7. Расчет металлических конструкций

7.1 Задачи расчетов

Работоспособность, надежность и безопасность эксплуатации кранов во многом зависит от качества исполнения их металлических конструкций. В связи с этим к крановым металлоконструкциям предъявляют определенные требования: прочность, общая устойчивость конструкции и местная устойчивость отдельных ее элементов; статическая и динамическая жесткость; выносливость и вместе с тем максимально возможная масса, высокая технологичность изготовления и монтажа. Большинство этих требований должно обеспечиваться на стадии предварительного расчета и компонования.

Под предварительным (проектным) расчетом и компонованием металлоконструкции следует понимать тот объем расчетных и графических работ, который необходимо выполнить для определения размеров поперечных сечений основных несущих элементов по условиям прочности, общей устойчивости, статической жесткости при действии расчетных комбинаций максимальных нагрузок рабочего состояния, определения взаимного положения основных несущих элементов в конструкции и основных размеров конструкции в целом.

Характерной особенностью проектного расчета является неполнота исходных данных: неизвестны точный вес конструкции, закономерности распределения нагрузок между элементами, динамические нагрузки, так как эти факторы зависят от размеров поперечных сечений несущих элементов. В связи с этим проектный расчет приходится выполнять последовательными приближениями. На стадии уточненных расчетов производится проварка прочности отдельных деталей и соединений, проверка местной устойчивости, проверка на усталость (если это необходимо) и т. д.

Выполнение проверочных расчетов идет параллельно с окончательной конструктивной проработкой крана.

7.2 Исходные данные

В качестве исходных данных для расчета и проектирования металлоконструкций крана должны быть заданы тип крана и его назначение, номинальная грузоподъемность, пролет (для мостовых) или вылет (стреловых) кранов, скорости движения механизмов и группа режима работы. В ряде случаев могут быть дополнительно оговорены габариты, предельный вес или предельные давления на катки крана, расчетная температура эксплуатации и т.д.

В большинстве случаев, расчет и разработка металлоконструкций производятся после того, как спроектированы механизмы крана и грузовой тележки (если она имеется). Поэтому в качестве исходных данных для расчета крановых металлоконструкций используются значения давлений на колеса тележки, усилия в канатах, весовые данные механизмов и т.д. При определении динамических нагрузок в этом случае также следует использовать фактические характеристики механизмов крана.

Тип металлических конструкций (одно- или двухбалочная, коробчатая и т.д.) оговаривают в задании, либо выбирают и обосновывают студенты в ходе проектирования.

7.3 Порядок выполнения расчетов

1. Изучают задание, оценивают полноту исходных данных, устанавливают перечень дополнительно задаваемых параметров крана.

2. Выбирают и обосновывают тип конструкции, если он не оговорен в задании.

3. Выполняют проектный расчет:

– выбирают материал конструкции, определяют расчетные сопротивления основного металла, сварных швов и болтовых соединений;

– по аналогии с выполненными конструкциями или по литературным данным принимают вес конструкции;

– определяют расчетные значения вертикальных нагрузок при работе механизма главного подъема;

– составляют расчетные схемы приложения нагрузок, действующих на несущие элементы конструкции при работе механизма подъема груза; при этом для каждого элемента необходимо рассматривать наиболее неблагоприятный случай приложения нагрузок;

– определяют силовые факторы (изгибающие моменты, продольные и поперечные силы, скручивающие моменты), строят их эпюры, выявляют наиболее нагруженные (опасные) сечения;

– определяют оптимальные по условиям механизма веса размеры поперечных сечений несущих элементов;

– определяют фактические геометрические характеристики поперечных сечений несущих элементов;

– при необходимости производят корректировку исходных данных.

4. Выполняют проверочный (уточненный) расчет:

– определяют расчетные значения нагрузок на конструкцию при работе других механизмов крана с учетом возможности совмещения операций и производят проверку несущей способности конструкции;

– при необходимости производят корректировку поперечных сечений несущих элементов и расчетных нагрузок, тогда расчеты повторяют.

5. Разрабатывают окончательный вариант конструкции. Параллельно производят проверочные расчеты отдельных элементов конструкции с учетом действия местных нагрузок, проверяют местную устойчивость отдельных элементов, прочность сварных швов, монтажных стыков При необходимости выполняют расчеты конструкции на усталость и надежность.