Факторы, обуславливающие группы режимов работы грузоподъемных машин.

 

Краны и их механизмы эксплуатируют в различных условиях и при действии разнообразных нагрузок, которые учитываются комплексным показателем, называемым режимом работы.

Классификация кранов и крановых механизмов по режимам работы дает возможность выбрать кран с учетом конкретных условий эксплуатации и установить исходные данные для проектирования элементов крана с учетом условий эксплуатации. До последнего времени действовала классификация режимов работы, приведенная в Правилах по кранам, согласно которой были установлены следующие режимы работы крановых механизмов.

Р - с ручным приводом;

Л - с машинным приводом, легкий;

С - средний;

Т - тяжелый;

ВТ - весьма тяжелый.

С 1986 года введена новая классификация по режимам работы кранов (ГОСТ 25546-82) и их механизмов (ГОСТ 25835-83)3а основу классификации приняты два показателя:

■ класс использования (характеризуется числом циклов работы крана или общим временем работы механизма за срок службы крана);

■ класс нагружения (определяется коэффициентом нагружения, с учетом спектра нагрузок, действующих в течение срока службы крана).

В зависимости от сочетания классов устанавливается группа режима работы. Термин «группа режима работы» (ГРР) отражает ту особенность классификации, что каждой группе режима работы, соответствуют несколько сочетаний классов использования и классов нагружения.

Режим работы кранов (ГОСТ 25546-82).

Класс использования крана определяют в зависимости от общего числа циклов работы за срок его службы. (Таблица 1)

При этом общее число циклов работы крана будет равно

                                                                             (1.6)

 

где  - среднесуточное число циклов работы крана.

 - число рабочих дней в году (250 - при двух, 300 - при одном выходных днях; 360 - при непрерывном производстве).

 - срок службы крана до списания, согласно стандартам, год.

       

Группы режима работы кранов (ГОСТ 25546—82)

    

Таблица 1

Классы использования	Общее число циклов работы крана за срок службы Ст	Классы нагружения
		Q0	Q1	Q2	Q3	Q4
		Коэффициент нагружения Кр
		До 0,063	Св. 0,063 до 0,125	Св. 0,125 до 0,25	Св. 0,25 до 0,50	Св. 0,50 до 1,0
СО С1 С2 СЗ С4 С5 С6 С7 С8 С9	До 1,6·104 Св. 1,6·104 до 3,2·104 «3,2·104   «6,3·104 «6,3·104   «1,25·105 «1,25·105   «2,5·105 «2,5·105   «5·105 «5·105   «1·106 «1·106   «2·106 «2·106   «4·106 «4·106	- - 1К 1К 2К 3К 4К 5К 6К 7К	- 1К 1К 2К 3К 4К 5К 6К 7К  8К	1К 1К 2К 3К 4К 5К 6К 7К  8К 8К	1К 2К 3К 4К 5К 6К 7К  8К 8К -	2К 3К 4К 5К 6К 7К  8К 8К - -

 

ГПМ - это машины циклического действия и работают в повторно- кратковременном режиме.

Цикл t - работы машины состоит из следующих операций:

■ перемещение грузозахватного устройства к грузу;

■ подъем и доставка груза в заданное место;

■ освобождение грузозахватного устройства от груза и возвращение в исходное положение.

За один цикл могут работать (находиться в действии) любые механизмы крана. Время работы каждого из механизмов ГПМ состоит из нескольких периодов:

■ период пуска (разгона) - t_n;

■ период установившегося движения - t;

■ период торможения (замедления) – t_т.

■ период паузы - θ.

Класс нагружения крана находят в зависимости от коэффициента нагружения (Табл.1) который определяют с учетом массы перемещаемых за цикл работы грузов.

 

                                                                             (1.7)

 

где Q_гp. - наименьшая грузоподъемность;

Q_i - масса груза (в том числе и Qгp.) перемещаемая с числом циклов - Ci.

Группа режима работы крана (ГРР) определяется в зависимости от сочетания классов использования и нагружения (Таблица 1) При перемещениях опасных грузов (ядовитые вещества, ВВ и т.д.) ГРР крана принимают не менее - 6 К, а самоходных стреловых кранов не менее - ЗК. Если отсутствуют данные для определения Ст. и Кр, то группу режима работы крана устанавливают по приложению, приведенному в ГОСТ 25546-82.

Показатели классификации режимов работы кранов, принятые в Правилах по кранам и ГОСТ 25546-82 существенно различаются, поэтому можно использовать следующее примерное соответствие:

Р(1К); Л(1К,2К, ЗК); С(4К, 5К); Т (6К,7К); ВТ(8К).

Режим работы крановых механизмов (ГОСТ 25835-83).

Класс использования механизма принимается по Таблице 2 в зависимости от общего времени работы механизма до капитального ремонта или до списания крана (ч).

 

                                             Т_раб = t · n_дн · Т_км                                     (1.8)

 

где t - среднесуточное время работы;

n_дн. - число рабочих дней в году;

Т_км - срок службы механизма до капитального ремонта или списания крана, год.

Класс нагружения механизма определяют по Таблице 2, по коэффициенту нагружения

 

                                                                    (1.9)

 

Где Fmax - наибольшая нагрузка (сила или момент), определяемая с учетом всех эксплуатационных нагрузок.

Fi - нагрузка (в том числе и Fmax.) действующая в течение времени - t:

При этом учитываются все внешние нагрузки, действующие на исполнительные органы механизма: барабаны с полиспастами; тяги, гидроцилиндры и т.д.

Группа режима работы крановых механизмов определяется в зависимости от сочетания класса использования и класса нагружения.

При перемещениях опасных грузов принимают ГРР > ЗМ для самоходных стреловых кранов, и не менее 5М для остальных кранов. Если отсутствуют данные для определения Траб. и К, то ГРР механизма устанавливают по приложению, приведенному в ГОСТ 25835-83.

 

 

Группы режима работы крановых механизмов (ГОСТ 25835-83)    

     

Таблица2.

 

Классы исполь­зования	Общее время работы механизма Граб, ч	Классы нагружения
		В1	В2	В3	В4
		Коэффициенты нагружения К
		До 0,125	Св. 0,125 до 0,25	Св. 0,25 до 0,50	Св. 0,50 до 1.0
		Группа режима работы
А0 А1 А2 A3 А4 А5 А6	До 800 Св. 800 до 1 600 » 600» 3 200 » 3 200» 6 300 » 6 300» 12 500 » 12 500» 25 000 » 25 000» 50 000	1М 1М 1М 2М 3М 4М 5М	1М  1М  2М  3М  4М  5М      6М	1М 2М 3М 4М 5М 6М -	2М ЗМ 4М 5М 6М - -

 

Для определения значений К (коэффициент нагружения) и при показателях степени больше или меньше  трех, могут быть использованы типовые графики нагружения механизмов. Рис. 10.

Рис. 10. Типовые графики нагружения крановых механизмов

 

Показатели классификации режимов работы крановых механизмов, принятые в Правилах по кранам и ГОСТ 25835-83 существенно различаются между собой, поэтому для режимов по этим источникам можно использовать следующее примерное соотношение:

Р(1М), Л(1М,2М, ЗМ); С(4М); Т(5М); ВТ(6М).

При эксплуатации крановых механизмов интенсивность их
использования определяется относительной продолжительностью
включения - ПВ.                            

                               ПВ =                                                 (1.10)

где t_в - время работы механизма в течение цикла.

Для электрооборудования ГПМ ПВ определяют для периода работы не выше 10 минут, а для механизмов в течение одного часа

Различают следующие коэффициенты: коэффициент использования механизма в течение часа

                                       Кч =                                                                 (1.11)

где Тч - время работы механизма в течение часа, минуты.

Коэффициент использования механизма в течение суток.

                                  Kc=                                                                    (1.12)

где Тс - число часов работы механизма в течение суток.

Коэффициент использования механизма в течение года

 

                                         Кг =                                                                   (1.13)

 

где Т_г - число дней работы механизма в течение года.

 

Коэффициент использования крана по грузоподъемности.

 

                                          Кгр. =                                                           (1.14)

 

где Qcp. - среднее значение массы поднимаемого груза за смену, т;

Qгp. - номинальная грузоподъемность, т.

Обычно срок службы крана составляет 15-25 лет, что регламентируется стандартами.

 

Лекция 4.

1.2.5. Нагрузки, действующие на грузоподъемные машины, применяемые материалы, принципы расчета на прочность, долговечность и надежность.

 

В расчетах ГПМ учитываются следующие нагрузки:

 

Весовые нагрузки (статические нагрузки): масса груза, крана, элементов крана, испытательные нагрузки (действуют в вертикальной плоскости). Нагрузки, зависящие от массы груза, крана могут быть постоянными и переменными.

Динамические нагрузки - действуют в периоды

неустановившегося движения в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Их определяют по формулам механики.

Нагрузки в вертикальной плоскости - определяют как произведение весовых нагрузок на динамический коэффициент.

Нагрузки, обусловленные метеорологическими факторами: ветровые, от снега и обледенения, при изменении температуры окружающей среды.

Такого рода нагрузки учитываются для ГПМ, работающих на открытом воздухе или в неотапливаемом помещении.

Ветровые нагрузки действуют на кран в рабочем и нерабочем состояниях. (ГОСТ 1451-77).

Ветровая нагрузка на кран в рабочем состоянии учитывается:

• при расчете сопротивлений передвижению крана и вращению его поворотной части;

• выборе мощности двигателя;

• определении тормозного момента тормозов;

• расчета прочности стальных конструкций;

• расчета устойчивости крана;

Ветровая нагрузка на кран в нерабочем состоянии учитывается:

• при расчетах прочности стальных конструкций;

• при расчетах устойчивости и противоугонных устройств крана.

Ветровая нагрузка определяется как сумма F_ст. и F_дин.

Статическая составляющая ветровой нагрузки, действующая на элемент крана или груз

                                                                                               F_в.ст. =рА                  (1.15)

 

где р - распределенная ветровая нагрузка на единицу расчетной площади элемента крана или груза, Па;

А - расчетная площадь элемента крана или груза, м².

 

При этом                                                                         (1.16)

 

где q - динамическое давление ветра, Па;

К_д - коэффициент, учитывающий изменение динамического давления по высоте (К_д = 1 при высоте до 10 м; К_д = 1,25 при высоте от 10 до 20 м; К_д = 1,55 при высоте от 20 до 40 м.).

С - коэффициент аэродинамической силы (С = 0,1÷2,0 в зависимости от формы наветренной поверхности - ГОСТ 1451-77).

n - коэффициент перегрузки, учитывающий применяемый метод расчета.

(n = 1,1 - при расчете по методу предельных состояний; n = 1,0 - по методу допускаемых напряжений для ветровой нагрузки на кран в нерабочем состоянии; n = 1,0 - при обоих методах расчета для ветровой нагрузки на кран в рабочем состоянии).

В зависимости от назначения крана величина q - принимается:

• строительные, монтажные, технологические краны, стреловые самоходные краны общего назначения - q = 150, Па;

• краны морских и речных портов - q= 250 Па;

• краны на объектах исключающих возможность перерывов в работе - q = 500 Па.

Величина q регламентирована (ГОСТ 1451-77) для различных климатических районов.

                                     Таблица 3

 

Районы	I	II	III	IV	V	VI	VII
q,Па	270	350	450	550	700	850	1000

Если район установки крана точно неизвестен, то принимается q - 450, Па.

При определении мощности двигателей крановых механизмов, учитывается - 70% ветровой нагрузки на кран в рабочем состоянии.

Нагрузки, обусловленные температурными воздействиями и соответственно удлинением или укорочением элементов стальных конструкций.

Определяются в интервале температур от ± 10 с до ± 40⁰ с.

Технологические нагрузки - учитываются при выполнении краном специальных технологических операций.

Транспортные нагрузки на кран зависят от способа перевозки, мест установки и крепления грузов на транспортных средствах.

Монтажные нагрузки - действуют при монтаже крана.

Нагрузки на площадки, лестницы, перила от веса обслуживающего персонала (сосредоточенные подвижные нагрузки) принимают равными: 3000 Н - вертикальные нагрузки на площадки, 1300 Н - горизонтальные нагрузки на поручни и перила; 1200 Н - нагрузки на элементы лестниц.

В целом действующие нагрузки разделяют на три основные группы:

■ нормативные нагрузки - Fh, характеризуются предельными (наибольшими) значениями и устанавливаются на основании характеристик крана, его элементов, приводов механизмов, предполагаемых условий эксплуатации и места расположения крана.

■ случайные нагрузки - Fсл. - превышающие нормативные и учитываемые коэффициентом перегрузки - n (например, случайно поднят груз превышающий - Qгp)

■ эквивалентные нагрузки - Fэкв. - это постоянные нагрузки, вызывающие такие же повреждения элементов крана в течение рассматриваемого срока службы (за число циклов или за машинное время работы) как и фактически действующие нагрузки (переменные по значению и времени действия).

Применяют два метода расчета:

■ по допускаемым напряжениям;

■ по предельным состояниям.

Метод допускаемых напряжений расчитывают элементы крановых механизмов, при выполнении следующих условий:

 

                        F_P [F]; n_P [n]; σ_P [σ];                   (1.17)

 

где F_p- расчетная нагрузка (сила, момент);

σ_Р - расчетное напряжение при действии расчетных нагрузок:

n_Р - расчетный коэффициент запаса прочности,

устойчивости, сцепления и т.д.

[F]; [σ]; [n] - допускаемые нагрузки. Для напряжений условие имеет вид.

          =     =                                          (1.18)

где А - геометрический фактор, характеризующий расчетное сечение (площадь, и т.д.);

- предел прочности (текучести) материала;

[n] - допускаемый коэффициент запаса прочности

([n] = 1,4..... 1,7)

 

Расчетные нагрузки при расчетах на прочность и деформацию

 

                                             Fp = F_H                                                                                                                         (1.19)

 

на сопротивление усталости, нагрев и износ

 

                                     F_P= F_эkb. = K_QF_h                                                                (1.20)

 

где K_Q= - коэффициент переменности нагрузки.

m - показатель степени кривой усталости (при расчетах контактной прочности m = 3, на прочность при изгибе m = 9, на нагрев и износ m = 2)

К - коэффициент нагрузки определяется по фактическим графикам нагрузки, а при их отсутствии - по типовым графикам классов нагружения.

Расчет по методу предельных состояний позволяет полнее учесть действующие нагрузки и свойства материалов.

Основное расчетное условие

                                                                                                               (1.21)

где  - расчетная несущая способность с учетом силовых факторов, деформаций и т.д.

При определении напряжений учитывается выполнение условия:

                                               _Р =                                          (1.22)

 

где А - геометрический фактор, характеризующий расчетное сечение

m_У = (0,5÷1,0) - коэффициент условий работы

R_p - расчетное сопротивление материала;

R_h - нормативное сопротивление материала (предел прочности, текучести и т.д.).

Км - коэффициент безопасности материала.

При расчетах на прочность расчетная нагрузка

                                Fp = п · F_Н                                                             (1.23)

 

где п - коэффициент перегрузки.

При расчетах грузоподъемных машин различают следующие расчетные случаи:

Расчетный случай I - нормальная нагрузка в рабочем состоянии крана. Расчеты ведут на определение сопротивления усталости относительно предела выносливости, на нагревостойкость, износ, стойкость и долговечность.

Расчетный случай II - максимальная рабочая нагрузка в рабочем состоянии крана. В этом случае учитывают максимальные динамические нагрузки, возникающие при резких пусках, экстренном торможении, внезапном включении или выключении тока, движении крана по неравномерному пути, быстром изменении нагрузки на крюке, обрыве грузовых стропов и т.д.

По этому расчетному случаю проводят проверку грузовой устойчивости крана.

Расчетный случай III - нагрузка в нерабочем состоянии крана, установленном на открытом воздухе при отсутствии груза и неподвижных механизмах.

При этом определяют прочность металлических конструкций, деталей противоугонных устройств. тормозных устройств, механизмов изменения вылета стрелы, опорно-ходовых и опорно-поворотных устройств.

По этому расчетному случаю проводят проверку собственной устойчивости крана.

В целом расчетные случаи, виды нагрузок и их сочетания для конкретных кранов регламентируются нормативно-технической документацией.

 

Лекция 5.