ГОСТ 33169-2014. Межгосударственный стандарт. Краны грузоподъемные. Металлические конструкции. Подтверждение несущей способности

Приложение И

(рекомендуемое)

 

КОЭФФИЦИЕНТ ПРИВЕДЕНИЯ ПРЕДЕЛА ВЫНОСЛИВОСТИ

К РАСЧЕТНОМУ КОЛИЧЕСТВУ ЦИКЛОВ

 

И.1 Общие положения

И.1.1 Основной характеристикой нагруженности металлической конструкции с позиции расчета на сопротивление усталости является заданная группа классификации (режима) крана. Она характеризуется четырьмя вариантами сочетаний классов использования, и режимов нагружения по ГОСТ 32579.1 (приложение А). По классу использования определяется общее количество циклов работы крана за срок службы C_T.

Процесс работы крана состоит из рабочих циклов. Создаваемый ими процесс изменения напряжений в расчетной зоне обусловлен массой груза, значениями динамических нагрузок и структурой цикла (набором и последовательностью совершаемых краном движений). Вероятностное распределение масс грузов описывается гистограммой, которая представляет собой l пар значений масс грузов Q_i и частот , причем . По гистограмме вычисляется коэффициент распределения нагрузок

 

 

где Q - грузоподъемность крана.

Пример параметров гистограмм грузов для четырех режимов нагружения, вычисленных на базе биномиального распределения, приведен в таблице И.1 (рисунок И.1, таблица И.1).

 

 

Рисунок И.1 - Примеры гистограмм грузов для режимов

нагружения Q1, Q2, Q3, Q4

 

Таблица И.1

 

Параметры гистограмм грузов, соответствующих четырем

режимам нагружения

 

Относительные массы грузов Q/Q	Значения частот для режимов
	Q1	Q2	Q3	Q4
От  0    до 0,25 включ.	0,46	0,23	0,03	0
Св. 0,25 "  0,50   "	0,39	0,40	0,24	0
"   0,50 "  0,75   "	0,14	0,30	0,45	0
"   0,75 "  1,00   "	0,01	0,07	0,28	1,00

 

И.1.2 Для анализа долговечности крановых конструкций, в которых размах напряжений пропорционален или в значительной степени зависит от массы поднимаемого груза, целесообразно в запас надежности считать, что кран работает в режиме нагружения Q4, то есть всегда с номинальным грузом. При этом класс использования выбирается такой, который соответствует заданной группе классификации. Это упрощает расчет, так как в этом случае l = 1, и дает погрешность в запас надежности.

И.1.3 Структура циклов работы крана различна, но для расчета на сопротивление усталости может быть смоделирована с помощью нескольких типичных схем. Каждая типовая схема рабочего цикла представляет собой последовательность движений, которая выполняется краном от начала подъема груза до момента, когда он готов поднять следующий груз. Набор из K схем формируется на основе опыта эксплуатации подобных машин, анализа грузопотоков или результатов наблюдений. Если нет данных для обоснованного назначения схем, то в запас надежности может быть использована одна или несколько схем, при которых в расчетной зоне возникает наибольший размах напряжений.

Реализация типовой схемы рабочего цикла с определенным грузом представляет собой модель рабочего цикла крана и называется характерным технологическим циклом (ХТЦ). Таким образом, l ступеней гистограммы грузов и K типовых схем циклов образуют J штук ХТЦ. Если все типовые схемы реализуются со всеми грузами, то J = lK. Если особые нагрузки создают размахи напряжений в расчетной зоне существенно превышающие размахи от комбинаций нагрузок групп A и B, то для их учета могут быть дополнительно созданы один или несколько ХТЦ. Для каждого ХТЦ устанавливается частота его реализации в процессе эксплуатации машины. Это значит, что j-ый ХТЦ в течение срока службы повторяется раз. При этом должно быть и, соответственно, .

И.2 Моделирование эксплуатационного нагружения конструкции

В соответствии со структурой каждого ХТЦ последовательно рассчитываются значения номинальных напряжений, возникающих в расчетной зоне при тех комбинациях нагрузок, которые соответствуют движениям, выполняемым краном. При этом определяются не только максимальные, но и минимальные напряжения (рисунок И.2). Для этого следует анализировать также "холостую" часть цикла работы крана, где возможны большие углы отклонения канатов или повышенные ускорения при пусках и торможениях.

 

 

Рисунок И.2 - Примеры графиков изменения напряжений

в расчетной зоне при выполнении краном нескольких ХТЦ

 

И.3 Схематизация циклического нагружения

График изменения напряжений в пределах одного ХТЦ схематизируется методом полных циклов. Возможно использование метода "потоков дождя" ("rain flow") с корректировкой последующих формул с учетом того, что в этом случае выделяются полуциклы.

Для каждого ХТЦ определяется наибольший размах напряжений и находится максимальный размах напряжений как . Для расчета углового шва на срез для каждого ХТЦ вычисляется и .

Для каждого ХТЦ вычисляется коэффициент циклического нагружения

 

(И.1)

 

где z_ji - количество циклов нагружения с размахом , выявленных при схематизации.

При суммировании учитываются все циклы с размахом напряжений или , превышающие порог усталостного повреждения или (рисунок 15, б). Здесь и - предел неограниченной выносливости, соответствующий горизонтальному участку усталостной кривой, который вычисляется на базе циклов N_R0 = 5·10⁶ циклов как (рисунок 15)

 

(И.2)

 

Для ездовых балок при расчете по местным напряжениям коэффициент циклического нагружения можно принимать как

 

(И.3)

 

где ;

P_C и P_Q - нагрузка на колесо при движении без груза и с номинальным грузом;

u_k - количество колес, проходящих через расчетную зону за один проход.

Приближенные оценки значений коэффициента циклического нагружения для типовых конструкций приведены в таблице И.2.

 

Таблица И.2

 

Значения коэффициента циклического нагружения 

для различных конструкций

 

Описание конструкции и РЗ
Главные балки мостовых и козловых кранов без консолей (большие значения для кранов с большими динамическими нагрузками, жестким подвесом груза)	1,1 - 1,3
Главные балки козловых кранов с консолями (большие значения для кранов с большими динамическими нагрузками)	1,2 - 1,4
Стрелы и хоботы портальных грейферных кранов <1>	1,3 - 1,5
Стрелы и хоботы портальных монтажных кранов <1>	1,1 - 1,2
Колонны портальных грейферных кранов <1>	1,4 - 1,5
Узлы соединения главных и концевых балок мостовых кранов, узлы соединения жестких опор с пролетным строением козловых кранов <2>	1,4 - 1,7
<1> Если максимальные напряжения определены с учетом раскачивания груза; <2> Если в приводах передвижения использованы частотные системы управления с синхронизацией.

 

И.4 Коэффициенты приведения пределов выносливости

По результатам обработки совокупности всех ХТЦ вычисляются коэффициенты приведения пределов выносливости к расчетному количеству циклов

 

(И.4)

 

(И.5)

 

Здесь суммирование производится по всем J ХТЦ.

И.5 Оценка необходимости выполнения расчета на сопротивление усталости

Для предварительной оценки возможности возникновения усталостного повреждения в узле можно воспользоваться следующим условием

 

(И.6)

 

где - максимальный размах напряжений в расчетной зоне;

C_T - количество циклов работы крана за срок службы, найденное по классу использования, который обусловлен заданной группой режима работы крана и режимом нагружения Q4.

Остальные обозначения даны выше. Если условие (И.6) выполнено, то долговечность узла в течение назначенного ресурса обеспечена, и более подробный расчет можно не делать. Если условие не выполнено, то следует произвести расчет на сопротивление усталости по методике, приведенной в главе 8.