Результаты экспериментального исследования напряжённо-деформированное состояние металлоконструкции портального крана

В качестве примера экспериментального исследования может служить научно-исследовательская работа по оценке напряжённо-деформированного состояния металлоконструкции портального крана.

Результаты данной работы используются для оценки ресурса кранов с выдачей рекомендаций о возможности их дальнейшей эксплуатации.

Исследования напряжённо-деформированного состояния выполнялось в Московской государственной академии водного транспорта на основе тензометрических испытаний портального крана Альбатрос.

Кран работал на перегрузке технической соли по вариантам судно-склад и судно-автомобиль в грейферном режиме. Схема наклейки тензодатчиков дана на рис. 7.4. Всего были замерены напряжения более, чем в 20 участках металлоконструкции.

В испытаниях использовалось следующее стандартное оборудование: тен-зорезисторы марки 5КФ с базой 5мм; осциллограф К12-22; тензоусилители ТА-5; соединительные кабеля.

Тензометрические датчики выполнялись в виде розеток, состоящих из трех регистрирующих тензорезисторов на участках, где ожидалось плоское напряженное состояние (ПНС) или из одного регистрирующего тензорезистора на участках, где ожидалось одноосное напряженное состояние (ОНС). Тензоре-зисторы устанавливались на контактной площадке или непосредственно на конструкции. Полоски металлической фольги, на которые были наклеены тен-зорезисторы, крепились к предварительно зачищенной поверхности металлоконструкции при помощи точечной сварки. Для всех датчиков проверялось сопротивление во избежание утечки тока. Усилительная и регистрирующая аппаратура размещалась в машинном отделении крана. Перед началом записей выполнялась балансировка измерительных мостов и тарировка датчиков.

Испытания включали две стадии:

• 1) Программные тензометрические испытания состояли в выполнении крановщиком команд экспериментатора. На этой стадии оценивалась общая нагруженность металлоконструкций. При этом устанавливалось влияние работы основных механизмов крана на механические напряжения в испытуемых элементах металлоконструкций;
• 2) Эксплуатационные тензометрические испытания состояли в записи осциллограмм реального перегрузочного процесса для оценки статистических параметров нагруженности элементов металлоконструкций вблизи опасных участков. Показания датчиков записывались на протяжении 20-25 рабочих циклов крана. Осциллограммы предварительно обрабатывались вручную. Результаты обработки схематизировались методом «дождя» согласно ГОСТ 25.101-83 с помощью специально созданного программного модуля. Метод «дождя» является аналогом метода полных циклов.

Испытания показали, что нагружение большинства несущих элементов металлоконструкций крана двухчастотное. Оно складывается из высокочастотных напряжений v^B4 = 1,0 ч- 2,0 Гц и низкочастотных, увеличение которых происходит один раз за рабочий цикл крана v^H4 = —(43), где Т_ц - продолжитель-

Т ц

ность рабочего цикла [сек].

Программные испытания строились таким образом, чтобы установить факторы, определяющие нагруженность испытуемых элементов металлоконструкций, а также получить максимальные размахи напряжений высокой v^B4 и низкой v^m частоты.

Эксплуатационная фаза тензометрических испытаний состояла в записи показаний датчиков, установленных вблизи опасных участков, на протяжении 20-25 рабочих циклов крана. Полученные осциллограммы предварительно обрабатывались вручную. С помощью специально созданного программного модуля, работающего в середе MS Excel, проводилась схематизация результатов обработки методом «дождя» [10] и приведение размахов напряжений к отнулевому циклу нагружения. Для приведения к отнулевому циклу использовались напряжения от собственного веса, полученные расчетом стержневой модели.

В результате такой обработки получены гистограммы распределений приведенных повреждающих размахов напряжений вблизи опасных участков. Обработка данных в среде «Statistica» показала, что все полученные распределения удовлетворяют гипотезе нормальности по критерию «/²» на приемлемом уровне значимости (Рис. 7.5).

35

Накопленные частоты

Рис. 7.3. Распределение размахов напряжений продольного датчика S3 крана «Альбатрос» (спектр напряжений)

Представленные на рис. 7.5. гистограмма и закон распределения размахов напряжения используется при определении ресурса металлоконструкций кранов. Подробнее расчёт ресурсов изложен в [13].