При расчете ГПМ необходимо учитывать возникающие в процессе работы нагрузки и их наиболее опасные сочетания. По этим нагрузкам должен быть проведен расчет ГПМ на прочность и выносливость.
Для ГПМ различают три основных расчетных случая в рабочем и нерабочем состоянии.
Нормальные нагрузки рабочего состояния.
Это нагрузки, соответствующие номинальному режиму работы крана.
К расчетным нагрузкам относятся:
· собственный вес крана;
· номинальный вес груза;
· ветровая нагрузка рабочего состояния;
· инерционные нагрузки, возникающие при пуске и торможении механизмов крана;
· нагрузки от уклона местности для сухопутных и от крена при качке для плавучих кранов.
По этим нагрузкам производится расчет на выносливость, долговечность, износ и нагрев.
При переменных значениях нагрузок (в том числе и веса груза), следует принимать в расчете среднее или эквивалентное значение этих нагрузок.
Максимальные нагрузки рабочего состояния.
Они возникают в такие периоды работы крана, когда он подвергается действию максимальных дополнительных и случайных нагрузок.
Они вызываются:
· собственным весом крана;
· номинальным весом груза;
· предельным значением ветровой нагрузки рабочего состояния;
· экстренным торможением механизмов;
· максимально возможным уклоном местности или креном при качке;
· резким пуском или применением интенсивного электрического торможения в случаях, если такие режимы не предусмотрены при нормальной эксплуатации;
· внезапным включением или отключением тока.
Предельные значения таких нагрузок ограничиваются буксованием колес при пуске и торможении, максимальным тормозным моментом, фрикционными муфтами предельного момента и электрозащитой.
По этим нагрузкам производится расчет прочности и устойчивости крана в целом и отдельных его элементов, причем выбираются наиболее опасные комбинации нагрузок (в пределах действительно возможного их сочетания), определяемые на основе практики расчета и эксплуатации ГПМ.
|
|
Нагрузки нерабочего состояния.
В этом случае считают, что кран находится на открытой площадке, все его механизмы не работают и подвергаются действию следующих нагрузок:
·собственный вес элементов крана;
·расчетная ветровая нагрузка нерабочего состояния;
·нагрузки от уклона местности или крена и качки.
По этим нагрузкам производится проверка прочности и устойчивости крана в целом и отдельных его элементов.
Кроме того на этот случай нагружения рассчитываются:
·механизм изменения вылета стрелы;
·противоугонные и тормозные устройства;
·элементы металлоконструкции;
·колесные хода и опорноповоротные устройства.
Кроме основных трех случаев нагружения в ряде раcчетов оцениваются и учитываются следующие нагрузки:
· при транспортировке;
· при монтаже;
· сейсмические;
· от взрывной волны;
· от соударения с буферами и препятствиями.
По этим усилиям производится проверка прочности и устойчивости крана и его элементов.
Обычные методы расчета позволяют определить напряжения с удовлетворительной степенью точности лишь для сравнительно немногих простейших случаев нагружения.
В некоторых случаях величина и распределение напряжений в теле деталей не поддаются расчету. К нерасчетным деталям относятся в основном все базовые и корпусные детали типа станин, картеров, отдельных видов опор.
Если рассмотреть расчетные детали, то их расчет производится при допущениях, которые далеко не всегда выдерживаются в реальных условиях. Главными причинами, обуславливающими отклонения истинных величин запасов прочности и допускаемых напряжений от величин, определяемых расчетами, являются:
· рассеяние характеристик прочности материала по сравнению с номинальными значениями, которые определяются как среднестатистические по результатам испытаний большого числа образцов;
· неоднородность материала в пределах сечения и по длине детали;
· изменение прочности материала в зависимости от характера нагружения;
· отклонение расчетной схемы от действительных условий нагружения;
· отклонение фактических величин действующих сил от номинальных значений;
· отклонение фактических напряжений от номинальных, обусловленное упругостью системы;
· игнорирование в расчете на прочность и жесткость деталей, сопряженных с рассматриваемой;
· возникновение местных напряжений на участках заделки деталей и на участках приложения сил;
· возникновение дополнительных сил и напряжений, вызванных неточностью изготовления и монтажа;
· возникновение перегрузок вследствие превышения расчетных режимов эксплуатации;
· наличие внутренних напряжений, возникающих при изготовлении детали, обусловленных макро- и микронеоднородностями материала.
В настоящее время существуют три основных направления выбора коэффициентов запаса и допускаемых напряжений:
1. - базируется на использовании упрощенных расчетных методик.
а) - при проектных расчетах предварительно назначается запас прочности, по нему выбираются допускаемые напряжения и по известным формулам сопротивления материалов и теории упругости определяются размеры сечений.
б) при проверочных расчетах назначаются размеры сечений, определяются напряжения в этих сечениях и сравниваются с механическими характеристиками материала из которого сделана деталь, а затем оценивают значение коэффициента запаса прочности.
Это направление чревато опасностью очень большой величины коэффициента запаса прочности (5 - 10).
2. - базируется на полном и точном выяснений фактических напряжений, действующих в детали. Здесь в помощь аналитическому методу определения напряжений используются экспериментальные методы. Однако и это направление имеет свои недостатки. Эти методы разрабатываются для ограниченного числа отдельных типов деталей.
3. - для современных расчетов применяется третье, промежуточное направление, где сделана попытка восполнить пробелы теоретических методов расчета путем представления запаса прочности в виде произведения ряда сомножителей, каждый из которых отражает ту или иную неопределенность расчета.
|
|
|
|
где n1 - коэффициент, учитывающий влияние внутренних пороков материала на его механические характеристики:
- при усталостном нагружении:
· для стальных отливок n1 =1,3
· для проката и поковок n1 =1,1
- при статическом нагружении:
n1 =1,0;
n2 - коэффициент, учитывающий назначение или степень ответственности механизма;
n3 - коэффициент, учитывающий режим нагружения механизма (в том числе - инерционные силы при пуске и торможении, характер и частоту приложения нагрузки и т.п.).
Расчеты на прочность и выносливость деталей ГПМ производятся по формуле
где 
- максимальное действующее в детали напряжение, получаемое с учетом концентраторов напряжений, чистоты поверхности и посадок;
- допускаемое напряжение;
- опасное напряжение для материала при данном напряженном состоянии, которое определяется:
·при расчетах на выносливость
где 
- предел выносливости материала детали;
· при прочностных расчетах
где 
- предел текучести материала детали;
- предел прочности материала детали.
Для определения значений существуют определенные соотношения, регламентируемые стандартами.
При расчете на изгиб и кручение для пластичных материалов необходимо учитывать повышение несущей способности в результате перераспределения напряжений по сечению за счет пластических деформаций. Степень повышения несущей способности зависит от многих факторов, главными из которых являются:
· форма сечения детали;
· механические характеристики материала.
Практически это учитывается путем условного повышения бт при изгибе и кручении:
- для проката круглого и прямоугольного сечения из углеродистой стали;
- для углеродистой стали остальных сечений и для легированной стали остальных сечений;
- для углеродистой и легированной стали круглого сечения.