Металлические конструкции мостовых кранов и их расчет

Несущие конструкции мостовых кранов имеют самые разнообразные формы. Различают крановые мосты общего и специального назначения.

Некоторые схемы поперечных сечений показаны на рис. 14.1. Металлические конструкции разделяют также на решетчатые (форменные) и листовые (балочные, сплошностенчатые). Первые (рис 14.1, а, б) обладают меньшей массой в сравнении с листовыми, наименьшей высотой от головки подкранового рельса до рельса на мосту, достаточной жесткостью в горизонтальной плоскости. К недостаткам решетчатых мостов относятся большая трудоемкость изготовления (вследствие длительности сборки и отсутствия автоматической сварки), более низкое сопротивление усталости, невозможность применения на концевой балке выкатных колес. На рис. 14.1, а главная ферма - решетчатая на рис. 14.1. б одностенчатая балка, вспомогательная ферма и фермы связей – решетчатые. Решетчатые несущие конструкции для мостовых кранов в настоящее время изготовляются сравнительно редко.

Наибольшее распространение среди листовых конструкций кранов мостового типа получили коробчатые (рис 14.1, в, г). Они обладают меньшей трудоемкостью изготовления в сравнении с решетчатыми вследствие более простой сборки и применения автоматической сварки, меньшей общей высотой моста, более высоким сопротивлением усталости, возможностью применения на концевой балке выкатных колес. К недостаткам их относятся: значительная масса и недостаточная жесткость в горизонтальной плоскости для кранов малой грузоподъемности и больших пролетов (рис. 14.1, в), сложные условия сварки диафрагм при изготовлении пролетных балок.

Коробчатые конструкции для средних и больших грузоподъемностей и пролетов (рис. 14.1,г) позволяют размещать электрооборудование и механизмы передвижения внутри балок. Генеральные геометрические параметры мостов назначаются в зависимости от пролета l.

Рис. 14.1 Схемы поперечных сечений (половины моста) мостовых кранов общего назначения

База электрического мостового крана . Высота h решетчатых стальных конструкций принимается на основе соотношений при четном числе панелей. Для двухбалочных коробчатых мостов

Рис 14.2. Схема конструкции двухбалочного мостового крана

На рис. 14.2 показана схема конструкции двухбалочного мостового крана. Параметры балки следующие:

Скосы по концам главных балок выполняются для удобства соединения их с концевыми. В ряде случаев они назначаются на длине более 2h с целью приближения к равнопрочной балке в вертикальной плоскости, имеющей меньшую массу.

Выбор высоты h связан с условиями оптимизации по массе на основе критериев по несущей способности, а также с особыми требованиями по жесткости [см. формулу (12.36)], времени затухания колебаний моста при работе механизма подъема и санитарно-гигиеническим нормам.

Расчет металлической конструкции мостового крана по несущей способности включает проверку прочности, местной или общей устойчивости тонкостенных элементов или отдельных стержней (для решетчатых конструкций), усталости. Проверка сопротивления усталости выполняется для кранов среднего, тяжелого и весьма тяжелого режимов работы. Значительное, а подчас решающее влияние при назначении геометрических параметров моста (в первую очередь главной балки), а следовательно, и определении металлоемкости крана имеют критерии эксплуатационного характера, характеризующие предельные состояния конструкции. Так, прогиб главных балок мостовых кранов при действии подвижной нагрузки (тележка, полезный груз с грузозахватным приспособлением), находящейся в середине пролета (рис. 14.3, а), не должен превышать для кранов с ручным приводом, - для электрических кранов. Ограничения по прогибу иногда приводят к недоиспользованию материала по напряжениям.

Рис. 14.3. Расчетные случаи нагружения металлической конструкции мостового крана

В качестве основных факторов, определяющих деформации металлоконструкций, можно отметить следующие: буксование тележки на подтележечных путях или самопроизвольное движение, которое должно исключаться обеспечением необходимого запаса сцепления приводных колес с рельсами в течение всего цикла работы крана; колебательные процессы, амплитудно-частотные и частотно-временные характеристики которых ограничиваются санитарно-гигиеническими нормами вибрационного воздействия на человека; затраты мощности механизма передвижения тележки на преодоление дополнительных сопротивлений, возникающих при передвижении от деформации главной балки; подскок тележки на подтележечных путях в случае мгновенной разгрузки; углы поворота опорных сечений главных балок (ходовых колес крана) и др. Ограничение деформаций главных балок с точки зрения обеспечения необходимого запаса сцепления приводных колес грузонесущих тележек с подтележечными рельсами является обязательным для всех без исключения подъемно-транспортных машин мостового типа. Ограничения же, накладываемые остальными факторами, могут исключаться для отдельных кранов или путем применения определенных конструктивных или технологических мероприятий. Так, например, подскока тележки при мгновенной разгрузке можно избежать при соответствующем исполнении опорно-ходового устройства.

Изгибные деформации главных балок в вертикальной плоскости складываются из следующих компонентов: проектных деформаций (строительного подъема), деформаций сборки и сварочных деформаций при изготовлении, остаточных деформаций при эксплуатации, деформаций от действия сосредоточенных, подвижных нагрузок и веса металлической конструкции. Под строительным подъемом понимается создание при изготовлении балок выгиба их вверх [1]. Для мостовых кранов при пролете он назначается равным . Таким образом, на кривую балку при эксплуатации оказывают влияние технология изготовления конструкции и условия ее работы.

Время затухания свободных вертикальных колебаний (динамическая жесткость) главных балок подлежит проверке в некоторых случаях: 1) при наличии требований повышенной точности установки груза; 2) при расчете металлической конструкции на ограниченный срок службы с учетом явлений усталости (см. гл. 12). В первом случае время затухания колебаний (10.24) можно определить, принимая минимальную амплитуду колебаний порожнего крана, например = 0,5 мм. Следует иметь в виду, что с уменьшением относительной высоты моста hit возрастает период свободных колебаний.

Кроме приведенных на рис. 14.1 типовых сечений мостов двухбалочного исполнения получили распространение оболочечные конструкции, предварительно напряженные (в вертикальной плоскости главных балок), шпренгельные, рамные и др. Значительное разнообразие существующих конструкций отражает поиск оптимальных форм с точки зрения минимума материалоемкости и, повышения технологичности [14].

Концевые балки мостовых кранов имеют коробчатое сечение. В местах примыкания главной балки к концевой в последней устанавливаются диафрагмы в сечениях, совпадающих с плоскостями стенок главной балки. Этим обеспечивается более равномерная передача усилий в узле сопряжения балок. Для увеличения жесткости этого узла в горизонтальной плоскости применяются косынки, соединяющие пояса главных и концевых балок. По требованиям транспортировки крана в концевой балке выполняется один или два монтажных стыка на болтах, а узел сопряжения каждой половины ее с главной балкой выполняется сварным. Применяется также конструкция концевой балки без разъема, соединяемой при монтаже с главными балками на болтах.

Специальные крановые мосты бывают однопутными и двухпутными. В первом случае конструкция может не отличаться от мостов общего назначения (см. рис. 14.1), если применяется обычная тележка. При наличии специальной тележки находят применение однопутные однобалочные коробчатые мосты. При двухпутных мостах на них работают на параллельных путях две тележки [1].