Устойчивость кранов

Степень устойчи­вости свободно стоящих кранов, определя­емая коэффициентами устойчивости, пред­ставляет собой отношение удерживающего момента к опрокидывающему. Нагрузки, создающие опрокидывающий момент в этих кранах, как правило, приложены за пределами опорного контура, а сила тяжести крана, приложенная внутри опор­ного контура, создает соответственно удерживающий момент. При разных поло­жениях рабочего оборудования изменяют­ся координаты его центра тяжести, зна­чения действующих сил и их плечи, а, следовательно, значения опрокидывающих и удерживающих моментов. Коэффици­енты устойчивости и методика их опре­деления регламентированы правилами Госгортехнадзора, а для башенных кра­нов – соответствующим ГОСТом.

Различают грузовую (во время работы) и собственную (в нерабочем состоянии) устойчивость. Проверку устойчивости производят в условиях, когда сочетание действующих на кран нагрузок наиболее неблагоприятно с точки зрения возможности опрокидывания крана. Согласно правилам Гостехнадзора значения коэффициентов грузовой и собственной устойчивости должны быть не менее 1, 15.

При проверке грузовой устойчивости считают, что кран стоит на наклонной площадке, подвержен действию ветра, поворачивается, одновременно тормозится опускаемый груз и движущийся кран (рис. 9.1, а).

Коэффициент грузовой устойчивости

, (9.1)

где — мо­мент, создаваемый силой тяжести частей крана относительно ребра опрокидывания, Н∙ м;

— суммар­ный момент сил инерции и груза, возника­ющих в процессе торможения крана и груза, и центробежной силы при вращении крана с грузом, Н∙ м;

М_в= — мо­мент, создаваемый ветровой нагрузкой рабочего состояния на кран и груз, дейст­вующий параллельно плоскости, на кото­рой установлен кран, Н∙ м;

— момент, создаваемый номинальным весом груза относительно ребра опрокидывания, Н∙ м;

G – масса крана, кг;

b – расстояние от оси вращения крана до ребра опрокидывания, м;

c – расстояние от плоскости, проходящей через ось вращения крана параллельно ребру опрокидывания, до центра тяжести крана, м;

h – расстояние от центра тяжести крана до плоскости, проходящей через точку опорного контура, м;

α – угол наклона пути крана, град;

g – ускорение силы тяжести, м/с²;

W_кр – сила давления ветра на наветренную площадь крана, Н;

W_гр – сила давления ветра на наветренную площадь груза, Н;

L – расстояние от головки стрелы до плоскости, проходящий через точки опорного контура, м;

Q – масса поднимаемого груза, кг;

А – расстояние от плоскости, проходящей через ось вращения крана параллельно ребру опрокидывания, до центра тяжести наибольшего подвешенного груза, м.

Сила инерции при торможении опуска­ющегося груза

, (9.2)

где — скорость установившегося движения груза, м/с;

t — вре­мя торможения, с.

F_ин.гр совпадает с силой тя­жести груза и приложена к оси головных блоков. Опрокидывающий момент от этой силы

. (9.3)

При торможении движущегося крана силы инерции возникают от массы крана и груза, которые направлены горизонтально вдоль пути перемещения крана. Опроки­дывающий момент от этих сил

, (9.4)

где – скорость передвижения крана, м/с;

t – время торможения крана, с.

Во время поворота крана возникает горизонтально направленная центробеж­ная сила F, создающая опроки­дывающий момент М_ц. При этом

; (9.5)

, (9.6)

где — угловая скорость крана, рад/с;

п — частота вращения крана об/с.

Под действием центробежной силы груз отклоняется от вертикали на угол β и радиус вращения груза превысит вылет крюка крана . Тогда центробежная сила

, (9.7)

где Н – расстояние от головки стрелы до центра тяжести подвешенного груза, м.

Опрокидывающий момент этой силы

М_ц = . (9.8)

Коэффициенты грузовой устойчивости К_Г определяются для двух расчетных положе­ний стрелы: 1) стрела направлена в сторону уклона и перпендикулярна ребру опрокидывания; 2) стрела направлена в сторону уклона, но расположена под углом 45° к ребру опрокидывания (в пла­не).

Правилами Госгортехнадзора допуска­ется проверка грузовой устойчивости крана без учета дополнительных нагру­зок. При этом кран считается установлен­ным на твердой горизонтальной площадке в безветренной зоне, на крюке подвешен груз для данного вылета стрелы, а меха­низмы крана не совершают движений. Коэффициент грузовой устойчивости определяется как отношение момента, создаваемого весом всех частей крана, к моменту, создаваемому рабочим грузом, относительно того же ребра опрокидывания. В этом положении должно соблю­даться условие

(9.9)

При проверке собственной устойчивости (рис. 9.1, б) считают, что кран стоит на наклонной площадке, стрела установлена вдоль пути, вылет — минимальный, кран подвержен действию только ветра нерабочего состояния.

Рис. 9.1. Схемы к проверке устойчивости стре­лового крана: а — грузовой; б — собственной

Коэф­фициент собственной устойчивости

, (9.10)

где - момент, создаваемый массой крана относительно ребра опрокидывания, Н∙ м;

М'_в - момент ветровой нагрузки нерабо­чего состояния, Н∙ м.

Для стреловых самоходных кранов авто­мобильных, пневмоколесных, гусеничных дополнительно проверяется устойчивость при движении на участках пути с продоль­ным и поперечным уклонами.