Нагрузки

2.1. Распределение весовой нагрузки от массы транспортируемого груза между полиспастами, %

Груз

Число полиспастов (ветвей каната)

Условные номера ветвей

площади пола, свободной отоборудования и смотровых проемов.

Весовую нагрузку от массы снега и гололеда учитывают только для кранов, имеющих пролет более 40 м. Эти нагрузки определяют в соответствии со СНиП 2.01.07-85 Нагрузки и воздействия .

Ветровая нагрузка. Эта нагрузка (ГОСТ 1451-77) вызвана давлением ветра на элементы конструкции краиов рассматриваемых типов и груз. Прн расчетах учитывают статическую составляющую этого давления.

Ветровая нагрузка

F = qkcnA,

(2.2)

где q - динамическое давление ветра; k - коэффициент, учитывающий изменение динамического дав.тения по высоте; с - коэффициент аэродинамической силы (аэродинамический коэффициент); А - расчетная площадь элемента конструкции или груза; п - коэффициент перегрузки; для нерабочего состояния крана п = 1,1; для рабочего п = 1,0.

Значения q соответствуют давлению и температуре воздуха соответственно 0,1 ЛШа и 15 °С. В полярных районах на высоте более 10 м значения давления ветра по сравнению с номинальным следует увеличивать на 10... 15%.

При определении давления ветра на кран в рабочем состоянии следует

учитывать ограничения раскачивания груза и мощности двигателей механизмов передвижения. Давление ветра в зависимости от назначения крана принимают равным 125... 500 Па. В особых случаях (например, для краиов, используемых для монтажа крупногабаритных конструкций) эти давления уменьшают до 50 Па.

Уточненные сведения о скоростях ветра для конкретных условий следует принимать по данным гидрометеорологической службы [40].

При расчете мощности двигателей ветровую нагрузку на кран в рабочем состоянии снижают на 30 % по сравие- нию с нормированным значением. Однако это снижение ветровой нагрузки не учитывается при расчете тормозов.

Значения коэффициента с аэродинамической силы приведены в ГОСТ 1451-77. В тех случаях, когда конфигурация элемента не отвечает рассмотренным в этом стандарте, могут быть использованы другие данные, приведенные в работах [36, 94]. Для трубчатых элементов, вдоль образующих которых установлены ребра или размещена проводка (изменяется характер обтекания элементов), рекомендуется принимать значения с = = 0,8-М ,0.

При скруглении кромок элементов прямоугольного сечения значения коэффициента с можно снизить в 2 ...

Нагрузки

2,5 раза по сравнению с стандартизированными значениями. Коэффициент с при наличии ограждений, лестниц, токоподводов и других элементов следует принимать с = = (1,05-г-1,10) с. При выборе коэффициента с для козловых краиов можно не учитывать площадь (теневую) стоеи опор, а также угол их наклона.

При расчетах мостовых и козловых краиов учитывают, в основном, ветровую нагрузку, действующую в продольном направлении относительно крановых путей.

Ветровые нагрузки, действующие в поперечном направлении относительно крановых путей, учитывают преимущественно при расчете механизмов передвижения грузовых тележек. Для козловых краиов ветровую нагрузку такого направления вводят в расчет в том случае, если на кран в нерабочем состоянии действует распределенная ветровая нагрузка 1000 Па, а для консольных кранов эту нагрузку вводят в расчет при LJL > 0,35 ... 0,40 (здесь Lr- вылет кон\ соли; L - пролет крана). \

Транспортные нагрузки. Они пред- \ ставляют собой сумму весовых и динамических нагрузок, возникающих вследствие толчков при перемещении транспортных средств. При перевозке частей крана автомобильным транс- / портом учитывают дополнительные/ вертикальные транспортные нагру ки, составляющие 200 ... 250 % вдовых нагрузок. Вертикальные дина-мические нагрузки при транспортировании частей крана железнодорожным транспортом могут сортавлять 60... 80 % весовых нагрузок. Кроме того, следует также учитывать горизонтальную, поперечные и продольные динамические транспортные нагрузки, составляющие соответственно 80 и 190 % весовых нагрузок [87].

Сейсмические нагрузки. Эти нагрузки учитывают в случаях, предусмотренных техническим заданием на кран; причем при расчете мостовых краиов учитывают колебания сооружения, на котором установлен кран 87].

Приближенно, основываясь на данных СНиП II-7-81 Нормы проектирования. Строительство в сейсмических районах , при интенсивности

землетрясений 7, 8 и 9 баллов в расчет кранов следует вводить ускорения, составляющие соответственно 1; 2 и 4 м/с. Необходимо также учитывать инерционную сейсмическую нагрузку

Ро = Gakr

(2.3)

где G - вес крана, Н; а -- ускорение, м/с; kn- динамический коэффициент; д= 1/[1 - (Т/То)Ч (здесь Т - период собственных колебаний конструкций для данного направления действия нагрузки, с; Тд - период вынужденных колебаний при землетрясении; Т(, 1 с).

При расчете горизонтальных сейсмических нагрузок массу подвешенного на канатах груза можно не учитывать; при определении вертикальной -сейсмической нагрузки учитывают 30 % массы этого груза. В районах, в которых прогнозируаиая интенсивность землетрясения не превышает 6 баллов, проверку кранов на сейсмостойкость не проводят.

Монтажные нагрузки. К ним относятся увеличенные на 15 ... 20 % весо-1 вые нагрузки, ветровые нагрузки, а также силы сопротивлений в испытывающих взаимное перемещение элементах козловых краиов (например, в уравнительных механизмах опор). При монтаже давление ветра обычно принимают 50 Па.

Нагрузки, возникающие от тепловых деформаций. Для мостовых и козловых краиов, установленных на открытом воздухе, их следует учитывать при пролете крана более 40 м (СНиП 2.01.07-85).

Эти нагрузки могут также возникать в элементах кранов, эксплуатируемых в непосредственной блнзойти от оборудования с интенсивным излучением теплоты, например, нагревательных печей.

Динамические нагрузки. В практических расчетах этих нагрузок используют преимущественно детерминированные методы, что и отражено в действующих нормах проектирования и расчета краиов. Однако при наличии необходимых исходных данных не исключена возможность использования методов теории вероятности и случайных процессов. Ре-

Нагрузки

зультаты, полученные по этим методам, в наибольшей мере соответствуют реальным процессам (см. данные С. А. Казака, Н. А. Лобова, В, И. Ключева и др.).

Динамические нагрузки могут вызывать колебания металлической

конструкции, неблагоприятно сказывающиеся иа состоянии оператора. Эффективным средством снижения этих нагрузок и длительности их i действия являются демпфирующие и виброзащитные устройства (РТМ 24.090) [41, 99].

Глава

СОПРОТИВЛЕНИЯ

ОТ ТРЕНИЯ В ЭЛЕМЕНТАХ

МЕХАНИЗМОВ

Рассматриваются сопротивления, возникающие в подшипниках, зубчатых передачах, муфтах и барабанах, кодовых колесах и роликах, а также в канатио-блочных системах. Сопротивления, за исключением сил сопротивлений от треиия качения, возрастают при низких температурах и редком нспользоваини механизмов. Неблагоприятное влияние иа значения сопротивлений оказывает иеполиая загрузка механизмов.

Механизмы используются при следующих условиях: температура от -40 до -f-40C! использование механизмов не реже чем одни раз в 10... 20 дней; загрузка ие менее 70 ... 80 % номинальной.

Сопротивления, за исключением вызванных качением колес, характеризуются безразмерными показателями - коэффициентами треиии или коэффициентом сопротивления движению, а также коэффициентами полезного действия. Сопротивления качению характеризуются коэффициентом трення качения, имеющим линейную размерность.

Сопротивления от трення в подшиц? ннках. Сопротивления в подшипниках качения оценивают условным коэффициентом треиия ц, отнесенным к диаметру вала. При благоприятных условиях (жидкостная смазка, отсутствие осевых нагрузок) = 0,0008-7-0,004. При нерегулярном смазывании пластичным смазочным материалом [и = = 0,0084-0,012, а при наличии осевой нагрузки (например, в ходовых колесах) ц = 0,015-0,020. Меньшие значения этого коэффициента относятся к шариковым, а большие - к роликовым подшипникам.

Сопротивления трению скольжения характеризуются коэффициентом трения /, значения которого для подшипников и шарниров с пластичным сма-

зочным материалом в зависимости от материала трущихся поверхностей следующие.

Материал трущихся поверхностей:

сталь по алюминиевой бронзе ............ 0,08

сталь по серому чугуну ... 0,10 сталь (НВ до 160) по стали

(НВ до 160)........ 0,15

сталь (НВ более 280) по

стали (НВ до 160)..... 0,12

сталь по пластмассе (полиамид) ........... 0,10

ч Прн низких температурах значения / возрастают на 30 ... 50 %. Для пары сталь - сталь без смазочного матфнала прн давлении 3 ... 5 МПа в подшипнике и скорости скольжения до 0,01 м/с /= 0,6 ... 1,0. Для пары сталь - полиамид без смазочного материала! / = 0,20-4-0,25.

Сопротивления в зубчатых передачах. Значения КПД (т)) одной пары зубча-ты2г передач для различных подшипников и условий работы прн направ--еннн силового потока от двигателя к канатному барабану или ходовому колесу приведены в табл. 3.1.

КПД одной пары зубчатых передач при направлении силового потока от барабана или ходового колеса к двигателю (торможение опускающегося груза или механизма передвижения)

Т1о =

Т1 - 0,01 11

(3.1)

КПД последовательно соединенных передач

Сопротивления в канатных барабанах и муфтах. КПД барабанов при

Сопротивленп] от трения в элементах механизмов

3.1. Расчетные значения ) для цилиндрической зубчатой передачи f89]

установке на подшипниках качения т] = 0,97-ь0,99; при установке на подшипниках скольжения т) = 0,95 -j0,97. КПД соединительных муфт (зубчатых и упругих втулочио-пальцевых) т) = 0,99.

Сопротивления от трення в ходовых Kcwiecax. Сопротивление (Н) перекатыванию колеса по рельсу (направляющей) при отсутствии проскальзывания

Го = 2kF/D, (3.4)

где k - коэффициент трения качения, м; F - радиальная нагрузка на колесо, Н; D - диаметр колеса, м.

В соответствии с рекомендациями Б. С. Ковальского при перекатывании колеса по рельсу с плоской головкой коэффициент трения качения (м>

ft = 1,2-10-2

(3.5)

где В - ширина рабочей поверхности рельса, м; £пр - приведенный продольный модуль упругости материала колеса, МПа;

1 £к+£р

(здесь и Ер - продольный модуль упругости соответственно колеса и рельса). Для стального колеса и рельса

,2,7-10-./-

(3.6)

Для цилиндрического колеса и рельса с выпуклой головкой

fe=p.l0-sl/-Р-, (3.7)

£пр

где р - геометрический коэффициент, определяемый по рис. 3.1, в зависимости от отношения радиуса кривизны головки рельса к диаметру колеса. Для стальных колеса и рельса

ft = l,71-10 p (3.8)

Значения коэффициентов сопротивления качению при нагрузках не более 5-106 Н и типовых значениях D/B, D, r/D приведены на рис. 3.2, а и б.

Формулы (3.7)-(3.8) могут быть также использованы для определения коэффициента сопротивления качению колес со сферическим (тороидальным) ободом, взаимодействующих с плоским рельсом. В этом случае г - радиус кривизны обода.

При перекатывании колеса, снабженного ободом (массивной шиной) из упругого неметаллического материала, по стальной поверхности сопротивление возрастает примерно пропорционально действующей на колесо радиальной нагрузке F и составляет (0,5-1,5) f/100 %.

При проскальзывании колес относительно рельса к значению сопротивления, определяемому по формуле (3.4), следует добавлять значение сопротивления Ай7ц.

При движении цилиндрического колеса по кольцевому рельсу с плоской головкой

В 2R

(3.9)

при движении конического колеса по плоскому рельсу

Дп= г-/tga; (3.10)

Сопротивления от трения в элементах механизмов

Рнс. 3.1. Зависимость коэффициента Р от отношения диаметра колеса к радиусу г скругления головки рельса

j f/0fM

Рис. 3.2. Зависимость коэффициентов трення качения k от нагрузки F на колесо:

а б - соответственно плоский и скругленный рельс; i D/B = 20; 2 - D/B = 10; 3 - D/B= 5; 4- D = О 8 м, г/D = 0,375: 5 - D = 0,4 м, г/D = 0,75; D = 0,25 м, г/D = 1,3

при отклонениях диаметров колес, кинематически связанных межет собой и перемещающихся по oднoJ\ рельсу,

Ar =f-/, (3.11)

где F - радиальная нагрузка на колесо; В - Ширина головки рельса; R - средний радиус кривизны рельса; / - коэффициент трения скольжения, для пары сталь по стали /=0,15; Dgp - средний диаметр колеса; а - центральный угол конусности колеса; AD - разность диаметров колес.

При определении суммарных сопротивлений передвижению ходовых колес (сопротивление трения качения, сопротивление от трения в подшипниках и в ребордах колес и др.) используют следующую зависимость:

yff=Yiw, (3.12)

где - суммарная вертикальная нагрузка на ходовые колеса крана или тележки; о), - коэффициент сопротивления движению.

Для предварительных расчетов значения и) могут быть приняты в зависимости от диаметра ходового колеса.

D, м 0,25 ... 0,56 ... 0,80...

0,50 0,73 1,0 О)-10 7,5 6 5

Для козловых кранов, перемещающихся по путям, уложенным на

песчаное или гравийное основание, приведенные выше значения w следует увеличить на 30 %. \ Более точно значения w могут быть оЬределены по формуле, предложен-иой\Б. С. Ковальским:

И) =.

Гор + Аш 1-0,031/Л

(3.13)

где щ - коэффициент, учитывающий суммарное сопротивление от трения качения колеса по рельсу и от трения подшипниках колеса с диаметром /вала d;

2k + vd . = -5-

L - пролег крана (колея грузовой тележки); А - колесная база крана или тележки (для многоколесных ходовых частей - по осям главных балансиров); Аи) - коэффициент дополнительных сопротивлений от трения в ребордах ходовых колес, проскальзывания колес по рельсу и трения в подшипниках при действии осевой нагрузки.

Для различных кранов и механизмов рекомендуются следующие значения Аи).

Кран:

мостовой, полукозловой: с циливдрическими двух-ребордными колесами . .

Ада-10-