Расчетные нагрузки и их комбинации

Расчетные нагрузки для металлических конструкций пор­тальных кранов и их расчетные комбинации приведены в табл. Комбинации нагрузок предусматривают работу следующих механизмов: Ia и IIa – кран, поворотная часть и стреловое устрой­ство неподвижны, работает механизм подъема; Ib и IIb – кран с грузом, механизмы подъема, вращения и передвижения не ра­ботают, работает механизм изменения вылета; Ic и IIc – кран с грузом, механизмы подъема, изменения вылета и передвижения не работают, работает механизм вращения; Id и IId – кран без груза, поворотная часть и стреловое устройство неподвижны относительно портала, работает механизм передвижения. Кроме трех основных случаев нагрузок могут быть случаи особых нагру­зок (л.10). При расчетах на прочность для грейферных кранов по ком­бинации нагрузок IIa вместо Q принимается 1,1 Q с учетом воз­можного переполнения грейфера. Для влажных, липких материа­лов рекомендуется принимать 1,25 Q. Для отыскания максимальных нагрузок на отдельные элементы крана необходимо рассмотреть их при различных вылетах и углах поворота в плане. Следует иметь в виду, что отдельные элементы конструкции могут иметь максимальные нагрузки при ненагру­женном кране. Вес портальных кранов G зависит главным образом от грузового момента QR на наибольшем вылете R. Эквивалентная величина груза для расчетов металлических конструкций портальных кpa­нов на сопротивление усталости, по данным ЛЗ ПТО им. С. М. Ки­рова. Грейферные и крюковые тяжелого режима порталь­ные краны следует рассчитывать на неограниченное сопротив­ление усталости, т. е. по числу циклов, равному базовому.

Особенности расчета

Особенностью прямых стрел портальных кранов является то, что в общем случае со стре­лой связаны оттяжные канаты подвижного противовеса и тяга для изменения вылета, усилия в которых изменяются при качании стрелы и определяются при расчете механизма изменения вылета. Усилие в подъемных канатах зависит от расчетной комбинации нагрузок. При угле отклонения канатов α_σ следует рассмотреть случаи отклонений канатов как в сторону наиболь­шего, так и в сторону наименьшего вылета. Вес стрелы G и каса­тельную силу инерции массы стрелы Р_к при пуске или торможе­нии механизма вращения рассматривают либо как распределен­ные по длине стрелы, либо как сосредоточенные силы. При проверке общей устойчивости стрелы должна быть учтена переменность сечения по длине. Из-за трудности учета совмест­ного действия сжатия и изгиба при переменности поперечного се­чения стрел по длине вместо проверки общей устойчивости следует производить их расчет на прочность по схеме деформированной конструкции с учетом начальных несовершенств. В результате исследования хобота шпренгельной конструкции установлено, что ее можно принимать за систему с двумя лишними неизвестными (два шарнирно укрепленных к балке и стойке подкоса) с учетом деформаций, обусловленных изгибающими моментами и нормальными силами (два члена фор­мулы Мора). Расчет хобота следует производить при максималь­ном вылете стрелы. Колонны имеют листовую конструкцию и воспринимают усилия, как в плоскости, так и из плоскости качания стрелы. Расчет производится при крайних и среднем вылетах стрелы. Расчет металлической конструкции порталов производится по нагрузкам, приведенным. Все нагрузки, передающиеся от поворотной части крана на портал (полупортал), можно свести к следующим системам сил.

Силы, действующие на портал, уравновешиваются опорными реакциями. Определение давлений при четырех опорах является статически неопределимой задачей, так как имеются только три уравнения статики: Σ V = 0; Σ M_x = 0, Σ M_y = 0. Недостающее четвертое уравнение можно получить исходя из условий дефор­маций. Если предположить портал и его основание абсолютно жесткими, то задача становится статически определимой. Пусть G – равнодействующая всех вертикальных сил, приложенных к поворотной части крана на расстоянии е,а G ₁– вес неповоротной части. Тогда момент Gе разложится на М_х = Gе cos φ и М_у = Gе sin φ и опорные давления будут равны:

Максимум наибольшего давления на опору В определяется из условия dV_B/dφ = 0, т. е. – sin φ ₀ / s + cos φ ₀/ b = 0, откуда tg φ ₀ = s/b.

В случае, когда угол φ ₀ незначительно отличается от угла α, в целях упрощения расчетов можно принимать ось стрелы, проходящей через ось ноги портала.

Исследования показывают, что давление под любой из опор можно определить по формуле R = R ₀ ± Δ R = R ₀ ± ch,

где R ₀ – опорное давление, определяемое по формулам; с – вертикальная жесткость портала с _п и основания с ₀, причем

.

Знак «минус» В формуле действителен для двух диаго­нально расположенных опор, под одной из которых имеется за­зор, знак «плюс» – для двух других опор.

Схема нагружения плоской рамы портала крана с вращающейся колонной

В случае поворота стрелы у неподвижно стоя­щего крана на 180° возможно изменение вертикальных нагрузок на одну сторону портала от суммарного действия моментов, рав­ного 2 М _В, что приведет к удвоению величины распора. Распор следует учитывать при комбинациях нагрузок Iа и IIa. Портал крана с вращающейся колонной пред­ставляет собой пространственную конструкцию, состоящую из двух одинаковых рам, расположенных по диагоналям опорного контура и соединенных между собой в верхней части кольцевым оголовком, в средней – крестовиной и внизу – затяжками. Момент М _В при положении стрелы вдоль рамы передается на нее в виде двух горизонтальных сил H ₁= M _B/ h ₁. В этой конструкции портала возможно полное выключение из работы одной из диагональных рам, что должно быть учтено путем условного нагружения диагональной рамы полным вертикальным давлением, действующим на портал, когда при этом он оказывается опирающимся фактически лишь на две опоры. Более опасным для рамы из-за наклона ног является случай отсутствия распора, по­этому рама рассчитывается как внешне статически определимая система. Основные преимущества двухстоечных порталов состоят в меньшей вертикальной жесткости и, сле­довательно, в меньшей чувствительности к неровностям пути и большей технологичности изготовления. По сравнению с порта­лами они имеют меньшую себестоимость.

СТРЕЛЫ

Типы конструкций

В стреловых кранах, которые должны удовлетворять условиям устойчивости, масса стрел имеет большое значение, так как от нее зависит и масса противовеса. Поэтому стрелам стремятся при­давать форму бруса равного сопротивления. Применение алюминия для крановых конструкций началось со стрел. Шарнирно сочлененные стреловые устройства рассмотрены в л.13, а стрелы, испытывающие изгиб от перемещающегося груза, – в л.13. Стрелы делают листовыми и решетчатыми с прямолинейными и изогнутыми осями с переменным сечением по длине. При небольших нагрузках и вылетах встречаются стрелы из одной трубы или из одного коробчатого сечения. Стрелы с прямолинейной осью – наиболее легкие и конструктивно простые. Однако они не позволяют на минимальном вылете так высоко поднимать громоздкие грузы, как в случае стрел с изогнутой осью. Недостатками стрел с изогнутой осью являются скручивание их от действия горизонтальных сил и изгиб. Плоские стрелы применяются при таких типоразмерах, когда их гибкость может быть обеспечена в необходимых пределах (λ ≤ [λ]) и когда из условий устойчивости пояса стрелы не получаются чрезмерно тяжелыми. При этом рациональны трубчатые или коробчатые пояса, соединенные между собой стойками, а также пояса овального сечения, сваренные из гнутых профилей. Рациональность такой конструкции объясняется тем, что в горизонтальной плоскости длина l ₀, на которой возможно выпучивание, может быть достаточно малой, а в вертикальной плоскости стрела может терять устойчивость на полной длине. В остальных случаях применяют пространственные решетчатые или листовые стрелы прямоугольного или треугольного сечения. Известные преимущества листовых конструкций привели к уменьшению применения решетчатых конструкций для стрел. Анализ сечений стрелы для плавучего крана грузоподъемностью 250 т показал, что при трехгранной форме поперечного сечения возможно получить снижение массы на 8 – 10 % по отношению к четырехгранной форме. Стрела оптимальных очертаний по длине будет иметь переменную высоту сечения, уменьшающуюся на концах, и ширину, увеличивающуюся в корне. Если стрела работает на разных вылетах, то оптимальное очертание ее должно быть определено из рассмотрения нескольких вылетов.

Типы конструкций крановых стрел