Мостовые краны

В мостовых кранах применяют внутри рядовую и диагональную унификацию: Внутри рядовая унификация применена в механизмах главного подъема, выпускаемых в СССР кранов грузоподъемностью 80—320 т: все основные размеры узлов определены из условия применения каната диаметром 30 мм для кранов 80—160 т и 45,5 мм — для кранов 200—320 т. Поэтому в этих механизмах используются только два типоразмера редукторов, три типоразмера барабанов, один типоразмер тормоза и т. д. Очевидно, что при этом масса 80 и 200-тонных механизмов подъема оказывается завышенной.

При таком же принципе унификации, на базе одних и тех же узлов  выпускают краны одинаковой грузоподъемности, но с разными режимами работы. В  результате узлы, установленные на кранах легкого режима работы, оказываются  недогруженными, а установленные  на кранах тяжелого режима работы имеют  заниженный запас прочности и  относительно низкую долговечность.

Более прогрессивная, диагональная унификация использована в кранах грузоподъемностью 5—50 т: базовые модели механизмов подъема  грузоподъемностью 12,5 и 20 т режима С используются соответственно как механизмы подъема грузоподъемностью 20 и 32 т режима Л, 8 и 12,5 т режима Т. Выбор среднего режима в качестве базового определяется тем, что согласно статистическим данным, из каждых 100 кранов рассматриваемого диапазона грузоподъемностей в режиме С работают 75 кранов.

Рис. 9.1. Сравнительные габариты блок приводов с передачей крутящего момента через эластичную муф ТУ (а—г) и без муфты (д,е)

Рис. 9.2 Блочная схема крана:

 
1— главная балкар; 2 — концевая  балка; 3 — ограждение; 4, 5, 6 — площадки; 7 — секция вала; 8 — кабина; 9 —  люлька; 10 — тележка; 11, 12 — крюковые  подвески; 13 — линейка; 14 — токосъемник; 15 — кабельный  токоподвод; 16 — перила

Коэффициент изменения номинальной  грузоподъемности, называемый знаменателем перехода, в зависимости от режимов  работы составляет примерно: для электродвигателей  — 1,5, для механизмов передвижения тележки— 1,7, для механизмов передвижения крана  — 1,4—1,6 (меньшее значение — при  малых грузоподъемностях и больших  пролетах). С учетом того, что в  кранах разных режимов работы применяется  разное электрооборудование, знаменатель  перехода для оборудованных мостов возрастает до 1,4—1,6, а поскольку  для узлов, используемых на кране, этот коэффициент неодинаков и изменяется в пределах 1,4—1,8, то в целом по крану принята его средняя  величина 1,6. Она совпадает со значением, приведенным в ГОСТ 8032—56 «Предпочтительные  числа и ряды предпочтительных чисел».

Благодаря унификации в ГДР  только три предприятия изготовляют редукторы одно- и многоступенчатые для механизмов подъема и передвижения, планетарные редукторы, барабаны со встроенными планетарными редукторами.

На рис. 9.1 показаны схемы блок приводов, включающих электродвигатель, редуктор и тормоз.

 Использованы редукторы: в схеме а — сносный; б, д — конический; в, е — цилиндрический; г — червячный.

Блочными называют конструкции, которые состоят из отдельных  узлов, соединяются между собой  с помощью разъемных соединений и позволяют вести монтаж, демонтаж, обслуживание и ремонт агрегатно, независимо от смежных конструктивных частей. На рис. 9.2 показана блочная схема мостового крана. Блочность не только упрощает и ускоряет монтаж и сокращает время ремонта крана, но и улучшает его транспортабельность.

Получает распространение  поставка заказчику основных блоков кранов небольшой грузоподъемности — концевых балок с механизмом передвижения, тележек с механизмами  подъема и передвижения, электрооборудования, из которых без привлечения специализированных организаций на месте установки  можно собирать краны, максимально  приспособленные к условиям эксплуатации.

10.Материалы для деталей механизмов мостовых кранов

Выбор марки материала  для деталей механизмов и назначение термической обработки является серьезной задачей. Должны учитываться  необходимые прочность, выносливость, износостойкость, возможность получения  наименьшей массы деталей и обеспечения  простой их термической обработки, позволяющей в полной мере использовать механические свойства материала и, вместе с тем, не удорожающей изготовление.

Пластины для крюков, эксплуатируемых  при температуре до —40°С, должны изготовляться из стали ВСтЗсп4 ГОСТ 380—71, из стали 20 ГОСТ 1050—74 и стали 16Д ГОСТ 6713— 75, а работающих при более низкой температуре — из стали 09Г2С ГОСТ 19282—73.

11.Методы расчета и виды нагрузок  мостовых кранов

Различают три метода расчета  кранов: по допускаемым напряжениям, по предельным состояниям и по вероятности  безотказной работы, из которых при  проектировании мостовых кранов применяются  главным образом два первых метода. Расчет деталей механизмов производят по методу допускаемых напряжений, а расчет металлических конструкций  мостов — по методу допускаемых напряжений или по методу предельных состояний.

В основе расчета по допускаемым  напряжениям лежит гипотеза идеально упругого тела, для которого закон  Гука о прямой пропорциональности между  напряжениями и деформациями считается  справедливым до начала текучести материала. При расчете деталей или элементов  конструкции по этому методу за опасное  принимается такое состояние, при  котором максимальное местное напряжение (в опасных точках сечения) достигает  опасной величины — предела текучести для пластичного материала или временного сопротивления (предел прочности) для хрупкого материала. При этом состояние всей остальной массы материала не принимается во внимание. В действительности, при появлении местных пластических деформаций конструкция еще может удовлетворять предъявляемым к ней требованиям, так как для ее перехода целиком в предельное состояние необходимо дальнейшее увеличение нагрузки. Поэтому рассчитанные таким образом конструкции в большинстве случаев имеют большие массы и значительные запасы прочности.

Метод расчета по предельным состояниям основывается на анализе  процессов перехода конструкций  в одно из этих состояний, при котором они теряют способность сопротивляться внешним воздействиям или перестают удовлетворять предъявляемым к ним требованиям.

Различают три вида предельных состояний: – состояние по несущей  способности (прочности, устойчивости и выносливости), при достижении которого конструкция теряет способность сопротивляться внешним воздействиям или в ней возникают такие остаточные изменения, при которых она перестает удовлетворять предъявляемым к ней эксплуатационным требованиям; – состояние по развитию чрезмерных деформаций от статических или динамических нагрузок, при достижении которого в конструкции, сохраняющей прочность и устойчивость, появляются обратимые деформации или колебания, вследствие чего конструкция перестает удовлетворять предъявляемым к ней эксплуатационным требованиям; – состояние по образованию и раскрытию трещин, при достижении которого в конструкции, сохраняющей прочность и устойчивость, появляются и раскрываются крупные трещины, что исключает возможность дальнейшей эксплуатации конструкции (например, вследствие потери водонепроницаемости в связи с опасностью коррозии из-за повреждения антикоррозийного покрытия и т. п.).

Расчет по методу предельных состояний дает возможность осуществлять дифференцированный подход к различным  частям металлических конструкций  и обеспечивать важнейший принцип  конструирования — равнопрочность элементов и их соединений. При этом методе специфика работы конструкции учитывается введением понятий о предельных состояниях, ограничивающих или исключающих его нормальную эксплуатацию. В отличие от расчета по допускаемым напряжениям в расчете по предельным состояниям вместо одного коэффициента запаса принимается система трех расчетных коэффициентов: однородности, перегрузки и условий работы. При расчете конструкции по предельным состояниям вместо допускаемых напряжений принимают расчетные сопротивления, которые являются наименьшими возможными сопротивлениями материала, гарантируемыми весьма малой вероятностью появления меньших значений.

Расчет по вероятности  безотказной работы учитывает случайный  характер нагрузок и несущих способностей, а также длительность работы соответствующих  элементов крана и наиболее полно  — действительные процессы потери работоспособности деталей и  узлов. Однако этот метод расчета  требует наличия большого статистического  материала, на основании которого устанавливаются  расчетные зависимости, и не получил  пока широкого распространения. Детали механизмов и элементы металлоконструкций рассчитывают при действии статических  и динамических напряжений на прочность (статическую прочность), а при большом числе циклов изменения напряжений— на выносливость (усталостную прочность). Отдельные детали (например, валы), а также металлоконструкции рассчитывают на жесткость. При расчете валов определяют линейные и угловые перемещения (прогибы и углы поворота опорных сечений), величины которых оказывают значительное влияние на работоспособность зубчатых передач и подшипников.

При расчете металлоконструкций определяют статические прогибы  и периоды колебаний крановых мостов, а также время затухания  этих колебаний. Статический прогиб моста характеризует его статическую  жесткость, а время затухания  колебаний — динамическую.

Если при расчете деталей  механизмов, испытывающих переменные по величине нагрузки,, принимать в качестве расчетной величины максимальную нагрузку и считать ее действующей постоянно,. то это вызовет неоправданное увеличение массы крана. Поэтому современные методы расчета деталей механизмов и металлических конструкций учитывают переменность действия нагрузок. Для этого при расчете на выносливость определяются эквивалентные нагрузки или эквивалентное число циклов нагружений.

Эквивалентной нагрузкой  называется такая постоянная по величине нагрузка, которая по своему воздействию  на рассматриваемую деталь (или элемент  конструкции) в течение всего  срока службы эквивалентна (равноценна) общему действию отдельных (различных  по величине) нагрузок в течение  времени их действия. В общем случае эквивалентные нагрузки определяют с помощью графиков загрузки механизма  во времени, которые строятся с учетом действительных режимов работы механизмов.

Рис. 11.1. Графики загрузки механизмов

Достаточно точные графики  загрузки механизмов могут быть построены  лишь для кранов, совершающих определенные операции, в определенной последовательности и при определенной загрузке механизмов в разные периоды времени. Поэтому  при расчете кранов общего назначения, предназначенных для работы в  различных условиях эксплуатации, обычно принимают усредненные графики  использования механизмов по грузоподъемности, построенные в результате обобщения  опыта эксплуатации кранов и отражающие статистику наблюдений за работой подобных кранов.

На рис. 11.1 приведены типовые графики загрузки механизмов подъема (а), передвижения крана (б) и передвижения тележки (в). На графиках Qt и QH — соответственно переменная, действующая в течение времени tt, и номинальная нагрузки; р — общее время работы механизма в течение срока службы. 
Расчет по эквивалентным нагрузкам представляет собой расчет на ограниченную долговечность, так как он основан на предположении, что перенапряжения, лежащие в зоне повреждаемости рассчитываемой детали, регулярно повторяются. В тех случаях, когда отсутствуют необходимые данные, эквивалентную нагрузку обычно определяют условно, путем умножения номинальной, наиболее часто действующей нагрузки на коэффициент приведения, значения которого устанавливают на основе данных практики, в зависимости от режима работы механизма.

При расчете деталей при  переменных нагрузках допускаемые  напряжения можно определять с помощью  эквивалентного числа циклов. В этом случае за расчетную нагрузку обычно принимают максимальную рабочую (длительно  действующую) нагрузку, а переменность нагрузки учитывают эквивалентным  числом циклов, определяющим величину допускаемого напряжения.

Определение числа подъемов груза в течение часа и расчетных  чисел циклов, принимаемых при  расчетах на выносливость, производят на основе рассмотрения цикла соответствующего технологического процесса.

                        Сопротивления передвижению кранов и тележек

При передвижении кранов и  тележек возникают сопротивления  в ходовой части, внешние сопротивления  и сопротивления в элементах  передач механизма. В зависимости  от режима и условий работы крана  эти сопротивления могут действовать  в различных сочетаниях. При конструировании  необходимо определять наиболее возможное  и характерное для данного  типа крана их сочетание. Значение числовых значении сопротивлении позволяет произвести расчет мощности электродвигателя, тормозных устройств, передач и других элементов.

При передвижении тележки  или моста крана с приводными колесами по двухрельсовым путям с постоянной скоростью (установившийся режим) преодолеваются сопротивления от трения в ходовых колесах, от ветровой нагрузки и от возможного уклона рельсового пути. В момент пуска механизма передвижения (неустановившийся режим), кроме указанных сопротивлений, возникает сопротивление от сил инерции приводимых в движение масс. У механизмов с ручным приводом этим сопротивлением обычно пренебрегают.

Для однорельсовых консольных и велосипедных кранов необходимо также  учитывать сопротивления в упорных  роликах, воспринимающих горизонтальные нагрузки. В однорельсовых тележках возникают сопротивления, являющиеся результатом конусности колес и  возможного поперечного смещения. Для  тележек с канатной тягой электродвигатель механизма передвижения преодолевает, кроме того, сопротивления, характерные  для этого механизма — в канатных блоках, от провисания тягового каната и ветровой нагрузки. В отдельных случаях следует также учитывать сопротивление от действия центробежных сил, возникающих при одновременной работе механизмов передвижения тележки и вращения крана.

Сопротивление от трения в ходовых колесах однорельсовых и двухрельсовых кранов (рис. 18). Этот вид сопротивлений слагается из трения качения ходовых колес по рельсам, трения в опорах, трения реборд колес о головки рельсов и трения торцов ступиц колес. При качении колес силы сопротивления вызывают моменты сопротивления движению, равные: