Устойчивость свободно стоящих ПТМ

Устойчивость – это способность ПТМ противодействовать опрокидывающим ее моментам от силы тяжести перегружаемого груза, ветровой нагрузки, собственного веса элементов ПТМ, сил инерции и наклона. Расчет устойчивости ПТМ должен производиться при работе с грузом (грузовая устойчивость), отсутствии груза (собственная устойчивость). Устойчивость проверяется по методу допускаемых значений по условию

и , 26)

где и – коэффициенты запаса грузовой и собственной устойчивости, и – допустимые значения коэффициентов запаса грузовой и собственной устойчивости, соответственно. По методу предельных состояний [33] проверка устойчивости заключается в выполнении условия

, 27)

где - коэффициент перегрузки, учитывающий влияние случайных составляющих нагрузок; - коэффициент надежности ( при перегрузке грузов в порту или на складе, – при перегрузке опасных грузов, – для нерабочего состояния); - коэффициент изменчивости, определяемый по среднеквадратическому отклонению случайной составляющей i-й нагрузки; – опрокидывающий момент i-й нормативной нагрузки, входящей в соответствующую комбинацию; – коэффициент условий работы; - коэффициент вовлечения веса ПТМ в создании удерживающего момента ( для пневмоколесных ПТМ, для остальных); - коэффициент однородности, учитывающий отклонения масс отдельных частей ПТМ от их номинальных значений; - момент от веса частей ПТМ, совпадающий по направлению с удерживающим моментом; - момент от веса частей ПТМ, совпадающий по направлению с опрокидывающим моментом.

Согласно [33] в расчетах должны быть учтены нормативные и случайные составляющие нагрузок, определяемые в соответствии с указаниями в сочетаниях, установленных в Таблица 4.

К нормативным относятся составляющие нагрузок, предельные значения которых контролируют во время эксплуатации, или при изготовлении, например, путем взвешивания, и определяют только на основании характеристики ПТМ (грузоподъемность, вес ПТМ, ветровой район по ГОСТ 1451-77 и т.п.).

К случайным относятся составляющие нагрузок, предельные значения которых контролирует крановщик (динамические нагрузки при работе механизмов) или они не поддаются контролю вообще (динамические нагрузки от пульсации ветра).

Таблица 4

Сочетания нормативных и случайных составляющих нагрузок

Н - учитывают только нормативную составляющую нагрузки, случайная составляющая - несущественна;

С - учитывают только случайную составляющую нагрузки, нормативная составляющая - несущественна;

Н+С- учитывают нормативную и случайную составляющие нагрузки.

Сочетания Н+С нормативных и случайных составляющих нагрузок определяются путем умножения нормативных составляющих на соответствующие коэффициенты перегрузки.

Нагрузки от расчетного наклона основания ПТМ совпадают с направлением ветра и определяются как сумма предельного угла наклона площадки, на которой устанавливается кран, и наименьшего угла наклона ПТМ относительно площадки , при котором все опоры, не лежащие на ребре опрокидывания, оказываются разгруженными.

Значение угла наклона должно приниматься по паспорту ПТМ и (или) инструкции по эксплуатации. При отсутствии таких сведений допускается принимать для мобильных ПТМ, - для ПТМ на рельсоколесном ходу.

Значение угла наклона должно определяться расчетом или путем испытания. В расчетах разрешается принимать

, 28)

где – расстояние между опорами (ребрами опрокидывания).

Ребро опрокидывания – мысленная прямая, перпендикулярная к плоскости опрокидывания и проходящая через опорную точку.

Нормативные составляющие нагрузок и наклон основания

а) должны быть физически осуществимы;

б) направления их должны приниматься наиболее неблагоприятными относительно ребра опрокидывания.

Согласно [24] расчеты устойчивости свободно стоящих ПТМ ведутся по разному для ПТМ, имеющих стрелу/консоль, и для ПТМ мостового типа.

Грузовая устойчивость ПТМ стрелового типа рассчитывается для 2-х случаев: грузовая устойчивость при отсутствии дополнительных нагрузок и грузовая устойчивость с учетом влияния дополнительных нагрузок. Коэффициент устойчивости должен быть не менее:

- при определении грузовой устойчивости без учета дополнительных нагрузок и наклона основания (А),

- при определении грузовой устойчивости с учетом всех дополнительных нагрузок, действующих на ПТМ при ее работе, и наклона основания (Б),

- при определении собственной устойчивости с учетом наклона основания в сторону опрокидывания (В).

Коэффициент запаса устойчивости определяется по зависимости

, 29)

где - опрокидывающий момент относительно принятого ребра опрокидывания; - удерживающий момент ПТМ относительно принятого ребра опрокидывания, определяемые для разных случаев расчета. Во всех случаях стрела направлена перпендикулярно большей стороне опорного контура (Рис. 15).

а) б)

Рис. 15 Схемы положения стрелы в расчетах на устойчивость.

Рассматривается висящий неподвижно номинальный груз (элемент), силы инерции отсутствуют, ветра нет, основание горизонтально (Рис. 16).

Опрокидывающий момент относительно ребра опрокидывания А

, 30)

– максимальный вылет стрелы (тележка на конце консоли), – половина меньшей стороны опорного контура.

Удерживающий момент относительно ребра опрокидыванияА

, 31)

где – вес крана, – расстояние от центра тяжести до оси поворота крана по горизонтали.

Рис. 16 Схема поворотного крана для расчета грузовой устойчивости.

Случай Б

Для поворотных ПТМ

Рассматривается ситуация совмещения торможения подъема и поворота. Уклон в сторону опрокидывания. Максимальный ветер рабочего состояния. Отклонение грузовых канатов в сторону опрокидывания в его плоскости на максимальный угол отклонения (Рис. 17).

Рис. 17 Схема поворотного крана для расчета грузовой устойчивости.

Опрокидывающий момент относительно ребра опрокидывания А

, 32)

– плечо к весу груза с ГЗУ относительно т. А.

Удерживающий момент относительно ребра опрокидыванияА

33)

,

где – плечо к весу крана; , , – ветровые нагрузки II расчетного случая на кран, стрелу и груз, соответственно; , , – плечи к ветровым нагрузкам на кран, стрелу и груз, соответственно; , – центробежные силы инерции от поворота на кран и груз, соответственно; - плечо к силе инерции от поворота на кран, соответственно; – сила инерции груза при торможении механизма подъема; - плечо к силе инерции груза при торможении механизма подъема; – усилие от раскачивания груза; – максимальный угол отклонения грузовых канатов в плоскости вылета; - плечо к усилию от раскачивания груза.

Знак « » перед моментом силы инерции от поворота крана зависит от расположения центра тяжести крана относительно оси поворота. При расположении на противоположной от груза стороне используется знак «-», наоборот – знак «+».

Для неповоротных ПТМ

Рассматривается ситуация совмещения торможения подъема и торможения передвижения тележки (выдвижения консоли, телескопирования или качания стрелы). Уклон в сторону опрокидывания. Максимальный ветер рабочего состояния. Отклонение грузовых канатов в сторону опрокидывания в его плоскости на максимальный угол отклонения (Рис. 17).

Рис. 18 Схема неповоротного крана для расчета грузовой устойчивости.

На схеме обозначены: А – ребро опрокидывания; ц.т.к. – центр тяжести крана; ц.т.т. - центр тяжести тележки; – вес тележки; , , , – плечо к весу крана, тележки и груза, соответственно; , – ветровые нагрузки II расчетного случая на кран и груз, соответственно; , – плечи к ветровым нагрузкам на кран и груз, соответственно; , – максимальные силы инерции от торможения тележки, действующие на тележку и груз, соответственно; - плечо к силе инерции от торможения тележки на тележку; – сила инерции груза при торможении механизма подъема; - плечо к силе инерции груза при торможении механизма подъема; – усилие от раскачивания груза; – максимальный угол отклонения грузовых канатов в плоскости передвижения тележки.

Удерживающий момент относительно ребра опрокидыванияА

34)

,

Случай В

Нагрузки, действующие на кран: вес крана, уклон, масимальный ветер нерабочего состояния; стрела на минимальном вылете (Рис. 19).

Рис. 19 Схема поворотного крана для расчета собственной устойчивости.

На схеме обозначены: В – ребро опрокидывания; – сила ветра II случая,

действующая на кран; – плечо к силе ветра; – высота центра тяжести крана.

Опрокидывающий момент относительно ребра опрокидывания В

. 35)

Удерживающий момент относительно ребра опрокидыванияВ

36)

Нормативными документами [7, 10, 24, 40] устойчивость ПТМ мостового типа не регламентируется. Грузовая устойчивость ПТМ мостового типа рассчитывается для 2-х случаев: вдоль пути (А) и поперек пути (Б) для ПТМ, имеющих консоль. Также рассчитывается собственная устойчивость ПТМ (В). Коэффициент грузовой устойчивости вдоль пути должен быть не менее , поперек пути . Коэффициент собственной устойчивости должен быть не менее в обоих случаях. Уклон пути или смещение рельсов на противоположных колеях достаточно незначительны и ими можно пренебречь.

Случай А

Торможение передвижения ПТМ, груза нет, только ГЗУ. Максимальный угол отклонения ГЗУ на канатах (подвешенного элемента ПТМ). Максимальный ветер рабочего состояния (Рис. 20).

На схеме обозначены: А – ребро опрокидывания, главный шарнир балансирной тележки (в месте присоединения опоры) или ось колеса; – вес ГЗУ; , , – ветровые нагрузки II расчетного случая на кран, тележку и ГЗУ, соответственно; , , – плечи к ветровым нагрузкам на кран, стрелу и ГЗУ, соответственно; , , –силы инерции при торможении крана на кран и ГЗУ, соответственно; , - плечи к силам инерции на кран и тележку, соответственно; – усилие от раскачивания ГЗУ; – максимальный угол отклонения грузовых канатов из плоскости передвижения тележки.

Рис. 20 Схема козлового крана для расчета грузовой устойчивости.

Удерживающий момент относительно ребра опрокидыванияА

37)

Опрокидывающий момент относительно ребра опрокидывания A

38)

.

Случай Б

Подъем с «подхватом». Тележка на конце консоли. Максимальный угол отклонения ГЗУ на канатах (подвешенного элемента ПТМ). Максимальный ветер рабочего состояния (Рис. 21).

На схеме обозначены: А – ребро опрокидывания, главный шарнир балансирной тележки (в месте присоединения опоры) или ось колеса; – вес ГЗУ; , , – ветровые нагрузки II расчетного случая на кран, тележку и ГЗУ, соответственно; , , – плечи к ветровым нагрузкам на кран, стрелу и ГЗУ, соответственно; , , –силы инерции при торможении крана на кран и ГЗУ, соответственно; , - плечи к силам инерции на кран и тележку, соответственно; – усилие от раскачивания ГЗУ; – максимальный угол отклонения грузовых канатов из плоскости передвижения тележки.

Рис. 21 Схема козлового крана для расчета грузовой устойчивости.

Удерживающий момент относительно ребра опрокидыванияА

39)

Опрокидывающий момент относительно ребра опрокидывания A

. 40)

Случай В

Собственную устойчивость проверяют при ветре нерабочего состояния давлением Па поперек пути, а при Па также и вдоль пути. Условие устойчивости . Удерживающий момент создается весом ПТМ, а опрокидывающий ветром нерабочего состояния. В особых случаях допускается учитывать рельсовые захваты и другие крепежные устройства.