ОБЕСПЕЧЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ГРУЗОПОДЪЕМНОГО КРАНА

 

Грузоподъёмными машинами являются подъёмные устройства циклического действия с возвратно-поступательным движением грузозахватного органа в пространстве. Грузоподъёмные машины можно разделить на подъёмники и краны.

Подъёмники поднимают груз по определённой траектории, заданной жёсткими направляющими. К подъёмникам относятся домкраты, блоки, ручные лебёдки, лифты (грузовые и для подъёма людей).

Кран – это грузоподъёмная машина, предназначенная для подъёма и перемещения груза, подвешенного с помощью грузового крюка или другого грузозахватного органа.

Основные опасности, возникающие при эксплуатации подъёмно-транспортных машин и устройств:

- падение груза с высоты вследствие разрыва грузового каната или неисправности грузозахватного устройства;

- разрушение металлоконструкции крана;

- потеря устойчивости и падение стреловых самоходных кранов;

- спадание каната или цепи с блока особенно при подъёме груза, кроме того, при раскачке блока возможно соскальзывание каната или цепи с крюка;

- самопроизвольное опускание груза при использовании ручных лебёдок, при этом может иметь место травмирование как самим грузом, так и приводными рукоятками;

- срыв винтовых, реечных и гидравлических домкратов, если они установлены на неустойчивом и непрочном основании или не вертикально (с наклоном), а также самопроизвольное опускание [6].

Одним из основных показателей безопасной работы крана является его устойчивость. Этот параметр характеризуется коэффициентом устойчивости – отношением момента удерживающего к моменту опрокидывающему. Удерживающий момент создается собственной массой крана, а опрокидывающий – массой поднимаемого груза. Отсюда различают коэффициенты грузовой и собственной устойчивости крана. Очень часто при работе на кран действуют дополнительные нагрузки в виде давления ветра, уклона площадки и т.п. Поэтому расчеты грузовой устойчивости крана приходится проводить с учетом этих дополнительных нагрузок.

При проектировании, устройстве, изготовлении и эксплуатации кранов следует руководствоваться Правилами [1].

 

1.1 Расчет грузовой устойчивости самоходных и башенных кранов

Безопасная эксплуатация грузоподъемных механизмов при вы­полнении монтажных работ обеспечивается правильным выбором па­раметров кранов и их устойчивостью.

Расчет грузовой устойчивости крана, когда возможно его опрокидывание вперед в сторону стрелы и груза, ведется в соответствии со схемами, показанными на рисунках 1.1 и 1.2.

Грузовая устойчивость самоходного крана обеспечивается, если выполняется условие

 

, (1.1)

 

где - коэффициент грузовой устойчивости, принимаемый для горизонталь­ного пути без учета дополнительных нагрузок равным 1,4; при наличии дополнительных нагрузок (ветра, инерционных сил) и влияния наибольшего допускаемого уклона пути - 1,15;

- грузовой момент, создаваемый рабочим гру­зом относительно ребра опрокидывания (точка «О»), Н×м;

- момент всех прочих (основных и дополнительных) нагрузок, действующих на кран относительно того же ребра опрокидывания, с учетом наибольшего допускаемого уклона пути, Н×м.

 

a

- масса наибольшего рабочего груза; - расстояние от оси вращения платформы крана до центра тяжести наибольшего рабочего груза, подвешенного к крюку; - расстояние от оси вращения платформы крана до ребра опрокидывания крана; - масса крана; с - расстояние от оси вращения платформы крана до его центра тяжести; - угол наклона пути крана; - расстояние от центра тяжести крана до плоскости, проходящей через точки опорного контура; h - расстояние от оголовка стрелы до плоскости, проходящей через точки опорного кон­тура; H - расстояние от оголовка стрелы до центра тяжести подвешенного груза

Рисунок 1.1 – Расчетная схема грузовой устойчивости крана с грузом

 

Возникающий грузовой момент может быть рассчитан по формуле, Н×м

 

, (1.2)

 

где - масса наибольшего рабочего груза (грузоподъемность), кг;

- расстояние от оси вращения платформы крана до центра тяжести наибольшего рабочего груза, подвешенного к крюку, при установке крана на горизонтальной плоскости, м;

- расстояние от оси вращения платформы крана до ребра опрокидывания крана, м.

 

- масса наибольшего рабочего груза; - расстояние от оси вращения платформы крана до ребра опрокидывания крана; - масса крана; - расстояние от центра тяжести крана до плоскости, проходящей через точки опорного контура; h - расстояние от оголовка стрелы до плоскости, проходящей через точки опорного кон­тура; H - расстояние от оголовка стрелы до центра тяжести подвешенного груза

Рисунок 1.2 – Расчетная схема грузовой устойчивости башенного крана

 

Удерживающий момент, возникающий от действия основных и дополнительных нагрузок, может быть рассчитан по соотношению, Н×м

 

, (1.3)

 

где - восстанавливающий момент от действия собственной массы крана, Н×м

 

, (1.4)

 

где - масса крана, кг;

с - расстояние от оси вращения платформы крана до его центра тяжести,м;

- угол наклона пути крана, град (для передвижных стреловых кранов, а также кранов-экскаваторов = 3^о - при работе без выносных опор и = 1,5° - при работе с выносными опорами; для башенных кранов = 2° -при работе на временных путях и = 0° - при работе на постоянных путях);

- момент, возникающий от действия собственной массы крана при уклоне пути, Н×м

 

, (1.5)

 

где - расстояние от центра тяжести крана до плоскости, проходящей через точки опорного контура,м;

- момент от действия центробежных сил, Н×м

 

, (1.6)

 

где n - частота вращения крана вокруг вертикальной оси, мин^-1;

h - расстояние от оголовка стрелы до плоскости, проходящей через точки опорного кон­тура,м;

H - расстояние от оголовка стрелы до центра тяжести подвешенного груза (при проверке на устойчивость груз приподнимают над землей на 0,2...0,3 м), м;

- момент от силы инерции при торможении опускающегося груза, Н×м

 

, (1.7)

 

где - скорость подъема груза (при наличии свободного опускания груза расчетную скорость принимают равной 1,5 м/с), м/с;

- время неустановившегося режима работы меха­низма подъема (время торможения груза), с;

- ветровой момент, Н×м

 

, (1.8)

 

где - момент от действия ветровой нагрузки на подвешенный груз, Н×м;

- ветровая нагрузка, действующая параллельно плоскости, на которой установлен кран, на наветренную площадь крана, Н;

- ветровая нагрузка, действующая параллельно плоскости, на которой установлен кран, на навет­ренную площадь груза, Н. Нормативные значения ветрового давления в зависимости от ветрового района (по карте ветрового районирования согласно приложению 5 СНиП 2.1.07-85) приведены в таблице 1.1. Например, северные районы Томской области по ветровой нагрузке относятся ко 2 району, южные районы Томской области, включая город Томск, и районы Новосибирской области - к 3 району.

 

В формуле (1.8) предполагается, что ветровая нагрузка приложена к центру тяжести крана, а - к центру тяжести груза.

Величины ветровых нагрузок и могут быть определены по формулам, Н

 

, , (1.9)

 

где - скоростной напор, принимаемый в зависимости от района работы крана (таблица 1.1), Па;

- наветренная поверхность крана, м², которая определяется площадью , огра­ниченной контуром крана, и степенью заполнения этой площади элементами решетки , м²;

 

, (1.10)

 

- коэффициент заполнения контура крана (для сплошных конструкций =1, для ре­шетчатых конструкций = 0,3…0,4);

- наветренная площадь груза, м². Определяется по действительной пло­щади наибольших грузов, поднимаемых краном.

 

Таблица 1.1 – Динамическое давление на кран в зависимости от района установки

Характеристика	Ветровой район
Iа	I	II	III	IV	V	VI	VII
Максимальное динамическое давление ветра, Па

Таблица 1.2 – Технические характеристики самоходных кранов

Тип крана	Максимальная грузоподъемность Q, т	Максимальная длина стрелы, м	Максимальная высота подъема крюка h, м	Размеры опорного выдвигаемого контура, м	Скорость вращения поворотной части n, мин-1	Скорость подъема-опускания груза υ, м/мин	Масса крана G K, т
по оси крана	поперек крана 2 b
АБКС-5				3,75	4,9	1,0		15,3
АБКС-6	6,3				7,14	1,0		17,56
КС-3562Б				3,85	4,3	0,1-0,6	0,4-10	14,3
КС-3571-1				3,35	4,3			14,96
КС-35719-3				4,2	5,2			17,8
КС-45721	22,5	21,7	21,8	4,3	5,6	1,2	0,3-13,2	22,1
КС-55713-1		21,7	21,9	4,2	5,6	1,4	6-8	20,7
КС-55716		21,5	22,3	4,1	5,8		9,5	22,5

 

 

Таблица 1.3 - Технические характеристики башенных кранов

Тип крана	Максимальная грузоподъемность Q, т	Максимальный вылет стрелы, м	Максимальная высота подъема крюка h, м	Размеры опорного контура, м	Скорость вращения поворотной части крана n, мин-1	Скорость подъема-опускания груза υ, м/мин	Скорость движения крана, м/мин	Масса крана G K, т	Масса противовеса, т
вдоль базы	база (колея) 2 b
КБ-100.3А				4,5	4,5	0,7	15-45		94,9	35,6
КБМ-301				4,5	4,5	0,75
КБ-308А.0				4,5	4,5	0,86	16-48		92,2	35,2
КБ-403А						0,65	27-40
КБ-404.2						0,45			88,6	48,4
КБ-405.1А	7,5					0,72			113,1	50,05
КБ-408						0,65			95,2	30,4
КБ-503Б.0				7,5	7,5	0,64	25-150
КБ-504.0				7,5	7,5	0,6	60-160	19,2

При расчете крана на устойчивость его технические и геометрические характеристики могут быть взяты из справочной литературы. Некоторые из параметров ряда самоходных кранов приведены в таблице 1.2.

Расчет грузовой устойчивости башенного крана проводится аналогично. Расчетная схема устойчивости такого крана показана на рисунке 1.2.

Отдельные технические характеристики башенных кранов приведены в таблице 1.3.

1.2 Расчет собственной устойчивости самоходных и башенных кранов

Расчетная схема при определении собственной устойчивости крана показана на рисунке 1.3.

Коэффициент собственной устойчивости крана при отсутствии полезных нагрузок и возмож­ном опрокидывании его назад в сторону противовеса (рисунок 1.3), можно определить по соотношению

 

, (1.11)

 

где - ветровая нагрузка, действующая параллельно плоскости, на которой установлен кран, на подветренную площадь крана при нерабочем состоя­нии, Па;

- расстояние от плоскости, проходящей через точки опорного контура, до центра приложения ветровой нагрузки, м.

 

a

- расстояние от оси вращения платформы крана до ребра опрокидывания крана; - масса крана; с - расстояние от оси вращения платформы крана до его центра тяжести; - угол наклона пути крана; - расстояние от центра тяжести крана до плоскости, проходящей через точки опорного контура

Рисунок 1.3 – Расчетная схема собственной устойчивости самоходного крана

 

1.3 Расчет устойчивости козлового крана

 

Проверку устойчивости козловых кранов проводят на опрокидывание при действии ураганного ветра вдоль пути, когда кран находится в нерабочем положении. Расчетная схема козлового крана показана на рисунке 1.4.

Уравнение устойчивости крана относительно точки опрокидывания «О» может быть записано в соответствии с рисунком 1.4 в виде

 

(1.12)

 

где - коэффициент собственной устойчивости козлового крана, принимаемый равным 1,15;

, , …, - ветровые нагрузки на отдельные части конструкции крана (портал, тележку,…, полиспаст), Па;

, , …, - масса отдельных частей конструкции крана (портала, тележка, …, грузовой полиспаст), кг;

- масса противовеса на одной тележке, кг;

, , …, - плечи сил опрокидывания для портала, тележки, …, грузового полиспаста относительно точки «О», м;

a, b, c - плечи сил опрокидывания (рисунок 1.4) для отдельных частей конструкции крана относительно точки «О», м.

 

- расстояние от центра тяжести крана до плоскости, проходящей через точки опорного контура; a, b, c - плечи сил опрокидывания для отдельных частей конструкции крана относительно точки «О»; G₁, G₂, G₃ – масса отдельных частей конструкции крана; W₁, W_П – ветровые нагрузки на отдельные части конструкции крана.

Рисунок 1.4 – Расчетная схема устойчивости козлового крана

 

Отдельные технические характеристики козловых кранов приведены в таблице 1.4.

Таблица 1.4 - Технические характеристики козловых кранов

Тип крана	Максимальная грузоподъемность, т	Пролет, м	Вылет консолей, м	Высота подъема груза, м	Колесная база крана В, м	Скорость подъема груза, м/с	Скорость движения тележки, м/с	Скорость движения крана, м/с	Масса крана, т
К-8М			6,3			0,14	0,67	1,05
К-12,5М	12,5		4,5		9,5	0,22	0,58	1,05
КС-12,5	12,5		6,3			0,2	0,67	0,83
ККП-12,5	12,5			11,8	13,4	0,26	0,97	1,22
ККС-20/5-32					11,2	0,17	0,67	0,83
КК-32	32/8					0,17	0,53	1,05