Расчет грузовой устойчивости башенного крана

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ №1

Основные факторы, приводящие к потере устойчивости башенных кранов, следующие: 1) перегрузка кранов, т. е. положением, когда отношение суммы моментов сил, удерживающих кран в состоянии равновесия, к сумме моментов сил, стремящихся его опрокинуты становится меньше коэффициента устойчивости; 2) воздействие ветровой нагрузки, превышающей расчетную; 3) неудовлетворительное состояние рельсовых путей; 4) динамические воздействия на край (например, резкое торможение и др.)

Возможно также и совместное влияние указанных четырех факторов в той или иной комбинации. Поэтому расчетам кранов и монтажных мачт на устойчивость с учетом местных условий строительных объектов придается большое значение; эти расчеты могут составлять часть раздела охраны труда в проекте производства работ.

Рисунок 1. Расчетные схемы нагрузок для определения коэффициентов устойчивости крана

а - для коэффициента грузовой устойчивости без дополнительных нагрузок; б - то же, с учетом дополнительных нагрузок; в - для коэффициента собственной устойчивости

Если допустить, что кран стоит строго вертикально (рис. 1, а) стрела имеет наибольший вылет и расположена перпендикулярно к ребру опрокидывания и на кран действует лишь сила тяжести груза, то в данном случае он стремится опрокинуться вокруг точки А.

Тогда коэффициент грузовой устойчивости стрелового крана будет равен

где - коэффициент грузовой устойчивости (без дополнительных нагрузок и учета уклона пути); М - удерживающий момент от массы крана; - опрокидывающий момент от массы груза.

В действительности такого идеального положения быть не может, и при эксплуатации крана создаются неблагоприятные условия для работы и возникают дополнительные нагрузки (рис. 1 б), как-то: сила давления ветра на подветренную площадь крана сила давления ветра на подветренную площадь груза сила инерции массы груза, возникающая при пуске или торможении механизма подъема груза, ; центробежная сила массы груза, возникающая при вращении поворотной части крана, ; инерционная сила массы груза, возникающая при пуске или торможении механизма передвижения крана, PC; инерционная сила массы крана, возникающая при пуске или торможении механизма передвижения крана,

Кроме того, подкрановый путь, являясь временным сооружением, всегда бывает с уклоном, который увеличивает момент опрокидыва­ния крана. Перечисленные дополнительные нагрузки уменьшают восстанавливающий момент от массы крана, и коэффициент грузовой устойчивости в этом случае будет равен

где- моменты относительно ребра опрокидывания дополнительных нагрузок .

Кран в нерабочем состоянии (без груза) может опрокинуться вокруг точки В (рис. 1. в) в том случае, если стрела предельно, под­нята вверх и расположена перпендикулярно к ребру опрокидывания, уклон пути направлен в сторону опрокидывания и действует ветровая нагрузка (ураганный ветер 12 баллов по шкале Бофорта). При этой схеме нагрузок коэффициент собственной устойчивости будет равен

где - удерживающий момент, создаваемый массой всех частей крана с учетом уклона пути; - опрокидывающий момент, созда­ваемый ветровой нагрузкой.

При определении коэффициентов устойчивости действие рельсовых захватов, дополнительных опор и стабилизаторов не учитывают.
По правилам Госгортехнадзора коэффициенты устойчивости должны
быть следующие:

Методика определения грузовой устойчивости предполагает, что кран является абсолютно жесткой системой, а силы, опрокидывающие кран, можно суммировать, как действующие одновременно. В действительности происходит деформация башни крана и податливость подкранового пути. Вследствие этого центр тяжести крана перемещается в сторону ребра опрокидывания, чем снижается устойчивость крана...

Динамические нагрузки, действующие на кран, меняют свое направление и поэтому на устойчивость крана влияют в меньшей степени, чем постоянная масса груза. Кроме того, принятый коэффициент грузовой устойчивости, равный 1,15, недостаточно обоснован теоретически.

Определение коэффициентов устойчивости свободно стоящих башенных кранов. Коэффициенты грузовой и собственной устойчивости крана определение расчетов с возможным совмещением движений: подъема груза, поворота и передвижения крана, изменения вылета стрелы. Исходные данные (рис.6): район установки крана, - второй; грузоподъемность при всех вылетах Q = 10 тс; G = 72,8 тс – вес крана (полный); А= 22м – расстояние от оси вращение крана до центра тяжести подвешенного наибольшего рабочего груза при установке крана на горизонтальной плоскости; ά= А cos β – расстояние от плоскости, проходящей через ось вращения крана параллельного ребру опрокидывания, до центра тяжести подвешенного наибольшего груза при установке крана на горизонтальный плоскости.

При расположении стрелы перпендикулярно ребру опрокидывания .

При расположении стрелы под углом 45⁰ к ребру опрокидывания ; – расстояние от оси вращения крана до ребра опрокидывания; – расстояние от головки стрелы до центра тяжести подвешенного груза (принимаем, что центр тяжести расположен на минимально возможном расстоянии от уровня земли); – расстояние от головки стрелы до плоскости, проходящей через точки опорного контура; – скорость подъема груза; –скорость передвижения крана; n= 0,6 мин^-1 –частота вращения крана; t = 1,5 с-время неустановившегося режима работы механизма передвижение крана; t₂ = 2с- время неустановившегося режима работы механизма изменения крана; t₃= 5с- время неустановившегося режима работы механизма поворота крана;t=36 с- время изменения вылета от максимума до минимума; ẁ=1807 кгс – сила давления ветра на крана (стрелу, башню консоль или платформу), действующая перпендикуляр ребру опрокидывания параллельно плоскости опорного контура крана;ẁ₂-сила давления ветра, действующего перпендикулярно ребру опрокидывания и параллельно плоскости, на которой установлен кран, на подветренную площадь крана (для нерабочего состояние); p = 15м;p₁=20 м- соответственно расстояние от плоскости ветровых нагрузок Ŵ, Ŵ_1, Ŵ_2; ά-угол наклона (уклон пути) крана (для железнодорожных, гусеничных, автомобильных, пневмоколесных при работе с выносными опорами ά=1⁰30, без опор ά= 3⁰; для башенных ά=2⁰); G_G = 2 тс вес стрелы; G_G = 8 тс- вес поворотной платформы;тс – вес балласта на поворотной части крана; r₁₌ 1м – расстояние от оси вращения крана до корневого шарнира стрелы;ά₁ = 2м - расстояние от оси вращения крана до центра тяжести поворотной платформы; ά₂ =3,5 м- расстояние от оси вращения крана до центра тяжести балласта на поворотной платформе; ά₃= 1м – расстояние от оси вращения крана до центра тяжести башни.

Рисунок 2. Расчетная схема определения коэффициентов грузовой устойчивости

Согласно Правилам Госгортехнадзора коэффициенты грузовой устойчивости определяются для трех расчетных положений.

Предварительные расчет. Кран установили на горизонтальной площадке. Силы ветра и инерции не учитывают. Тогда,

где М _вост - восстанавливающий момент; М _опр- опрокидывающий момент.

Окончательные расчеты. Определяют коэффициенты грузовой устойчивости при действии статических, ветровых, инерционных и центробежных сил. Расчетные положения:

I. Cтрела крана расположения перпендикуляры (в плане)к ребру опрокидывания, наклон и ветер в сторону груза.

II. Стрела крана расположения под 45⁰ (в плане) к ребру, наклоне и ветер также в строну груза.

Формула коэффициентов грузовой устойчивости:

где h₁ –расстояние от центра тяжести крана до плоскости, проходящей через точки опорного контура; - скорость горизонтального перемещения оголовка стрелы; - скорость вертикального перемещения оголовка стрелы; - вес стрелы, приведенный к оголовку стрелы; с – расстояние от плоскости, проходящей через ось вращения крана параллельно ребру опрокидывания, до центра тяжести крана.

Члены учитывают при определении коэффициента устойчивости вдоль пути.

Члены учитывают только для II расчетного положения.

Расстояние (рисунок 7) от оси вращения крана до центра тяжести (горизонтальная координата)

Знак минус показывает, что центр тяжести смещен влево от оси вращения крана.

Расстояние от плоскости, проходящей через опорны контур, до центра тяжести крана

где h₂=18 м; h=4 м; h=2 м; h=1м- вертикальные координаты весов башни, балласта платформы, платформы и неповоротной части.

Приведенный вес стрелы к головке стрелы

тс

Вес стрелы, приведенный к головке, определяется из закона постоянства кинетической энергии стрелы:

где – соответственно скорости движения середины и конца положения , то

где n_c – частота вращения стрелы при изменении вылета (см. расчет механизма изменения вылета, где за 36 с происходит полное изменение).

Тогда коэффициент устойчивости (предварительный расчет)

Рисунок 3. Схема определения координат центра тяжести крана в рабочем состоянии

Окончательно коэффициенты грузовой устойчивости определяют по видоизмененной формуле, как частное от деления момента удерживающих сил, с учетом моментов сил инерции, центробежных и ветровых, на момент опрокидывающий от груза относительно ребра опрокидывания, т.е.

Момент удерживающих сил с учетом уклона пути в сторону груза (положение I): поперек пути

тс*м

вдоль пути

тс*м

положение II

Опрокидывающий момент от действия центробежных сил груза для всех расчетных положений

Момент сил инерции массы груза и стрелы при повороте крана учитывается только при положении стрелы под углом 45º к ребру опрокидывания

Момент сил инерции поднимаемого груза (положение I): вдоль пути

поперек пути

Положение II

Момент сил инерции массы груза при разгоне механизма передвижения (положение Поперек пути

Вдоль пути и для положения II

Момент сил инерции массы крана при разгоне механизма передвижения (положение

поперек пути М₅=0;

вдоль пути и для положения II

Момент сил инерции масс груза и стрелы в горизонтальной плоскости при изменении вылета

так как0.

Моменты сил инерции масс груза и стрелы в вертикальной плоскости при изменении вылета:

положение І

поперек пути

вдоль пути

положение II

Момент сил ветра, действующих на кран, для всех положений

Момент сил ветра, действующих на груз, для всех положений

Момент груза:

положение I

поперек пути

вдоль пути

положение II

Окончательно (положение I) коэффициент грузовой устойчивости крана:

поперек пути

вдоль пути

Для положения II (45º)

Настоящий расчет коэффициентов грузовой устойчивости является наиболее общим. Если на кране невозможны одновременно все движения, то соответствующие слагаемые числителя будут равны нулю. Например, если кран стационарный или не передвигается с грузом, то М₄=0, М₅=0. Если изменение угла наклона стрелы – движение установочное, то М₆=0 и М₇=0. Если кран работает в закрытом помещении, то М₈=0, М₉=0. Для кранов с переменной грузовой характеристикой необходимо определять коэффициенты устойчивости как при максимальном, так и при минимальном вылетах.

Краны, имеющие несколько различных рабочих скоростей механизмов, необходимо проверять на устойчивость при всех возможных неблагоприятных сочетаниях нагрузок и скоростей.

Дата добавления: 2014-10-23