7.4 Конструкционные материалы
Металлические конструкции грузоподъемных кранов изготавливают из малоуглеродистых и низколегированных конструкционных сталей, поставляемых в виде проката различных типов: листового и широкополосного, фасонного (уголки равно- и разнополочные, швеллеры, двутавры и т.д.) и сортового (полосы, прутки, квадрат), по соответствующим ГОСТам или техническим условиям (ТУ).
В соответствии с «Правилами устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов» [8] материалы для изготовления крановых металлоконструкций должны приниматься в соответствии с ГОСТами или ТУ на изготовление грузоподъемных машин. В тех случаях, когда в стандарте отсутствуют указания по применению материалов, последние следует выбирать с учетом температурных условий в район эксплуатации крана из числа материалов, рекомендованных головным институтом ВНИИПТМАШем.
Области применения марок сталей в зависимости от режима работы кранов приведены в табл. 2.1.
Для кранов, эксплуатируемых при температуре не ниже -20ºС, применение низколегированных сталей может оказаться целесообразным для изготовления металлоконструкций кранов большой грузоподъемности и больших пролетов, так как в этих случаях может быть достигнуто снижение веса крана.
При оценке целесообразности замены малоуглеродистой стали сталью низколегированной следует иметь в виду, что стоимость сталей 09Г2 и 09Г2С в пределах 10% выше стоимости сталей ВСТ3сп5, а сталей 15ХСНД и 10ХСНД – соответственно на 15 и 25%. Низколегированные стали более чувствительны к концентрации напряжений и, следовательно при разработке конструкций и технологии изготовления должны быть предусмотрены специальные меры понижения концентраций напряжений, особенно для кранов режимных групп 6К…8К, для которых лимитирующим фактором является усталость металла.
Вспомогательные (нерасчетные) элементы металлоконструкций (лестницы, периллы, настилы и т.д.) допускается изготовлять из сталей марок ВСТ3пс5, ВСТ3пс2 по ГОСТ 380-88 с толщиной проката до 30мм при температуре эксплуатации не ниже -20ºС, с толщиной до 10 и 20мм соответственно – при температуре не ниже -65ºС.
Сварные соединения конструкций должны быть равнопрочными с основным металлом. В связи с этим ручную сварку элементов из малоуглеродистой стали необходимо проводить электродами марки не ниже Э42А по ГОСТ 9466-80, а полуавтоматическую и автоматическую электродной проволокой Св-08А по ГОСТ 2246-80 под слоем флюса.
Для сварки конструкций из низколегированных сталей применяют электроды марки Э50А по ГОСТ 9466-80 и электродную проволоку марки Св-08ГА по ГОСТ 2246-80.
Типы сварных швов должны соответствовать действующим стандартам.
7.5 Методы расчетов
Метод предельных состояний. Введенный в действие с 01.07.84г. ОСТ24.090.72-83 «Нормы расчета стальных конструкций мостовых и козловых кранов» устанавливает следующие предельные состояния крановых металлоконструкций.
Первое предельное состояние – потеря несущей способности при однократном действии максимальной нагрузки, т. е. по условиям прочности или общей усталости.
Основная расчетная зависимость имеет вид
где
- нормативное значение внешних нагрузок
- усилие (момент)
в рассчитываемом элементе при
;
- коэффициенты
перегрузки нормативных нагрузок;
- геометрический
фактор (площадь поперечного сечения,
момент сопротивления и т. д.);
- расчетное
сопротивление материала конструкции
при расчетах на прочность;
- коэффициент
условий работы.
При проектном расчете, когда необходимо определить геометрические факторы, удобно пользоваться выражением
Коэффициент условий работы подсчитывают по выражению
,
где
- коэффициент, учитывающий ответственность
рассчитываемого элемента, т. е. возможные
последствия его разрушения (
);
- коэффициент,
учитывающий отклонения в геометрических
размерах, влияние коррозии и т. д. (
);
- коэффициент,
учитывающий несовершенства расчета,
связанные с неточностями расчетных
схем и т. д. (
).
Рекомендуемые
значения
приведены в литературе [5;6].
Второе предельное состояние – потеря несущей способности при многократном действии нагрузок, т.е. по условиям выносливости.
Основная расчетная зависимость имеет вид
где
- приведенное эквивалентное напряжение;
- расчетное
сопротивление материала при расчете
на устойчивость. Коэффициент условий
работы
принимают таким же, как и при расчетах
по первому предельному состоянию.
Третье предельное состояние – возникновение деформаций, препятствующих нормальной эксплуатации крана при сохранении несущей способности по условиям первого и второго предельных состояний.
Основная расчетная зависимость имеет вид
где
- расчетные нагрузки;
- фактор, отражающий
статическую или динамическую
деформативность конструкции (коэффициент
жесткости);
- предельные
деформации, регламентированные
соответствующими нормами или условиями
эксплуатации.
Метод допускаемых напряжений. Метод допускаемых напряжений применяется в тех случаях, когда отсутствуют необходимые данные (коэффициенты перегрузок и условий работы) для использования метода предельных состояний.
Расчет на прочность. Основная расчетная зависимость имеет вид
где
- максимальное расчетное напряжение в
элементе
- допускаемое напряжение с учетом вида
деформации, МПа; приведены в [5].
- предел текучести
материала;
- общий запас
прочности.
Расчет на усталость. Основная расчетная зависимость имеет вид [5;9]
где
- эквивалентные по условиям усталости.
Напряжения в элементе, приведенные к
циклу с коэффициентом асимметрии
нагружения
;
- допускаемые по
условиям усталости напряжения при
коэффициенте асимметрии нагружения
и эффективном коэффициенте концентрации
напряжений
;
- предел выносливости
материала;
- коэффициент запаса, применяемый таким же, как и при расчетах на прочность.
Расчет на жесткость. Проверка статической жесткости производится по выражению [9]
Где
- расчетная относительная деформация
конструкции;
- допускаемая
относительная деформация конструкции,
регламентируемая соответствующими
нормами или условиями эксплуатации
крана.
Проверка динамической жесткости производится по выражению [9]
где
- расчетное время затухания колебаний
порожнего крана;
- допускаемое время
затухания колебаний, назначаемое таким
же образом, как и допускаемый относительный
прогиб.
Расчетные
комбинации нагрузок. Расчетные
комбинации нагрузок для расчета
металлоконструкций кранов приведены
в таблице 3.1; римская цифра означает
предельное состояние конструкции (I
– прочность, II
– выносливость, III
- деформативность); арабская цифра –
расчетный случай положения тележки: 1
– в середине пролета моста, 2 – у торцевой
балки; буква работу механизмов: А –
подъем груза; Б – движение крана; В –
статическое действие номинального или
испытательного груза;
- коэффициенты перегрузок;
- коэффициенты динамичности.
Табл. 3.1 Расчетные нагрузки по комбинациям
Виды нагрузок |
Обоз-начение |
Нагрузки по комбинациям |
||||
I.1.А |
I.2.А |
I.1.Б |
I.2.Б |
III.1.Б |
||
Весовая постоянная распред. |
|
|
|
|
|
|
Весовая постоянная сосредоточ. |
|
|
|
|
|
|
Вес тележки |
|
|
|
|
|
|
Вес груза |
|
|
|
|
|
|
Горизонтальные силы |
|
-
|
-
|
|
|
- |
Силы перекоса |
|
- |
- |
- |
|
- |
Температурные |
|
|
|
|
|
- |
От предварит. напряжения |
|
|
|
|
|
|
