Особенности расчета прочности узлов редукторов портальных и судовых кранов в вероятностном аспекте

Выполненное исследование является результатом сбора статистических данных по отказам портальных перегрузочных и плавучих кранов. Установлено, что многие аварии узлов и деталей крановых механизмов могут быть связаны с ошибочным определением расчетных нагрузок. С целью повышения прочностной надежности в речных и морских портах были проведены многочисленные натурные испытания при различных режимах перегрузки разных видов грузов. Испытания показали, что эксплуатационные нагрузки носят случайный характер, а их законы распределения во времени отдельных крановых механизмов могут быть аппроксимированы усеченными нормальными законами Гаусса, учет которых на стадии новых конструкторских разработок, как показала практика выполнения прочностных усталостных расчетов, не является возможным. В статье с целью использования на стадии проектирования полученных законов предложено представление эксплуатационных нагрузок заменить начальными моментами, которые являются общими для всего механизма крана, а учет индивидуальных особенностей, таких как коэффициенты концентрации напряжений, параметры кривой усталости, наработка или база испытаний, перенести на последующие этапы разработки узлов машины. Для практической апробации представления эксплуатационных нагрузок нормальными законами Гаусса выполнен критический анализ их начальных моментов, который позволил выявить несоответствия в представлениях переменных нагрузок, предлагаемых для расчета на выносливость. Для откорректированного усеченного закона нормального распределения нагрузок определены начальные моменты, значение порядка которых соответствует структуре формул, используемых в расчете на сопротивление усталости при переменных амплитудах нагрузок (в частности, при переменных режимах нагружения). Представление откорректированных нормальных законов распределения начальными моментами дополняет нормативные документы, используемые на практике в процессе выполнения расчета на выносливость при переменных режимах нагружения, существенно упрощает расчеты и делает возможным его учет на стадии новых конструкторских разработок в соответствии с формулами, установленными в действующих нормативных документах.

1. Сидоров В. А. Технологические причины износа крупномодульных зубчатых передач / В. А. Сидоров, В. П. Цокур // Прогрессивные технологии и системы машиностроения. — 2023. — № 2 (81). — С. 45–50.

2. Хорешок А. А. Увеличение ходимости редукторов мотор-колес карьерных самосвалов методом внедрения контроля фактического технического состояния / А. А. Хорешок, А. В. Кудреватых, А. С. Ащеулов [и др.] // Горные науки и технологии. — 2021. — Т. 6. — № 4. — С. 267–276. DOI: 10.17073/2500-0632-2021-4-267-276.

3. Панасенко Н. Н. Экспертиза надежности зубчатых передач грузоподъемных кранов морских портов и транспортных терминалов / Н. Н. Панасенко, П. В. Яковлев // Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Морская техника и технология. — 2019. — № 1. — С. 105–118.

4. Токарев А. О. Отказы деталей машин. Анализ причин, техническая диагностика и профилактика / А. О. Токарев, И. Г. Мироненко. — М/; Вологда: Инфра-Инженерия, 2020. — 220 с.

5. Дукельский А. И. Портовые и судовые грузоподъемные машины / А. И. Дукельский. — Л.: Морской транспорт, 1960. — 511 с.

6. Соколов С. А. Строительная механика и металлические конструкции подъемно-транспортных машин / С. А. Соколов. — СПб.: Политехника, 2011. — 448 с.

7. Барышников С. О. Основы расчета и конструирования деталей машин крановых устройств: учеб. пособие / С. О. Барышников, А. Н. Иванов. — СПб.: Изд-во ГУМРФ им. адм. С. О. Макарова, 2020. — 307 с.

8. Решетов Д. Н. Развитие теории расчета и конструирования деталей машин и требования к подготовке инженеров-механиков / Д. Н. Решетов // Сборник научно-методических статей по деталям машин. — 1977. — Вып. 2. — С. 3–12.

9. Кораблев А. И. Повышение нагрузочной способности и долговечности зубчатых передач / А. И. Кораблев, Д. Н. Решетов. — М.: Машиностроение, 1968. — 288 с.

10. Брауде В. И. Нагрузки портальных кранов / В. И. Брауде, Н. В. Звягинцев, Ю. В. Силиков // Труды ЛИВТ`а. — Л.: Транспорт, 1969. — Вып. 123. — С. 100–116.

11. Андрианов Е. Н. Эксплуатационные нагрузки портальных перегрузочных кранов / Е. Н. Андрианов // Журнал университета водных коммуникаций. — 2009. — № 4. — С. 9–16.

12. Андрианов Е. Н. Актуальные вопросы проектирования и расчета механизмов подъема портальных кранов / Е. Н. Андрианов, А. Н. Иванов // Вестник Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С. О. Макарова. — 2014. — № 2 (24). — C. 52–60. DOI: 10.21821/2309-5180-2014-6-2-52-60.

13. Григорьев Н. И. Нагрузки кранов / Н. И. Григорьев. — М. — Л.: Машиностроение, 1964. — 168 с.

14. Барышников С. О. Крановые и судовые редукторы и зубчатые передачи: учеб. пособие / С. О. Барышников, А. Н. Иванов. — СПб.: Изд-во ГУМРФ им. адм. С. О. Макарова, 2023. — 344 с.