Дослідження напружено-деформованого стану головної балки мостового крану та вибір раціонального перерізу

Abstract

В роботі були проведені дослідження напружено-деформованого стану головної балки однобалочного крану за допомогою скінчено-елементного аналізу. Велику частку механізації різних виробничих процесів становлять підйомно-транспортні машини. Мостові крани є основним вантажопідйомним устаткуванням виробничих цехів. Однобалочні крани знаходять широке застосування на всіх ділянках цехів: у машинному залі, на складі готової продукції. Застосування кранового обладнання, його безвідмовна робота визначає ефективність сучасного виробництва та продуктивність підприємства. Зниження ваги крана, його собівартості при збереженні та навіть покращенні технічних характеристик є нагальною вимогою часу. Проєктування та оптимізація сучасних металоконструкцій кранів – складна задача, яка вимагає використання чисельного моделювання. Для аналізу виникаючих напружень та переміщень в Autodesk Invertor 2018 була побудована 3D модель головної балки однобалочного підвісного крана вантажопідйомністю 2 тони з прольотом 6 метрів. Матеріал головної балки крана – сталь Ст09Г2С. В дослідженні розроблена скінчено-елементна модель металоконструкції мостового підвісного однобалочного крана і зроблений скінчено-елементний статичний аналіз для того, щоб визначити напружено-деформований стан металевої конструкції в найбільш завантаженому стані. Були задані граничні умови по закріпленню балки та навантаження з урахуванням власної ваги балки та ваги електроталі. Був проаналізований розподіл напружень та переміщень вздовж всієї довжини балки. З метою зниження ваги крана були проаналізовані чотири варіанта металоконструкції: базовий та три зі зменшеною вагою. Після аналізу напружено-деформованого стану був запропонований найбільш оптимальний варіант. Також були визначені перспективи для розвитку подальшого вивчення цієї проблеми. The paper studies of the stress-strain state of the main girder of a single-girder crane were carried out using finite element analysis. A large share of the mechanization of various production processes is made up of lifting and transporting machines. Overhead cranes are the main lifting equipment of production shops. Single-beam cranes are widely used in all parts of workshops: in the machine room, in the warehouse of finished products. The use of crane equipment, its trouble-free operation determines the efficiency of modern production and the productivity of the enterprise. Reducing the weight of the crane, its cost price while maintaining and even improving the technical characteristics is an urgent requirement of the time. The design and optimization of modern metal constructions of cranes is a complex task that requires the use of numerical modeling. To analyze the resulting stresses and movements in Autodesk Invertor 2018, a 3D model of the main girder of a single-girder overhead crane with a load capacity of 2 tons and a span of 6 meters was built. The material of the main beam of the crane is СТ09Г2С steel. In the study, a finite-element model of the metal structure of a bridge suspended single-girder crane was developed and a finite-element static analysis was made in order to determine the stress-strain state of the metal structure in the most loaded state. Boundary conditions for fixing the beam and the load were set, taking into account the own weight of the beam and the weight of the electric hoist. The distribution of stresses and displacements along the entire length of the beam was analyzed. In order to reduce the weight of the crane, four versions of the metal structure were analyzed: basic and three with reduced weight. After the analysis of the stressed-strained state, the most optimal option was proposed. Prospects for the development of further study of this problem were also identified.