Приложение И (рекомендуемое).Коэффициент приведения предела выносливости к расчетному количеству циклов

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 .

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 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 К 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 К типовых схем циклов образуют J штук ХТЦ. Если все типовые схемы реализуются со всеми грузами, то J = IK. Если особые нагрузки создают размахи напряжений в расчетной зоне существенно превышающие размахи от комбинаций нагрузок групп А и В, 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 - 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 циклов как (рисунок 15)

(И.2)

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

,

(И.3)

где ;

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

- 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 t, 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;

- 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.