21.06.2017
Гидроизоляция в комнате, где будет устанавливаться ванна или душ, должна быть качественной, ведь именно здесь возможны постоянные...


21.06.2017
Мрамор появляется в результате соединения известняка и доломита под воздействием перекристаллизации различных осадочных пород в...


21.06.2017
Трактор - это техника, без которой сложно представить выполнение дорожно-строительных, землеройных и других работ. Именно поэтому...


20.06.2017
При монтаже пластиковых окон немаловажным пунктом является оформление ее откосов. Для отделки проемов используется материал, из...


20.06.2017
Первые недели жизни малышу требуется на сон не менее 18 часов в сутки. Поэтому очень важно правильно организовать место для сна....


20.06.2017
Утепление или же преобразование лоджии собственными силами, как и при работе профессионалов, всегда начинается с робот по ее...


Стрелы грузоподъемных кранов

10.07.2016

Стрелы грузоподъемных кранов представляют собой пространственную металлическую конструкцию переменного сечения. Нижний конец стрелы крепят к поворотной части крана при помощи горизонтального цилиндрического шарнира, обеспечивающего возможность поворота стрелы в плоскости подвеса груза (в вертикальной плоскости) и изменения таким образом ее вылета. Верхний конец стрелы удерживается только в вертикальной плоскости стреловым тросом, который служит для подъема или опускания этого конца. Таким образом, оба конца стрелы оказываются шарнирно закрепленными в плоскости подвеса. Из этой плоскости верхний конец следует рассматривать как свободный, а нижний — как защемленный.
При проектировании стрел нужно стремиться к облегчению их веса, так как это при прочих равных условиях создает возможность увеличить грузоподъемность крана. В связи с этим в стрелах особенно эффективно можно использовать алюминиевые сплавы.
Длина стрел в современных монтажных кранах доходит до 50 м, а грузоподъемность — до 200 т и более.
Стрелы кранов грузоподъемностью до 50 т обычно делают решетчатыми из уголков и реже сплошными из труб. Трубчатые стрелы бывают цилиндрической и конической формы. Длина трубчатых стрел доходит до 50 м. В решетчатых стрелах, особенно в стрелах с треугольным поперечным сечением, применимы трубы малых диаметров. При грузоподъемности более 50 т стрелы чаще делают сплошностенчатыми в вертикальной плоскости и сквозными — рамного или ферменного (раскосного) типа в перпендикулярной плоскости.
Стрелы грузоподъемных кранов

Различают стрелы с прямой осью, с осью ломаного или криволинейного очертания (для работы с громоздкими грузами) и стрелы с качающейся приставкой — «гуськом» (рис. VI—30). Прямые стрелы работают преимущественно на сжатие. Стрелы с большим переломом оси и с большим консольным участком испытывают значительные изгибающие моменты и наиболее сильно подвержены кручению. В башенных кранах широко применяют стрелы, работающие преимущественно на изгиб; вдоль, нижнего пояса их перемещается тележка с поднимаемым грузом. Поперечное сечение таких стрел может быть кольцевым, треугольным, квадратным или прямоугольным. В последнем случае большие стороны располагают горизонтально (параллельно оси шарнира).
Стрелы грузоподъемных кранов

В целях типизации оголовка и базы, то есть для нормализации верхнего и нижнего узлов и для уменьшения собственного веса стрел, размеры поперечных сечений стрел меняют как по вертикали, так и по горизонтали. При этом наибольшие размеры назначают у мест наибольших изгибающих моментов, например в местах изменения направления оси, в средней части стрелы при шарнирном закреплении обоих концов, у места опорного защемления и т. п. Высоту поперечного сечения стрел посредине длины назначают так, чтобы гибкость их в вертикальной плоскости λх была в пределах 40-60 и редко 80. Для сквозных стрел это приводит к назначению расстояния между осями поясов (теоретической высоты) c = (1/20-1/30)l и редко 1/40l, поскольку радиус инерции их сечений rx=0,5 с. Для трубчатых стрел принимают диаметр мачт d = (1/12-1/20)l, а для двутавровых сечений (rx=0,4 h) назначают полную высоту h=(1/15-1/25)l; здесь l — длина стрелы.
Предельные допускаемые гибкости стрел в плоскости подвеса 120, из этой плоскости 150.
Ширину поперечного сечения стрел у основания назначают с учетом характера закрепления их концов из плоскости подвеса: верхний свободен, нижний защемлен. Благодаря этому приведенная длина стрел из плоскости подвеса в 2 раза больше, чем в плоскости подвеса, а с учетом влияния изменения очертания стрелы и ее жесткости даже в 2 1/3 — 2 2/3 раза больше. При возможности уширения нижнего конца стрелы теоретическую ширину его назначают в 2—2 1/2 — раза больше, чем высоту сечения (в плоскости подвеса) посредине длины стрелы. Такие стрелы удобно делать из двух труб, образующих в плане трапецию и связанных между собой распорками или раскосной решеткой также из труб.
Высоту поперечного сечения у верхнего и нижнего концов стрелы, а также ширину верхнего конца назначают конструктивно, например для верхнего конца из соображений удобства устройства подвеса и максимального использования типовых деталей.
Определив приведенные длины стержня с учетом переменного сечения и различных способов закрепления, дальнейший расчет его ведут как стержня с постоянным сечением и моментом инерции I, равным максимальному Iмакс в отношении соответствующей оси.
Поперечные сечения стрел, работающих преимущественно на сжатие, показаны на рисунке VI—31, a, a стрел, работающих на изгиб, — на рисунке VI—31,б. У первых поперечное сечение представляет круг, равносторонний треугольник, квадрат или прямоугольник с большей горизонтальной стороной. У вторых поперечное сечение обычно прямоугольник с большей вертикальной стороной или треугольник. Изгибаемые стрелы рассматривают как фермы, как правило, с большими консолями. В таких стрелах часто применяют фермы треугольного, чаще несимметричного очертания, прикрепляя один крайний и верхний узлы. Второй крайний узел заканчивает консольную часть. При больших вылетах стрел применяют вантовые системы. Высота их сечений зависит от допускаемых прогибов, требований по ограничению вибраций и требований наименьшего веса. В стрелах с сечениями по рисунку VI—31,б пояса, кроме осевой силы, испытывают еще изгиб от веса тележки с поднимаемым грузом.
В стрелах, преимущественно сжатых, применяют решетку однораскосную с переменным направлением раскосов, образующих с поясами углы около 40—50°. В стрелах, работающих на изгиб, применяют решетку с постоянным направлением раскосов, нисходящих к месту максимального момента (то есть растянутых), и с сжатыми стойками. Углы между раскосами и поясами в последнем случае назначают около 35—40°.
Стрелы грузоподъемных кранов

Для обеспечения пространственной неизменяемости решетчатых четырехгранных стержней и улучшения условий работы на кручение подлине их ставят диафрагмы. Обычно диафрагмы делают из двух пересекающихся уголков, повернутых полками врозь, или из двух полос, связанных между собой в месте пересечения (рис. VI—32). Иногда диафрагмы бывают в виде двух полураскосов или прямоугольных замкнутых рам, а иногда—сплошные (рис. VI—32). Диафрагмы следует ставить в начале и в конце стержня, в местах приложения внешних сосредоточенных усилий, в местах изменения направления оси всего стержня или осей отдельных поясов и по концам отправочных марок. Количество диафрагм должно быть не менее двух на отправочной марке, а расстояние между ними не более 6(9) м. В коротких односекционных стрелах следует ставить не менее 3 диафрагм: у концов и посредине длины.
Поперечные диафрагмы играют большую роль в обеспечении совместной работы поясов и общей жесткости стрел, поэтому лучше поставить лишние диафрагмы (стоимость их невелика), чем иметь недостаток их.
Стыки поясных элементов делают с накладками и с чистыми болтами, работающими на срез и смятие, или с высокопрочными болтами, передающими усилие за счет трения, или на фланцах с черными болтами, работающими на растяжение (рис. VI—33). Иногда для лучшей совместной работы поясов в стыках ставят сплошные (листовые) наружные накладки по всей ширине боковых граней.
Стрелы грузоподъемных кранов

Особое влияние должно быть уделено проектированию оголовка, опорного узла, узла на переломе оси стрелы (если он есть), а также стыкам секций. Оголовок (рис. VI—34) следует конструировать возможно более жестким. Расстояние между вертикальными гранями назначают в зависимости от конструкции подвеса. При этом необходимо в максимальной мере использовать заводские нормали и типовые детали. Вертикальные решетки заменяют сплошными листами. Для связи между ними ставят поперечные диафрагмы, располагая их так, чтобы удобно было подвесить полиспаст, пропустить грузовые тросы и закрепить оттяжки при любом возможном положении стрелы. В случае надобности жесткость вертикалов (с поясами) усиливают горизонтальными накладками, выступающими за контуры стрелы.
Стрелы грузоподъемных кранов

В опорных узлах вертикальные решетки заменяют листовыми обшивками для удобства устройства шарнира и большей жесткости стрелы (рис. VI—35). Возможно ближе к шарниру располагают первые поперечные связи в гранях и поперечную диафрагму. Опорные шарниры должны быть проверены на смятие, срез и изгиб. В консолях, поддерживающих опорные шарниры, необходимо проверить не только прочность (приведенные напряжения), ко и устойчивость их при изгибе.
Стрелы с подвеской поднимаемого груза на верхнем конце их работают преимущественно на сжатие (см. рис. VI—29). При расчете таких стрел учитывают следующие силовые воздействия.
Вес поднимаемого груза при данном вылете стрелы P приложен в месте крепления головных блоков на стреле (в необходимых случаях с коэффициентом динамичности).
Вес блоков, тросов, крюка, траверсы и пр. — Pп.
Собственный вес стрелы — gc.B l = G (при скорости на верхнем конце стрелы более 60 м/сек, собственный вес стрелы учитывают с kдин = 1,1).
Ветровая нагрузка на стрелу — Нстр и на поверхность поднимаемого груза — Hгр.
Сила инерции, возникающая при вертикальном перемещении груза (при торможении или при разгоне его)
Стрелы грузоподъемных кранов

где v — скорость подъема или опускания груза, м/сек;
t — время торможения или разгона, сек;
g = 9,81 м/сек2 — ускорение силы тяжести.
При вычислении Рин необходимо учитывать не только вес груза, но и вес крюка, подвижной части полиспаста, траверсы и других элементов, поднимаемых совместно с грузом. Эту силу иногда упрощенно учитывают при помощи динамического коэффициента, равного 1,1 или 1,2 веса груза, траверсы и др.
Центробежные силы, возникающие при вращении груза и стрелы Нц.гр и Нц.стр, направлены горизонтально и возникают при разгоне или торможении механизма вращения. Силу Нц.стр в больших стрелах считают равномерно распределенной по длине стрелы и приложенной в узлах горизонтальных связей; в малых стрелах — в центрах тяжести характерных частей. Приближенно можно принять Нц.стр=0,1 G и Нц.гр= =0,1 (Р+Рп); в обоих случаях G, P и Pп без динамических коэффициентов.
Усилия, возникающие при раскачивании груза на тросе или при косом подъеме его, принимая условно угол отклонения троса от вертикали 4—6° — Нр.гр = 0,1 Р.
Усилия в грузовом тросе
Стрелы грузоподъемных кранов

где n — кратность грузового полиспаста;
kп.д — коэффициент полезного действия полиспаста.
Это усилие считают приложенным у головного и каждого из направляющих блоков и действующим по направлению мысленно разрезанного грузового троса.
Усилие в стреловом тросе или полиспасте Pгр. Оно приложено в месте крепления троса (полиспаста). Величину его определяют из условия равновесия стрелы, например составив уравнение моментов относительно шарнира нижнего конца стрелы.
Стрелы грузоподъемных кранов

К основным сочетаниям нагрузок (комбинация А) относят все вертикальные нагрузки. В качестве дополнительных сочетаний рассматривают две комбинации: в рабочем состоянии крана — комбинация Б1 и в нерабочем состоянии — комбинация Б2. К комбинации Б1 относят все вертикальные нагрузки при максимальном вылете стрелы, горизонтальные инерционные силы или дополнительные усилия при расчете груза (или при косом подъеме), а также давление ветра в рабочем состоянии. К комбинации Б2 нерабочего состояния относят собственный вес стрелы с оголовком, блоками, крюком и т. п. (G и Pп) при наименьшем вылете и давление ветра в нерабочем состоянии. В зависимости от особенностей эксплуатации возможны и другие комбинации нагрузок. В частности, элементы стрелы проверяют на усилия, возникающие в них при монтаже самого крана. Усилия в стреле и в стреловой оттяжке (полиспасте) определяют при двух крайних и при одном или двух промежуточных положениях стрелы с учетом меняющейся грузоподъемности в зависимости от вылета стрелы.
В стреле необходимо проверить следующее.
1. Устойчивость стрелы с учетом изгибающего момента от собственного веса стрелы Mв = gl2/8 cos α в плоскости подвеса груза, то есть в вертикальной плоскости:
Стрелы грузоподъемных кранов

где N и Mв — наибольшая сжимающая сила и момент посредине длины стрелы;
α — угол наклона стрелы к горизонту в том положении, при котором найдена максимальная сжимающая сила.
2. Устойчивость отдельной панели наиболее загруженного пояса. В решетчатых стрелах из четырех поясов при действии изгибающих моментов Mв только в вертикальной плоскости (в плоскости подвеса) проверку делают по формуле:
Стрелы грузоподъемных кранов

Ту же проверку при действии изгибающих моментов как в вертикальной плоскости (Мв), так и из плоскости подвеса (Mг) делают по формуле:
Стрелы грузоподъемных кранов

При этой проверке нужно иметь в виду, что места максимальных значений N, Mв и Mг обычно не совпадают. Поэтому проверку следует делать несколько раз, в местах экстремальных значений указанных силовых факторов, например в средней части стрелы, в нижней — у опорного шарнира, в месте крепления стрелового троса, в местах изменения направления оси стрелы и др.
3. Прочность наиболее нагруженного пояса при наличии ослаблений (например стыки на болтах) по формуле:
Стрелы грузоподъемных кранов

где N, Mв и Mг — усилие и моменты в месте стыка, действующие одновременно.
4. Устойчивость стрелы из плоскости подвеса: Приведенную длину стрелы для определения коэффициента φг в этом случае находят, считая нижний конец ее защемленным, а верхний свободным (kпр = 2), а также учитывая переменность поперечного сечения стрелы по ее длине и форму контура стрелы в этой плоскости (см. табл. VI—1 — k'пр) lпр = 2k'прl. Проверку ведут по геометрическим характеристикам нижнего сечения стрелы и с учетом моментов от горизонтальных сил. Моменты от вертикальных сил у опорного узла (горизонтального шарнира) равны 0:
Стрелы грузоподъемных кранов

Далее рассчитывают решетку и крепление ее элементов в узлах, конструируют диафрагмы. Затем конструируют и рассчитывают стыки секций, после чего — оголовок, опорный узел и узел на переломе оси пояса, если он есть. Если вертикалы в оголовке не связаны между собой поперечной диафрагмой, то следует проверить их устойчивость при изгибе (как консоль).
Предварительный подбор сечений стрел начинают с назначения гибкости их λв и λг меньшей допускаемой и не обязательно одинаковой в обоих направлениях, так как, во-первых, влияние изгибающих вертикальных и горизонтальных моментов не одинаково, а во-вторых, различны и величины допускаемых напряжений при учете только вертикалных сил и при учете всех сил (вертикальных и горизонтальных). Принимаемые значения А и с были указаны ранее.
Назначив λв и λг, определяют φв и φг, находят приведенные длины lв.пр и lг.пр, затем вычисляют требуемые св.тр = 2 lв.пр/λв и сг.тр = lг.пр/λг.
Требуемую площадь поперечного сечения стрелы находят:
по условиям ее работы в плоскости подвеса в середине длины по формуле:
Стрелы грузоподъемных кранов

и по условиям работы из плоскости подвеса у нижнего конца по формуле:
Стрелы грузоподъемных кранов

В формулах VI—53 и VI—54 величина сг имеет разные числовые значения.
Значения допускаемых напряжений берут в зависимости от учитываемого сочетания нагрузок (А или Б).