Разработка конструкции башенного крана с балочной стрелой и поворотной головкой, страница 5

Момент, создаваемый центробежными силами, возникающими при вращении поворотной части с частотой n=0,4 об/мин:

 

Момент, создаваемый вертикальными инерционными силами при торможении опускаемого груза:

 

Момент горизонтальных сил инерции при торможении перемещающихся масс груза и крана со скоростью

Момент ветровой нагрузки: M_в = 285,96 кН·м

Момент, создаваемый весом груза:

M_Q = Q·(a-b) = 49·(14,7 – 3,15) = 566 кН·м

Коэффициент грузовой устойчивости:

 

Грузовая статическая устойчивость. Нормами предусмотрена проверка коэффициента грузовой статической устойчивости, т.е. устойчивости крана, находящегося в статическом состоянии вне ветрового воздействия.

φ_ст = M_G / M_Q = 2247,2 / 566 = 3,97 ≥ [φ_ст]=1,4

4.2. Расчет собственной устойчивости:

Кран стоит на на­клонной местности; стрела установлена вдоль пути, вылет стрелы минимальный. На кран действует только давление ветра (по нор­мам для нерабочего состояния). Расчет производится только для минимального вылета.

Момент, создаваемый весом крана:

M_G = G_КР·[(b+ c)·cosα - h₀·sinα] = 559,42·[(3,15+1,43)·cos1,5 – 21,45·sin1,5] =

= 559,42·(4,58·0,999 – 21,45· 0,026) = 2247,6 кН·м

Момент ветровой нагрузки при нерабочем состоянии: M_в = 793,21 кН·м

Коэффициент собственной устойчивости:

ψ = M_G / M_Q = 2247,2 / 793,21 = 2,83 ≥ [ψ]=1,15

4.3. Расчет устойчивости при резком снятии нагрузки:

Возможен еще один вид нагружения крана, который может вызвать его опрокидывание, не всегда регламентируемый, но подлежащий анализу при расчете крана. Это случай экстремаль­ного нагружения крана, возникающий, когда в груженом кране при стреле, находящейся в положении наименьшего вылета, про­исходит внезапное снятие нагрузки, например, выпадение груза из строп или обрыв строп.

При грузе, подвешенном на крюке, система кран – стрела находится в напряженном состоянии, при котором накоплена не­которая потенциальная энергия, зависящая от перемещения эле­ментов крана, стрелы и стрелового полиспаста и действующих в них усилий. При мгновенном снятии нагрузки накопленная потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию движения крана и стрелы. Стрела при этом подскакивает и, если ее кинетическая энергия достаточна, запрокидывается.

Ориенти­ровочно сила, действующая вверх: Q’ = 0,1·Q

При этом центр масс стрелы перемещается в сторону поворот­ной части крана, что нарушает условия собственной устойчивости и может привести к опрокидыванию крана назад в сторону про­тивовеса (контргруза). Для борьбы с запрокидыванием стрелы применяют упоры на двуногой стойке, головке башни или каркасе кабины или гибкие тяги, прикрепленные к стреле, к выступаю­щим под стрелой частям крана. Наличие упоров или тяг видо­изменяет процесс и опрокидывающий момент создается только ударным импульсом без участия полного статического момента, возникающего при запрокидывании стрелы. Это бывает обычно достаточным для того, чтобы собственная устойчивость крана оставалась положительной. Поэтому применение упоров или тяг, удерживающих стрелу от запрокидывания, целесообразно.

Если начало процесса имеет место при стреле (весом G_с), находящейся под углом θ₀ к вертикали, центр масс которой при­ложен на расстоянии у от пяты, а накопленная потенциальная энергия, которая может быть преобразована в кинетическую энергию движения стрелы, равна А₀, то угол поворота θ₁ стрелы при снятии нагрузки можно определить по энергетическому ме­тоду из уравнения:

А₀ = G_c·y [cos (θ₀ - cos θ₁) - cos θ₀],

а начальную угловую скорость стрелы  ω₀ - из уравнения:

А₀ = 0,5 ·J_с·ω₀², откуда

где J_с - момент инерции стрелы относительно пяты.

Если θ₁ > θ₀, то стрела будет запрокидываться, для предот­вращения чего требуется применять упоры или тяги.