Введение к работе
Актуальность работы. Отечественный и зарубежный опыт показывает, что значительное место в транспортном обслуживании технологических линий заводов чёрной и цветной металлургии, предприятий горнорудной промышленности занимают транспортные средства вагонной компоновки, или платформы: это металлургические платформы для транспортирования слитков, изложниц; самоходные вагоны на открытых и подземных разработках полезных ископаемых; в последнее время получают распространение автослябовозы, автослитковозы.
Металлургические платформы бывают на пневмоколесном и железнодорожном ходу, самоходные и приспособленные для эксплуатации в составе поездов; их объединяет общая компоновка, по силовому набору несущих систем их можно разделить на два типа: дискретные и монолитные.
Металлургические платформы с дискретной несущей системой имеют ярко выраженные элементы продольного и поперечного силового набора, собираются сваркой или клепкой и в сущности представляют собой плоско-пространственные рамные системы. Монолитные несущие системы представляют собой цельнолитые или сварные плиты, подкрепленные регулярным набором продольных и поперечных ребер жёсткости.
Самоходные металлургические платформы на пневмоколесном ходу, гибкие в своём применении, способствуют уменьшению площадей, улучшению планировки предприятий, уменьшению капиталовложений, эксплуатационных затрат. Металлургические платформы в составе поездов на железнодорожном ходу, простые и
доступные, в рамках существующих предприятий являются незаменимыми транспортными средствами.
Эти два типа платформ не исключают, а дополняют друг друга.
Вместе с тем по ряду причин проектирование металлургических
платформ не отвечает современному уровню, конструкции их
значительно перетяжелены. Металлоёмкость отечественных
конструкций на 20-30% больше, чем аналогичных зарубежных. Со
всей очевидностью встаёт вопрос разработки научно-методических
основ проектирования металлургических платформ, учитывающих
особенности дискретных и монолитных несущих систем,
способствующих созданию рациональных конструкций,
конкурентоспособных, на уровне лучших зарубежных образцов; и в этой связи актуальность предлагаемых исследований не вызывает сомнения.
Цель работы. Научное обоснование проектирования несущих систем металлургических платформ на пневмоколесном и железнодорожном ходу, обеспечивающее условия для получения конструкций с рациональной металлоёмкостью.
Идея работы состоит в выявлении закономерностей формирования внешних нагрузок, действующих на несущие системы, разработке принципов конструирования, направленных на разделение функций силовых элементов, выборе расчётных схем, наиболее полно отвечающих истинной картине напряжённо-деформированного состояния силовых элементов конструкций.
Методика исследований. Выбор типа и количества элементов продольно-поперечного силового набора дискретных несущих систем производится по критерию минимальной металлоёмкости . при удовлетворении условиям прочности. Исследование динамики
нагружения несущих систем основано на теории колебаний, выводе дифференциальных уравнений возмущённого движения, их анализе и решении. Поиск расчётных схем монолитных несущих систем осуществляется путём перехода от подкрепленных плит к плоскопространственным рамным системам. Переход от монолитных несущих систем к дискретным основан на разделении функций силовых элементов. Математическая модель формирования внешних нагрузок разработана на базе характерных режимов движения с учётом компоновочных особенностей несущих систем. Определение температурных полей теплоизоляции платформ основано на решении задачи одностороннего нагрева пластины, которая решается на ЭВМ. В основу экспериментальных исследований напряжений положен тензометрический метод, в основу температурных измерений -термоэлектронный принцип. Научные положения:
- применение открытых профилей и сокращение пути передачи
усилий в дискретных несущих системах металлургических платформ
снижает металлоёмкость конструкций;
рациональное проектирование дискретных несущих систем металлургических платформ связано с однородным нагружением и разграничением функций силовых элементов;
монолитные несущие системы металлургических платформ с продольно-поперечными рёбрами жёсткости по несущей способности эквивалентны плоско-пространственным рамным системам;
математическая модель формирования внешних нагрузок на несущие системы металлургических платформ основана на характерных режимах движения и учёте колебаний конструкций;
- при выборе параметров стабилизаторов поперечной устойчи-
вости металлургических платформ с упругой подвеской следует исходить из рассмотрения угловых колебаний конструкций в поперечной вертикальной плоскости;
- определение температуры по толщине теплоизоляции
металлургических платформ сводится к задаче одностороннего
нагрева неограниченной пластины при краевых условиях первого
рода.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обоснована:
применением апробированных методов, теоретической механики и прикладной теории упругости;
достаточной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, расхождение не превышает 17%.
Научная новизна работы заключается в:
- зависимостях между типом профилей, количеством элементов
продольно-поперечного силового набора и металлоёмкостью
дискретных несущих систем металлургических платформ;
зависимостях между коэффициентами динамичности и параметрами силовых элементов дискретных несущих систем металлургических платформ, определяющими металлоёмкость конструкций;
зависимости между типом подвески маталлургических платформ на пневмоколесном ходу и металлоёмкостью несущих систем;
- математической модели формирования внешних нагрузок на
несущие системы самоходных металлургических платформ на
пневмоколесном ходу с учётом упругого подвешивания двигательной
установки;
- зависимостях, определяющих параметры стабилизаторов
поперечной устойчивости металлургических платформ с упругоіі
подвеской по динамическому критерию;
- зависимостях между параметрами демпфирования колебаний
металлургических платформ с упругой подвеской и ресурсом несущих
систем;
- зависимостях между параметрами несущих систем
металлургических платформ и частотным воздействием
кинематических возмущений при движении по неровностям
технологических дорог;
- зависимостях между параметрами монолитных несущих
систем как подкрепленных плит и равнопрочных плоско
пространственных рам дискретных несущих систем металлургических
платформ.
Практическая ценность заключается в:
- методике проектирования несущих систем металлургических
платформ;
методике расчета на прочность несущих систем металлургических платформ;
методике проектирования платформ перспективных конструкций;
- методике выбора параметров теплоизоляции настила
металлургических платформ при транспортировании слябов и
изложниц;
- методике расчёта стабилизаторов поперечной устойчивости
металлургических платформ с упругой подвеской;
- алгоритме и программе проектировочного расчёта монолитных
несущих систем металлургических платформ;
- алгоритме и программе расчёта на прочность монолитных
несущих систем металлургических платформ;
- алгоритме и программе проектировочного расчёта
перспективной несущей системы металлургических платформ особо
малой металлоёмкости.
Практическая реализация. Методики проектирования несущих систем платформ на пневмоколёсном и железнодорожном ходу приняты и внедрены в ГСКТБ трансмет (г. Мариуполь); там же использованы разработанные методические основы проектирования несущих систем при создании более 30 разных типов металлургических и рудничных транспортных средств на пневмоколёсном и железнодорожном ходу.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и получили одобрение на Всесоюзной конференции "Повышение долговечности и надёжности машин и приборов" (г. Куйбышев, 1981 г.), на Республиканской научно-технической конференции "Теория и практика, надёжность и качество изделий машиностроительных предприятий" (г. Краматорск, 1990 г.), на заседании технического совета ГСКТБ трансмст (г. Мариуполь, 1994 г.), на заседании объединённого научно-технического семинара в ДГТУ (г. Днепродзержинск, 1995 г.), на заседании объединённого научно-технического семинара в ГГА Украины (г. Днепропетровск, 1995 г.), на заседании объединённого научно-технического семинара в Государственной металлургической академии Украины (г. Днепропетровск, 1996 г.).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликованы 5 монографий и 18 статей.
Объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, девяти глав, заключения; изложена на 152 страницах машинописного текста, содержит 63 рисунка, 22 таблицы, список' использованной литературы из 101 наименования и 21 страницу приложений.
Работа выполнена в Днепродзержинском государственном техническом университете. При проведении исследований автору была оказана помощь со стороны заведующего кафедрой "Механическое оборудование металлургических заводов" Леепы И. И., а также доцента Лепетовой А. Л.