Динамічні розрахунки, випробування та діагностика сталевих конструкцій великопрогонових мостових перевантажувачів

Abstract

UK: У дисертаційній роботі проведено комплексний аналіз роботи просторових несучих металоконструкцій мостових перевантажувачів. На підставі масових обстежень показані і класифіковані основні дефекти і пошкодження (обстежено стан більше ніж 20 кранів). Проведено динамічні випробування (створено базу даних віброграм при робочому циклі крану) та складено динамічні паспорти різних типів кранів. Виконані динамічні розрахунки за запропонованими методиками (досліджено взаємодію інерційних мас рухомого візка і моста крана). Показано алгоритм пошуку ушкоджень за допомогою методики створення «Атласу впливу пошкоджень на власні частоти і форми».

RU: На многих предприятиях различных отраслей промышленности в технологический цикл работ по перегрузке, например, сыпучих материалов, включены большепролетные (длина крана до 150 м) мостовые грейферные краны- перегружатели. Остановка или поломка такого крана, как правило, приводят к существенным экономическим ущербам для предприятий, длительным и дорогостоящим ремонтам (приобретение нового крана может стоить предприятию несколько млн. дол.). Безопасность работы перегружателей в весьма тяжелых условиях предприятия должна обеспечиваться регулярными натурными обследованиями (по нормам не реже одного раза за 1-2 года). Естественно, что полное обследование также потребует длительную остановку перегружателя. В связи с этим возникает актуальная необходимость проведения поисковых научных исследований по сокращению времени простоев крана. Для этого в диссертационной работе не только рассматривались условия эксплуатации, нагружения и цикличности технологических процессов, но и теоретическим путем изучались динамические характеристики и напряженно- деформированное состояние (НДС) несущих металлоконструкций. Натурные обследования перегружателей (автор лично обследовал более 20 кранов) позволили дать классификацию кранов, дефектов, повреждений, условий нагружения и цикличности технологических процессов, предложено использовать динамические характеристики для диагностики металлоконструкций крана. При помощи ПК Selena был дан полный анализ НДС пространственной стержневой расчетной модели двух типов кранов-перегружателей (решѐтчатый и трубчато-балочный). Особое внимание уделялось информативному модальному анализу системы с большим числом степеней свободы. В диссертации исследовались низшие частоты и формы собственных колебаний для каждого типа крана (при условии как запрета забегания одной из опор крана относительно другой, так и возможности такого аварийного состояния). При этом расчеты разветвлѐнной динамической модели обоих кранов выявили близость частот соответствующих форм. Была особо выделена одна из низкочастотных форм - горизонтально-продольных колебаний моста в его вертикальной плоскости (частота около 0,65 Гц). Как показали расчеты и вибродинамическое обследование, именно эта форма возникает в кранах чаще других при динамической нагрузке, связанной с движением, торможением и разгоном тележки. Последнее подтверждается фактом наличия соответствующих поврежденных участков конструкций, обнаруженных при натурных обследованиях. Результаты расчетов трубчато-балочного перегружателя на статическую нагрузку от собственного веса трубчато-балочного перегружателя и на динамическую нагрузку (при движении тележки показали), что наиболее нагружены элементы в местах сопряжения трубы пролетного строения и опор, эквивалентные циклические напряжения достигают амплитуд 18 МПа. Этим колебаниям соответствует амплитуда горизонтального перемещения 15 мм на частоте 0,65 Гц (ускорения при этом достигают уровня 0,25 м/с 2 - дискомфортного для длительного пребывания машиниста). В работе даны предложения по снижению указанных колебаний (приведены варианты конструкций динамических гасителей колебаний, один и которых запатентован). Для рассматриваемых крупных сооружений решена была также проблема расчетов на подвижные нагрузки. Альтернативой квазистатическим методам учета влияния подвижной нагрузки на конструкции мостов (например, с использованием линии влияния) можно считать разработанную в диссертации методику анализа динамического взаимодействия инерционной конструкции моста с инерционной грузовой тележкой («4-й тип задач» по Я. Г. Пановко). Использовалось составление и решение систем дифференциальных уравнений движения во временной области при помощи системы компьютерной алгебры «Maple». Оказалось, что при помощи комплексной динамической диагностики, как варианта неразрушающего метода контроля, можно существенно улучшать эффективность натурного обследования с выявлением состояний, близких к аварийным. В работе показаны результаты и виброграммы, полученные в ходе многих динамических испытаний кранов в натурных условиях. Даются рекомендации как по проведению таких испытаний (в безостановочном технологическом режиме с применением грузовой тележки - как средства создания динамических нагрузок), так и по оформлению результатов в форме текущего комплексного динамического паспорта. В работе предлагается и практически проводится идея создания для каждой конструкции крана «Атлас влияния повреждений на собственные частоты и формы», получаемого (либо заранее, в составе проекта, либо в ходе эксплуатации крана) теоретическим путем в виде прогноза частоты, формы, логарифмического декремента колебаний, динамически напряжений и др. после теоретического условного разрушения одного из элементов. Такая методика значительно облегчает поиск повреждений и ускоряет натурное обследование. Результаты работы и методики приняты к внедрению в проектную практику ООО Проектный институт «Днепрпроектстальконструкция» и в ПАО «Днепровский металлургический комбинат им. Ф. Э. Дзержинского» для снижения амплитуд колебаний и паспортизации основных несущих металлоконструкций перегружателей. Также результаты работы внедрены в учебный процесс ГВУЗ «ПГАСА».

EN: In the dissertation work was conducted a comprehensive of spatial bearing metalware of bridge loading cranes. On the basis of mass surveys was shown and classified the main defects and damage to (state examined more than 20 cranes). A dynamic test (a database vibrorecord with crane working cycle) was carried out and dynamic passports of different types of cranes were made. Dynamic calculations were made by offered methods (interaction of inertial movable trolley and bridge crane was researched). Search algorithm damage was demonstrated by the method of creating the "Atlas of impact damage on the natural frequencies and forms."