На главную
Карта сайта Написать письмо На главную
+7 (499) 653 90 11
+7 (495) 585 74 13
+7 (499) 653 90 11
+7 (495) 585 74 13
Краны б/у в наличии

Новости

Статьи

Вопросы и ответы

Контакты

Представительство в Москве:
ООО «ПКФ «Омега»
123007, г. Москва, Хорошевское ш., дом 21А.
+7 (499) 653 90 11
+7 (495) 585 74 13
Завод:
302042, город Орел, ул. Кромское шоссе, дом 8
Телефон: +7 (4862) 72 01 48
Факс: +7 (4862) 72 01 67
Грузоподъемная техника

Статьи  > Нагрузки козловых кранов

Нагрузки козловых кранов

 Динамические нагрузки козлового крана

 
При расчете и проектировании кранов приходится считаться с этими нагрузками, длительностью их действия, а также динамическими деформациями элементов конструкции.
Динамические нагрузки, возникающие при работе любого из механизмов, могут быть определены путем анализа процессов, протекающих в соответствующей динамической системе и описываемых системой дифференциальных уравнений. При наличии вычислительной техники в этом случае принципиальных трудностей не возникает.
Однако такие расчеты даже при используемых обычно упрощениях трудоемки, а точность полученных результатов ограничена. Это объясняется отсутствием до настоящего времени достоверных статистических данных о ряде изменчивых в широких пределах показателей, значения которых зависят от случайных процессов (податливости канатов, характера работы приводов и т. п.).
Рассмотрим особенности динамических процессов в козловых кранах. Для использования в практических расчетах рекомендуются приведенные ниже упрощенные формулы, учитывающие основные динамические нагрузки.
При расчетах козловых кранов динамические нагрузки, действующие в элементах механизмов и на металлические конструкции, определяют отдельно.
Нагрузки, действующие в механизмах, обусловлены в значительной мере высокочастотными и импульсными процессами (зазорами в зубчатых передачах, пусковыми колебаниями электромагнитного момента двигателя, пиковыми начальными тормозными моментами и т.п.).
Сопутствующие этим процессам динамические деформации и перемещения, как правило, невелики и не могут сколько-нибудь существенно влиять на нагруженность как канатных систем, так и металлической конструкции кранов. Нагрузки для расчета элементов механизмов могут приниматься по действующим в краностроении общим методикам.
Нагрузки от работы механизма подъема груза. Вследствие несимметричности схемы нагружения козлового крана при работе механизма подъема помимо вертикальных деформаций остова возникают горизонтальные и продольные. Особенно это проявляется при отрыве груза от основания, когда обладающий значительной массой мост за короткое время (порядка 0,25…1,5 с) должен сместиться в продольном направлении вместе с грузовой тележкой и верхними частями опор. Наибольшие смещения будут при подъеме груза на консоли жесткой опоры, когда эта опора поворачивается относительно кранового рельса (рис. 1, а). Здесь горизонтальные перемещения моста обычно имеют один порядок с вертикальными, а горизонтальные динамические нагрузки достигают 6…10 % нагрузки от массы моста. Характер динамических перемещений крана иллюстрируется виброграммами рис. 2.

Рис. 1. Схемы к определению динамических нагрузок при работе механизма подъема груза:
а – деформации остова крана; б – приведение масс остова крана
 

Рис. 2. Виброграммы перемещений моста крана ККП-12,5 при подъеме груза:
а – консоль жесткой опоры, груз на консоли жесткой опоры, вертикальные колебания; б – центр пролета, груз в центре пролета, вертикальные колебания; в – груз на консоли жесткой опоры, горизонтальные колебания
 
Остов крана является упругой системой с распределенной и сосредоточенными массами, и имеет бесконечное число частот собственных колебаний. Экспериментальные данные показывают, что практически достаточно учитывать две низшие частоты.
Вводят две расчетные массы, приводимые к точке подвеса груза (рис. 1, б). Масса М1 совершающая вертикально перемещения, включают в себя массу грузовой тележки и приведенные массы элементов моста и опор, перемещающихся при вертикальном смещении точки приведения. Масса М2 образована полными массами тележки, моста и приведенными массами опор. Для приведения масс целесообразно использовать приближенные методы, например энергетический метод Релея.
Дальнейший расчет – составление дифференциальных уравнений движения для последовательных этапов движения системы – может выполняться известными способами.
Результаты расчетов с точностью 10…20%, совпадающие с данными экспериментов, показывают, что частота колебаний первого тона в 2,5…6 раз ниже частоты колебаний второго тона и лишь незначительно зависит от наличия груза и положения грузовой тележки.
Напряжения от вертикальной динамической нагрузки относительно невелики и не превышают 15% суммарных расчетных напряжений. Это позволяет для оценки динамических нагрузок использовать приближенные методы.

Рис. 3. Зависимость относительной динамической вертикальной нагрузки а от скорости подъема груза с учетом вида привода:
1 – короткозамкнутый двигатель; 2 – фазный электродвигатель, реостатный пуск; 3 – нормы FEM; 4 – система плавного регулирования скорости
 
Нагрузки от пуска-торможения механизма передвижения грузовой тележки. Пуск и торможение механизма передвижения грузовой тележки сопровождаются возникновением динамических нагрузок, действующих в горизонтальном направлении вдоль моста крана и вызывающих изгиб опорных стоек. Эти нагрузки, как правило, относительно невелики. При малых пролетах мостов скорость передвижения тележек не превышает 0,5…0,8 м/с, что уже само по себе ограничивает возможность возникновения значительных нагрузок. У кранов с более крупными пролетами (32…40 м) массы мостов существенно (в 2–3 раза и более) превышают массы тележек с грузом, что в свою очередь способствует поглощению конструкцией крана динамических нагрузок.
Динамическая модель для определения таких нагрузок должна учитывать влияние раскачивающего груза, податливость и распределение масс остова крана; у кранов с канатно-тяговым приводом механизма передвижения грузовой тележки следует считаться и с упругостью тягового каната.
Нагрузки от пуска-торможения механизма передвижения крана.
Рассматриваемые нагрузки, действующие вдоль подкрановых путей, опасны для прочности элементов металлоконструкции, в частности опорных стоек и примыкающих к ним участков пролетного строения.
Если учесть пространственную податливость металлоконструкции крана и многообразие возможных сочетаний внешних нагрузок, изменчивость пусковых и тормозных режимов и др., динамические расчеты, приводимые по схеме на рис. 4, а, будут весьма трудоемкими. Нагрузки, действующие на кран, вызывают различные деформации, которые можно свести к двум видам: поперечным деформациям и деформациям от перекоса. Нагрузки, вызывающие деформации от перекоса, превалируют.

Рис. 4. Схемы к расчету крана на горизонтальные динамические нагрузки:
а – схема действия нагрузок на остов крана; б – расчетная модель для определения нагрузок при перекосе
 
Расчеты и данные испытаний выполненных конструкций показали, что деформация от перекоса крана определяется в основном закручиванием опорных стоек. Этому соответствует расчетная модель крана, образованная путем введения ряда упрощающих предпосылок, основной из которых является представление остова крана в виде жесткого диска, упруго закрепленного на опорах. Сопротивление от внутреннего трения материала и дополнительного трения реборд из-за его относительно малого влияния не учитывается. Остальные предпосылки и допущения (линейная зависимость между усилиями и перемещениями, постоянство сопротивлений передвижению и т. п.) обычны в практике динамических расчетов кранов и не требуют дополнительного обсуждения.
Полученная система из трех дифференциальных уравнений второго порядка интегрируется по отдельным этапам в замкнутом виде. При имеющем наибольшее значение случае торможения (Рх = Р2 – 0) она может быть сведена к одному линейному уравнению четвертого порядка.
Модель, показанную на рис. 4, б, можно представить в виде совокупности двух парциальных систем, одна из которых образована двумя колеблющимися массами т и тг, связанными упругим элементом, а вторая – жестким диском, колеблющимся относительно центра масс О и преодолевающим упругость элементов Сх и С2.
Механика образования динамического перекоса иллюстрируется графиками, приведенными на рис. 5, которые относятся к случаю торможения движущегося без груза крана, когда скорости движения опор хх, х2 и перекоса φ меняются по гармоническому закону, а центр масс О крана движется равнозамедленно (линия а). Здесь принято Wx > W2.
С началом торможения опора начинает отставать от опоры 2. В момент времени tx = 0; закон движения крана меняется (рис. 5, а). До момента времени t2 опора продолжает движение в первоначальном направлении, в этот момент перекос φ достигает наибольшего значения, а затем уменьшается; остаточная его величина φш определяется сопротивлением Wx.

Рис. 5. Схема образования динамического перекоса при торможении крана
 

Рис. 6. Экспериментальная осциллограмма перекосов при одностороннем торможении крана
 
В результате экспериментов и расчетного анализа, выполненного с использованием АВМ и ЭВЦМ установлено, что снижение жесткости при перекосе при относительно малых скоростях установившегося движения (0,5 и 0,6 м/с) ведет к уменьшению нагрузок при перекосе. Изменение длины подвеса груза сказывается несущественно. Наибольшие деформации и усилия при перекосе имеют место при односторонних торможениях и пусках крана. Однако при значительных скоростях движения (1…1,5 м/с), Даже при одновременной работе тормозов двигателей обеих опор, динамические нагрузки при перекосе довольно велики.
Ветровые нагрузки, действующие в периоды пуска-торможения, не приводят к существенному увеличению динамических перекосов, так как последние определяются в основном характеристикой привода.
При проведении практических расчетов использование дифференциальных уравнений, даже при наличии ЭВМ, представляет известные технические трудности. Поэтому были проанализированы основные размерно-жесткостные и нагрузочные показатели козловых кранов различных типов и размеров.

Рис. 7. Расчетные графики относительных, динамических перекосов при торможении
 
Расчетные нагрузки для проверки прочности элементов конструкции определялись при двух случаях торможения: нормальном и предельном. В обоих случаях груз расположен на консоли более тяжелой опоры; тормоз создает меньший момент или разомкнут. Нормальный случай — остановка движущегося на полной скорости крана с мгновенным приведением в действие тормозов механизмов передвижения обеих опор, причем тормоза должны быть отрегулированы исходя из расчета удержания крана на месте с запасом в 1,25. При двух приводах можно принять, что тормозные усилия между опорами распределяются в соотношении 1 : 1,3. Этим учитывается возможность отклонений коэффициентов трения тормозных обкладок и неточности регулирования тормозов. Предельный случай – внезапное приведение в действие одного из тормозов.
За последнее время помимо двухдвигательного стал распространяться также четырехдвигательный привод. Здесь вероятность рассеяния характеристик двигателей противоположных опор меньше. В предельном случае (расчетном) возможен выход из строя только одного из приводов.
В настоящее время наиболее распространены краны с двухприводным механизмом передвижения.
Следует иметь в виду, что определяемая на основании схемы рис. 4 нагрузка Т при перекосе является по существу условной — значение ее находят исходя из деформации упругой модели при перекосе системой инерционных воздействий.
Результаты расчетов для условий пуска показывают, что характер изменения перекосов примерно соответствует случаю торможения. Однако (в том числе и для форсированного пуска, когда развиваемые двигателями тяговые усилия доходят до максимально возможного значения), динамические нагрузки при перекосе тормозных периодов существенно превосходят пусковые, и являются поэтому в большинстве случаев расчетными.
При оценке напряженного состояния некоторых элементов конструкции (консолей, моста, опорных стоек при значительной ширине моста и др.) приходится учитывать непосредственно усилия, возникающие вследствие горизонтальных перемещений масс крана. Однако соответствующие напряжения относительно невелики, что снижает требования к точности определения нагрузок данного вида.
При необходимости значения этих нагрузок можно уточнить непосредственным расчетом, используя схему рис. 4, а.
 
Нагрузки от удара о концевые упоры (буферный удар)
 
Удар грузовой тележки или крана о концевые упоры может явиться следствием нарушений в эксплуатации – ошибочных действий крановщика, выхода из строя тормозов или концевых выключателей. Тем не менее, такие случаи имеют место при работе кранов, и необходимо рассмотреть соответствующие нагрузки.
Особенностью козловых кранов является относительно податливый остов, что существенно снижает эффект от буферного удара, при оценке которого следует учитывать также и деформативность буферов. При расчетах обычно принимают, что наезд на буфера происходит со скоростью, составляющей 50% номинальной. Однако иногда (например, для электроталей без тормозов на механизмах передвижения) приходится учитывать полную скорость.
Данные испытаний и расчетов показывают, что при буферном ударе грузовых тележек, перемещающихся со скоростью 0,5…0,66 м/с, на металлическую конструкцию передается относительно небольшая нагрузка. Горизонтальное ускорение моста при этом не превышает 0,6 м/с2. Это объясняется также и относительно большой массой моста, которая поглощает кинетическую энергию грузовой тележки, пропорциональную второй степени скорости ее передвижения. Более точно нагрузку, возникающую при ударе тележки об упор, можно определить, анализируя дифференциальные уравнения движения системы грузовая тележка – упругий буфер – упругий остов крана. Здесь могут быть применены расчетные модели и методика расчета, разработанная применительно к мостовым перегружателям, близким к козловым кранам по конструктивной схеме.
Опыт показывает, что вследствие податливости остова крана даже при отсутствии упругих упоров и скорости движения кранов» например 0,66 м/с, буферный удар крана не приводит к каким-либо повреждениям конструкции, но вызывает значительное раскачивание груза и ощущаемые крановщиком неприятные толчки.
Следует считать, что в тех случаях, когда концевые выключатели механизма передвижения приводят в действие тормоза на расстоянии, достаточном для снижения скорости до 0,8 м/с при подходе к упорам, нагрузки от буферного удара при расчете металлических конструкций можно не учитывать. При скоростях передвижения 1…1,5 м/с такое снижение скорости легко достижимо. У более быстроходных кранов следует предусматривать устройства, автоматически снижающие скорость передвижения при подходе к отклоняющим линейкам концевых выключателей.
В случае необходимости динамические процессы при наезде крана на концевые упоры могут быть проанализированы с использованием схемы на рис. 4, а), а также решений, разработанных для случая буферного удара мостовых кранов (действие ветра и наличие уклона крановых путей здесь можно не учитывать).
 
Статические сопротивления передвижению крана и нагрузки от перекоса
 
На козловые краны при перемещении действуют различные нагрузки вдоль крановых путей. В общем случае эти нагрузки не уравновешиваются тяговыми усилиями механизмов передвижения. Это приводит к возникновению «перекосного» момента (М = 77), вызывающего взаимное относительное смещение опор (перекос) от пары нагрузок, приложенных вдоль путей к опорам крана (нагрузок при перекосе).
Эти нагрузки в свою очередь увеличивают сопротивление передвижению в результате возрастания трения реборд о головки рельсов. Это вызывает необходимость -совместно рассмотреть воздействия обоих видов.
Это определено исходя из условия, что реборды ходовых колес поджимаются к рельсам с силой N = причем плечо трения реборды о голобку рельса составляет около 15% диаметра колеса, а коэффициент трения между ребордой и рельсом рр = 0,15.
При движении колеса, установленного с перекосом в горизонтальной плоскости относительно продольной оси, оно проскальзывает в поперечном направлении. Соответствующее этому проскальзыванию сопротивление передвижению wc будет такое же, как и сопротивление от трения качения в подшипниках, и пропорционально вертикальной нагрузке на ходовые колеса; оно также пропорционально коэффициенту трения при поперечном скольжении колес по рельсу и тангенсу угла между плоскостью колеса (проходящей через диаметр колеса) и направлением движения крана.
Обмеры ряда эксплуатируемых кранов показали, что вследствие Погрешностей изготовления и монтажа установочные угловые отклонения ходовых колес от параллельности в горизонтальной плоскости весьма часто составляют 1% и более (при предельной норме 1…2‰), при этом wc – 1,5 Н/кН. Тогда wTP = 5 + 1,5 + 4 = 10,5 Н/кН.
Значение может быть найдено только после определения перекосных нагрузок и вызываемых ими дополнительных осевых реакций, для чего следует знать распределение тяговых усилий между приводами. Тяговые усилия при установившемся движении, в сумме равные сопротивлению передвижению, распределяются между механизмами передвижения в зависимости от характеристик их приводов и в меньшей мере от отклонений диаметров ходовых колес.
Фактическое отклонение характеристик крановых электродвигателей не превышает 6%. В то же время замеры, выполненные более чем на 60 эксплуатируемых кранах различных моделей, выявили, что моменты двигателей при полностью выведенных пускорегулирующих сопротивлениях различаются в среднем в 1,4…1,6 раза. Это объясняется значительной разницей в длине роторных проводов противоположных опор (до 80 м) и наличием в них многочисленных контактных соединений.
При обследованиях ряда кранов выявлен существенно неодинаковый (3…6 мм по диаметру) износ поверхностей качения ходовых колес противоположных опор. Это вызвано тем, что в ряде случаев схемы перегрузочных работ предусматривают работу крана с подачей груза преимущественно на одну из консолей, а также применяют термически не обработанные колеса.
Схемы действия нагрузок в период установившегося движения для кранов с одной и обеими жесткими опорами приведены на рис. 8. Значения H, Т и wTP можно определить, рассматривая равновесие крана в горизонтальной плоскости.
 

Рис. 8. Схемы действия нагрузок на опоры крана в период установившегося движения:
а – одна опора гибкая; 6 – обе опоры жесткие
 
Результаты расчетов показывают, что при отсутствии ветра и уклона и работе обоих двигателей нагрузки от перекоса составляют 2…4 Н на 1 кН силы тяжести крана с грузом. Если работает один двигатель, эти нагрузки могут достигать 6…10Н/кН. При наличии ветра (wB = 60 Н/кН) эти нагрузки увеличиваются: при работе одного двигателя до 18 и двух двигателей до 40 Н/кН. Дополнительные сопротивления wTP при у = 0,70…0,80 и На – 5,0 составляют 5…10% суммы остальных сопротивлений передвижению.
Большие значения следует принимать при неудовлетворительном состоянии механизмов передвижения и подкрановых путей.
 
Монтажные нагрузки козловых кранов
 
В большинстве случаев напряженное состояние определяется практически одной нагрузкой – собственным весом элементов крана. Поэтому для того, чтобы предотвратить повреждения несущих элементов вследствие возможных в процессе монтажа толчков, отклонений от предусмотренной проектом строповки груза и других случайных воздействий, расчетное значение коэффициента перегрузки от собственного веса рекомендуется несколько увеличивать – до 1,2…1,3. В соответствующих случаях учитывают также и ветровую нагрузку, от динамического давления q = 50…80 Па.
 
Транспортные нагрузки козловых кранов
 
В период транспортирования элементов крана помимо нагрузок от их веса приходится учитывать также и динамические нагрузки, возникающие вследствие толчков от перемещения транспортных средств по неровностям и закруглениям. При перевозке частей крана автомобильным транспортом приходится считаться с действием на груз дополнительных вертикальных нагрузок, составляющих 200…250% собственного веса. Вертикальные динамические нагрузки при транспортировании частей крана железнодорожным транспортом могут составлять 60…80% собственного веса крана. Помимо этого следует также учитывать поперечные и продольные нагрузки (соответственно до 60 и 190 %).
 
Сейсмические нагрузки козловых кранов
 
Нагрузки этого вида вызываются землетрясениями вследствие колебательных смещений грунта. Для оценки силы землетрясений используют двенадцатибалльную шкалу Меркали; при этом землетрясения силой до шести баллов включительно практически не имеют значения при расчетах сооружений, так как не причиняют заметных повреждений.
В действующих нормативных документах предусмотрена проверка на сейсмичность при семи, восьми и девяти баллах. Этим баллам соответствуют произвольно направленные ускорения соответственно в 0,1; 0,25 и 0,5 м/с2. При этом грузоподъемность рекомендуется учитывать коэффициентом 0,3 только при определении вертикальной сейсмической силы.
 
Нагрузки козловых кранов от тепловых деформаций
 
На козловые краны действуют нагрузки от тепловых деформаций пролетного строения, которые возникают в результате сезонного перепада температуры (от –40 до +40 °С). В листовых конструкциях иногда приходится считаться с односторонним нагревом – в двухбалочных мостах вследствие нагрева одной балки могут возникнуть существенные внутренние усилия. В кранах с обеими жесткими опорами односторонний нагрев моста приводит к его деформации. Это может вызвать защемление ходовых колес. Перепад температур между, отдельными элементами конструкции (например, балками моста) может составлять 15 °С.
В кранах с пролетами меньше 40 м тепловые деформации обычно не учитывают.
 
Особые нагрузки козловых кранов
 
К этой группе относятся разнообразные нагрузки, возникающие в результате специфических условий эксплуатации: нагрузки, возникающие от подвешенного на крюке крана вибратора, от подсоса грейфера при выемке груза из-под воды и др. В некоторых случаях приходится учитывать нагрузки от перекоса, которые могут возникнуть от внезапного заклинивания одной из опор крана. Возможность возникновения таких нагрузок должна быть предусмотрена в техническом задании на кран.
 
Нагрузки на ходовые колеса козлового крана
 
Эти нагрузки учитывают при расчете ходовых частей крана, а также при расчете и выборе кранового рельсового пути. При их определении весовые и ветровые нагрузки принимают без учета коэффициентов перегрузки; не учитывают и отклонения в точности изготовления крана и укладки путей. Горизонтальные нагрузки определяют с учетом нагрузок от перекоса, а для кранов с обеими жесткими опорами – и горизонтальных реакций, возникающих при деформации крана под действием веса подвижного груза.
При этом, в кранах с одностоечными опорами и несимметричным относительно продольной оси остовом следует учитывать также и различия в осевых нагрузках на ходовые колеса каждой из опор.
У кранов с балансирными ходовыми тележками следует учитывать неравномерность распределения нагрузок между колесами, возникающую вследствие приложения горизонтальной, например ветровой, нагрузки к шарниру подсоединения тележки.
Рейтинг@Mail.ru Copyright 2010-2016 © Завод металлоконструкций и грузоподъемного оборудования – производство и продажа погрузочно-разгрузочной техники
Создание сайта - just-studio.ru
Оптимизация и продвижение сайта - www.advina.ru