ipolytechiPolytech JournaliPolytech Journal2782-40042782-6341Irkutsk National Research Technical University10.21285/1814-3520-2020-6-1199-1208ipolytech-448Research ArticleМАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕMACHINE BUILDING AND MACHINE SCIENCEУстановка физического моделирования ветровой нагрузки на крановые конструкцииInstallation of physical simulation of wind load on crane structuresСладковаЛ. А.SladkovaL. A.

Сладкова Любовь Александровна, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры наземных транспортно-технологических средств

127055, г. Москва, ул. Образцова, 9/9

Lyubov A. Sladkova, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Professor of the Department of Ground Transportation and Technological Means

9 bld 9, Obrazcova St., Moscow 127055

 

rich.cat2012@yandex.ruКрыловВ. В.KrylovV. V.

Крылов Вадим Викторович, заведующий лабораториями, кафедра наземных транспортно-технологических средств

127055, г. Москва, ул. Образцова, 9/9

Vadim V. Krylov, Head of the Laboratories, Department of Ground Transportation and Technological Means

9 bld 9, Obrazcova St., Moscow 127055

vadimkrylov96@yandex.ruКузнецовФ. А.KuznetsovF. A.

Кузнецов Филипп Александрович, аспирант

127055, г. Москва, ул. Образцова, 9/9

Filipp A. Kuznetsov, Postgraduate Student

9 bld 9, Obrazscova St., Moscow 127055

odevmaltkun@gmail.comРоссийский университет транспортаРоссияRussian University of TransportRussian Federation20201201202124611991208Copyright © Сладкова Л.А., Крылов В.В., Кузнецов Ф.А., 20212021Сладкова Л.А., Крылов В.В., Кузнецов Ф.А.Sladkova L.A., Krylov V.V., Kuznetsov F.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://ipolytech.elpub.ru/jour/article/view/448

Цель – воспроизведение нормативного ветрового потока (ламинарный, турбулентный, пульсационный режимы) для изучения воздействия на крановые конструкции, позволяющее получить значения нагруженности элементов крана, максимально приближенные к реальным условиям. При создании установки, относящейся к области экспериментальной аэродинамики, был принят «принцип имитации основных факторов, определяемых условиями эксплуатации объекта исследования», для обеспечения воспроизводимости результатов испытаний в максимальной степени. Для подтверждения работоспособности предлагаемого устройства установки, была разработана ее компьютерная модель с использованием программного продукта системы автоматизированного проектирования SolidWorks. Параметры компьютерной модели находятся в полном геометрическом соответствии с размерами разработанной реальной установки. Использование установки позволяет исследовать динамическое воздействие ветра на устойчивость крановых конструкций в различных режимах эксплуатации (изменение скорости ветра, в режиме работы с грузом, в условиях работы у пристенка и т.д.). Предложенная установка позволяет моделировать нагрузки на крановое оборудование с возможностью расширения характеристик, например, его грузоподъемности. Сформированная компьютерная модель установки позволяет выявить физическую картину распределения ветрового потока на выходе из установки. Результаты моделирования ветрового потока на предлагаемой установке подтверждены на компьютерной модели с высокой степенью сходимости результатов при скоростях ветра от 2,5 м/с и ниже. Предлагаемая авторами установка позволит моделировать величину реальной среднестатистической ветровой нагрузки различной интенсивности, пульсационную составляющую ветровой нагрузки, вихревое возбуждение, повышение доступной возможности аэродинамических исследований для реальной крановой конструкции. Разработанная установка представляет собой устройство для тарировки внешних воздействий от силы ветра на конструкцию крана.

The purpose of the paper is to reproduce a standard wind flow (laminar, turbulent, pulsating modes) to study the impact on crane structures, with the aim to obtain the load values of crane elements most closely approximate to real conditions. When creating an installation, which is related to the field of experimental aerodynamics, the "principle of simulating the main factors determined by the operating conditions of the research object" is adopted to ensure the r eproducibility of test results to the maximum extent. To confirm the performance efficiency of the proposed installation device, its computer model is developed using the CAD software SolidWorks. The computer model parameters are in full geometric agreement with the dimensions of the developed real installation. The use of the installation makes it possible to study the dynamic effect of the wind on the stability of crane structures in various operation modes (change in wind speed, in the mode of load operation, in operation conditions at the wall, etc.). The proposed installation allows to simulate the loads on crane equipment with the possibility of characteristics expanding, for example, its carrying capacity. The generated computer model of the installation makes it possible to reveal the physical picture of wind flow distribution at the installation outlet. The results of wind flow simulation on the proposed installation are confirmed on a computer model with a high degree of convergence of results at wind speeds of 2.5 m/s and lower The installation proposed by the authors will allow to simulate: the value of the real average statistical wind load of various intensity; pulsating component of the wind load; vortex excitation; increase of the available aerodynamic research capability for a real crane structure. The developed installation is a calibration device for external impacts of the wind force on the crane structure.

установкафизическое моделированиеветровая нагрузкакрановые конструкцииinstallationphysical simulationwind loadcrane structuresReferencesCekus D., Gnatowska R., Kwiatoń P. Impact of wind on the movement of the load carried by rotary crane // Applied Sciences. 2019. Vol. 9. Issue 18. P. 21–22. https://doi.org/10.3390/app9183842Cekus D, Gnatowska R, Kwiatoń P. Impact of wind on the movement of the load carried by rotary crane. Applied Sciences. 2019;9(18):21–22. https://doi.org/10.3390/app9183842Синельщиков А.В., Джалмухамбетов А.И. Развитие методов расчета устойчивости башенных кранов // Вестник Московского государственного строительного университета. 2017. Т. 12. Вып. 12. С. 1342–1351. https://doi.org/10.22227/1997-0935.2017.12.1342-1351Sinel'shchikov AV, Dzhalmukhambetov AI. Development of methods for stability analysis of tower cranes. Vestnik Moskovskogo gosudarstvennogo stroitel'nogo universiteta = Monthly Journal on Construction and Architecture. 2017;12(12):1342–1351. (In Russ.) https://doi.org/10.22227/1997-0935.2017.12.1342-1351Тарасова Т.В. Исследование устойчивости башенных кранов при воздействии ветровых нагрузок // Современные научные исследования и инновации. 2016. № 6. [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2016/06/68604 (07.06.2020).Tarasova TV. Investigation of the stability of tower cranes under the influence of wind loads. Sovremennye nauchnye issledovaniya i innovacii = Modern scientific researches and innovations. 2016;6. Available from: http://web.snauka.ru/issues/2016/06/68604 [Accessed 7th June 2020]. (In Russ.)Jeng Shyr-Long, Yang Chia-Feng, Chieng Wei-Hua. Outrigger force measure for mobile crane safety based on linear programming optimization // Mechanics Based Design of Structures and Machines. 2010. Vol. 38. Issue 2. P. 145–170. https://doi.org/10.1080/15397730903482702Jeng Shyr-Long, Yang Chia-Feng, Chieng Wei-Hua. Outrigger force measure for mobile crane safety based on linear programming optimization. Mechanics Based Design of Structures and Machines. 2010;38(2):145–170. https://doi.org/10.1080/15397730903482702Kacalak W., Budniak Z., Majewski M. Stability assessment as a criterion of stabilization of the movement trajectory of mobile crane working elements // International Journal of Applied Mechanics and Engineering. 2018. Vol. 23. No. 1. P. 65–77. https://doi.org/10.1515/ijame-2018-0004Kacalak W, Budniak Z, Majewski M. Stability assessment as a criterion of stabilization of the movement trajectory of mobile crane working elements. International Journal of Applied Mechanics and Engineering. 2018;23(1):65–77. https://doi.org/10.1515/ijame-2018-0004Kacalak W., Budniak Z., Majewski M. Crane stability assessment method in the operating cycle // Transport Problems. 2017. Vol. 12. Issue 4. P. 141–151. https://doi.org/10.20858/tp.2017.12.4.14Kacalak W, Budniak Z, Majewski M. Crane stability assessment method in the operating cycle. Transport Problems. 2017;12(4):141–151. https://doi.org/10.20858/tp.2017.12.4.14Тюрин Ю.Н., Васильев Д.Е., Чугаев В.Д., Масякин С.Л. Причины возникновений аварий при эксплуатации подъемных сооружений // Химическая техника. 2015. № 11. [Электронный ресурс]. URL: https://chemtech.ru/prichiny-vozniknovenij-avarij-prijekspluatacii-podemnyh-sooruzhenij/ (15.06.2020).Tyurin YuN, Vasil'ev DE, Chugaev VD, Masyakin SL. Causes of accidents when operating cranes. Himicheskaya tekhnika. 2015;11. Available from: https://chemtech.ru/prichiny-vozniknovenij-avarij-prijekspluatacii-podemnyh-sooruzhenij/ [Accessed 15th June 2020]. (In Russ.)Алямовский А.А. Инженерные расчеты в SolidWorks Simulation. 2-е изд. М.: Изд-во «ДМК Пресс», 2010. 464 с.Alyamovskij AA. Engineering calculations in SolidWorks Simulation. Moscow: DMK Press; 2010, 464 p. (In Russ.)Жамалов Р.Р., Королев Е.В., Котин А.И. Аэродинамические трубы как инструмент исследования. С. 54–62. // [Электронный ресурс]. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/aerodinamicheskie-trubykak-instrument-issledovaniya/viewer (15.06.2020).Zhamalov RR, Korolev EV, Kotin AI. Windpipes – a research tool. Р. 54–62. Available from: https://cyberleninka.ru/article/n/aerodinamicheskie-trubykak-instrument-issledovaniya/viewer [Accessed 15th June 2020]. (In Russ.)Хоробрых М.А., Фролов В.А. Проектирование экспериментальной установки для весового эксперимента в аэродинамической трубе // Молодой ученый. 2013. № 3. С. 116–122. [Электронный ресурс]. URL: https://moluch.ru/archive/50/6363/ (14.06.2020).Horobryh MA, Frolov VA. Designing of an experimental installation for a weight experiment in a wind tunnel. Molodoj uchenyj = Young Scientist. 2013;3:116–122. Available from: https://moluch.ru/archive/50/6363/ [Accessed 14th June 2020]. (In Russ.)Бубенчиков А.А., Нифонтова Л.С., Чавриков И.Е. Установки для аэродинамического эксперимента // Молодой ученый. 2016. № 22. С. 11–14. [Электронный ресурс]. URL: https://moluch.ru/archive/126/35125/(14.06.2020).Bubenchikov AA, Nifontova LS, Chavrikov IE. Installations for aerodynamic experiment. Molodoj uchenyj = Young Scientist. 2016;22:11–14. Available from: https://moluch.ru/archive/126/35125/ [Accessed 14th June 2020]. (In Russ.)Clark R., Cox D., CurtissJr H.C., Edwards J.W., Hall K.C., Peters D.A, et al. A modern course in aeroelasticity // Solid mechanics and its applications/ eds. E.H. Dowell. 2005. Vol. 116. 781 p. https://doi.org/10.1007/1-4020-2106-2Clark R, Cox D, CurtissJr HC, Edwards JW, Hall KC, Peters DA, et al. A modern course in aeroelasticity. In: Dowell EH (eds.). Solid Mechanics and Its Applications. 2005, vol. 116, 781 p. https://doi.org/10.1007/1-4020-2106-2Волощенко О.В., Зосимов С.А., Николаев А.А., Острась В.Н., Серманов В.Н., Чевагин А.Ф. Аэродинамические экспериментальные стенды для испытаний ВРД // Ученые записки Центрального аэрогидродинамического института. 2012. Т. XLIII. No. 2. С. 43–54.Voloshchenko OV, Zosimov SA, Nikolaev AA, Ostras' VN, Sermanov VN, Chevagin AF. Aerodynamic experimental test benches for airbreathing jet engine tests. Uchenye zapiski Central'nogo aerogidrodinamicheskogo instituta. 2012;XLIII(2):43–54. (In Russ.)Галеев А.Г., Захаров Ю.В., Макаров В.П., Родченко В.В. Проектирование испытательных стендов для экспериментальной отработки объектов ракетно-космической техники. М.: Изд-во МАИ, 2014. 283 с.Galeev AG, Zakharov YuV, Makarov VP, Rodchenko VV. Designing test benches for experimental testing of objects of rocket and space facilities. Moscow: Moscow Aviation Institute; 2014, 283 p. (In Russ.)Боровой В.Я., Бражко В.Н., Егоров И.В., Зайцев Е.Г., Скуратов А.С. Диагностика и численное моделирование течения в гиперзвуковых аэродинамических трубах импульсного действия // Ученые записки Центрального аэрогидродинамического института. 2013. Т. XLIV. No. 5. С. 28–38.Borovoj VYa, Brazhko VN, Egorov IV, Zajcev EG, Skuratov AS. Diagnostics and numerical simulation of impulse action flow in hypersonic wind tunnels. Uchenye zapiski Central'nogo aerogidrodinamicheskogo instituta. 2013;XLIV(5):28–38. (In Russ.)Мамаев К.М. Математическое моделирование нагрузок автокрана и возможность расширения его характеристик грузоподъемности // Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. 2011. No. 23. Вып. 4. С. 76–80.Mamaev KM. Mathematical modeling of the load of the crane and the possibility of extending his load characteristics. Herald of Dagestan State Technical University. Technical Sciences = Herald of Dagestan State Technical University. Technical Sciences. 2011;23(4):76–80. (In Russ.)Korytov M.S., Shcherbakov V.S., Titenko V.V., Belyakov V.E. Study of the crawler crane stability affected by the length of compensating ropes and platform rotation angle in the mode of movement with payload // Journal of Physics: Conference Series. 2020. Vol. 1546. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1546/1/012135Korytov MS, Shcherbakov VS, Titenko VV, Belyakov VE. Study of the crawler crane stability affected by the length of compensating ropes and platform rotation angle in the mode of movement with payload. Journal of Physics: Conference Series. 2020;1546. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1546/1/012135Зырянова С.А. Методика автоматизированного построения математической модели стрелового грузоподъемного крана // Вестник Сибирской государственной автомобильно-дорожной академии. 2014. Вып. 2. С. 77–81.Zyryanova SA. Methodology of the automated creation of mathematical model of the boom load-lifting crane. Vestnik Sibirskoj gosudarstvennoj avtomobil'no-dorozhnoj akademii = The Russian Automobile and Highway Industry Journal. 2014;2:77–81. (In Russ.)Жамалов Р.Р., Королев Е.В., Котин А.И. Аэродинамические трубы как инструмент исследования // Вестник Нижегородского государственного инженерно-экономического института. 2012. № 12. С. 54–62.Zhamalov RR, Korolev EV, Kotin AI. Windpipes – a research tool. Vestnik Nizhegorodskogo gosudarstvennogo inzhenerno-ekonomicheskogo instituta = Bulletin NGIEI. 2012;12:54–62. (In Russ.)Прокопенко Е.А., Савищенко Н.П., Шевченко А.В., Поняев С.А., Твердохлебов К.В., Яшков С.А. Особенности проведения экспериментальных исследований на сверхзвуковой атмосферно-вакуумной аэродинамической трубе // Международный научно-исследовательский журнал. 2018. № 12. Ч. 1. С. 31–36. https://doi.org/10.23670/IRJ.2018.78.12.005Prokopenko EA, Savischenko NP, Shevchenko AV, Ponyaev SA, Tverdokhlebov KV, Yashkov SA. Features of experimental research on supersonic atmospheric vacuum driven tunnel. Mezhdunarodnyj nauchnoissledovatel'skij zhurnal = International Research Journal. 2018;12(1):31–36. https://doi.org/10.23670/IRJ.2018.78.12.005Cekus D., Gnatowska R., Kwiatoń P., Šofer M. Simulation research of a wind turbine using SolidWorks software // Journal of Physics: Conference Series. 2019. Vol. 1398. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1398/1/012001Cekus D, Gnatowska R, Kwiatoń P, Šofer M. Simulation research of a wind turbine using SolidWorks software. Journal of Physics: Conference Series. 2019;1398. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1398/1/012001Острась В.Н., Пензuн В.И. Экспериментальное исследование силы трения в канале при наличии псевдоскачка // Ученые записки Центрального аэрогидродинамического института. 1974. Т. V. № 2. С. 151–155.Ostras' VN, Penzun VI. Experimental study of friction force in a channel under pseudoshock. Uchenye zapiski Central'nogo aerogidrodinamicheskogo instituta. 1974;V(2):151–155. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.