ф., Серебряный И.А. и др. [23-25].

Исследования износостойкости контактной пары ходовое колесо-рельс (Рисунок 1.1) с увеличенной высотой реборды [19] показали, что срок службы крановых колес диаметром 1000 мм с высотой реборды 40 мм на (25-30) % выше по сравнению с колесами, имеющими высоту реборды 30 мм.

Рисунок 1.1. Контактная пара колесо-рельс (рельс показан в сборе с

подкрановой балкой) 1 - подкрановый рельс; 2 - прижимная планка; 3 - прокладка; 4 - прокладка;

5 - подкрановая балка; 6 - шайба; 7 - болт; 8 - колесо крановое двухребордное

Полученные данные актуальны для практического применения, поскольку часто на одних и тех же подкрановых рельсах в одном пролете цеха работают краны различной грузоподъемности. Ходовые колеса кранов малой грузоподъемности рассчитаны на эксплуатацию с более легкими рельсами, поэтому высоты реборд ходовых колес малых диаметров имеют меньшие размеры. При высоте реборды значительно ниже высоты головки подкранового рельса в результате длительной эксплуатации на боковой грани головки рельса может образоваться ступенька, которая будет влиять на работу реборд ходовых кранов большой грузоподъемности. При организации эксплуатации кранов на одних и тех же подкрановых путях желательно предусмотреть, чтобы реборды крановых колес были одинаковыми или близкими по высоте.

Значительное место среди работ, направленных на увеличение долговечности ходовых колес, занимают исследования по определению целесообразности широкого применения конических колес. К ним относятся работы Ковальского Б.С., Ромащенко В.А., Балашова В.П., Соболева В.М. и др. [20, 21, 22, 26]. Однако, по данным исследований, проводившихся в головном отраслевом

институте России по подъемно-транспортному оборудованию НПО «ВНИИПТМАШ» [27], применение конических крановых колес нормальной ширины целесообразно лишь при невысоких уровнях отклонений подкрановых рельсов в плане от проектного положения. При более высоких уровнях отклонений подкрановых рельсов от проектного положения применение конических ходовых колес для облегчения работы реборд оправдано лишь с одновременным уширением дорожки качения колеса на (20-30) %. Устанавливаемые в настоящее время конические колеса изготовляются обычно из «сырых» отливок и из материалов, не отвечающих требованиям ГОСТ 28648-90. Установка таких колес на кране приводит к довольно быстрой раскатке конической поверхности, имеющей низкую износостойкость, и не причиняет вреда головке рельса. Повышение износостойкости конического колеса путем увеличения твердости его дорожки качения может стать причиной более интенсивного износа граней головки рельса, изменять плавный радиус закругления головки, вырабатывать отдельные плоские площадки и разбивать стыки. При образовании плоских площадок любое смещение осей рельса и колеса вызывает накат конического колеса на малый угловой радиус головки рельса, создавая высокие контактные нагрузки.

Большое значение имеет уширение дорожки качения крановых колес. По данным теоретических исследований ВНИИПТМАШ для колес кранов, работающих в закрытых помещениях, можно рекомендовать увеличение свободного зазора между ребордами колеса и головкой рельса до 40 мм. Для колес мостовых кранов, работающих на открытых эстакадах в условиях резко континентального климата, рекомендуемый свободный зазор составляет не менее (40-50) мм. На положительное влияние увеличения свободного зазора указывается и в зарубежных исследованиях. По данным американского стандарта №6 (AISE) для ходовых колес мостовых кранов установлен минимально допустимый зазор 1,5 дюйма (порядка 38,1 мм).

Следует отметить, что этот зазор назначен при более высоких требованиях к отклонениям подкранового пути.

Применение в эксплуатации крановых ходовых колес с увеличенным свободным зазором улучшает условия взаимодействия реборды с головкой подкранового рельса и может быть рекомендовано как одно из средств повышения срока службы.

1.1.2. Применение смазочных материалов Одним из наиболее доступных, экономичных и достаточно эффективных способов снижения износа реборд колес является смазка, вводимая в зону контакта реборды и рельса. Использование смазочных материалов в контактной паре колесо-рельс рассматривали Аникеева Ф.Л., Березин В.Н., Линних А.С., Гапоненко С.А., Махаев Г.С. [28-30] и др. Среди более поздних работ можно выделить исследования Глазунова Д.В., Майбы И.А., Данилейко Д.А., Могилевского В.А., Маркова Д.П, Келли Д. и др. [31-42].

Как показал опыт, использование жидких и консистентных смазочных материалов нецелесообразно, так как они загрязняются продуктами износа, пылью, окалиной, превращаясь в абразивную массу. Кроме того, попадание масла на дорожку качения может вызвать буксование ведущих колес. Твердые смазочные материалы лишены этих недостатков и обладают весьма высокими противоизносными свойствами.

Во ВНИИПТМАШ были проведены испытания влияния твердой смазки на износ реборд колес. В качестве твердой смазки были использованы производимые отечественной промышленностью стержни следующего состава: дисульфид молибдена - (83-84) %, эпоксидные смолы - (12-13) %, малеиновый ангидрид - (5-4) %. Стержни вставлялись в специальные приспособления, установленные на каждом колесе.

Применение твердой смазки реборд кранов в цехах Челябинского металлургического завода дало положительные результаты, что позволило, рекомендовать ее для широкого внедрения в эксплуатационную практику.

При использовании твердой смазки износ реборд крановых колес уменьшается в среднем в 1,4 раза, а боковых граней рельсов - в 1,7 раза [28].

1.1.3. Подбор оптимального соотношения твердости пары колесо-рельс и производство заготовок крановых колес

Задача повышения долговечности крановых ходовых колес должна решаться комплексно, т.е. мероприятия по повышению износостойкости колес должны приниматься с учетом их влияния на износостойкость подкрановых рельсов. Долговечность колес и рельсов в значительной степени обусловливается твердостью материалов, используемых для их изготовления [43-45].

Вопрос оптимального соотношения твердостей пары колесо-рельс приобретает в настоящее время особую актуальность, в связи с расширяющимся применением на предприятиях в качестве подкранового пути термообработанных рельсов, показавших повышенную износостойкость в условиях железной дороги.

Во ВНИИПТМАШ были проведены исследования оптимального соотношения твердостей пары колесо-рельс, обеспечивающих минимальный износ [46]. Исследование проводилось в лабораторных условиях на малогабаритных образцах-моделях. В результате модельных испытаний была подтверждена оптимальность принятой в настоящее время твердости колеса (320-340) НВ для работы с нетермообработанным рельсом. Одновременно было установлено, что при работе с термообработанным рельсом не требуется значительного повышения твердости колес: оптимальная твердость составляет (350-380) НВ.

В качестве заготовок ходовых колес на отечественных заводах используются штамповки, поковки и стальное литье. Дорожку качения и реборды получают обработкой на станке, вследствие чего отходит в стружку наиболее качественная часть рабочего слоя колеса.

В катаных колесах рабочая поверхность сформирована в процессе прокатки, волокна расположены вдоль контура беговой дорожки, и металл имеет особо плотную структуру. Неметаллические включения равномерно расположены по сечению колеса. Этим обусловливается повышение прочностных свойств прокатанных колес по сравнению с колесами, рабочий профиль которых получен точением.

ВНИИПТМАШ провел промышленные испытания катаных колес, в результате которых было установлено, что долговечность колес со сформированной методом прокатки дорожкой качения в 1,4 раза выше долговечности кованых колес, дорожка качения которых получена механической обработкой.

Для повышения долговечности ходовых колес использовались также специальные методы термообработки (сорбитизация) их поверхности, рассмотренные в работах [47, 48].

1.2. Обзор ранее проводившихся исследований боковых сил, передающихся на

колеса мостовых кранов

Первые работы по исследованию боковых сил, возникающих при движении кранов мостового типа (перегрузочных, козловых, мостовых) были связаны с введением раздельных электроприводов, установленных по двум сторонам пролетного строения моста. Появление различных сил сопротивления и различных движущих сил (при разных положениях грузовой тележки) вызывало «перекосы» конструкции, которые удерживались моментами от поперечных (боковых) сил.

Серийный выпуск мостовых кранов с раздельным приводом начался в 1959 году. С того времени было проведено много исследований по анализу причин роста боковых сил и рассмотрению способов снижения их уровня. Первые из них [49, 50] были выполнены еще в 1958-1959 гг. В работе Степановой А.И. [50] исследовалась работа металлоконструкций мостовых кранов при действии

статических перекосных нагрузок. Работа Балашова В.П. [49] стала результатом большого числа проведенных экспериментов. Но при этом здесь впервые с помощью динамических моделей рассматривалось определение боковых нагрузок, возникающих под действием движущих сил, создаваемых электродвигателями, установленными на двух концевых балках. При нормальной работе Балашов В.П. рекомендовал рассматривать кран с грузом в виде расчетной модели, представленной на Рисунке 1.2, где приняты следующие обозначения: Р1, Р2 - движущие силы, создаваемые электродвигателями; Ж1, Ж2 - силы сопротивления передвижению крана; т1 - приведенная масса части металлоконструкции и механизма передвижения одной стороны крана; т2 -приведенная масса другой части металлоконструкции и механизма передвижения плюс масса грузовой тележки; т^ - масса груза; КМ - коэффициент жесткости моста при «перекосе крана»; 52, - перемещения соответствующих масс.

81

8гр

Рисунок 1.2. Динамическая модель крана по Балашову В.П.

Решая уравнения движения трех дискретных масс, автор определял так называемую «силу перекоса» по уравнению Максимальный

изгибающий момент в месте соединения главных балок с концевой балкой на стороне моста, где расположена грузовая тележка, определялся как Мтах=Бтах^Ьк, где Бтах - максимальная «сила перекоса», Ьк - пролет крана. Поперечная (боковая) сила, действующая на колесо крана, составляла Н = Бтах*Ьк / В, где В -база крана.

В дальнейших работах Балашова В.П. [51-54] также исследовались боковые силы, возникающие при разгоне (или торможении), но не учитывалось изменение их при наезде реборд на рельсы.

Силовое взаимодействие между ходовыми колесами и рельсами рассматривалось в статье Патрикеева А.Б. и Щукина Я.А. [55].Влияние боковых сил на перемещения крана оценивалось Алексеевым Р.К. в работе [56], опубликованной в 1966 году. В рассматриваемый период времени одновременно проводилось исследование боковых сил, передающихся через рельсы на подкрановые балки. Результаты исследования в 1968 году были опубликованы Барштейном Н.Ф. и Зубковым А.Н. в статье [57]. Исследованию перекосов козловых кранов посвящена кандидатская диссертация Степочкина Л.М. [58], где оценка динамических сил производилась только на основе экспериментальных данных.

В 1969 году была опубликована работа Абрамовича И.И [59], в которой предлагалась методика определения перекосных нагрузок в козловых кранах. В том же 1969 году была защищена кандидатская диссертация Сухомлиным М.П. на тему «Исследование статических боковых усилий на ходовые колеса мостовых кранов» [60] и совместно с Глушко М.Ф. опубликована статья [61] «Снижение износа ходовых колес металлургических мостовых кранов».

В работах Конопли А.С. [62, 63] впервые учитывался перекос осей ходовых колес и влияние отклонений рельсовых путей на величины боковых сил. Недостатком его работ являлось предположение об абсолютной жесткости металлоконструкции крана.

В публикации Аникеевой Ф.Л. и Березина В.Н. [30] говорится о важности разработки методов и средств контроля точности установки колес как об одном из направлений повышения их долговечности. Подходы к определению перекосов осей ходовых колес мостовых кранов рассматривались в работах Голендухина М.А. и Шестакова С.Н. [64, 65]. Аналогичным вопросам в области железнодорожного транспорта, связанным с оценкой влияния углов набегания колес грузовых вагонов на интенсивность износа рельсов и гребней колес, посвящены статьи Альбрехта В.Г., Шиладжяна А.А. [66] и Доронина И.И. [67].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Юрин Антон Николаевич, 2019 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Крагельский И.В. Трение и износ. М.: Машиностроение, 1968. 384 с.

2. Когаев В.П., Дроздов Ю.Н. Прочность и износостойкость деталей машин. М.: Высшая школа, 1992. 319 с.

3. Котова И.А., Ликратов Ю.Н., Антерейкин Е.С. Исследование характера износа локомотивных и вагонных колес // Вестник СГУПСа. Новосибирск: Изд-во СГУПСа. 2006. № 14. С. 131-139.

4. Антерейкин Е. С. Оценка влияния параметров рельсовой колеи на интенсивность износа рельсов в кривых: дис. ... канд. техн. наук. Москва. 2010. 187 с.

5. Каменский В.Б. Причины роста бокового износа // Путь и путевое хозяйство. 2003. №11. С. 5-8.

6. Котова И.А., Ликратов Ю.Н., Антерейкин Е.С. Исследование характера износа локомотивных и вагонных колес // Вестник СГУПСа. 2006. № 14. С. 131-139.

7. Липатов А.С. Исследование случайных нагрузок на реборды колес мостовых кранов: дис. ... канд. техн. наук. Москва. 1982. 133 с.

8. Спицына Д.Н., А.Н. Юрин А.Н. Влияние неточности укладки подкрановых путей на уровень нагрузок, действующих на мостовые краны // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2013. №8. С. 20-29.

9. Спицына Д.Н., А.Н. Юрин А.Н. Определение боковых сил, действующих на ходовые колеса мостовых кранов // Подъемно-транспортное дело. 2013. №56. С. 10-15.

10. Юрин А.Н. Влияние неточности укладки подкрановых путей на уровень нагрузок, действующих на мостовые краны // Подъемно-транспортные, строительные, дорожные, путевые машины и робототехнические комплексы: Тез. докл. Междунар. конф. Москва. 2015. С. 148-150.

11. Спицына Д.Н., А.Н. Юрин А.Н. К вопросу определения боковых сил, действующих на ходовые колеса мостовых кранов // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2015. №2. С. 3-13.

12. Спицына Д.Н., А.Н. Юрин А.Н. Исследование боковых сил, действующих на движущиеся мостовые краны // Вестник машиностроения. 2017. №10. С. 3-13.

13. Юрин А.Н. Исследование факторов, влияющих на уровень боковых сил, действующих на ходовые колеса мостовых кранов // Нелинейная динамика машин - 8сЬоо1-№ОМ 2017: Тез. докл. Междунар. конф. Москва. 2017. С. 455-460.

14. Юрин А.Н. Исследование боковых сил, возникающих при движении мостовых кранов // Механика и математическое моделирование в технике.: Тез. докл. Всерос. конф. Москва. 2017. С. 233-242.

15. Спицына Д.Н., А.Н. Юрин А.Н. Исследование боковых сил, действующих на многоколесные мостовые краны при наличии неровностей подкрановых путей // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2016. №6. С. 33-41.

16. Спицына Д.Н., А.Н. Юрин А.Н. Пути увеличения долговечности ходовых колес мостовых кранов // Подъемно-транспортное дело. 2016. № 1-2. С. 2-7.

17. Юрин А.Н. Пути увеличения долговечности ходовых колес мостовых кранов // Подъемно-транспортные, строительные, дорожные, путевые машины и робототехнические комплексы: Тез. докл. Междунар. конф. Москва. 2016. С. 108-110.

18. Спицына Д.Н., Юрина А.Н. Исследование нагрузок, возникающих при движении полярных кранов // Подъемно-транспортное дело. 2017. №6. С. 6-13.

19. Линних А.С., Гапоненко С.А. Влияние высоты реборды ходовых колес мостовых кранов на ее износостойкость // Вестник машиностроения. 1976. № 5. Б / С.

20. Ковальский Б.С. Конические ходовые колеса // Вопросы механизации. 1939. № 10. С. 13-15.

21. Ромащенко В.А., Яковец С.П., Григорьев Ю.М. Экспериментальное исследование эффективности применения конических ходовых колес на мостовом кране // Вестник машиностроения. 1974. № 5. С. 25-28.

22. Балашов В.П., Кузовков Е.А. Механизмы передвижения мостовых кранов с коническими колесами и раздельным приводом // Сборник трудов ВЗПИ. 1976. Вып. 95. С. 15-21.

23. Бондаренко А.И. Влияние геометрических параметров профиля поверхности катания колеса рельсового транспорта на износ контактирующих поверхностей: дис. ... канд. техн. наук. Москва. 2000. 144 с.

24. Подъельников И.В. Определение типовых форм изношенных профилей головок рельсов в криволинейных участках пути // Техническая механика. 2009. № 3. С. 39-43.

25. Ушкалов В.Ф., Серебряный И.А., Подъельников И.В. Разработка рационального профиля головки рельса с несимметричной поверхностью катания // Техническая механика. 2008. № 1. С. 31-37.

26. Соболев В.М., Пелипенко И.А. Эффективность применения конических ходовых колес в мостовых кранах // Вестник машиностроения. 1968. № 11. С. 19-20.

27. Липатов А.С., Спицына Д.Н. Геометрия рабочего профиля колеса // Реферативный сборник «Повышение прочности и долговечности крановых ходовых колес». М.: ЦНИИТЭИТЯЖМАШ, 1981. С. 3-5.

28. Аникеева Ф.Л. Повышение износостойкости крановых колес и подкрановых рельсов при применении твердой смазки // Тр. ВНИИПТМАШ. 1970. Вып. 6(101). С.79-85.

29. Линних А.С., Гапоненко С.А., Махаев Г.С. Устройство для смазки ходовых колес мостовых кранов // Механизация и автоматизация производства. 1975. № 7. С. 17-18.

30. Аникеева Ф.Л., Березин В.Н. Контроль точности установки подкрановых колес и смазка реборд // Реферативный сборник «Повышение прочности и долговечности крановых ходовых колес». М.: ЦНИИТЭИТЯЖМАШ, 1981. С. 5-7.

31. Глазунов Д.В. Эксплуатационные исследования твердых оболочечных смазочных стержней с использованием бесприводных гребнерельсосмазывателей // Трение и смазка в машинах и механизмах. 2012. № 5. С. 23-28.

32. Глазунов Д.В. Методика исследования трибологических характеристик смазочного блока, работающего в трибоконтакте «колесо-рельс» // Трение и смазка в машинах и механизмах. 2013. № 3. С. 31-37.

33. Глазунов Д.В. Повышение эффективности смазывания гребней колес тягового подвижного состава и рельсов: дис. ... канд. техн. наук. Ростов на Дону. 2014. 145 с.

34. Майба И.А., Данилейко Д.А., Глазунов Д.В. Активизация сцепления в системе «колесо-рельс» на основе применения модификаторов трения нового поколения // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. 2008. №3. С. 5-12.

35. Майба И.А., Глазунов Д.В. Диагностика работы гребнерельсосмазывателя при помощи телевизионно-цифрового комплекса // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. 2010. № 3. С 24-29.

36. Майба И.А., Могилевский В.А., Глазунов Д.В. Разработка оптимального состава смазки, повышающего термостойкость смазочных стержней РАПС // Вестник Ростовского государственного университета путей сообщения. 2012. № 2. С. 34-41.

37. Майба И.А., Глазунов Д.В., Мироненко А.А. Трибологические исследования контакта «колесо-рельс» телевизионно-цифровым методом // Тр. РГУПС. 2010. № 3. С. 87-90.

38. Майба И.А., Данилейко Д.А., Глазунов Д.В. Исследование процессов истирания смазочных элементов, используемых для контакта «колесо-рельс»

// Транспорт-2007: Тез. докл. Всерос. конф. Ростов на Дону. 2007. Ч.1. С. 132-134.

39. Марков Д. П. Механизмы сцепления пары колесо - рельс с учетом фононного трения // Вестник ВНИИЖТ. 2003. № 6. С. 34-39.

40. Марков Д. П., Келли Д. Адгезионно-инициируемые типы катастрофического изнашивания // Трение и износ. 2002. № 5. С. 483-493.

41. Смазывание рельсов на железных дорогах Северной Америки // Железные дороги мира. 2004. № 9. С. 74-75.

42. Срок службы железнодорожных колес // Железные дороги мира. 2003. № 7. С. 47-52.

43. Потахов Д.А. Использование на подвижном составе пар повышенной твердости // Известия ПГУПС. 2013. № 1. С 139-146.

44. Никитин С.В. Цельнокатаные колеса повышенного качества и твердости: реалии и будущее // Вестник института проблем естественных монополий. Техника железных дорог. 2011. № 2. С. 19-20.

45. Сухов А.В. Колеса повышенной твердости детали // Вагоны и вагонное хозяйство. 2006. № 3. С. 25-27.

46. Аникеева Ф.Л. Выбор соотношения твердости пары колесо-рельс и производство заготовок крановых колес // Реферативный сборник «Повышение прочности и долговечности крановых ходовых колес». М.: ЦНИИТЭИТЯЖМАШ, 1981. С. 7-9.

47. Спицына И.О., Аникеева Ф.Л. Долговечность крановых ходовых колес, подвергнутых сорбитизации // Сборник «Расчеты и исследования долговечности деталей ПТМ».1969. С. 97-106.

48. Спицына И.О. Повышение долговечности крановых ходовых колес // Вестник машиностроения. 1970. № 3. С. 36-37.

49. Балашов В.П. Исследование поперечных сил при движении мостовых кранов: дис. ... канд. техн. наук. Москва. 1958. 193 с.

50. Степанова А.И. Работа нормальных крановых мостов при перекосах // Сборник трудов ВНИИПТМАШ. 1959. № 24. Б/С.

51. Балашов В.П. Нагрузки кранов мостового типа при раздельном приводе механизма передвижения // Тр. ВНИИПТМАШ. 1970. Вып. 1. С. 96-103.

52. Балашов В.П. Методика определения динамических сил перекоса мостовых кранов с раздельным приводом механизма передвижения // Тр. ВНИИПТМАШ. 1966. Вып. 8. С. 87-119.

53. Балашов В.П. Боковые силы в кранах мостового типа в периоды пуска и торможения // Тр. ВНИИПТМАШ. 1970. Вып. 5. С. 45-59.

54. Балашов В.П. Моделирование сил перекоса мостового крана // Тр. ВНИИПТМАШ. 1970. Вып. 8. С. 25-30.

55. Патрикеев А.Б., Щукин Я.А. К вопросу о горизонтальных силовых взаимодействиях ходовых колес мостовых кранов с рельсами // Вестник машиностроения. 1965. № 6. С. 31-34.

56. Алексеев Р.К. Влияние сил бокового увода на свободное движение мостового крана с раздельным приводом механизма передвижения // Тр. Ленингр. политехнического ин-та. 1966. № 269. С.101-109.

57. Барштейн М.Ф., Зубков А.Н. Исследование поперечных сил, возникающих при движении мостового крана // Динамика сооружений. Сб. науч. тр. ЦНИИСК. М.: ЦНИИСК, 1968. С. 4-31.

58. Степочкин Л.М. Исследование перекосов козловых кранов, применяющихся при строительстве мощных тепловых электростанций: автореф. дис. ... канд. техн. наук. Харьков. 1968. 22с.

59. Абрамович И.И. Определение перекосных нагрузок, возникающих при движении козловых кранов // Вестник машиностроения. 1969. № 3. С. 42-45.

60. Сухомлин М.П. Исследование статических боковых усилий на ходовые колеса мостовых кранов: автореф. дис. ... канд. техн. наук. Одесса. 1969. 19 с.

61. Глушко М.Ф., Сухомлин М.П. Снижение износа ходовых колес металлургических мостовых кранов // Тр. ВНИИПТМАШ. 1970. Вып. 1. С. 216-227.

62. Конопля А.С. Расчет запаса сцепления мостовых кранов с раздельным приводом // Известия ВУЗов. Машиностроение. 1968. № 5. Б/С.

63. Конопля А.С. Вопросы силового взаимодействия крановых колес с рельсами: дис. ... канд. техн. наук. 1968. 242 с.

64. Голендухин М.А., Шестаков С.И. Определение перекосов ходовых колес кранов струнно-оптическим методом // Промышленное строительство. 1972. № 5. С. 17-20.

65. Голендухин М.А. О точности геодезических работ при исследовании перекосов колес мостовых кранов с помощью параллельных створов // Тр. НИИГАиК, Новосибирск. 1975. Том 34. С. 111-117.

66. Альбрехт В.Г., Шиладжян А.А. Влияние угла набегания колес грузовых вагонов на интенсивность бокового износа наружных рельсов в кривых // Ж.д. транспорт, серия «Путь и путевое хозяйство» ЭИ ЦНИИТЭИ МПС. 2000. №2. Б/С.

67. Доронина И.И. Влияние изменений углов перекоса и параллелограммирования тележек грузовых вагонов на боковой износ гребней колес и рельсов в кривых малого радиуса: дис. ... канд. техн. наук. Хабаровск. 2002. 188 с.

68. Кузовков Е.А. Способ записи траекторий движения подвижных узлов кранов // Вестник машиностроения. 1972. № 5. С. 22-23.

69. Кузовков Е.А. О кинематике мостового крана с раздельным приводом механизма передвижения // Вестник машиностроения. 1973. № 2. С. 27-30.

70. Кузовков Е.А. Исследование бокового скольжения ходовых колес мостового крана // Вестник машиностроения. 1973. № 9. С. 23-26.

71. Кичаев П.М., Васильев Р.А. Динамика мостового крана в зависимости от неровностей подкранового пути // Сборник «Динамика и прочность машин», изд-во Харьковского университета. 1971. Вып. 13. Б/С.

72. Neugebauer R. Beitrag zur Anfahrdynamik von Bruckenkranen mit elektromotorischen Einzelantrieb // Stahlbau. 1975. № 2. S.36-43. № 3. S.86-94.

73. Martens P. Dinamische seitenkrafte bei Bruckenkranen // Fordern und Heben. Messe Sonderausgabe. 1965. S. 245-248.

74. Hennis K. Seitenkrafte in Bruckenanlagen // Stuhl und Eisen.89 (1969) 8. S. 398-404.

75. Scheffler M., Marquardt H. Abhangiqkeit der Seitenkrafte an Kranen von der Schragstellung der Imnfradaschen // Hebezeuge und Fordermittel. 9 (1969) 8. S. 239-242.

76. Marquardt H.-G. Einflu der Fahrbewegung auf die Horizontalkrafte and Bruckenkranen // Hebezeuge und Fordermittel. 1977. №7. S. 196-202.

77. Roos H.J. Krafte und Spannungen zwichen Laufrad und Kranschiene // Fordern und Hebben. 1971. № 17. S. 1005-1011.

78. Krettek O. Kraftschuss zwichen Kranrad und Schiene // Fordern und Hebben. № 5.S. 459-465.

79. Berkelder A. Kranfahn - Entwurf unter besonderer Berucksichtigung der Wechselbeziehungen zwischen Kran und Kranbahn Hebe und Fordertechnik. 1984. Vol. 30. № 11. S. 21-26.

80. Ricker D.T. Tips for avoiding crane runway problems // Engineering Journal, American Institute of Steel Construction. Fourth quarter. 1982. Vol. 19. № 4. P. 181-205.

81. Подъемные краны / Г. Пайер [и др.]. М.: Машиностроение, 1981. 216 с.

82. Соболев В.М. Скольжение крановых колес // Вестник машиностроения. 1970. № 2. С. 8-9.

83. Соболев В.М., Яшуков В.В. Упругое скольжение ходовых колес по рельсам и его влияние на движение мостового крана // Научные труды Челябинского политехнического института. 1973. Сб. 123. С. 182-186.

84. Соболев В.М. Монтажный перекос ходовых колес и его влияние на движение четырехколесного мостового крана // Вестник машиностроения. 1975. № 9. С. 30-34.

85. Соболев В.М. Горизонтальные нагрузки при свободном движении мостового крана в период пуска // Вестник машиностроения. 1975. № 10. С. 21-24.

86. Соболев В.М. Деформации металлоконструкции и ее влияние на движение мостового крана // Межвузовский сборник «Исследование оптимальных металлоконструкций и деталей подъемно-транспортных машин», том 1. Куйбышев. 1976. С. 133-141.

87. Соболев В.М. Движение мостового крана по непрямолинейным путям // Сборник «Исследование механизмов и металлических конструкций». Воронеж. 1977. С 52-58.

88. Добровенский В.А. Анализ движения мостовых кранов с раздельным приводом механизма передвижения при контакте реборд ходовых колес с рельсом // Сборник «Исследования кранов и крановых металлоконструкций». М. 1976. С. 14-20.

89. Казак С.А., Головин В.С., Голошейкин В.А. Перекосы мостового крана при его движении // Сборник «Грузоподъемные краны». Свердловск. 1976. С. 53-57.

90. Лобов Н.А. Расчет динамических нагрузок мостового крана при его передвижении // Вестник машиностроения. 1976. № 1. С. 44-48.

91. Лобов Н.А. Динамические нагрузки мостового крана с раздельным приводом механизма передвижения // Вестник машиностроения. 1977. № 8. С. 12-16.

92. Лобов Н.А. Нагрузки мостового крана вследствие поперечного и вращательного движения моста // Вестник машиностроения. 1984. № 6. С. 31-35.

93. Лобов Н.А. Нагрузки мостовых кранов при контакте реборд ходовых колес с рельсами // Вестник машиностроения. 1984. № 6. С. 31-35.

94. Лобов Н.А. Динамика передвижения кранов по рельсовому пути. М.: изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. 232 с.

95. Лобов Н.А. Разработка основ динамики передвижения кранов по рельсовому пути и методов повышения ресурса работы крановой системы: дис. ... д-ра техн. наук. Москва. 2005. 294 с.

96. Лобов Н.А. Устойчивости и нагрузки стационарного движения мостовых кранов // Сборник «Теория, расчет и исследование подъемно-транспортных машин». М. 1979. С. 94-120.

97. Березин В.Н., Липатов А.С. Состояние подкрановых рельсов // Сборник «Повышение прочности и долговечности крановых ходовых колес». М. 1981. С. 10-12.

98. Липатов А.С. К вопросу о методике расчета крановых ходовых колес // Тр. ВНИИПТМАШ «Исследование крановых металлоконструкций», М.: ВНИИПТМАШ, 1979. С. 9-20.

99. Оценка безопасной эксплуатации системы «кран рельсовый путь» параметрами риска / А.А. Короткий [и др.] // Безопасность труда в промышленности. 1997. №3. С. 25 - 27.

100. Липатов А.С. О подходе к оценке погрешности установки крановых ходовых колес // Подъемные сооружения. 2002. № 12. С. 5-7.

101. Липатов А.С. Методы повышения безопасности грузоподъемных кранов при ненормируемых условиях эксплуатации: дис. ... д-ра техн. наук. Новочеркасск. 2005. 259 с.

102. Дувидович Д.Н., Липатов А.С., Кирочкин Ю.И. Опыт косвенного измерения диаметра кранового пути полярного крана АЭС // Ремонт, восстановление, модернизация. 2005. № 5. С. 22-25.

103. A. Bracciali, P. Folgarait New sensor for lateral & vertical wheel-rail forces measurements // Proceedings of railway Engineering 2004, proceedings of railway engineering conference. London. 2004 // http://www.andreabracciali.it/063 Railway Engineering (2004) L-V Rail Forces Meas.pdf (дата обращения: 14.12.2014).

104. The influence of track stiffness on the measurement of the wheel rail contact force / A. Bracciali [et al.] // Proceedings of the first international conference on railway technology: research, development and maintenance. Stirlingshire, Scotland. 2012. P. 1-15.

105. Jabbar A. Z. Lateral resistance of railway track // Iran university of science and technology, school of railway engineering. 2014. P. 357-374.

106. Lichtberger B. The lateral resistance of the track // European railway review. Issue 3&4. 2007. // https://www.yumpu.com/en/document/read/11495161/the-lateral-resistance-of-the-track-plasser-theurer (дата обращения: 14.12.2014).

107. Параметры колеи и износ рельсов в кривых / Н.И. Карпущенко [и др.] // Путь и путевое хозяйство. 2007. № 11. С. 7-9.

108. Взаимодействие колес и рельсов в кривых участках / Н.И. Карпущенко [и др.] // Путь и путевое хозяйство. 2008. № 6. С. 2-5.

109. Параметры колеи и износ рельсов в кривых / Н.И. Карпущенко [и др.] // Путь и путевое хозяйство. 2007. № 11. С. 7-9.

110. Карпущенко Н.И., Котова И.А. Износ рельсов и колес подвижного состава в кривых участках пути // Вестник СГУПСа. 2004. № 8. С. 143-155.

111. Defining the loadings due to bridge crane skewing during travelling according to EN 15 011 - Calculation rigid method / R. Sostakov [et al.] // Proceedings - the 8th international symposium «KOD 2014», Balatonfured, ISBN 978-86-7892-6150. Novi Sad. 2014. P. 75-78.

112. Skewing loadings in the scope of material fatigue phenomena of crane structure and travelling mechanism components / R. Sostakov [et al.] // Proceedings - the 5th International conference «Transport and Logistics», Nis, ISBN 978-86-6055053-0. 2014. P. 101-104.

113. Application of «rigid» method for determining the skewing forces on bridge cranes and trolleys according to EN 15 011 / R. Sostakov [et al.] // Machine design, Vol.6(2014) No.2, ISSN 1821-1259. 2014. P. 59-62.

114. Золина Т.В. Перекисное движение крана как одна из причин накопления дефектов и повреждений несущих конструкций каркаса промышленного здания // Научный вестник Воронежского государственного архитектурно-строительного университета. Сер.: Строительство и архитектура. 2015. № 2. С.18-25.

115. Золина Т.В., Туснин А.Р. Обоснование необходимости учета боковых сил, возникающих при крановых воздействиях на каркас здания // Промышленное и гражданское строительство. 2015. № 5. С. 17-23.

116. Золина Т.В. Работа промышленных зданий при восприятии крановых нагрузок: Монография. М.: Издательский центр «Академия», 2012. 272 с.

117. Золина Т.В. Исследование влияния горизонтальных крановых нагрузок на напряжённо-деформированное состояние каркасов одноэтажных промышленных зданий // Проблемы строительства, инженерного обеспечения и экологии городов: материалы II международной научно-технической конференции. Пенза: МАНЭиБЖ. 2000. С. 72-74.

118. Золина Т.В. Развитие теории и методологии оценки остаточного ресурса промышленных зданий с мостовыми кранами: дис. ... д-ра. техн. наук. Москва. 2016. 343 с.

119. Zolina T.V., Sadchikov P.N. Evaluation of software realization algorithms of industrial building operation life // Advances in Energy, Environment and Materials Science Proceedings of the International Conference on Energy, Environment and Materials Science (EEMS 2015), Guanghzou, P.R. China / Edited by Yeping Wang and Jianhua Zhao. CRC Press. 2016. P. 777-780.

120. Zolina T.V., Sadchikov P.N. Vector field modeling of seismic soil movement in building footing // Advanced Materials, Structures and Mechanical Engineering Proceedings of the international Conference on Advanced Materials, Structures and Mechanical Engineering, Incheon, South Korea, 2015 / Edited by Mosbeh Kaloop. CRC Press. 2016. P. 115-118.

121. Нагрузки и воздействия на здания и сооружения / В.Н. Гордеев [и др.]. М.: Изд-во АСВ, 2014. 608 с.

122. Ковальский Б.С. Расчет деталей на местное сжатие. Харьков: ХВНИУ, 1967. 224 с.

123. Аникеева Ф.Л. Исследование долговечности крановых ходовых колес: дис. ... канд. техн. наук. Москва. 1980. 187 с.

124. Отчет «Изыскания по повышению долговечности крановых колес» / ВНИИ подъемно-транспортного машиностроения ВНИИПТМАШ, инв. № НИ 2670, 1973. Б/С.

125. Ишлинский А.Ю. О проскальзывании в области контакта при трении качения // Известия АН СССР ОТН. 1956. № 6. С. 41-49.

126. Kalker J.J. Review of wheel-rail rolling contact theories. The general problem of rolling contact.: ASME. 1980. PP. 77-82.

127. Дулев И.А. Определение сил трения при стационарном качении кранового колеса по рельсу // Машиностроение. 1989. № 3. С. 13-16.

128. Шеффлер М., Пайер Г., Курт Ф. Основы расчета и конструирования подъемно-транспортных машин: Сокр. пер. с нем. М.: Машиностроение, 1980. 255 с.

129. Спицына Д.Н. Исследование боковых сил, действующих на многоколесные мостовые краны // Вестник машиностроения. 2003. № 3. С. 3-9.

130. Crane-Measurerement of wheel alignment. International Standart ISO 11630:1997(E). Printed in Switzerland, ICS 53.020.20, 10 p.

131. ГОСТ28648-90. Колеса крановые. Технические условия. М., 1991. 7 с.

132. Спицына Д.Н. Строительная механика стержневых машиностроительных конструкций, М.: Высшая школа, 1977. 248 с.

133. Феодосьев В. И. Сопротивление материалов , 16-е изд., испр. М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2016. 543 с.

134. Отчет «Заключение по результатам обследования ходовых колес и подкрановых путей мостового крана г/п 100/20т (30/20 т), рег. № 26773, зав. № 2787 (г. Реутов)» / ОАО НПО «ВНИИПТМАШ». ВПТМ.15/532.00.00.00.00 З. М., 2014. 22 с.

135. ОСТ 24.090.44-82. Крановые колеса. Выбор и расчет. М., 1982. 14 с.

136. Балашов В.П. Грузоподъемные и транспортирующие машины на заводах строительных материалов. М.: Машиностроение, 1987. 383 с.

137. Отчет «Кран мостовой электрический кругового действия грузоподъемностью 350/190+32 т для АЭС «Куданкулам» в Индии» / ОАО НПО «ВНИИПТМАШ». ВПТМ.6011.00.00.00.00ПЗ. 2003.28 с.

138. ПБ 10-382-00. Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов, М., 2000. 129 с.

142 Приложение

П.1. Анализ свободных колебаний на этапе установившегося движения крана на

примере одномассовой модели

Анализ свободных колебаний на этапе установившегося движения крана рассмотрен на примере случая, когда кран совершает движение по идеально ровным путям при неблагоприятном сочетании перекоса осей ходовых колес: Р1=Р2=0,001, Р3=Р4= -0,001.

Расчет проводился при линейной податливости металлоконструкции крана

9 7

5=6,937-10- м/Н и жесткости подкрановых путей сп=10 Н/м при следующих начальных условиях в момент времени ? = 0:

1) ^ <о) = ^ ;о) = ^ з(о) = ^ 4(о) = о.

2) S1(0) = кг^ = 4653 Н; 52(0) = к2р2 = 4653 Н;

530) = к3рз = -5210 Н; 54(0) = к4р4 = -5210 Н .

' (0) " (0) (0) (0)

3) у = 0; Ф = 0; у = 0; ф = 0 .

4) у;о) = 5(0)5 = 0,032мм; у(0) = 52(0)5 = 0,032 мм.

5) уз(0) = 53(0)5 = 0,03 6 мм; у(0) = 54(0)5 = 0,03 6 мм .

С учетом принятых начальных условий, как было показано в пункте 2.1.4.1, наиболее нагруженными оказываются 3-ье и 4-ое колеса: N тах = N тах = 17424 Н и тах = 54 тах = -17181 Н. Контакт реборд с рельсами начинается через 5 с после начала движения (Рисунок 2.5).

Согласно полученным расчетным данным свободные колебания не оказывают влияния на характер движения крана. На Рисунке П.1 показано изменение во времени перемещения крана, как жесткого целого вдоль оси «у», на всем этапе движения.

Рисунок П.1. Изменение во времени перемещения крана (как жесткого целого)

вдоль оси «у»

Вместе с тем при рассмотрении перемещения у на более коротком временном интервале, в первые полсекунды движения видно наличие колебательного процесса, который накладывается на основное движение и с течением времени затухает (Рисунок П.2).

Рисунок П.2. Изменение во времени перемещение крана, как жесткого целого

вдоль оси «у» в первые 0,5 с движения

Наличие колебаний, показанных на Рисунке П.2, связано с тем, что центр масс крана свободно колеблется относительно своих колес с собственной частотой р

Р =

8М у 6,93 7-10~9 м/Н -17 5 0 0 кг

= 181,5 рад/с = 28,89 Гц .

Полученную частоту можно наблюдать при выводе на печать графика упругих перемещений колес в направлении, перпендикулярном направлению движения крана (см. Рисунок П.3).

а

б

Рисунок П.3. График упругих линейных перемещений 4-ого колеса а - перемещения на всем этапе движения; б - перемещения в первую секунду

движения

Из графика изменения во времени линейного упругого перемещения 4-ого колеса видно следующее:

- упругие колебания много меньше перемещений крана как жесткого целого;

- за счет диссипативных сил свободные колебания быстро затухают относительно своих начальных значений, возникающих за счет начальной силы 5,(0) (в течение одной секунды).

Повторное усиление свободных колебаний наблюдается после того, как реборда колеса наезжает на головку рельса. Однако, как и в начале движения, данные колебания быстро, в течение одной секунды, затухают (Рисунок П.4).

Рисунок П.4. График упругих линейных перемещений 4-ого колеса при наезде

колеса на рельс

Необходимо отметить, что после наезда крановых колес на рельс характер собственных колебаний крана может измениться за счет появления новой собственной частоты, величина которой будет определяться количеством колес, одновременно находящихся в контакте с рельсом

р =

р =

р =

р =

СМ 7 107 Н/м

М 7500 кг

2 сы М 2 • 107 Н/м

М \ 17500 кг

3 М 3 • 107 Н/м

М \ 17500 кг

4 сы М 4 • 107 Н/м

М \ 17500 кг

= 23,9 рад/с = 3,8 Гц - в контакте с рельсом одно колесо;

= 33,8 рад/с = 5,38 Гц - в контакте с рельсом два колеса;

= 41,4 рад/с = 6,59 Гц - в контакте с рельсом три колеса;

= 47,8 рад/с = 7,6 Гц - в контакте с рельсом два колеса.

Несмотря на наезд крана на рельс из графика, представленного на Рисунке П.4, видно, что колебания продолжились на исходной частоте 28,9 рад/с. Как следствие, влияние жесткости подкрановых путей сп не отразилось на характере частоты колебаний. Аналогичная картина наблюдалась при повторном проведении расчета, в котором при сохранении всех исходных параметров жесткость подкрановых путей была увеличена в 10 раз (сп=10 Н/м). Колебания и в этом случае продолжились на частоте 28,9 рад/с. Разница между двумя расчетами заключалась лишь в том, что при жесткости сп=10 Н/м колебательный процесс проходил при больших амплитудах, и как следствие, для его затухания потребовалось большее количество времени (Рисунок П.5).

а

б

_ 8

Рисунок П.5. График упругих линейных перемещений 4-ого колеса (сп=108 Н/м)

а - перемещения на всем этапе движения; б - перемещения при наезде колеса на

рельс

Выводы:

1) Свободные колебания оказывают слабое влияние на общий характер движения крана.

2) Так как свободные колебания, возникающие в начале движения за счет приложения сил 5;<0), быстро затухают, их вкладом в общее движение можно пренебречь, приняв следующие начальные условия:

. 51(0) = 52(0) = 53(0) = 5;о) = 0 .

(0) (0) (0) (0)

• 7! = 7 2 = 7 3 = У 4 = 0 •

Сделанные допущения не оказывают влияния на характер изменения боковых сил и отразятся лишь на том, что в первые секунды движения, колебательный характер сил будет затухать быстрее по сравнению с расчетом, в котором принимаются ненулевые начальные условия.

На Рисунке П.6 приведены графики боковых сил, которые были получены при ненулевых и нулевых начальных условиях. Из сравнения графиков видно, что моменты времени, начиная с которых между ребордой колеса и рельсом возникает контакт, совпадают, также как совпадают максимальные значения боковых сил.

время, с

а

время, с б

Рисунок П.6. Изменение боковых сил 84 и Ы4 а - ненулевые начальные условия; б - нулевые начальные условия

(gS ТЯ>кМАШ

АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО

ул. Гидротурбинная. 13 г. Сызран ь. Самарская область. 446010

//, грузоподъемных механизмов

AG «ТЯЖМАЩ»

III,))

Ср5. Цуканов & 09 2018 г.

АКТ

о внедрении результатов диссертационной работы Юрина А.Н. на тему «Исследование боковых сил, действующих на ходовые колеса мостовых кранов», представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 01.02.06 - динамика, прочность машин, приборов и аппаратуры

Комиссия от АО «ТЯЖМ АШ», в лице: Главный конструктор грузоподъемных механизмов Е.Д. Лютенков Главный специалист грузоподъемных механизмов, к.т.н. П.Н. Егоров Инженер-расчетчик И.С Новоженин

составила настоящий акт о том, что диссертационная работа Юрина АН., посвященная, исследованию и численному определению боковых сил, действующих на ходовые колеса мостовых кранов и приводящих к их износу, имеет практическое значение для организации. По указанной тематике Юриным А.Н. был выполнен расчет проектируемого мостового крана, предназначенного для строящегося эллинга судостроительного завода «Северная верфь», и переданы для использования методические рекомендации по проведению расчетов кранов с подобными конструкциями.

Главный конструктор ГПМ Главный специалист ГПМ

Е.Д. Лютенков

расшифровка подписи

П.Н. Егоров

расшифровка подписи

Инженер-расчетчик

И.С Новоженин

расшифровка подписи

Отзыв научного руководителя

о диссертации А.Н. Юрина «Разработка методов расчета боковых сил, действующих на ходовые колеса мостовых кранов»

Диссертационная работа А.Н. Юрина выполнена на актуальную тему. Боковые силы, возникающие при движении мостовых кранов, являются главной причиной малой долговечности их ходовых колес. Эти силы нагружают металлоконструкции крановых мостов и через подкрановые балки передаются на каркасы зданий, в которых установлены краны. В полярных кранах подобные радиальные нагрузки передаются на подкрановые пути боковыми роликами.

Научная новизна работы состоит в том, что соискателем разработаны уточненные методы и алгоритмы определения на ЭВМ боковых сил, возникающих как в четырехколесных, так и в многоколесных мостовых кранах, позволяющие оценить влияние различных (ранее не учитывавшихся) факторов на долговечность ходовых колес и напряженное состояние крановых мостов. Соискателем впервые разработан метод определения радиальных сил, возникающих при вращении полярных кранов, и проведена оценка соответствующих напряжений в элементах их ходовой части. Разработанные методы и алгоритмы позволяют находить те участки пути, где возникают наибольшие боковые силы, и рекомендовать проведение соответствующих ремонтных работ.

Все результаты, представляющие научную новизну, получены лично соискателем.

Для определения боковых (и радиальных) сил в различных мостовых (и полярных кранах) использовались динамические модели. Соискателем были получены системы из восьми (или двенадцати) нелинейных дифференциальных уравнений, определяющих перемещения и скорости приведенных масс, разработаны алгоритмы решения этих задач и составлены программы расчета боковых сил.

Результаты работы докладывались и обсуждались на четырех научно-технических конференциях. По материалам проведенных исследований были опубликованы тезисы докладов и семь статей в журналах, входящих в перечень ВАК РФ

Результаты работы уже используются в расчетной практике машиностроительного предприятия АО «ТЯЖМАШ», что подтверждается актом о внедрении.

Считаю, что диссертация является законченным научным исследованием и соответствует требованиям ВАК РФ, а ее автор А.Н. Юрин заслуживает присвоения ученой степени кандидата технических наук по специальности 01.02.06 - Динамика и прочность машин, приборов и аппаратуры.

Научный руководитель Д.Н. Спицына

к.т.н., доцент

Подпись Д.Н. Спицыной заверяю МГТУ им. Н.Э. Баумана

105005, г. Москва, ул, 2-я Бауманская, д.5, стр. 1 Телефон: [phone]

E-mail:

Факс:

[phone] [e-mail]

ЗШРЧЮ.'?!

Начальна* о ,

Щ] f_ h.R8.mmK