Грузоподъемные краны Устойчивость грузоподъемных кранов

Нормами Госгортехнадзора предусматривается про­верка грузовой устойчивости крана против опрокидыва­ния в сторону груза и собственной устойчивости – в сторону противовеса.

Коэффициент грузовой устойчивости

Рис. 8 Схема к проверке устойчивости крана

а — грузовой; б — собственной

коэффициент собственной устойчивости

где M_i - момент, удерживающий кран от опрокидывания в сторо­ну груза;

; - сумма всех опроки­дывающих моментов от дополнительных нагрузок (ветровых, инер­ционных); - грузовой опрокидывающий момент; - момент, удерживающий кран от опрокидывания в сторону про­тивовеса; - ветровой, опрокиды­вающий момент при нерабочем состоянии крана.

Опрокидывающие моменты от дополнительных на­грузок:

где:

- момент от вертикальной инерционной силы при подъеме груза;

- момент от центробежной силы груза при вращении крана;

- ветровой опрокидывающий момент от силы ветра, действую­щей на кран;

- ветровой опрокидывающий момент от силы ветра, действующей на груз, здесь .

Кроме перечисленных моментов в необходимых слу­чаях учитывают дополнительные моменты, возникаю­щие при проверке устойчивости крана, перемещающего с грузом; в случае изменения вылета крюка; при про­верке грузовой устойчивости крана со стрелой под уг­лом 45⁰ к ребру опрокидывания.

В выше рассмотренных формулах:

- вес крана, Н;

с - расстояние от центра тяжести крана до оси его враще­ния, м;

- расстояние от центра тяжести крана до плоскости, про­ходящей через

точки опорного контура, м;

- угол наклона пути ( при работе кранов на авто­мобильном ходу

без опорных домкратов и при работе кранов с опорными

домкратами);

b - расстояние от оси вращения крана до ребра опрокиды­вания, м;

- предельный вес груза, Н;

v - скорость подъема груза, м/с;

t - время пуска и торможения, с;

g - ускорение силы тяжести, м/с²;

а - расстояние от оси вращения крана до центра тяжести подвешенного

предельного рабочего груза для крана, установленного на

горизонтальной плоскости, м;

Р_В1 - сила ветра, действующая на подветренную площадь крана,

параллельна плоскости, на которой установлен кран, Н;

- расстояние от линии действия силы ветра до ребра оп­рокидывания, м;

- сила ветра, действующая на подветренную площадь под­вешенного

рабочего груза, Н;

h - расстояние от головки стрелы до плоскости, проходящей через точки

опорного контура, м;

Н - расстояние от головки стрелы до центра тяжести под­вешенного груза в

его наинизшем над уровнем земли положении;

п - частота вращения поворотной части крана, мин^-1;

Р_В2 - сила ветра, действующая на подветренную площадь кра­на при его

нерабочем состоянии.

Без учета дополнительных нагрузок и влияния укло­на пути (опорной поверхности) коэффициент грузовой устойчивости

Ветровые нагрузки, действующие на кран, опреде­ляют в зависимости от средней ско­рости ветра. Территория России разбита на семь райо­нов с различными предельными скоростями воздуха на высоте 10 м над уровнем земли:

Район	1	2	3	4	5	6	7
Скорость, м/с	21	24	27	30	33	37	40
Ветровой напор, Па	280	350	450	560	700	850	1000

Ветровая нагрузка

где: - давление ветра, Па; - коэффициент аэродинамического сопротивления ( - для ферм, стрел, башен, мостов; - для вантов, канатов, противовесов, кабин); - коэффициент решетчатости ( - для сплошных поверхностей, - для решетчатых конструкций); F - подветренная площадь, м².

При проверке грузовой устойчивости строительных кранов принимают Р_В1=250 Па. При проверке собст­венной устойчивости учитывают ветровой напор ураган­ного ветра в зависимости от места установки крана. Для центральных районов можно принимать р_В2 = 700 Па для кранов высотой до 20 м. На каждой по­следующий метр высоты крана давление ветра увеличи­вают на 10 Па.

При нескольких подветренных поверхностях (баш­ни кранов, фермы мостовых кранов) подветренная пло­щадь принимается как сумма расчетных подветренных площадей, причем площадь первой фермы принимается полностью, а каждой последующей - только 50%, ес­ли расстояние между фермами не превышает их высоты (ширины). При большем расстоянии между фермами подветренная площадь принимается как сумма подвет­ренных площадей всех параллельно расположенных ферм.

Проверка устойчивости башенных кранов включает расчет грузовой устойчивости как для максимального, так и для минимального вылетов:

где: - коэффициент перегрузки, учитывающий режим работы, грузоподъемность и область применения; - грузовой опрокидывающий момент; -момент относительно ребра опрокидыва­ния от нормативной ветровой нагрузки рабочего состояния, дейст­вующей на кран и груз; - момент относительно ребра опроки­дывания от динамических нагрузок; - момент, удерживающий кран от опрокидывания в сторону груза.

Грузовую устойчивость крана проверяют не только расчетом, но и испытанием крана при его техническом освидетельствовании.

Собственную устойчивость башенного крана прове­ряют для рабочего и нерабочего состояния. При рабо­чем состоянии кран стоит на уклоне с максимально поднятой стрелой без груза. На кран действуют ветро­вые нагрузки рабочего состояния, стремящиеся опроки­нуть кран под уклон в сторону противовеса, а также динамические нагрузки от внезапного снятия груза с крюка. При этом считают, что на стрелу крана действу­ет нагрузка, направленная вверх по оси подъемного ка­ната, и ветер рабочего состояния способствует опроки­дыванию крана:

При проверке собственной устойчивости нерабочего состояния (ветер и наклон действуют в опасную сторо­ну):

где: - момент относительно ребра опрокидывания от ветровой нагрузки нерабочего состояния; - динамическая нагрузка от пульсации ветра.

Устойчивость башенного крана также проверяют на отдельных этапах монтажа. При подъеме башни из ее нижнего положения в момент отрыва от земли:

где: - коэффициент, допускающий перегрузки; - опрокидыва­ющий момент от поднимаемых частей крана; - удерживающий момент от неподвижных частей крана.

При поднятой башне и не полностью смонтированном кране:

Исходные данные к заданию 6

Номер задания	Q, т	d, H	2b, м	, град	V, м/с	п, мин -1
1	1; 2	700	3,6	2	0,3	0,6
2	1,5; 3	800	4	1,5	0,4	0,8
3	1,2; 2,4	500	3,5	3	0,5	0,6
4	1,5; 3	800	4	1,5	0,4	0,7
5	1; 2	700	3,6	2	0,3	0,6
6	1,2; 2,4	500	3,5	3	0,5	0,6
7	1,5; 3	800	4	1,5	0,4	0,8
8	1; 2	700	3,6	2	0,3	0,6
9	1; 2	700	3,6	2	0,3	0,6
0	1,5; 3	800	4	1,5	0,4	0,7

Пример 6. Определить коэффициенты грузовой и собственной устойчивости башенного крана при дейст­вии на кран дополнительных нагрузок и влияния укло­на пути.

Вес основных элементов крана

Элемент	Вес, кН	Ордината, м	Расстояние от оси крана, м
Противовес с лебедками	18	21,2	3,5
Балласт на противовес	12,5	20,5	5,2
Стрела	10	21/30	11/6
Стреловой полиспаст	4	22/30	11/6
Поворотная часть башни	10	22	0
Башня с кабиной, порталом и ходовой тележкой	92,5	6	0,1
Балласт на тележке	150	1	0

Общий вес крана G_K = 297 кН; грузоподъемность при горизонтальной и наклонной стреле Q = l и 2 т; вес крю­ковой подвески q = 700 Н; высота подъема груза при горизонтальной стреле 21 м и при наклонной 35 м, вы­леты соответственно 20 и 10 м, колея крана 3,5 м. Угол наклона 2°. Скорость подъема груза v = 0,5 м/с. Частота вращения поворотной части крана п = 0,6 мин ^-1.

Рис. 9 Проверка устойчивости башенного крана

а — грузовой; б — собственной

Решение. Расстояние от центра тяжести крана до ребра опрокидывания

;

Значения и находят по формулам:

;

При горизонтальной стреле:

при наклонной стреле:

Момент, удерживающий кран от опрокидывания от­носительно ребра А

при горизонтальной стреле:

при наклонной стреле:

Опрокидывающий момент от действия инерционных сил в период неустановившегося движения при времени пуска t = l с.

при горизонтальной стреле

при наклонной стреле

опрокидывающий момент от центробежной силы при вращении крана

Считаем, что груз на 1 м приподнят над головкой рельса.

При горизонтальной стреле

при наклонной стреле

Опрокидывающий момент от ветра, действующего на кран

где: - подветренная площадь крана.

При горизонтальной стреле ; .

При наклонной стреле, выступающей над краном на 35 - 21 = 14 м и ширине стрелы 0,7м ; ;

Опрокидывающий момент от ветра, действующего на груз (нагрузку, действующую на груз, считают прило­женной к головке стрелы)

Подветренная площадь груза .

При горизонтальной стреле ; ;

при наклонной стреле ; .

Грузовой опрокидывающий момент

При горизонтальной стреле:

при наклонной стреле:

.

Коэффициент грузовой устойчивости при горизонталь­ной стреле:

при наклонной стреле:

Коэффициент собственной устойчивости: .

Момент, удерживающий кран от опрокидывания в сторону противовеса:

.

Ветровой опрокидывающий момент при нерабочем со­стоянии крана:

Опрокидывающий момент, действующий на часть крана, высотой до 20 м:

Ветровое давление на головке стрелы:

.

Среднее значение давления на высоте 28 м составляет .

Дополнительный опрокидывающий момент, действующий на стрелу:

.

Общий ветровой оп­рокидывающий момент:

.

Коэффициент устойчивости:

Кран устойчив.

Изменяя массу балласта на тележке и общую массу крана, можно получить значения коэффициентов устой­чивости в пределах 1,15...1,25. Вес отдельных элементов и координаты центров тяжести принимают по данным рассмотренного примера.

Расчет производительности грузоподъемных кранов.

Производительность грузоподъемных кранов зависит как от основных параметров кранов и их конструктивных особенностей (постоянные величины), так и от ряда переменных ве­личин: вида груза (штучный, пакетированный, длинно­мерный), соотношения массы поднимаемого груза и гру­зоподъемности крана, квалификации машиниста, таке­лажника, монтажников, характера выполняемых краном операций (подъемно-транспортные, монтажные, погру-зочно-разгрузочные), конструкции и конфигурации воз­водимого здания, размещения складов и т.п.

От всех этих показателей, а также от времени полез­ной работы и перерывов зависит режим работы крана по времени в смену. Перерывы бывают технологические и организационные. К технологическим относятся перерывы, связанные со сменой грузозахватных уст­ройств, изменением вылета крюка, выдвижением телеско­пической башни и т. п. Время, затрачиваемое на эти перерывы, в значительной мере зависит от организации работ и квалификации рабочих, обслуживающих кран. К организационным перерывам в работе относит­ся время, затрачиваемое на текущий уход за краном, требующий его остановки на прием и сдачу крана в на­чале и конце смены, простои из-за отсутствия подлежа­щих подъему грузов, электроэнергии и другие простои, являющиеся следствием плохой организации работ.

Производительность крана, достигнутая в конкрет­ных производственных условиях при режиме крана, включающем только технологические и организационные перерывы в работе, называется эксплуатационной про­изводительностью.

Сменная эксплуатационная производительность мо­жет быть подсчитана по формуле:

где: Q - грузоподъемность крана при данном вылете крюка, т;

- число циклов за 1 ч работы;

t_Ц - продолжительность од­ного цикла, мин;

k_Г - коэффициент использования крана по грузо­подъемности; k_в - коэффициент использования крана по времени за смену, учитывающий технологические и организационные пере­рывы в работе (обычно k_в=0,86...0,88).

Продолжительность цикла складывается из машин­ного времени и времени выполнения ручных операций. Время ручных операций включает время, затрачиваемое на строповку груза (t_с), его установку в рабочее поло­жение и отсоединение грузозахватных приспособлений (t_y).

Продолжительность цикла

t_Ц = t_М + t_Р

где t_М - продолжительность всех операций, выполняемых машиной (машинное время), мин;

t_Р - время, затрачиваемое на выполнение ручных операций, мин: t_p=t_c+t_у.

Машинное время

t_м = t_В+t_пов+t_п

где t_в - время вертикального перемещения крюка, мин, , здесь Н' - длина пути крюка при подъеме, м; Н" - дли­на пути крюка при опускании, м; U₁ - скорость подъема, м/мин; U- скорость опускания, м/мин; t_ПОВ - время на поворот стрелы, мин, , где - угол поворота в одну сторону, град; п - частота вращения поворотной части крана, мин ^-1; t_П - время передвижения крана, мин: , здесь S - путь передвижения, м; U_п - скорость передвижения крана, м/мин.

Коэффициент использования крана по грузоподъем­ности

где: Q_rp.св - средневзвешенная нагрузка: , здесь Q_i - средняя нагрузка при каждом цикле; т, m_i - процентное содер­жание одинаковых средних значений нагрузки в течение смены, часа; Q_ном - номинальная грузоподъемность крана с определенными параметрами: длина стрелы, вылет и т. п.

Годовая выработка крана

где: П_эч - часовая эксплуатационная производительность: ; Т - рабочее время крана в течение года, ч; , здесь t_СМ - продолжительность cмены, ч; k_см - среднее число смен работы в сутки в течение года; Т₁ - выходные и праздничные дни; Т₂ - число дней простоев по метеорологическим причинам: сильный ветер, мороз, дождь, туман; Т₃ - время перебазировки крана; T₄ - затраты времени на ремонт­ные работы.

Задание 7

Определить сменную производительность башенного крана грузоподъемностью Q т на всех выле­тах при средней высоте подъема груза H м, средней дальности передвижения крана S м и угле поворота 120°. Скорость подъема груза U м/мин, передвижения крана U_П м/мин. Частота поворота n мин ^-1. Процентное содержание одинаковых средних значений нагрузки в течение смены:

1т	2т	3т	4т	5т
8%	22%	32%	26%	12%

Среднее время строповки груза 1 мин, среднее время ус­тановки груза в рабочее положение и отсоединения гру­зозахватных приспособлений 6 мин.

Исходные данные к заданию 7

Номер задания	Q, т	Н, м	S, м	U, м/мин	Uп м/мин	п, мин -1	tо, мин	tу, мин
1	5	21	32	20	31	0,7	1,2	8
2	4	24	24	26	30	0,6	1	7
3	5	30	18	28	18	0,5	0,8	6
4	4	22	23	26	30	0,7	1,2	8
5	5	31	32	20	31	0,6	1	6
6	5	21	32	20	31	0,7	1,2	8
7	4	24	24	26	30	0,6	1	7
8	5	30	18	28	18	0,5	0,8	6
9	4	22	23	26	30	0,7	1,2	8
10	5	31	32	20	31	0,6	1	6

Пример 7. Определить сменную производительность башенного крана грузоподъемностью 5 т на всех выле­тах при средней высоте подъема груза 16 м, средней дальности передвижения крана 24 м и угле поворота 120°. Скорость подъема груза 26 м/мин, передвижения крана 31 м/мин. Частота поворота 0,7 мин ^-1. Процентное содержание одинаковых средних значений нагрузки в течение смены:

1 т	2 т	3 т	4 т	5 т
8%	22%	32%	26%	12%

Среднее время строповки груза 1 мин, среднее время ус­тановки груза в рабочее положение и отсоединения гру­зозахватных приспособлений 6 мин.

Решение. Время выполнения ручных операций t_р = t_c + t_у = 1 + 6 = 7 мин.

Время подъема груза на высоту Н и опускании крюка

Время поворота крана с грузом и возврата его в исходное положение

Время передвижения крана с грузом и возврат его в исходное положение

Машинное время

t_м = t_В+t_пов+t_п = 1,25+0,95+1,55=3,85 мин.

Продолжительность цикла

t_Ц = t_М + t_Р = 7+3,85 = 10,85 мин.

Число циклов за 1 ч работы

Средневзвешенная грузоподъемность

Коэффициент использования крана по грузоподъемно­сти

Сменная эксплуатационная производительность кра­на по формуле

Процентное содержание одинаковых средних значе­ний нагрузки в течение смены:

Доля грузоподъем­ности	0,2Q	0,4Q	066Q	0,8Q	Q
%	8	18	36	28	12