Устойчивость кранов

Под устойчивостью крана понимается его способность противодействовать опрокидывающим моментам.

Расчет устойчивости крана производится при действии испытательной нагрузки, действии груза (грузовая устойчивость), отсутствии груза (собственная устойчивость), внезапном снятии нагрузки и монтаже (демонтаже).

Расчет устойчивости производится в соответствии с нормативными документами, например, РД 22-145-85 «Краны стреловые самоходные. Нормы расчета устойчивости против опрокидывания». Соотношение между восстанавливающим и опрокидывающим моментами определяет степень устойчивости крана против опрокидывания. Для разных положений крана значения опрокидывающих и восстанавливающих моментов различны, так как изменяются значения действующих сил, их плечи и положение центра тяжести крана. Устойчивость крана должна быть обеспечена для всех его положений прилюбых возможных комбинациях нагрузок. К этим нагрузкам для передвижного поворотного крана относятся:

- вес поднимаемого груза;

- инерционные силы при пуске или торможении меха­низмов крана;

- центробежные силы, возникающие при вращении поворотной части крана;

- сила давления ветра на груз и элементы крана.

Таким образом, различают грузовую устойчивость, то есть способность крана противодействовать опрокидывающим моментам, создаваемыми весом груза, силами инерции, ветровой нагрузкой рабочего состояния, и собственную устойчивость — способность крана противодействовать опрокидывающим моментам при нахождении крана в рабочем (в том числе без груза) и нерабочем состояниях.

Условия проверки грузовой устойчивости (рис. 3.26,а): кран стоит на наклонной местности, подвержен дейст­вию ветра (по нормам для рабочего состояния) и поворачивается, одновременно тормозится спускаемый груз; стрела установлена поперек пути (при установке стрелы вдоль пути может одновременно происходить и торможение движущегося крана); на кран действуют вес груза, силы инерции, возникающие при торможении спус­каемого груза и движущегося крана, силы инерции от вращения крана, ветровая нагрузка. Расчет устойчивости производится для всех вылетов.

3.26. Схема расчета устойчивости стрелового крана

Условия проверки собственной устойчивости (рис. 3.26, б): кран стоит на наклонной местности, вылет стрелы мини­мальный; кран подвержен только действию ветра (по нормам для нерабочего состояния). Расчет производится только для минимального вылета. Величина запаса устойчивости характеризуется коэффициентом устойчивости и устанавливается нормативными документами.

Коэффициентом грузовой устойчивости называют отношение момента относи­тельно ребра опрокидывания, создаваемого весом крана с учетом дополнительных нагрузок (ветро­вая нагрузка, силы инерции, возникающие при пуске или тормо­жении механизмов подъема груза, поворота или передвижения крана) и влияния наибольшего допускаемого при работе крана уклона, к моменту , создаваемому рабочим грузом относительно того же ребра. Этот коэффициент должен быть не менее 1,15, то есть:

.

Ребром опрокидывания является линия, проходящая через точку контакта колеса и рельса, относительно которой кран стремится опрокинуться.

Коэффициентом собственной устойчивости называют отношение момента, соз­даваемого весом крана, с учетом уклона пути в сторону опрокидыва­ния относительно ребра опрокидывания к моменту, создаваемому ветровой на­грузкой при нерабочем состо­янии крана относительно того же ребра опрокиды­вания. Этот коэффициент также должен быть не менее 1,15.

Для определения числовых значений коэффициентов устойчивости необходимо определить силы, действующие на кран; плечи, на которых дейст­вуют эти силы и создаваемые ими моменты. На рис. 3.26, а показан железнодорожный кран в рабочем состоянии и действующие на него силы. Точка О представляет собой ребро опрокидывания, а точка цт — положение центра тяжести крана.

Силы, действующие на кран, и плечи этих сил следующие:

Q —вес крана;

= Qcos — нормальная составляющая веса крана, действующая на плече (а+в) относительно ребра опрокидывания;

— составляющая веса крана, действующая параллельно плоскости вращения крана на пле­че h₂;

— сила давления ветра, действующая на плече h₁ на подветренную площадь крана F_k и зависящая от удельного давления ветра р при рабочем

состоянии крана;

W₂ = pF_г — сила давления ветра на подветренную площадь груза F_г, действующая на плече h₃ при ветре рабочего состояния;

G_r — вес наибольшего рабочего груза, дейст­вующего на плече (L- в)cos + h₃ sin ;

G_ит— сила инерции груза при торможении, действую­щая на плече (L-в)cos + + h₃ sin ; величина этой силы равна:

где t_т - время торможения, с;

v_оп - скорость опускания груза, м/с, принимаемая как v_оп=1,5 V_П;

v_п - скорость подъема груза, м/с;

G_ив - центробежная сила груза, возникающая при вращении крана и действующая на плече h₃ относительно ребра опрокидывания. Величина этой силы:

где ;

R – радиус вращения груза, м.

При вращении крана канат, на котором висит груз, под действием силы инерции отклонится от вертикали на угол . Следовательно, радиус вращения груза превысит вылет крана на некоторую величину с. Угол отклонения каната определится из равенства

откуда следует, что

,

а радиус вращения груза

.

Окружная скорость груза, м/с, составляет:

,

где n – скорость вращения крана, мин^-1.

Теперь легко получить значение силы G_ив:

Подставляя в исходную формулу центробежной силы полученные выражения легко убедиться, что:

.

Суммарный восстанавливающий момент равен сумме моментов, создаваемых силами Q, G_ит, G_ив, W₁ и W₂. Опрокидывающий момент создается силой G_г. Тогда коэффициент грузовой устойчивости может быть вычислен по формуле:

Угол наклона принимают равным для башенных строительных кранов примерно 1,5°, для железнодорожных, пневмоколесных, гусеничных, автомобильных и других подобных кранов, работа­ющих без выносных опор, примерно 3°, при работе на выносных опорах — 1,5°.Нормами предусмотрена проверка коэффициента грузовой статической устойчивости, то есть устойчивости крана, находящегося только под воздействием весовых нагрузок (без учета дополнительных сил и уклона площади):

Коэффициент собственной устойчивости крана

,

где M_Q — момент, создаваемый весом крана с учетом уклона пути в сторону опрокидывания;

М_в — момент ветровой на­грузки при нерабо­чем состоянии крана относительно ребра опрокидывания.

.

ПОДВЕДЕМ ИТОГИ

Грузоподъемные машины - это технические устройства циклического действия для подъема и перемещения груза. Их принято делить на домкраты, лебедки, подъемники и краны. ГПМ относятся к объектам повышенной опасности, поэтому их эксплуатация должна осуществляться в строгом соответствии с нормативными документами, в частности, в соответствии с Правилами по кранам.

Уровень требований к ГПМ зависит от условий их эксплуатации (режимов работы). Режимы работы кранов и их механизмов принимаются в соответствии со стандартом 4301/1. В зависимости от максимального числа рабочих циклов и от использования крана по грузоподъемности стандартом определены 8 групп классификации кранов, которые учитываются при выборе конкретной машины.

Основным видом силового оборудования ГПМ являются электрические двигатели, однако находят применение и двигатели внутреннего сгорания, и комбинированные: дизель-электрические, электрогидравлические и др. Особого внимания требуют канаты, используемые в качестве стропов либо тяговых органов в механизмах ГПМ.

В общем случае в состав ГПМ входит металлоконструкция и ряд механизмов: подъема, передвижения, изменения вылета, поворота. Требования к их расчету и конструированию установлены нормативными документами. Широкое применение на складах и в производственных цехах заводов находят однобалочные и двухбалочные мостовые краны общего назначения и специального назначения. Разновидностью мостовых кранов являются краны-штабелеры, применяемые преимущественно на складах тарно- штучных грузов.

На открытых складах грузопереработка осуществляется с помощью козловых кранов и мостовых перегружателей с грузоподъемностью и пролетом, изменяющимися в широком диапазоне. С развитием контейнерных перевозок все большее применение находят козловые краны, имеющие грузоподъемность от 20 до 40 т и обеспечивающие многоярусное складирование контейнеров. Если требуется обслужить склад шириной в несколько сотен метров, то может оказаться целесообразным кабельный кран с пролетом 250…500 м.

С вышеперечисленными кранами успешно конкурируют в зоне относительно небольших грузопотоков стреловые поворотные краны: железнодорожные, автомобильные, гусеничные, башенные и др. При переработке массовых грузов в портах применяют портальные краны с разными грузозахватными устройствами. Для захвата грузов при выполнении погрузочно-разгрузочных операций ис­пользуются грузозахватные устройства как универсальные, так и специализированные.

Высокая производительность крана и безопасная работа на нем могут быть обеспечены при его устойчивом положении, исключающем возможность опроки­дывания. Правилами по кранам и соответствующими руководящими документами установлен порядок расчета устойчивости для разных условий нагружения и по­рядок ее экспериментальной проверки.

ПОВТОРИМ

1.Назовите головные организации в области проектирования и безопасной экс­плуатации ГПМ.

2.Как принято классифицировать краны мостового типа?

3.Какие режимы работы установлены для кранов в целом и для механизмов в це­лом

4.Как устроен и работает нормально-замкнутый электромагнитный тормоз?

5.Как подобрать канат для механизма подъема крана при сдвоенном полиспасте?

6.Расскажите об устройстве двухбалочного мостового крана.

7.Чем отличается козловой кран от мостового перегружателя?

8.Как принято классифицировать стеллажные краны-штабелеры?

9.Расскажите о способах токоподвода к козловым кранам.

10.Как работает опорно-поворотное устройство стрелового крана?

11.Зачем на портальном кране устанавливается подвижный противовес?

12.Какие нагрузки учитываются при расчете грузовой устойчивости крана?

Дата добавления: 2015-07-15