Общая характеристика нагрузок и их влияние на работу машин.

Нагруженность машин — один из главных факторов, определяющих их надежность и энергетическую эффективность. По характеру изменения во времени нагрузки ПТМ можно разделить на постоянные, переменные и прочие.

К постоянным нагрузкам относят нагрузки рабочего состояния, не изменяющиеся в тече­ние продолжительного периода времени,

К переменным нагрузкам относят нагрузки, которые в течение короткого времени могут изменяться по амплитуде и среднему значению.

К прочим нагрузкам можно отнести нагрузки, характерные для нерабочего состояния машины.

Постоянные нагрузки. К их числу в ПТМ можно отнести: силы тяжести; на­грузки от метеорологических факторов (снег, гололед, температурные воздействия и др.); усилия предварительного натяже­ния тяговых элементов (лент, цепей, кана­тов); усилия от расчаливания; нагрузки от начальной затяжки (запрессовки, заклини­вания); нагрузки холостого хода машин не­прерывного транспорта и рабочие нагрузки при стационарном режиме их работы.

Постоянные нагрузки по-разному влияют на работу машин» в одних случаях их влияние незначительно, в других — сущест­венно. Например, силы тяжести металлоконструкций кранов часто превосходят силы тяжести поднимаемых грузов и их влияние не­обходимо учитывать. В машинах непрерывного транспорта с много­опорными металлическими конструкциями силы тяжести металло­конструкций также велики, но на работу машин они практически не влияют. При установке металлоконструкции конвейера на двух опорах влияние сил тяжести становится значительным.

Нагрузки на краны от снега и гололеда могут быть значи­тельными и соизмеримыми с силами тяжести. Гололед вредно влияет на работу машин непрерывного транспорта, утяжеляя их движущиеся части (ленту, полотно).

Нагрузки от предварительного натяжения тяговых элементов машин непрерывного транспорта существенно влияют на их работу. Необходимое усилие предварительного натяжения ленты или каната в машинах с фрикционным приводом часто превышает полезное усилие. Но, опасаясь пробуксовывания на барабанах, ленту иногда натягивают с усилием, намного превышающим рас­четное значение. Боковое смещение полотна пластинчатых кон­вейеров часто пытаются устранить предварительным натяжением тяговых цепей с усилием, многократно превышающим нормальное расчетное значение. С этим связано интенсивное изнашивание тя­говых цепей и других элементов конвейеров.

Нагрузки от начального затягивания в ряде случаев также вызывают отказы. Например, опасны надрывы (скрытые частич­ные разрушения) болтов. Постоянные нагрузки далеко не всегда можно учитывать простым суммированием их с переменными на­грузками, хотя во многих случаях такое суммирование право­мерно. Так при расчете на статическую прочность они входят в суммарную нагрузку как простое слагаемое. Правомерно это и тогда, когда статическая нагрузка вызывает появление стацио­нарных циклических нагрузок или циклических напряжений в эле­ментах машин (как в рассмотренном примере с нагружением зу­бьев зубчатых колес и валов механизма передвижения крана). Если же постоянная нагрузка при действии на элемент вызывает в нем только постоянные напряжения, а от других нагрузок он испытывает циклические напряжения, то простое суммирование постоянных и переменных нагрузок недопустимо. В этом случае эквивалентное напряжение, определяющее усталостную проч­ность,

В отдельных случаях постоянные нагрузки положительно влияют на характер напряженного состояния от переменной на­грузки и не снижают, а повышают усталостную прочность. В ча­стности, при запрессовывании вала в проушину с круглым отвер­стием в ней возникают большие постоянные напряжения, но ее несущая способность по пределу выносливости не снижается, а повышается в 1, 7 раза по сравнению с тем, когда вал вставлен в отверстие проушины свободно и передает на нее ту же растяги­вающую нагрузку.

Влияние постоянных нагрузок на изнашивание более опреде­ленно: все они при воздействии на узлы трения вызывают увели­чение износа. Аналогично влияют эти нагрузки и на энергетиче­скую эффективность машин. Они вызывают увеличение сопротивлений движению. Связанные с этим энергетические потери в про­цессе работы кранов относительно невелики, так как передвиже­ние по крановому пути и вращение (стреловые краны) — наименее энергоемкие части рабочего цикла по сравнению с подъемом груза. Значение этих потерь значительно возрастает при переезде кра­нов собственным ходом или перевозке их на новое место работы.

По-иному обстоит дело в машинах непрерывного транспорта. Здесь сопротивления перемещению, обусловленные постоянными нагруз­ками (силами тяжести и усилиями предварительного натяжения), значительны и действуют в течение всего времени работы машины. Особенно велики энергетические потери от сил тяжести при тре­нии скольжения (скребковые конвейеры).

Переменные нагрузки. К их числу в ПТМ можно отнести: рабочие (полезные) нагрузки; силы сопротивления движению; динамические нагрузки, связанные с пуском (разгоном), тормо­жением, реверсированием, наездом на неровности пути и препят­ствия, неравномерностью движения, действием центробежных сил, обрывом, падением и заклиниванием груза и др.; ветровые нагрузки. Основными причинами переменности рабочих нагрузок являются нестационарность режима загрузки, переменность ра­бочего процесса, внутренняя и внешняя динамика.

Нестационарность режима загрузки характерна для большин­ства ПТМ. Работа грузоподъемных машин связана с грузами раз­личной массы и перемещением их на различные расстояния. За­грузка машин непрерывного транспорта также во многих случаях неравномерна в связи с дискретной работой загрузочного или забойного оборудования, неравномерностью поступления грузов в пункты загрузки и по многим другим причинам. Крайне не­равномерны суточные, часовые и пятиминутные (расчетные) пассажиропотоки, обслуживаемые пассажирскими лифтами и эс­калаторами. Все это обусловливает нестационарность режима загрузки машин и переменность рабочих нагрузок. С этим свя­зана и нестационарность сил сопротивлений движению, которые в ПТМ оказывают отрицательное влияние.

Переменность рабочего процесса характерна для всех ПТМ циклического действия. Полный цикл работы каждой такой ма­шины состоит из нескольких частей (подъема, опускания, пере­движения, вращения, остановок для снятия груза и выхода пас­сажиров, разгрузки, подвешивания груза, входа пассажиров, загрузки и др.). При этом элементы машины, воспринимающие нагрузку при одной части рабочего цикла, при выполнении дру­гой его части могут находиться в нерабочем состоянии (рабочая нагрузка равна нулю). Это уже само по себе определяет перемен­ность рабочей нагрузки и сил сопротивлений движению. Но более существенное значение имеют динамические явления, обус­ловленные переменностью рабочего процесса.

Динамические явления в ПТМ разнообразны. Наиболее неблаго­приятными для машин циклического действия являются пуск (разгон) и торможение (замедление). Даже при одном рабочем цикле они могут повторяться многократно. Так, в течение одного цикла работы лифта (от момента ухода кабины с нижнего этажа до возвращения ее на этот этаж) должно быть осуществлено не­сколько пусков (разгонов от нулевой скорости до номинальной) и несколько торможений (замедлений от номинальной скорости до нулевой). В кранах все эти процессы совершаются в течение од­ного цикла в каждом из его механизмов (подъема груза, передви­жения тележки, передвижения крана, вращения поворотной платформы, изменения вылета стрелы и др.). Процессы разгона и тор­можения в кранах осложнены колебаниями груза, подвешенного на упругом канате, а также колебаниями самого крана как уп­ругой системы.

Динамические нагрузки при пуске и торможении значительны. Например, динамические моменты на первом валу механизма подъема электроталей при включении двигателя могут до 3, 5— 4, 5 раза превышать нормальные, а на первом валу механизма передвижения — до 4, 5—7 раз. Особенно велики динамические нагрузки при реверсировании двигателей противотоком. Поэтому упругие муфты для кранов и подъемников рекомендуют выбирать по трех—пятикратному коэффициенту динамичности. Частые пуски и остановки, характерные для машин циклического действия, создают неблагоприятный режим работы. Опыт показывает, что многие детали и сборочные единицы, удовлетворительно работаю­щие при непрерывном режиме, оказываются неработоспособными при крановом режиме. Это связано не только с большими динами­ческими нагрузками, но и со специфическим их характером, близ­ким к ударному, а также с неблагоприятным режимом смазывания узлов трения в начальные моменты неустановившегося движения. Неблагоприятными для кранов, работающих на открытом воз­духе, являются ветровые нагрузки, отнесенные к переменным в связи с тем, что порывы ветра воздействуют на кран подобно динамической нагрузке. Известны случаи опрокидывания кранов под воздействием ветровой нагрузки. При определенном ее зна­чении работа кранов становится невозможной из-за раскачивания груза.

В машинах непрерывного транспорта динамические нагрузки, связанные с неустановившимися процессами разгона и торможе­ния, также значительны, но поскольку частота их невелика, они не оказывают такого влияния, как в машинах циклического дей­ствия.

Прочие нагрузки. К их числу относятся сейсмические, транс­портные, монтажные и испытательные нагрузки, воздействующие на машину при нерабочем состоянии.

Сейсмические нагрузки оп­ределяют согласно СНиП 11-7—81 «Строительство в сейсмических районах. Правила производства и приемки работ».

Транспорт­ные нагрузки определяют по нормативным документам для транс­портных средств, на которых перевозятся краны и их элементы.

Монтажные нагрузки устанавливают с учетом технологии монтаж­ных работ.

Испытательные нагрузки регламентированы соответ­ствующими правилами Госгортехнадзора для грузоподъемных кранов, лифтов и строительных подъемников и пассажирских подвесных канатных дорог.