Мачтово-стреловые краны

Мачтово-стреловые краны обычно применяют для подъема грузов при небольших объемах работ, например на действующих предприятиях при их реконструкции, при ремонте зданий и т. п., т. е. в тех случаях, когда применение стационарных подъемных кранов экономически невыгодно или вообще невозможно ввиду стесненных условий.

Конструктивно мачтово-стреловые краны представляют собой вертикально установленную мачту, к которой на шарнире при­креплена стрела с грузовым полиспастом. Верх стрелы подвешен к мачте при помощи стрелового полиспаста. Стрела может уста­навливаться в любой точке мачты по высоте и поворачиваться в горизонтальном и вертикальном направлениях либо только в вертикальном (краны-деррики).

Мачтово-стреловые краны часто проектируются и изготовля­ются силами самих строительно-монтажных организаций.

Основные элементы проектирования таких кранов включают подбор сечений стрелы и мачты, их конструктивное решение, вы­бор типа и диаметра канатов для вант и якорей. Основой для проектирования является расчет усилий, возникающих в мачто­вых кранах при подъеме груза, согласно расчетной схеме (рис. 85).

Расчетная нагрузка на конец стрелы:

S₀=1,1P + Q,

где Р — вес груза в т;

Q — вес элементов стрелы (грузового полиспаста со стро­пами, стропов и механических деталей в оголовке стре­лы и половина собственного веса стрелы) в т;

1,1— коэффициент динамичности.

Суммарное сжимающее усилие в стреле определяют при го­ризонтальном ее положении по силовому треугольнику, образуе­мому элементами крана (стрелой ОВ и стреловым полиспастом OВ', рис. 86).

Из силового треугольника усилие от груза в стреловом поли­спасте:

Рис. 85. Расчетная схема мачтового крана

Рис. 86. Силовой треугольник для расчета усилий в стреле мачтово­го крана

Усилие в стреле от сбегающей нитки, идущей вдоль стрелы:

где п — число ниток стрелового полиспаста. Суммарное усилие в стреле

Наименьшие усилия в элементах стрелы получаются при со­отношении (см. рис. 85). Поэтому нужно стремиться к тому, чтобы расстояние между нижней опорой и местом креп­ления верхней было не менее длины стрелы.

Расчетное сжимающее усилие, действующее на мачту:

,

где — расчетная нагрузка на стрелу крана в Т

Q— собственный вес мачты в т;

— усилие от сбегающей нитки грузового полиспаста в Т;

m— число вант;

S_B—усилие в вантах в Т;

а— угол наклона вант к горизонту.

Изгибающий момент в стреле мачты

где G — вес стрелы, G = ql;

q— вес 1 м конструкции стрелы в кг.

Изгибающий момент в мачте в месте крепления стрелы

при h>C,

где Н — геометрическая высота мачты в м;

h— высота мачты до точки крепления стрелы в м

а—плечо усилия в ванте, т. е. нормаль, проведенная из точки опирания мачты к ванте, в м.

Конструктивным типом сечений мачт и стрел легких и сред­них кранов обычно принимают трубчатые, которые подбирают по гибкости и проверяют на совместное действие нормальных и изгибающих сил.

Гибкость мачты или стрелы при продольном изгибе

где l — расчетная длина элемента в см;,

r_х — минимальный радиус инерции сечения в см. Для труб r_х = 0,353 D_H, где D_H — наружный диаметр трубы. При выбранном диаметре D трубы для мачты или стрелы по гибкости λ, определяют коэффициент продольного изгиба φ и да­лее проверяют выбранное сечение по прочности и устойчивости по формулам, приведенным в разделе «Монтажные мачты». Момент сопротивления для труб определяют по формуле

,

где δ — толщина стенки трубы в см.

При проверке мачтовых кранов на устойчивость против оп­рокидывания исходят из условия равенства удерживающего и опрокидывающего моментов, т. е. M_onp= M_уд.

Величина опрокидывающего момента

М_опр = S_ol,

где S₀— расчетная нагрузка на конец стрелы в кГ;

l — вылет стрелы в м.

Удерживающий момент в мачте создают ванты, которые рас­полагают равномерно вокруг мачты:

где а — плечо усилия в ванте в м;

— усилие в ванте в кГ.

Расчетное усилие в каждой ванте определяют без учета разгружающего влияния соседних вант в предположении, что стрела крана находится в плоскости ванты и вся горизонталь­ная реакция от стрелы передается на ванту:

где H — высоты мачты в м;

а — угол заложения вант к горизонту.

По полученному усилию подбирают сечение ванты с тре­буемым запасом прочности, равным 3,5. Из условий безопасно­сти минимальный диаметр вант принимают не менее 19,5 им для мачт высотой до 20 м и не менее 22 мм для мачт высотой до 30 м.

Пример. Подобрать основные элементы мачтового крана для подъема груза весом 3 т на высоту 30 м при радиусе действия крана 8 м. Расчетная схема приведена на рис. 87.

Принимаем: вес стрелы 250 кг, вес двухниточного грузового полиспаста с канатами 200 кг, вес стропов и механических деталей в оголовке стрелы 200 кг. Угол заложения ванты к горизонту α = 45°.

Суммарный вес Q всех дополнительных грузов на стрелу:

Расчетная нагрузка на конец стрелы:

S₀ = 1,1P + Q = 1,1-3 + 0,525 = 3,825 Т.

Горизонтальное усилие от груза в стреловом полисп

Т

Усилие в стреле от сбегающей нитки полиспаста:

Т

Суммарное усилие в стреле.

S_CI = S_l + = 3,06 + 1,53=4,59 Т.

Принимаем сечение стрелы труб­чатым гибкостью К = 180 и производим проверочный расчет.

Находим наружный диаметр трубы

см.

Рис. 87. Расчетная схема мачтового крана к примеру.

По ГОСТ 8732—58 принимаем трубу диаметром D_H =133 мм, толщина стенки σ = 6 мм. Площадь сечения трубы F_бp = 23,9 см², момент сопро­тивления W_вр = 72,7 см³, радиус инерции r_x =4,49 см, вес 1 м трубы 18,79 кг. Проверяем выбранный диаметр трубы. Гибкость трубы:

По «Справочнику монтажника стальных конструкций» для λ = 177 коэффициент φ = 0,239.

Вес стрелы кг. Изгибающий момент в стреле

кГ·см

Суммарное напряжение в стреле из условий устойчивости

кГ/см²

Аналогичным путем подбираем диаметр трубы для мачты.

Задаемся гибкостью мачты λ= 180. Требуемый диаметр трубы при высоте мачты 30 м:

см

Из ГОСТ 8732—58 по радиусу инерции находим ближайший больший диаметр трубы, равный D_H = 138 мм, и проверяем сечение на прочность и устойчивость.

Диаметр вант подбираем по расчетному усилию в ванте:

Т

Требуемое усилие в ванте с учетом коэффициента запаса: S_B = 3,5·1,44 = 5,05 Т.

По ГОСТ 3070—66 требуемому усилию соответствует канат диаметром 11 мм с разрывным усилием R = 5,59 T > 5,05 Т. Из условии безопасности при­нимаем канат диаметром 22 мм.