Основы расчета и оптимизации двухподвесной стрелы башенных кранов

Продолжающееся в Москве и других регионах России увеличение объемов и темпов строительства, а также из-менеие городских условий строительства, связанных с уплотненной застройкой, требует применения разнообразных кранов как по классификационным признакам, так и по грузовым характеристикам. Кроме того, после перерыва, связанного, в частности, с экономическими условиями и выработкой ресурных сроков, вновь появилась потребность в крановом оборудовании с повышенными технико-эксплуатационными характеристиками.

Помимо эксплуатации импортного дорогостоящего оборудования, отечественные заводы приступают к модификации прежних типов кранов, а также, с учетом отечественного и зарубежного опыта ведут перспективные разработки по изготовлению новых типов машин, оснащенных стрелами, обеспечивающими вылет до 45 и 50 метров.

Отечественный и зарубежный опыт проектирования и изготовления башенных кранов демонстрирует различные типы применяемых стрел балочного типа. Наиболее распространенными в настоящее время в городском строительстве являются одноподвесные стрелы на гибких, реже на жестких тягах, двухподвесные статически неопределимые с жесткими тягами и шарнирносочлененные на шпрен-гельных подвесах.

Увеличение вылета стрелы вызывает увеличение ее массы, в результате чего снижается полезный момент крана, грузоподъемность и увеличиваются динамические нагрузки. В большей мере такая закономерность влияет на краны с нижним расположением противовеса. Применение подвески, облегчающей массу стрелы в определенной степени компенсирует снижение грузоподъемности. В частности, и этим объясняется применение стрел с подвесками шпренгельного типа, например, на таких кранах с нижним поворотом как GTMP-ЗбОв", 336А, 386А, 4ООА, GT-166−1,25(POTAIN), К-70, К-9б (KROLL) и других. Вместе с тем, оправдано применение и других способов разгрузки стрелы за счет применения индивидуальных подвесов. При этом система подвески не должна препятствовать подъему стрелы на некоторый угол с целью увеличить высоту подъема крана и условиям монтажа самого крана.

Одной из таких подвесок, отвечающих названным условиям, является двухподвесная статически определимая подвеска, разгружающая стрелу от общего изгиба в плоскости подвеса (см. рис.1.5).

Исследованию силовых закономерностей и методике расчета стрелы с двухподвесной статически определимой подвеской и посвящена настоящая работа.

В работе учитывались исследования, посвященные созданию крановых металлических конструкций и методов их расчета. К таким работам относятся исследования И. И. Аб рамовича[1−3], М.П.Александрова[б], П. Е. Богуславского [ 12 ].

A.А.Вайнсона[15,16], Д.П.Волкова[24−26], А. В. Вертинского [18−21], М. М. Гохберга [33−36], А. А. Зарецкого [41] И.Я.Когана[46], В.Л.Лифшица[56−59], Л.А.Невзорова[67,68] И. М. Смородинского, В.А.Ряхина[87−89], Г. Н. Карасева [44 45], Е.Ф.Лундена[61] и др.

При работе с компьютерной графикой и графическому моделированию напряженного состояния металлоконструкции стрелы использовались работы авторов В. Л. Высоковского [28], С.А.Гладкова[29], Е.Г.Крушель[50], Е. М. Кудрявцева [51,52], Б.Я.Лашенникова[551], Е.Ю.Малиновского[62, 63],.

B.И.Фомина[102], Л.М.Частухина[105] и др.

При проведении анализов конструкций стрел были исполь зованы справочные данные работ [8], [9], [67.69], [92], [96], [112.117], а также информационные материалы зарубежных фирм POTAIN, LIEBHER, KROLL.

По результатам исследований на краностроительном заводе БАКРА были проведены работы по увеличению длины стрелы крана КБ-4 08, и, соответственно, его вылета, за счет применения двухподвесной статически определимой системы подвески. При этом все прочие геометрические ха рактеристики стрелы, а также профили поясов и раскосов остались неизменными, что позволило сохранить произвол ственный стапель стрелы и технологию ее изготовления.

В 8 0-х и 90-х завод выпускал серии, а также единичные экземпляры кранов с такими стрелами (модификации крана 14.18) в количестве около сорока штук.

Настоящая работа является продолжением конструкторской и расчетной работ, проведенных на заводе по созданию стрелы с двухподвесной схемой подвески.

Диссертация состоит из семи глав, включающих:

— обзор и анализ конструкций существующих балочных стрел;

— постановку задачи;

— сравнительную оценку одно и двухподвесной стрел;

— материалы теоретических исследований двухподвесной статически определимой схемы стрелы;

— методику расчета верхнего пояса стрелы.

— методику расчета нижнего пояса стрелы. оценку экономической эффективности двухподвесной статически определимой стрелы интегральными кривыми об— емов поясов.

Автор представляет к защите:

1. Методику определения расчетных случаев двухподвесной стрелы заданных относительным полжением груза и точек крепления подвесов и определяющих наименьшие из возможных нагрузок в расчетных сечениях стрелы.

2. Универсальную методику расчета верхнего пояса в безразмерных единицах численным методом и методом графического моделирования на персональном компью— фрпр /пкч :

3. Формулу условной продольной силы как функции от т^.оскъгьтлтттлрн'пл х/г1 пг-1т=нотд ггш. о тто «птгтлттм. т/т'зттгл^э 1птп? ь-п.о.

X V ^ ч^/ Ц/ Л1 ^ ¦ ^ и ^ Л. 1 ^ ^ и ^ Л—* Л- 1 Ч>* Ж Л Л. О. ^' ч^/ иА Л—* Л. Л V У ^ ^ л и л. ф У, А —к. ж, а ч/ ?V ' ' ' 1 Ч—* и. момента в панели и расчетного сопротивления материала .

4. Методику расчета ездового пояса в сечениях стрелы по условному продольному усилию сжатия численным методом и методом графического моделирования на ПК;

5. Программное обеспечение расчета предлагаемой схемы стрелы численным методом и методом графическо— кого отображения напряженногго состояния поясов стрелы.

6. Схему подвески с двухкратной запасовкой внутреннего подвеса.

Результаты проведенной работы могут быть использованы при проектировании одноподвесных стрел балочного типа. Вместе с тем? предлагаемая методика может быть применена при исследовании напряженного состояния стрел различных типов в едином графическом поле.

В работе автором был использован собственный опыт оасчетов и проектирования стрел следущих башенных кранов: КТСЗ-5, шагающего крана КТС5−10 (Минтранс-строй) г КБк-250 (ВНИИСТРОЙДОРМАШ, Карачаровский механический завод), КБ-573, КБк160.2, КБ-4 0 8 (ВНИИСТ РОЙДОРМАШ, завод «Северянин» башенных кранов), КБ415 (АОЗТ «ВАКРА») и других.