Расчёт устойчивости самоходного железнодорожного крана

Безопасная эксплуатация грузоподъёмных механизмов при выполнении грузовых операций обеспечивается правильным выбором параметров кранов и их устойчивостью.

При расчётах кранов различают устойчивость грузовую, т. е. устойчивость крана от действия полезных нагрузок при возможном опрокидывании его вперёд в сторону стрелы и груза, и собственную, т. е. устойчивость крана при отсутствии полезных нагрузок и возможном опрокидывании его назад в сторону противовеса.

Грузовая устойчивость самоходного крана определяется условием

K₁ – коэффициент грузовой устойчивости, принимаемый для горизонтального пути без учёта дополнительных нагрузок равным 1, 4, а при наличии дополнительных (ветер, инерционные силы) влияния наибольшего допускаемого уклона – 1, 15;

M_Г – момент, создаваемый рабочим грузом относительно ребра опрокидывания, H·м;

М_П – момент всех прочих нагрузок действующих на кран относительно того же ребра с учётом наибольшего допускаемого уклона пути, H·м.

Q – вес наибольшего рабочего груза, Н;

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

b – расстояние от оси вращения до ребра опрокидывания, м.

M_В¹ – восстанавливающий момент от действия собственного веса крана, Н·м;

М_У – момент, возникающий от действия собственного веса крана при уклоне пути, Н·м;

М_{Ц.С .} – момент от действия центробежных сил, Н·м;

М_И – момент от силы инерции при торможении опускающегося груза, Н·м;

М_В – ветровой момент, Н·м.

G – вес крана, Н;

c – расстояние от оси вращения крана до его центра тяжести, м;

α – угол уклона пути, град (для передвижных стреловых кранов α =3°– при работе без выносных опор, α =1, 5° – при работе с выносными опорами).

h₁ – расстояние от центра тяжести крана до плоскости, проходящей через точки опорного контура, м.

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 землёй на 20-30 см), м.

v – скорость подъёма груза (при наличии свободного опускания груза расчётную скорость принимают равной 1, 5 м/с), м/с;

g – ускорение свободного падения, равное 9, 81 м/c²

t – время неустановившегося режима работы механизма подъёма (время торможения груза), с.

W – ветровая нагрузка, действующая параллельно плоскости, на которой установлен кран, на наветренную площадь крана, Па;

W₁ – ветровая нагрузка, действующая параллельно плоскости, на которой установлен кран, на наветренную площадь груза, Па;

ρ =h₁ и ρ ₁=h – расстояния от плоскости, проходящей через точки опорного контура, до центра приложения ветровой нагрузки, м.

Если кран предназначен для перемещения с грузом, то при проверке грузовой устойчивости в направлении его движения учитывают зависимости и которые вычитаются из удерживающего момента.

Давление ветра на кран:

где

F – наветренная поверхность крана, м²;

q^С_Н – статическая составляющая ветровой нагрузки, Н/м;

q₀ – cкоростной напор, принимаемый в зависимости от региона страны, Па;

K – коэффициент, учитывающий изменение скоростного напора по высоте, принимаемый с учётом типа местности;

с' – аэродинамический коэффициент сопротивления: для сплошных балок и ферм прямоугольного сечения 1, 49, для прямоугольных кабин машинистов, противовесов, оттяжек кранов 1, 2, для конструкций из труб диаметром 170 мм – 0, 7, диаметром 140-170 мм – 0, 5;

Скоростной напор ветра

Коэффициент, учитывающий изменение скоростного напора ветра

При расчёте грузовой устойчивости кранов давление ветра для большинства районов страны принимают: для самоходных стреловых кранов 250 Па, для высоких башенных монтажных кранов 150 Па.

Наветренная поверхность крана F определяется площадью, ограниченной контуром крана F', и степенью заполнения этой площади элементами решётки α:

α ₁ – коэффициент заполнения (для сплошных конструкций 1, для решётчатых 0, 3-0, 4).

Наветренную площадь груза определяют по действительной площади наибольших грузов, поднимаемых краном.

Собственная устойчивость самоходного крана определяется условием:

где

k ₂ – коэффициент собственной устойчивости;

M ₀ – момент, создаваемый ветровой нагрузкой, Н·м;

M _У – момент, возникающий от действия собственного веса крана при уклоне пути, Н·м;

Коэффициент собственной устойчивости, т.е. коэффициент устойчивости без рабочего груза, в сторону, противоположную стреле:

где

W ₂ – ветровая нагрузка, действующая параллельно плоскости, на которой установлен кран, на подветренную площадь крана при нерабочем состоянии, Па;

p ₂ – расстояние от плоскости, проходящей через точки опорного контура, до центра приложения ветровой нагрузки, м;

Задача

Проверить грузовую устойчивость автомобильного крана КАТО при положении стрелы длиной 44 м под углом 68⁰ по отношению к поверхности поворотной платформы с грузом весом 6900 Н.

Q =6900 Н, G =60 750 Н, с =0, 73 м, v =0, 3 м/с, t =1, 5 с, W =1500 Па, р =12 м, W ₁=500 Па, n =0, 5 мин^-1, h =44 м, Н =44 м, α =2⁰, b =3, 5 м, а =16 м, h ₁=6 м, р ₁=44

Коэффициент собственной устойчивости определяется при положении стрелы длиной 44 м под углом наклона 82⁰ по отношению к поверхности поворотной платформы при установлении на поверхности земли с уклоном 3⁰.

G =61000 Н, с =0, 06 м, h ₁=6, 5 м, α =3⁰, b =1, 3 м, W ₂=1700 Па, р ₂=15 м.