Расчет грузоподъемных машин

Грузоподъемные машины характеризуются следующими основными параметрами:

· грузоподъемностью

· скоростями движения отдельных механизмов

· режимами работы

· пролетом

· вылетом

· высотой подъема грузозахватного устройства.

Значения этих параметров должны соответствовать рекомендациям стандартов.

Грузоподъемностью машины называют массу номинального (максимального) рабочего груза, на подъем которого рассчитана машина.

Эта величина характеризует инерционные и гравитационные свойства транспортируемого тела, не зависит от ускорения свободного падения в пункте действия машины и измеряется в единицах массы (килограммах, тоннах).

В отличие от понятия массы сила тяжести, определяющая силу притяжения тела к земле, зависит от ускорения свободного падения в пункте действия и измеряется в единицах силы (Н, кН).

Вес тела -- это сила, с которой тело под действием силы тяжести воздействует на опору. Если опора неподвижна относительно земли или тело движется равномерно и прямолинейно, вес тела равен силе тяжести.

При подъеме с ускорением вес тела больше силы тяжести и, наоборот, при спуске с ускорением вес тела меньше силы тяжести.

В дальнейшем грузоподъемность (масса) обозначена Q, а вес -- G. Соотношение между весом G (Н) и массой Q (кг) равно G -- Qg (здесь g -- ускорение свободного падения, м/с2).

При определении грузоподъемности учитывают массу сменных грузозахватных приспособлений, вспомогательных устройств, подвешиваемых к грузозахватному устройству, а для грузоподъемных машин, работающих с грейфером, электромагнитом, спредером, бадьей, -- также и их массу.

Грузоподъемность современных грузоподъемных машин изменяется в весьма широких пределах. Имеются устройства для подъема и установки на станки деталей массой 10 -- 100 кг, а также грузоподъемные машины, перемещающие грузы массой 400--800 т и более, используемые для монтажа тяжелого оборудования (например, монтажные краны на гидроэлектростанциях).

Краны самоходные н башенные кроме грузоподъемности характеризуются грузовым моментом, являющимся произведением веса груза на вылет стрелы.

Этот параметр определяет устойчивость крана против опрокидывания в процессе его работы.

Вылетом стрелы называют расстояние по горизонтали от оси вращения поворотной части крана до оси грузозахватного органа.

Скорости движения различных механизмов выбирают в зависимости от требований технологического процесса, в котором участвует данная грузоподъемная машина, от характера работы, от типа машины и ее потребной производительности.

Соответствующими стандартами установлены нормальные ряды скоростей для различных кранов.

Скорость подъема груза, зависящая от грузоподъемности крана и ряда технологических факторов, в современных мостовых кранах обычно не превышает 25--30 м/мин; скорость передвижения моста крана составляет 100--120 м/мин; скорость передвижения тележек мостовых кранов обычно 35--50 м/мин.

Для кранов, используемых для массовых перегрузочных работ, скорости движения можно значительно увеличить: например, они составляют 90--120 м/мин для подъема и опускания груза; 240-- 360 м/мин для передвижения тележек, движущихся по рельсовому пути.

Частота вращения кранов не более 3 об/мин в зависимости от окружной скорости конца стрелы, не превышающей 5--6 м/с. При необходимости точной установки груза (например, в монтажных кранах) применяют двухскоростные приводы, обеспечивающие пониженную посадочную скорость.

Выбор скорости движения производят с учетом протяженности пути перемещения. При малой протяженности путн перемещения высокие скорости нецелесообразны, так как механизм может не достичь значения установившейся скорости и будет работать только в пусковом и тормозном режимах.

Расстояние по горизонтали между осями рельсов кранового пути является пролетом крана. Пролеты мостовых кранов должны быть увязаны с пролетами зданий. Для мостовых кранов их принимают по ГОСТ 534--78.

Высота подъема для башенных и стреловых кранов -- это расстояние от уровня кранового пути до грузозахватного органа, находящегося в верхнем рабочем положении. Для кранов мостового типа высотой подъема является расстояние от уровня пола до верхнего положения грузозахватного устройства.

Поскольку краны могут работать с грузами ниже уровня пути, введены такие параметры как глубина опускания и диапазон подъема.

Под глубиной опускания понимают расстояние от уровня кранового пути до грузозахватного органа, находящегося в нижнем допустимом положении.

Диапазон подъема -- это расстояние по вертикали между верхним и нижним рабочими положениями грузозахватного органа.

Расстояние между продольными осями, проходящими через середину опорных поверхностей ходового устройства грузоподъемного крана (тележки) называют колеей.

Грузоподъемные машины характеризуются работой при повторно- кратковременных включениях, при котором грузозахватное устройство и груз совершают периодические возвратно-поступательные движения, а механизмы последовательно изменяют направление движения.

Так, работа механизма подъема состоит из процессов подъема и опускания груза, подъема и опускания грузозахватного устройства без груза, а работа механизмов поворота и передвижения -- из движений в одну и другую сторону с грузом и без него. Каждый цикл характеризуется чередованием периодов работы и технологических пауз.

В периоды пауз двигатель не включен и механизм не работает. Это время используется для загрузки и разгрузки грузозахватного устройства и для подготовки проведения следующего процесса работы механизма.

Каждый процесс движения можно разделить на период неустановившегося движения, в течение которого происходит разгон (период пуска) или замедление (период торможения) поступательно движущихся и вращающихся масс груза и механизма, а также на период движения с постоянной скоростью (период установившегося движения).

Для механизмов подъема груза и механизма подъема стрелы кранов, транспортирующих расплавленный металл или шлак, ядовитые, взрывчатые вещества и другие опасные грузы, группа режима рабогы должна быть не менее 5М, за исключением самоходных стреловых кранов, для которых группа режима работы должна быть не менее ЗМ.

Это требование не распространяется на механизмы вспомогательного подъема, если их не используют в транспортировании перечисленных выше грузов. При отнесении механизма к группам режима работы значения времени работы и коэффициента нагружения определяют расчетом.

При наличии статистических данных рассчитывают математическое ожидание указанных величин, принимаемое по верхнему доверительному пределу с доверительной вероятностью 0,95.

До введения ГОСТ 25835--83 определение режима работы механизмов производили согласно правилам Госгортехнадзора, которыми были установлены следующие режимы работы грузоподъемных машин, определяемые совокупностью условий их эксплуатации: с ручным приводом (Р); с машинным приводом -- легкий (Л), средний (С), тяжелый (Т) и весьма тяжелый (ВТ) режимы работы.

Основным недостатком этой классификации по режимам работы являлось то, что она не содержит достаточной информации, необходимой для проектирования крана и его элементов, и не связана с действительной долговечностью крана.

Примерное соответствие группы режимов работы механизмов, устанавливаемых ГОСТ 25835--83 и правилами Госгортехнадзора, следующее:

Различные механизмы грузоподъемных кранов могут быть отнесены к различным группам режима работы.

Расчет на прочность узлов и деталей механизмов грузоподъемных машин производят в соответствии с действительным режимом их работы.

В зависимости от группы режима работы механизма рассчитывают двигатель и тормоза, нагрузки, учитываемые при расчете элементов механизма, и нагрузки, вызываемые работой этого механизма, действующие на металлоконструкции, принимают основные нормативные данные, коэффициенты запаса прочности и запаса торможения, а также сроки службы отдельных элементов и узлов механизма.

Режим работы крана в целом регламентирует ГОСТ 25546--82, согласно которому все краны в зависимости от условий их использования разделяют на восемь групп режимов работы, определяемых классом использования и классом нагружения.

Работа с большими перерывами, редкая работа с грузом номинальной массы, с малыми скоростями и малым числом включений (до 60 в час) аппаратуры управления н электродвигателей (с учетом разгонов до неполной скорости), с малой относительной продолжительностью включения ПВ.

Работа с грузами различной массы, со средними скоростями, средним числом включений (до 120 в час), средней ПВ

Постоянная работа с грузами, масса которых близка к номинальной, с высокими скоростями, большим числом включений (до 240 в час), высокой ПВ Постоянная работа с грузами номинальной массы, с высокими скоростями, большим числом включений (до 600 в час), высокой ПВ.

Вспомогательного назначения; механизмы подъема и передвижения ремонтных кранов н кранов, работающих в машинных залах, механизмы передвижения строительных и портальных кранов, перегрузочных мостов, башен кабельных кранов, лебедки противоугонных захватов и другие редко работающие механизмы подъема и передвижения кранов механических и сборочных цехов заводов со среднесерийным производством и кранов ремонтно-механических цехов, механизмы поворота строительных кранов, электротали, механизмы монтажных кранов на строительстве технологических кранов, цехов и складов на заводах с крупносерийным производством, кранов литейных цехов и механизмы подъема строительных кранов Технологических кранов металлургического производства, механизмы подъема н "передвижения тележек, рудных и угольных перегружателей, механизмы грейферных, магнитных н складских кранов металлургических заводов

Срок службы крана составляет 15--25 лет, и он регламентирован стандартами или другими нормативно-техническими документами на соответствующие краны.

Цикл работы крана включает перемещение грузозахватного устройства к грузу, подъем и перемещение груза, освобождение грузозахватного устройства и возвращение его в исходное положение.

Класс нагружения крана определяется распределением массы перемещаемых краном грузов относительно номинальной грузоподъемности QHOM крана за срок его службы.

Масса специализированного грузозахватного устройства (грейфера, подъемного электромагнита, спредера и т. п.) включается в значение массы перемещаемого краном груза.

Класс нагружения характеризуется коэффициентом нагружения, отражающим влияние нагружения на выносливость элементов конструкции.

При транспортировании грузов, нагретых до температуры более 300 °С, расплавленного металла, шлака, ядовитых и взрывчатых веществ и других опасных грузов группу режима работы крана принимают не менее 6К; исключение составляют самоходные стреловые краны, группа режима работы которых для транспортирования указанных грузов должна быть ЗК-

Группа IK -- краны с ручным приводом всех или части рабочих механизмов, обслуживающие насосные и компрессорные станции, машинные залы электростанций, ремонтные краны, вспомогательные краны механических цехов, приводные ремонтные краны мостового типа с приводными подвесными талями, редко используемые погрузочные краны, стреловые самоходные краны для монтажа промышленного оборудования.

Группа 2К -- ручные краны, часто используемые для установки заготовок на обрабатывающие станки; приводные краны мостового типа с приводными подвесными талями, применяемые для перегрузочных работ ограниченной интенсивности; вспомогательные мостовые краны механических цехов и краны интенсивно используемые только при монтаже оборудования; мостовые краны с лебедочными грузовыми тележками для машинных залов, электростанций и ремонтных работ.

Группа ЗК -- приводные краны мостового типа с приводными подвесными талями, используемые на перегрузочных работах средней интенсивности, а также краны для транспортных и монтажных работ в механических цехах; краны с лебедочными грузовыми тележками для перегрузочных работ ограниченной интенсивности и интенсивно используемые только при монтаже оборудования; башенные строительные краны для монтажа промышленных зданий, сооружений и оборудования; стреловые самоходные краны для погрузочных и монтажно-строительных работ.

Группа 4К -- башенные строительные краны, используемые на складах и полигонах заводов железобетонных изделий; передвижные консольные краны и краны на колонне для перегрузочных и вспомогательных работ.

Группа 5К -- приводные краны мостового типа с лебедочными грузовыми тележками, используемые на перегрузочных работах средней интенсивности; краны для технологических работ в механических цехах, на складах готовых изделий предприятий строительных материалов и складах металлолома» контейнерные краны на железнодорожных станциях, складах промышленных предприятий, занятые на перегрузке различных грузов, в том числе и контейнеров; мостовые и стеллажные краны-штабелеры с управлением с пола на складах тарных грузов.

Группа 6К -- грейферные, магнитные и магнито-грейферные приводные краны мостового типа, работающие на складах с разнообразными грузами, преимущественно при сезонном использовании; контейнерные краны для перегрузки только контейнеров; мостовые и стеллажные краны-штабелеры с управлением из кабины и автоматического действия на складах тарных грузов; крюковые перегрузочные портальные краны на транспортных складских объектах; грейферные портальные краны на складах промышленных предприятий и в портах при сезонной работе; краны портальные- лесопогрузчики с приводным грейфером на складах круглого леса; консольные передвижные краны в литейных цехах.

Группа 7К -- приводные краны мостового типа с лебедочными грузовыми тележками при круглосуточной работе; краны с двух- канатными грейферами и магнитно-грейферные, работающие на складах насыпных грузов и металлолома с однородными грузами при некруглосуточном использовании; закалочные, ковочные, литейные краны цехов металлургического производства; башенные строительные краны, обслуживающие гидротехническое строительство.

Группа 8К -- приводные краны мостового типа: магнитные, используемые в цехах и на складах металлургических предприятий и металлолома при работе с однородными грузами, а также траверсные, мульдомагнитные, мульдо-грейферные, мульдо-завалочные, копровые, ваграночные, шихтовые, колодцевые и для раздевания слитков в цехах металлургических предприятий; грейферные краны- перегружатели на складах насыпных грузов; портальные грейферные краны складов и портов при круглосуточной и круглогодичной работе.

2. РАСЧЕТНЫЕ НАГРУЗКИ

При расчете механизмов грузоподъемных машин и их элементов необходимо учитывать возникающие в процессе работы нагрузки, возможное совпадение действия этих нагрузок, определять наиболее опасные их сочетания и по ним проводить расчет на прочность и сопротивление усталости. Для грузоподъемных машин возможные основные комбинации расчетных нагрузок можно разделить на три расчетных случая.

Расчетный случай I -- нормальная нагрузка в рабочем состоянии крана (машины), включающая номинальный вес груза и грузозахватного устройства, собственный вес конструкции, нагрузки от ветра в рабочем состоянии машины, а также динамические нагрузки, возникающие в процессе пуска и торможения при нормальных условиях использования механизма и при нормальном состоянии крановых путей.

Для этого случая металлические конструкции и детали механизмов рассчитывают на сопротивление усталости относительно предела выносливости, а также на нагревостойкость, износ, стойкость и долговечность.

При расчете на сопротивление усталости нагрузку от ветра в рабочем состоянии машины можно не учитывать, ввиду ее относительно небольшого значения, принимаемого равным 50 Па. При переменном весе груза сопротивление усталости рассчитывают не по номинальному, а по эквивалентному значению веса.

Расчет металлоконструкций на сопротивление усталости обязательно проводить для кранов режимов работы 5К, 6К и более высоких групп. Для кранов группы режима работы 4К необходимость проведения расчета сопротивления усталости устанавливают на основе данных опыта эксплуатации. Для кранов группы режима работы IK, 2К и ЗК металлоконструкцию на сопротивление усталости не рассчитывают. При расчете элементов механизмов кранов на сопротивление усталости исходят из обеспечения надежной работы всех элементов крана без ремонта и замены (за исключением быстроизнашивающихся сменных деталей механизмов и электрооборудования -- тормозных фрикционных накладок, канатов, щеток двигателей и т. п.) в течение расчетного срока службы (см. с. 66).

Расчетный случай II -- максимальная рабочая нагрузка, включающая кроме нагрузки от собственного и номинального весов груза и грузозахватного приспособления также и максимальные динамические нагрузки, возникающие при резких пусках, экстренном торможении, внезапном включении или выключении тока, движении крана по неровному пути, быстром изменении нагрузки на крюке, разгрузке грейфера или бадьи в подвешенном состоянии, обрыве грузовых стропов и предельной ветровой нагрузке в рабочем состоянии машины.

Предельные значения динамической рабочей нагрузки ограничиваются значением момента пробуксовки или юза ходовых колес, а также максимальных моментов двигателя или тормоза или специальными предохранительными устройствами (проскальзыванием фрикционной муфты предельного момента, срезом предохранительных штифтов, срабатыванием электрозащиты и т. п.).

Расчет в этом случае ведут с учетом максимального заданного уклона пути, а для плавучих кранов учитывается максимальный крен. Металлические конструкции и детали механизмов рассчитывают на прочность с обеспечением заданного коэффициента запаса прочности относительно предела текучести (для сталей) и сопротивления (для чугунов). По этому расчетному случаю проводят проверку грузовой устойчивости крана.

Нагрузку от собственного веса крана и его элементов определяют по конструкторской документации или по результатам взвешивания. При проектировочных расчетах собственный вес машины выбирают по данным аналогичных конструкций кранов.

Расчетный случай III -- нагрузка в нерабочем состоянии машины, установленной на открытом воздухе при отсутствии груза и неподвижных механизмах. При этом на машину, кроме ее собственного веса, действует ветровая нагрузка в нерабочем состоянии машины, а иногда нагрузки, вызываемые снегом, обледенением или температурным воздействием.

По этому расчетному случаю определяют прочность металлических конструкций, деталей противоугонных устройств кранов, тормозных устройств тележек, механизмов изменения вылета стрелы, опорно-ходовых и опорно-поворотных устройств по сниженным значениям запаса прочности.

Расчетную нагрузку от действия снега определяют по горизонтальной проекции воспринимающей поверхности. Для средней полосы Европейской части СССР и Сибири рекомендуется принимать давление снега 103 Па. Толщину гололеда на оттяжках, канатах и решетчатых элементах металлоконструкций принимают равной 1 ... 1,2 см при плотности 0,9 кг/дм3. Перегрузки от действия снега и гололеда в расчет не входят. Снеговую и ветровую нагрузки одновременно не учитывают.

Нагрузки, вызываемые температурными изменениями окружающей среды, указывают в технических заданиях на проектирование крана и учитывают только при расчетах статически неопределимых конструкций. Допускается принимать интервал колебаний температур от --40 до +40 °С.

По этому расчетному случаю проводят также проверку собственной устойчивости крана. Положения стрелы, поворотной части и грузовой тележки принимают при определении действующих нагрузок наиболее опасными, т. е. создающими наибольшие нагрузки в рассчитываемых элементах.

При монтаже и перевозке кранов, кроме указанных выше нагрузок, возникают особые монтажные и транспортные нагрузки, которые необходимо учитывать при проверочном расчете, а также при составлении проекта монтажа крана и при выборе мест расположения опор и способов крепления перевозимых элементов кранов.

Эти нагрузки в ряде случаев могут оказаться весьма значительными и существенно отличаться от рабочих нагрузок. При этом нерабочие элементы конструкции при монтаже могут выполнять функции рабочих, а растянутые элементы могут стать сжатыми и т. д. Поэтому при проектировании должны быть учтены методы монтажа, способы захвата, предусмотрены места креплений.

Расчет деталей на сопротивление усталости, износ и нагревостойкость (случай I) производят по эквивалентным нагрузкам, т. е. по таким нагрузкам стационарного режима (нагрузки с постоянной амплитудой), которые вызывают ту же степень усталостного повреждения детали в течение рассматриваемого срока службы, как и фактически действующая нагрузка нестационарного режима (на грузки с переменной во времени амплитудой).

Эквивалентную нагрузку определяют по графикам загрузки механизма во времени, построенным с учетом действительного режима работы механизма.

В грузоподъемных машинах широко применяют нормальные редукторы различного типа, например цилиндрические горизонтальные двухступенчатые крановые редукторы типа Ц2, Ц2У, РЦД, РМ; трехступенчатые горизонтальные цилиндрические редукторы типа ЦЗУ; одноступенчатые горизонтальные цилиндрические редукторы типа РЦ1 и ЦУ; коническо-цилиндрические редукторы -- двухступенчатые (с одной цилиндрической ступенью) типа КЦ1 и трехступенчатые (с двумя цилиндрическими ступенями) типа КЦ2; вертикальные трехступенчатые цилиндрические редукторы типа ВК, ВКЦ, В400, а также глобоидные крановые мотор-редукторы типа ПК-5, состоящие из фланцевого электродвигателя, тормоза и редуктора, объединенных в один блок; глобоидный редуктор типа РГС-160 для лифтов.

Выбор размера редуктора грузоподъемных машин производят в соответствии с указаниями отраслевых нормалей на редукторы по расчетной мощности, которая должна быть равна или меньше мощности редуктора, указанной в нормали при соответствующей частоте вращения или по значению крутящего момента на тихоходном валу. При выборе редуктора должна быть также учтена допускаемая радиальная нагрузка на быстроходном и тихоходном валах.

При расчете подшипников качения грузоподъемных машин следует учитывать наиболее опасное их состояние, т. е. восприятие наибольших нагрузок без вращения, что приводит к появлению остаточных деформаций (лунки на беговых дорожках), трещинам, разрушению.

Подшипники качения, находящиеся под нагрузкой без вращения, а также подшипники, работающие при частоте вращения менее 1 об/мин (например, упорный подшипник грузового крюка, подшипники в опорах колонн некоторых кранов на колонне и т. п.) подбирают по статической грузоподъемности, приведенной в каталоге на подшипники качения. Так же подбирают подшипники, которые длительное время воспринимают нагрузку в условиях статического воздействия, даже если они некоторое время работают при п > 1 об/мин.

При частоте вращения более 1 об/мин подшипники рассчитывают на долговечность по их динамической грузоподъемности, приведенной в каталоге, причем подшипники, работающие при частоте вращения от 1 до 10 об/мин, рассчитывают при п -- 10 об/мин.

Подшипник, работающий при переменном режиме нагружения, рассчитывают по условной постоянной эквивалентной нагрузке, вызывающей усталостные повреждения того же порядка, что и сумма всех переменных фактических нагрузок. Эквивалентную нагрузку определяют с учетом фактического или усредненного графика работы механизма в зависимости от группы режима работы:

При определении частоты вращения для механизмов с приводом постоянного тока, частота вращения которого существенно зависит от нагрузки, необходимо по характеристике двигателя установить частоту вращения, соответствующую каждой из нагрузок.

Для механизмов с приводом от электродвигателя переменного тока, частота вращения которого мало изменяется с изменением нагрузки, с достаточной степенью точности можно считать частоту вращения независимой от нагрузки и при расчетах принимать частоту вращения двигателя при номинальной нагрузке. Колебания частоты вращения в периоды неустановившегося движения в расчете не учитывают.

Наибольшую нагрузку на подшипник Fmax определяют с учетом динамических нагрузок по уравнению (2.4).

При расчете подшипников по статической грузоподъемности принимают максимальные нагрузки в рабочем и нерабочем состояниях машины (расчетные случаи II и III), при расчете долговечности принимают нормальные нагрузки в рабочем состоянии машины (расчетный случай I).

При расчете прочности и устойчивости грузоподъемных машин, работающих на открытом воздухе, необходимо учитывать ветровую нагрузку, которую согласно ГОСТ 1451--77 разделяют на ветровую нагрузку рабочего состояния крана (при действии этой нагрузки кран должен нормально работать) и на нагрузку нерабочего состояния крана (при действии этой нагрузки механизмы крана не работают).

Нагрузку рабочего состояния крана учитывают при расчете металлоконструкций, механизмов, тормозов, мощности двигателя, собственной и грузовой устойчивости кранов. За ветровую нагрузку на кран в его рабочем состоянии принимают предельную ветровую нагрузку, при которой обеспечивается нормальная эксплуатация крана с грузом номинальной массы.

Нагрузку нерабочего состояния крана учитывают при расчете металлоконструкций, механизмов поворота и передвижения, изменения вылета стрелы, осей и валов ходовых колес, противоугонных устройств и собственной устойчивости крана. За ветровую нагрузку на кран в нерабочем состоянии принимают предельную ветровую нагрузку, с учетом которой должны быть рассчитаны указанные элементы в нерабочем состоянии крана.

Ветровую нагрузку на груз согласно ГОСТ 1451--77 следует принимать не менее 500 Н. Расчетная площадь грузовых и ходовых тележек, лебедок, аппаратных шкафов, балластных плит противовесов, грузовых подвесок, кабин управления и т. п. определяется как проекция наружного контура на плоскость, перпендикулярную направлению скорости ветра. Коэффициент аэродинамической силы с при этом принимается равным 1,2.

Если предельная ветровая нагрузка рабочего состояния, действующая на груз или элемент крана, ограничена условиями безопасности ведения работ или технологией выполнения перегрузочных или монтажных операций, то допускается принимать значение динамического давления q в соответствии с техническими заданиями на проектирование, но не менее 50Па.

При отсутствии дополнительных требований, предусмотренных техническим заданием на проектирование крана, ветровая нагрузка рабочего состояния, учитываемая при определении мощности и приводных двигателей крановых механизмов, не должна превышать 70 % статической составляющей ветровой нагрузки на кран или на соответствующий элемент крана или груз.

При определении ветровой нагрузки на груз коэффициент аэродинамической силы с применяют равным единице; коэффициент k при этом принимают по максимальной высоте подъема груза.

Динамическое давление q на высоте 10 м над поверхностью земли для нерабочего состояния крана зависит от места установки крана в соответствии с картой районирования, приведенной в ГОСТ 1451--77, согласно которой территория СССР разделена на семь районов, причем для первого района динамическое давление q = 270 Па, для второго и последующих -- соответственно 350, 450, 550, 700, 850, 1000 Па. Если район установки крана точно неизвестен, то динамическое давление q допускается принимать равным 450 Па, что соответствует третьему району.

3. РАСЧЕТЫ НА ПРОЧНОСТЬ

Для расчета грузоподъемных машин на прочность используют два метода:

· по допускаемым напряжениям

· по предельным состояниям.

Наибольшее распространение при расчете элементов механизмов находит дифференциальный метод определения допускаемых напряжений, основанный на установлении коэффициента запаса прочности рассчитываемой детали в зависимости от степени ее ответственности и режима работы механизма в конкретных условиях использования.

При выборе значений коэффициентов, входящих в суммарный коэффициент запаса прочности, учитывают необходимость обеспечения безопасности людей, сохранности груза и оборудования и целостности машин. Части машин, повреждения которых связаны с падением груза, опрокидыванием крана и другими факторами, рассчитывают с повышенным значением коэффициента запаса прочности.

Кроме того, при определении коэффициента запаса прочности учитывают специфику работы механизма грузоподъемной машины в условиях повторно-кратковременного режима с большим числом циклов в час. Изменение нагрузки и частота ее приложения приобретают особое значение при расчетах на сопротивление усталости.

При расчете элементов механизмов на прочность необходимо учитывать влияние ударных нагрузок, появляющихся при резких пусках и остановках, при отрыве груза от поверхности без предварительного натяжения каната и т. п.

При расчете элементов из пластичных материалов за предельное напряжение принимают предел текучести, определяемый с учетом размеров детали, термообработки и характера нагружения; при расчете деталей из хрупких материалов принимают предел прочности, определяемый с учетом характера нагружения.

Методы расчета и запасы прочности таких особо ответственных деталей грузоподъемных машин, как канаты и цепи, регламентированы Правилами Госгортехнадзора.

В связи с совершенствованием технологических процессов производства стали и использованием материалов с более высокими механическими характеристиками, уточнением значений расчетных нагрузок и развитием методов расчета конструкции представляется возможным снизить значения коэффициентов запаса прочности.

Уточненные расчеты элементов конструкций и экспериментальные исследования показывают, что в ряде случаев в отдельных зонах конструкций возникают напряжения, превышающие предел текучести, однако конструкции продолжают нормально работать.

Проведенный анализ метода расчета по допускаемым напряжениям показывает, что наибольшие напряжения, возникающие в отдельных волокнах сечения элементов конструкции, не характеризуют ее несущую способность и не определяют наибольшую нагрузку, которую может выдержать эта конструкция без разрушения. Поэтому все шире внедряется более совершенный метод расчета по предельным нагрузкам.

Элементы конструкции должны быть так рассчитаны, чтобы при эксплуатации не возникали недопустимые или нежелательные разрушения, чрезмерные прогибы или вибрации.

При расчете по методу допускаемых напряжений коэффициентом запаса учитываются случайные отклонения от предпосылок, принимаемых при расчете, и его принимают таким, чтобы обеспечивалась нормальная работа конструкции.

Однако по этому коэффициенту трудно правильно оценить состояние конструкции при одновременном действии нескольких нагрузок, так как не учитывается специфика воздействия каждой из них.

Для этого необходимо выразить требования к работе конструкции, обеспечивающие надежность, и установить такие состояния конструкции, когда она перестает удовлетворять этим требованиям. Эти состояния конструкции называют предельными, а метод, основанный на анализе этих состояний, --* методом расчета конструкций по предельным состояниям.

При достижении предельного состояния конструкция оказывается на пределе возможности дальнейшей эксплуатации, при которой она еще может продолжать выполнять заданные функции.

Если предельное состояние превышается, то конструкция становится непригодной к дальнейшей эксплуатации. Метод расчета по предельным состояниям наиболее широко применяют при расчете строительных конструкций.

Использование этого метода, основанного на статистическом учете условий работы конструкции, позволяет отказаться от недостаточно обоснованного коэффициента запаса прочности и открывает широкие возможности устанавливать необходимые размеры и формы сечения металлоконструкции, исходя из конкретных условий ее эксплуатации.

В течение заданного срока службы в элементе конструкции могут возникать различные нагрузки. Разрушение элемента может произойти в результате однократного и многократного приложения нагрузки.

При сравнительно малом числе нагружений достаточна проверка прочности и устойчивости элемента при действии однократной наибольшей нагрузки, возможной в течение заданного срока службы.

Состояние, при котором однократное приложение нагрузки приводит к разрушению вследствие потери прочности или устойчивости, является первым предельным состоянием. Для металлоконструкции крана такое состояние может, например, наступить при действии ураганного ветра.

За начало разрушения при расчете по первому предельному состоянию принимают превышение предела текучести в каком-либо одном волокне сечения. Нагрузки при этом расчете считают статически действующими.

Целью расчета по первому предельному состоянию является обеспечение несущей способности (неразрушимости, устойчивости формы и положения) конструкции в возможных неблагоприятных условиях работы в период эксплуатации кранов, при их транспортировании и монтаже, а также ограничение чрезмерных пластических деформаций.

Если число нагружений достаточно велико, то необходима проверка на сопротивление усталости (расчетный случай I). Состояние, при котором происходит разрушение элементов крана вследствие усталостной потери прочности, также считается как первое предельное состояние.

Для правильно спроектированных, изготовленных и эксплуатируемых машин, оно наступает к концу заданного срока службы конструкции или ее части в результате суммарного действия всех нагружений за этот срок.

Для многих конструкций проверка на прочность и сопротивление усталости может оказаться недостаточной. Иногда вследствие наличия больших деформаций, но при сохранении прочности и устойчивости, конструкция теряет работоспособность, так как появляющиеся деформации или колебания препятствуют ее нормальной эксплуатации.

Это состояние является вторым предельным состоянием крана. Достижение второго предельного состояния не исключает дальнейшую эксплуатацию и является фактором, ограничивающим использование металлоконструкции крана в условиях нормальной эксплуатации.

Целью расчета по второму предельному состоянию является ограничение деформаций или перемещений из условий обеспечения необходимой точности работы, устранение неблагоприятных физиологических воздействий на обслуживающий персонал, обеспечение выполнения рабочих движений в условиях нормальной эксплуатации кранов. При проверке по второму предельному состоянию определяют расчетный прогиб и сравнивают его с допускаемым прогибом.

Законы распределения действующих нагрузок (масса груза, ветровая нагрузка, динамические нагрузки и т. п.) для всех видов грузоподъемных машин в настоящее время еще не достаточно изучены. Поэтому конструкции грузоподъемных машин методом предельных состояний можно рассчитать только после получения практических данных по работе конструкции в реальных условиях эксплуатации. Наиболее глубоко метод расчета по предельным состояниям разработан для башенных и некоторых типов мостовых кранов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Грузоподъемные машины относятся к машинам цикличного действия и включают грузоподъемные лифты и подъемники, грузоподъемные краны, тали, тельферы, подъемные столы и др.

На складах и в магазинах широко используют лифты различной грузоподъемности.

Основное назначение подъемно-транспортных машин - подъем и перемещение грузов. Развитие многих отраслей промышленности, транспорта и строительства связано с развитием и совершенствованием подъемно-транспортных машин. Работа крупных торговых предприятий, портов, железнодорожных узлов невозможна без механизации процесса подъема и перемещения грузов.

В настоящее время грузоподъемные, транспортные машины и такелажные средства, используемые при механизации работ на предприятиях очень разнообразны по назначению, области применения, принципам действия, конструктивному исполнению и номенклатуре.

Значение подъемно-транспортных машин заключается в том, что они являются:

1) эффективными средствами механизации на крупных торговых и промышленных предприятиях, в строительстве и на транспорте, выполняя наиболее трудоемкие процессы по перемещению различного рода грузов;

2) основой наиболее совершенного поточного производства, выполняя функции регулятора производства, определяя его ритм;

3) во многих случаях своим развитием определяют технический прогресс в технике и производственных процессах в строительстве, на транспорте и в промышленности.