Режимы работы грузоподъемных машин

Долговечность ГПМ в основном определяется долговеч­ностью ее несущей конструкции. Поэтому режимы работы ГПМ нормированы именно по интенсивности циклического нагружения металлической конструкции. Согласно дей­ствующим российским нормам ПБ 10-382-00 и международным нормам ISO4301, группу режима работы крана (табл. 6.2) определяет сочетание класса использования (Uq- U₉), который характеризуется количеством циклов рабо­ты крана за нормативный срок службы (С_т), и режима нагружения (Q₁-Q₄), характеристикой которого является коэффициент распределения нагрузок

Здесь C_i— количество циклов работы крана с грузом массой Рi.; Р_mах — максимальная допустимая масса груза; т= 3 — показатель степени усталостной кривой.

Информацию о значениях С_i- и P_iберут из гистограммы нагружения крана, которая входит в состав данных по I расчетному случаю. Данные о режиме работы крана используют для расчета конструкции на сопротивление уста­лости (п. 10.3).

Если приведенные напряжения в основном сечении конструкции пропорциональны массе груза, то сочетания клас­сов использования и режимов нагружения, соответствующие одной группе режима работа крана, обеспечивают примерно одинаковую долговечность конструкции. Это допущение приближенно соответствует условиям нагруже­ния несущих конструкций кранов мостового типа, но не корректно для более сложных конструкций [2].

Весовые нагрузки

Собственный вес конструкции и постоянно находящего­ся на ней оборудования задается с использованием инфор­мации по машинам-аналогам, с учетом накопленного опы­та проектирования и известных рекомендаций. Оценку весов балочных элементов несущей конструкции выполня­ют по формуле

где р — плотность материала: для стали р= 7,8 т/м³, железобетона ρ= 2,4+2,6 т/м³ в зависимости от степени ар­мирования; k_G— коэффициент, учитывающий массу ре­бер, диафрагм, фланцев, рельсов, накладок, соединитель­ных планок и прочих деталей, не входящих в расчетное сечение, k_G= 1,1 +1,3; Z,₍и A_i— длина и площадь сечения элемента; g— ускорение свободного падения.

Коэффициент надежности по собственному весу маши­ны в СРПС Y(j= 1,05+ 1,20.Меньшие значения принима­ются для расчета конструкций типовых машин, большие — для предварительных расчетов при проектировании изде­лий оригинальной конструкции и с параметрами, суще­ственно отличающимися от известных аналогов.

Динамические нагрузки

Методы расчета динамических нагрузок рассмотрены в п. 5.4. При использовании СРПС коэффициент надежности по горизонтальным инерционным нагрузкам у_р = 1,1 + 1,5. Меньшие значения для механизмов, оборудованных систе­мой плавного регулирования скорости, большие — для ста­рых машин с нерегулируемыми двигателями с коротко- замкнутым ротором или с релейно-контакторной системой управления.

Наиболее эффективным средством снижения динамических нагрузок является использование приводов, обеспечивающих плавные управляемые разгон и торможение механизмов. В машинах с электроприводом для этого используют систе­мы управления на базе частотных преобразователей.

Климатические нагрузки

Поток ветра создает распределенную нагрузку на откры­тые элементы машины. Для стационарных сооружений, расположенных на открытом воздухе, ветровые нагрузки вычисляются по методикам СНиП 2.01.07-85* или СНиП 2.05.03-84. Для расчета подъемно-транспортных, строительных и подобных им машин следует использовать ГОСТ 1451-77.

Ветровая нагрузка на г-ю площадку вычисляется как сумма P_wi= P_wsi+ P_wdiстатической (средней) P_wsiи дина­мической (пульсационной) Р_wdiсоставляющих или по формуле (ГОСТ 1451-77)

(6.2)

где — коэффициент пульсаций ветра; — динамический коэффициент ветровой нагрузки. Нормативные значения этих коэффициентов при высоте конструкции до 100 м могут быть вычислены приближенно (с точностью ± 5 %) как

.

Здесь — высота расположения центра i-й навет­ренной площади, для подстановки в формулу h_tокругля­ется до 10 м в большую сторону; т — период собственных колебаний конструкции низшей частоты, . Для конструкций с частотой собственных колебаний динамическую составляющую ветровой нагрузки не учитывают.

Статическая ветровая нагрузка на элемент машины с наветренной площадью A_tвычисляется как (ГОСТ 1451)

(6.3)

Здесь — распределенное ветровое давление; где — коэффициент надежности по ветровой нагрузке,

— коэффициент влияния высоты ,на которой расположен i-йэлемент или груз; — аэродинамический коэффициент для этого элемента; q_w— динамическое давление ветра на высоте 10 м над уровнем земли. Значение наветренной площади груза для крюковых кра­нов с грузоподъемностью можно вычислятькак .При расчете в СРПС по нагрузкам II расчетного случая принимают , а для III — = 1,1.

Динамическое давление ветра рабочего состояния q_w, т. е. II расчетного случая, для грузоподъемных машин за­висит от назначения машины:

· для кранов всех типов, используемых на промышлен­ных, транспортных и строительных объектах, q_w= 125 Па;

· для кранов всех типов, работающих в речных и мор­ских портах, q_w= 250 Па;

· для кранов на морских судах q_w= 400 Па;

· для кранов, эксплуатируемых в условиях, не допуска­ющих перерыва в работе, q_w= 500 Па.

Динамическое давление ветра нерабочего состояния, т. е. III расчетного случая, зависит от индекса ветрового райо­на, в котором расположен кран (ГОСТ 1451):

Индекс ветрового района …	I	II	III	IV	V	VI	VII
…………

Если район установки крана не известен, то можно при­нимать q_w= 450 Па.

Аэродинамический коэффициент для объектов различ­ной конфигурации составляет:

· для балок с выступающими ребрами и поясными све­сами при отношениях h/b,соответственно равных 0,3-2,0, ;

· для ферм из прямоугольных профилей при коэффици­ентах заполнения соответственнос₄= 1,61,9;

· для ферм с трубчатыми стержнями при коэффициен­тах заполнения соответственно ;

· для коробчатых конструкций с гладкими поверхно­стями, кабин, противовесов, груза c_t= 1,2.

Наветренная площадь фермы вычисляется как

.

Здесь — площадь, ограниченная внешним контуром фермы; — коэффициент заполнения фермы, для раскосных и треугольных ферм со стойками d— средняя ширина стержней фермы (рис. 6.2, а, б).

Если конструкция состоит из нескольких ферм или балок одинаковой площади A_w,расположенных одна за другой, то суммарная ветровая нагрузка вычисляется по формуле

Рис. 6.2. Схема для расчета ветрового давления на ферму

где i— количество ферм; η — коэффициент ослабления ветрового давления.

Для расчетов по II расчетному случаю при 0,5 <u/h< 2 приближенно можно считать (рис. 6.2, в)

Специфическим видом ветрового воздействия являются силы, возникающие в результате периодических срывов вихрей при обтекании стержня ветровым потоком. Вихри последовательно срываются с одной и другой сторон стержня и создают переменные поперечные нагрузки (рис. 6.3). Если частота срывов вихрей оказывается близкой к часто­те собственных колебаний стержня или фрагмента конст­рукции, то они могут вызвать весьма существенные колебания. Это явление называется флаттер. Критическое зна­чение скорости ветра v_c(м/с), при котором возникнут ре­зонансные колебания в стержне, имеющем собственную частоту колебаний f_l(Гц), вычисляется по формуле

Рис. 6.3. Схема стержня в потоке воздуха

где d— диаметр стержня, м; S— число Струхаля, для стержней цилиндрического сечения S= 0,22, для прямо­угольного — S~ 0,11.

Для дробления ветровых вихрей на трубчатых стерж­нях используют гасители, представляющие собой спираль­ные ребра, приваренные к стержню.

Снеговые и гололедные нагрузки обычно не учитывают­ся при проектировании машиностроительных конструкций, но при необходимости их можно задать, руководствуясь нормами СНиП 2.01.07-85*.

Технологические нагрузки

Технологические нагрузки возникают при выполнении машиной технологических операций, для которых она пред­назначена. Для ГПМ технологической нагрузкой является вес груза, во всех расчетах принимаемый как ,где Q— номинальная грузоподъемность крана на канатах. Если задана грузоподъемность на грузозахватном органе, то от­дельно учитывается вес грузозахвата (траверсы, клещей, спредера и др.). Коэффициенты надежности по весу груза Yqзависят от грузоподъемности и назначения крана (п. 17.1.2).

Максимальные нагрузки на рабочем органе одноковшо­вых экскаваторов, ковшевых погрузчиков, бульдозеров ограничиваются условиями пробуксовки или опрокидыва­ния машины. Нагрузки на стенки сосудов давления, тру­бопроводов, резервуаров, бункеров для сыпучих материа­лов рассмотрены в работе [5]. Расчетные нагрузки для кон­тейнеров зависят от допустимого количества рядов установки контейнеров и способов захвата контейнера при погрузке. Расчетные нагрузки для универсальных контей­неров указаны в ГОСТ 20259. Для специальных металлур­гических кранов, землеройных, строительно-дорожных и других машин методы определения расчетных нагрузок описаны в специальной литературе.

Специальные нагрузки

Специальные нагрузки возникают в ситуациях, выхо­дящих за рамки нормальной эксплуатации машины. Это могут быть монтаж, транспортировка, сейсмические воздействия или аварийные условия, связанные с отказом тех­нологического оборудования в зоне работы машины, и т. п. Перечень таких ситуаций и комбинации нагрузок, кото­рые необходимо учитывать, устанавливаются в техниче­ском задании на машину.

Сейсмические воздействия рассмотрены в СНиП II-7-81*. Транспортные нагрузки возникают при перемещении ма­шины или ее элементов к месту монтажа либо эксплуата­ции на различных видах транспорта. При этом следует учитывать собственный вес перевозимых элементов, усло­вия крепления на транспортном средстве, вертикальные и горизонтальные инерционные нагрузки, возникающие при проходе неровностей пути, на поворотах (п. 5.4.1, 5.4.3) и при соударениях вагонов.