Расчет металлической конструкции крана-перегружателя

Лист 1.2. В2.cdw

(Пролет. Секция № 4)
(Пролет. Секция № 3)
(Пролет. Секция № 2)
(Пролет. Секция № 1)
Пролетное строение мостового перегружателя

КНИРС Козловые краны.docx

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
«Московский государственный технический университет
(национальный исследовательский университет)»
(МГТУ им. Н.Э. Баумана)
РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ
«Тенденции развития несущих конструкций козловых кранов»
(Группа) (Подпись дата) (И.О.Фамилия)
(Подпись дата) (И.О.Фамилия)
«Московский государственный технический университет имени Н.Э.Баумана
(МГТУ им. Н.Э.Баумана)
на выполнение научно-исследовательской работы
(Фамилия имя отчество)
Направленность НИР (учебная исследовательская практическая производственная др.)
График выполнения НИР: 25% к _8_ нед. 50% к _12_нед. 75% к _15_ нед. 100% к _18_ нед.
Техническое задание
Оформление научно-исследовательской работы:
Расчетно-пояснительная записка на _31__ листе формата А4.
Перечень графического (иллюстративного) материала (чертежи плакаты слайды и т.п.)
Дата выдачи задания « _02_ » __сентября__ 2019 г.
Примечание: Задание оформляется в двух экземплярах: один выдается студенту второй хранится на кафедре.
1.Основные составляющие части козлового крана.5
4.Тележки козловых кранов.6
6.Технические характеристики.8
7.Управление козловым краном.8
Конструктивные характеристики8
Приводы рабочих механизмов13
1.Механизм передвижения. Общее.13
2.Механизм передвижения. Современные решения.16
Системы токоподвода козловогокрана.20
1.Подвод тока к кранам.20
2.Подвод тока к тележкам.24
3.Подвод тока к грузозахватным органам.26
Тенденции развития несущих конструкций козловых кранов.27
1. История появления козловых кранов.27
2. Особенности выбора материала металлоконструкций.30
Список используемой литературы.32
Козловые краны — краны мостового типа мост (пролётные строения) которых установлен на опоры перемещающиеся по рельсам установленным на бетонные фундаменты.Применяются в основном на открытых площадках - как на промышленных предприятий так и на грузовых дворах на полигонах по производству железобетонных изделий а также на контейнерных площадках железнодорожных станций.
В данной работе будут рассмотрены существующие конструкции козловых кранов а также тенденции их модернизации за последние 10 лет.
Козловой кран в упрощенном виде представляет собой мостовой кран опирающийся на стойки и предназначенный для передвижения по наземному рельсовому пути. Внешне он напоминает четырехстоечный портал (монтажные козлы) от чего и получил свое название.
1.Основные составляющие части козлового крана.
тележка установленная или подвешенная на мосту и способная по нему передвигаться;
две опоры каждая из которых включает одну или две стойки;
платформы опор для передвижения по подкрановому пути;
механизм подъёма груза;
механизм передвижения тележки;
механизм передвижения крана.
2.1.По назначению козловые краны подразделяют на:
Строительно-монтажные (грузоподъемность от 300-400 т пролет 60-80 м высота подъема 20-30 м);
Перегрузочные как правило общего значения (грузоподъемность от 32 до 50 т пролет 10-40 м высота подъема 7-16 м));
Краны специального значения (используются для гидротехнических сооружений).
2.2.По конструкции моста:
краны с однобалочным мостом;
краны с двух балочным мостом.
2.3.По количеству стоек:
с одностоечными опорами;
с двухстоечными опорами.
2.4.По конструкции балок:
решетчатая сплошностенчатая (с отверстиями или без отверстий в стенках) трапецеидального сечения
треугольного сечения
прямоугольного сечения.
Мост козлового крана опирается на наземный крановый путь 1 при помощи опор 2 и ходовых тележек 7. Консоли 3 — это части моста выступающие за опоры консоли увеличивают зону обслуживания крана. На рисунке изображен козловой кран с подвесной грузовой тележкой 5 совместно с которой перемещается кабина управления 6.
Рис. 1.1 - крановый путь; 2 - опора; 3 - консоль; 4 - мост; 5 — грузовая тележка; 6 - кабина; 7 — ходовая тележка.
Козловые краны применяют для погрузочно-разгрузочных работ на открытых складах. Козловые краны общего назначения могут иметь грузоподъемность до 60 т и пролет до 345 м.
В козловых кранах так же как и в мостовых реализуются три самостоятельные операции:
подъем — опускание груза на требуемую высоту
перемещение груза по мосту крана поперек обслуживаемой площадки
перемещение груза краном вдоль обслуживаемой площадки.
4.Тележки козловых кранов.
Подвесные грузовые тележки у козловых кранов разделяют на два типа:
монорельсовые. Подвески рамы блоков выполняют со сферическими опорными элементами. Часто для перемещения кабины используют дополнительные монорельсы которые помогут увеличить металлоемкость конструкции.
двухрельсовые. Нередко тележки оснащают монорельсовыми каретками нижние пояса моста делают из двутавровых балок что приводит к возрастанию числа ходовых колес.
Таким образом узлы крепления балок к решетке моста становятся менее надежными.
Нередко используют краны с тележками которые перемещаются по направляющим (уложенные на нижние пояса). Рамы таких тележек делают с опиранием по трехточечной схеме чтобы более рационально распределить нагрузки на подтележные направляющие.
при перегрузочных работах в складских помещениях;
при монтаже гражданских и промышленных объектов;
погрузочно-разгрузочных процессах в порту и на железной дороге;
в цехах промышленного производства;
монтажных работах на строительной площадке;
на заводах по производству ЖБИ;
при проведении ремонта технического оборудования больших размеров.
Существуют специальные козловые краны предназначенные для ГЭС. В отличие от других кранов они обладают высокой грузоподъемностью. Их подразделяют на краны для плотин и для машинных залов. Они могут быть консольными полукозловыми бесконсольными и стрелковыми.
Козловой кран прежде всего предназначен для обслуживания штучных длинномерных и других грузов полигонов по производству железобетонных кирпичных изделий открытых площадок промышленных предприятий грузовых дворов выполнения разгрузочных и погрузочных работ на контейнерных площадках морских портов и жд станций.
На морском транспорте козловые краны получили широкое распространение на перегрузке контейнеров тяжеловесов металла лесных и строительных материалов а также различных других навалочных грузов.
Крановое оборудование козлового типа отличается многофункциональностью длительным эксплуатационным сроком высокой производительностью а также более умеренными ценами по сравнению с гусеничными или башенными. Благодаря этим качествам оно заслужило широкую популярность в мире.
6.Технические характеристики.
грузоподъемность –изменяется в диапазоне от 3 до 50 т;
длина мостового пролета – от 9 до 32 м;
подъемная высота – от 6 до 9 м;
скорость перемещения крана – более 30 ммин.;
диапазон температур – от -40 до +40 градусов.
7.Управление козловым краном.
с помощью дистанционного пульта;
методом радиоуправления;
из кабины оператора;
для многих моделей возможны два типа управления.
Конструктивные характеристики
К козловым относятся краны укоторых горизонтальное пролетное строение— ферма— опирается надве ноги.
У козловых кранов смалым пролетом— расстояние между центрами ходовых колес 10-12 м (рис. 2)— обе ноги выполнены жесткими ас пролетами более 12 м (рис. 3) одна нога жесткая другая гибкая. Наличие гибкой ноги исключает опасную возможность заклинивание инедопустимых перекосов ног при температурных изменениях длины моста или случайных изменениях положения подкрановых путей.
Рис. 2.Схема козлового крана пролетом 10-12 м сгрузовой тележкой.
Конструктивно козловой кран может быть выполнен одно-или двухконсольным или вообще бесконсольным (рис. 4).
Рис. 3. Схема козлового крана пролетом > 12 м сэлектроталью.
Рис. 4. Козловые краны: а – д вухконсольный; б – бесконсольный; в – схемазапасовки грузового каната; г – схема запасовки тягового каната передвижения тележки.
Вдоль моста козлового крана перемещается грузовая тележка или обычная самоходная электроталь (тельфер) грузоподъемностью 5-8 т.
Наиболее распространены козловые крюковые краны общего назначения грузоподъемностью 1-50 т основные параметры которых регламентированы ГОСТ 7352-55. В соответствии сэтим Гостом ВНИИПТМАШем разработаны рекомендуемые параметры козловых кранов.
Грузовые тележки козловых кранов выполняются большей частью двухрельсовыми реже— однорельсовыми. Двухрельсовые тележки могут перемещаться по верхнему инижнему поясам моста однорельсовые— лишь по нижнему.
По конструкции тележки бывают двух типов. На первых размещены механизмы подъема груза ипередвижения увторых они отсутствуют. Вместо них установлены отклоняющие блоки грузового каната изакреплен трос тяговой лебедки расположенной намосту крана. Тележки второй конструкции значительно легче первой аследовательно ивес металлоконструкций моста крана меньше.
Кабина управления краном может быть неподвижной (для кранов смалым пролетом) или подвижной перемещаемой одновременно стележкой по тем же рельсовым путям.
Конструкция моста козлового крана выполняется однобалочной для легких исредних кранов идвухбалочной для тяжелых. Сама металлическая конструкция балок может быть решетчатой или сплошностенчатой прямоугольного треугольного или трапецеидального сечения. Для удобства транспортирования атакже для монтажа крана наразличную длину пролета мост изготовляют составным ссоединениями наболтах или пальцах. К ногам мост крепится также наболтах. В тех случаях когда козловые краны выполняются самомонтирующимися (что особенно важно для строительных кранов часто перебазируемых содной стройки надругую) опорные ноги крепят при монтаже крана нашарнирах.
Стягиванием ног при помощи канатов илебедок крана достигается подъем моста впроектное положение после чего ноги закрепляют кмосту болтами авнижней части ноги связывают продольной балкой— растяжкой. Для предотвращения перекоса при подъеме моста каждая пара ног связывается между собой синхронизирующим устройством— зубчатыми секторами параллелограммными тягами ит. д.
По концам продольных балок ног установлены двухребордные ходовые колеса приводимые от двигателя расположенного намосту странсмиссией ввиде системы горизонтальных ивертикальных валов или от индивидуального двигателя через систему зубчатых передач. Последний тип привода применяется вподавляющем большинстве конструкций современных козловых кранов. Приводными обычно является половина ходовых колес крана.
Энергоснабжение козловых кранов осуществляется от внешней сети по троллеям или посредством гибкого кабеля.
Рис. 5. Схема бесконсольного козлового крана из элементов УИК.
Кроме козловых кранов серийно выпускаемых промышленностью втранспортном строительстве ипреимущественно вмостостроении применяются краны собранные из инвентарных металлоконструкций УИКМ. Один из них— бесконсольный козловой кран грузоподъемностью 70 т пролетом 30 м (рис. 4)— успешно применялся настроительстве моста через р. Дон уРостова.
Ригель (мост) этого крана квадратного сечения. Тележка сканатным механизмом передвижения перемещается по верхнему поясу ригеля. Для подъема груза использованы две стандартные 5-л лебедки каждая из которых связана свосьмикратным полиспастом
Все козловые краны передвигаются по рельсовым путям иснабжены противоугонными захватами рассчитанными наудержание кранов при любом ветре. В козловых кранах легкого типа получили распространение клещевые захваты свинтовыми стяжками. Однако сила зажатия рельсов такими захватами невсегда бывает достаточной для удержания крана. При сильных порывах ветра особенно при внезапном ветре более надежными являются захваты автоматического действия; захваты же сручным приводом могут допускаться только вслучае когда максимальная сила давления ветра оказывается меньше сопротивления движения крана при незаторможенном механизме передвижения.
Один из распространенных типов автоматического захвата клиновой вкотором тяжелые клинья опускаясь вниз под действием собственного веса разводят удлиненные верхние плечи клещевых рычагов исближают короткие плечи их зажимающие головку рельса. При прекращении действия захватов клинья поднимаются канатами при помощи лебедок ирычаги усилием пружин отводятся от рельсов. Ход захвата вверх ограничивается конечным выключателем. На кране установлен анемометр который посредством реле при определенном давлении ветра включает лебедки наопускание клиньев.
При расчете коэффициент трения губок орельсы следует принимать 015-018 икоэффициент запаса торможения— 12.
Для смягчения ударов козловых кранов обупоры наконцевых участках подкрановых путей установлены пружинные или пружинно-фрикционные буфера. Так как наэтих же участках расположены конечные выключатели прерывающие подачу тока кмеханизмам передвижения при подходе кранов купорам то врасчете буферов принимается что кран может ударяться обуфер двигаясь соскоростью составляющей 06 нормальной скорости движения.
Типажом кранов для транспортного строительства предусмотрены козловые краны марок К-4 К-6 ККТС-20 К-305 К-751 или модернизированный кран К-451.
Рельсовый путь по которому передвигается козловой кран укладывают набалластном основании— песчаном или щебеночном причем первый из них допускается лишь для кранов грузоподъемностью до 5 т. Рельсы применяются типов Р38 иР43; длина шпал (типа IA) должна быть неменее 1350 мм. Рекомендуемое расстояние между шпалами 500-700 мм (в зависимости от грузоподъемности крана). Толщина слоя песчаного балласта должна быть неменее 300 мм; щебеночно-гравийного для кранов грузоподъемностью до 5 т— 250 мм; для остальных— 400 мм. Концы шпал должны быть перекрыты балластом неменее чем на200 мм.
Для большей устойчивости вдоль пути свнешней его стороны целесообразно прорезать кюветы для отвода дождевой воды.
Если под козловым краном необходимо проложить железнодорожные пути то их ось должна быть неближе 2750 мм от оси рельсового пути крана.
Устойчивость козловых кранов проверяют поперек ивдоль подкранового пути врабочем инерабочем состоянии навоздействие следующих сил: веса моста веса тележки веса груза сил инерции массы тележки при разгоне иторможении ее или торможении моста сил инерции массы моста при его торможении силы давления ветра нагруз ина кран.
Приводы рабочих механизмов
Устройство козлового крана состоит из комбинации механических элементов и электротехнических модулей. В многотонных конструкциях используется несколько электрических двигателей каждый из которых отвечает за локальную или комплексную подвижность в определенном направлении. Это прежде всего касается колесной базы расположенной в нижней части опорных стоек.
В зависимости от модели и грузоподъемности каждое колесо может оборудоваться силовым приводом. Тоже касается тормозного механизма который выбирают из двух вариантов отличающихся по принципу технического действия. Колодочную тормозную систему целесообразно устанавливать при центральном приводе колес. Гидравлическая более сложная и дорогая система торможения используется в козловых кранах с раздельным приводом; она позволяет тормозить плавно мягко и в отличие от торможения колодками (с индивидуальным износом) исключает перекосы и сход с подкрановых путей.
1.Механизм передвижения. Общее.
Механизмы передвижения козловых кранов выполняют только с раздельным приводом. Необходимости применения каких-либо дополнительных синхронизирующих устройств у кранов общего назначения не имеется. Это объясняется также и относительной сложностью и низкой надежностью таких устройств.
Следует отметить что предлагаемая иногда для козловый кранов простейшая система синхронизации (путем электрического согласования роторов) в данном случае будет неэффективна. Причиной этого является работа приводов как в двигательном так и в тормозном (при попутном ветре) режимах. Вместе с тем практически после каждого тормозного процесса синхронизация двигателей будет нарушаться и при электрическом рассогласовании их роторов около 180° во время пуска двигателей неизбежно возникают сильные толчки.
Характерной особенностью работы механизмов передвижения козловых кранов являются значительные ветровые нагрузки составляющие (при q — 90 Па) 200 350 Н на 1 т массы крана что существенно превосходит сопротивление от трения (70 100 Нт). Другой особенностью этих механизмов является значительная (в 2 3 раза и более) разница между вертикальными нагрузками на противоположные опоры что обусловлено наличием консолей пролетного строения.
Исходя из этого следует в первую очередь выбирать число приводных колес; оно должно быть всегда не менее половины общего числа колес. При этом должны быть выполнены определенные условия.
Значения и определены с учетом действия на кран горизонтальных нагрузок причем принято что последние приводят к уменьшению нагрузок на колеса.
Невыполнение этого условия приведет к тому что ходовые колеса на менее нагруженной опоре будут при движении против ветра пробуксовывать.
Для обеспечения сцепления необходимо выполнять все ходовые колеса приводными что одновременно приводит к снижению нагрузок от перекоса и повышению эксплуатационной надежности механизма передвижения. Это особо целесообразно для быстроходных интенсивно эксплуатируемых кранов для которых также рекомендуется учитывать и пусковые инерционные нагрузки. Однако при этом увеличиваются сложность и стоимость как ходовой части крана так и его электрооборудования.
Для относительно мало загруженных кранов если условие (10) не может быть выполнено допускается ограничение передвижения крана с грузом на консоли.
Иногда для улучшения сцепления предусматривают дополнительную нагрузку ходовых колес для чего в полостях стоек опор или на стяжках размещают балласт из гравия или бетона.
1.1.Выбор мощности приводных электродвигателей.
Как правило приводные двигатели должны обеспечивать длительную работу в заданном цикле при ветре давлением q = 60 Па действующем вдоль подкрановых путей и уклоне путей 15%. В то же время двигатели должны иметь достаточную мощность чтобы работать в течение короткого времени (5 10 мин) при ветре давлением Ч = 90 Па и уклоне 3%.
В обоих случаях направление действия ветра совпадает с направлением подъема подкрановых путей; учитывается также возможное 10 %-ное падение напряжения питающей сети.
Результаты замеров неоднократно проводившихся на эксплуатируемых кранах показали что отклонения сопротивлений роторных цепей бывают весьма значительными. В среднем отношение между эквивалентными сопротивлениями двигателей противоположных опор составляет 14 16 у некоторых кранов 20 22. Такие отклонения объясняются различной длиной роторных проводов противоположных опор неисправностями контактов и др. Это обусловливает существенно различные моменты развиваемые фазными двигателями.
Отклонения в диаметрах ходовых колес противоположных опор практически достигающие 2 3 мм незначительно сказываются на распределении загрузки между двигателями. Для уменьшения степени различия в загрузке следует уравнивать сопротивления роторных цепей двигателей противоположных опор; кроме этого необходим и тщательный надзор за состоянием контактов аппаратов управления включенных в роторные цепи.
Так как полностью исключить все факторы вызывающие отклонения практически невозможно в роторных цепях желательно предусматривать дополнительные невыключаемые резисторы сопротивлением 2 25 Rp. Наличие таких резисторов существенно уменьшает различие в загрузке фазных электродвигателей.
Так как двигатели всегда рассчитывают на значительную ветровую нагрузку смягчение их характеристик не отразится сколько-нибудь существенно на скорости передвижения крана.
При соблюдении указанных условий для расчета коэффициент неравномерности загрузки фазных двигателей можно принимать Y = 085 090. При отсутствии невыключаемых резисторов или невозможности обеспечения регулярного контроля за состоянием роторных цепей этот коэффициент следует снижать до 060 070 что равносильно требованию существенного увеличения мощности устанавливаемых двигателей.
2.Механизм передвижения. Современные решения.
В настоящее время в отечественной практике механизмы передвижения козловых кранов оснащают преимущественно фазными электродвигателями с неавтоматическим управлением.
Короткозамкнутые двигатели находят применение лишь в некоторых моделях козловых кранов малой грузоподъемности (32 50 т) и при скорости передвижения не свыше 083 мс.
Необходимость значительного повышения установленной мощности двигателей механизмов передвижения рассчитываемых на относительно редко действующую ветровую нагрузку приводит к тому что при отсутствии ветра и полностью введенных пуско-регулирующих резисторах кран быстро разгоняется до полной скорости.
При обычно используемых системах управления регулирование скорости передвижения практически возможно только в результате повторных импульсных включений. Это затрудняет управление краном снижает его производительность и резко уменьшает долговечность элементов приводов.
Для устранения этих недостатков созданы различные усовершенствованные системы управления приводами; ряд таких устройств внедрен в настоящее время и в отечественной практике.
Как правило механизмы передвижения комплектуют электрогидравлическими или электромагнитными тормозами автоматически накладывающимися при отключении приводных двигателей.
Ветер давлением 125 Па действует редко; при меньшем ветре или его отсутствии наложение тормозов Сопряжено с чрезмерно быстрой остановкой препятствующей нормальной эксплуатации крана. Поэтому как правило краны работают с сильно ослабленными тормозами. Очень часто тормоза полностью бездействуют или вообще приведены в негодность. Эксплуатация кранов с такими тормозами опасна и на практике является основной причиной угона кранов даже при действии относительно слабого ветра.
Имеются также случаи работы кранов с различными усилиями затяжки тормозов противоположных опор что приводит к возникновению значительных нагрузок от перекоса. Устранить этот недостаток можно только применением систем обеспечивающих плавное и желательно избирательное торможение.
Нерационально устраивать систему торможения так чтобы она обеспечивала плавную остановку крана во всем диапазоне ветровых нагрузок. Это объясняется тем что такая система будет сложной по конструкции и трудоемкой в эксплуатации. Поэтому целесообразно проектировать систему торможения так чтобы она обеспечивала достаточно плавную остановку крана при ветре давлением 30 60 Па. При большем ветре можно допустить резкую остановку крана соответствующую срабатыванию тормозов рассчитанных на удерживание кранов на месте.
Таким образом в зависимости от места установки крана плавная его остановка будет обеспечена в пределах 90 98% общего времени работы.
Рассмотрим некоторые системы и устройства повышающие плавность пуска и торможения и применяемые в выпущенных за последние годы козловых кранах.
Для кранов К-6Б ККС-10 передвигающихся со скоростью 05 066 мс по данным А: В. Харлампиева часто хороший эффект дает размещение на быстроходном валу дополнительного маховика. Это практически возможно только при механизмах снабженных двигателями с пс = 1000 обмин. Диаметры маховиков составляют 350 450 мм их масса 35 50 кг. При этом маховой момент маховика составляет 70 90 % приведенного махового момента механизма передвижения и крана что обеспечивает соответствующее увеличение времени разгона-торможения. Опыт эксплуатации показывает что такое увеличение (до 5 с) благоприятно сказывается на работе крана позволяя в частности работать с тормозами отрегулированными в соответствии с инструкцией по эксплуатации.
На рис. 6 показан маховик механизма передвижения 10 т крана К-6Б скрепленный с внешней обоймой упругой муфты. Этот механизм снабжен двигателем MTF-211-6 мощностью 75 кВт при 930 обмин; скорость передвижения крана 06 мс; его масса около 43 т.
При четырехдвигательном приводе механизма передвижения без каких-либо существенных усложнений электросхемы могут быть осуществлены ступенчатые пуск и торможение. Вторая пара двигателей может включаться вручную или автоматически с помощью реле времени.
Первую пару тормозов регулируют на момент соответствующий давлению ветра 30 50 Па: вторая пара тормозов включается через 2 4 с тогда когда при нормальных условиях движения кран должен остановиться или по крайней мере скорость его сильно снизится.
Для интенсивно работающих кранов при установке маховиков следует проверить двигатели на нагрев.
Хорошие результаты дали попытки оснащения механизмов передвижения козловых кранов электромагнитными порошковыми тормозами. Такие устройства значительно компактнее обычных индукционных тормозов; вместе с тем они обеспечивают достаточно плавную остановку механизма; колодочные тормоза здесь используют в качестве стопорных.
Момент развиваемый тормозом мало зависит от частоты вращения двигателя; его можно регулировать в широких пределах изменяя силу тока возбуждения что и позволяет плавно останавливать кран.
Рис. 6. Маховик механизма передвижения крана К-6Б.
Порошковые тормоза вследствие инерции магнитного поля также смягчают пусковые толчки.
Были попытки применения в механизмах передвижения козловых кранов систем динамического торможения. Однако несмотря на усложнение схемы такие системы не обеспечивали плавного пуска и движения на сниженной скорости.
На ряде крупных козловых кранов с четырехдвигательным приводом применена разработанная ВНИИПТМАШЕМ схема со встречным включением двигателей. В период пуска или для снижения скорости движения крана два привода работают в двигательном режиме и два — в режиме динамического торможения с питанием статорной обмотки постоянным током. Скорость передвижения здесь снижается в 6 10 раз. Остановка крана осуществляется методом динамического торможения. Необходимого снижения скорости и интенсивности торможения достигают соответствующим подбором двигательных и тормозных характеристик. Применение схемы несколько усложняет электрооборудование-крана; однако несомненным ее достоинством является то что она работает на типовом электрооборудовании.
Известны и другие системы управления фазными электродвигателями механизмов передвижения козловых кранов — например тиристорный привод с импульсным управлением в цепи выпрямленного тока роторов. Несмотря на хорошие технические показатели (глубокое регулирование скорости с жесткими характеристиками плавное торможение и др.) таких систем для их работы необходимо нестандартное оборудование которое существенно усложняет электросхему крана. Поэтому до настоящего времени эти системы практического применения не нашли.
Для приводов с короткозамкнутыми двигателями может быть рекомендовано в первую очередь применение маховиков; интерес представляют попытки использования гидромуфт наряду с маховиками довольно широко применяющихся за рубежом в аналогичных приводах.
Использование двух- и более скоростных короткозамкнутых двигателей затруднено необходимостью смягчения толчков возникающих в момент переключения скоростей. Разработанные для этого специальные системы управления довольно сложны и их изготовление весьма ограниченно.
Механизм передвижения грузовой тележки. При проектировании приводов этих механизмов учитывают сопротивления от трения в ходовых колесах ветра и уклона подтележечных направляющих. Для тележек с канатным механизмом передвижения в расчет принимают также нагрузки и сопротивления от перекатывания по блокам тяговых и подъемных канатов которые определяют по известным методикам.
Механизмы передвижения самоходных грузовых тележек имеют обычно 50 % ведущих ходовых колес. При этом как показывает
практика эксплуатации всегда обеспечивается сцепление ходовых колес необходимое для нормальной работы механизма.
Двигатели механизма передвижения тележки должны обеспечивать работу с номинальным грузом при ветре давлением 90 Па и наклоне направляющих равном 12 максимального. Двигатель на нагрев проверяют при давлении ветра в 60 Па и уменьшенных на 40% (по сравнению с предыдущим случаем) сопротивлениях от наклона направляющих и трения в канатных блоках. Массу груза принимают равной 060 080 и 10 номинальной массы соответственно для легкого среднего и тяжелого режимов работы.
Очевидно максимальный момент развиваемый двигателем (с учетом возможного падения напряжения питающей сети и примерно 30% запаса) должен быть достаточен для преодоления максимально возможных суммарных сопротивлений (давление ветра принимают равным 90 Па). Тормоз должен удерживать тележку при наличии максимальных нагрузок и сопротивлений и ветре давлением 125 Па.
Какие-либо специфические требования к приводам механизмов передвижения грузовых тележек отсутствуют; в них обычно применяют обычной электрооборудование мостовых кранов. В необходимых случаях можно использовать описанные устройства и схемы.
Системы токоподвода козловогокрана.
1.Подвод тока к кранам.
Ток к кранам подводится преимущественно с помощью гибкого кабеля. При протяженности перемещения свыше 100 м иногда применяют гибкие троллеи с соответствующими токосъемниками. В отдельных случаях краны оборудуют токоприемными шинами взаимодействующими с установленными на столбах контактными элементами. Иногда жесткие троллеи или токоподводящие контактные колонки располагают в устраиваемых вдоль подкранового пути и снабженных сдвижными укрытиями траншеях или наземных коробах. Для подвода тока к кранам используют гибкие шланговые кабели КРПТ ГРШС и др.
Находят применение три схемы кабельного токоподвода: с укладкой кабеля на землю и непосредственным креплением его к остову крана или с наматыванием кабеля на приводной барабан и со шторной подвеской кабеля.
В первых двух случаях для предотвращения повреждений кабеля вдоль путей устраивают деревянный лоток шириной 300 400 мм и глубиной около 250 мм. При непосредственном креплении к крану при его передвижении кабель трется об основание что способствует быстрому изнашиванию его оболочки. Кроме того кабель часто путается не исключено попадание его под колеса крана и т. п. Поэтому такой способ токоподвода может быть рекомендован только для относительно редко перемещающихся кранов и при регулярном надзоре за укладкой кабеля. Протяженность хода крана не должна превышать 100 м.
Кабельные барабаны монтируют на стойках опор; они должны обеспечивать автоматическое наматывание и сматывание кабеля по мере перемещения крана.
Натягиваемый этим грузом канат приводит во вращение дополнительный барабанчик связанный с основным барабаном. Недостатком грузового привода является необходимость применения громоздкого натяжного груза массой 100 200 кг системы канатных блоков и др.
Известны барабаны с приводом от электродвигателя. Здесь наиболее целесообразным представляется привод от асинхронного фазного двигателя работающего в так называемом «стопорном» режиме. Для этого сопротивления в цепи ротора подбирают так чтобы обеспечить ограниченный крутящий момент остановку двигателя под напряжением и вращение его ротора в направлении противоположном направлению вращения магнитного статора при сматывании кабеля. Однако здесь приходится существенно увеличивать габаритные размеры электродвигателя.
Хорошие результаты должно дать применение для привода кабельных барабанов линейных электродвигателей. В настоящее время практически используют только грузовой привод.
Барабан устанавливаемый на краны Производственного объединения «Кран» грузоподъемностью 8 20 т (рис. 7 а) включает в себя основание монтируемое на стяжке опоры. На этом основании укреплена полая ось несущая контактные кольца кольцевого кранового токосъемника. Вращающийся корпус его связан тягами с обечайкой барабана. Торцовый щит последнего прикреплен к ступице барабанчика подшипники которого посажены на ось. Для доступа к токосъемнику предусмотрена съемная крышка.
Участок навивки кабеля снабжен ребордами образованными трубчатыми ободьями поддерживаемыми радиальными спицами. Навиваемый на барабан гибкий кабель подводится к щеткам токосъемника через сальник кабель соединяющий кольца токосъемника с приемниками энергии на кране проходит через полость оси.
Этот барабан рассчитан на намотку 100 м кабеля диаметром до 40 мм.
Кабельный барабан показанный на рис. 7 б предназначен для кранов грузоподъемностью до 5 т. В нем применены токосъемники 8 от фазных электродвигателей.
Рис. 7. Кабельные барабаны с грузовым приводом:
а — с подводом кабеля через полую ось; б — с подводом кабеля через торцовую крышку барабана
Сплошной вал совместно с ребордами участка навивки натяжного каната вращается в подшипниках. Траверса токосъемных щеток укреплена на неподвижном щите через который проходит кабель питания приводов крана. Предусмотренное на торцовом листе кольцевое ребро образует лабиринтное уплотнение защищающее полость барабана от попадания воды и грязи.
Натяжные грузы выполняют в виде монолитного или наборного блока (или ящика для скрапа) перемещающегося по направляющим стойкам опоры. Если хода груза недостаточно для обеспечения числа оборотов барабана необходимого для наматывания кабеля заданной длины (обычно 50 м) применяют полиспасты. Это однако ведет к соответствующему увеличению массы груза.
На кранах грузоподъемностью более 5 т блок рекомендуется оборудовать упрощенными ловителями. Это предотвратит падение груза вследствие внезапного обрыва каната надзор за которым обычно затруднен. Такие ловители (рис. 8) выполняют в виде
смонтированных на грузе двух подпружиненных рычагов верхние концы которых связаны с петлей соединенной с коушем натяжного каната. При обрыве последнего рычаги под действием пружин разворачиваются И нижние концы их выходят за пределы блока вступая во взаимодействие с предусмотренными вдоль направляющих упорами.
Когда протяженность хода крана не превышает 60 70 м и укладка кабеля на земле нежелательна по условиям планировки площадки можно применять шторную подвеску. В этом случае вдоль путей размещают опоры поддерживающие гибкий элемент по которому перемещаются каретки и кольца поддерживающие токоведущий кабель. Однако при такой системе затруднен доступ к кабелю для его обслуживания; поэтому шторный токоподвод применяют преимущественно для питания грузовых тележек.
Концы кабеля должны быть надежно и без возможности перегибов прикреплены к кронштейну ходовой части крана и к месту вывода кабеля около подкрановых путей. В последнем случае целесообразно крепить кабель зажимным хомутом соединенным с основанием цепью воспринимающей тяговое усилие.
Для троллейноготокоподвода целесообразно применять элементы типовых троллейбусных токосъемников. Для троллей следует использовать Ляг.онныемелныепповопа ТФ-85. Пооволатпол-лейноготокоподвода располагают в горизонтальной плоскости; вертикальное размещение нежелательно так как здесь возникает опасность короткого замыкания при обледенении проводов.
Рис. 8. Ловители натяжного кабельного барабана.
Рис. 9. Токосъемники:
а — штанговый б — с пантографным шарнирным механизмом.
Штанговый токосъемник (рис. 9 а) для тока силой 100 150 А включает в себя горизонтальную траверсу на которой с помощью изоляторов смонтировано основание несущее поворотные кронштейны штанг 4 токосъемных головок. Поджатие головки к троллейному проводу с силой 30 40 Н обеспечивается регулируемой пружиной. Шарнирное крепление кронштейнов допускает поворот штанги в горизонтальной плоскости со смещением головки на ±(40—50) мм.
Для крупных кранов целесообразно применять токосъемники подпружиненным шарнирным механизмом (по типу используемых на железнодорожном транспорте). Такой токосъемник показан на рис. 9 б. Здесь для съема тока предусмотрены медно-графитные шины ширина которых компенсирует боковые смещения крана. Шины поджаты пружиной. Допускаемая сила тока 150 200 А.
Для обслуживания токосъемников краны должны быть оборудованы подвесными люльками.
2.Подвод тока к тележкам.
Для подвода тока к грузовым тележкам в настоящее время используют почти исключительно систему со шторной подвеской кабеля достаточно надежную в работе и обладающую относительно небольшой массой.
В двухбалочных кранах иногда встречаются системы с петлевым кабельным токоподводом применяющиеся в мостовых кранах. Устройство троллейного токоподвода в особенности с жесткими троллеями нецелесообразно вследствие его громоздкости вызываемой им опасности поражения током обслуживающего персонала и др.
В небольших кранах с электроталями кабель иногда хомутами крепится к кольцам перемещающимся по проволоке или канатику натянутому вдоль ездового монорельса. Такая подвеска имеет простую конструкцию и невысокую стоимость но кольца и проволока быстро изнашиваются а кабель перегибается на хомутах.
Для обеспечения эксплуатационной надежности системы токоподвода кабель должен поддерживаться каретками снабженными роликами. Подвеска кабеля должна предотвращать возможность его перегиба (радиус перегиба должен быть примерно 5 10 dK). Кроме этого петли кабеля должны иметь возможность разворачиваться относительно вертикальной оси. Это позволяет петлям при перемещении тележки сближаться на минимальное расстояние. Чтобы разгрузить кабель от растягивающих усилий каретки соединяют между собой канатиком длина которого несколько меньше длины кабеля.
Усовершенствованная конструкция поддерживающей кабель каретки предназначенной для перемещения по стальному канатику показана на рис. 10 а. Ее ролики выполнены из пластмассы (полиэтилен полиуретан). Предусмотрена дуга 1 на которую укладывают пакет кабелей фиксируемый нажимной скобой.
Рис. 10. Кабельные каретки: а — Комсомольского-на-Амуре завода подъемно-транспортного оборудования; 6 — для перемещения по двутавровому монорельсу (ПО «Кран»)
Резьбовой шток несущий дугу и скобу может свободно поворачиваться в гайке 4. Должны быть предусмотрены приспособления для натяжения несущего каретки каната; для уменьшения его провеса на грузовых тележках иногда монтируют поддерживающие ролики.
При пролетах моста 20 25 м вследствие значительного провеса грузового каната каретки обычно монтируют на жестких направляющих.
На рис. 10 б показана кабельная каретка крана ККС-10 предназначенная для перемещения по двутавровой балке. Здесь кабели крепят в ручьях дугообразных пластмассовых обойм подвешенных на штыре. Сферическая головка последнего обеспечивает самоустановку петли кабеля в любом направлении. Ролик 5 предназначен для поддержания тягового каната грузовой тележки крана. Каждая из щек снабжена колесом.
Перспективным является применение взамен пакетов круглого кабеля более гибких и менее склонных к повреждениям плоских многожильных кабелей. Однако вследствие невозможности поворота кабеля сближение кареток ограничено. При длине передвижения более 50 м и скоростях передвижения тележки более 12 мс начинают неблагоприятно сказываться присущие кабельному токоподводу недостатки: неравномерность перемещения отдельных кареток заедания толчки взаимные их удары и др.
Эти недостатки устраняются при использовании для передвижения кареток линейных электродвигателей которые стали применять за рубежом на крупных крановых установках.
3.Подвод тока к грузозахватным органам.
У грузовых тележек с грузовыми лебедками для навивки токоподводящего кабеля можно использовать типовые кабельные барабаны с приводом от редуктора или канатного барабана.
На канатные тележки иногда устанавливают пружинные барабаны. На кранах ККУ-75 при оборудовании их моторными грейферами для выборки кабеля применяли монтированные на раме подвижной кабины вытяжные полиспасты.
Известно большое число видов приспособлений для проводки и укладки кабеля питания грузозахватного органа; многие из них описаны в патентной литературе. Однако при вертикальном ходе крюка в пределах 5 8 м и средней интенсивности эксплуатации на практике часто обходятся без каких-либо дополнительных устройств.
Хорошие результаты обычно дает установка на обойму или траверсу грузовой подвески корзины-ловителя для кабеля который под действием собственной силы тяжести опускается туда при подъеме крюка. На рис. 87 показана траверса крана грузоподъемностью 125 т с прикрепленной на ней корзиной.
Тенденции развития несущих конструкций козловых кранов.
1. История появления козловых кранов.
История появления и развития крановой техники уходит корнями в глубокое прошлое. Подобный механизм захвата и транспортирования использовался древними греками. Однако нет точных данных из какого материала изготавливалась конструкция грузоподъемного механизма. Также неизвестна и грузоподъемность первых образцов подобной техники. Фактом остается создание и применение устройств с подобным принципом функционирования. В СССР кран козловой широко применялся для различных производственных нужд.
Простейшие подъёмные краны как и большинство грузоподъёмных машин до конца XVIII века изготовлялись из дерева и имели ручной привод.
В XI-XII веках с развитием торговли и мореплавания стали появляться первые варианты современных кранов. Они обладали ручным приводом либо приводом от топчаковых колёс. Конструкции кранов вначале выполнялись из дерева а крюки и оси делали из стали.
К началу XIX века ответственные быстро изнашивающиеся детали (оси колёса захваты) стали делать металлическими. В 20-х гг. XIX века появились первые цельнометаллические подъёмные краны сначала с ручным а в 1830 годах - с механическим приводом.
Активное производство этой техники началось в 70-х годах 20-го столетия. Ориентировочный годовой объем выпуска грузоподъемного оборудования с мостовой конструкцией составлял 7 тысяч единиц. Разработкой перспективных видов техники занимались ведущие НИИ на всей территории страны. После распада СССР упали объемы промышленного производства. Вместе с этим сократилась потребность в крановом оборудовании козлового типа.
Несмотря на это производство грузоподъемной техники остается актуальным и конкурентоспособным направлением развития отечественной промышленности.
Современный кран козловой по конструктивным особенностям имеет сходство с конструкциями мостового исполнения. Эволюция крановой техники столь же стремительна как и рост объемов производства. Сегодня практически нереально найти груз с которым не справится качественное грузоподъемное оборудование. Техника изготавливается из прочных материалов и обладает износостойкой конструкцией. Перспективные образцы мостового оснащения для подъема перемещения грузов отличает более высокая нагрузочная способность. Они не утрачивают своей работоспособности в сложных условиях внешней среды.
Рис. 11.Примеры конструкций козловых кранов. Рендер представлен в программе Solidworks [8].
Рис. 12.Модель современного козлового крана.
В настоящее время существует множество САПР благодаря которым расчет и выбор конструкции кранов значительно упростился. В таких программах как Solidworks NX Catia Ansys можно не только смоделировать будущую металлоконструкцию но и рассчитать ее на различные нагрузки например - на прочность на ветровые нагрузки а также нагрузки от действия тележки крана.
Рис. 13.Расчет на прочность конструкции крана представленный в программе Solidworks [8].
2. Особенности выбора материала металлоконструкций.
Для обеспечения максимальной надежности и безопасности как правило руководствуются рекомендациями СНиП. В зависимости от функций металлоконструкций и особенностей их эксплуатации применяют различные марки стали:
Для несущих элементов конструкции толщиной не более 25 мм в соответствии сГОСТом380—71используют стали марок ВСтЗпсб и ВСтЗспБ.
Для деталей толщиной более 25 мм по ГОСТу 19282—73 применяют низколегированные марки стали например 09Г2С 10ХНСД или 15ХНСД.
Для элементов имеющих трубчатую конструкцию по нормам ГОСТа 1050—74 применяют конструкционную сталь марок 10-20.
Не исключено применение алюминиевых легких морозостойких сплавов с высокой степенью ударной вязкости. Главное преимущество при выборе этого материала помимо легкости и хорошей обрабатываемости в производстве - высокая коррозионная стойкость.
Наибольшее распространение имеют низколегированные стали марок: 09Г2 1СХСНД 15ХСНД 14Г2АФ 14Г2АФД.
Из легированных сталейповышенной прочности применяют также стали марок: 16Г2АФ 18Г2АФ и 18Г2АФД.
Современный козловой кран представляет собой сложную механизированную систему. Еще 20 лет назад инженерам подъемно-транспортной техники приходилось вручную проводить все расчеты и вычисления для проектирования кранов. На сегодняшний день большинство этих расчетов выполняются при помощи специализированных САПР.
Модернизация коснулась не только методики расчета металлоконструкции крана но и непосредственно его приводных механизмов. Так например в механизмах передвижения козловых кранов все реже применяются короткозамкнутые электродвигатели а на смену им пришли фазные электродвигатели с неавтоматическим управлением.
В нашей стране одним из наиболее крупных производителей козловых кранов является Волжский крановый завод осуществляющий полный цикл производства грузоподъемного оборудования: расчет проектирование изготовление монтаж демонтаж ремонт грузоподъемной техники. Инженеры данного предприятия ежегодно вносят вклад в развитие отечественной техники занимаясь оптимизацией металлоконструкции кранов.
Таким образом за последнее десятилетие крановая техника сделала огромный шаг в своем развитии и модернизации. Многие решения в улучшении конструкции и управления техникой значительно упростили работу на строительных площадках а также снизили человеческий фактор. Однако даже на сегодняшний день главной задачей инженеров-конструкторов ПТМ остается оптимизация металлоконструкции путем снижения используемого материала с сохранением грузонесущих свойств крана.
Список используемой литературы.
Александров М.П. Подъёмно-транспортные машины: учеб.для машиностроит. спец. вузов. – 6-е изд. перераб. – М.: Высш. шк. 1985. – 520 с.
М.М. Гохберг. Металлические конструкции подъёмно-транспортных машин. Изд-во «Машиностроение». 1969 г. - 520 стр.
Справочник по кранам. Характеристики материалов и нагрузок. Основы расчета кранов их приводов и металлических конструкций. Под общей редакцией д-ра техн. наук проф. М.М. Гохберга.
В.Ю. Кухарь. Лекции по «Подъемно-транспортным машинам» для ГМ. Изд-во ГВУЗ «НГУ».

Лист 3. Секция 2.cdw

Сварные швы по ГОСТ 5264-80
Электрод Э46 по ГОСТ 9457-75
Пролетное строение мостового перегружателя
МГТУ им. Н.Э. Баумана

Лист 4. Правая консоль.cdw

Сварные швы по ГОСТ 5264-80
Электрод Э46 по ГОСТ 9457-75
Пролетное строение мостового перегружателя
МГТУ им. Н.Э. Баумана

Лист 5. Поперечнаыя рама.cdw

Сварные швы по ГОСТ 5264-80
Электрод Э46 по ГОСТ 9457-75
Пролетное строение мостового перегружателя
МГТУ им. Н.Э. Баумана

Лист 1.1. В2.cdw

Скорость передвижения
Группа классификации (режима) А8
Пролетное строенпие мостового перегружателфя
МГТУ им. Н.Э. Баумана
Техническая характеристика:

РПЗ.docx

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
«Московский государственный технический университет
(национальный исследовательский университет)»
(МГТУ им. Н.Э. Баумана)
РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ
«Расчет металлической конструкции крана-перегружателя»
(Группа) (Подпись дата) (И.О.Фамилия)
(Подпись дата) (И.О.Фамилия)
Министерство науки и высшегообразования Российской Федерации
«Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана
на выполнение курсового проекта
(Фамилия имя отчество)
Направленность КП (учебный исследовательский практический производственный др.)
График выполнения проекта: 25% к _8_ нед. 50% к _12_ нед. 75% к _15_ нед. 100% к _18_ нед.
ЗаданиеСоставить проект металлической конструкции пролетного строения крана-перегружателя
Оформление курсового проекта:
Перечень графического (иллюстративного) материала (чертежи плакаты слайды и т.п.)
Дата выдачи задания « _02_ » __сентября__ 2019 г.
Примечание: Задание оформляется в двух экземплярах: один выдается студенту второй хранится на кафедре.
1.Исходные данные для расчета металлической конструкции крана-перегружателя4
2.Выбор основных геометрических параметров металлической конструкции моста крана-перегружателя4
Определение нагрузок на главные фермы и внутренних сил в их элементах5
Определение нагрузок на горизонтальные связи и внутренних сил в их элементах15
1.Расчетные нагрузки на верхние горизонтальные связи внутренние силы в элементах ферм20
1.1.Рабочее состояние «Подъем и перемещение груза». Сочетание нагрузок «особое».21
1.2.Рабочее состояние «Передвижение крана». Сочетание нагрузок «дополнительное»21
1.3.Нерабочее состояние25
2.Расчетные нагрузки на нижние горизонтальные связи внутренние силы в элементах ферм26
2.1.Рабочее состояние «Подъем и перемещение груза».27
Сочетание нагрузок «особое».27
2.2.Рабочее состояние «Передвижение крана».28
Сочетание нагрузок «дополнительное».28
2.3.Нерабочее состояние28
Подбор поперечных сечений элементов ферм29
1.Расчет сечений главной фермы30
2. Расчет сечений горизонтальной фермы34
Расчет поперечных рам35
1. Расчетная проверка по второму предельному состоянию40
1.Исходные данные для расчета металлической конструкции крана-перегружателя
Грузоподъемность крана
Вес грейферной тележки:
Сила давления на бегунки грейферной тележки:
Ветровая распределенная нагрузка:
нерабочего состояния
Скорость передвижения:
Время торможения крана
2.Выбор основных геометрических параметров металлической конструкции моста крана-перегружателя
На основе рекомендаций [1 c. 200] принимаем высоту главных ферм в пролете:
Расстояние между главными фермами из условия обеспечения достаточной жесткости пролетного строения принимается
Расстояние между опорами в поперечном сечении
На рис.1 представлена схема разбивки верхнего строения крана на панели и типы решеток.
Выбраны следующие длины панелей:
в пролетном строении
Рассмотрим кран жесткой системы с раздельным приводом. Стальные конструкции изготавливаются сварными а монтажные соединения выполнены в ряде случаев на высокопрочных болтах.
Рис. 1. Схема конструкции крана-перегружателя
Определение нагрузок на главные фермы и внутренних сил в их элементах
На рис. 2а приведена схема вертикальной временной подвижной нагрузки от грейферной тележки. Значения ее в исходных данных.
Перечисленные ниже нагрузки являются нормативными.
Вертикальная распределенная нагрузка от собственного веса моста (рис. 2б)
q – равномерно распределенная нагрузка на одну главную ферму;
– собственный вес металлоконструкции (по данным ранее изготовленных конструкций) [2 с. 430];
– общая длина моста:
– равномерно распределенная нагрузка от веса троллей.
Подставив числовые значения получим
Рис. 2. Виды нагрузок на конструкцию крана-перегружателя:
а – от грейферной тележки; б – от веса моста; в – при торможении грейферной тележки; г – от распора; д – инерционная при передвижении моста; е – при перекосе крана; ж – от удара грейферной тележки о буфер; з – при аварийном перекосе.
Горизонтальная предельная нагрузка возникающая при торможении грейферной тележки (рис. 2в)
Горизонтальная поперечная нагрузка от распора (рис. 2г)
Горизонтальная инерционная нагрузка при передвижении моста (рис. 2д)
Горизонтальная нагрузка при перекосе крана в плане (рис. 2е) рассчитывается при
Вертикальная распределенная нагрузка от обледенения конструкции
Горизонтальная продольная нагрузка возникающая при ударе грейферной тележки о буфер (рис. 2ж)
вес грейферной тележки с грузом;
скорость передвижения тележки в момент удара;
ускорение свободного падения;
Горизонтальную нагрузку действующую при аварийном перекосе крана в плане (рис.2з) рассчитывают при
При рассмотрении конкретных сочетаний нагрузок расчетные значения нагрузок находят путем умножения нормативных значений на соответствующие коэффициенты [2 с.449]. Для главных ферм моста определяющим является расчетное состояние «Подъем и перемещение груза» [3 табл.18].
В качестве расчетных сочетаний нагрузок примем «основное» и «особое» [2 табл.14].
Вертикальная распределенная нагрузка от собственного веса металлоконструкции моста крана
коэффициент перегрузки [3 с.156].
Вертикальная временная подвижная нагрузка от грейферной тележки с грузом
где динамический коэффициент [3 с.156].
Для этих двух видов нагрузки коэффициент сочетаний
Распределенная нагрузка от обледенения
Горизонтальная нагрузка возникающая при ударе грейферной тележки о буфер
Ветровая распределенная нагрузка рабочего состояния
Внутренние силы в элементах главной фермы от действия нагрузок в вертикальной плоскости (собственного веса подвижной нагрузки от грейферной тележки обледенения от удара тележки о буфер) находят по линиям влияния. Линии влияния для стержней верхнего и нижнего поясов а также раскосов приведены на рис.3-5.
Рис. 3. Линии влияния внутренних сил в стержнях верхнего пояса главной фермы
Рис. 4. Линии влияния внутренних сил в стержнях нижнего пояса главной фермы
Рис. 5. Линии влияния внутренних сил в раскосах главной фермы
Определение внутренних сил возникающих при действии нагрузок рабочего состояния для «основного» и «особенного» сочетания представлены в табл. 6 7 8 приложения.
При вычислении внутренних сил в стержнях ферм для «особого» сочетания нагрузок возможны 2 расчетных случая (см. рис. 2ж 6а): нагрузка слева и нагрузка справа.
Для расчетного случая 1.
где расстояние от нижнего пояса до уровня головки рельса.
Внутренние силы в стержняхi-й панели (см. рис. 6а):
при (сечение II-II):
где плечо опорной силы (см. рис.6) до моментной точки стержня верхнего пояса м;
где плечо опорной силы (см. рис.6) до моментной точки стержня нижнего пояса м;
В раскосах панели 11 (сечение III-III):
Аналогичные зависимости используются для расчета случая 2 (рис. 6а).
Внутренние силы в стержнях главной фермы от продольных нагрузок при торможении грейферной тележки («основное» сочетание нагрузок) определяется так же как и при учете нагрузки (рассмотрено выше). Место приложения и направление силы определяется положением грейферной тележки принятым в качестве расчетного для каждого рассматриваемого стержня. Так на рис. 6б показано действие силы для определения внутренних сил в раскосах 4 и 5 в соответствии с линией влияния внутренних сил в этих стержнях (см. рис.5).
Рис. 6. Расчетная схема для определения внутренних сил в элементах главной фермы от действия горизонтальной продольной нагрузки:
а – при ударе тележки о буфер; б – при торможении тележки
Определение нагрузок на горизонтальные связи и внутренних сил в их элементах
Горизонтальные связи воспринимают ветровую нагрузку. Наиболее сильно нагружены верхние связи. Дополнительные внутренние силы от ветровой нагрузки в верхних поясах суммируются с теми внутренними силами которые были определены при расчете главной фермы.
Нижние пояса входящие в состав нижних горизонтальных связей слабо нагружены ветровой нагрузкой поэтому при расчете нижних связей ферм внутренние силы определяются только в раскосах.
Ветровая нагрузка рабочего состояния – равномерно распределенная:
коэффициент заполнения;
Ветровая нагрузка рабочего состояния на тележку с грейфером:
площадь грейфера воспринимающая ветровую нагрузку.
При передвижении крана действуют горизонтальные силы инерции крана от собственной массы конструкции рассматриваемые как равномерно распределенная нагрузка:
Горизонтальная сила инерции от массы тележки без груза:
Ветровая распределенная нагрузка нерабочего состояния на металлоконструкцию принимается:
Ветровая нагрузка нерабочего состояния действующая на тележку с грейфером:
Нагрузка при перекосе [3] приближенно определяется (с учетом коэффициента перегрузки ) как
На рис.7 приведена схема сил действующих на кран-перегружатель при перекосе. От нагрузки в нижних шарнирных креплениях опор моста крана к механизмам передвижения возникают опорные силы:
oв шарнире гибкой опоры
oв шарнире жесткой опоры
oв шарнире жесткой опоры
Величины и определяют положение точки приложения силы перекоса и вычисляют по следующим зависимостям:
момент инерции нижних горизонтальных связей;
момент инерции верхних горизонтальных связей.
Рис. 7. Расчетная схема для определения опорных сил при перекосе
На рис.8 и 9 приведены геометрические размеры верхних и нижних горизонтальных связей (ферм) для первой из которых принята полураскосная решетка. Полагая приближенно что пояса этих связей имеют одно и то же сечение получаем
половина расстояния между главными фермами (см. рис.8).
Определим силы в узлах сопряжения моста с опорами (рис.7 10):
расстояние между местами закрепления жесткой опоры (см. рис.7)
Рис. 8. Схема решетки фермы верхних горизонтальных связей
Рис. 9. Схема решетки фермы нижних горизонтальных связей
Рис. 10. Расчетная схема для определения сил в пролетном строении
крана-перегружателя при перекосе:
а – перекос крана в плане б – фронтальная проекция крана в – силы действующие на пролетное строение
Горизонтальные нагрузки распределяются между верхними и нижними горизонтальными связями пропорционально моментам инерции:
нагрузка на верхние горизонтальные связи;
нагрузка на нижние горизонтальные связи;
полная горизонтальная нагрузка.
1.Расчетные нагрузки на верхние горизонтальные связи внутренние силы в элементах ферм
Ветровая нагрузка рабочего состояния на мост:
Ветровая нагрузка рабочего состояния действующая на тележку с грейфером:
Горизонтальная распределенная сила инерции от массы моста:
Ветровая нагрузка нерабочего состояния на конструкцию:
Нагрузки при перекосе:
1.1.Рабочее состояние «Подъем и перемещение груза».
Сочетание нагрузок «особое». [3 табл.14]
Расчетная ветровая нагрузка рабочего состояния на мост
Определение внутренних сил в поясах верхней горизонтальной фермы производится по линиям влияния (рис.11). Они приведены в табл.1 (верхние знаки относятся к поясу «a» нижние – к поясу «b»).
Внутренние силы в полураскосах определяют по формуле
Длина полураскосов пролетной части (см. рис.8):
Наиболее нагруженными являются полураскосы в панелях 3 4 12 и 13 (см. рис.11). Поперечные силы в них:
Значения поперечных сил приведены в табл.2.
1.2.Рабочее состояние «Передвижение крана». Сочетание нагрузок «дополнительное» [3 табл.14]
Данное рабочее состояние является определяющим [3 табл.18].
Расчетная ветровая нагрузка рабочего состояния на мост:
Расчетная ветровая нагрузка рабочего состояния на тележку с грейфером:
Расчетная горизонтальная распределенная сила инерции от массы моста:
Расчетная горизонтальная сила инерции от массы тележки без груза:
Поперечные силы от инерционных нагрузок:
Поперечные силы от перекоса определяем рассматривая равновесие оголовка (рис.12).
Внутренние силы возникающие в панели 11 при действии силы на опору:
продольная сила в верхнем поясе:
продольная сила в нижнем поясе:
поперечная сила в верхнем поясе:
поперечная сила в нижнем поясе:
От сил в узлах B C B' C' возникают силы
Поперечная сила от перекоса в панелях 11 и 12 в плоскостях верхних связей приближенно равна
Рис. 11. Линии влияния внутренних сил в элементах поясов ферм верхней горизонтальной связи
Внутренние силы в поясах верхней горизонтальной фермыпри рабочем состоянии от действия ветра
Рабочее состояние "Подъем и перемещение груза". Сочетание нагрузок "особое
Внутренние силы от действия ветра кН
Внутренние силы от действия ветра на тележку с грейфером кН
Суммарная внутренняя сила кН
В других панелях (см. рис.10):
Значения поперечных сил приведены в табл. 2.
Рис. 12. Схема оголовка с нагрузками
1.3.Нерабочее состояние [3 табл.14]
Расчетная ветровая нагрузка на мост:
Расчетная ветровая нагрузка действующая на тележку с грейфером:
Поперечные силы от ветровых нагрузок (см. табл.2):
Поперечные силы от перекоса те же.
Наибольшие поперечные силы и расчетные внутренние силы
полураскосов верхних горизонтальных связей кН
Обозначение поперечной силы
Сила от перекоса (рис.10)
Наибольшая поперечная сила Q состояния А Б В
Внутренняя сила в полураскосе
А – рабочее состояние «Подъем и перемещение груза» сочетание нагрузок «особое»
Б – рабочее состояние «Передвижение крана» сочетание нагрузок «дополнительное»
В – нерабочее состояние
Сравнивая сочетания нагрузок действующих на элементы ферм выбираем наибольшие значения (см. табл.2). Наиболее нагруженными являются полураскосы в панелях 11 12 (см. рис.11).
2.Расчетные нагрузки на нижние горизонтальные связи внутренние силы в элементах ферм
Определим нагрузки на каждую нижнюю горизонтальную ферму.
Ветровая нагрузка рабочего состояния на конструкцию:
08 – часть нагрузки приходящаяся на нижние горизонтальные связи.
Ветровая нагрузка действующая на тележку с грейфером:
Ветровая нагрузка нерабочего состояния на мост:
Инерционная нагрузка при торможении тележки (от одного колеса):
Горизонтальная поперечная нагрузка от распора при груженом грейфере:
2.1.Рабочее состояние «Подъем и перемещение груза».
Сочетание нагрузок «особое».
Расчетная инерционная нагрузка при торможении тележки (от одного колеса):
Нагрузка от распора при груженом грейфере:
Равномерно распределенная ветровая нагрузка в каждой нижней ферме связи (рис. 13а) создает поперечную силу между поперечными рамами
Сосредоточенная поперечная нагрузка вызывает поперечную силу равную (рис.13б):
от ветровой нагрузки на тележку с грейфером
от инерционной нагрузки при торможении тележки
от распора при груженом грейфере
Рис. 13. Расчетная схема для определения поперечных сил в панелях нижних горизонтальных связей: а – от распределенной нагрузки; б – от сосредоточенной нагрузки
2.2.Рабочее состояние «Передвижение крана».
Сочетание нагрузок «дополнительное».
Расчетная ветровая нагрузка рабочего состояния действующая на тележку с грейфером:
Расчетная нагрузка при перекосе:
Поперечные силы в нижней ферме связи:
от ветровой нагрузки –
от инерционных сил моста
от инерционных сил тележки без груза
2.3.Нерабочее состояние
Поперечные силы от ветровых нагрузок:
Наибольшие поперечные силы и расчетные внутренние силы полураскосов нижних горизонтальных связей кН
Наибольшая поперечная сила Qi состояния А Б В
А – рабочее состояние "Подъем и перемещение груза" сочетание нагрузок "особое" (ветровая нагрузка на тележку с грейфером инерционные нагрузки при торможении тележки нагрузки от распора при груженом грейфере)
Б – рабочее состояние "Передвижение крана" сочетание нагрузок "дополнительное" (ветровая нагрузка на тележку с грейфером нагрузки инерционных сил моста и сил тележки без груза нагрузки от перекоса)
В – нерабочее состояние (поперечные силы от ветровых нагрузок нагрузки от перекоса)
Сравнивая сочетания нагрузок по табл.3 выбираем наибольшие значения.
Подбор поперечных сечений элементов ферм
Поперечные Н-образные сечения верхних и нижних поясов представлены на рис.14.
Принимаем [3 стр.175]. Тогда для стали 09Г2С:
Для соединения элементов мостового перегружателя используем высокопрочные болты из стали 40Х диаметром .
Рис. 14. Сечения элементов ферм пролетного строения:
а – верхнего пояса б – нижнего пояса
1.Расчет сечений главной фермы
Для расчета используем внутреннюю силу сечения сочетание нагрузок «основное» .
Площадь поперечного сечения брутто (без учета отверстий под болты) элемента
Площадь поперечного сечения нетто (с учетом отверстий под болты)
Момент инерции относительно оси X-X:
горизонтального листа
Радиус инерции относительно оси X-X:
Гибкость стержня относительно оси X-X:
Коэффициент продольной устойчивости [2 табл.III.1.8]
Расчет на устойчивость:
Необходимое число болтов для соединения элементов:
рабочая площадь сечения стержня ;
число плоскостей трения в соединении;
предел текучести материала стержня (для 16Г2АФ );
9 – коэффициент условий работы болтового соединения;
расчетная сила предварительного натяжения болта Н
временное сопротивление разрыву стали высокопрочных болтов;
площадь сечения болта
Определим число болтов для узла соединений верхнего пояса ()
Принимаем число болтов
Для расчета используем внутреннюю силу сечения сочетания нагрузок "основное" .
предел текучести материала стержня;
Раскосы пролетного строения
В качестве сечения раскоса используем профиль двутавра стального горячекатаного №22 по ГОСТ 8239-89.
Раскосы левой консоли
Раскосы правой консоли
Для расчета используем внутреннюю силу сечения сочетания нагрузок "особое" .
2. Расчет сечений горизонтальной фермы
Для расчета используем внутреннюю силу сечения панели .
В качестве сечения раскоса используем профиль двутавра стального горячекатаного №24 по ГОСТ 8239-89.
Расчет сварного соединения
Крепление полураскосов верхних горизонтальных связей осуществляется полуавтоматической сваркой в углекислом газе. Необходимо рассчитать сварной шов на прочность.
Шов работает под осевой нагрузкой. Прочность шва проверяют на растяжение-сжатие по формуле:
расчетная сила с учетом всех перегрузок
коэффициент учитывающий глубину провара (для полуавтоматической однопроходной)
коэффициент условий работы
расчетное сопротивление сварного соединения
Проверка выполнения условия прочности:
Расчет поперечных рам
Поперечные рамы рассчитывают на воздействие внешних нагрузок возникающих от действия грейферной тележки.
Расчетные схемы поперечных рам (на консолях и в пролете) представлены на рис.15.
Значения нормативных и расчетных нагрузок действующих на поперечную раму приведены в табл.4 в соответствии с [3 табл.17 18] для рабочего состояния "Подъем и перемещение груза".
Нагрузки на поперечную раму
Наименование нагрузки
Нормативная нагрузка кН
Расчетная нагрузка кН
Вес* ездовых балок рельс связей и площадок
Вес грейферной тележки с грузом
Сила распора грейферной тележки
Ветровая нагрузка на грейферную тележку
Ветровая нагрузка на поперечную раму
*Данные по готовым конструкциям
Рис. 15. Схема поперечной рамы и нагрузки в ее плоскости
1. Расчетная проверка по второму предельному состоянию
Прогиб главной фермы в середине пролета посчитаем по формуле Мора:
внутренняя сила действующая в стержне от статически приложенной подвижной нагрузки расположенной примерно в середине пролета (рис.17);
внутренняя сила при действии в стержне единичной силы приложенной в середине пролета;
площадь поперечного сечения стержня;
модуль упругости материала
Силы и определяем по линиям влияния (см. рис.3-5).
Рис. 17. Схема нагрузок на пролетное строение при расчете жесткости
В табл.5 приведены результаты определения внутренних сил действующих в стержнях главной фермы.
Согласно [1 с. 200] величина прогиба
Прогиб главной фермы равен
Внутренние силы действующие в стержнях главной фермы
Обозначение элемента
Площадь сечения элемента м2
Вершинский А.В. Шубин А.Н. Расчеты металлических конструкций кранов в примерах. Ч.2. –М.: Изд. МВТУ1993. –56 с.
Вершинский А.В. Гохберг М.М. Семенов В.П. Строительная механика и металлические конструкции. - Л.: Машиностроение 1984. – 231 с.
Гохберг М.М. Металлические конструкции подъемно-транспортных машин. - Л.: Машиностроение 1976. -454 с.
ГОСТ 2.312-72. Условные изображения и обозначения швов сварных соединений. –М: Изд-во стандартов 1972. –14 с.
ОСТ 24.090.72-83 Нормы расчета стальных конструкций мостовых и козловых кранов. –М.: Изд-во ВНИИПТМАШ 1983. –52 с.
СНиП П-23-81. Стальные конструкции Госстрой СССР. - М.: Стройиздат 1982. - 96 с.
Справочник по кранам: В 2 т. Т. 1. Характеристики материалов и нагрузок. Основы расчета кранов их приводов и металлических конструкций В.И. Брауде М.М. Гохберг И.Е. Звягин и др.; Под общ.ред. М.М. Гохберга. - Л.: Машиностроение 1988. - 536 с.: ил.
Справочник по кранам: В 2т.Т.2.Характеристики и конструктивные схемы кранов. Крановые механизмы их детали и узлы. Техническая эксплуатация кранов М.П .Александров М.М. Гохберг А.А. Ковин и др.; Под общ. ред.М.М.Гохберга.-Л.:Машиностроение1988.-559с.:ил.
Ординаты линий влияния (ЛВ)
от веса и обледенения