Сообщение равновесие подъемного крана условия устойчивости
Обновлено: 22.04.2024
ГОСТ Р 54769-2011
(ИСО 4304:1987)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Общие требования к устойчивости
Cranes. General requirements for stability
Дата введения 2013-01-01
Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ "О техническом регулировании", а правила применения национальных стандартов Российской Федерации - ГОСТ Р 1.0-2004 "Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения"
Сведения о стандарте
1 ПОДГОТОВЛЕН Некоммерческой организацией "Межгосударственный фонд "Сертификация подъемно-транспортного оборудования и услуг по техническому обслуживанию и ремонту машин" ("ПТОУ-Фонд") на основе собственного аутентичного перевода на русский язык международного стандарта, указанного в пункте 4
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 289 "Краны грузоподъемные"
4 Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к международному стандарту ИСО 4304:1987* "Краны грузоподъемные, кроме самоходных и плавучих. Общие требования к устойчивости" (ISO 4304:1987 "Cranes other than mobile and floating cranes - General requirements for stability") путем изменения отдельных фраз (слов, ссылок), которые выделены в тексте курсивом**.
* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей;
** В бумажном оригинале обозначения и номера стандартов и нормативных документов в разделе "Предисловие" приводятся обычным шрифтом, остальные по тексту документа выделены курсивом. - Примечание изготовителя базы данных.
Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2004 (пункт 3.5)
5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты", а текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемых информационных указателях "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет
1 Область применения
Настоящий стандарт распространяется на грузоподъемные краны по ГОСТ 27555 (кроме самоходных стреловых и плавучих) и устанавливает требования, которые необходимо выполнять при проверке расчетным способом их устойчивости.
В рамках настоящего стандарта не рассматривается динамика перемещения кранов по рельсовому пути.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 1451-77 Краны грузоподъемные. Нагрузка ветровая. Нормы и метод определения
ГОСТ 27555-87 (ИСО 4306-1-1985) Краны грузоподъемные. Термины и определения (ИСО 4306-1:1985 "Подъемные устройства - Словарь терминов - Часть 1: Общие положения", MOD)
Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.
3 Устойчивость
3.1.1 Грузоподъемный кран считается устойчивым, если алгебраическая сумма стабилизирующих моментов сил превышает сумму опрокидывающих моментов сил.
3.1.2 Проверку расчетным способом устойчивости грузоподъемного крана проводят вычислением суммы опрокидывающих моментов сил с использованием значений, приведенных в таблице 1.
Случай I: Основная устойчивость
Случай II: Грузовая устойчивость
Случай III: Собственная устойчивость
Случай IV: Устойчивость при резком снятии нагрузки
В настоящей таблице использованы следующие условные обозначения:
- сила инерции или промежуточное усилие (указывается изготовителем);
- номинальная грузоподъемность оборудования, заявленная изготовителем (при расчете устойчивости грузоподъемные приспособления, постоянно установленные на грузоподъемном кране в нормальном рабочем режиме, рассматриваются как часть груза независимо от того, учтены такие приспособления в номинальных характеристиках грузоподъемности или нет);
- номинальная грузоподъемность оборудования, заявленная изготовителем, за исключением грузоподъемных приспособлений, постоянно установленных на грузоподъемном кране во время работы;
- ветровая нагрузка в рабочем режиме по ГОСТ 1451;
- ветровая нагрузка в нерабочем режиме по ГОСТ 1451 с учетом воздействия порывов ветра.
При выполнении любых расчетов принимают наиболее неблагоприятное положение грузоподъемного крана и его узлов, а также сочетание, вектор и величину воздействия всех видов нагрузки и моментов сил, при этом предполагают, что грузоподъемные краны установлены на твердой ровной поверхности или на рельсовом пути.
3.1.3 Если грузоподъемный кран предполагается применять на наклонной поверхности, изготовитель должен принять во внимание данное условие при проведении проверки расчетным способом его устойчивости.
3.1.4 Для грузоподъемных кранов, которые перемещаются вместе с подвешенным грузом, помимо всех нагрузок, указанных в таблице 1 для случая II, необходимо учитывать воздействие сил, создаваемых уклоном пути (в сторону груза), в соответствии с инструкциями изготовителя.
3.1.5 Для стационарно установленных грузоподъемных кранов в дополнение к нагрузкам, указанным в таблице 1 для случаев I, II и III, необходимо учитывать вероятное воздействие сейсмических нагрузок в соответствии с сейсмическими характеристиками участка или зоны эксплуатации грузоподъемного крана.
3.1.6 При проведении расчетов по данным, указанным в таблице 1, также необходимо принимать во внимание ветровые нагрузки на грузоподъемный кран и его узлы, в т.ч. грузоподъемные приспособления, постоянно установленные на грузоподъемном кране для обеспечения его работы в нормальном режиме.
3.2 Устойчивость при внезапном снятии нагрузки
В процессе эксплуатации грузоподъемного крана необходимо проверить устойчивость при внезапном снятии нагрузки во время его работы (т.е. когда грузоподъемный кран работает без груза, и при этом все его подвижные рабочие узлы отводятся в положение, приближенное к точке опрокидывания назад) согласно описанию в 3.2.1 или 3.2.2 (также см. случай IV в таблице 1).
3.2.1 Способ расчета моментов действующих сил
Опрокидывающий момент сил в процессе работы, создаваемый ветровой нагрузкой и силой инерции , не должен превышать 90% стабилизирующего момента сил.
3.2.2 Способ расчета центра тяжести
Точка проекции центра тяжести грузоподъемного крана в неподвижном положении на горизонтальную плоскость при штиле или слабом ветре должна находиться на расстоянии, не превышающем 80% расстояния от ребра опрокидывания до задней опорной точки. Примеры показаны на рисунке 1.
Примечание - - колея; - база.
Рисунок 1 - Конфигурация основания грузоподъемного крана
3.3 Расчет ветровой нагрузки
3.3.1 При расчете ветровой нагрузки в процессе работы грузоподъемного крана во всех случаях необходимо принимать самый неблагоприятный вектор воздействия.
3.3.2 При выполнении расчетов устойчивости в нерабочем состоянии для грузоподъемных кранов, которые не могут вращаться под воздействием ветра, необходимо принимать наиболее неблагоприятный вектор ветровой нагрузки. Для тех грузоподъемных кранов, конструкция которых предусматривает вращение под воздействием ветра, необходимо учитывать воздействие ветровой нагрузки на верхнюю часть конструкции в подветренном положении одновременно с воздействием на неподвижное основание в наименее благоприятном направлении.
4 Основание грузоподъемного крана
Изготовитель грузоподъемного крана должен указать давление грузоподъемного крана на поверхность или опорную конструкцию. Если устойчивость грузоподъемного крана полностью или частично обеспечивается фундаментом, изготовитель должен указать требования к оборудованию фундамента.
5 Стабилизирующие устройства
Стабилизирующие устройства - это любые устройства и приспособления, не включенные в базовую конфигурацию (модель) грузоподъемного крана, применяемые для обеспечения дополнительной устойчивости машины.
Конструкция стабилизирующих устройств должна обеспечивать возможность их простой и быстрой установки.
Если предусмотрено применение стабилизирующих устройств, изготовитель должен подробно описать в руководстве по эксплуатации грузоподъемного крана типы таких устройств, средства для их установки, а также их предназначение - для использования в рабочем и нерабочем режимах или для обеспечения устойчивости при внезапном снятии нагрузки.
6 Деформация
Если грузоподъемный кран подвержен существенному воздействию упругой деформации в неподвижном положении, во время работы, под воздействием ветровых или динамических нагрузок, влияние упругой деформации также необходимо учитывать при расчете устойчивости грузоподъемного крана.
Устойчивостью крана против опрокидывания называется способность крана противодействовать опрокидывающим его моментам от ветровой нагрузки, массы поднимаемого груза, динамических нагрузок и уклона.
Условием сохранения устойчивости крана является равенство (или превышение) удерживающего момента от массы самого крана сумме опрокидывающих его моментов. Все моменты определяются относительно ребра опрокидывания Р, которое для рельсовых кранов принимается по центрам ходовых тележек.
Устойчивость проверяют только для свободностоящих кранов, находящихся в наиболее неблагоприятных условиях работы. Хотя Правилами Госгортехнадзора предписывается по окончании работы закреплять краны противоугонными захватами за рельс, расчет устойчивости производится без учета действия этих захватов. При этом усилия от закрепления за рельсы, создающие дополнительный удерживающий момент, идут в запас устойчивости крана. Если захваты и крановый путь способны воспринять отрывающие нагрузки при опрокидывании крана, то расчет собственной устойчивости в нерабочем состоянии и устойчивость при монтаже (демонтаже) не проводятся.
Рис. 6. Схемы расчетных положений при проверке устойчивости кранов: а — грузовая устойчивость, б — собственная устойчивость в рабочем состоянии, в — то же, и нерабочем состоянии при свободном вращении крана, г — то же, при отсутствии свободного вращения крана, д — при обрыве груза, е — при монтаже, ж — при неполностью смонтированном кране; Р — ребро опрокидывания
При расчете грузовой устойчивости (см. рис. 6, а) рассматривается случай подъема груза Q с максимально возможной наветренной площадью: ветровые нагрузки рабочего состояния Wp действуют со стороны противовеса, кран стоит на уклоне а в сторону груза, а динамические нагрузки от ветра, ускорений при подъеме и передвижении крана создают момент в сторону груза. При этом удерживающий момент создается только от общей массы крана G0.
При проверке собственной устойчивости крана в рабочем состоянии (рис. 6, б) кран стоит на уклоне а в сторону опрокидывания без груза с максимально поднятой стрелой. На кран и груз действуют ветровые нагрузки рабочего состояния Wp в сторону противовеса.
При проверке собственной устойчивости в нерабочем состоянии рассматриваются два расчетных положения крана: свободный поворот крана под действием ветровых нагрузок нерабочего состояния Wa (рис. 6, е) и отсутствие свободного поворота крана от ветровых нагрузок (рис. 6, г).
Во время проверки устойчивости при внезапном снятии нагрузки (рис. 6, д) считают, что кран расположен на уклоне в сторону опрокидывания, нагрузка на крюке принимается направленной вверх, а ветровая нагрузка рабочего состояния на кран Wp направлена со стороны стрелы.
Грузовую устойчивость крана проверяют не только расчетом, но и испытанием изготовленного крана на заводе-изготовителе и на строительной площадке при техническом освидетельствовании крана по Правилам Госгортехнадзора. Остальные виды устойчивости проверяются только расчетом.
Обеспечение устойчивости грузоподъемных машин (ГПМ) является важнейшим условием при разработке систем управления их рабочими операциями. Это связано, во-первых, с тем, что около половины всех аварий мобильных ГПМ связано с их опрокидыванием, во-вторых, с тем, что потеря устойчивости приводит, как правило, к разрушению самой машины без возможности ее дальнейшего восстановления, а также возможным вторичным разрушениям и человеческим жертвам. Особенно это важно, когда по тем или иным причинам грузоподъемная машина в процессе эксплуатации испытывает на себе ненормируемые внешние воздействия, представляющие собой просадку почвы под выносными опорами, ветровые нагрузки, ошибки оператора-крановщика.
В настоящий момент наиболее распространенным устройством, позволяющим контролировать устойчивость установки, является ограничитель грузового момента, работающий в индикаторном режиме, и не влияющий на управление машиной до момента достижения критического значения устойчивости. Использование такой системы может привести, вследствие динамических нагрузок при резком трогании груза, в худшем случае - к опрокидыванию, в лучшем - к остановке работы с грузом, который мог бы быть поднят при более плавном разгоне.
Устойчивость стреловых самоходных (гусеничных, пневмоко-лесных, железнодорожных), автомобильных и тракторных кранов характеризуется коэффициентами грузовой и собственной устойчивости, минимальные значения которых регламентируются Правилами Госгортехнадзора.
Коэффициенты грузовой устойчивости определяются для двух расчетных случаев:
а) без учета дополнительных нагрузок
б) с учетом дополнительных нагрузок
а - определение грузовой устойчивости; б - определение собственной устойчивости;
Рисунок 7. Схема крана к расчету устойчивости.
Отличительной особенностью стреловых кранов является подъем груза в зоне, выходящей за пределы опорного контура крана. Поэтому их устойчивость в процессе подъема груза обеспечивается только собственным весом. Действующие на кран внешние нагрузки создают относительно одного из краев опорного, контура (ребра опрокидывания) опрокидывающий момент, а собственный вес крана — соответственно восстанавливающий момент. Для разных положений крана величины опрокидывающих и восстанавливающих моментов различны в связи с изменением положения центра тяжести крана относительно опорного контура.
Следовательно, устойчивость крана должна быть обеспечена для всех его положений при любых возможных комбинациях нагрузок. К этим нагрузкам относятся: вес поднимаемого груза, инерционные воздействия в периоды пуска и торможения механизма подъема груза, центробежная сила, возникающие при вращении поворотной части крана с грузом, ветровое давление на груз и конструкцию; крана.
Степень устойчивости крана в положении его устойчивого равновесия определяется коэффициентами грузовой и собственной устойчивости. Первый коэффициент выражает степень устойчивости крана по отношению к опрокидывающему моменту поднимаемого краном груза, а второй — степень устойчивости неработающего крана от внешних воздействий (ветра и уклона местности).
Коэффициент грузовой устойчивости определяется ( рисунок 8) в двух случаях:
1) на кран, установленный на горизонтальной площадке, действует только опрокидывающий момент от веса груза. Коэффициент устойчивости при этом может быть выражен как частное от деления алгебраической суммы моментов относительно ребра опрокидывания всех сил веса, действующих на кран (кроме груза), на момент от груза относительно того же ребра опрокидывания:
Рисунок 8. Схема действующих нагрузок на стреловой кран.
Учитывая, что груз подвешен на гибкой нити, точкой приложения силы ветра на груз будет головка стрелы крана.
Большинство современных стреловых кранов опускают груз не на тормозе, а реверсированием механизма подъема. Если же кран не имеет реверсивного механизма для спуска груза, то скорость опускания принимается до 1,5 раз большей скорости подъема груза. Расчетное время торможения при этом составит 3 с для кранов грузоподъемностью до 16 т и 5 с для кранов большей грузоподъемности.
С увеличением угла а уклона местности, на которой кран установлен, уменьшаются плечи моментов сил, удерживающих кран от опрокидывания (или иначе — увеличиваются плечи сил, стремящихся опрокинуть кран). Вылет же стрелы с грузом сохраняется при этом неизменным, соответствующим поднимаемому грузу независимо от уклона, на котором установили кран.
Для кранов с высоким расположением центра тяжести (на железнодорож
ном ходу, стреловых с длинными телескопическими стрелами и др.) целесообразно дополнительно проверять устойчивость по так называемому угловому коэффициенту, т. е. в зависимости от критических углов наклона крана в сторону груза и противовеса.
Незначительное отклонение крана от положения равновесия, вызванное внешней силой, не является для него опасным и после прекращения действия этой силы кран возвратится в первоначальное положение. Но если внешняя сила придаст крану отклонение, при котором равнодействующая всех сил пройдет через ребро опрокидывания, то кран при прекращении действия этой силы уже не сможет вернуться в прежнее положение и будет находиться в положении неустойчивого равновесия.
При различном положении центра тяжести крана относительно ребра опрокидывания углы, на которые нужно повернуться крану для перехода его в положение неустойчивого равновесия, будут различными. Таким образом, величины этих углов а± в сторону груза и а2 в сторону противовеса, определяемые положением центра тяжести крана, могут характеризовать степень устойчивости крана.
Рисунок 9. Схема нагрузок при расчете углового коэффициента устойчивости крана
В паспорте каждого стрелового крана имеется кривая, показывающая его грузоподъемность на различных вылетах стрелы. Кривые построены на основе расчета грузовой устойчивости для трех случаев — с номинальным грузом на минимальном вылете, с минимальным грузом на максимальном вылете и в одном из промежуточных положений. Если кран может работать со стрелами разной длины, то кривые грузоподъемности должны быть предусмотрены для каждой из них, а также для работы на выносных опорах (аутригерах) и без них.
Стреловые краны в соответствии с требованиями Госгортехнадзора оборудованы ограничителями грузоподъемности, не допускающими подъем грузов, масса которых превышает грузоподъемность крана на соответствующем вылете стрелы.
При работе крана на выносных опорах нельзя поднимать груз без надежной их установки, а также с не включенным стабилизирующим устройством рессор. При мягком или вязком грунте под домкраты выносных опор нужно подкладывать прочные бруски, шпалы, толстые доски и т. д.
Автомобильные и пневмоколесные краны запрещается устанавливать для работы на свеже отсыпанные и не утрамбованные грунты, а выносные опоры — располагать на краю откосов, кюветов, канав, котлованов.
Рабочие движения крана по подъему, опусканию и повороту груза, а также изменению вылета стрелы должны производиться плавно, без рывков.
Не разрешается поднимать груз, находящийся в неустойчивом положении, отрывать засыпанный или примерзший груз, подтягивать грузы крюком, оставлять кран с подвешенным грузом, работать в непосредственной близости от электрических проводов, переносить грузы над людьми, а также находиться под стрелой, грузом или вблизи работающего крана, смазывать и регулировать механизмы крана во время работы.
Перед подъемом груза или поворотом крановщик обязан подать звуковой сигнал. Лица, не имеющие прямого отношения к производимой работе, не должны находиться ни на кране, ни вблизи него.
2.1 Виды устойчивости кранов
Различают два вида устойчивости кранов: грузовую — при возможном опрокидывании крана в сторону поднимаемого груза; собственную — при возможном опрокидывании крана назад, в сторону противовеса.
Показателем, характеризующим грузовую устойчивость, является коэффициент устойчивости, представляющий собой отношение удерживающего момента Му, создаваемого силой тяжести всех частей крана с противовесом, за вычетом ветровой нагрузки Мв, инерционных сил, возникающих при торможении груза Ми, и допустимого уклона опорной площадки к грузовому моменту Мг. Допустимый уклон а принимается равным для башенных кранов — 2°, для самоходных стреловых — 3°.
Определение моментов производится относительно ребра опрокидывания, проходящего у башенных кранов по оси головки рельса, у самоходных стреловых кранов на пневмоходу по оси боковых выносных опор, у гусеничных кранов по оси рамы гусеничной тележки. Во всех случаях ось поворотной платформы перпендикуляр на ребру опрокидывания.
Отличительной особенностью стреловых кранов являются подъем и перемещение груза в зоне, выходящей за пределы опорного контура крана. Поэтому их устойчивость в процессе подъема груза обеспечивается только собственный весом. Действующие на кран внешние нагрузки издают относительно одного из краев опорного контура (ребра опрокидывания) опрокидывающий момент, а собственный вес крана — соответственно восстанавливающий момент.
Для разных положений крана значения опрокидывающих и восстанавливающих моментов различны, так как изменяются значения действующих сил и их плечи; изменяется также положение центра тяжести крана относительно опорного контура. Поэтому надежная устойчивость крана должна быть обеспечена для всех его положений при любых возможных комбинациях нагрузок.
К этим нагрузкам относятся: вес поднимаемого груза, динамические воздействия в периоды пуска и торможения механизма подъёма груза, центробежные силы, возникающие при вращении поворотной части крана с грузом, ветровое давление на груз и конструкцию краха.
Степень устойчивости крана в положении его устойчивого равновесия определяется двумя коэффициентами: грузовой устойчивости и собственной устойчивости, численные значения которых определяются правилами устройства и безопасной эксплуатации грузоподъёмных кранов Госгортехнадзора. Первый определяет степень устойчивости крана по отношению к опрокидывающему моменту поднимаемого краном груза, а второй — степень устойчивости неработающего крана от внешних воздействий — ветра и уклона местности.
Коэффициент грузовой устойчивости определяется для следующих двух случаев:
1) на кран, установленный на горизонтальной площадке, действует только опрокидывающий момент от массы груза. Коэффициент устойчивости при этом может быть выражен, как частное от деления алгебраической суммы моментов относительно ребра опрокидывания всех нагрузок от веса, действующих на кран (кроме груза), на момент от груза относительно того же ребра опрокидывания.
Учитывая, что груз подвешен на гибкой нити (тросе), точкой приложения силы ветра на груз будет головка стрелы. Эта сила, как и сила разгона или торможения, также приложена к головке стрелы. С увеличением угла уклона местности, на которой кран установлен, уменьшаются плечи моментов сил, удерживающих кран от опрокидывания. Вылет стрелы с грузом сохраняется при этом неизменным, соответствующим поднимаемому грузу независимо от уклона, на которой установлен кран.
Коэффициент собственной устойчивости определяется как отношение суммы моментов всех действующих на кран сил, кроне ветра, к моменту от силы ветра нерабочего состояния крана.
Читайте также: