Расчёт остаточного ресурса мостового крана

Пояснительная.doc

1.Техническое задание.
Рассчитать остаточный ресурс мостового крана.
Таблица 1. Исходные данные.
Грузоподъемность Q т
Кол-во рабочих дней в году
Кол-во циклов работы в сутки
Условие работы крана
Рабочая температура °С
Схема расположения трещины
Год изготовления крана
Циклограмма нагружения:
Таблица 2. Свойства материала.
Механические характеристики
Временное сопротивление МПа
Предел текучести МПа
Относительное удлинение %
Рис.1. Геометрия сечений балок.
- Геометрические характеристики сечений:
Рис.2 Размеры крана.
Определение остаточного ресурса опасных производственных объектов.
Остаточный ресурс ГПМ это – расчетная величина наработки грузоподъемной машины (с момента проведения экспертизы) до достижения предельного состояния ее базовых частей (несущих металлических конструкций) по критериям усталости.
В качестве базовой концепции предлагается подход основанный на принципе "безопасной эксплуатации по техническому состоянию" согласно которому оценка технического состояния объекта осуществляется по параметрам технического состояния обеспечивающим его надежную и безопасную эксплуатацию согласно нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации а остаточный ресурс - по определяющим параметрам технического состояния. В качестве последних принимаются параметры изменение которых (в отдельности или в некоторой совокупности) может привести объект в неработоспособное или предельное состояние.
В зависимости от критериев предельного состояния и условий эксплуатации объекта параметрами его технического состояния могут служить:
характеристики материалов (механические характеристики - предел текучести предел прочности твердость трещиностойкость пределы выносливости длительной прочности ползучести и т.д. химический состав характеристики микроструктуры и т.д.);
коэффициенты запасов прочности (по пределам текучести прочности длительной прочности ползучести трещиностойкости устойчивости по числу циклов или напряжениям при расчетах на циклическую прочность);
технологические показатели (температура параметры вибрации режимы работы и т.д.).
Определение нагрузки на пролетную балку.
Для построения эпюр представляем металлоконструкцию в виде двухопорной балки. Максимальный момент находим в левой пролетной балке т.к. она дополнительно нагружена весом кабины.
Нагрузка от веса пролетной балки.
где mп.б. – масса пролетной балки т
g = 981 мс3 – ускорение свободного падения
где V - объем металла пролетной балки м3;
р - плотность стали (7850 кгм3).
= 04035 · 7850 = 31675 кг
= 20715 Нм = 207 кНм
Суммарное давление тележки и груза на одно колесо.
Определение нагрузки от массы концевой балки.
где mк.б. – масса концевой балки кг;
g = 981 мс3 – ускорение свободного падения;
где V – объем металла концевой балки м3;
– плотность стали (7850 кгм3).
где b* – ширина концевой балки м;
t* – толщина металла концевой балки м.
V = 45 · (07· 0006·2 + 2 ·(09 – 2·0006) ·0006) = 00858 м3.
= 00858 · 7850 = 67353 кг
= 146829 Нм = 147 кНм.
Также на концевую балку действуют нагрузки от веса кабины и от веса тележки с грузом.
Определение моментов инерции и моментов сопротивления балок.
Рис. 3. Опасные сечения балки.
Момент инерции сечения пролетной балки А–А:
Момент сопротивления сечения пролетной балки А–А:
Момент инерции сечения концевой балки Б–Б:
Момент сопротивления сечения концевой балки:
Расчет концевой балки.
Концевая балка будет наиболее нагруженной в ближнем положении тележки к концевой балке.
Правая пролетная балка является более нагруженной так как на нее дополнительно действует нагрузка от кабины.
Наиболее опасным является положение когда тележка с грузом находится в середине пролета.
Определим опорные реакции при нахождении тележки в крайнем ближнем к кабине положении.
Рис. 4. Схема нагружения правой пролетной балки.
Правая пролетная балка:
Рис. 5. Схема нагружения левой пролетной балки.
Определение изгибающих моментов и напряжений в концевой балке.
Определяем опорные реакции:
Рис. 6. Эпюры продольной силы и изгибающего момента концевой балки.
Найдем значение переменной Х в точке где эпюра поперечных сил
Изгибающий момент в этой точке:
Напряжения в сечении А–А концевой балки:
Расчет пролетных балок.
Правая пролетная балка является более нагруженной т.к. на нее дополнительно действует нагрузка от кабины.
Наибольшие напряжения в сечении пролетной балки будет при нахождении тележки в среднем положении пролетной балки.
=0 следовательно опорные реакции найдены верно.
Рис.7. Эпюры продольной силы и изгибающего момента пролетной балки.
Найдем значение переменной Х в точке где эпюра поперечных сил . На промежуточном участке:
Определение изгибающего момента в сечении с трещиной:
где L – пролет крана м;
Напряжения в сечениях пролетной балки:
В сечении с трещиной:
Сравнивая все полученные напряжения в концевой и пролетной балках видим что наиболее опасным будет сечение А–А пролетной балки.
Условие прочности по методу допускаемых напряжений:
где – допускаемое напряжение МПа.
где – предел текучести для стали 09Г2 МПа [5 стр. 16];
n – коэффициент запаса для расчетов на прочность [5 стр. 93].
– условие прочности выполняется.
Так как максимальное напряжение 513 МПа возникающее в расчетном узле менее 15% от МПа то цикл является неповреждающим. Расчет ведется для наиболее опасного сечения. Начальную длину трещины оставляют такой же.
Фактический режим работы крана.
Количество циклов которое выполнил кран за срок службы:
В соответствии с данными из справки о характере работы кран выполняет в сутки циклов в год кран работает дней в течении лет.
Это соответствует классу использования U5 по ПБ - 10-382.
Коэффициент нагружения.
гдеQ – масса груза перемещаемого краном с числом циклов С
Qном – номинальная грузоподъемность кран балки;
СТ – число циклов работы крана за срок его службы.
Это соответствует тяжелому классу нагружения – Q3.
При классе использования U5 и классе нагружения Q3 фактический режим нагружения – А6.
Расчет остаточного ресурса мостового крана.
Число циклов остаточного цикла определяется по формуле:
где – число циклов до возникновения трещины при работе с эквивалентной нагрузкой.
Для определения данного значения воспользуемся методикой Ратте.
Так как цикл является неповреждающим то
где - поправочный коэффициент
Коэффициент чувствительности к ассиметрии цикла:
где – предел выносливости расчетного узла при симметричном цикле на базе для пролетной балки принимаемМПа;
– временное сопротивление для Стали 09Г2 МПа
Коэффициент ассиметрии.
Предел выносливости расчетного узла при коэффициенте асимметрии на базе N0
Сравнивая МПа и МПа выбираем для дальнейших расчетов меньшее значение МПа.
Коэффициенты перехода из в :
Так как то принимаем
Максимальное напряжение в расчетном узле приведенное к симметричному циклу нагружения.
Количество циклов работы до возникновения трещины при работе с максимальным грузом.
где – коэффициент надежности по пределу выносливости
– коэффициент надежности по показателю выносливости
- коэффициент надежности по остаточному ресурсу
– коэффициент влияния дополнительных циклов.
Количество циклов до возникновения трещины.
Остаточный ресурс мостового крана.
Определение критической длины трещины:
где - критическая длина трещины
- отношение площади элемента с трещиной и площади элемента без неё
– поправочный коэффициент
- коэффициент интенсивности напряжения
где - характеристика материала
К – критическая температура
К - температура эксплуатации
- критический коэффициент при соответствующей температуре эксплуатации
где - поправочный коэффициент
где - максимальное напряжение в сечение где находится трещина
– начальная длина трещины.
- предел текучести при температуре эксплуатации
К – комнатная температура
Критическая длина трещины составит 49 мм.
В результате проведенного расчета и оценки остаточного ресурса мостового крана т комиссия постановляет:
Трещину заварить по проекту ремонта металлоконструкции крана.
Срок дальнейшей эксплуатации крана 4693 года.
Трещина не носит усталостного характера.
Остаточный ресурс крана определяет наиболее слабое звено ( для мостового крана – пролетная балка). Согласно указаниям РД 24-112-5Р (п. 9.2.1.) комиссия назначает календарный ресурс – 5 лет.
Периодичность комплексных обследований крана специализированными организациями 1 раз в 2 года.
Владельцу крана усилить контроль состояния элементов металлоконструкций пролетных балок.
По истечению установленного срока календарного остаточного ресурса необходимо произвести повторный расчет остаточного ресурса.
В ходе данной курсовой работы ознакомились с нормативно-технической литературой по диагностированию и экспертизе промышленных опасных объектов и машин получили навыки расчета остаточного ресурса по упрощенной методике (по критерию трещиностойкости металлоконструкции крана) и прогнозирования развития выявленных дефектов.
ГОСТ 25546-82 Краны грузоподъемные. Режимы работы.
ПБ 10-382-00 Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов.
РД 24-112-5Р Руководящий документ по оценке остаточного ресурса кранов мостового типа.
Справочник по кранам: в 2-х томах т. 1. Характеристики материалов и нагрузок. Основы расчета кранов их приводов и металлических конструкций Под общ. редакцией М.М. Гохберга - Л.: Машиностроение Ленинградское отделение 1988 - 536 с: ил.
Справочник по кранам: в 2-х томах т.2. Характеристики и конструктивные схемы кранов. Крановые механизмы их детали и узлы. Техническая эксплуатация кранов Под общ. редакцией М.М. Гохберга - Л.: Машиностроение Ленинградское отделение 1988 - 559 с: ил.

Схема.dwg

ЧГУ. ИТИ. РК 190205 001
ЧГУ-ИТИ-РК-190205-001
Расчет остаточного ресурса мостового крана Q=30 т.
Грузоподъемность крана Q=30 т. 2. Материалл металлоконструкции Сталь3 3. Год изготовления 1977 4. Место работы крана - Помещение 5. Рабочая температура от 0 до+45 °С 6. Циклограмма нагружения: до 0
Q до Q - 15% 7. Расчетный режим работы крана - U5
Схема нагружения и эпюры от нагрузки концевой балки
Схема нагружения правой пролетной балки
Схема нагружения левой пролетной балки
Схема нагружения и эпюры от нагрузки пролетной балки
ЧГУ.ИТИ.РК.190205.000001.
Расчет остаточного ресурса мостового крана Q=10 т.
Грузоподъемность крана Q=10 т. 2. Материалл металлоконструкции Ст09Г2 3. Год изготовления 1988 4. Место работы крана - Помещение 5. Рабочая температура от -10 до+25 °С 6. Циклограмма нагружения: до 0
Q до Q - 20% 7. Расчетный режим работы крана - А6