Спосіб підвищення ресурсу важкозавантажених прогінних кранових балок

Реферат: Спосіб підвищення ресурсу важкозавантажених прогінних кранових балок включає здійснення знакопостійних циклічних напружень сталевих деталей та використання елемента, який прикріплений з можливістю його знімання та перевертання на 180° відносно до повздовжньої осі. Після напрацювання балкою числа циклів, що складає 07-0,9 від граничного числа, її перевертають на 180° відносно до повздовжньої осі. UA 104691 U (12) UA 104691 U UA 104691 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі машинобудування і стосується методів підвищення ресурсу експлуатації важкозавантажених прогінних балок кранів мостового типу. Відомий спосіб підвищення ресурсу сталевих деталей [А. с. 1039972 СССР, МКИ 21D7/02. Способ упрочнения стальних деталей / Ю.В.Макаренко, А.И.Фролов (СССР).-3417305/22-02; заявл.25.01.82; опубл. 07.09.83. Бюл. № 33], які працюють при циклічних знакопостійних навантаженнях, що включає додавання в напрямку дії робочих навантажень зміцнюючого навантаження величиною 0,7-0,9 від руйнуючого і подальше її розвантаження, періодичне додавання зміцнюючих навантажень і розвантаження до нуля. Це обумовлює підвищення довговічності деталей. Недоліками цього способу є необхідність періодично штучно створювати зміцнюючі навантаження з подальшим розвантаженням до нуля. Ознаками, спільними з рішенням, що заявляється, є використання циклічних напружень для підвищення ресурсу сталевих деталей, що працюють при циклічних знакопостійних навантаженнях. Відомий спосіб підвищення ресурсу сталевих деталей [Пат. № 2431687 Российськая Федерация, МПК C21D7/00. Способ упрочнения деталей / Кузьменко М.Л., Матвеенко Г.П., Портер A.M., Букатый С.А.; заявитель и патентообладатель ОАО "Научно-производственное объединение "Сатурн". - № 2009137677/02; заявл. 12.10.2009; опубл.20.10.2011, Бюл. № 29], який шляхом прикладання перед початком експлуатації до деталі зміцнюючого навантаження в декілька етапів, величину яких збільшують циклами і з витримкою в часі на рівні максимального і мінімального напруження в кожному циклі навантаження, а величину навантаження обирають, виходячи з умов досягнення в найбільш навантаженій зоні деталі максимального напруження циклу, значенням не менше від межі пропорційності, але менше від межі тимчасового опору матеріалу деталі. Недоліками такого способу є необхідність здійснення зміцнюючого навантаження в декілька етапів перед початком експлуатації деталі, що потребує додаткових витрат. Ознаками, спільними з рішенням, що заявляється, є використання циклічних напружень для підвищення ресурсу сталевих деталей, що працюють при циклічних навантаженнях. Відомий спосіб підвищення ресурсу сталевих деталей [Пат. 2471002 Российская Федерация, МПК C21D7/02, C22F1/04. Способ повышения сопротивления усталости конструкционных металлических материалов / Рыков Д.Ф., Калюта А.А.; заявитель и патентообладатель Министерство промышленности и торговли. - № 2011148049/02; заявл. 28.11.2011; опубл. 27.12.2012, Бюл. № 36], що включає прикладання зовнішніх механічних навантажень на пластину із забезпеченням циклічного розтягування, при цьому на пластину здійснюють змінні циклічні навантаження стиску та зсуву. Недоліками такого способу є необхідність додаткового попереднього навантаження стиску та зсуву, а також необхідність використання спеціальних пристроїв для зміцнення деталей. Ознаками, спільними з рішенням, що заявляється, є використання циклічних напружень для підвищення ресурсу сталевих деталей, що працюють при циклічних навантаженнях. Найбільш близьким до способу, що заявляється, є спосіб збільшення ресурсу підкранової балки [А.с. 1557072 СССР МКИ В66С6/00, Е04С3/08, E04G25/02. Способ изготовления металлической подкрановой балки / И.И. Крылов, В.А. Чумаков (СССР). - № 4332303/31-33; заявл. 24.11.87; опубл. 15.04.1990, Бюл. № 14], який включає використання підрейкової частини двотаврового перетину, що має змогу її знімання та перевертання на 180° вздовж осі балки. Це дозволяє після виявлення пошкоджень у вигляді втомних тріщин верхнього поясу підрейкової частини закріпити підрейковий двотавр до підкранової балки тріщиною вниз і подовжити експлуатацію підкранової балки у встановленому режимі. Недоліком вибраного прототипом способу є те, що він потребує використання балки з додатковою підрейковою частиною у вигляді двотавра, що ускладнює конструкцію балки та потребує додаткових витрат на її виготовлення й експлуатацію. Спосіб передбачає перевертання підрейкового двотавра на 180° лише після виникнення втомних тріщин у його верхньому поясі. Цей спосіб не може використовуватися для важкозавантажених прогінних кранових балок тому, що "Правила будови і безпечної експлуатації вантажопідіймальних кранів" НПАОП 0.001.01-07 категорично забороняють експлуатацію вантажопідйомних кранів з тріщинами в будьяких елементах його металоконструкції. Крім того, втомні тріщини у важконавантажених прогінних кранових балках від циклічних навантажень частіше виникають у нижніх розтягнутих поясах і є найбільш небезпечними для довговічності крана, а стан верхніх поясів балки не є визначальним з точки зору його довговічності. 1 UA 104691 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Ознаками, спільними з рішенням, що заявляється, є використання знакопостійних циклічних напружень для підвищення ресурсу сталевих деталей та наявність елементу, який прикріплений з можливістю його знімання та перевертання на 180° вздовж осі. В основу корисної моделі поставлено задачу розробити спосіб підвищення ресурсу важкозавантажених прогінних кранових балок, який шляхом зміни знака циклічності напружень поясних зон балки, дозволяє збільшити загальний строк експлуатації вантажопідйомних кранів. Суттєвими ознаками способу є: визначення числа циклів попереднього напрацювання балкою, що дорівнює 07-0,9 від граничного числа циклів; здійснення знакопостіних циклічних напружень; перевертання балки на 180° відносно повздовжньої осі після напрацювання 07-0,9 від граничного числа циклів. Відмінними від прототипу ознаками є: визначення числа циклів попереднього напрацювання балкою, що дорівнює 07-0,9 від граничного числа циклів; перевертання балки на 180° відносно повздовжньої осі після напрацювання 07-0,9 від граничного числа циклів. Прогінна балка містить верхній та нижній пояси, з'єднані вертикальними стінками з утворенням коробчастої конструкції. Поясні зони балок (пояси та припоясні зони стінок) працюють при найбільших знакопостійних циклічних напруженнях. Під час експлуатації верхні поясні зони прогінної балки навантажені знакопостійними циклічними напруженнями стиску, а нижні - знакопостійними циклічними напруженнями розтягу. Поставлена задача вирішується тим, що за рахунок зміни положення балки на 180° відносно до повздовжньої осі відбувається зміна знака циклічності напружень у поясних зон балки. Поясні зони прогінних кранових балок після напрацювання ними 0,7…0,9 від граничної кількості знакопостійних циклів далі навантажують протилежними за знаком циклічними напруженнями, що досягається за рахунок зміни положення балки. Зміна знаку циклічності роботи поясних зон балки еквівалентна до тренувального зміцнення, що без додаткових затрат дозволяє подовжити ресурс експлуатації балки і всього вантажопідіймального крана. Новизна технічного рішення в тому, що спосіб, який заявляється, дозволяє підвищити ресурс важконавантажених прогінних балок кранів мостового типу за рахунок зміни положення балки після напрацювання нею 0,7…0,9 від граничної кількості циклів, що обумовлює зміну знака циклічності. Цей спосіб дозволяє подовжити ресурс балки за рахунок використання навантажень, які аналогічні до штучних тренувальних навантажень, але здійснюються природнім шляхом у процесі експлуатації без використання додаткових тренувальних навантажень та зміцнюючих конструктивних заходів. На фіг. 1 наведено схему прогінної балки. На фіг. 2 - поперечний перетин балки на фіг. 1. На фіг. 3 - графіки роботи на втому поясних зон балки до і після її перевертання на 180° вздовж осі. Важкозавантажені кранові балки працюють при циклічних напруженнях, максимум яких більше від межі витривалості і менше за межу текучості сталі, з якої виготовлена балка, тому поясні зони цих балок мають обмежену межу витривалості, а ресурс таких балок визначають граничним числом циклів. Зазвичай, прогінні кранові балки виготовляють із листової сталі. Верхній 1 та нижній 2 пояси балки з'єднані з вертикальними стінками 3, 4, утворюючи коробчасту конструкцію. Підвізкова рейка 5, на яку тиснуть з силою Р колеса вантажного візка 6, встановлена на верхньому поясі 1. Циклічні знакопостійні напруження розтягу в нижньому поясі 2, особливо для балок, що працюють у важких та надважких режимах, часто призводять до виникнення пошкоджень у вигляді втомних поперечних тріщин у нижньому поясі 2 з виходом на стінки 3, 4. Такі пошкодження скорочують ресурс вантажопідйомного крану. Втомні тріщини в нижньому поясі 2 виникають значно раніше ніж у верхньому 1 через те, що межа витривалості знакопостійних циклічних напружень розтягу менша за межу витривалості стиску. Спосіб здійснюють так. Після напрацювання балкою кількості циклів, що складає 0,7…0,9 від граничного числа циклів, практично, це можна визначити за втратою балкою будівельного підйому, або при досягненні статичним прогином балки межового значення, прогінна балка від'єднується від кінцевих балок крану і перевертається на 180° відносно до поздовжньої осі і знову закріплюється. При цьому пояс 1, який був верхнім, після перевертання стане нижнім, а нижній пояс 2 - верхнім. Підвізкову рейку 5 слід переставити на пояс 2, який став верхнім після 2 UA 104691 U 5 10 перевертання. Перевернуту балку можна далі експлуатувати в паспортному режимі. При цьому, у кожній поясній зоні балки будуть виникати циклічні знакопостійні напруження, які протилежні за знаком циклічним напруженням, попередньо напрацьованим балкою до її перевертання. Теоретичне визначення обмеженої витривалості нижнього поясу балки зі сталі Ст3сп при знакопостійних навантаженнях із порогом напружень розтягу 0,9·σT=200,5 МПа показало, що 6 граничне число циклів для нижнього поясу складає 2,25·10 циклів, а ресурс балки після 6 перевертання її на 180° дорівнює 4,75·10 циклів. На фіг. 3 пунктиром зображена робота нижнього поясу 2, а суцільною лінією - верхнього поясу 1, до перевертання балки та з послідуючою зміною положення. Лінія 1 - крива втоми нижнього поясу балки 2, 2 - крива сумарної втоми всієї балки після її перевертання на 180° вздовж осі. Спосіб, що заявляється, дозволяє подовжити ресурс важконавантажених балок кранів мостового типу шляхом перевертання їх на 180° вздовж осі без додаткових тренувальних навантажень та зміцнюючих конструктивних заходів. 15 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 Спосіб підвищення ресурсу важкозавантажених прогінних кранових балок, який включає здійснення знакопостійних циклічних напружень сталевих деталей та використання елемента, який прикріплений з можливістю його знімання та перевертання на 180° відносно до повздовжньої осі, який відрізняється тим, що після напрацювання балкою числа циклів, що складає 07-0,9 від граничного числа, її перевертають на 180° відносно до повздовжньої осі. 3 UA 104691 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4