книги / Строительные краны

Аварийность кранов различна для различных типов башенных кра­ хов. На 1000 работающих башенных кранов приходится от 0,4 до 11,2

.аварий в год, причем под аварией понимается любая зарегистрирован­ ная неисправность, приведшая к прекращению работы крана.

Перегрузки крана бывают прямые и косвенные. Так, случаи статиче­ ской перегрузки крана распределялись следующим образом (в %):

Эти данные, относящиеся к современным башенным кранам, широко используемым в строительстве, характерны и для других типов стрело­ вых строительных кранов.

Так, например, анализ аварийности стреловых кранов за более дав­ ний период (5 лет с начала 40-х годов), когда башенных кранов в экс­ плуатации почти не имелось, показывает следующее [17].

Аварийность стреловых кранов (железнодорожных, гусеничных, авто­ мобильных) вследствие потери ими устойчивости составляла 52%. При­ чинами опрокидывания кранов являлись (в %):

ходит обычно в результате нарушения норм эксплуатации.

Поэтому основным методом снижения аварийности строительных кра­ нов от опрокидывания является соблюдение указанных норм, чему долж­ но способствовать оснащение кранов соответствующей контрольно-пре­ дохранительной аппаратурой: ограничителями грузоподъемности, указа­ телями ветрового давления и др.

Устойчивость крана против опрокидывания должна быть такова, что­ бы в условиях нормальной эксплуатации при возникновении любых до­ пустимых нагрузок (статических или динамических) опрокидывание не

могло произойти.

Анализ такого нагружения крана в условиях нормальной эксплуата­ ции впервые был рассмотрен в работе [17] и приводится ниже.

Рассмотрим в общем виде условия устойчивости крана весом G, под­ верженного действию моментов заданных сил I>MS и сил инерции SMj без учета упругости его элементов и податливости основания. При этом примем, что в момент 2Mj входят только те инерционные силы, которые

при проектных расчетах принимают действие импульсивных сил настоль­ ко длительным, что их можно считать постоянно действующими и скла­ дывать с остальными стабильными нагружениями, ориентируясь на наи­ более неблагоприятные из возможных сочетаний заданных и инерцион­ ных сил.

Кроме того, поскольку расчеты по определению устойчивости не мо­ гут быть абсолютно точны, принимают, что для гарантии безопасной Эксплуатации крана он должен обладать еще и некоторым запасом

УСТОЙЧИВОСТИ М з а п-

01

02

03

Рис. 23. Осциллограмма исследования устойчивости крана:

1 — усилие в подъемном канате; 2 — усилие в стрело-подъемном канате; 3 — усилие, создаваемое тормозом; 4 — колебания ходовой рамы крана (гироскопа); 0 — нуль соответствующей кривой;

А — начало процесса

Таким образом, общее уравнение устойчивости крана, базирующееся на этих предпосылках, можно представить в виде

MG— Ш5—Ш,- — Мзап= 0.

Возможен еще один вид нагружения крана, способный вызвать его опрокидывание, не всегда регламентируемый, но подлежащий анализу при расчете. Это экстренное нагружение, возникающее, когда в груже­ ном кране, при наименьшем вылете стрелы, внезапно снимается грузовая нагрузка. Этот случай был впервые рассмотрен с использованием энер­ гетического метода в работе [17].

При максимальном грузе, подвешенном на крюке, система кран — стрела находится в напряженном состоянии, при котором накоплена не­ которая потенциальная энергия, зависящая от величины перемещения

обрыве строп или выпадении груза из них) накопленная потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию движения крана и стре­ лы. Стрела при этом подскакивает и, если ее кинетическая энергия до­ статочна, запрокидывается.

При этом центр тяжести стрелы перемещается в сторону крана, что нарушает условия собственной устойчивости и может привести к опро­ кидыванию крана назад. Для борьбы с запрокидыванием стрелы при­ меняют упоры на двуногой стойке, головке башни или каркасе кабины или гибкие тяги под стрелой, прикрепленные к выступающим частям крана. Наличие упоров или тяг видоизменяет процесс, и опрокидываю­ щий момент создается только ударным импульсом без участия полного статического момента, возникающего при запрокидывании стрелы. Это бывает обычно достаточным для того, чтобы собственная устойчивость крана оставалась положительной. Поэтому применение упоров или тяг, удерживающих стрелу от запрокидывания, целесообразно.

вается применение метода опрокидывающего груза при следующих усло­ виях: основание крана (кроме плавучего) принимается горизонтальным и жестким; остальные параметры — согласно табл. 46.

Т а б л и ц а 46

Условия устойчивости кранов Европейской Федерации по погрузочно-разгрузочным машинам

Бельгийские нормы устойчивости (NBN 159 п. 4 — 1963 г.) преду­ сматривают для строительных кранов (группа А) коэффициенты запаса устойчивости, приведенные в табл. 47.

Т а б л и ц а 47

Бельгийские нормы устойчивости кранов по NBN 159

Коэффициент Состояние Расчетные нагрузки запаса

устоЛчивости

Если стрела крана может свободно поворачиваться «по ветру», то принимают, что ураганный ветер действует сзади. При этом коэффициент запаса боковой устойчивости, в случае действия ветра спереди или сбо­ ку, должен быть не менее 1 ,1 .

Устойчивость при обрыве строп надо рассчитывать исходя из предпо­ сылки, что работа, необходимая для перевода крана в положение не­ устойчивого равновесия, с учетом ветра при рабочем состоянии, должна быть меньше работы деформации от веса груза.

В работах Института подъемно-транспортной техники ГДР вносится предложение о проверке устойчивости энергетическим методом, излагае­ мым так.

Для всех стреловых кранов характерно, что энергия £ ь накапливае­ мая в кране при подъеме груза, меньше, чем энергия Е2у вызывающая опрокидывание крана, т. е. Е\ < £ 2.

Приводятся расчетные формулы, определяющие значения Е\ и Е2. Отдельно отмечается, что энергия £ 3, накопленная в стреле при подъеме груза, меньше энергии £ 4, необходимой для ее запрокидывания,

т. е. £ 3 < £ 4.

Для этого случая также приводятся расчетные формулы, определяю­

Q — расчетная нагрузка от веса поднимаемого груза;

bG и bQ— плечи сил GKp и Q относительно ребра опрокидывания, опре­ деляемые с учетом наклона основания крана, принимаемого как 0 ,1 /С, где К — колея крана в м\

M w и M'w— моменты, относительно ребра опрокидывания, действующие

соответственно при рабочем и нерабочем состоянии крана; т — коэффициент условий работы (табл. 37, 38).

Эта методика не предусматривает отдельного учета динамических нагрузок, считая, что они полностью перекрываются учетом коэффициен­ та условий [27].

Вышеприведенную формулу можно привести к виду

т. е. она ориентирована на моментный метод определения устойчивости. Если принимать коэффициенты перегрузки для всех нагрузок, кроме груза, равными единице, то предложенный метод по результатам иден­

тичен методу опрокидывающего груза.

Значения коэффициента т , согласно табл. 37 и 38, равные 0,75—0,52, обеспечивают коэффициент статической устойчивости 1,33—1,9, который лежит в зоне норм, предусмотренных правилами Госгортехнадзора, ори­ ентированных при определении грузовой устойчивости на метод опро­ кидывающего груза, а при определении собственной устойчивости — на моментный метод. В СССР метод определения устойчивости крана и со­ ответствующие нормы регламентируются правилами Госгортехнадзо­ ра [37] в виде следующих условий проверки (рис. 24).

Коэффициент грузовой устойчивости К\ определяется как отношение моментов относительно ребра опрокидывания, т. е. момента устойчиво­ сти, создаваемого (с учетом влияния наибольшего, допустимого при ра­ боте крана, уклона), весом всех частей крана уменьшенного на величину моментов дополнительных нагрузок (ветровой для рабочего состояния

крана по ГОСТу 1451—65 и инерционных), к опрокидывающему момен­ ту, создаваемому рабочим грузом.

Коэффициент грузовой устойчивости должен быть не менее 1,15. Числовое значение коэффициента грузовой устойчивости нужно опре­ делять при направлении стрелы перпендикулярно ребру опрокидыва­ ния К{, а также под углом 45° с учетом дополнительных касательных

инерционных сил, возникающих при торможении вращающейся части крана К\

Кроме того, надо выявлять коэффициент статической грузовой устой­ чивости К\т, который определяется как отношение моментов относитель­

но ребра опрокидывания — момента, создаваемого, без учета уклона и

дополнительных нагрузок, весом всех частей крана, к моменту, создавае­ мому рабочим грузом. Коэффициент статической грузовой устойчивости должен быть не менее 1,4.

Коэффициент собственной устойчивости К2 определяется как отно­ шение моментов относительно ребра опрокидывания — момента, созда­ ваемого, с учетом влияния уклона, весом всех частей крана, к моменту, создаваемому ветровой нагрузкой для нерабочего состояния крана (при­ нимаемой по ГОСТу 1451—65).

Коэффициент собственной устойчивости должен быть не меньше 1,15. Коэффициент собственной устойчивости определяют при наиболее не­ благоприятном положении крана относительно ветровой нагрузки, при­ чем для кранов с механически изменяемым вылетом стрелы (крюка) допустимо (хотя и нежелательно) определять коэффициент собственной устойчивости в предположении, что стрела опущена в нижнее рабочее положение. В этом случае обязательна проверка собственной устойчи­ вости при наименьшем вылете стрелы и действии ветра при рабочем со­

стоянии.