Jednogredna Dizalica.pdf

See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/319086437

NUMERICAL ANALYSIS OF SINGLE GIRDER SUSPENSION OVERHEAD CRANE/NUMERIČKA ANALIZA VISEĆE JEDNOGREDNE MOSNE DIZALICE Conference Paper · December 2016 CITATIONS

READS

0

288

3 authors: Amna Bajtarević

Fuad Hadžikadunić

University of Zenica

University of Zenica

3 PUBLICATIONS   0 CITATIONS   

46 PUBLICATIONS   19 CITATIONS   

SEE PROFILE

Nedeljko Vukojevic University of Zenica 44 PUBLICATIONS   19 CITATIONS    SEE PROFILE

Some of the authors of this publication are also working on these related projects:

Co-processing of municipal waste as alternative fuel in the cement industry View project

All content following this page was uploaded by Fuad Hadžikadunić on 12 August 2017.

The user has requested enhancement of the downloaded file.

SEE PROFILE

_____________________________________________________________________________

NUMERIČKA ANALIZA VISEĆE JEDNOGREDNE MOSNE DIZALICE Amna Bajtarević1, Fuad Hadžikadunić2, Nedeljko Vukojević3 Rezime: Predmet užeg posmatranja u ovom radu jeste primjena numeričke analize na modelu jednogredne viseće mosne dizalice sa opterećenjima koja se javljaju pri radu u realnim industrijskim uslovima. Tokom izrade realnog projekta korišten je analitički i numerički proračun, a predmet ovog rada jeste samo naponsko-deformaciona analiza numeričkim putem. Uz upotrebu savremenih software–a, metodom konačnih elemenata, utvrđena su najveća naprezanja dizalice za najnepovoljniji slučaj, tj. kada se vozno vitlo nalazi na sredini glavnog nosača. Ključne riječi: metoda konačnih elemenata, mosna dizalica, naponsko – deformaciona analiza NUMERICAL ANALYSIS OF SINGLE GIRDER SUSPENSION OVERHEAD CRANE Abstract: Focus of this paper is the application of the numerical analysis of the single girder suspension overhead crane with loads which appear during operation at real industrial conditions. During designing of the real project, analytical and numerical calculation is used, but main part of this paper is numerical stress – strain analysis. By using of modern softwares, by finite element method, the biggest strains are definited for the worst case, i.e. when driving winch is on the center of the main girder. Key words: finite element method, overhead crane, stress – strain analysis 1 UVOD Dizalice su grupa najšire primjenjenih sredstava u rukovanju materijalima i historijski su prisutna veoma dugo. Spektar rješenja različitih konstrukcija dizalica u praksi je veoma širok. Prema tome, izbor tipa dizalice je usaglašen sa procesom koji uslužuje. Mosne dizalice su u velikoj mjeri primjenjene u industrijskom, pretežno procesnom transportu, ali i drugim djelatnostima [1].

1Asist.

Amna Bajtarević, dipl. inž., Zenica, Univerzitet u Zenici, Mašinski fakultet Zenica, BiH, [email protected] (CA) 2 Doc.dr.sc. Fuad Hadžikadunić, Zenica, Univerzitet u Zenici, Mašinski fakultet Zenica, BiH, [email protected] 3 V.prof.dr.sc. Nedeljko Vukojević, Zenica, Univerzitet u Zenici, Mašinski fakultet Zenica, BiH, [email protected]

191

Amna Bajtarević, Fuad Hadžikadunić, Nedeljko Vukojević

Pri analizi opterećenja dizalice, potrebno je analitičkim proračunom utvrditi da li usvojeni poprečni presjek može da podnese povećana spoljašnja opterećenja. S tim u vezi analiziraju se konkretni slučajevi položaja voznog vitla sa teretom. Deformacija glavnog nosača se u radu posmatra numerički u cilju dokazivanja da djelovanje spoljašnjih opterećenja ne izaziva prekoračenje dozvoljenog ugiba. Također, vrše se i druge provjere kao što je provjera pojasnih limova uzdužnog nosača u cilju osiguranja od pojave lokalnog savijanja pri nailasku točkova voznog vitla preko šine. Numerička analiza složenih konstrukcija predstavlja veoma koristan alat za razne oblike proračuna i provjere konstrukcijskih rješenja, prije svega za analizu deformacija i napona. Analizom numeričkih i analitičkih rezultata, između ostalog, može se doći do zaključka da li su rezultati numeričkih analiza u velikom procentu saglasni sa rezultatima analitičkog proračuna, [2,3]. Sa aspekta istraživanja novijeg datuma još uvijek su određena numerička i druga istraživanja usmjerena ka optimizaciji konstrukcije u smislu zadovoljavajuće krutosti i čvrstoće, a smanjene sopstvene težine, [4,5]. Također, istraživanja su usmjerena i na kvantitativu i kvalitativnu analizu naponsko-deformacionog stanja konstrukcije rješenja dizalice uz uvažavanje kriterija stabilnosti, [6,7]. Stoga, optimizacija postojećih i novih rješenja dizalica sa aspekta kriterija: čvrstoće, krutosti, deformacija, napona, mase, ekonomskih parametara, funkcionalnosti, dinamičkih ponašanja, itd., predstavlja još uvijek predmet istraživanja mnogih autora. OSNOVNI PODACI ANALIZIRANOG RJEŠENJA

2

Konstrukcija dizalice se sastoji od jednogrednog mosta i dva poprečna nosača mosta, koji se preko točkova oslanjaju na šinsku stazu koja služi za kretanje dizalice. Jednogredni most (glavni uzdužni nosač) se sastoji od tankostijenog I profila. Donja unutrašnja površina ovog nosača je predviđena za kretanje voznih kolica. Nosači mosta (poprečni nosači) su izvedeni kao kutijasti profili i izrađeni su od valjanih standardnih čeličnih limova postupkom zavarivanja. Kolica s vitlom služe za ostvarivanje poprečnog kretanja u odnosu na kretanje dizalice, te za dizanje – spuštanje tereta preko sistema podizanja koji se nalazi na konstrukciji voznog vitla. Osnovni tehnički podaci dizalice su dati u tabeli 1, [8]. Tabela 1. Osnovni tehnički podaci za viseću jednogrednu dizalicu R.br.

Tehničko-tehnološke veličine / Naziv

1.

Tip

2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17.

192

Pogonska klasa Nosivost Raspon točkova dizalice Pogon dizanja Brzina dizanja Visina dizanja Pogon dizalice Brzina dizalice Pogon voznog vitla Brzina voznog vitla Težina voznog vitla Pomoćno nosivo sredstvo Profil kranske staze Max. sila po točku Lijevo odstojanje kuke od ose staze Desno odstojanje kuke od ose staze

Vrijednost - osobina Viseća jednogredna električna mosna dizalica II 32 [kN] 3000 [mm] Elektromotor-bubanj 2/8 [m/min] 7,64 [m] Motor -reduktor 6,3 [m/min] Motor - reduktor 10 [m/min] 4,95 [kN] Jednokraka kuka INP 360 6,2 [kN] 315 [mm] 435 [mm]

Numerička analiza viseće jednogredne mosne dizalice 32kNx3m

3

DIO ANALITIČKOG PRORAČUNA VISEĆE JEDNOGREDNE MOSNE DIZALICE

Radi ostvarivanja poređenja rezultata koji se dobiju numeričkom analizom i analitičkim proračunom, u nastavku je dat prikaz dijela proračuna karakterističnih veličina. 3.1 Proračun maksimalnog normalnog naprezanja na sredini glavnog nosača Na osnovu proračuna geometrijskih veličina, usvojen je profil glavnog uzdužnog nosača, I 240. Vrijednosti karakterističnih veličina koje određuju glavni nosač su date u tabeli 2. Tabela 2. Geometrijske karakteristike glavnog nosača Naziv Visina profila Širina profila Debljina vertikalnog lima Površina poprečnog presjeka Težina profila Moment inercije za x-osu Otporni moment za x-osu Poluprečnik inercije za x-osu Moment inercije za y-osu Otporni moment za y-osu Poluprečnik inercije za y-osu

Vrijednost h = 240 [mm] b = 106 [mm] d = 8,7 [mm] A = 46,1 [cm2] q = 362 [N/m] Ix = 4250 [cm 4] W x = 354 [cm3] ix = 9,59 [cm] Iy =221 [cm4] W y = 41,7 [cm3] iy = 2,20 [mm]

Daljim proračunom, korištenjem odgovarajućih obrazaca [2], određene su vrijednosti maksimalnih momenata savijanja od tereta, voznog vitla i težine glavnog nosača. Rezultati proračuna su prikazani tabelarno u nastavku: Tabela 3. Rezultati proračuna opterećenja glavnog nosača Veličina Maksimalni moment savijanja od tereta Maksimalni moment savijanja od težine voznog vitla Maksimalni moment savijanja od vlastite težine glavnog nosača Moment savijanja u horizontalnoj ravni od inercijalnih sila Moment savianja od vertikalnih opterećenja Moment savijanja od horizontalnih opterećenja

Vrijednost Mter = 24000 [Nm] Mvit = 3713 [Nm] Mnos = 687 [Nm] Ma = 290 [Nm] Mx = 33600 [Nm] My = 305 [Nm]

Prema tome, na osnovu podataka iz tabela 2 i 3, maksimalno normalno naprezanje na sredini glavnog nosača analitički se određuje:

193

Amna Bajtarević, Fuad Hadžikadunić, Nedeljko Vukojević





Mx My  Wx Wy

... (1)

33600  103 305  103   102,23 N / mm 2    3 3 354  10 41,7  10

... (2)

3.2 Proračun ugiba uzdužnog nosača Ugib uzdužnog nosača se javlja kao posljedica izduženja i/ili sabijanja materijala. Lokalna deformacija usljed opterećenja je zapravo premala da bi se mogla vidjeti golim okom, ali je kumulativni efekat vidljiv kao ugib konstrukcije. Koristeći podatke iz tabela 1 i 2, ugib nosača na sredini mosta se može analitički odrediti preko obrasca:

f 

f

4

(Q  G v )  L3 48  E  I x

(32000  4950)  30003 48  210000  4250  10 4





5  qH  L3

... (3)

384  E  I x

5  427  30003 384  210000  4250  10 4

 2,35 mm 

... (4)

NUMERIČKI PRORAČUN VISEĆE JEDNOGREDNE MOSNE DIZALICE

U cilju analize naponsko-deformacionih stanja viseće jednogredne mosne dizalice izvršena je numerička simulacija sa nazivnim opterećenjem. Simulirano je opterećenje na savijanje postavljanjem nazivnog opterećenja od voznog vitla i pogona dizalice u najnepovoljniji položaj tj. na sredini raspona dizalice. Analiza se izvodi za varijantu opterećenja sa četiri ravnomjerno raspoređene sile na mjestima oslanjanja točkova voznog vitla na sredini dizalice. Ova varijanta odgovara stvarnom stanju (oslanjanje vitla na četiri točka), i maksimalna naprezanja se porede sa maksimalnim uporednim naponima na donjem pojasu nastalim usljed lokalnog savijanja. Ova analiza ima za cilj da se provjeri postojanje potencijalno kritičnih mjesta izazvanih naglim prelazima, pojava prevelike koncentracije napona, kao i da se provjere uporedni naponi sa rezultatima analitičkog proračuna. Provjera ugiba na sredini nosača vrši se statičkom silom intenziteta 43836 [N] (korisni teret i vozno vitlo) i sopstvenom težinom dizalice. Razvijeni model dizalice predstavlja rješenje kontinuiranih nosača bez parcijalnih segmenata, sa veznim pločama i pomoćnim rebrima, sa točkovima i ostalim konstrukcionim elementima. Analiza ovakvog prijedloga modela dizalice treba da pokaže zadovoljenje aspekta čvrstoće osnovne nosive konstrukcije dizalice koja je izložena uticaju maksimalnog opterećenja od tereta koji dizalica nosi u toku rada za najnepovoljnije slučajeve, te zadovoljenje uslova krutosti u vezi sa funkcionalnim zahtjevima za posmatranu konstrukciju sa svim njenim funkcionalnim elementima pogona kretanja dizalice i pogona dizanja, [3,9]. Na slici 1 dat je 3D prikaz posmatrane dizalice. Glavni nosač (1) konstruktivnog rješenja dizalice je izveden kao profil I 240. U tabeli 2 su predstavljene osnovne geometrijske veličine istog. Kretanje dizalice po dužini hale se ostvaruje preko bočnih nosača (2) koji se preko točkova (4,5,6,7) oslanjaju na šine. 194

Numerička analiza viseće jednogredne mosne dizalice 32kNx3m

Pomoću kolica sa voznim vitlom (3) ostvaruje se poprečno kretanje u odnosu na kretanje dizalice, te manipulisanje teretom (podizanje i spuštanje tereta).

7

2 5 6

1 3

4

Slika 1. 3D model viseće jednogredne mosne dizalice 1 – Uzdužni nosač, 2 – Poprečni nosači, 3 – Vozno vitlo, 4,6 – Slobodni točak, 5,7 – Pogonski točak Na slici 2 prikazano je uneseno opterećenje dizalice u vidu četiri ravnomjerno raspoređene sile na sredini glavnog nosača. Mjerodavna vertikalna sila je intenziteta 43838 [N] raspoređena na četiri ravnomjerne sile.

Slika 2. Jednogredna dizalica sa četiri ravnomjerne sile na sredini nosača Na slici 3. je prikazan raspored i intenzitet uporednog napona izračunatog po Von Misses-ovoj hipotezi. Vrijednost maksimalnog uporednog napona na sredini nosača za prvu varijantu opterećenja ima vrijednost 88,8 [N/mm2], što se najbolje vidi na slici 4. gdje je dat pogled na glavni nosač sa gornje strane. 195

Amna Bajtarević, Fuad Hadžikadunić, Nedeljko Vukojević

Slika 3. 3D model – mreža konačnih elemenata

Slika 4. Uporedni napon na sredini nosača 88,8 [N/mm2] Prema gore navedenim pokazateljima, maksimalni napon od 111 [N/mm2] se pojavljuje na mjestu djelovanja četiri vertikalne sile ukupnog intenziteta 43838 [N] koja odgovara proračunskom opterećenju, a pojavljuje se na donjem pojasu gdje je prisutno i lokalno savijanje, slika 5.

196

Numerička analiza viseće jednogredne mosne dizalice 32kNx3m

Pod uticajem opterećenja, javlja se deformacija na sredini glavnog nosača dizalice. Maksimalni izračunati ugib na sredini nosača analitički iznosi 2,35 [mm], dok je maksimalna deformacija na sredini nosača od 5,83 [mm] dobijena numeričkom simulacijom.

Slika 5. Pogled na deformaciju uzdužnog nosača dizalice Rezultati izračunatog maksimalnog uporednog napona na sredini raspona glavnog nosača neznatno odstupaju. Analitički izračunati maksimalni napon na savijanje na sredini raspona iznosi 102,23 [N/mm2], dok je maksimalni uporedni napon dobijen metodom konačnih elementa 111 [N/mm2]. Svi uporedni naponi su znatno manji od dopuštenog koji za ovu vrstu dizalične konstrukcije izrađenu od R St 37-2 i za slučaj opterećenja iznosi 160 [N/mm2]. 5

ZAKLJUČAK

U predstavljenom konkretnom primjeru određivanja naponsko-deformacionog ponašanja jednogredne mosne dizalice potrebno je naglasiti da je cjelokupan projekat podrazumijevao analitički i numerički pristup. U ovom radu je izvršena numerička analiza primjenom metode konačnih elemenata, pri čemu se utvrdilo da rezultati analitičkog proračuna dobro prate rezultate numeričke analize. S tim u vezi, analizirana su i vertikalna i horizontalna opterećenja. Odstupanja uporednih napona su posljedica različitog pristupa provjeri. Analitičkim putem je ukupni napon na sredini dobijen kao napon savijanja izazvan djelovanjem nazivnog opterećenja i vlastite težine dizalice, pri čemu opterećenje djeluje kao koncentrisana sila na sredini nosača. Kod numeričkog modela, uporedni napon predstavlja sumu svih naprezanja koja se javljaju na sredini glavnog nosača, a tu spadaju i normalni i tangencijalni naponi kao i naponi usljed lokalnog savijanja i pritiskivanja u zoni djelovanja nazivnog opterećenja. S obzirom da su vrijednosti ugiba i uporednih napona ispod dopuštenih granica, može se konstatovati da viseća jednogredna mosna dizalica raspona 3,0 [m] za projektovano nazivno opterećenje od 32 [kN] u potpunosti zadovoljava. Potrebno je naglasiti da je u provedenom proračunu obuhvaćen cjelokupni konstrukcioni aspekt same dizalice. 197

Amna Bajtarević, Fuad Hadžikadunić, Nedeljko Vukojević

LITERATURA [1] Olević, S. (2000). Transportna sredstva, Mašinski fakultet, Zenica. [2] Ostrić, D. (1998). Dinamika mosnih dizalica, Mašinski fakultet, Beograd. [3] Ostrić, D., Tošić, S. (2005). Dizalice, Mašinski fakultet, Centar za mehanizaciju, Beograd [4] Faluyi, F.; Arum, C. (2012). Design Optimization of Plate Girder Using Generalized Reduced Gradient and Constrained Artificial Bee Colony Algorithms, International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering, [5] Faluyi, F.; Arum, C. (2012). Design Optimization of Plate Girder Using Generalized Reduced Gradient and Constrained Artificial Bee Colony Algorithms, International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering, [6] Sankar, A.; Vijayan, D.; Ashraf, I. (2015). Reducing the structural mass of a realworld double girder overhead crane, International Journal of Advances in Engineering & Technology, [7] Pinca, C. B.; Tirian, G. O.; Josan, A.; Chete, G. (2010). Quantitative and qualitative study on the state of stresses and strains of the strength structure of a crane bridge, WSEAS TRANSACTIONS on APPLIED and THEORETICAL MECHANICS, [8] Bajtarević, A. (2015). Izrada idejnog rješenja viseće jednogredne mosne dizalice 32kNx3m, Diplomski rad, Mašinski fakultet, Zenica. [9] Vukojević, D. (1998). Teorija elastičnosti sa eksperimentalnim metodama, Mašinski fakultet, Zenica.

198

View publication stats