Расчет усилия перекоса металлической конструкции козлового крана

Козловые краны относятся к грузоподъёмным машинам. Они предназначены для погрузочно-разгрузочных, строительно-монтажных и строительных работ, обслуживания гидротехнических сооружений, складов, плотин, а также для сборки судов.

При эксплуатации кранов опасная ситуация наступает в момент появлении усилия перекоса, вызванного забеганием или отставанием одной опоры относительно другой. Разница перемещения вызвана неравным сопротивлением опор, которое в свою очередь может возникнуть из-за различия ветровых, инерционных, тяговых нагрузок, несинхронности действия тормозных устройств, различия механических характеристик электродвигателя.

Рассмотрим случай, при котором продольные перекосные усилия могут достигать максимально возможные значения: кран тормозит при попутном ветре, тележка с грузом расположена над жёсткой опорой (Рисунок 1).

Рисунок 1. Схема нагружения крана Согласно принятой расчетной схеме каждая из опор удерживается горизонтальными силами торможения T, сопротивлением передвижению R, сопротивлением от уклона кранового пути, а движущей является сила давления ветра .

Продольное усилие перекоса найдём, определив разность между суммарными нагрузками каждой опоры (гибкой и жёсткой):

(1).

где — сопротивление передвижению жесткой опоры;

Uж — сопротивление создаваемое уклоном пути, действующее на жесткую опору;

— давление ветра на жесткую опору;

— сопротивление преодоления сил инерции приводимых в движении масс;

Т — сила торможения, приведенная к ободу ходового колеса;

Rг — сопротивление передвижению гибкой опоры;

Рвг — давление ветра на гибкую опору;

Uг — сопротивление создаваемое уклоном пути, действующее на гибкую опору;

Iг — сопротивление преодоления сил инерции приводимых в движении масс.

Исключаем тормозной момент:

(2).

Сопротивление передвижению жесткой опоры, создаваемое трением качения ходовых колес по рельсам, трением в опорах:

(3).

(4).

(5).

гдевес тележки и крана;

— номинальная грузоподъёмность;

— коэффициент трения качения колеса по рельсу;

— коэффициент трения подшипников, приведённый к цапфе колеса;

— коэффициент, учитывающий сопротивление трения реборд ходовых колес и торцов ступиц колеса (2,0…2,5);

— диаметр цапфы;

D — диаметр ходового колеса.

Для гибкой опоры:

(6).

Сопротивление создаваемое уклоном пути, действующее на жесткую и гибкую опору:

(7).

(8).

где — угол уклона рельсового пути, для малых уклонов = 0,003.

Ветровую нагрузку можно разложить на три составляющее: давление на жесткую опору, давление на груз и давление на пролётное строение. Последнюю составляющую можно исключить из расчёта, т.к. действие между опорами распределено равномерно и нет влияния на перекос.

(9).

где Pж — распределенная ветровая нагрузка на единицу расчётной площади жесткой опоры;

Аж — расчётная наветренная площадь жесткой опоры.

(10).

где = 125Па-динамическая давление ветра, принимаемое независимо от установки района крана (скоростной напор);

k — коэффициент, учитывающий изменение динамического давления по высоте; перекос конструкция козловой кран.

— коэффициент аэродинамической силы;

n — коэффициент перегрузки.

Давление ветра на груз:

(11).

гдераспределённая ветровая нагрузка на единицу расчётной площади груза;

Агр — расчётная наветренная площадь груза.

Аналогично считается давление ветра на гибкую опору:

(12).

Сопротивление торможению от сил инерции может быть определено:

(13).

где — номинальная грузоподъёмность крана;

— вес крана и тележки;

— скорость движения крана;

— время торможения;

g-ускорение свободного падения.

Время торможения должно быть определено отдельно для каждой из опор:

(14).

где — частота вращения вала двигателя привода передвижения крана;

— момент инерции ротора двигателя;

— момент инерции муфты быстроходного вала с тормозным шкивом;

— передаточное число механизма передвижения крана;

— коэффициент полезного действия привода механизма передвижения крана;

— количество приводов, расположенных на опоре крана;

— тормозной момент, на который настроен тормоз механизма;

— суммарное сопротивление торможению жесткой опоры крана.

. (15).

Аналогичное выражение может быть составлено и для гибкой опоры.

В рассмотренных расчётах не учитывается влияние характеристик приводных двигателей, погрешности диаметров колес, неодновременность срабатывания тормозных устройств и т. п. Расчётное усилие принимается с учётом коэффициента:

(16).

Поперечное усилие перекоса возникает в результате температурного расширения и погрешности укладки подкранового пути.

Формула для определения поперечного усилия:

=, (17).

гденаименьшая жёсткость вертикальных элементов металлоконструкции;

— значение температурной деформации;

— погрешность укладки кранового пути, по нормативам не более 5 мм.

— зазор между боковой поверхностью рельса и ребордой колеса. Зазор принимается на этапе проектирования козлового крана для того, чтобы скомпенсировать температурные деформации и исключить трение реборды колеса о рельс.

Температурную деформацию можно определить по формуле:

(18).

где L — длина кранового моста;

— коэффициент линейного теплового расширения стали, для стали ;

— перепад температур, обычно принимается в .

Вывод: предложенный метод позволяет определить максимально возможные продольные и поперечные усилия перекоса, так как рассмотрены наиболее неблагоприятные ситуации, возникающие в эксплуатации козлового крана. Предложенная методика позволит подобрать ограничитель перекоса автоматического действия, который обеспечит безопасную работу козлового крана, так как он будет запроектировано на максимально возможные усилия.

Библиографический список

• 1. Александров М. П. Грузоподъемные машины: учебник для вузов. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана; Высш. шк., 2000. 552 с.
• 2. Соколов С. А Металлические конструкции подъемно-транспортных машин — СПб.: Политехника, 2005 .423с.
• 3. А. П. Кобзев, В. П. Пономарев. Козловые краны и мостовые перегружатели. Краны кабельного типа. Под ред. К. Д. Никитина. Красноярск: КГТУ, 2005. 140 с.
• 4. Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов ПБ-10−14−92: утв. Госгортехнадзором России 30.12.92. Введ. 15.09.93. М.: НПО ОБТ, 1994. 208 с.
• 5. СТО 24.09−5821−01−93 Нормы и методы расчёта элементов стальных конструкций. Стандарт ВНИИПТМАШ — ПОДЪЕМТРАНСТЕХНИКА, 1993. 135с.
• 6. ГОСТ 1451. Краны грузоподъемные. Нагрузка ветровая.
• 7. Александров М. П., Гохберг М. М., Ковин А. А. и др Справочник по кранам. Машиностроение, 1988.536с.
• 8. Кузьмин А. В., Марон Ф. Л. Справочник по расчетам механизмов подъемно-транспортных машин. Изд. 2-е. Минск: Высш.шк., 1983. 350 с.