Проектирование систем вывешивания войсковых кранов

Система вывешивания войсковых кранов предназначена для повышения их устойчивости, а также для разгрузки рамы и подвески шасси от веса поднимаемого груза.

Более 50% всех аварий, происходящих при погрузочно-разгрузочных работах, связано с потерей кранами устойчивости. Поэтому к системам вывешивания предъявляется ряд специальных требований:

исключение потери устойчивости краном вследствие воздействия статических и динамических нагрузок в реальном диапазоне их изменения;

невысокие требования к допустимым грунтовым площадкам пунктов перегрузки как по отношению к их рельефу, так и по отношению к несущей способности грунта;

обеспечение требуемой высоты вывешивания опорной рамы крана;

высокое быстродействие;

исключение приседания крана на домкратах в вывешенном положении;

обеспечение автоматизации процессов вывешивания крана и приведения в походное положение;

достаточная надежность при эксплуатации;

простота и технологичность конструкции и др.

Проектирование системы вывешивания производится по сле­дующим этапам:

разработка принципиальной схемы системы вывешивания;

выбор опорной схемы и расчет усилий на опоры;

выбор и расчет домкратов и их привода;

проектирование систем управления, сигнализации и контроля горизонтальности;

технико-экономическая оценка.

Рассмотрим содержание основных этапов проектирования систем вывешивания (СВ).

Принципиальная схема СВ выбирается на основе анализа данных систем различных кранов и современного развития систем управления и гидропривода. В общем случае в состав СВ входят следующие элементы: исполнительные органы (домкраты) различных типов; привод домкратов; система управления вывешиванием; система контроля горизонтальности; система сигнализации.

Домкраты обеспечивают вывешивание опорной рамы крана относительно горизонта.

Привод обеспечивает приведение в действие домкратов при вывешивании крана.

Система управления вывешиванием осуществляет пуск, останов, реверс движения домкратов, автоматическое регулирование скорости и обеспечение требуемой точности горизонтирования совместно с системой контроля горизонтальности.

Система сигнализации призвана автоматически подавать сигналы о возникновении крена крана больше допустимого.

Под опорной схемой понимается количество и расположение опорных элементов СВ относительно продольной и поперечной осей шасси. Взаимное расположение опорных элементов на шасси определяет размеры и форму опорного контура.

Войсковые краны малой грузоподъемности обычно имеют четырехточечную опорную схему прямоугольной формы.

В СВ войсковых кранов обычно реализуется полное вывешивание (схема искусственного опирания). При полном вывешивании обеспечивается полный отрыв колес шасси от грунта с гарантированным зазором. При этом все массовые нагрузки и внешние силовые факторы, действующие на кран, приводятся к опорным реакциям только домкратов СВ.

Нагрузка на опоры переменная и зависит не только от веса груза, но и от положения поворотной части относительно неповоротной и вылета стрелы. Нагрузка передается через выносные опоры на грунт. Опорные элементы крана будут нагружены (рис. 134): весом неповоротной части G_нп; весом груза Q×g; весом вращающейся части G_ВЧ; ветровой нагрузкой на кран P_в, на стрелу крановой установки P_в2, на поднимаемый груз P_в1; силой инерции P_ин груза; центробежной силой P_ц при повороте вращающейся части.

Рис. 134. Схема нагрузок на кран

Инерционные нагрузки, возникающие при подъеме или торможении груза, определяются по выражению

, (148)

где- скорость подъема (опускания) груза;

- время пуска (торможения) механизма подъема.

Центробежная сила, возникающая при повороте вращающейся части крановой установки, находится по выражению

(149)

где - окружная скорость груза при вращении поворотной части.

Расчет необходимо проводить для режима работы при самых неблагоприятных условиях: максимальный вес поднимаемого груза, предельный угол наклона рабочей площадки (a=3^°), максимальная ветровая нагрузка; интенсивное торможение опускаемого груза, стрела расположена под углом y к продольной оси крана.

Центр масс неповоротной части (·)О находится на продольной оси x крана на расстоянии e₁ (рис. 135) от центра симметрии опорного контура (·)О₁.

Вертикальная составляющая P равнодействующей всех сил, действующих на поворотную часть, будет приложена к (·)О₂, которая находится на расстоянии r от оси вращения крановой установки (·)О₃. Ось стрелы находится под углом y к продольной оси крана.

Величина силы Р и расстояние r (рис. 134 и 135 ) находятся из следующих выражений

;

.

Рис. 135. Расчетная схема для определения нагрузок на домкраты

Горизонтальная составляющая P₁ равнодействующей всех сил, проходящая на высоте h от опорной поверхности, находится следующим образом:

;

.

Перенесем действующие на крановую установку силы P и P₁в точку 0₃.В результате переноса получим, что в точке 0₃ приложены силы P , P₁и момент

.

Этот момент можно разложить на составляющие, действующие в продольной и поперечной плоскостях.

Вертикальная сила P и моменты M_x , M_y создадут нагрузки на опоры.

С допустимой для инженерных расчетов точностью можно принять, что опорные нагрузки обратно пропорциональны отрезкам, на которые точки приложения равнодействующей силы и плоскость момента делят продольную и поперечную стороны a, b опорного контура.

Реакции на опорах от веса неповоротной части будут равны (рис. 135)

,

.

Реакции на i-ю опору от вертикальной составляющей равнодействующей сил P , действующих на поворотную часть, находятся из следующих выражений:

Реакции опор от момента

,

.

Суммарная реакция опоры равна алгебраической сумме отдельных реакций, действующих на эту опору.

Анализ полученных, выражений свидетельствует, что наиболее нагруженной опорой является опора 1, а наименее нагруженной - опора 4.

Максимальная реакция R₁на опору 1будет при определенном угле y поворота стрелы крановой установки. Для его определения достаточно приравнять нулю первую производную от выражения для реакции R₁ .

,

.

Откуда , т.е. нагрузка на опору 1 имеет максимальное значение при .

Для нахождения , подставим в выражение для R₁ значение .

По величине нагрузки рассчитываются домкраты СВ.

Для обеспечения требуемой устойчивости крана даже на слабых грунтах площадь A_опконтакта опорного элемента СВ с грунтом должна быть равна

,

где q_Г =0,07 МПа - допускаемое давление на слабый грунт;

D_оп- требуемый диаметр опоры домкрата.

Рассмотренные этапы проектирования СВ позволяют найти основные параметры, необходимые для детальной разработки её элементов.