تأثیر سوراخ‌های شیاردار استوانه‌ای بر عملکرد خستگی چرخ‌های جرثقیل سقفی

نوع مقاله : مقاله علمی

نویسندگان
گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی، دانشگاه تهران، تهران، ایران
چکیده
جرثقیل‌های سقفی کاربرد گسترده‌ای در صنایع دارند و در میان اجزای مختلف آن‌ها، چرخ‌ها نقش تعیین‌کننده‌ای در عملکرد سامانه داشته و بالاترین نرخ خرابی را به خود اختصاص می‌دهند. با توجه به اینکه این چرخ‌ها تحت شرایط بارگذاری دینامیکی قرار دارند، خستگی مکانیسم اصلی کنترل‌کننده خرابی و سایش آن‌ها است. در این تحقیق، تأثیر افزودن سوراخ‌های شیاردار استوانه‌ای به بدنه چرخ، بر توزیع تنش استاتیکی و عمر خستگی چرخ موردبررسی قرار گرفت. هدف، به حداکثر رساندن قطر سوراخ بود تا ضمن حفظ عملکرد قابل‌قبول و عمر خستگی در پارامترهای مجاز، مصرف مواد و هزینه‌های ساخت به حداقل برسد. یک چرخ جرثقیل سقفی با ظرفیت اسمی ۶۰ تن برای این بررسی انتخاب شد. بارگذاری استاتیکی روی چرخ با استفاده از روش اجزای محدود شبیه‌سازی شد تا تنش مؤثر و ضرایب ایمنی استاتیکی در نواحی افزودن سوراخ‌ها تعیین شود. برای اعتبارسنجی نتایج عددی، آزمون‌های بارگذاری تجربی نیز بر روی چرخ جرثقیل انجام شد. متعاقباً، با استفاده از خروجی‌های شبیه‌سازی بارگذاری، تحلیل خستگی به‌صورت عددی و با استفاده از معیار دنگ ون انجام شد تا ضریب اطمینان خستگی چرخ تعیین گردد. این فرایند برای سوراخ‌های شیاردار استوانه‌ای با قطرهای ۱۰ تا ۷۰ میلی‌متر تکرار شد. علاوه بر این، الزامات استاندارهای بین‌المللی برای طراحی جرثقیل سقفی نیز لحاظ گردید. نتایج نشان می‌دهند که برای یک چرخ از جنس فولاد AISI 1045 تحت شرایط بارگذاری مشخص‌شده، حداکثر قطر سوراخ بهینه ۳۳ میلی‌متر قابل‌دستیابی است. این هندسه کاهش 8/9 درصدی در مصرف مواد را به همراه دارد، درحالی‌که ایمنی و عملکرد مکانیکی حفظ می‌شود.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Influence of cylindrical slotted holes on the fatigue performance of overhead crane wheels

نویسندگان English

Amir Hessam Feizi
Danyal Foroughniya
Department of Mechanical Engineering, School of Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran
چکیده English

Overhead cranes are widely used in industrial applications, and among their various components, the wheels are critically important, as they account for the highest rate of failures. Given that these wheels are subjected to dynamic loading conditions, fatigue is the principal mechanism governing their failure and wear. This study investigated the effect of adding cylindrical slotted holes to the wheel wall on the distribution of static stress and the wheel's fatigue life. The objective was to maximize the hole diameter to minimize material usage and manufacturing costs, while maintaining acceptable performance and fatigue life within acceptable parameters. A 60-ton nominal capacity overhead crane wheel was selected for this investigation. Static loading on the wheel was simulated using the finite element method (FEM) to determine the effective stress and static safety factors in the regions where holes were added. To validate the numerical results, experimental load tests were also conducted on the crane wheel. Subsequently, utilizing the outputs from the loading simulation, a fatigue analysis was performed numerically using the Dang Van criterion to determine the wheel's fatigue safety factor. This process was iterated for cylindrical, slotted holes with diameters ranging from 10 to 70 mm. Furthermore, the requirements of international standards for overhead crane design were incorporated. The results indicate that, for an AISI 1045 steel wheel under the specified loading conditions, an optimal maximum hole diameter of 33 mm is achievable. This geometry yields a 9.8% reduction in material consumption while preserving operational safety and performance.

کلیدواژه‌ها English

Overhead crane
Fatigue analysis
FEM
Optimization
Dang Van method

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 19 بهمن 1404

  • تاریخ دریافت 13 آبان 1404
  • تاریخ بازنگری 25 آذر 1404
  • تاریخ پذیرش 19 بهمن 1404
  • تاریخ اولین انتشار 19 بهمن 1404
  • تاریخ انتشار 19 بهمن 1404