Математическая модель козлового крана КК-32/8т при работе в порту Астраханской области

Дульгер Н.В., Кораблин А.В., Джахьяева С.Б., Климова Е.В.

Астраханский государственный технический университет, Астрахань

Ключевые слова: кран, метод конечных элементов, воздействие ветра, расчётная динамическая модель, цифровая модель пульсирующего ветра, собственные частоты, формы колебаний, напряжённо-деформированное состояние, резонансные режимы, демпфирование колебаний.

Аннотация. В статье приведены результаты комплексного исследования внешнего ветрового воздействия на козловой кран КК-32/8т, эксплуатируемый в порту Астраханской области. На основании длительных натурных измерений, построена детализированная модель пульсирующей ветровой нагрузки, отражающая нестационарный характер воздействия при проведении погрузочно разгрузочных работ. Данная модель легла в основу разработки математического аппарата для описания динамики крана: сформировано матричное уравнение движения, учитывающее как вынужденные, так и собственные колебания конструкции со многими степенями свободы. Особое внимание уделено корректному учёту демпфирования, включая использование коэффициентов, связанных с логарифмическим декрементом колебаний, а также применению альтернативных формулировок матрицы затухания. Расчётная динамическая модель реализована в рамках метода конечных элементов и включает стержневые, пластинчатые и условные конечные элементы, что позволяет адекватно отразить особенности работы решётчатой металлоконструкции, в том числе эффекты стеснённого кручения тонкостенных замкнутых профилей. Построенная модель обладает высокой практической ценностью и может применяться при проектировании новых моделей козловых кранов для портов и терминалов, расположенных в различных ветровых районах России, а также для оценки допустимых режимов эксплуатации и прогнозирования ресурса действующих грузоподъёмных установок с учётом реальных ветровых условий.

Mathematical model of gantry crane KK-32/8T when working in the port of Astrakhan region

Dulger N.V., Korablin A.V., Dzhakhyaeva S.B., Klimova E.V.

Astrakhan State Technical University, Astrakhan

Keywords: crane, finite element method, wind impact, design dynamic model, digital pulsating wind model, natural frequencies, mode shapes, stress-strain state, resonance regimes, vibration damping.

Abstract. The article presents the results of a comprehensive study of the external wind impact on the gantry crane KK-32/8t, operated in the port of the Astrakhan region. Based on long-term field measurements, a detailed model of pulsating wind load was built, reflecting the non-stationary nature of the impact during loading and unloading operations. This model formed the basis for the development of a mathematical apparatus for describing the dynamics of a crane: a matrix equation of motion was formed, taking into account both forced and natural fluctuations of the structure with many degrees of freedom. Particular attention is paid to the correct accounting of damping, including the use of coefficients associated with the logarithmic decrement of oscillations, as well as the use of alternative formulations of the attenuation matrix. The calculated dynamic model is implemented as part of the finite element method and includes rod, plate and conditional finite elements, which makes it possible to adequately reflect the features of the lattice metal structure, including the effects of constrained torsion of thin-walled closed profiles. The constructed model has a high practical value and can be used in the design of new models of gantry cranes for ports and terminals located in various wind areas of Russia, as well as to assess permissible operating modes and predict the resource of existing lifting installations taking into account real wind conditions.