Методическое пособие 791

Во = b15 +0,05 = 0,1 + 0,05 = 0,15 м.

Минимальное расстояние между подвижной и неподвижной обоймой блоков принимаем не менее 1 м.

Геометрическую расчетную схему (рис. 5.4) крана строим по полученным размерам в принятом масштабе чертежа. Формат чертежа может иметь как горизонтальное, так и вертикальное исполнение в зависимости от соотношения высоты крана и вылета стрелы. Масштаб чертежа должен быть таким, чтобы максимально заполнить поле формата.

На схему наносим центры тяжести элементов крана, как центры тяжести плоских геометрических фигур, отражающих соответствующие элементы крана.

Геометрическая расчетная схема крана по рис. 5.4, выполненная со строгим соблюдением масштаба чертежа, как боковая проекция, составляет основу первого листа графической части проекта.

5.5. Определение координат центра тяжести (ЦТ) крана

Определение координат центра тяжести проектируемого крана выполняем в следующем порядке. В табл. П.2 в соответствующие строки и столбцы заносим координаты Хi, Yi центров тяжести элементов с учетом знака в принятых осях и обозначенных на расчетной схеме. Далее для каждого элемента вычисляем величину статического момента относительно осей X и Y по формулам, приведенным в заголовке таблицы.

Координаты центра тяжести крана вычисляем по формулам

Хцт = Σ М хст / Gкр; Yцт = Σ М yст/ Gкр .

71

72

Рис. 5.4. Расчетная схема башенного крана (М. 1:250)

73

5.6. Проверка устойчивости крана против опрокидывания

Согласно Федеральным нормам и правилам по безопасной эксплуатации грузоподъемных сооружений все краны должны быть устойчивы против опрокидывания в рабочем и нерабочем состояниях, а также при подъеме испытательного груза, при внезапном снятии нагрузки на крюке, при монтаже и демонтаже крана. Расчет устойчивости свободно стоящих кранов ведут согласно ГОСТ 13994 [5].

Проверка на испытательную устойчивость позволяет гарантировать запас устойчивости при проведении статических испытаний грузоподъемного крана. При статических испытаниях кран должен быть установлен на горизонтальной площадке и должен поднять груз, превышающий по массе номинальный на 25 %. Груз поднимают на высоту 0,25 м от земли и удерживают в течение не менее 10 мин. Груз не должен опускаться. Прежде чем провести статические испытания, проверяем устойчивость крана при подъеме испытательного груза расчетом.

5.6.1. Проверка устойчивости крана при подъеме испытательного груза

Проверка производится после определения координат центра тяжести крана. Удерживающий момент крана с горизонтальной стрелой

Муд = Gкр∙(Б/2 - Хцт1) = 706,2[5/2 – (-0,52)] ≈ 2132,7 кН∙м.

Опрокидывающий момент при действии испытательного груза

Мопр=1,25 Qg(L0 - Б/2) = 1,25∙4∙9,81(24-5/2) ≈ 1054,6 кН∙м.

Коэффициент устойчивости

куст = Муд / Мопр = 2132,7 /1054,6 = 2,02.

Грузоподъемность крана на минимальном вылете Lмин= 12 м

Qмакс= Mгр/Lмин= 96/12 = 8 т.

Опрокидывающий момент при действии испытательного груза на минимальном вылете

Мопр=1,25 Qg(L0 - Б/2) = 1,25∙8∙9,81(12 - 5/2) ≈ 932 кН∙м.

Удерживающий момент крана при наклонной стреле

Муд = Gкр∙(Б/2 - Хцт2) = 706,2[5/2 – (- 1)] ≈ 2472 кН∙м.

Коэффициент устойчивости крана при подъеме максимального испытательного груза на минимальном вылете

куст = Муд / Мопр = 2132,7 / 912= 2,34.

Принимаем предварительно максимальную грузоподъемность крана на минимальном вылете 8 т. Расчет механизмов крана будем вести для максимальной грузоподъемности.

74

5.6.2. Проверка грузовой устойчивости крана

Проверка грузовой устойчивости учитывает действие сил ветра, сил инерции, составляющих сил тяжести при расположении крана на допустимом уклоне опорной поверхности. Эти нагрузки принимаем с учетом динамических воздействий, возникающих в процессе работы крана. Определение сил ветрового давления выполняем по форме согласно табл. П.5. Результаты расчетов приведены в табл. 5.2. Определение сил инерции выполнено в табл. 5.3. Все необходимые геометрические и весовые величины принимаем по ранее выполненным расчетам и полученной расчетной схеме крана (рис. 5.4) с учетом соответствующего масштаба чертежа. Расчетное положение крана при проверке грузовой устойчивости показано на рис. 5.5.

Рис 5.5. Расчетное положение крана при проверке грузовой устойчивости

75

Окончание табл. 5.2

Примечание. Давление ветра на элементы стрелы в строках 13, 15, 16 суммируются с остальными строками для стрелы с максимальным вылетом; при минимальном вылете стрелы с остальными строками суммируются строки с индексам 13-1, 13-2, 15-1, 16-1 .

Величину коэффициента сплошности ψ принимают по табл. I.2.16 [7].

Величину коэффициента высоты к принимают по табл. П.9; аэродинамического коэффициента С – по табл. П.10.

77

Окончание табл. 5.3

3,14∙0,65/30 = 0,068 с-1; Нормативное ускорение при передвижении крана принято а = 0,1 м/с2. Центробежные силы определены для крана со стрелой при максимальном и минимальном вылетах.

Опрокидывающий момент силы инерции, действующий на кран при торможении

Мик= ткр∙а∙Хцта = 72,5∙0,1∙13 = 94,25 кН.

Опрокидывающий момент силы инерции, действующий на груз при торможении крана с максимальным вылетом стрелы

Миг= тгр∙а∙Н0 = 4∙0,1∙33 = 13,2 кН.

Опрокидывающий момент силы инерции, действующий на груз при торможении крана с минимальным вылетом стрелы

Миг= тгр∙а∙Нмакс = 8∙0,1∙51 = 40,8 кН.

Момент Мгр силы тяжести поднимаемого груза определяем в соответствии с расчетным положением по рис. 5.5.

Момент силы тяжести груза на максимальном вылете стрелы

Мгр= Gгр[(Lмакс– Б/2)cosθ + H sinθ]= 39,24[(24-5/2)cos1°43'+33∙ tg 1°43'] = 850 кН∙м.

Момент силы тяжести груза на минимальном вылете стрелы

Мгр= Gгр[(Lмин– Б/2)cosθ + Hмакс sinθ]=

= 78,5[(12 - 5/2)cos1°43'+51∙tg 1°43'] = 879 кН∙м.

Суммарный опрокидывающий момент, действующий на кран при максимальном вылете стрелы, определяем согласно формуле (3.5). Моменты от действия ветра, центробежных сил инерции на кран и на груз приняты из табл. 5.2 и 5.3.

Мопр= Мгр+ Мвк+ Мвг+ Мцк+ Мцг+ Мик+ Миг=

850+144,803+48,345+(-5,874)+14,652+94,25+13,2 = 1160 кН∙м.

78

Опрокидывающий момент при минимальном вылете груза

Мопр= 879+202,964 +111,55+(-8,183)+22,52+94,25+40,8= 1343 кН∙м.

Удерживающий момент крана при максимальном вылете груза

Мкр = Gкр∙[(Б/2 + Хцт1)cosθ - Уцт1∙sinθ] = 706,2[(5/2 + 0,52)∙0,999 - 13∙0,03] ≈ 1857,3 кН∙м.

Удерживающий момент при минимальном вылете груза

Мкр = Gкр∙[(Б/2 + Хцт2)cosθ - Уцт2∙sinθ] = 706,2[(5/2 + 1)∙0,999 - 13,72∙0,03] ≈ 2178,2 кН∙м.

Коэффициент изменчивости нагрузки К2 в формуле (3.7) определяем по формуле (3.8). Параметры, входящие в указанную формулу, имеют следующие величины:

МSг1 – момент относительно ребра опрокидывания от среднего квадратичного отклонения случайной составляющей силы тяжести номинального груза при максимальном вылете

Lмакс

МSг1= К3 ∙ Qн g[(Lмакс-Б/2)+Н0tg θ] = 0,08∙4∙9,81[(24-5/2)+33∙0,03] ≈ 70,6 кН,

при минимальном вылете

М Sг2= 0,08∙6∙9,81[(12-5/2)+51∙0,03] ≈ 49,6 кН.

Величину К3 принимаем по табл. 3.1.

МSвг1 – момент относительно ребра опрокидывания от среднего квадратичного отклонения случайной составляющей ветровой нагрузки на груз принимаем равным 0,1 момента от нормативной ветровой нагрузки на груз при максимальном и минимальном вылетах принимаем из табл. 5.2 соответственно:

МSвг1 = 0,1∙Мвг= 0,1∙48,345 = 4,835 кН∙м,

МSвг2 = 0,1∙111,550 = 11,16 кН∙м.

МSвк – момент относительно ребра опрокидывания от среднего квадратичного отклонения случайной составляющей нормативной ветровой нагрузки на кран (табл. 5.2) определяем по формуле (3.11) для максимального и минимального вылетов стрелы соответственно:

МSвк1 = кпв ξ1 ΣМвк1 = 0,105∙2,418∙144,803 = 36,77 кН,

МSвк2 = 0,1∙2,513∙202,964 = 51 кН,

кпв – учитывает пульсирующий характер ветра. Принимаем по табл.3.2 для соответствующей высоты груза на максимальном и минимальном вылетах стрелы;

ξ1 и ξ2 – коэффициент динамичности для свободно стоящих кранов определены по формуле (3.12) для максимального и минимального вылетов стрелы соответственно:

79

где Gkp – сила тяжести крана, кН;

Уцт1 и Уцт2 – высота центра тяжести крана над опорной плоскостью при соответствующем вылете стрелы, м;

Gгр – сила тяжести груза на соответствующем вылете стрелы, кН; hгр – высота точки подвеса грузового полиспаста;

Ik = ткр [Уцт2 +(Б/2 +Хцт)2] момент инерции крана относительно ребра опрокидывания для соответствующего вылета стрелы, т·м2.

Iк1= 72,5[132+(5/2+0,52)2] =12995 т∙м2, Ik2 = 72,5[13,722+(5/2+1)2] = 14535,528 т∙м2.

MSд – динамический момент относительно ребра опрокидывания от среднего квадратичного отклонения случайных составляющих нагрузок, вызванных работой механизма подъема груза и передвижения крана, определяем по формуле (3.14)

где Vгр и Vкр – номинальные скорости подъема груза и передвижения крана, м/с; lкр1 = (Б/2 + Хцт1)cosθ - Уцт1∙sin θ=(5/2+0,52)0,999 - 13∙0,03 = 2,8 м;

lгр1 = (Lмакс- Б/2) + Н0 tg θ = (24 – 5/2) + 33∙0,03 = 22,49 м – расстояние центра тяжести крана и силы тяжести груза соответственно до ребра опрокидывания при максимальном вы-

лете стрелы;

lкр2 =(5/2+1)0,999 - 13,72∙0,03= 3,085 м;

lгр2= (12 - 5/2)+51∙0,03 =11,03 м при минимальном вылете стрелы в соответствии с расчетной схемой (рис. 5.5).

Динамический момент при максимальном вылете стрелы

Коэффициент изменчивости нагрузки при максимальном вылете:

80