тел.: +7 (919) 240-00-00
www.телескопический-погрузчик.рф
Каталог

Остов и устойчивость грузоподъемника

Остовом грузоподъемника служит металлическая конструкция, на которой монтируют рабочие механизмы подъема, передвижения и поворота, электрооборудования и приборы управления. Конструкция остова, определяемая схемой и условиями работы, должна удовлетворять требованиям достаточной прочности и дол­говечности, надежности и устойчивости в пределах норм для эле­ментов и всей конструкции, рационального использования метал­лов, наименьшей массы и меньшей трудоемкости изготовления.

Основы расчета остова грузоподъемника
Элементы остова грузоподъемника изготовляют из углеродистых и низколегированных сталей и соединяют между собой сваркой, заклепками или шарнирами. Роль звеньев переменной длины вы­полняют гидроцилиндры. Допускаемые напряжения для основной конструкции, изготов­ляемой из сталей Ст. 2...Ст. 5, можно принимать при деформациях: растяжения, сжатия и изгиба в пределах 145...210 МПа, для за­клепок на срез — 110...145 МПа и сварных соединений при элек­тродах Э-34 и Э-42 на срез —72...110 МПа.

Расчетные нагрузки на остов

Постоянная нагрузка воз­никает от силы тяжести собственной массы Gк: Рп = k1gGк, где k1 = 1,l — коэффициент, учитывающий влияние толчков, при х>60 м/мин. Временная нагрузка появляется от силы тяжести масс: поднимаемого груза, тележки и грузозахватных устройств: Рв = k2g(G + Gт), где G и Gт — соответственно массы груза и тележки; k2 = 1,0...1,5 —коэффициент динамичности, зависит от рода привода и режима работы.

Инерционная нагрузка возникает при неустановившем­ся поступательном (мост, тележка) или вращательном (поворот­ный кран, погрузчик) движении. Ее определяют как наибольшую» для периода торможения изложенными ранее методами или упро­щенно: при прямолинейном Ри = 0,14Рт, при повороте Р'и = 0,1g(G + Gк),   где Рт — суммарная нагрузка на тормозные колеса; Gк — масса крана. Ветровую нагрузку определяют изложенными ранее методами.  

Балки и фермы кранов
Остов крана выполняют в виде одной, двух балок или решет­чатых ферм. Балки просты, меньшей высоты, но более металло­емки.

Кран-балка (рис. 36, а) подвергается изгибу от сил тяжести масс: груза — gG, тележки - gGт, балки — gqL. Тогда с допущением суммарный момент будет


Массой балки qL на этой стадии расчета задаются на основе существующих конструкций. Выбрав металл балки и допускаемое напряжение, находят мо­мент сопротивления сечения: W = Миз : [у]из.


Рис. 36. Схемы кран-балок: а — к расчету кран-балки; б и в — шпренгельные кран-балки; г — сечения балок.

Зная W, выбирают по ГОСТ профиль проката или проектируют составную сварную балку (рис. 36,г). Высоту h балок рекоменду­ется принимать для одностоечных балок (0,06...0,07) L и для короб­чатых— (0,05...0,066) L. Жесткость балки проверяют по удельной стреле прогиба:


где [f0] = f : L = 1 : 400 — для ручных мостовых кранов, 1 : 500 для кран-балок и 1 :700 для электрических кранов. При больших пролетах по заданному [f] определяют I и проверяют прочность. Продольные сварные швы в балках, крепящие пояса и наклад­ки к стойке, проверяют по нагрузке на погонный метр по формуле


где S и I — соответственно статический момент сечения, лежаще­го за плоскостью сварных швов, и момент инерции всего сечения; RA — наибольшая поперечная сила в расчетном сечении; hш — высота сварного шва. При опоре колес тележки и электротельфера на нижние полки двутавра момент изгиба и момент сопротивления сечения на по­гонный метр длины соответственно принимают М = 0,125 (G+Gт)g; W = t2/6.  (132) Тогда напряжение при толщине полки t будет уиз = 0,78g(G + Gт)/t2 ≤ [у]из, (133) Жесткость балки в горизонтальной плоскости при пролете до 7 м достигается постановкой подкосов с одной или обеих сторон. При больших пролетах ставят решетчатые фермы или сплошной из листа пастил со стороны механизма передвижения. Боковую жесткость от изгиба силами инерции при пуске и тор­можении проверяют по формуле Уиз = 0,25РнL/Wу. (134) Шпренгельную балку при движении по нижней полке (рис. 36, б) и по верхней (рис. 36, в) применяют при пролетах свыше 12 м и повышенной грузоподъемности. Основные нагрузки: в ее элементах определяют по уравнениям H = з1g(G+Gт);  (135) где з1 —коэффициент, равный 1,62...2,57 при h : L = 0,1...0,067; з2 — коэффициент, равный 0,08...0,1 при h : L = 0,2...0,33. Решетчатые фермы для кранов сельскохозяйственного производства почти не применяют. Поворотные краны в качестве остова оснащены стрелой или фермой. Различают стрелы в виде консольных (рис. 37, а, б, в и г) и двухопорных (рис. 37,д) балок. Наибольшая жесткость дости­гается при коробчатых и решетчатых сечениях. При большой ок­ружной скорости до 5 м/с и выше необходимо обеспечивать жест­кость стрелы в горизонтальной плоскости, а при наличии у стрелы хобота следует учитывать скручивающий момент. Двухопорную стрелу, применяемую в вантовых, башенных и ав­томобильных кранах, рассчитывают на сжатие и изгиб в верти­кальной и горизонтальной плоскостях. При переменном вылете крана L грузоподъемность G = f(L), но в любом рабочем положении gGxLx должно оставаться почти постоянным. Поэтому практически рекомендуется принимать (gG)xLx = (0,4...0,3) (gG)maxLmax (136) Полное усилие, приложенное к оголовку стрелы, определяют по формуле Qп = g(kG + 0,5Gc + Gог + Gг.п + Gс.п),  (137) где G, Gс, Gог, Gг.п , Gс.п — соответственно массы груза, стре­лы, оголовка, грузового и стрелового полиспастов; k = 1,0...1,5 — коэффициент режима работы. Сжимающая стрелу сила Nп определится как геометрическая сумма сил Gmax = gGmax или Qmin = gGmin и сила  Sп натяжения грузового полиспаста Nп' = gGmax + Sп'  или N''п = gGmin + Sп''.


Рис. 37. Схемы стрел кранов: а, б, в и г — консольные балки; д — двухопорная балка.

Опорную реакцию находят по формуле


где Ма — момент для крайних положений стрелы: Ma' = Qmaxa'   и  Ma'' = Qmaxa''. Наибольший изгибающий момент Миз = RAx приx = RA:gq. Прочность и жесткость стрелы проверяют для всех опасных сече­ний соответственно по формулам


где Миз.в , Mиз.г, Wв и Wг — соответственно изгибающие моменты и моменты сопротивлений сечений стрелы в вертикаль­ной и горизонтальной плоскостях; ц = 0,52...0,19 —коэффициент уменьшения допускаемого напряжения в зависимости от коэффициента гибкости л = 120...200. Размеры сечения фермы принимают: h = (0,05...0,04)L (см. рис. 36,б), b = (0,1...0,066)L (см. рис. 36,а). Фермы поворотных кранов рассчитывают по наибольшим уси­лиям и моментам, действующим на их стержни. Предпочтительнее графический способ, дающий возможность контролировать, проек­тировать и вносить коррективы в конструкцию. Из условия равновесия (рис. 38) получим суммарную верти­кальную реакцию: T = g(G + Gк) = Q1 - Q2 + g(GI + GII + GIII + GIV), горизонтальную: H = g(GL + Gкlк)/h Тогда усилия будут Q1 = gGL (L-а); Q2 = gGa (L-a), где a = 0,2L. Условие равенства моментов МизI-III = МизI может быть выполнено при положении тележки на консоли и посредине между уз­лами I и III. Приближение узла II к узлу III увеличивает нагрузки на стерж­ни 2, 5 и 4, однако при этом кран получает возможность обслу­живать большее пространство. Порядок определения усилий в стержнях (рис. 38, б и в) сле­дующий: а) вычертить в масштабе схему фермы (рис. 38, а) с нагруз­ками;  


Рис. 38. К расчету фермы поворотного крана: a —эпюры моментов; б —диаграмма усилий в стержнях от полезной нагрузки; в - диаграмма усилий от собственной массы и от натяжения каната; 1, 2, 3, 4 и 5 — стержни.


Рис. 39. К расчету колонны и фун­дамента.

б) построить диаграммы усилий в стержнях: от полезной нагрузки (рис. 38,б), от сил тяжести масс и от внутренних сил (рис. 38, в). При построении диаграмм уси­лий направление их должно соот­ветствовать направлению оси стержня. По полученным усилиям рассчи­тывают поперечные сечения. Рас­тянутые стержни проверяют на гиб­кость:  


где lс — длина стержня; ri — радиус инерции; Imin — момент инерции сечения; F — площадь сечения стержня. Сжатые стержни (для них [л] = 120) рассчитывают с учетом продольного изгиба по формуле F = Px/ц[у]сж(141) где ц — коэффициент уменьшения допускаемого напряжения, рав­ный 0,99....0,19 соответственно при л =10....200. Почти все стержни подобных ферм делают из одного профиля.  

Устойчивость крана и распределение нагрузки на опоры
Фундамент крана служит его опорой, он воспринимает усилия и моменты и передает их на грунт. У него квадратное основание и прямые стенки. Большие фундаменты делают уширяющимися к основанию с наклонными или ступенчатыми стенками. На фундамент действует вертикальная сила (рис. 39) V = g(G + GК + G0 + Gф) и опрокидывающий момент Mоп = g(GL + Gкlк  - G0l0) = Hh = Ve Наименьшую массу фундамента находим по условному расчету на сдвиг под действием силы Н:


где е = 1,5... 1,7 — коэффициент запаса устойчивости;f = 0,5...0,7 — коэффициент трения между фундаментом и грунтом; г — плотность материала фундамента. Устойчивость фундамента проверяют, учитывая давления рmах и pmin, сопротивление боковых стенок не учитывается. Тогда сжи­мающее давление


где [р] допускаемое удельное давление, МПа: для гранита — 3,0...4,0, известняка —1,5...2,5; слежавшегося гравия — 0,5...0,8; пес­ка, глины — 0,3...0,5; для мокрого песка и болотистого грунта 0,2...0,3). Выражение


является коэффициентом перераспределения удельного давления, из которого видно, что при  e = B/6рmах  = 2p и pmin = 0 дальнейшее увеличение нагрузок приведет к отрыву кромки А основания фундамента.

Нагрузка на ходовые устройства
Ходовая часть подъемных и погрузочных машин бывает колесной и гусеничной. Условия рабо­ты этих машин в сельском хозяйстве отличаются неравномерностью плотности грунта, наличием уклонов, низким давлением в шинах, отсутствием дополнительных опор и перемещением грузов на зна­чительные расстояния, т. е. всем тем, что уменьшает устойчивость и увеличивает неравномерность нагрузок на элементы ходовой части (колеса, гусеницы). Распределение нагрузки на ходовые колеса. Рассмотрим распределение нагрузки на колеса в часто встречаю­щейся схеме, когда ось вращения погрузчика не совпадает с цент­ром опор прямоугольника ABCD (рис. 40,а). Подобная схема со смещенной осью вращения крана типична для автокранов, авто­погрузчиков и грейферных погрузчиков на тракторах. Для повышения устойчивости на элементы опор ставят уширен­ные колеса, спаренные шины, выносные опоры. Опрокидывающий момент может быть приложен в трех плос­костях. Тогда наибольшая нагрузка на колеса при действии мо­мента в плоскости OI будет




Рис. 40. К расчету распределения нагрузки и удельного давления.  

и в плоскости O1III при O1III  BD

 

Во всех вариантах нагружения должно быть Rmin > 0. Это усло­вие возможно при соответствующем подборе размеров е,e, а и b. Выражение в скобках — коэффициент концентрации нагрузки. Распределение удельного давления на гусе­ничном ходе. В процессе работы погрузчика и крана на гусе­ничном ходу вследствие эксцентричности нагрузки в опорных пло­щадках возникает перераспределение удельного давления, макси­мальная величина которого зависит от положения плоскости подъ­ема груза и скорости подъема. На погрузчик действует вертикальная равнодействующая V и момент Moп = Ve. Схема опорных площадок и эпюры удельных дав­лений показаны на рисунке 40, б. Действие опрокидывающего момента в плоскости O1y соответ­ствует машинам с фронтальной навеской рабочих органов. Тогда удельное давление будет равно  


При проектировании рекомендуется обеспечивать е<В/6, тогда Pmin > 0. При действии момента в плоскости O1x (боковая навеска рабо­чих органов) удельное давление будет равно Pmin и в этом случае должно быть больше нуля.

В кранах и погрузчиках с поворотным рабочим органом опро­кидывающий момент может действовать в произвольно располо­женной плоскости O1z. При этом максимальное удельное давление будет равно

где My = Vx; Mx=Vy — составляющие геометрической суммы мо­мента Моп; Wx = 2bB2/6;  Wy = B(A3a3)6A — момент сопротивления площадок гусеницы. Из рисунка 40,б у = е sinц, x = e cosц;


После подстановки этих значений в уравнение (145) получим 

 

где [р] — допускаемое удельное давление, приведено при рас­чете фундамента; kг = 8,8...11,9 — безразмерный коэффициент, зависящий от размеров гусениц и их расстановки. Устойчивость погрузочных машин. Известно, что больше полoвины аварий с грузоподъемными машинами происходит по причине потери устойчивости. Устойчивость свободно стоящих передвижных грузоподъемных машин — главное требование техники безопасности при эксплуата­ции их, особенно в сельскохозяйственном производстве, где пере­мещение происходит по неровностям поля, при порывах ветра, перекосах и раскачивании машины и груза. Правилами Госгортехнадзора (Госсельхозтехнадзора) предус­матривается норма устойчивости, определяемая коэффициентом устойчивости. Различают коэффициенты грузовой устойчивости и собственной устойчивости, рассчитываемые в наихудших условиях нагружения.   Коэффициент грузовой у с т о й ч и в о с т и — отношение суммы моментов всех сил (кроме груза) относительно линии опро­кидывания В В (рис. 41,6) к моменту груза:

 

где M0 и Мк— соответственно моменты от противовеса и массы грузоподъемника; ∑Mи - сумма моментов от инерции груза и грузоподъ­емника; ∑Мв = Mb.г + Мв.к — сумма моментов от ветровой на­грузки: Мв.г =  Рв.гϱг — на груз и Mв.к = Pв.кϱк  - на кран. Сумму моментов от инерции груза и грузоподъемника принято определять исходя из наиболее неблагоприятных условий:   при начале подъема и торможения движущегося груза


при повороте стрелы с грузом от центробежной силы (рис. 41, а) М2 = Рцh = Gщ2L0h, где L0 находят из отношения (L0 — L) : Н = Рц : gG; при пуске и торможении механизма поворота максимум момента от касательной силы T1 будет при угле 45° (рис. 41,б)


при торможении движущегося грузоподъемника от силы инер­ции груза


при торможении движущегося грузоподъемника от силы инер­ции


Чаще при расчетах ∑Ми учитывают только М1 и М2, реже ком­бинацию из двух-трех других моментов от сил инерции. Если при расчете грузовой устойчивости дополнительные на­грузки не учитываются, то принимается Кг ≥ 1,4. Статическое ис­пытание грузоподъемника проводят под нагрузкой 1,25gG. Коэффициент собственной устойчивости — от­ношение моментов, восстанавливающих устойчивость грузоподъ­емника, к сумме моментов, опрокидывающих его относительна опор В при неблагоприятном сочетании действия этих нагрузок:


где М'к = Qк[(b — с)соs а +hksin а] — момент от силы тяжести массы крана (рис. 41, а); М'0 = Q0 [(lп— b)cos a + hпsin a] — момент от противовеса. Изложенный метод определения грузовой и собственной устойчивости применим для автокранов, автопогрузчиков, навесных тракторных погрузчиков

 

Продольная устойчивость для погрузчиков с фрон­тальной навеской грузозахватного органа проверяется по форму­ле (148). Коэффициент продольной устойчивости рекомендуется прини­мать Кп = 1,4...1,6. С увеличением грузоподъемности Кп имеет тен­денцию к уменьшению. При увеличении высоты подъема груза он возрастает. В случаях превышения высоты подъема в 2,8...3,5 м рекомендуется уменьшать допускаемую массу груза. Однако сле­дует иметь в виду, что слишком большой Кп снижает эксплуата­ционные качества погрузчиков. Продольную устойчивость проверяют при опрокидывании отно­сительно точки А (рис. 41,в) по формуле


где МF /Fhп — момент от силы трения и деформации связных грузов при отходе погрузчика; Mp0 = еgGL0 — момент от суммарной силы отрыва груза при Р0 = еgG, здесь е = 1,54...4,0 для связных грузов — соло­мы, сена, силоса и навоза. По соглашению Международной федерации ускорение при тор­можении принято определять из соотношения


тогда a = gtgИ, где tgИ = 0,18, рекомендуется из условий торможе­ния погрузчика на пути S = 3 м при движении со скоростью х = 12 км/ч. При иных значениях а и tgИ (торможение при уклоне пути) путь торможения определяется: S = - х2/2a.

Поперечная устойчивость может быть нарушена при движении погрузчика и стогометателя на поворотах. При повороте на косогоре (рис. 41,г) на погрузчик действуют суммарная сила Q=g (G + G0 + Gг) и сила инерции Ри, приложенные в центре тя­жести, тогда условие равновесия будет

 

Варьируя размерами bиhи параметрами х и R, достигают устойчивости погрузчика на поворотах. Погрузчик в условиях сельского хозяйства может работать как транспортная машина с поднятым грузом. При передвижении по­грузчика с грузом, т. е. при работе без выносных опор, устойчи­вость должна быть проверена и обеспечена рекомендациями умень­шения груза, подвешивания груза на минимальном вылете и наи­выгоднейшем расположении стрелы. В практике эксплуатации погрузчиков и кранов при внезапном отрыве груза или автоматической его разгрузке возникает опроки­дывающий момент, действующий в сторону противовеса, равный моменту от груза.

Во исполнение требований Федерального закона «О персональных данных» № 152-ФЗ от 27.07.2006 г. Все персональные данные, полученные на этом сайте, не хранятся, не передаются третьим лицам, и используются только для отправки товара и исполнения заявки, полученной от покупателя. Все, лица, заполнившие форму заявки, подтверждают свое согласие на использование таких персональных данных, как имя, и телефон, указанные ими в форме заявки, для обработки и отправки заказа.
Хранение персональных данных не производится.