книги из ГПНТБ / Зерцалов, А. И. Краны-штабелеры

6 5 В

А \

б)

Рис. 75. Схемы моста крана-штабелера, выполненного в виде рамы, и резуль­ тирующие эпюры:

а — конструктивная; б — для расчета на действие симметричной системы вертикальных сил; в — для расчета на действие обратно-симметричной системы вертикальных сил;

г — основная система для расчета по методу сил; д — результирующая эпюра изгибаю­ щих моментов; е — результирующая эпюра крутящих моментов

и отличаются большой крутильной жесткостью (рис. 75, а).

Рама является многократно статически неопределимой, вслед­ ствие чего наиболее опасный случай нагружения определяется в результате сравнительных расчетов, проведенных для всех случаев нагружения.

При расчете моста на вертикальную нагрузку можно пренеб­ речь базой тележки, как малой по сравнению с пролетом крана, и принять, что равнодействующие силы от давления катков те­ лежки, по одной равнодействующей на каждую балку, прило­ жены в середине пролета. Нагрузку можно представить суммой симметричной и обратносимметричной нагрузок.

При действии на мост симметричной системы вертикальных сил (рис. 75, б) перемычки и концевые балки не участвуют в ра­

121

L

Рис. 76. Схемы моста из коробчатых балок и результирующие эпюры:

а — конструктивная; б — сечение главных балок; в — для расчета на действие обратно­

симметричной системы вертикальных сил; г — основная система для решения рамы при действии вертикальных сил; д — результирующая эпюра изгибающих моментов от дей­

ствия обратносимметричной системы вертикальных сил; е — для расчета на горизон­

тальную силу; ж — основная система для решения горизонтальной рамы; э — резуль­ тирующая эпюра изгибающих моментов от действия горизонтальной силы

тов Х г. Перемычки разрезают по оси симметрии моста и в разре­ зах прикладывают групповые моменты Х 2, скручивающие пере­ мычки, и поперечные силы Х 3 и Х4.

Эпюры изгибающих и крутящих моментов строят в основной системе при действии внешней нагрузки и единичных значений лишних неизвестных, затем методом сил вычисляют коэффици­ енты канонической системы уравнений. Умножив эпюры от еди­ ничных сил на найденные значения неизвестных и просуммиро­ вав все эпюры вместе с нагрузочной, можно получить резуль­ тирующие эпюры изгибающих и крутящих моментов (рис. 75, д, е).

Расчет плоской рамы моста на действие горизонтальных сил, лежащих в плоскости рамы, можно также выполнить методом сил.

Большой интерес представляет использование для крановштабелеров мостов обычных мостовых кранов. При проектиро­

Мосты рассчитывали на действие подвижной и постоянной на­ грузок. При расчете на подвижную нагрузку мост рассматривали как пространственную раму, на которую действуют симметрич­

122

ные и обратносимметричные силы. При расчете на постоянную нагрузку мост расчленялся на главные и концевые балки.

При расчете главных балок определялось напряжение в сере­ дине пролета от совместного действия изгибающих моментов в вертикальной и горизонтальной плоскостях, а также от кру­ чения, возникающего вследствие внецентренного приложения нагрузок. Горизонтальная нагрузка от катков тележки условно прикладывалась к одной балке.

При расчете моста на действие симметричной системы верти­ кальных сил Pi исходили из того, что прогибы обеих балок равны,

и концевые балки в работе не участвуют. Давление двух катков тележки заменяли их равнодействующей, что дало несколько завышенные, по сравнению с действительными, напряжения. Изгибающий момент в среднем сечении Мх = Р ХЫА.

При расчете моста на действие обратно симметричной системы вертикальных сил Р 2 (рис. 76, в) для раскрытия статической

неопределимости однажды статически неопределимой рамы в кон­ цевых балках вводили плоские шарниры, устраняющие появле­ ние крутящих моментов Х х. На рис. 76, а показана основная

система для решения однажды статически неопределимой рамы. На рис. 76, д изображена результирующая эпюра изгибаю­ щих моментов от действия пары сил Р 2. При расчете рамы на действие горизонтальной силы (рис. 76, ё) для раскрытия стати­

ческой неопределимости принимали основную систему, пока­ занную на рис. 76, ж. Результирующая эпюра изгибающих моментов изображена на рис. 76, з.

СТЕЛЛАЖНЫЕ КРАНЫ-ШТАБЕЛЕРЫ

Металлоконструкция стеллажных кранов-штабелеров состоит из вертикальных элементов (колонн), несущих направляющие, по которым перемещается каретка грузоподъемника, а также горизонтальных опорных и связующих балок.

В зависимости от способа опирания крана и высоты подъема металлоконструкция выполняется Г-образной, L-образной или в виде замкнутой четырехугольной рамы с опорной балкой, высту­ пающей за линии вертикалей.

Наибольшее воздействие на конструкцию стеллажного кранаштабелера оказывает его движение. При этом для кранов отно­ сительно небольшой высоты и средних скоростей передвижения определяющими являются инерционные нагрузки, возникающие в периоды пуска и торможения. Для скоростных кранов боль­ шой высоты подъема необходимо, как было сказано, проверить конструкцию крана на воздействие неровностей кранового пути.

При расчете на действие горизонтальных инерционных нагру­ зок рекомендуется учитывать инерционную силу q от массы

колонны, равномерно распределенной по ее длине.

123

Рис. 77. Основные типы ме­ таллоконструкции стеллаж­ ных кранов-штабелеров, рас­ четные схемы горизонтальных нагрузок и вид суммарных эпюр изгибающих моментов:

Краны-штабелеры следует рассчитывать на прочность, жест­ кость, Причем последний расчет, как правило, является опреде­ ляющим.

Допустимая податливость свободного конца колонны стеллаж­ ного крана-штабелера, управляемого из подъемной кабины, определяется из рассмотрения случая торможения крана с уста­ новочной скорости до полной остановки.

Для стеллажных кранов-штабелеров, управляемых автома­ тически, наибольшее горизонтальное отклонение свободного конца колонны следует определять как сумму наибольшего отклонения

124

УМЕНЬШЕНИЕ МАКСИМАЛЬНЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

И ГАШЕНИЕ КОЛЕБАНИЙ КОНСТРУКЦИЙ

УМЕНЬШЕНИЕ МАКСИМАЛЬНЫХ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

Краны-штабелеры должны иметь достаточную горизонтальную жесткость при нормальной работе и не выходить из строя под действием случайных нагрузок (например, при наезде мостовых кранов-штабелеров низом колонны на препятствие или мостом на концевые упоры при движении крана со скоростью, близкой к номинальной). Расчет мостового крана-штабелера при наезде низом колонны на препятствие с номинальной скоростью показал:

силы вертикального давления колес, расположенных на одной из сторон тележки, получаются отрицательными, их величина не позволяет использовать для удерживания тележки от опро­ кидывания обычные рельсовые подхваты вследствие слабости крепления рельсов;

напряжения, возникающие в наиболее нагруженных элемен­ тах металлоконструкции, в некоторых случаях превышают допу­ стимые величины, следовательно, при ориентировании на такие напряжения было бы необходимо увеличить сечения соответ­ ствующих элементов, что значительно бы увеличило массу крана;

время развития максимального усилия слишком мало и не дает возможности для осуществления эффективной системы отклю­ чения привода передвижения моста в момент удара с последующим экстренным торможением.

Считалось, что наезд крана на препятствие при номинальной скорости движения следует рассматривать как аварийный, недо­ пустимый в эксплуатации случай, приводящий к необратимым изменениям в конструкции. Однако практика эксплуатации показала, что для кранов с жестким подвесом груза наезд низом колонны на препятствие при движении крана с номинальной скоростью является возможным, хотя и достаточно редким слу­ чаем. Происходящие при этом пластические деформации элемен­ тов кранов (например, отгиб обратных роликов колодцевых кра­ нов или изгиб их колонны) не выводят краны из строя немедленно, но уменьшают срок их службы. Для мостовых кранов-штабелеров изменение геометрической формы даже на небольшую величину особенно опасно, так как приводит к большей возможности на­ езда при движении с номинальной скоростью в узком проходе между стеллажами.

126

Рис. 78. Изменение усилия в упругой связи при наезде крана-штабелера на препятствие низом колонны в зависимости:

а — от перемещения; б — от времени

Для снижения случайных нагрузок, возникающих при наезде низа колонны на препятствие, целесообразно встраивать между мостом и колонной дополнительные упругие элементы, уменьшаю­ щие приведенную жесткость. Условием нормальной эксплуатации является высокая жесткость конструкции, поэтому уменьшать приведенную жесткость следует только после превышения мак­ симальных нагрузок рабочего состояния. Жесткость уменьшается под действием нагрузок одного направления, соответствующего направлению движения моста крана. В других случаях нагруже­ ния (например, при движении тележки), как показали результаты исследований, нагрузки не опасны для элементов кранов-шта- белеров.

При проектировании кранов-штабелеров учитывались дей­ ствия нагрузок рабочего состояния. Случайные нагрузки, наи­ более опасными из которых является наезд низом колонны на препятствие при движении крана с номинальной скоростью, при расчетах практически не учитывались. Поэтому при испы­ таниях кранов случайные нагрузки не воспроизводились вслед­ ствие опасности поломок и возникновения пластических дефор­ маций в элементах конструкции.

Наиболее простым способом исследования работы мостовых кранов-штабелеров при действии случайных нагрузок является исследование с помощью электронно-моделирующей установки. При моделировании наезда на препятствие для крана грузоподъ­ емностью 1 т был использован метод уменьшения приведенной жесткости конструкции. При этом учитывалась необходимость высокой жесткости конструкции при нормальной работе. Сниже­ ние жесткости предусматривалось только после превышения в упругой связи уровня нагрузок рабочего состояния (нормальной работы, рис. 78, а).

127

На рис. 78, б показан характер изменения усилия в упругой

связи в зависимости от времени для кранов постоянной и пере­ менной жесткости, полученный при использовании электронномоделирующей установки. Результаты решения этой задачи показывают, что случайные нагрузки, возникающие при наезде низом колонны на препятствие при движении крана с номи­ нальной скоростью, вызывают в элементах металлоконструкции крана напряжения, превышающие предел текучести для стали СтЗ, из которой в основном изготовляются краны-штабелеры. Вве­ дение элементов, снижающих общую жесткость конструкции крана, способствует значительному уменьшению особых нагру­ зок, действующих на кран.

Для определения нагрузок, действующих на кран-штабелер переменной жесткости при наезде на препятствие, используется энергетический метод. Рассмотрим следующие случаи наезда

энергии крана потенциальной энергии системы мост—колонна при наибольшей деформации можно записать, что

Обозначив сг/сг — Кс — коэффициент уменьшения жесткости,

после преобразований получим

или

S 2 0 = ] A 5 ? ( 1 - / C c) + s L x/Cc.

Решение этой задачи легко проверить по равенству работ пружин постоянной и переменной жесткости, которые могут быть представлены как площади ОВД и ОАЖЕ (рис. 78, а).

128

2. Жесткость конструкции крана переменна, тормоза накла­ дываются в момент наезда. В этом случае

+ ] A [ 5 i ( К с - 1) - ( Р т + w )] 2 - S? { К с2 - К с ) + & * * * } •

3. Жесткость конструкции переменна, двигатели работают. Тогда

при условии сохранения высокой жесткости сг при нормальной

работе.

При расчете принимают, что усилия S i и S 2 в упругой связи известны. Усилие S x определяется из условия наибольших уси­ лий в упругой связи при нормальной работе. Для некоторых конструкций, обеспечивающих переменную жесткость, усилие может быть вычислено из условия включения уменьшенной жест­ кости. Усилие 5 2 рассчитывается из условия соответствия его напряжениям в элементах конструкции крана, равным 0,9 ат принятого материала.

Тогда при свободном выбеге и отсутствии сопротивления передвижению из уравнения (31) находятся коэффициент умень­ шения жесткости Кс0 и уменьшенная жесткость с20.

Рис. 79. Упругие элементы на кране-штабелере с неповоротной колонной

При наличии сопротивления передвижению и торможения коэффициент уменьшения жесткости и уменьшенная жесткость определяется из уравнения (32)

Если двигатели работают весь период наезда, то коэффициент уменьшения жесткости и уменьшенная жесткость определяются из уравнения (33), при этом принимается Рдин = ( Р тах— Ц7) sin оД:

С2д = ClKcR'

Для кранов грузоподъемностью от 2 до 5 т упругие элементы устанавливают на нижних поясах балок тележки (см. рис. 14). Они представляют собой подпружиненные башмаки, взаимодей­ ствующие при наезде с контр-рельсом, смонтированным на мосту крана.

Для мостовых кранов-штабелеров с неповоротной колонной Схема установки упругого элемента показана на рис. 79. Осо­ бенностью ее является крепление колонны к тележке на цапфах и размещение упругого элемента между кронштейном, жестко соединенным с металлоконструкцией тележки и колонной. Пре­ имущество этой схемы перед показанной на рис. 14 в возможности включать в работу упругий элемент непосредственно при превы­ шении уровня нагрузок рабочего состояния. Изображенная на рис. 14 схема предусматривает включение упругих элементов только после превышения восстанавливающего момента, опре­ деляемого весом тележки.

130