Колебания Траверсы

[BaikalBreeze]

Здравствуйте!

  Я проектирую траверсу, для подъема груза весом до 150 кг. Конструктивно - это труба 2.7м длиной, с проушинами на концах. Если оптимизировать ее по критериям устойчивости и прочности, то получается довольно лёгкая конструкция. Но частота первой формы собственных колебаний всего 9Гц. Есть подозрения что она будет трястись как холодец

  Возник вопрос, как и на что рассчитывать конструкцию на колебания? Есть ли какие-то нормы (ГОСТ, СНиП и т.д. или просто из опыта) где прописано как считать и какие значения собственных частот, откликов и/или времени затухания должны быть для подобного рода конструкций?

Спасибо!

[Андрей Владимирович]

Зачем? Сделайте траверсу жёсткой. Колебания траверсы только увеличат вероятность возникновения усталостных трещин. Да и выложите здесь (в картинке) конструкцию траверсы. Как-то уже показывали здесь на форуме траверсу из трубы - много непроработок и ошибок.

[Goran]

А что за груз вы собираетесь поднимать? И чем вас не устраивает двутавр или швеллер? Ну и еще хотелось бы посмотреть схему нагружения вашей траверсы (как работает на изгиб или еще на сжатие)

[BaikalBreeze]

На самом деле там не одна труба, а две, это не принципиально. Но картинки переделывать не хочется. Поэтому рассказываю, что траверса универсальная, телескопическая. Самое тяжелое тело, для подъема которого она предназначена, предполагает ее максимально вытянутую конфигурацию, т.е. это самый критичный расчётный случай.

Т.к. груз не большой, то по расчёту трубы получаются диаметром 22 и 30 мм, можно было бы еще тоньше, но по технологии может не пройти. Изгиб от действия сжимающей и поперечной нагрузки, а также момент на концах (от сжимающей нагрузки приложенной со смещением) труба держит. Но очень низкая частота собственных колебаний.

Схема нагружения


Расчётная схема


Эскиз проушины



Груз - тело вытянутой формы весом 150 кг. Что за тело не имею права говорить, извините уж...

Труба работает на сжатие, изгиб от эксцентриситета (размер е на первой картинке), и нагружена собственным весом.

P.S. у меня не видно картинок, если у вас тоже, сообщите, буду разбираться почему...

[niklas]

Здравствуйте!

  Я проектирую траверсу, для подъема груза весом до 150 кг. Конструктивно - это труба 2.7м длиной, с проушинами на концах. Если оптимизировать ее по критериям устойчивости и прочности, то получается довольно лёгкая конструкция. Но частота первой формы собственных колебаний всего 9Гц. Есть подозрения что она будет трястись как холодец

  Возник вопрос, как и на что рассчитывать конструкцию на колебания? Есть ли какие-то нормы (ГОСТ, СНиП и т.д. или просто из опыта) где прописано как считать и какие значения собственных частот, откликов и/или времени затухания должны быть для подобного рода конструкций?

Спасибо!

А при чем тут колебания конструкции? Вы что собираетесь какой-то колеблющийся груз поднимать?

[BaikalBreeze]

А при чем тут колебания конструкции? Вы что собираетесь какой-то колеблющийся груз поднимать?

Груз дёргаться не будет, он не живой вроде бы 
Но моменты страгивания/останова сами по себе являются источниками колебаний + вокруг вообще очень много источников низкочастотных колебаний, и при достаточной мощности и совпадении частот это может привести к большим амплитудам, а отсюда уже и до потери устойчивости недалеко.

[Андрей Владимирович]

Углы альфа и бета сколько? l₁ и l₂ - стропы?

[BaikalBreeze]

l1=l2 = 1600 - это стропы.
углы не помню, они автоматом считаются, также как и сжимающая сила, которая сейчас около 5500Н. Точнее могу сказать только в пн. Но это принципиального значения не имеет. Расстояние от точки подвеса до траверсы особо не лимитировано. Тут кстати тоже можно оптимизацией позаниматься: от углов афльфа и бета (от длин строп, от расстояния до траверсы, что тоже самое) будет зависеть сжимающая сила. Но при увеличении длин строп, будет расти их масса, а при уменьшении - масса траверсы, т.к. будет расти сжимающая нагрузка. И можно посмотреть при каких значения масса будет минимальной.

Насчёт колебаний: в каком-то ГОСТе на подъемные краны, (на работе записано в каком) нашел такой критерий как декремент затухания колебаний, т.е. груз должен успокаиваться за определенное время, но к траверсе это требование "приделать" не получится, если только совсем за уши притянуть. В случае не соответствия нормам, там рекомендуется ставить демпферы. На траверсу мне ничего больше лепить не хочется, просто размеры подобрать, вот только знать бы норматив.

[Goran]

У вас слишком серьезный подход к решению вопроса подъема "несерьезной" массы!
Такие вопросы элементарно решить с помощью текстильных стропов!
А если по существу "серьезный вес - серьезная траверса" мне ваша конструкция не нравится, особенно расчет.
1. Откуда взялась распределенная нагрузка? (это вес траверсы?
2. Каким образом центр масс системы будет совпадать с точкой зацепа, за счет вывешивания на крюке? Судя по картинке  и у траверсы и у груза переменный центр масс.
3. Рассчитывать надо как минимум три (крайние и среднее) положение (развернутость траверсы)
4. Самым слабым местом в вашей конструкции будет узел стопорения трубы в трубе. Вам нужен зазор для телескопирования и легкости фиксации, и в то же время требуется жесткость системы. Вот здесь и надо считать.
Андрей Владимирович правильно предложил - сделайте жесткую траверсу необходимой длины с жестким креплением проушин каната траверсы, а вот петли для зацепа груза сделайте подвижными по длине траверсы для возможности варьировать габаритами груза.
На мой взгляд колебания тут не главное, но может быть я заблуждаюсь. Отвечать в конечном итоге за конструкцию - Вам.   

[Андрей Владимирович]

...
углы не помню, они автоматом считаются, также как и сжимающая сила, которая сейчас около 5500Н. Точнее могу сказать только в пн. Но это принципиального значения не имеет.
...

Ошибаетесь! Каждый из углов альфа и бета не должны быть меньше 45 градусов.
В понедельник определитесь - какой двигатель стоит на механизме подъёма: с фазным ротором или с короткозамкнутым? Или прямо сейчас можете сказать. Кран управляется из кабины или с ручного пульта?

[Николай]

А может, в составной траверсе и колебания будут быстрее затухать? Вон, в пластинчатых составных рессорах всё затухат само собой. А автор только и спрашивал о допустимости колебаний. Сколько видел траверс в работе- ни одна не тряслась(как холодец). Конечно, если подпитывать колебания в резонанс 9 Гц- мало не покажется. Но как траверса может получать такую подпитку- ума не приложу...

[Андрей Владимирович]

Нужно сделать траверсу жёсткой. Любая конструкция на погашение колебаний только усложнит конструкцию траверсы В данном случае "не стоит шкурка выделки", хотя для будущих конструкций и если есть время, то стоит поломать голову.

[BaikalBreeze]

Ошибаетесь! Каждый из углов альфа и бета не должны быть меньше 45 градусов.

почему? что случится, если хотя бы один из них будет меньше 45?

В понедельник определитесь - какой двигатель стоит на механизме подъёма: с фазным ротором или с короткозамкнутым? Или прямо сейчас можете сказать. Кран управляется из кабины или с ручного пульта?

про двигатель на кране (или про кран) мне ничего не известно. Из курса электротехники помню, что с фазным ротором двигатель может плавно страгиваться под нагрузкой. Значит берем более критичный случай - короткозамкнутый ротор (поправьте если я неправ) Кстати, к какому крану какой двигатель относится?

Нужно сделать траверсу жёсткой. Любая конструкция на погашение колебаний только усложнит конструкцию траверсы В данном случае "не стоит шкурка выделки", хотя для будущих конструкций и если есть время, то стоит поломать голову.

Безусловно. Жёсткой её нужно делать. В том-то и загвоздка, что для того что бы ее сделать жёсткой, не меняя при этом конструкцию принципиально и не вводя дополнительных деталей, нужно увеличить диаметры труб. Я так и собираюсь сделать. Но при увеличении жёсткости до такой степени, что бы частота собственных колебаний была, скажем, 30 Гц, запасы прочности будут в районе 5..7, т.е. собственная частота здесь является определяющим фактором для размеров. Меня разумеется спросят: зачем такие запасы, ведь расчетная нагрузка и так в 4 раза больше максимального веса, там уже все учтено. На что я отвечу, что нужна жесткость, что бы собственная частота была не ниже 30 Гц. Затем будет закономерный вопрос: откуда взялась цифра в 30 Гц, почему не 25 или не 43? И что тут ответить, что это среднепотолочное значение?
А борьба за массу идёт по той причине, что эту траверсу предполагается возить с собой или даже на себе

А может, в составной траверсе и колебания будут быстрее затухать?

Безусловно будут! Но на сколько быстрее? Количественно оценить очень сложно. Поэтому делаем предположение, что соединение абсолютно жёсткое, т.е. берем это в запас. С этим никто спорить не станет.

Конечно, если подпитывать колебания в резонанс 9 Гц- мало не покажется. Но как траверса может получать такую подпитку- ума не приложу...

Я тоже точно не могу сказать откуда они могут взяться. В общем хоть откуда. К примеру в книге Дена-Гартога описан случай, когда плохо лежащий якорь в передней части судна вызывал сильные колебания обшивки корпуса на корме (хлопала как мембрана)!

У вас слишком серьезный подход к решению вопроса подъема "несерьезной" массы!
Такие вопросы элементарно решить с помощью текстильных стропов!
А если по существу "серьезный вес - серьезная траверса" мне ваша конструкция не нравится, особенно расчет.
1. Откуда взялась распределенная нагрузка? (это вес траверсы?
2. Каким образом центр масс системы будет совпадать с точкой зацепа, за счет вывешивания на крюке? Судя по картинке  и у траверсы и у груза переменный центр масс.
3. Рассчитывать надо как минимум три (крайние и среднее) положение (развернутость траверсы)
4. Самым слабым местом в вашей конструкции будет узел стопорения трубы в трубе. Вам нужен зазор для телескопирования и легкости фиксации, и в то же время требуется жесткость системы. Вот здесь и надо считать.

Слишком серьезный? Возможно.
Стропы будут. Куда ж без них.
Конструкция мне тоже не очень нравится, но под такие требования (изменяемая длина, минимум деталей и веса, максимум простоты в использовании) ничего лучше пока не придумал.
1. Да, это вес траверсы.
2. У траверсы конечно центр масс будет плавать при изменении длины. Но груз позволяет подцепиться к нему в любом месте, так что бы суммарный ц.м. был на одной оси с точкой подвеса. Верхние стропы будут одинаковой длины, что б их нельзя было перепутать.
3. Что значит развёрнутость? Самый критичный вариант расчёта это при максимальной длине траверсы. При меньшей длине вес груза предполагается менее 80 кг, кроме того жёсткость будет выше из-за меньшей длины.
4. А чего там слабого, палец на срез работает, можно подобрать какой нужно. Центровка труб будет обеспечена втулками.

[niklas]

А при чем тут колебания конструкции? Вы что собираетесь какой-то колеблющийся груз поднимать?

Здравствуйте. Учтите в расчетах на прочность траверсы еще силу инерции груза, а колебания учитываются при наличии источника колебаний

[Андрей Владимирович]

почему? что случится, если хотя бы один из них будет меньше 45?

У Вас будет двухветвевой строп. Угол между ветвями стропа должен быть не более 90 градусов. Это закон по РД 10-33-93. А это РД фигурирует среди нормативных документов РГТИ в области ПБ. Поэтому обязаны соблюдать требования данного РД. К тому же и в ПБ 10-382-00 сказано это же. Выдержка из РД:
2.1.2. Расчет канатов и цепей стропов, используемых как для  непосредственной обвязки груза, так и для захвата последнего с  помощью концевых звеньев, производят на растяжение.
2.1.3. Определение усилий в канатах и цепях двух-, трех- и четырехветвевых стропов при отсутствии дополнительных требований производят исходя из условия, что углы между ветвями  не превышают 90°  (рис. 1).
2.1.4. Расчет трех- и четырехветвевых стропов при отсутствии  гарантии равномерности распределения нагрузок между ветвями  производят исходя из условия, что груз удерживается только двумя ветвями.

Только в ГОСТ Р ЕН 818 сказано, что углы между ветвями стропа могут достигать 120 градусов. Но там есть к этому случаю дополнительные требования.
Если Вы уменьшите угол между ветвями стропов, тогда увеличатся углы альфа и бета, а значит и осевая нагрузка на трубы уменьшится. Уменьшится осевая нагрузка - уменьшится размах напряжений - уменьшится возможность возникновения усталостных трещин. А именно на возникновение усталостных трещин и влияют колебания. Но на данный момент нет инженерной методики позволяющей сделать расчёт на усталость по колебаниям.

про двигатель на кране (или про кран) мне ничего не известно. Из курса электротехники помню, что с фазным ротором двигатель может плавно страгиваться под нагрузкой. Значит берем более критичный случай - короткозамкнутый ротор (поправьте если я неправ) Кстати, к какому крану какой двигатель относится?

Можно сразу определить, если кран управляется с пульта, то двигатель - коротыш. Если с кабины - то (чаще всего) фазник. Хотя бывают и одно(двух)балочные краны управляемые с кабины, но двигатели коротыши. Нужно смотреть по конкретному крану.

Безусловно. Жёсткой её нужно делать. В том-то и загвоздка, что для того что бы ее сделать жёсткой, не меняя при этом конструкцию принципиально и не вводя дополнительных деталей, нужно увеличить диаметры труб. Я так и собираюсь сделать. Но при увеличении жёсткости до такой степени, что бы частота собственных колебаний была, скажем, 30 Гц, запасы прочности будут в районе 5..7, т.е. собственная частота здесь является определяющим фактором для размеров. Меня разумеется спросят: зачем такие запасы, ведь расчетная нагрузка и так в 4 раза больше максимального веса, там уже все учтено. На что я отвечу, что нужна жесткость, что бы собственная частота была не ниже 30 Гц. Затем будет закономерный вопрос: откуда взялась цифра в 30 Гц, почему не 25 или не 43? И что тут ответить, что это среднепотолочное значение?
А борьба за массу идёт по той причине, что эту траверсу предполагается возить с собой или даже на себе

Запасы прочности 5...7, а не через-чур ли?!!! Да и расчётная нагрузка в 4 раза больше максимального веса?!!! Могу Вам сказать следующее: берёте максимальную эксплуатационную нагрузку для конкретного случая, умножаете её на 1,25 (это коэффициент испытательной нагрузки), умножаете её на динамический коэффициент для механизмов подъёма с двигателями-коротышами К=1,05+V (V - скорость подъёма в м/с). И уже относительно этой полученной нагрузки вычисляете действующие напряжения. Потом полученное значение сравниваете с допустимыми напряжениями:
?=?_n?_d?_mR_yп
где:?_n=0,95 - коэффициент, учитывающий степень ответственности конструкции
?_d=0,9 - коэффициент, учитывающий неточности математической модели повреждения и методики расчёта действующих напряжений.
?_m=0,95...0,98 - коэффициент надёжности по материалу.
R_yп - нормативный предел текучести (по ГОСТ)
Если Вы найдёте СТО 24.09-5821-01-93, то там в табл. 3.3 есть данные по нормативному пределу текучести R_yп и по расчётному пределу текучести R_y. Если возьмёте расчётный предел текучести R_y, то коэффициент ?_m учитывать не нужно, он уже учтён. Можно конечно идти и по СРДН (система расчёта по допускаемым напряжениям) - если привыкли к ней. Но и для неё самый большой коэффиицент запаса (по Гохбергу) не превышает 1,6. Это что касается металлоконструкции. Что касается пальца, работающего на срез: В вышеуказанной формуле нужно ещё добавить 0,68 и ?_m=0,87
?=0,68?_n?_d?_mR_yп
Этот палец у Вас проходит сквозь стенки труб. Тогда нужно ещё считать на смятие. А это уже можно считать как шарнирное соединение.

[Zima]

Андрей Владимирович, вы не совсем правы формально.
Строп это конкретное цельное, законченное грузозахватное устройство.
Часть траверсы конструктивно повторяющая строп, это не строп.

[Андрей Владимирович]

Нет, это как раз строп входящий в состав траверсы. Строп - это грузозахватное приспособление, которое может быть съёмным и несъёмным. ПБ 10-382-00:
Съёмное грузозахватное приспособление - устройство массой m_сг, соединяющее груз с краном. Съёмное грузозахватное приспособление легко снимается с подъёмного устройства и отсоединяется от груза.

[Zima]

Правил под рукой нет, но по моему строп это съемное грузозахватное приспособление.
При чем самостоятельное.
Если для зацепления траверсы будет использоваться стандартный строп это одно, если элемент конструктивно похожий на строп (канат, коуш и т.п.) входит в траверсу, то это другое (если конечно вы не укажете это специально в ТТ или спецификации).

[Zima]

BaikalBreeze, не очень понятно с центром масс.
Центр масс должен располагаться под точкой подвеса. В противном случае траверса будет  поворачиваться до тех пор пока это условие не выполнится.
Если груз может быть разный, то троса ("стропа") придется делать регулируемыми по длинне.

[Андрей Владимирович]

Почитайте тут