1.7.5.Нагрузки на звенья системы изменения вылета

Нагрузки на звенья СИВ портальных кранов могут определяться графически (рис. 1.63 и 1.64) [5] и аналитически. На рис. 1.65 показаны принятые положительные направления нагрузок.

Для шарнирно-сочлененных стреловых устройств усилие в оттяжке определяется по формуле

(1.113)

Усилия, изгибающие хобот F_X и стрелу F_C определяются по формулам

, (1.114)

(1.115)

Усилие, сжимающее стрелу определяется по зависимости вида

(1.116)

где F_от определяется по формуле (1.113).

Для прямых стрел с совмещенными блоками уравнительного полиспаста (см. рис. 1.33) нагрузки на стрелу определяются по формулам

(1.117)

Усилие в тяговом элементе F_P определяют по формуле (1.105).

Рис. 1.64. Схема для определения нагрузок на звенья стреловой системы от веса груза

Рис. 1.65. Положительные направления нагрузок на звенья системы изменения вылета

В зависимости от комбинации нагрузок (табл. 1.1) в формулах (1.113) – (1.117) принимаются соответствующие значения углов отклонения грузовых канатов _г и веса груза G (G_э или G).

1.8.Устойчивость портальных кранов

Под устойчивостью передвижных кранов понимается способность противодействовать опрокидывающим моментам. Она характеризуется коэффициентом устойчивости, равным отношению удерживающего момента М_уд к опрокидывающему моменту М_оп относительно ребра опрокидывания от нагрузок, действующих на кран:

К = М_уд / М_оп.

За ребро опрокидывания принимают линию, относительно которой проверяют устойчивость крана с учетом конструктивных особенностей ходовой части. При проверке устойчивости в поперечном направлении относительно кранового пути за ребро опрокидывания принимают линию середины головки рельса. При заторможенных колесах ходовой части при проверке устойчивости в продольном направлении относительно кранового пути за ребро опрокидывания принимают линию, соединяющую опорные точки передних или задних колес или оси балансиров, расположенные под соответствующими опорами кранов (см. рис. 1.20).

Различают грузовую и собственную устойчивость крана. Проверка грузовой устойчивости позволяет оценить работоспособность крана при работе с грузом номинальной массы, собственной устойчивости — устойчивость крана в нерабочем состоянии (без груза) под действием ветровой нагрузки. При расчете коэффициента запаса грузовой устойчивости за опрокидывающий момент принимают момент, создаваемый весом груза М_г, для собственной устойчивости — момент, создаваемый ветром нерабочего состояния М_вIII. Удерживающий момент М_К создается весом крана без груза и может уменьшаться от влияния наклона крана, а при рабочем состоянии — и от действия сил инерции и ветра рабочего состояния.

Общая структура формул для коэффициентов грузовой устойчивости К_г имеет вид

К_г = (М_к –  М_{ j} –  M_иj –  M_вIIj) / M_г, (1.118)

для коэффициента собственной устойчивости

К_с = М_к /  М_вIIIj. (1.119)

В формулах (1.118), (1.119) М_j и М_иj – соответственно моменты относительно ребра опрокидывания от наклона оси (уклона пути) крана и сил инерции.

На рис. 1.66 показаны положения стрелы (сплошными линиями, см. рис. 1.66) и ребра опрокидывания (жирными линиями, см. рис. 1.66) при проверке грузовой устойчивости. За расчетное принимают то ребро опрокидывания, при котором коэффициент запаса устойчивости минимален.

При проверке собственной устойчивости стрелу ставят в противоположное направление (штриховые линии, см. рис. 1.66). Если наветренная площадь поворотной части в плоскости стрелы больше, чем с торца, то надо проверить устойчивость и при стреле, параллельной ребру опрокидывания.

Точное определение массы крана и координат его центра масс возможно только по полному комплекту рабочих чертежей. Приближенное определение этих характеристик может быть найдено по аналогии с осуществленными конструкциями [15].

Для портальных, как и вообще для поворотных кранов целесообразно координаты центров масс определять отдельно для поворотной (х_п, у_п, z_п) и неповоротной (х_н, у_н, z_н) частей крана по формулам

(1.120)

где m_i — масса учитываемого элемента; x_i, y_i, z_i — его координаты.

Расчет ветровой нагрузки рабочего и нерабочего состояний и координат ее приложения выполняют также отдельно для поворотной и неповоротной частей крана, причем поворотная часть рассматривается во всех необходимых по вылету и углу поворота положениях. При этом используются формулы видов (1.2) и (1.120).

Рис. 1.66. Схемы положений стрелы при расчете устойчивости портальных кранов

Коэффициент К_г грузовой устойчивости проверяют для двух случаев:

1) при стреле, перпендикулярной к ребру опрокидывания, и при наклоне крана в сторону опрокидывания на угол , при действии ветра рабочего состояния и сил инерции, уменьшающих удерживающий момент, при одновременной работе всех механизмов (рис. 1.67) по формуле

(1.121)

2) при стреле, перпендикулярной к ребру опрокидывания, при расположении крана на горизонтальной плоскости и отсутствии сил инерции и ветра:

(1.122)

Рис. 1.67. Расчетная схема крана для проверки грузовой устойчивости

В формулах (1.121) и (1.122) Q и G — соответственно масса и вес груза на данном вылете, кг и Н; R_max — наибольший вылет при грузоподъемности Q, м; v₁ и t_1, v₂ и t₂ соответственно скорости и времена разгона (торможения) механизмов подъема и изменения вылета, мс¹ и с; n — частота вращения крана; об/мин;  — угол наклона крана к основанию (для портальных кранов   1^o; с — расстояние от оси вращения крана до его центра масс, м; Н — длина подвеса груза, м; J_СИВ — приведенный к горизонтальному перемещению момент инерции звеньев системы изменения вылета крана, определяемый по формуле (1.99) без учета последнего члена, кгм²; u_ и u_G — КПФ первого порядка, определяемые соответственно по выражениям (1.57) и (1.39), м.

Коэффициент собственной устойчивости (рис. 1.68) определяется по формуле К_С = G_К (а – с – h₁ sin) / P_ВIIIК  1,15, где P_ВIIIК — ветровая нагрузка нерабочего состояния.

Рис. 1.68. Расчетная схема крана для проверки собственной устойчивости

Коэффициенты устойчивости К_Г и К_С необходимо проверять без учета рельсовых захватов.