Основи теорії і розрахунку вантажопідіймальних машин

Навантаження на вантажопідіймальні машини. Всі навантаження, що діють на кран, основний вид вантажопідіймальних машин, діляться на: корисні сили технологічного опору, сили ваги вантажу і вантажозахоплюючих пристроїв; сили власної ваги його механізмів та металоконструкцій; сили тертя; динамічні навантаження та сили, які виникають внаслідок нахилу кранового шляху; навантаження зовнішнього середовища, вітрові, снігові, сейсмічні; навантаження, які виникають при монтажі і транспортуванні.

По тривалості дії всі навантаження поділяють на постійні, до яких відносять сили власної ваги і вагу вантажозахоплюючих пристроїв, та змінні.

Динамічні навантаження, які виникають внаслідок появи сил інерції в період несталого руху механізмів вантажопідйомної машини (пуск та гальмування), додатково навантажують ці механізми, тобто є шкідливими навантаженнями.

Величина сили інерції, яка виникає при поступальному русі мас, визначається за формулою

(2.1)

де m – маса деталей механізмів вантажопідйомної машини, які рухаються поступально;

V – швидкість поступального руху;

tH – час несталого руху.

При обертовому русі інтенсивність сил інерції оцінюють моментом сил інерції, величину якого визначають за формулою

(2.2)

де JЗВ – зведений момент інерції мас обертових деталей механізмів вантажопідйомної машини;

- кутова швидкість деталі.

При уточнених розрахунках деталей вантажопідйомної машини в період несталого руху необхідно враховувати динамічні навантаження коливного характеру, які виникають внаслідок їх пружності.

Вітрові навантаження визначають як суму статичних і динамічних сил і враховують при розрахунку елементів кранів, які працюють на відкритому просторі. Статична сила визначається за формулою

(2.3)

де р – розподілене вітрове навантаження;

А – розрахункова площа вантажу і металоконструкції вантажопідйомної машини.

Розподілене вітрове навантаження

(2.4)

де q – динамічний тиск на висоті 10м над поверхнею землі;

n – коефіцієнт перевантаження;

с – коефіцієнт аеродинамічної сили;

к – коефіцієнт, який враховує підвищення динамічного тиску залежно від висоти розташування крана над поверхнею землі, таблиця 2.1.

Таблиця 2.1

Висота над поверхнею землі, м | 10 | 20 | 40 | 60 | 100 | 200 | 350 і більше

к | 1 | 1,25 | 1,55 | 1,75 | 2,1 | 2,6 | 3,1

Динамічний тиск для робочого стану крана визначається за формулою

(2.5)

де - густина повітря, =1,23кгм3;

V – швидкість вітру, м/с.

Для неробочого стану крана приймають q=270…450Па.

Коефіцієнт перевантаження n вибирають в залежності від стану підйомної машини, n=1 – для робочого стану, n=1,1 – для неробочого стану.

Коефіцієнт с вибирають залежно від конструкції крана, с=0,8…1,2 - для конструкцій з труб, с=1,2 - для коробчастих конструкцій, прямокутних кабін, противаг і вантажів, с=1,5…1,6 - для плоских ферм прямокутних профілів.

Динамічну силу вітрового навантаження враховують тільки при розрахунках на міцність металоконструкцій кранів, і при розрахунках на стійкість баштових кранів. Величина цієї сили визначається за формулою

(2.6)

де - коефіцієнт динамічності конструкції крана;

к1 – коефіцієнт інтенсивності пульсації вітру, таблиця 2.2.

Таблиця 2.2

Висота крана,м | 0…20 | 20…30 | 30…40 | 40…50 | 50…60 | 60…100

к1 | 0,12 | 0,11 | 0,105 | 0,1 | 0,095 | 0,075

Коєфіцієнт визначають в залежності від періоду власних коливань крана

Снігове навантаження визначають як добуток горизонтальної проекції поверхні крана на тиск від снігу, що дорівнює 500…2000Па залежно від кліматичної зони.

Сейсмічні навантаження враховують тільки для районів, в яких сила землетрусів, які відбулись, була більшою за 7-м балів шкали Ріхтера.

Навантаження від нахилу кранового шляху враховують тільки для кранів, які рухаються по похилій поверхні або по поверхні значної величини.

Розрахункові навантаження. Як вже було сказано вище вантажопідіймальні машини можуть знаходитись одночасно під дією багатьох навантажень.

При розрахунку деталей, вузлів і металоконструкцій кранів виділяють три основні розрахункові комбінації навантажень: - нормальні умови експлуатації вантажопідйомної машини; - максимальні робочі і максимальні динамічні навантаження; - максимальні навантаження неробочого стану.

Для нормальних умов експлуатації виконується розрахунок деталей, вузлів і металоконструкцій крана на втомну витривалість, зносостійкість і довговічність з врахуванням власних сил ваги його металоконструкцій і механізмів, змінної ваги вантажу, ваги вантажозахоплюючого пристрою, сил інерції при несталому русі для нормативних значень швидкостей і прискорень, вітрового навантаження робочого стану, сил від нахилу кранового шляху при нормальному стані підкранових шляхів.

Для другого розрахункового випадку кран знаходиться в робочому стані під дією власних сил ваги його металоконструкцій і механізмів, максимальної ваги вантажу, ваги вантажозахоплюючого пристрою, сил інерції при несталому русі для ненормативних значень швидкостей і прискорень, які виникають при раптових пуску і гальмуванні, реверсі, максимального вітрового навантаження робочого стану, сил від максимального нахилу кранового шляху. В цьому випадку деталі механізмів та металоконструкцію розраховують на міцність відносно граничного напруження матеріалу елемента крана і проводять розрахунок на його вантажної стійкісті.

При третьому розрахунковому випадку кран знаходиться на відкритому просторі в неробочому стані, тобто вантаж відсутній і всі механізми крана не працюють. В цьому випадку на кран діють: власні сили ваги, вітрове навантаження неробочого стану, навантаження від снігу і обмерзання, сил від максимального нахилу кранового шляху. Для цієї комбінації навантажень здійснюють розрахунки на міцність відносно граничного напруження матеріалу елемента крана.

Для першої розрахункової комбінації навантажень розрахунки на втомну витривалість або опір втомі виконують для механізмів підйому вантажу. і зміни вильоту стріли при роботі крана в приміщенні. Підбір двигуна, сполучних муфт і гальма механізмів здійснюється по максимальній вазі вантажу, вибір редуктора за еквівалентними навантаженнями, які визначаються згідно графіка навантаження механізму в функції часу. На рис.1.18 наведений такий графік навантаження механізму підйому вантажу для різних режимів його роботи. Цей розрахунок виконують тільки при виконанні умови: NEKB105, де