Курс Подъемно-транспортные машины Лекция 3 РЕЖИМЫ РАБОТЫ И НАГРУЗКИ НА ГПМ. МЕТОДЫ РАСЧЕТА ГПМ

РЕЖИМ РАБОТЫ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН На основании данных о характеристиках рабочего процесса крана в зависимости от степени нагружения и использования крана действующими правилами Госгорпромнадзора регламентированы режимы работы кранов и его механизмов. Режим работы крана в целом устанавливается по режиму работы главного механизма подъёма груза.

РЕЖИМ РАБОТЫ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН Нагрузочные графики по режимам работы (I - легкий; II - средний; III - тяжелый) Примеры нагрузочных графиков крановых механизмов относительная грузоподъемность относительное время

РЕЖИМ РАБОТЫ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН Режим работы (группа классификации) крана в целом определяется в зависимости от: класса использования крана (U 0 – U 9 ), который характеризуется величиной максимального числа циклов за заданный срок службы машины, режима нагрузки крана (Q 1 – Q 4 ), который характеризуется величиной коэффициента распределения нагрузок.

РЕЖИМ РАБОТЫ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН Коэффициент распределения нагрузок: где - среднее количество рабочих циклов с частной массой груза - суммарное число рабочих циклов за весь срок службы крана: - значение массы наибольшего груза (номинальный груз), который разрешается поднимать краном, т.

РЕЖИМ РАБОТЫ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН Режим нагрузки Коэффициент распределения нагрузки k гр Характеристика грузов, которые поднимаются кранами Класс использования крана нерегулярное использование регулярное использование в легких условиях регулярное использование с перерывами регулярное интенсивное использование интенсивное использование U0U0 U1U1 U2U2 U3U3 U4U4 U5U5 U6U6 U7U7 U8U8 U9U9 Максимальное число рабочих циклов 1, , , , , Свыш е Q 1 - легкий 0,125 легкие - регулярно, а номинальные - изредка А1А2А3А4А5А6А7А8 Q 2 - средний 0,25 средние - регулярно, а номинальные - довольно часто А1А2А3А4А5А6А7А8 Q 3 - тяжелый 0,5 трудные - регулярно, а номинальные - часто А1А2А3А4А5А6А7А8 Q 4 - весьма тяжёлый 1,0 близкие к номинальным - регулярно А2А3А4А5А6А7А8

РЕЖИМ РАБОТЫ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН Режим работы (группа классификации) механизма в целом определяется в зависимости от: класса использования механизма (Т 0 – Т 9 ), который характеризуется общей продолжительностью использования механизма (в часах); режима нагрузки механизма (L 1 – L 4 ), который характеризуется величиной коэффициента распределения нагрузки.

РЕЖИМ РАБОТЫ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН Коэффициент распределения нагрузки: где - средняя продолжительность использования механизма при частных нагрузках, мин - общая продолжительность при всех частных нагрузках, мин : -значения частных нагрузок (равные нагрузок), характерных для данного механизма, т; - значение наибольшей нагрузки, которая прикладывается к механизму, т

РЕЖИМ РАБОТЫ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН Режим нагрузки Коэффициент распределения нагрузки К m Характеристика действий нагрузок, которые испытывают механизмы Класс использования механизма нерегулярное использование регулярное использование в легких условиях регулярное использование с перерывами регулярное интенсивное использование интенсивное использование Т0Т0 Т1Т1 Т2Т2 Т3Т3 Т4Т4 Т5Т5 Т6Т6 Т7Т7 Т8Т8 Т9Т9 Общая продолжительность использования, часов L 1 - легкий 0,125 малые - регулярно, а наибольшие - изредка М1М2М3М4М5М6М7М8 L 2 - средний 0,25 умеренные - регулярно, а наибольшие - довольно часто М1М2М3М4М5М6М7М8 L 3 - тяжелый 0,5 большие - регулярно, а наибольшие - часто М1М2М3М4М5М6М7М8 L 4 - весьма тяжёлый 1,0 наибольшие - регулярно М2М3М4М5М6М7М8

РЕЖИМ РАБОТЫ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН Согласно правилам Госгорпромнадзора установлены следующие режимы работы кранов в целом: режим Q 1 – вспомогательные механизмы ручным приводом; режим Q 2 – механизмы с машинным приводом лёгкого режима работы, характеризуемые работой с грузами различной величины, средними скоростями, числом включений в час до 120; режим Q 3 – тяжёлый режим, характеризуемый постоянной работой с грузами, близкими по весу к номинальной грузоподъёмности, числом включений в час до 240; режим Q 4 – весьма тяжёлый, характеризуемый постоянной работой с грузами номинального веса, высокими скоростями, числом включений в час свыше 240.

РЕЖИМ РАБОТЫ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН Согласно правилам Госгорпромнадзора установлены следующие режимы работы кранов в целом: режим Q 1 – вспомогательные механизмы ручным приводом; режим Q 2 – механизмы с машинным приводом лёгкого режима работы, характеризуемые работой с грузами различной величины, средними скоростями, числом включений в час до 120; режим Q 3 – тяжёлый режим, характеризуемый постоянной работой с грузами, близкими по весу к номинальной грузоподъёмности, числом включений в час до 240; режим Q 4 – весьма тяжёлый, характеризуемый постоянной работой с грузами номинального веса, высокими скоростями, числом включений в час свыше 240.

РЕЖИМ РАБОТЫ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН От режима работы механизма зависит выбор коэффициентов запаса прочности его деталей, а также определение параметров двигателя, тормозного устройства и системы управления. Режим работыПВ, % Значения коэффициентов КmКm К сут К год Легкий 150,25…0,5-- Средний 250,5…0,750,330,5 Тяжелый 400, ,670,5 Весьма тяжелый 60111

Нагрузки рабочего и нерабочего состояния Различают нагрузки рабочего и нерабочего состояния. В рабочем состоянии грузоподъемная машина с грузом или без него может совершать рабочие движения собственными механизмами. Нерабочим состоянием считается такое, при котором эксплуатация машины не допускается по условиям внешней среды (ураган, землетрясение и т.п.) или из-за необходимости проводить ремонтные или монтажные операции.

НАГРУЗКИ РАБОЧЕГО И НЕРАБОЧЕГО СОСТОЯНИЯ Нагрузками, действующими на кран, являются: наибольший допускаемый вес груза, а также вес грузозахватного устройства крюковой обоймы, грейфера и др.; вес элементов конструкции машины, включая балласт и противовес; вес снега и слоя льда при обледенении; давление ветра, зависящее от скоростного напора движущегося воздуха (ветра) и конфигурации воспринимающей поверхности конструкции и груза; сила инерции как крана и груза, так и элементов любого механизма и двигателя в периоды неустановившегося движения.

НАГРУЗКА ОТ ВЕСОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ Вес поднимаемого груза является функцией его массы, максимальные значения которой соответствуют номинальной грузоподъемности крана для данного вылета крюка: Грузоподъемность стреловых кранов переменная и обычно изменяется по закону сохранения постоянства силового грузового момента: где расстояние от оси вращения поворотной части крана до центра масс груза (вылет крюка). В кранах пролетного типа грузоподъемность постоянна при любом положении груза относительно пролетного строения.

НАГРУЗКА ОТ ВЕСОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ Снеговая нагрузка определяется по массе снега, распределенной по площади горизонтальной проекции воспринимающей поверхности из расчета Н/м 2 в зависимости от климатической зоны работы крана. При ориентировочных расчетах кранов снеговую нагрузку на единицу площади принимают равной 1000 Н/м 2.

НАГРУЗКА ОТ ВЕСОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ При определенных атмосферных условиях и в диапазоне температур от 0 до -5 С на оттяжках и канатах образуется слой льда толщиной 10…12 мм. Плотность льда =900 кг/м 3. Для круглых оттяжек и канатов линейная масса слоя льда ориентировочно равна: где d - диаметр оттяжки или каната, мм. кг/м,

НАГРУЗКА ОТ ВЕТРОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ Предельное давление ветра, при котором еще возможна и безопасна работа крана, определяет ветровую нагрузку на кран в рабочем состоянии. Кран в нерабочем состоянии рассчитывают на давление ветра, имеющего место при шторме, буре или урагане. Ветровое давление на груз рассчитывают при нахождении груза в крайнем верхнем положении. Расчет производят с использованием данных ГОСТ «Краны грузоподъемные. Нагрузка ветровая. Нормы и метод определения».

НАГРУЗКА ОТ ВЕТРОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ Динамическое давление ветра, Па: где - плотность воздуха; - скорость ветра. Распределенная ветровая нагрузка, т. е. нагрузка, приходящаяся на 1 м 2 воспринимающей поверхности, Па: где k - экспериментально определяемый коэффициент возрастания динамического давления по высоте: Высота над поверхностью земли, м и выше k11,251,551,752,12,63,1

НАГРУЗКА ОТ ВЕТРОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ с – экспериментальный коэффициент аэродинамической силы, учитывающий характер обтекания объекта воздушным потоком. Конструкции из труб большого диаметра (D > 700 мм) 0,6...0,8 Кабины, противовесы, канаты, оттяжки, грузы 1,2 Коробчатые металлоконструкции 1,4...1,6 Решетчатые конструкции: трехгранные из труб 1,3...1,6 четырехгранные из труб 1,5...1,8 трехгранные из уголков 2...2,5 четырехгранные из уголков 2,3...2,8

НАГРУЗКА ОТ ВЕТРОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ - динамический коэффициент, учитывающий пульсацию ветрового воздействия и коэффициент динамичности, являющийся функцией периода собственных колебаний металлоконструкции крана. Ветровая нагрузка (Н) на конструкцию крана, ее отдельные элементы и груз где F i - площадь, воспринимающая давление ветра.

Нагрузка от ветровых воздействий Площадь (м 2 ) груза, если она не известна, можно определить в зависимости от грузоподъемности Q крана: При расчетах ветровых нагрузок для нормальных условий эксплуатации ориентируются на значение динамического давления ветра: для нерабочего состояния крана для рабочего состояния в зависимости от назначения крана краны строительные, монтажные, заводов стройматериалов, а также стреловые самоходные общего назначения 125 краны всех типов, устанавливаемые в речных в морских портах 250 краны, устанавливаемые на объектах, исключающих возможность перерыва в работе 500

НАГРУЗКА ОТ ВЕТРОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ Ветровую нагрузку рабочего состояния крана учитывают при расчете металлоконструкций на прочность и выносливость, при проверке грузовой устойчивости крана против опрокидывания, при расчете механизмов крана. Ветровую нагрузку нерабочего состояния крана следует учитывать при расчете на прочность металлоконструкций, механизмов передвижения кранов и их противоугонных устройств, а также и собственной устойчивости крана против опрокидывания.

ИНЕРЦИОННЫЕ НАГРУЗКИ В период неустановившегося движения (при разгоне или торможении): вертикальная сила инерции груза при подъеме или спуске горизонтальная сила инерции груза при передвижении крана горизонтальная сила инерции при передвижении крана касательная сила инерции при вращении поворотной части крана

ИНЕРЦИОННЫЕ НАГРУЗКИ В период установившегося движения центробежная сила, при вращении поворотной части крана где - силы инерции, Н; - масса груза, кг, - масса подвесных устройств, кг; -масса крана, кг; - масса вращающихся элементов поворотной части крана, стрелы и груза, кг; -радиусы поворотов, м; -скорость подъема и опускания груза, м/с; - скорость передвижения крана, м/с; -частота вращения поворотной части крана, мин -1 ; - периоды неустановившегося движения - разгона или торможения при подъеме груза,с; - периоды передвижения крана, с; -периоды вращении поворотной части крана, с.

ТРАНСПОРТНЫЕ НАГРУЗКИ Представляют собой сумму весовых и динамических нагрузок, возникающих вследствие толчков при перемещении транспортных средств. При перевозке частей крана автомобильным транспортом дополнительные вертикальные транспортные нагрузки составляют % весовых нагрузок. При перевозке частей крана железнодорожным транспортом дополнительные вертикальные транспортные нагрузки составляют % весовых нагрузок

СЕЙСМИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ Эти нагрузки учитывают в случаях, предусмотренных техническим заданием на кран; причем при расчете мостовых кранов учитывают колебания сооружения, на котором установлен кран. В районах, в которых прогнозируемая интенсивность землетрясения не превышает 6 баллов по шкале Рихтера, проверку кранов на сейсмостойкость не проводят.

МОНТАЖНЫЕ НАГРУЗКИ К монтажным нагрузкам относятся увеличенные на 15…20 % номинальные весовые нагрузки, ветровые нагрузки, а также силы сопротивлений в испытывающих взаимное перемещение элементах козловых кранов (например, в уравнительных механизмах опор). При монтаже динамическое давление ветра обычно принимают 50 Па.

НАГРУЗКИ, ВОЗНИКАЮЩИЕ ОТ ТЕПЛОВЫХ ДЕФОРМАЦИЙ Учитывают для мостовых и козловых кранов, установленных на открытом воздухе, при пролете крана более 40 м. Эти нагрузки могут также возникать в элементах кранов, эксплуатируемых в непосредственной близости от оборудования с интенсивным излучением теплоты, например, нагревательных печей.

РАСЧЕТНОЕ СОЧЕТАНИЕ НАГРУЗОК Нагрузка Случай нагружения 1 максимальная рабочая нагрузка 2 Эквивалентная рабочая нагрузка 3 нерабочее состояние Вес номинального груза ++- Вес конструкции машины +++ Вес снега и слоя льда +-+ Сила инерции ++- Ветровая рабочего состояния ++- Ветровая нерабочего состояния --+

РАСЧЕТНОЕ СОЧЕТАНИЕ НАГРУЗОК При расчете на выносливость учитываются эквивалентные нагрузки, т. е. такие нагрузки, действия которых по своему эффекту на детали равноценно суммарному действию отдельных нагрузок на протяжении времени их действия в течение срока службы механизма.

РАСЧЕТНОЕ СОЧЕТАНИЕ НАГРУЗОК Первый случай нагружения используют для расчета прочности, а при необходимости и деформаций всех элементов машины с учетом характера нагружения, определяемого режимом эксплуатации. Расчет по второму случаю нагружения проводят для всех основных переменно нагруженных элементов машины на ограниченную выносливость по заданной долговечности. Расчет ведется по эквивалентной нагрузке. Третий случай нагружения используют при расчете прочности и, если нужно, деформаций всех элементов машины при нагрузках нерабочего состояния, в том числе монтажных, если их воздействие создает большую нагруженность.

МЕТОД РАСЧЕТА КРАНОВ ПО ДОПУСКАЕМЫМ НАПРЯЖЕНИЯМ При определении допускаемых напряжений находит применение дифференциальный метод, основанный на установлении запаса прочности рассчитываемой детали в зависимости от степени её ответственности и режима работы механизма в конкретных условиях её использования. Части машин, повреждение которых может вызвать падение груза, опрокидывание крана и т.п., рассчитывают с повышенным запасом прочности.

МЕТОД РАСЧЕТА КРАНОВ ПО ДОПУСКАЕМЫМ НАПРЯЖЕНИЯМ Расчёт элементов ГПМ на прочность проводят по основному уравнению прочности - предел текучести, определяемый с учётом размеров детали, термообработки и характера нагружения: - запас прочности; - фактическое напряжение, определённое с учётом динамических нагрузок, но без учёта концентрации напряжений.

МЕТОД РАСЧЕТА КРАНОВ ПО ДОПУСКАЕМЫМ НАПРЯЖЕНИЯМ Расчёт элементов ГПМ на выносливость проводят по условию - длительный предел выносливости, определяемый с учётом коэффициента асимметрии r, эффективного коэффициента концентрации к, размеров детали и её термообработки

Метод расчета кранов по допускаемым напряжениям Коэффициенты запаса для элементов механизмов и металлоконструкций кранов Рассчитываемые элементы Расчетные случаи нагружения IIIIII Металлические стальные конструкции кранов 1,4 1,3 То же, при транспортировании жидкого металла 1,7 1,3 Металлические алюминиевые конструкции 1,6 1,5 Механизмы подъема груза, изменения вылета, ходовые и опорные части, противоугонные устройства, грузозахватные устройства, тормоза 1,6/1,81,0/1,81,4/1,6 Механизмы передвижения и поворота 1,4/1,6 - Примечание. Цифры в числителе относятся к элементам из прокатa и поковок, в знаменателе - из стальных отливок.

МЕТОД РАСЧЁТА КРАНА ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ Состояние конструкции крана, когда она перестаёт удовлетворять требованиям к работе конструкции, обеспечивающим её надёжность, называется предельным. Если предельное состояние превышается, то конструкция становится непригодной для дальнейшей эксплуатации.

МЕТОД РАСЧЁТА КРАНА ПО ПРЕДЕЛЬНЫМ СОСТОЯНИЯМ Состояние, при котором однократное приложение нагрузки приводит к разрушению вследствие потери прочности или устойчивости, является первым предельным состоянием. Для металлоконструкции крана такое состояние может, например, наступить при ураганном ветре. За начало разрушения в этом случае принимают превышение предела текучести в каком-либо одном волокне сечения. Все действующие нагрузки при этом расчёте считают действующими статически.

УСТОЙЧИВОСТЬ КРАНОВ Все передвижные поворотные краны должны обладать достаточной для их безопасной работы устойчивостью, обеспечивающей невозможность опрокидывания крана. Условия равновесия кранов определяется соотношением значений удерживающего и опрокидывающего моментов, действующих относительно оси (ребра) опрокидывания крана.

УСТОЙЧИВОСТЬ КРАНОВ Проверка кранов на устойчивость производится как при рабочем положении крана с грузом (грузовая устойчивость), так и при положении крана без груза (собственная устойчивость) в условиях, когда действующие на кран нагрузки имеют неблагоприятное сочетание в отношении опрокидывания крана. Согласно правилам Госгорпромнадзора значения коэффициента грузовой и собственной устойчивости должны быть не менее 1,15.