книги / Расчеты металлургических кранов

Таблица 10

Фактические режимы работы кранов металлургических цехов

тельной тележки

Исследования работы мостовых кранов общего назначения и металлургических кранов различного типа, проведенные ВНИИПТМАШем, показали, что с повышением числа включений механизма продолжительность включения ПВ снижается за счет пауз [32]. Средние значения ПВ и числа включений в 1 мин машинного времени механизмов (h') некоторых типов металлур­ гических кранов имеют следующие величины:

Если произвести пересчет числа включений h' на число вклю­ чений в час (Л) с учетом ПВ и k4 = 1, то для механизмов пере­ движения колодцевого крана и передвижения тележки напольнозавалочной машины h > 600.

ХАРАКТЕР ВНЕШНИХ НАГРУЗОК, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЕ КРАНЫ

Характер внешних нагрузок, которые испытывают металлурги­ ческие краны, в значительной степени определяется условиями технологического процесса и имеет определенную специфику для кранов различного назначения. Циклическая работа кранов, от­ носительное постоянство рабочих операций, мест захвата и раз­ грузки позволяют установить закономерности чередования и ве­ личины внешних нагрузок.

Металлургические краны находятся под воздействием следую­ щих нагрузок: 1) собственного веса конструкций и оборудования; 2) веса полезного груза и грузозахватных устройств; 3) ннер-

26

ционных нагрузок, возникающих в процессе пуска и торможе­ ния; 4) ветровой нагрузки (для кранов, работающих на открытых эстакадах); 5) нагрузок от температурного воздействия; 6) тех­ нологических нагрузок. Нагрузки от собственного веса при рас­ чете деталей механизмов обычно не оказывают существенного влия­ ния на их прочность, но собственные веса смежных элементов и уз­ лов крана подлежат учету. Наиболее надежные данные по опреде­ лению собственного веса механизмов и металлоконструкций на стадии расчетов дают материалы по ранее выполненным машинам.

Грузоподъемность крана определяет максимально допустимый вес поднимаемого груза. Для кранов магнитных, грейферных и с траверсами вес грузозахватных устройств включается в грузо­ подъемность. Краны металлургического производства работают с грузами, близкими по весу к номинальному.

Инерционные вертикальные и горизонтальные нагрузки, воз­ никающие в период пуска и торможения, велики и обусловлены высокими ускорениями при разгонах и торможении.

Ветровая нагрузка на кран, работающий на открытом воздухе, определяется для рабочего и нерабочего состояний (ГОСТ 1451—65).

1. Ветровая нагрузка на кран в его рабочем состоянии учи­ тывается при расчете металлоконструкций, механизмов передви­ жения и вращения. Она находится по формуле

с— аэродинамический коэффициент элементов кон­ струкций;

2. Ветровая нагрузка на кран в нерабочем состоянии учиты­ вается при расчете металлоконструкций и противоугонных устройств. Она определяется по формуле

Л»,з = SPo/v

27

Скоростной напор ветра q0 на высрте 10 м от земли прини­ маемся в зависимости от географии района, в котором работает кран (по ГОСТу 1451—65):

по методу предельных состояний принимается равным 1,1, при расчете по методу допускаемых напряжений— 1,0.

При расчетах на выносливость эквивалентная ветровая на­ грузка принимается q0 = 5 кгс/м2.

Температурное воздействие вызывает изменение линейных раз­ меров элементов крана. Для металлических конструкций колеба­ ния температуры окружающей среды учитываются для крупно­ габаритных статически неопределимых в отношении опорных реак­ ций систем. Установка валов и осей механизмов выполняется по статически определимым схемам. Системы смазки и смазочные материалы выбирают в зависимости от температурного ре­ жима.

Технологические нагрузки, возникающие в процессе работы кранов металлургического производства, связаны с выполнением обслуживаемых процессов. Чаще всего эти нагрузки оказываются максимальными для рабочего состояния крана. Определенным типам металлургических кранов присущи специфические технолог гические нагрузки, например при выполнении следующих опера­ ций: выталкивание слитков из изложниц и отрыв их от поддонов (краны для раздевания слитков); разравнивание шихты в печах, проталкивание составов вагонеток с мульдами (завалочные краны и машины); чистка подин нагревательных колодцев, подъем упав­ ших в колодец слитков, удар клещами о слитковозы (колодцевые краны); поворачивание поковки кантователем при ударах молотом (ковочные краны) и др.

Точный расчет величин технологических нагрузок, которые характеризуются динамическим воздействием на механизмы и ме­ таллоконструкции кранов, затруднен. Часто воздействие техно­ логических нагрузок приводит к разрушению элементов конструк­ ций и деталей механизмов. Поэтому металлургические краны должны снабжаться устройствами, ограничивающими ,передачу усилий и моментов в пределах безопасных величин.

Сочетания внешних нагрузок при расчетах механизмов бе­ рутся для рабочего и нерабочего состояний крана. Расчеты для рабочего состояния крана производят для двух возможных слу­ чаев: А —■нормальные нагрузки, Б — максимальные нагрузки.

28

Расчеты для нерабочего состояния производят при максимальных нагрузках нерабочего состояния крана — случай В.

Р а с ч е т н ы й с л у ч а й А. Кран работает с номинальным грузом в нормальных условиях эксплуатации. В качестве расчет­ ных нагрузок принимаются собственные веса конструкции, но­ минального груза и грузозахватных устройств; инерционные на­ грузки при расчетных режимах пуска и торможения (механиче­ ским либо электрическим торможением); эквивалентная ветро­ вая нагрузка.

Р а с ч е т н ы й с л у ч а й Б. Работа крана происходит с номинальным грузом при максимальных дополнительных и слу­ чайных нагрузках. В качестве расчетных нагрузок принимаются собственный вес конструкций и вес испытательного груза; инер­ ционные нагрузки при экстренном механическом и интенсив­ ном электрическом торможении, резком пуске, внезапном отклю­ чении или включении тока; технологические нагрузки; предель­ ная ветровая нагрузка рабочего состояния крана. Нагрузки ве­ роятных режимов торможения и пуска, не предусмотренных рас­ четами, ограничиваются максимальными моментами тормозных устройств, электрозащитой, муфтами предельного момента и др. Технологические нагрузки ограничиваются либо специальными приборами и устройствами, либо условиями на эксплуатацию крана.

Р а с ч е т н ы й с л у ч а й В. Кран, установленный на от­ крытой эстакаде, находится в нерабочем состоянии. В качестве расчетных нагрузок принимаются собственный вес конструкций; ветровая нагрузка нерабочего состояния крана.

Комбинации нагрузок для трех случаев расчетных состояний приведены в табл. И [3].

При расчете на прочность металлоконструкций рассматривают три расчетных состояния со следующими комбинациями нагрузок.

1.Предельные нагрузки рабочего состояния, где учитываются собственный вес, веса полезного груза и грузозахватных устройств, силы инерции, предельная ветровая нагрузка в рабочем состоянии крана и температурное воздействие.

2.Предельные нагрузки нерабочего состояния, где учиты­ ваются собственный вес конструкций, действие ветра в нерабочем состоянии крана и температурные воздействия.

3.Аварийные нагрузки, где учитываются специфичные техно­ логические нагрузки по условиям работы крана.

Расчет металлоконструкций на выносливость ведут по нормаль­ ным нагрузкам в рабочем состоянии крана, причем полезный груз принимается по эквивалентной величине.

Рекомендации по расчетным нагрузкам для кранов общего назначения [10] распространяются также на литейные краны. Для других кранов металлургического производства, работающих в более интенсивных режимах, возможны дополнительные соче­ тания нагрузок при совмещенной работе двух и более механизмов.

29

Таблица I f

Расчетные состояния крана, нагрузки н методы расчета

СРОК СЛУЖБЫ ДЕТАЛЕЙ МЕХАНИЗМОВ И МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИЙ

Расчет по максимальным нагрузкам в рабочем состоянии крана обеспечивает объемную прочность его основных элементов, а при необходимости также проверку на деформацию- В качестве кри­ терия прочности принимается соответствие фактического напря­ женного состояния элемента предельно допустимому (для данного состояния материала).

С повышением долговечности возрастает стоимость крана, а снижение долговечности приводит к увеличению эксплуатацион­ ных расходов. Поскольку условия работы отдельных элементовкрана неодинаковы, сроки их службы также различны. Целесооб­ разно обеспечить не равную долговечность всех элементов машины, а такую которая позволяла бы производить замену быстроизна­ шиваемых деталей и узлов в плановые остановки крана на ре­ монты .

ВНИИПТМАЦ1ем на основе обследовании большого числа однотипных деталей крановых механизмов построены кривые рас­ пределения долговечности и кривые выхода деталей из строя [24*

30