Систематизация нагрузок

Конструкция в процессе эксплуатации находится под воздействием внешних нагрузок и опорных реакций. Со­четание этих силовых факторов вызывает появление внут­ренних усилий в сечениях элементов конструкции. Поня­тия внешних нагрузок и внутренних усилий относитель­ны и зависят от выбранного объекта рассмотрения. Так, например, в расчетной схеме стреловой системы нагруз­ками являются веса элементов и груза (G_i), ветровые давления (Р_i), инерционные силы (F_i), а реакциями — усилия в опорах (R_i) (рис. 7.1, а). К внутренним усилиям в сис­теме относятся изгибающие и крутящие моменты, продоль­ные и перерезывающие силы, а также усилия в шарнирах, соединяющих элементы системы, в данном случае стрелу, хобот, тягу противовеса. Если же рассматривать расчет­ную схему стрелы (рис. 7.1, б), то внешними нагрузками кроме перечисленных следует считать также усилия в шар­нирах, соединяющих стрелу с хоботом и тягой противове­са (S_i). При этом внутренними усилиями будут только изгибающие и крутящие моменты, продольные и перерезы­вающие силы.

В данной главе рассматриваются только те нагрузки, которые действуют на несущую конструкцию в целом. Внутренние усилия в элементах конструкции вычисляют­ся в результате силового анализа системы аналитически или с помощью МКЭ.

Значения нагрузок, действующих на несущие конструк­ции, зависят от множества факторов и представляют со­бой случайные величины. В расчетных моделях (методи­ках), используемых для прогнозирования работоспособно­сти и долговечности конструкций в рамках СРДН и СРПО, фигурируют расчетные оценки этих величин. Для систе­матизации этих данных введены так называемые расчет­ные случаи нагружения, каждый из которых является ин­формационным комплексом, используемым для прогно­зирования определенной группы предельных состоя­ний.

I расчетный случай — нормальные нагрузки рабочего состояния. Он включает всю информацию о нормальной эксплуатационной нагруженности несущей конструкции и используется для расчета на сопротивление усталости и циклическую трещиностойкость (предельные состояния первой группы, см. п. 1.3.2).

Рисунок 7.1. Расчетные схемы стреловой системы (а) и стрелы (б)

В этот комплекс входят данные о собственном весе конструкции, весах поднимаемых грузов, значениях инерционных нагрузок, усилиях переко­са, технологических нагрузках, а также число циклов ра­боты крана и структура характерных технологических цик­лов его работы. Нагрузки от ветрового давления в этом расчетном случае не учитываются. Инерционные, перекосные и технологические нагрузки вычисляются для случая штатных условий эксплуатации и режимов работы всех механизмов, т. е. при нормальных условиях разгона и тор­можения, функционирования всех предохранительных ус­тройств. При расчете по СРПС значения коэффициентов надежности по всем нагрузкам принимаются как γ_i = 1.

II расчетный случай — максимальные нагрузки рабо­чего состояния. Он используется для расчета по предель­ным состояниям второй группы (см. п. 1.3.2). Особеннос­тью этого блока информации является то, что сюда входят все эксплуатационные нагрузки с соответствующими ко­эффициентами перегрузки. В данном расчетном случае фигурируют весовые нагрузки, включая номинальную гру­зоподъемность, максимальные инерционные нагрузки, мак­симальные нагрузки от давления ветра в рабочем состоя­нии, а также данные о наиболее неблагоприятных положе­ниях тележки на мосту или вылетах и углах установки стрелы, направлениях действия ветрового давления и т. п. Здесь могут фигурировать максимальные перекосные на­грузки при пуске или торможении мостового, козлового или портального кранов, возникающие при отказе всех или части приводов, расположенных с одной из сторон, а также максимальные технологические нагрузки, возникающие при типичных отклонениях от нормального режима, как, на­пример, упор жесткого подвеса крана в препятствие и пр.

III расчетный случай — максимальные нагрузки нера­бочего состояния. Он также используется для расчета по предельным состояниям второй группы, но при наиболее неблагоприятных нагрузках нерабочего состояния. К это­му случаю относятся нагрузки от собственного веса крана, от ветра нерабочего состояния (ураганного), сейсмические нагрузки, аварийные, монтажные, особые нагрузки, возни­кающие при аварии на технологическом оборудовании, рас­положенном в зоне обслуживания крана и пр. Все эти на­грузки также вводятся с соответствующими коэффициен­тами перегрузки.

На конструкцию машины в процессе эксплуатации од­новременно действуют несколько различных нагрузок, из­меняющихся по величине и возникающих в различных комбинациях. Вероятность того, что все возможные нагруз­ки будут действовать одновременно, практически близка к нулю. Поэтому использование такой комбинации для расчетов привело бы к чрезмерному утяжелению конст­рукции. Для систематизации переменных силовых воздей­ствий используются расчетные комбинации нагрузок, ко­торые соответствуют определенным, типичным ситуаци­ям, возникающим в процессе эксплуатации машины. Как правило, они включают сочетание нагрузок, возникающее при неустановившемся движении одного или двух меха­низмов крана. Так, для кранов мостового типа ус­тановлены следующие комбинации:

а - кран неподвижен, производится подъем груза с ос­нования или торможение опускающегося груза;

b - разгон или торможение механизма передвижения крана; остальные механизмы не работают или обеспечи­вают движение с постоянной скоростью;

с - разгон или торможение механизма передвижения тележки; остальные механизмы не работают или обеспе­чивают движение с постоянной скоростью.

Для кранов других типов перечень расчетных комбина­ций может быть иным. Кроме того, в рамках первого расчетного случая необходимо рассматривать ком­бинацию, обеспечивающую минимальное напряжение в рас­четной зоне (Imin).

Расчетная информация об эксплуатационных силовых воздействиях на конструкцию сводится в таблицу нагру­зок. Пример такой таблицы нагрузок для расчета конст­рукции мостового крана в СРПС приведен в табл. 2.1.2. Таблица нагрузок для расчета в СРДН отличается тем, что в ней отсутствуют коэффициенты надежности по нагруз­кам.

Таблица 7.2

Примечание. G_i,G_T — вес соответствующих элементов; G_Q — вес груза мас­сой, равной номинальной грузоподъемности; γ — коэффициенты перегрузки для соот­ветствующих нагрузок; k_T и k'_T — коэффициенты толчков при движении крана и те­лежки соответственно; ψ — динамический коэффициент; F_x и F_y — горизонтальные силы инерции от движения тележки и крана соответственно. Во всех условных обо­значениях индексы «1», «2» или «3» означают, что соответствующая величина вычис­ляется gо данным I, II или III расчетных случаев.