Расчетные нагрузки и их сочетания

 

При подсчете нагрузок, воспринимаемых металлическими конструкциями мостового крана общего назначения, учитывается:

Постоянные нагрузки

Силы тяжести половины моста крана и площадки с оборудованием

Нагрузка считается равномерно распределенной по пролету главной балки и определяется из опыта проектирования.

В нормах проектирования учитывается степень обеспеченности параметров.

Различают нормативное и расчетное значение нагрузок. Нормативное значение определены нормами проектирования. Расчетные значения учитывают изменчивость нормативной величины, и этот учет производится с помощью коэффициента надежности нагрузки:

 

q =  * q_n,

 

где q – расчетное значение нагрузки, ;

q_n – нормативное значение нагрузки ;

 – коэффициент надежности по нагрузке (зависит от вида нагрузки >1.0).

Каждое сооружение или конструкция предназначены на определенный срок эксплуатации. Уникальность конструкции определяется степенью ответственности.

Наша конструкция имеет повышенный уровень ответственности в виду уникальности.

 = 1.0 – степень надежности ответственности.

Учитывая, что характер нагрузок действующих на мостовой кран имеет, динамическую составляющую, введем в расчет коэффициенты динамичности.

Нормативное значение погонной нагрузки на главную балку из опыта проектирования определяется:

 

q_n = ,

 

где G_б – сила тяжести половины моста крана,

выбирается по графику (кН);

q₁ – приведенная масса погонного метра трансмиссионного вала и механизма передвижения, которую можно принять равной: q₁ = 2 (кН/м);

L_к – пролет крана,

Для нашего случая имеем:

q_n =  = 8.6 (кН/м).

Расчетное значение нагрузки с учетом коэффициентов определяется:

 

q = , где

 

 = 1.0 – коэффициент ответственности по надежности;

n_q – коэффициент динамичности, выбирается из таблицы:

Таблица 1

Скорость передвижения крана, м/мин	nq
До 60	1.1
От 60 до 120	1.2
Свыше 120	1.3

 

 = 1.05 – коэффициент надежности по нагрузке;

 = 1.1 – коэффициент надежности по нагрузке q₁.

Для нашего случая получаем:

q =  =  = 19.67 ≈ 20 (кН/м).

Силы тяжести электродвигателя и редуктора механизма передвижения

Нагрузка принимается сосредоточенной, приложенной в середине пролета балки и определяется из опыта проектирования:

 

G_мп = .

 

В нашем случае: G_мп = 12 (кН).

Расчетная нагрузка механизма передвижения определяется:

Р_мп =  * G_мп * n_q, где  = 1.2 – коэффициент надежности по нагрузке механизма передвижения.

В нашем случае: Р_мп = 1.2 * 12 * 1.2 = 17.28 (кН).

Сила тяжести кабины крановщика

Нагрузка принимается сосредоточенной, приложенной на расстоянии 2 м от оси кранового рельса. И независимо от грузоподъемности крана принимается равной: G_к = 20 (кН).

Расчетное значение нагрузки определяется:

Р_кк =  * G_кк * n_q.

 

В нашем случае: Р_кк = 1.2 * 20 * 1.2 = 28.8 (кН).

Сведем сбор нагрузок в единую схему и представим на рисунке 3.

 

 

Подвижные нагрузки

Вертикальными подвижными нагрузками являются давления ходовых колес тележки на рельсы главных балок или главных ферм моста.

Тележка крана передает давление на главную балку через два колеса.

 

Грузоподъемность тележки будет складываться из грузоподъемности крана Q/2 и массы тележки G_т = 0.4 * Q = 0.4 * 400 = 160 (кН) – нормативная нагрузка.

Нормативные давления колес тележки на главную балку равны:

 

Р_1,n = ;

Р_2,n = .

 

В нашем случае:

Р_1,n =  = 120 + 40 = 160 (кН),

Р_2,n =  = 80 + 40 = 120 (кН).

Расчетные давления колес тележки на главную балку крана определяется:

 

Р₁ = ;

Р₂ = , где

 

n_Q – коэффициент динамичности, выбирается по таблице 2:

 

Таблица 2

Режим работы крана	nQ
Легкий	1.2
Средний	1.3
Тяжелый	1.4

 

Для нашего случая получаем:

Р₁ =  =  =

=  =  = 260.4 (кН),

Р₂ =  =  =

=  =  = 193.2 (кН).

Расчетная схема на действие вертикальных подвижных нагрузок представлена на рисунке 5.

 

 

Горизонтальные инерционные нагрузки

Равномерно-распределенная горизонтальная инерционная нагрузка от силы тяжести половины моста

Нагрузка возникает при наличии равноускоренного или равнозамедленного движения при пуске или торможении механизмов передвижения тележки и моста:

 

q_г = n_j * q,

 

где n_j = 0.1 – коэффициент инерционности при двух ведущих колесах.

Тогда q_г = 0.1 * 20 = 2 (кН).

Сосредоточенная горизонтальная инерционная нагрузка от механизма передвижения и кабины крановщика

Данные нагрузки определяются по выражениям:

 

Р_гмп = n_j * Р_мп;

Р_гкк = n_j * Р_кк.

 

В нашем случае получаем:

Р_гмп = 0.1 * 17.28 = 1.728 (кН),

Р_гкк = 0.1 * 28.80 = 2.880 (кН).

Горизонтальные подвижные инерционные нагрузки от давления ходовых колес тележки на главную балку

Данные нагрузки определяются по выражениям:

 

Р_г1 = n_j * Р₁;

Р_г2 = n_j * Р₂;

 

В нашем случае получаем:

Р_г1 = 0.1 * 260.4 = 26.04 (кН),

Р_г2 = 0.1 * 193.2 = 19.32 (кН).

 

Нагрузки от перекоса моста

Данный вид нагрузки возникает при форсмажерных обстоятельствах, которая может быть учтена при расчете конструкции.

Учитывая, что мост крана является равной горизонтальной конструкцией, при перекосе этой конструкции в ней появляются дополнительные силы.

 

 

Сила перекоса Р_пер будет максимальна при положении тележки в крайне левом (при х = 0).

Сила перекоса Р_пер относится к горизонтальным инерционным нагрузкам.

 

Сила перекоса Р_пер определяется по выражению:

 

Р_пер = .

 

Для нашего случая имеем:

Р_пер = 0.1 *  =

= 0.1 *  = 0.1 *  = 31 (кН).

Закручивающие усилия

Закручивающие усилия возникают от несовпадения центров тяжести главной балки моста на опоре и в пролете от действия горизонтальных инерционных нагрузок.

На главную балку в этом случае будут действовать три закручивающих момента.

1. Крутящий момент от равномерно-распределенной горизонтальной инерционной нагрузки определяется выражением:

 

М_кр1 = ;

 

М_кр1 =  = 11.2 (кН*м).

2. Крутящий момент от сосредоточенных горизонтальных подвижных инерционных нагрузок давления колес тележки определяется выражением:

М_кр2 = ;

 

М_кр2 =  = 45.36 * 0.6 = 27.216 (кН*м).

3. Крутящий момент от сосредоточенных горизонтальных инерционных постоянных нагрузок определяется выражением:

 

М_кр3 = ;

 

М_кр3 =  = 2.765 (кН*м).

Безусловно, все горизонтальные инерционные нагрузки могут действовать в различных направлениях, но в запас прочности будем принимать, что они действуют в неблагоприятных направлениях, то есть суммируются:

 

М_кр = М_кр1 + М_кр2 + М_кр3;

 

М_кр = 11.2 + 27.216 + 2.765 = 41.181 (кН*м).

Расчетная схема приложения закручивающих моментов представлена на рисунке 9.

 

Расчетные сочетания нагрузок

На мостовой кран действуют различные виды нагрузок: постоянные, длительные и кратковременные.

Проектирование конструкций производят на неблагоприятные сочетания воздействия этих нагрузок.

Расчетное сочетание А

Здесь вертикальные расчетные и горизонтальные расчетные нагрузки действуют на главную балку моста. Тележка крана перемещается с левой опоры до середины моста.

 

 

Расчетное сочетание Б

В это сочетание входят вертикальные расчетные нагрузки при х = 0 и сила перекоса.

 

Таким образом, получены численные значения расчетных нагрузок, действующих в вертикальной и горизонтальной плоскостях, получена величина силы перекоса и закручивающих моментов.

Для определения размеров сечения балки выполним статический расчет этой балки на расчетные сочетания А и Б. Принятые сечения проверим по прочности и жесткости на все величины расчетных усилий.