Устойчивость портальных кранов

Под устойчивостью передвижных кранов понимается способность противодействовать опрокидывающим моментам. Она характеризуется коэффициентом устойчивости, равным отношению удерживающего момента М_уд к опрокидывающему моменту М_оп относительно ребра опрокидывания от нагрузок, действующих на кран:

К = М_уд / М_оп.

За ребро опрокидывания принимают линию, относительно которой проверяют устойчивость крана с учетом конструктивных особенностей ходовой части. При проверке устойчивости в поперечном направлении относительно кранового пути за ребро опрокидывания принимают линию середины головки рельса. При заторможенных колесах ходовой части при проверке устойчивости в продольном направлении относительно кранового пути за ребро опрокидывания принимают линию, соединяющую опорные точки передних или задних колес или оси балансиров, расположенные под соответствующими опорами кранов (см. рис. 1.20).

Различают грузовую и собственную устойчивость крана. Проверка грузовой устойчивости позволяет оценить работоспособность крана при работе с грузом номинальной массы, собственной устойчивости — устойчивость крана в нерабочем состоянии (без груза) под действием ветровой нагрузки. При расчете коэффициента запаса грузовой устойчивости за опрокидывающий момент принимают момент, создаваемый весом груза М_г, для собственной устойчивости — момент, создаваемый ветром нерабочего состояния М_вIII. Удерживающий момент М_К создается весом крана без груза и может уменьшаться от влияния наклона крана, а при рабочем состоянии — и от действия сил инерции и ветра рабочего состояния.

Общая структура формул для коэффициентов грузовой устойчивости К_г имеет вид

К_г = (М_к – å М_{g j} – å M_иj – å M_вIIj) / M_г, (1.118)

для коэффициента собственной устойчивости

К_с = М_к / å М_вIIIj. (1.119)

В формулах (1.118), (1.119) åМ_gj и åМ_иj – соответственно моменты относительно ребра опрокидывания от наклона оси (уклона пути) крана и сил инерции.

На рис. 1.66 показаны положения стрелы (сплошными линиями, см. рис. 1.66) и ребра опрокидывания (жирными линиями, см. рис. 1.66) при проверке грузовой устойчивости. За расчетное принимают то ребро опрокидывания, при котором коэффициент запаса устойчивости минимален.

При проверке собственной устойчивости стрелу ставят в противоположное направление (штриховые линии, см. рис. 1.66). Если наветренная площадь поворотной части в плоскости стрелы больше, чем с торца, то надо проверить устойчивость и при стреле, параллельной ребру опрокидывания.

Точное определение массы крана и координат его центра масс возможно только по полному комплекту рабочих чертежей. Приближенное определение этих характеристик может быть найдено по аналогии с осуществленными конструкциями [15].

Для портальных, как и вообще для поворотных кранов целесообразно координаты центров масс определять отдельно для поворотной (х_п, у_п, z_п) и неповоротной (х_н, у_н, z_н) частей крана по формулам

(1.120)

где m_i — масса учитываемого элемента; x_i, y_i, z_i — его координаты.

Расчет ветровой нагрузки рабочего и нерабочего состояний и координат ее приложения выполняют также отдельно для поворотной и неповоротной частей крана, причем поворотная часть рассматривается во всех необходимых по вылету и углу поворота положениях. При этом используются формулы видов (1.2) и (1.120).

Рис. 1.66. Схемы положений стрелы при расчете устойчивости портальных кранов

Коэффициент К_г грузовой устойчивости проверяют для двух случаев:

1) при стреле, перпендикулярной к ребру опрокидывания, и при наклоне крана в сторону опрокидывания на угол g, при действии ветра рабочего состояния и сил инерции, уменьшающих удерживающий момент, при одновременной работе всех механизмов (рис. 1.67) по формуле

(1.121)

2) при стреле, перпендикулярной к ребру опрокидывания, при расположении крана на горизонтальной плоскости и отсутствии сил инерции и ветра:

(1.122)

Рис. 1.67. Расчетная схема крана для проверки грузовой устойчивости

В формулах (1.121) и (1.122) Q и G — соответственно масса и вес груза на данном вылете, кг и Н; R_max — наибольший вылет при грузоподъемности Q, м; v₁ и t_1, v₂ и t₂ соответственно скорости и времена разгона (торможения) механизмов подъема и изменения вылета, м×с¹ и с; n — частота вращения крана; об/мин; g — угол наклона крана к основанию (для портальных кранов g ³ 1^o; с — расстояние от оси вращения крана до его центра масс, м; Н — длина подвеса груза, м; J_СИВ — приведенный к горизонтальному перемещению момент инерции звеньев системы изменения вылета крана, определяемый по формуле (1.99) без учета последнего члена, кг×м²; u_r и u_G — КПФ первого порядка, определяемые соответственно по выражениям (1.57) и (1.39), м.

Коэффициент собственной устойчивости (рис. 1.68) определяется по формуле К_С = G_К (а – с – h₁ sing) / P_ВIIIК ³ 1,15, где P_ВIIIК — ветровая нагрузка нерабочего состояния.

Рис. 1.68. Расчетная схема крана для проверки собственной устойчивости

Коэффициенты устойчивости К_Г и К_С необходимо проверять без учета рельсовых захватов.

Вопросы для самопроверки

1. Какие краны называются портальными?

2. Из каких элементов состоят портальные краны?

3. Как классифицируются портальные краны в зависимости от назначения?

4. В чем различие между перегрузочными и монтажными портальными кранами?

5. Как классифицируются порталы портальных кранов?

6. Какие типы металлических конструкций стрел применяются на портальных кранах?

7. Какие типы металлических конструкций хоботов применяются на портальных кранах?

8. Какие случаи нагружения рассматриваются при расчете металлических конструкций портальных кранов?

9. Какие комбинации нагрузок рассматриваются при расчете металлических конструкций портальных кранов?

10. Какие допущения принимаются при расчете давлений на опоры порталов?

11. Как учитывается влияние погрешностей изготовления крана и основания при расчете давлений на опоры порталов?

12. Какие требования предъявляются к механизмам подъема перегрузочных и монтажных портальных кранов?

13. Какова цель установки ограничителя грузового момента?

14. Как классифицируются ограничители грузового момента по способу сравнения фактических параметров с предельными?

15. Из каких элементов состоят механизмы передвижения портальных кранов?

16. Как классифицируются противоугонные устройства портальных кранов?

17. Чему равно удерживающее усилие, которое должны развивать противоугонные устройства?

18. Какие типы буферных устройств применяются на портальных кранах?

19. Как различаются механизмы вращения портальных кранов по компоновке?

20. Какие типы опорно-поворотных устройств применяют на портальных кранах?

21. В чем заключается допущение, применяемое при расчете опорно-поворотных устройств?

22. Какие требования предъявляются к системе изменения вылета портальных кранов?

23. Какова структура системы изменения вылета портальных кранов?

24. Как определяется грузовой неуравновешенный момент?

25. Как определяется кинематическая передаточная функция первого порядка?

26. Как проводится определение параметров прямой стрелы с уравнительным полиспастом?

27. В каких случаях применяются прямые стрелы с разнесенными блоками уравнительного полиспаста?

28. На чем основан принцип действия шарнирно-сочлененных стреловых систем?

29. В чем состоят преимущества и недостатки различных типов шарнирно-сочлененных стреловых устройств?

30. В чем состоят преимущества и недостатки прямых стрел с уравнительным полиспастом и шарнирно-сочлененных стреловых устройств?

31. На чем основан принцип действия шарнирно-сбалансированных стреловых устройств?

32. Назовите типы уравновешивающих устройств портальных кранов.

33. Какие требования предъявляются к уравновешивающим устройствам портальных кранов?

34. Дайте определение стрелового неуравновешенного момента.

35. Какие критерии качества используются при оптимизации параметров уравновешивающих устройств портальных кранов?

36. Какое условие определяет положение равновесия системы изменения вылета без груза?

37. Назовите типы механизмов изменения вылета портальных кранов.

38. Каким образом выбирается двигатель для механизма изменения вылета портальных кранов?

39. Для каких случаев проверяется время торможения механизма изменения вылета портальных кранов?

40. Дайте определение грузовой и собственной устойчивости кранов.

41. Для каких случаев положения стрелы крана определяется коэффициент грузовой устойчивости портальных кранов?