1. Режими роботи кранів та кранових механізмів

Робота кранових механізмів пов’язана із частими пусками, зупинками та реверсним рухом, тобто має циклічний характер. Робочий цикл кранів складається із таких операцій:

• завантаження (підвішування вантажу та підйом);

• переміщення вантажу у просторі;

• спуск вантажу та розвантаження;

• повернення на вихідну позицію.

Оцінювання робочого стану кранових механізмів, характер та інтенсивність навантаження, що діють на них здійснюють за допомогою показника – режим роботи.

Для кранових механізмів та кранів у цілому встановлено наступні режими роботи: Р – зручний, Л – легкий, С – середній, В – важкий, ДВ – дуже важкий.

Режим роботи ( крім ручного) будь-якого механізму визначають за сукупністю значень коефіцієнтів: використання вантажопідйомності механізму, добового та річного використання, відносної тривалості вмикання.

Коефіцієнт використання вантажопідйомності механізму:

(1.1)

де - середня вантажопідйомність механізму за досліджуваний період часу (зміни, доби, рік), Т; Q – номінальна вантажопідйомність, Т.

Коефіцієнт річного використання :

(1.2)

де D – кількість робочих днів за рік;

Коефіцієнт добового використання:

(1.3)

де - кількість робочих годин за добу.

Відносна тривалість вмикання, %:

(1.4)

де - тривалість роботи механізму, с, за заданий період часу Т, с, для механізмів Т = 1 год (тривалість робочого циклу) для електрообладнання Т=10хв.

Використовуючи значення вищезаданих коефіцієнтів, залежно від ступеня навантаження механізмів і кранів в цілому визначають режим роботи, користуючись таблицею 1.1. Режим роботи крана визначають за режимом роботи його механізму.

Таблиця 1.1. Основні показники режимів роботи механізмів кранів

Режим роботи	ТВ,%	Значення коефіцієнтів
		Кв	Кд	Кр
Легкий (Л) Середній (С) Важкий (В) Дуже важкий(ДВ)	15 25 40 60	0,25…0,50 0,51…0,75 0,76…0,99 1,0	- 0,33 0,67 1,0	- 0,5 1,0 1,0

Визначення режимів роботи кранів та кранових механізмів за запропонованою методикою має загальний характер, тому що у ній відсутні показники, які характеризують рівень використання вантажопідйомності та інтенсивність використання крану в часі, протягом усього терміну роботи. Більш точний метод визначення режимів роботи кранів та їхніх механізмів представлено у ГОСТ 25835-83 та ГОСТ 25546-82 –відповідно

Відповідно до цих стандартів група класифікації (режим роботи) кранів визначається залежно від класу використання С0-С9, що характеризується максимальною кількістю циклів навантажень за заданий термін роботи, та від режиму навантаження Q0-Q9(Додаток Ж1-2). У згаданій методиці запропоновано режим навантаження крана характеризувати коефіцієнтом розподілу навантаження:

(1.5)

де - випадкові маси окремих вантажів (рівні навантаження) за умови типового використання крана, Т; Q – номінальна вантажопідйомність крана, Т; - сумарна кількість робочих циклів з окремим рівнем маси вантажу.

; - сумарна кількість робочих циклів за термін роботи крана:

;

де n – загальна кількість змін циклів навантаження крана за весь термін роботи.

Групу класифікації (режиму роботи) механізмів визначають залежно від класу використання А0-А9, який характеризується загальною тривалістю використання механізму ( у годинах) за заданий термін, та режимом навантаження В1-В4 (дод. Ж1-Ж2).

Режим навантаження механізму характеризується коефіцієнтом розподілу навантаження:

(1,6)

де - окремі випадкові навантаження (рівні навантажень), характерні для механізму, що використовують; - найбільше навантаження, яке прикладається до механізму; - середня тривалість використання механізму при окремих рівнях навантаження , - загальна тривалість дії навантажень усіх рівнів за термін роботи механізму:

- загальна кількість змін циклів навантаження механізму за термін роботи.

Загальну тривалість дії навантажень усіх рівнів (тривалість роботи) механізмів у годинах за термін роботи років з урахуванням коефіцієнтів і тривалості вмикання ТВ, % визначених відповідно за залежностями (1.2-1.4) та тривалості роботи механізму , хв. Можна визначити за залежністю:

(1.7)

Для визначення коефіцієнта розподілу навантаження для відповідного кранового механізму (пересування, піднімання, повороту, зміни вильоту), потрібно параметри навантаження та (1.6) замінити на відповідні змінні зусилля або моменти, що діють на механізм. Тоді для підйомного механізму вираз (1.6) буде мати такий вигляд:

(1.8)

де - вага окремих випадкових вантажів і номінального вантажу, Н; - вага вантажозахватного пристрою, Н; - тривалість роботи механізму з вантажами і загальна тривалість роботи механізму за термін роботи, год.;

- загальна кількість змін циклів навантаження механізму за термін роботи.

Для механізму переміщення і повороту:

(1.9)

де - динамічні (інерційні) сили, Н, в період пуску ( ) та гальмування ( ) при різних рівнях навантажень; - максимальна динамічна сила , Н у період пуску та гальмування; - сили, Н статичного опору під переміщення; - тривалість стійкого руху під час переміщення з і-м вантажем, год.; - загальна тривалість дії сили год.

Регламентацію режимів роботи кранових механізмів відповідно до викладеної методики (ГОСТ 25546-82) наведено у табл. 1.2.

Кількісні та якісні характеристики рівнів навантаження механізмів наведено у табл. 1.3.

У табл. 1.4 наведено режими роботи механізмів кранів основних типів .

Таблиця 1.2. Групи режимів роботи

а) механізмів

Клас використання	Режим навантаження
	В1	В2	В3	В4
А0 А1 А2	1 1 1	1 1 2	1 2 3	2 3 4

Клас використання	Режим навантаження
	В1	В2	В3	В4
А4 А5 А6	3 4 5	4 5 6	5 6	6

Продовження табл. 1.2

б) кранів

Клас використання Кількість циклів Роботи за термін роботи		Режим навантаження
		Q0	Q1	Q2	Q3	Q4
		Коефіцієнт розподілу навантаження Кк
		До 0,063	0,063…0,125	0,125… 0,25	0,25… 0,5	0,5…1,0
С0 С1 С2 С3 С4 С5 С6 С7 С8 С9	До 3,2·104…6,3·104 6,3·104…1,25·105 1,25·105…2,5·105 2,5·105…5,0·105 5,0·105…1,0·106 1,0·106…2,0·106 2,0·106…4,0·106 4·106	- - 1К 1К 2К 3К 4К 5К 6К 7К	- 1К 1К 2К 3К 4К 5К 6К 7К 8К	1К 1К 2К 3К 4К 5К 6К 7К 8К 8К	1К 2К 3К 4К 5К 6К 7К 8К 8К -	2К 3К 4К 5К 6К 7К 8К 8К - -

Таблиця 1.3. Рівні навантаження механізму

Режим Навантаження	Якісна характеристика рівня навантаження	Коеф-т розподілу навантаження Км
В1 В2 В3 В4	Значно менші від номінального, а іноді – номінальні Середні та номінальні Переважно номінальні та близькі до них Постійні номінальні та близькі до них	До 0, 125 0,125-0.25 0,25…0,50 0,50…1,00

Таблиця 1.4Групи режимів механізмів кранів основних типів

Крани	Механізм
	Підіймання Вантажу	Переміщення Вантажу	Переміщення Крана	Поворот Крана	Зміна вильоту
Мостові гакові загального призначення з ручним приводом Мостові одно- і двобалкові: з електроталем з моторним грейфером Монтажний, будівельний для роботи у цехах і складах Монтажний для ремонту та обслуговування залів Для ливарного цеху з привідним захоплювачем З вакуумним підйомником Для безперервної роботи: грейферні магнітні магніто-грейферні Спецальні: колодязні Для роздягання зливків з лапами завантажувальні ливарні стрілові самохідні з гаковою підвіскою для роботи з грейфером Баштові: для будівельних і монтажних робіт для подавання бетону Портальні: гакові монтажні Гакові перевантажувальні грейферні Консольні: на колоні настінні пересувні	1 3/3 4 4/3 3 5 5/4 6/4 6/4 6/4 6 6 6 6 5 4 5 4 5 4 5 6/5 4/3 3/2 4	1 3/2 3 4/3 2 4 5/4 5/4 6/4 6/4 6 6 6 6 5 - - 3 4 - - - 3/2 3/2 3	1 3/2 3 4/3 2 4 5/4 6/4 6/4 6/4 6 6 6 6 5 - - 3 3 3 4 4/3 - - 4	- - - - - - - - - - - - - - - 4 5 3 4 4 5 5/4 3/2 3/2 3	- - - - - - - - - - - - - - - 3 4 3 3 4 5 5/4 - 3/2 -

Розрахункові комбінації навантажень на механізм кранів

Вантажопідйомні машини, їхні механізми, вузли та елементи конструкцій розраховують відповідно до вимог «Правил будови і безпечної експлуатації вантажопідйомних кранів». При цьому необхідно враховувати всі навантаження, які виникають під час роботи машини, за якими розраховують елементи конструкції на міцність і витривалість. Основні можливі комбінації розрахункових навантажень на вантажопідйомні машини наведено у табл. 1.5

Таблиця 1.5Розрахункові комбінації навантажень

Параметр	Комбінація навантажень
	I	II	III
Вага крана Вага номінального вантажу Динамічне навантаження Вітрові навантаження робочий стан неробочий стан Навантаження від уклону колії, нахилу крана	+ + + + - +	+ + + + - +	+ - - - + +

Розрахункова комбінація І – на екран діє нормальне навантаження робочого стану, яке включає номінальну вагу вантажу і вантажозахватного пристрою, власну вагу крана, вітрові навантаження робочого стану на конструкцію і вантаж, та динамічні навантаження, що виникають під час пуску і гальмування в нормальних умовах використання механізму, за нормального стану підкранового шляху. Для цієї комбінації навантажень основним розрахунком металоконструкції і деталей механізму є розрахунок на втомну міцність, довговічність, нагрівання.

Розрахункова комбінація ІІ – на кран діє робоче навантаження, яке крім навантаження від номінальної ваги вантажу з вантажозахватним пристроєм та власної ваги крана включає максимальні динамічні навантаження, які можуть виникати під час різних пусків, екстреного гальмування, раптового вмикання – вимикання струму у мережі, та граничне вітрове навантаження для робочого стану на конструкцію і вантаж. Граничні значення динамічних навантажень відповідають значенням моментів під час буксування або юзу провідних коліс, максимальних моментів двигуна або гальм, які обмежуються спеціальними запобіжними пристроями. Для цієї комбінації металоконструкцію і деталі механізмів розраховують на міцність за умови забезпечення заданого запасу міцності. Перевіряють вантажу стійкість крана.

Розрахункова комбінація ІІІ – неробочий стан машини на відкритому майданчику без вантажу, механізми нерухомі. Крім власної ваги на кран діє граничне вітрове навантаження неробочого стану, іноді – навантаження від обледеніння, снігу або зумовлені температурною дією. При такій комбінації розрахункових навантажень розраховують: металоконструкції на міцність за гранично допустимими напруженнями; деталі протиугінної системи; гальма вантажних візків; механізми змінення вильоту стріли; опоно-ходові та опорно-поворотні пристрої. Перевіряють власну стійкість крана.

Нормативне навантаження від ваги снігу визначають за горизонтальною проекцією навантаженої поверхні. Для кліматичної зони території України це навантаження дорівнює Па. Товщину обледеніння на розтяжках, канатах і решітках металоконструкцій приймають 1,0…1,2мм при питомої вазі льоду . Не допускається враховувати одночасну дію снігового і вітрового навантажень.

Навантаження від температурних коливань використовують у розрахунках лише статично невизначених конструкцій. Допустимий інтервал коливань температури .

У розрахунках на міцність та стійкість вантажопідйомних машин, які працюють на відкритих майданчиках, враховують вітрове навантаження, яке згідно з ГОСТ 1451-77 «Краны грузоподъемные. Нагрузка ветровая. Нормы и метод определения», поділяють на вітрове навантаження робочого стану та неробочого стану (комбінація ІІІ).

Вітрове навантаження на елемент конструкції або вантаж визначають за залежністю:

(1.10)

де р – розподілене вітрове навантаження, Па, на елемент конструкції або вантаж з невітряною площею А, , на певній висоті їхнього розміщення:

(1.11)

q – динамічний тиск вітру, Па, на висоті до 10м над поверхнею землі, що створюється за густиною повітря та його швидкістю

- коефіцієнт, який враховує підвищення динамічного тиску вітру залежно від збільшення висоти розміщення крана над поверхнею землі:

Висота, м, до	10	20	40	60	100	200	350 і більше
К	1,0	1,25	1,55	1,75	2,1	2,6	3,1

С – аеродинамічний коефіцієнт, який враховує характер обтікання елемента конструкції чи вантажу повітряним потоком і залежить від геометричної форми цих елементів: с = 0,6…0,8 – для конструкцій із труб великого діаметра ( ; 1.2 – для кабін, противаг, канатів; 1.4…1.6 – для металоконструк-

цій коробчастого типу; 1.5…1.8 – для ферм чотиригранного типу; 2.0…2.5 – для ферм тригранного типу (профіль-кутник); 2.3…2.8 те саме для ферм чотирикутного типу.

- динамічний коефіцієнт, що враховує пульсацію вітрового потоку:

де - коефіцієнт пульсації вітрового потоку; - коефіцієнт конструкції крана;

У нормальних умовах експлуатації для робочого стану крана:

Розрахункова повітряна площа А, елементів металоконструкцій визначається залежно від конфігурацій та розміщення цих елементів вантажу – залежно від його розмірів або за масою (вантажопідйомністю, Q):

Маса вантажу,Q т	0,5	1,0	2,0	5,0	10	16	20	32	50	100
Повітряна площа, А	2,0	2,8	4,0	7,1	10	14	16	20	28	36

Якщо таких даних немає, то для розрахунку цієї площі можна користуватися співвідношенням

Динамічний тиск вітру q, Па на металоконструкцію і вантаж на висоті до 10м включно над поверхнею землі для робочого стану вантажопідйомного крана беруть із врахуванням його конструкції і призначення згідно із такими рекомендаціями:

Типии кранів q, Па

Будівельні крани, монтажні, стрілові загального призначення - 125

Усіх типів, морських та річкових портів - 250

Призначені для забезпечення безперервних технологій - 500

Якщо немає додаткових вимог, передбачених технічним завданням на проектування крана, то вітрове навантаження робочого стану, яке враховують у розрахунку потужності приводних двигунів кранових механізмів, беруть на рівні 70% статичної складової вітрового навантаження на відповідний елемент конструкції.

Для розрахунків деталей крана на міцність і довговічність будують графіки навантаження механізмів у часі з врахуванням фактичного режиму роботи. Загальний термін роботи деталей призначають залежно від групи режиму роботи механізмів та крана в цілому.

Елементи конструкції машини розраховують на міцність за основним рівнянням міцності:

(1.12)

де - дійсні напруження; - небезпечні напруження матеріалу елементу конструкції при певному виді деформації, Па; - коефіцієнт запасу міцності, який приймають із табл. 1.6 залежно від розрахункової комбінації, - допустимі напруження конструкції, Па.

Таблиця 1.6 Коефіцієнти запасу міцності для деталей механізмів і металоконструкцій кранів.

Елементи крана	Значення для розрахункових комбінацій
	I	II	III
Металеві конструкції кранів Металеві конструкції крана, для транспортування розплавленого металу Алюмінієві конструкції Механізми піднімання, зміни вильоту стріли, гальма, ходові та опорні вузли Механізми пересування та повороту	1,4 1,7 1,6 1,6/1,8* 1,4/1,6	1,4 1,7 1,6 1,6/1,8 1,4/1,6	1,3 1,3 1,5 1,4/1,6 -

* - Цифри у чисельнику відносять до деталей із прокату та поковки, у знаменнику – сталеві виливки.