Определение нагрузок и их комбинаций. Нагрузки крановых конструкций. Схема нагружения стрелы. Схема нагружения фермы консольного крана

3. Определение  нагрузок и их комбинаций

Создание экономичных машин неразрывно связано с правильным определением действующих нагрузок и их сочетаний.

В тех случаях, когда проектируемая машина работает в относительно стабильных условиях и имеется статистический материал о действующих нагрузках, их величина  и расчетные сочетания регламентируются нормами или методиками  расчета, а наибольшие значения нагрузок при нормальной эксплуатации машины называются нормативными.

В настоящее время нормы разработаны для строительных башенных кранов и стальных конструкций  мостовых и козловых кранов [11].

Для других классов машин нагрузки и их сочетания определяются разработчиками самостоятельно, исходя из опыта эксплуатации машин.

При расчете несущих конструкции нагрузки и воздействия принято классифицировать по характеру их изменения в процессе приложения, по времени действия, а также по частоте появления и продолжительности действия.  

По характеру изменения в процессе приложения нагрузки делят на статические, динамические и повторно-переменные:

статические – нагрузки не изменяющиеся во времени (например, нагрузка от собственного веса конструкции и стационарного оборудования при неподвижной машине или ее установившемся движении) или меняющиеся настолько медленно, что вызываемые ими ускорения и силы инерции элементов конструкции пренебрежимо малы (например, динамическое давление ветра при небольших скоростях, снеговая нагрузка);

динамические – нагрузки, изменяющие свое значение, положение или направление в короткие промежутки времени (например, нагрузки, возникающие при разгоне или торможении, ударные, сейсмические и т.д.), вызывающие большие ускорения и силы инерции, что приводит к колебаниям конструкций;

повторно-переменные – нагрузки, многократно (до нескольких млн. раз) изменяющие со временем значения или значения и знак (периодические рабочие нагрузки, нагрузки при работе неуравновешенного оборудования и т.д.), способные привести к усталостному разрушению (разрушение в результате постепенного развития трещины).

По времени действия нагрузки разделяют на постоянные и временные:

постоянные – нагрузки, действующие все время эксплуатации (собственный вес конструкции и вес стационарно установленного оборудования);

временные - нагрузки, действующие в определенные периоды эксплуатации (технологические, восприятие которых является основным назначением машины; длительные и кратковременные, возникающие в процессе эксплуатации машины);

особые - нагрузки, действующие в периоды, когда машина не может эксплуатироваться (монтажные, сейсмические, взрывные и т.д.)

По частоте появления и продолжительности действия нагрузки разделяют на основные, дополнительные и особые:

 основные – это постоянные и временные нагрузки, действующие при нормальных условиях эксплуатации машины (без резких пусков и торможений механизмов, при резких порывов ветра, среднем уровне осадков и т.д.);

дополнительные -  нагрузки, вызванные изменением нормальных условий эксплуатации (резкие пуски и торможения, удары о препятствия, резкие порывы ветра и т.д.)

аварийные – крайне редко возникающие нагрузки, появление которых может вызвать поломку машины или конструкции (сход колес с рельсов, просадка фундамента или грунта и т.д.).

Особенностью эксплуатации машин является то, что большинство нагрузок, действующих на несущие конструкции, имеют динамический характер, что значительно усложняет расчет. Динамические нагрузки, как было сказано выше, вызывают силы инерции. Расчет конструкций при неустановившемся движении основан на принципе Д’Аламбера, согласно которому, всякое движущееся тело можно рассматривать в состоянии мгновенного равновесия под действием внешних сил и сил инерции, условно прикладываемых к телу. При этом расчет условно ведут как статический (квазистатический). Силы инерции могут быть непосредственно введены в расчет либо – учтены через коэффициенты динамичности. Определение сил инерции и коэффициентов динамичности см. [6], [11].

Динамические нагрузки вызывают колебания конструкций. При быстром устранении возмущающей силы конструкция будет совершать свободные (собственные) колебания; при постоянном действии возмущающей силы – вынужденные колебания. Свободные колебания из-за наличия в конструкции сил сопротивления (например, силы трения в шарнирах, блоках и т.д.), поглощающих энергию, со временем затухают. Фактор затухания влияет и на вынужденные колебания и, в частности, на динамический коэффициент (из-за его значительного снижения амплитуда колебаний в условиях резонанса  имеет конечную величину). Для обеспечения нормальной эксплуатации машины время затухания колебаний ограничивается нормами проектирования.

При действии повторно-переменных (циклических) нагрузок,  расчёт производят на условную нагрузку, эквивалентную по интенсивности накопления усталостных повреждений действительной нагрузке. Ее определение см. [5],[6],[11].

Принципиальное значение  имеет  не  только правильное определение нагрузок,  но и  их сочетаний.