автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Горизонтальные поперечные воздействия мостовых кранов на подкрановые конструкции



На правах рукописи

Плотников Василий Андреевич

ГОРИЗОНТАЛЬНЫЕ ПОПЕРЕЧНЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ МОСТОВЫХ КРАНОВ НА ПОДКРАНОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ

Специальность 05.23.01 - Строительные конструкции, здания и

сооружения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Магнитогорск 1998

Работа выполнена в Магнитогорском государственном техническом университете игл. Г. И. Носова

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор Еремин К. И.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Тамплон Ф.Ф.

кандидат технических наук, доцент Сабуров В.Ф.

Ведущее предприятие: ОАО «Магнитогорский

металлургический комбинат».

Защита состоится « Я? » 1993 г, в « »

часов на заседании диссертационного совета К.063.04.03 в Магнитогорском государственном техническом университете им.Г.И.Носова по адресу: 455000, Магнитогорск, пр.Яенина, 38, МГТУ, малый актовый зал.

С диссертацией можно ознакомиться в : библиотеке Магнитогорского государственного технического университета им.Г.И.Носова.

Автореферат разослан

« 6 » /^ол&л

1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Кришан А. Л.

Общая характеристика работы

Актуальность. Натурные освидетельствования стальных каркасов промышленное зданий сооружений показывают, что наиболее поврежд аемыми в процессе эксплуатации являются под крановые констру» }ии. Наиболее интенсивно развитие и накопление повреждений происходит в цехах, оборудованных кранами с режимами работы 7К, 8К. Общепризнанными причинами повреждений подкрановых конструкций являются составляющие подвижной крановой нагрузки: вертикальные давления колес и горизонтальные поперечные сипы. Если в результате изучения вертикальных крановых воздействий получено сравнительно четкое предст каление о них, то этого нельзя сгсазать о горизонтальных поперечных воздействиях, сущзстоенно влияющих на эксплуатационную надежность т^ких элементов ппдкрзнозых конструкций, как крановые рельсы, узлы крепления подкрановых и тормозных балок (ферм) к колоннам, подкрансзыа и тормозные балки (фермы). Восстановление эксплуатационных качеств (ремонт) консоукций требует згучительных материальных сре"ств. Особенно сложно решается этот вопрос в настоящее аремя а связи с тяжелым финансовым положением предприятий, К наиболее перспективным конкретным путям повышения зхсплуэталонной надежности подкрановых ..он-струкций а настоящее время относятся:

- улучшение условий их работы;

т уточнение и снижение крановых нагрузок;

- совершенствование конструктивных решений подкрановых путей и мостовых кранов.

Исследованию этих вопросов и посвящена настоящая работа. . ••-

Цель работы. Разработка мероприятий, направленных на повышение эксплуатационной надежности подкрановых конструкций.

Для достижения этой цели поставлены и решены следующие задь.и:

- определены величины и характер горизонтальных гьпе-р_чных воздействий от многоколесных (восьми и дзенадцатико-лесных) и четырехколесных мостовых кранов;

- произведена оценка основных факторов, определяющих величины поперечных воздействий

- разработаны рекомендации по проектированию, технической эксплуатации и ремонту подкрановых конструкций и Аидовых частей мостовых кранов;

- разработаны технические ешенил усовершенствованного подкранового пути и ходовой части мостового крана.

Научную новизну работы составляют:

- результаты экспериментальных исследований горизонтальных поперечных вог .ействий четырехколесных и многоколесных мостовых кранов в условиях дейс, лующих предприятий;

- результаты нгурных обследований подк^новых конструкций и ходовых частей мостовых кранов с оценкой основных факторов, определяют nix величины и характер горизонтальных поперечных воздействий (сужение-расширение подкрановых путей, перекосы колес ь горизонтальной плоскости); '

- результаты экспериментальных исследований траектории движения многоколесного мостового ^рана, определение вариантов ограничения пере> за моста крана в горизонтальной плоскости; - ' - ■

- технические решения конструкции подкраиово!о пути с повышенной эксплуатационной надежностью (ас. СССР № 893810), конструкций ходовых частей мостового крана.

Практическую ценность работы представляют разработанные на основе экспериментальных исследований рекомендации по проэктированию, технической эксплуатации и ремонтам подкрановых конструкций и ходовых частей мостовых кранов; конструктивные решения подкранового пути, ходовых частей мостового крана; рекомендации по определению поперечной горизонтальной силы от колес мостовых кранов.

Вярдрвнно результатов. Разработанные рекомендации по проектированию, технической эксплуатации и ремонтам под-фановых конструкций и мостовых кранов приняты для практической работы в подразделениях ОАО «ММК» и АО «Магнитогорский ГИПРОМЕЗ».

Апробация работы. Основныэ результаты работы были обсуждены и одобрены на научно-технических конференциях Магнитогорского государственного технического университета (19851997 гг.), на IV Всесоюзной конференции (г.Новополоцк, 1988 г.), на Всесоюзном семинара (г.Макеевка, 1986 г.). на Всесоюзной конференции (г.Киев, 1931 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 8 статей и тезисоо докладов, получено 1 авторское свидетельство.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов .списка литературы, включающего 59 наименований, и приложений. Работа содержит 138 страниц машинописного теиста, 57 рисунков, в твблиц.

На защиту выносятся:

1) Результаты зксперимзнтагъньк и теоретических исследований:

о

- горизонтальных поперечных воздействий от четырехколесных и многоколесных мостовых кранов на подкрановые конструкции в условиях действующих предприятий;

- основных факторов, определяющих величины и характер горизонтальных поперечных воздействий от мостовых кранов;

- траектории движения двенадцатиколесного мостового крана, определяющей варианты ограничения поворота моста фана в горизонтальной плоскости.

2) Технические решения конструкций усовершенствованного подкранового пути и ходовой части мостовых кранов.

Содержание работы

Во введении приводится анализ действительной работы подкрановых конструкций, а также дается обоснование актуальности диссертационной работы.

В первой главе е хронологическом порядка сделан сбзор и анализ имеющихся экспериментальных и теоретических работ, посвященных изучению горизонтальных поперечных воздействии! мостовых кранов. Рассматриваются работы, выполненные следующими авторами: А.И.Кйкиным, ШШ.6зршгейжш, АХХохариным, И.В.Изосимовым, А.8.Фигароашш,

ВФ.Сабурозьш. С.Ф.Пичугиным, Б.Н.Кошутикьь\1, С.А.Нищзтой, В.П.Балаиювым, АИ.Брусиловсигм, Н.И.Сухоштикым,

A.СКояоопи, Г.ГШрмакоаым, В.ПЯшукоеым, ФЛАнияееоой,

B.АДобровенским. Отмечается, что природа поперечных горизонтальных воздействий выявлена, названы факторы, елигаощие на величины этих воздействий, определена их структура. Горизонтальные поперечные силы разделены на тормозные, возникающие

при торможении тележки, и боковые, возникающие при движении моста крана и работе крана как связи.

В диссертации сделан анализ формул, предложенных названными авторами для определения величин поперечных крановых воздействий, а также приведены коэффициенты перегрузки (коэффициенты надежности по нагрузке) и коэффициенты сочетания для этих нагрузок.

Следует отметить, что большинство исследований посвящено горизонтальным воздействиям от четырехколесных мостовых кранов. При этом величины сил, определенные по предлагаемым формулам, имеют большое расхождение, несмотря на то, что хорошо согласуются с экспериментальными значениями, полученными соответствующими авторами. Это объясняется и многообразием мостовых кранов и многообразием вариантов сочетания отдельных определяющих факторов. Влияют на результаты и примененные методики экспериментальных исследований, которые разделяются на две группы: измерение поперечных сил, действующих на те или иные элементы подкрановых конструкций, и определение поперечных сил, действующих на отдельных ходовых колесах крана.

Рассмотренные в первой главе работы, анализ их результатов дают достаточное представление о сущности проблемы, позволяют определить целя и задачи диссертационной работы и являются для нее отправной точкой.

Во второй главе диссертации приведен анализ имеющихся методик проведения экспериментальных исследований крановых нагрузок, дана их оценка.

Описана принятая методика экспериментальных исследований горизонтальных воздействий от многоколесных кранов, которая заключается в использовании узла крепления подкракопыд

балок к колоннам в качестве динамометра. При этом существующие заклепки крепления тормозной балки к колонне и болты крепления подкрановых балок к вертикальным диафрагмам снимались. Передача горизонтальных усилий с подкрановых балок на колонны осуществлялась через цилиндрические динамометры, прикрепляемые к стержням колонн и верхним поясам подкрановых балок. Динамометры были выполнены из стали марки С45 и имели в рабочей зоне сечение 035 мм, длину 300 мм. Все динамометры предварительно тарировались на прессе в лабораторных условиях, также выполнялась тарировка и непосредственно в цеха. Для регистрации усилий использовались две тензостанции ТА-5 совместно с 20-канальным светолучевым осциллографом Н004М1.

Для экспериментальных исследований горизонтальных воздействий от четырехколесных кранов в качестве динамометров использовались консольные части концевых балок моста крана, что позволяло измерять горизонтальные силы, действующие непосредственно на колесах крана. Тарировка концавых балок, на которые были наклеены тензорезисторы, производилась при помощи гидравлических домкратов с подъемной силой БООкН и 100кН. Для' регистрации усилий использовались тензостанцяя ТА-5 и пятика-нальный самопишущий прибор Н320-5.

Для исследования траектории движения двенадцатиколес-ного крана в натурных исследованиях была принята следующая методика.

В качестве основного рабочего элемента служили отметчики касания реборд колес крана с головкой кранового рельса. При касании ребордой кпеса головки рельса происходило замыкание электрической цепи отметчика, что регистрировалось на светолу-че-ом осциллографе Н004М1. Данная информация позволила судить о качественной картине перекосов ме ста крана при движении.

Во второй главе также приводятся характеристики объектов экспериментальных исследований. Горизонтальные поперечные силы от многоколесных кранов измерялись в здании нагревательных колодцев обжимного цеха N5 1 ОАО «ММК», оборудованного клещевыми мостовыми кранами подъемной силой 300/500 кН, режима работы В К и имеющими по 8 и 12 ходовых колес.

Горизонтальные поперечные силы от четырехколеснных кранов измерялись на открытой крановой эстакаде копрового цеха № 1 ОАО «ММК», оборудованной мостовыми кранами подъемной силой 100/100 кН.

В третьей главе диссертации приведены результаты экспериментальных исследований и анализ горизонтальных крановых воздействий и факторов, определяющих эти воздействия.

Регистрация усилий от мостовых кранов производилась как в детерминистическом варианте, так и при работе кранов по обеспечению технологического процесса. Анализ результатов экспериментальных исследований показал, что осциллограммы, записанные при одинаковых условиях «заездов» каждого крана, очень точно повторяют друг друга. Сравнение экспериментальных величин поперечных сил от многоколесных кранов с нормативными значениями, определенными согласно СНиП, показало, что экспериментальные величины поперечных сил во всех случаях не превышают нормативных. Исключения составили лиаь усилия, возникающие при движении одного крана, что объясняется неудовлетворительным состоянием ходовых частей данного фана, приводящим даже к его «заклиниванию» во бремя работы от ч( езмерно-го перекоса.

Изменение направления движения ряд о кранов характеризуется изменением направления действия сил, при этом усилия, действующие в одном створе колонн - разнокжравлены. На эгом

основании делается вывод, что для данных кранов определяющим фактором возникновения горизонтальных полеречньк сил является несовпадение плоскостей вращения колес с продольной осью рельса, то есть перекос осей колес в горизонтальной плоскости. Для других кранов изменение направления действия сил при изменении направления движения не характерно. Это говорит о более благоприятной установке колес, что подтверждается проведенным обследованием ходовых частей кранов.

Положение грузовой тележки из мосту крана при их проездах существенно влияет на величины поперечных сил. Еог.зе характерен меньший уровень усилий при расположении тележки в средней части моста крана. Торможение и начало движения тележки оказывало существенное влияние на величины поперечных горизонтальных сил. Усилия от торможения тела»! носят более динамичный характер и составляют до 30 % от суммарных максимальных усилий. Поперечные усилия, зарешстрировашыэ при проезде нескольких сближенных краное, не превысили максимальных значений, зарегистрированных при проезде отдельных кранов. Вид осциллограмм при этом существенно шнялся, количество циклов знакопеременных загружений ушзличиаалось.

Результаты исследования траектория даижеиия двенздца-гиколесного крана показали, что во время движения крана прагсш-чески отсутствует его свободное движение без касания реборд колес и головки рельса. При дублировании отдельных «заездов» траектория движения крана полностью повторяется. Формирование перекоса происходит в начале движения, а на всем протяжении пути («120 м) при конкретных условиях движения перекос остается практически постоянным. Выявлено, что ограничение перекоса моста происходит одновременно ребордами нескольких ко-

лес, расположенных как с одной стороны крана, так и колесами обеих сторон.

Обследование состояния ходовых частей мостовых храноа (измерение углов перекоса осей колес в горизонтальной плоскости) показало, что тангенсы угпоз перекоса лежат а иэтерваяв 0,003-(-0,0054), знак «+» означает направление по часовой стрелке. При этом предельные значения перекосов по нормам разных стран равны:

СССР [ США Германии

0,0065 ! о.ссою 0,0003

Сраснениа поиззыззет, что факточесжа углы пэрексса прйеьогают прздольиыз более, чем с 10 раз. Неблагоприятными, с точки зрзкия ветчин пояерачкьос йш, пзляотся совпадения но-пргшлоннй псрскссоз зсох иолгс балансира, сс-зх колес одной стороны крема ¡Сак покзззлн рэзуяьгаты исследскдай, такие сочетания имеют место.

Горизонтальные' силы на колосвх четырехколесного крена, кап и многоколесных, очень точно повторяются при одинаковых услссиж азездоа При дв'.схении з «тупик» на педуидех колесах действуют поперечный сипы, направленные одновременно «из пролета», при этом на ведомых колесах силы имеют прогивопо-ложноз направлений - «в пролзт». При изменении направления движения крена силы на колесах по мере движения меняют направление на обратное. Наибольшие поперечные силы возникали при сквозных проездах крана по эстакаде. Сравнение экспериментальных величин горизонтальных поперечных сил с нормативными (СНиЛ) показало, в отличие от многоколесных кранов, их значительное превышение (в 2-3 раза). Величины экспериментальных нагрузок ближе соответствуют значениям, определенным по фор-

муле, предложенной С.А.Нищетой для мостовых кранов промышленных зданий:

0,04^-PLc- (1)

Изучение состояния подкрановых путей, то есть сбор фактических величин «сужений-расширений» кранозой колеи, отклонений крановых рельсоэ от проектного положения в горизонтальной и вертикальной плоскостях (общее количество замеров - 710) показало, что сужение и расширение подкрановых путей являются массовым явлением,.но отклонения практически не приближаются к предельным значениям.

В четвертой главе диссертации выполнен теоретический анализ факторов, определяющих величины горизонтальных воздействий. Проведенный анализ направлен на решение задачи по определению теоретических значений боковых сип, действующих на отдельных колесах многоколесных кранов, а также их равнодействующих, передаваемых на поперечные рамы промышленных зданий. •

В качестве исходной предпосылки на основании анализа силового воздействия в зоне контакта обода колеса с рельсом принято, что при движении кранов на колесах постоянно действуют боковые сипы, обусловленные поперечным скольжением обода колеса относительно головки рельса. Причем поперечное сколь- >,, жение обода колеса относительно рельса гложет быть упругим (псевдоскольжение) или действительным. -При упругом скольжении величины боковых сил зависят от величины угла между направлением качения колеса и продольной осью подкранового рельса. Максимальные значения боковых сил будут иметь место при действительном поперечном скольжений, и будут зависеть от величи-

ны вертикального давления и коэффициента трения поперечного скольжения движущегося колеса.

Вторая предпосылка заключается в том, что траектория движения мостового крана определяется тремя составляющими: движением крана вдоль пути, движением крана поперек пути и поворотом моста вокруг мгновенного центра вращения. Для многоколесных кранов, движущихся по прямолинейным путям, расчетным случаем является ограничение поворота моста ребордами колес двух балансиров, расположенных по диагонали моста. Расчетным случаем ограничения поперечного смещения - ограничение смещения ребордами колес двух балансиров, расположенное на одной стороне места. Б реальных условиях при движении крана по прямолинейным путям расчетный случай определяется соотношением величин попзрачного смещения и поворота моста. Дополнительными фаэтерами, определяющими случаи ограничения поперечного смещения tt поворота крпна, являются износ реборд колес (они меняются некомплектно по мере выработки), износ головок крснсзых рельсоа и геометрия фановых путей в плане.

Проведенный теоретический анализ влияния перекоса колес на величины поперечных сил позволил получить следующие выражения местных поперечных нагрузок:

а) при езебодиом движении крана (благоприятный случай)

TWc-М-р-Ун-Пк.2, (2)

ш

р

___ П _ * max где О = —-,

Р +Р •

* max mm

Pnax,Pirtn- соответственно максимальное и минимальное вертикальное давление колес крана;

М - вес крана, включая вес груза;

m - количество колес крана на одной стороне; ун - коэффициент неравномерности распределения вертикальных давлений между колесами; пй<1 - коэффициент, учитывающий вероятность совпадения направлений перекосов колес на одной стороне крана; fc - коэффициент трения поперечного скольжения б) при касании с рельсом реборды одного колеса (наихудший случай)

Тк = fc • М • (пк0 - ун —), (3)

m

1 шах г min Пи - коэффициент, учитывающий вероятность

совладения направлений перекосов всех колес крана.

В диссертации приведена формулы максимальных усилий на колесах крана и при других вариантах ограничения поворота и поперечного смещения крана ребордами колес от несовпадения качения колес и продольной осью рельса.

Дополнительной причиной перекоса моста крана в плане является разность тяговых усилий левой и правой сторон фанз, которая определяется их неодинаковой загрузкой. Разность величин тяговых усилий, а, следовательно, и величии дополнительных сил на ребордах колес будут определяться схемой механизма передвижения моста

В общем случае при раздельном приводе сила прижатия будет определяться выражением:

Нгер = + Пко' ^ (4>

где íp - коэффициент трения реборды;

L- пропет крана;

KI - расстояние мзвду парами колес (база);

Но- коэффициент сопротивления качению.

Для краноз, c00tfectct0yicu4'.tx по схеме механизма передвижения четырехколесному крану с центральным приводом, шла прижатия будет равна:

(S)

Анализ влияния разности диаметроз ведущих шлее показал, что сила пргекатия а данном случаа, примерно, равна тякспой от нсраског.'.ернсй загруз»! сторон rpssia.

Отклонен: путей о плана плиязт ка оеличииу угла мзжду плоскостью качения mnsca м продольной ссыо подкрйнопего рельса. Утл перекоса noneca р гершентальной плоскости {/.ожог компенсироваться отклонение?,! пути от «купеоого» положения, либо суммироваться и узапичизать угол v.oimy плоскостью качения tconeca ti продольная сшо ргпьса Тек ¡oís ееядаила угла влияет лишь ка силу упругого штжгкт и слредапяот момент начала действительного поперечного прсскапьзьгагвдя, на прз-делъные значения поперечныхенп на шпесах крака, гторыз принимаются а качестве расчетных, отклонения путей о ппзнз оказывать влияние на будут.

Сужение и расширенно пролета ррйнсгсго пути, «ах показывают натурные обследования, «з пресьахвгот предельных значений. Так как превышение предельны* значений язляется кару-

шением условий эксплуатации мостовых кранов, считайся нецелесообразным учет распорных сил при нормировании поперечных крановых воздействий.

В результате анализа равнодействующих поперечных горизонтальных сил, действующих на поперечные рамы и элементы крепления подкрановых и тормозных балок к колоннам, получены и приведены выражения для различных вариантов движения мостового крана.

Так при свободном движении крана значения максимальных усилий можно определить по формулам:

1 ш тахКд^-М-р—пк2-ун-]Гсц, (в)

т

1 ® соотв.>1Б =£С*М'П|—пк2-ун-2>1,

Ш 1=]

(7)

где а! - ордината линии влияния.

В пятой главе диссертации описаны технические решения усовершенствованного подкранового пути и конструкций ходовой части мостового крана.

Улучшение работы подкранового пути при воздействии на пего горизонтальных сил в противоположных направлениях достигается тем, что верхний пояс подкрановой балки снабжен антифрикционной прокладкой, на которую свободно устанавливается рельс с подкладкой. Стальная подкладка жестко соединяется с тормозным настилом, выполненным в виде двух Г-образных элементов, между полкаш которых вдоль настила установлены амортизаторы.

В мостовом «ране тележки ходовых колес (балансиры) выполнены в виде траверс, соединенных посредством г з рт икального

шарнира с опорной частью концевой балки. Опорная чисть концевой балки с траверсой снаб"'сна амортизирующим устройством для восприятия и гашения поперечных горизонтальных переметений. Плечи траверс шарнирно соединены с расходящимися к низу рычагами, свободные концы каждого из которых жестко соединены с осями ходовых колес. Рычат между соб й соединены посредством пружинного амортизатора двойного действия.

Предлагаемое техническое решение обеспечивает самоус-тоновку тележек одовых колес параллельно подкра"овым рельсам, перераспределение давлений меядцу колесами и снижение динамической составляющей силовых воздействий.

Основные выводы по рабо в

1. Основными факторами, определяющий ! величины поперечных сил, явлуготся: перекос колес в горизонтальной плоскости, неравномерная сгрузка сторон мостового крана и разно _ягь д» смотров ведущих колес фана.

2. Горизо»~альные поперечные аглы (боковые с'лы) от многоколесных кранов действующие на поперечные рамы, не превышают значений, опредёле ных по нормам (СниП 2.01.07-8Ь;, .( Зависят от индиакдуалы'чос с обенностей мостовчх кранов и составили максимально 82 % отнормативных.

3. Горизонтальн* *е поперечные силы (боковые силы) От четырехколесных кранов для открытых крановых эстакад существенно (в 2-3 раза) превышают значения, опрбделенные по нормам и хорс-Л согласуются с теорет» ;ескими, определяемыми по формуле, предложенной к.т.н Нищетой СА для промышленных зданий (1). * >

4. Местная поперечная сила на колесе многоколесного крана может превышать значение сил на колесах четырехколесного крана, что рекомендуется у .итывать при расчетах на местную нагрузку (Мц,), формула (3). .

5. Осциллограммы поперечных горизонтальных сип для каздого кр?ча (мне.околесного и четырехколесного) при одинаковых условиях движения остаются неизменными, что говорит о постоянстве факторов, определяющих их величины. Поперечные ; си: .ы при остановка крана сохраняют свои значения.

6. Силы от торможе' 'ия тележки многоколесного крана носят более динамичный характер, чем боковые силы, по велжи-не не превышают 30 % максимальных боковьс сил и распределяется на ^ва ряда балок рассматриваемого пролета.

7. Внедрение техничс л<их решений подкранового пути и ходовых частей мостового крана, а также учет рекомендации по проектированию, технической эксплуатации и ремонтам подкрановых конструкций (пр1 южение к диссертации) улучшат условия работы подкрановых конструкций и, как следствие, повысят их эксплуатационную надехоюсть.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах: ■ - 1

1. Ксшутин Б.Н.,; .потников В А Экспериментальные исследования воздей^гвий на 1ЮДкрановые конструкцииздангя нагревательных колодцев ОЦ-1 ММК //Индустриальные технические решения дня реконструкции; зданий и сооружений промышленных ?да"ий: Тез.док. Всесоюзного семинара. Макеевка, 1986 -С.56-57. ' ' .

2. Кошутин Б.Н., Заикин А.И., Плотников В.А. Методика натурных исследований силовых воздействий от мостовых кранов с жестким подвесом груза на несущие стальные конструкции промзданий // Экспериментальные исследования инженерных сооружений: Тез.док. Всесоюзной конф. Киев, 1981. - С.28-29.

3. Плотников В.А., Чекуров A.A., Афонин В.В. Экспериментальные исследования перекосов многоколесных металлур-тческих кранов И Экспериментальные исследования инженерных сооружений: Тез.док. IV Всесоюзной конф. Новополоцк, 1986. -С.33-34.

4. Плотников В.А., Домников С.Ю., Щетинин С.Н. Исследование состояния подкрановых путей цехов ММК // Проектирование, строительство и реконструкция промпредприятий в условиях технического перевооружения: Тез.док. Челябинск, 1987. С.48-49.

5. Плотников В.А., Амелькин Г.И., Шашко Б.А. Усовершенствование подкрановых конструкций промышленных зданий // Повышение качества и надежности строительных металлоконструкций: Тез.док. Челябинск, 1988. - С 61-62.

6. Плотников В.А. Исследование горизонтальных силовых воздействия от мостовых кранов // Межвузовский сб.науч.тр. /МГМИ. Магнитогорск. 1990. - С. 122-125.

7. Плотников В.А. Теоретическое исследование боковых сил многоколесных мостовых кранов // Межвузовский сб.науч.тр. / МГМИ. Магнитогорск. 1990. - С. 160-165.

8. Плотников В.А. Влияние неодинаковой загрузки сторон мостового крана на величины боковых сил // Межвузовский сб.науч.тр. / МГМИ. Магнитогорск. 1990. - С. 111-114.

9. Подкрановый путь /Плотников В.А., Амелькин Г. И. И A.C. № 893810 (СССР) Опубл. в Б.И. № 48, 1981.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ

НАСТОЯЩЕЙ РАБОТЫ

1.1. Исследование горизонтальных крановых воздействий иниенерами-строителями

1.2. Исследование горизонтальных крановых воздействий инженерамимашиностроителями

1.3. Выводы по состоянию вопроса и задачи дальнейших исследований

ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ КРАНОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ И ФАКТОРОВ, ИХ ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ

2.1. Анализ имеющихся методик проведения натурных экспериментальных исследований

2.2. Методика экспериментальных исследований горизонтальных воздействий от многоколесных кранов

2.3. Методика экспериментальных исследований горизонтальных воздействий от легких четырехколесных кранов

2.4. Методика экспериментальных исследований траектории двияения многоколесного крана и факторов, влияющих на величины горизонтальных воздействий

2.5. Характеристика объектов экспериментальных исследований

2.6. Выводы

ГЛАВА 3. ОБРАБОТКА И АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ПОПЕРЕЧНЫХ КРАНОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ И ФАКТОРОВ, ИХ ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ

3.1. Результаты экспериментальных исследований горизонтальных поперечных воздействий от многоколесных металлургических кранов и их анализ.

3.2. Результаты исследования траектории движения многоколесного крана

3.3. Результаты исследования перекосов осей колес кранов в горизонтальной плоскости.

3.4. Результаты экспериментальных исследований горизонтальных поперечных воздействий от четырехколесного крана

3.5. Результаты исследования состояния подкрановых путей

3.6. Выводы.

ГЛАВА 4. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ФАКТОРОВ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ

ВЕЛИЧИНЫ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ

4.1. Исходные предпосылки

4.2. Боковые силы, действующие на ведущих колесах

4.3. Боковые силы, действующие на ведомые колеса

4.4. Боковые силы на колесах, связанные жесткой балансирной тележкой

4.5. Боковые силы на колесах двух балансирных тележек»объединенных жесткой балкой

4.6. Боковые силы на колесах балансиров, связанных жестким мостом крана . 1°

4.6.1. Влияние перекоса колес

4.6.2. Влияние перекоса моста крана вследствие 112 неодинаковой загрузки сторон крана

4.6.3. Влияние разности диаметров ведущих колес

4.6.4. Влияние состояния путей

4.6.5. Анализ равнодействующих поперечных сил от перекосов колес и горизонтальной плоскости.

4.7. Выводы.

ГЛАВА 5. КОНСТРУКТИВНЫЕ РЕШЕНИЯ УСОВЕРШЕНСТВОВАННОГО ПОДКРАНОВОГО ПУТИ И КОНСТРУКЦИИ МОСТОВОГО КРАНА.

5.1. Подкрановый путь.

5.2. Мостовой кран.

Натурные освидетельствования стальных несущих конструкций промышленных зданий показывают, что наиболее повреждаемыми в процессе эксплуатации являются подкрановые конструкции [1,2,43,4,5,31]. Работа подкрановых конструкций, включающих подкрановые балки, тормозные балки или фермы, узлы креплений балок и тормозных ферм к колоннам, крановые рельсы с креплениями и упоры, в условиях эксплуатации крайне сложна. Существенными отличиями от работы обычных балочных конструкций являются: специфика нагрузки, характер ее приложения, сложность взаимодействия колес кранов и крановых рельсов, сложность реальной схемы конструкций. Как показал опыт эксплуатации, уже после 4-6 лет работы в подкрановых конструкциях появляются первые повреждения [1,5,43]. К наиболее распространенным повреждениям следует отнести: расстройство крепления подкрановых и тормозных балок к колоннам (рис.1,2), расстройство соединений тормозных и подкрановых балок между собой, появление усталостных трещин в сварных швах и стенке около верхнего пояса балок, ослабление заклепок и появление трещин в уголках клепаных балок (рис.3,4), разрушение ребер жесткости и вертикальных связей (рис.5,6).

Со временем повреждения развиваются еще более интенсивно и нарушают нормальную работу кранов [4].

Наиболее интенсивно развитие и накопление повреждений происходит в цехах оборудованных кранами с режимами работы 7К, 8К [2,31,43], а также на отдельных участках цехов, в зонах работы таких кранов [6]. Названные режимы работы 7К, 8К характерны для металлургических кранов, чаще оборудованных жестким подвесом груза: краны для раздевания слитков, краны колодцевые, транспортные краны прокатных цехов.

Рис.2 Р&эрушениэ крепления тормозного настила к колонне

Рис.3 фез поясной заклепки гадкрановой балки и болта крепления рельса.

Рис.4 Срез гюясных заклепок и появление тре«И« в тюяснои уголке.

Р и с . 5 Разрушение ребра жесткости псщкрановой балки.

Рис.6 Разрушение крепления вертикальной связи к вспсмэгательной ферме.

Конструктивные особенности данных кранов, а также дополнительные операции в цикле работы, связанные с поворотом грузозахватного механизма, усугубляют сложность силовых воздействий на подкрановые конструкции [3].

Одной из особенностей силовых воздействий на подкрановые конструкции является наличие горизонтальных поперечных сил (боковых). Данное воздействие, как и вертикальная нагрузка, является подвижной, носит динамический характер и вызывает работу конструкций с знакопеременным многократно повторяющимся циклом напряжений, что оказывает существенное влияние на действительную работу подкрановых конструкций. Боковые силы мостовых кранов зависят от многих факторов, в том числе и от состояния подкрановых конструкций и ходовых частей мостовых крановы [43]. Поэтому правильная оценка факторов, определяющих величины боковых сил и уточнения их расчетных значений позволит повысить надежность подкрановых конструкций и увеличить срок службы ходовых колес мостовых кранов. В восьмидесятые годы затраты на изготовление ходовых колес составляли 19 млн.руб. [8], две трети которых направлены на ремонт существующего парка кранов. По данным работы [9] на изготовление ходовых колес в СССР расходовалось в семидесятые годы около 50 тыс.тонн металла.

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ НАСТОЯЩЕЙ РАБОТЫ

1.1. Исследования горизонтальных крановых воздействий инженерами-строителями

Отечественные работы, посвященные изучению горизонтальных воздействий мостовых кранов на строительные конструкции открывает кандидатская диссертация А.И.Кикина [10], в которой проведен подробный анализ имеющихся в то время работ, приводятся и обобщаются материалы испытаний и обследований, проведенных ЦНИПСом в 1935-1940 гг. в ряде металлургических цехов с мостовыми кранами на подшипниках скольжения. Всего было обследовано 24 цеха, нагрузки замерялись от 10 кранов в 5 цехах при помощи динамометрических колец, которые устанавливались между подкрановой балкой и колонной взамен существующих креплений. Диаметральные деформации кольца регистрировались при помощи экстензрграфа Гейгера. Динамометры ставились либо на одной колонне, либо на двух колоннах в створе одной рамы. Испытания производились при проходе одного и двух кранов в обе стороны без груза и с грузом, а также осуществлялось торможение тележки с грузом и без него при стоящем против испытываемой колонны крана.

Анализ результатов обследований и испытаний позволил А.И.Кикину выявить природу поперечных воздействий. Им было установлено, что горизонтальные силы возникают не только при торможении тележки крана, но и при проезде крана вдоль цеха. В связи с этим, автор делит горизонтальные воздействия мостовых кранов на боковые силы, возникающие при движении кранов по подкрановым путям и тормозные силы, вызываемые торможением тележек.

Изучение поперечных сил, возникающих при торможении тележек кранов с гибким подвесом показало, что они довольно хорошо согласуются с величинами, подсчитанными по формуле норм 1934 г. (на колонну).

Величины боковых сил, которые для кранов с гибким подвесом груза в 2-5 раз превышали нормативные величины тормозных сил тележки, по мнению А.й.Кикина, определяются следующими составляющими: подвижным моментом от перекоса крана, распором между краном и поперечной рамой цеха и силами распирания или стягивания, возникающих при сужениях или расширениях подкрановых путей.

Изучение перекоса мостов кранов производилось на модели и в действующих цехах. Было обнаружено, что все без исключения обследованные краны имеют перекосы при движении. Называются следующие причины перекоса мостового крана:

1) основные: а) непрямолинейность путей в плане; б) одностороннее грузовое движение кранов; в) разница диаметров колес крана, возникающая вследствие неравномерного износа;

2) случайные: а) проскальзывание колес одной стороны кранового моста вследствие наличия на рельсах мазута, масла и т.п.; б) начальный перекос моста в плане-дефектность моста; в) неисправность приводного механизма моста крана; г) малая база крана.

Экспериментальные величины угла перекоса автор делит на две группы:

1) значительные, ¿#<^"310 ^ ¿Jo в сРеДнем i^q > возникающие у легких кранов с большим отношением пролета к базе

L В = 5,5 4 9,0

4 Л Л

2) средние и малые, ~^"1050 ' в °РеДнем ЩГ которые характерны для тяжелых литейных кранов, стриппер-кранов, пратцен-кранов и других, имеющие большие базы.

Краны первой группы А.И.Кикин называет склонными к перекосу, краны второй группы - несклонными к перекосу.

1 1

Сравнение возможных ( tfyik- ) и фактических ( ) углов перекоса показало, что краны при движении далеко не используют возможности предельных перекосов.

Выделяются два случая перекосного воздействия.

1. Наибольшее косое положение, когда вступают в контакт реборды обоих колес одной стороны крана. На колесах этой стороны действуют разнонаправленные силы, равные: где:

LuB - соответственно, пролет и база;

Vo - сопротивление движению крана;

Р - вертикальное давление колеса.

Величина 0,5 Wo 1,4 для колес радиусом R.4 40 см, то есть для кранов грузоподъемностью Q < 500 кН равна G-кр/ЮО , где

Gkp - полный вес крана, поэтому предыдущее выражение преобразовывается:

Данный случай считается редким.

2. Перекос крана в обычных условиях. Силы, действующие на колеса в этом случае, заключаются между:

У» - Рмах • JUo ; Hi - Pep 'Jlo , где:

Нтах + И min

Р- -2o = 0,1 - коэффициент трения в осях колес.

Боковые силы от распора ( X* ) по мнению А.И.Кикина возникают вследствие работы крана как связи. Это предположение основано на экспериментальных записях, которые не были аналогичными чистой линии влияния для перекоса крана: обычно ординаты, соответствующие растяжению динамометра (при силах, действующих в пролет) были значительно меньшими, чем ординаты сжатия, или даже равны нулю (рис.1.1).

Опытная кривая

Л. Ьл. распора У г

Л. в л. М

Суммарная л. 6л

Рис . 1.1. Сравнение экспериментальных записей с теоретическими линиями влияния

Формула для определения усилия распора на колонну имеет вид:

Pcp-Mo-Zn и где: ftp-Jlo - сопротивление сил трения в оси колеса;

Jfl - сумма ординат линии влияния;

H - коэффициент, показывающий, во сколько раз Ха меньше сил трения в осях колес.

Расчет для величины Ун = 0,01 - 0,04 и 0,25 - 0,66, причем для низких и более жестких цехов распор получился отрицательным (давление наружу), для более высоких цехов (миксер) - положительным (давление внутрь).

Геодезическая съемка путей, проведенная в 24 цехах, обнаружила значительные сужения и расширения путей, доходящие до 60 мм, а в старых цехах - 185 мм. В случае, если расширение или сужение путей не превосходит суммарных люфтов колес, на колонну могут действовать предельные нагрузки, равные для обоих случаев:

Для расчетного случая предлагается учитывать Рср , то есть Rep - Pep JXо -2/2 , в редких случаях может возникать Rmax .

Если изменение ширины колеи превзойдут люфты колес, могут возникнуть силы, значительно превышающие обычные величины: на производстве таких случаев стараются не допускать из-за возможности заклинивания крана. Боковые силы, определяющиеся перечисленными факторами, в процессе эксплуатации могут действовать совместно с тормозными силами, которые для кранов с гибким подвесом составляют примерно 30 %. Рассматривая варианты совместного действия составляющих горизонтальных

X* крановых нагрузок, А.И.Кикин считает возможным две системы сил:

- распор, момент от перекоса и тормозные силы;

- распор, силы при сужениях (расширениях) путей и тормозные силы. Автор анализирует все возможные загружения рамы цеха для обоих систем и выделяет несколько расчетных схем, подразделяя их на две группы (рис.1.2).

1. Для обычных перекосов и сужений (расширений) путей

Обычный случай Rep -0,1 Pep Вадкий случай Rmax -0,1 Ртах. Zty

Обычный случай

Ri*Rcp+0,5T

77Т77 ft /7tt7 Rz = Rep -Q5T

2. Для наибольшего косого положения iTi I77 ft а тТП Воздействует Хг и М

Rz

77/7 Г

7777

100 3

Воздействие Хг , М иТ о - G+Q L+l Hl ' 100 '62

Рис . 1.2. Расчетные схемы загружения рамы

Первая группа, охватывающая случаи обычных перекосов, сужений и расширений путей, дает загружение рамы двумя одинаковыми противоположно направленными (схема 1.а), ограничивающимися силами скольжения в осях колес крана. В частном случае, при малых люфтах и сопротивлении торцов ступиц на одной из концевых балок моста в момент торможения, скольжения в осях колес не возникает, и сила торможения будет воспринята поперечной рамой (схема 1.6).

Во вторую группу входят случаи наибольшего косого положения крана. Обычным загружением здесь является действие одной силы (схема 2.6), возникающей со стороны, где происходит касание реборд колес крана. Сила на другой колонне в этом случае практически отсутствует. В частном случае может иметь место совместное действие всех компонентов (схема 2.6), что является самым невыгодным случаем, но в следствие маловероятности этого загружения, автор его не рассматривает.

На основании выполненных экспериментально-теоретических разработок А.И.Кикин дает следующие рекомендации по расчету:

1) расчет поперечных рам и колонн допускается проводить по существующей расчетной схеме, но с последующим увеличением моментов в верхних частях колонн на 50 % : для кранов склонных к перекосу рекомендуется учитывать дополнительную нагрузку, равную

Л - Сир • L 11 100 В

2) боковые силы необходимо рассматривать как местную нагрузку при расчете верхних поясов подкрановых балок, тормозных ферм и креплений подкрановых балок к колоннам, причем принимать их величины равными (на колесо):

- для кранов с гибким подвесом - 0,1 Рср ;

- для кранов с жестким подвесом - 0,1 Ртах ;

- для кранов склонных к перекосу - ' ^--01 Pmin

100 D '

Широкие исследования боковых сил мостовых кранов были проведены в ЦННИПСе под руководством М.П.Барштейна fl5, 16]. Результаты экспериментальных исследований четырехколесных кранов показали, что неточности изготовления и монтажа конструкций крана и подкрановых путей приводят к перекосам крана. К преобладающим факторам, определяющим величины боковых сил автор относит непараллельность и уклоны подкрановых путей, разность диаметров ведущих колес и монтажный перекос колес.

Изучение характера движения крана в натурных условиях показало, что помимо поступательного движения колеса крана совершают непрерывные боковые смещения, при этом движение моста близко к установившемуся. Этот факт позволил автору не учитывать силы инерции в теоретических исследованиях.

При теоретическом определении боковых сил М.П.Барштейн рассматривает движение абсолютно жесткого крана по деформируемому пути, имеющему отклонения от проектного положения. Такая предпосылка сделана по результатам сравнения величин поперечных смещений колес, вызванных перекосами горизонтальной рамы моста, с величинами смещений, вызванных перекосами моста в целом относительно подкрановых путей. Автор разбивает весь процесс движения крана на ряд этапов: движение моста при отсутствии контакта реборд с рельсами: движение, направленное ребордами колес одной стороны: движение, направленное ребордами колес, расположенных по диагонали моста. Для всех случаев М.П.Барштейном выведены формулы для определения боковых сил [16].

Автор предлагает два подхода к решению вопроса о нормировании боковых сил, из которого наиболее приемлемым является следующий: в качестве нормативной нагрузки предлагается принять боковые силы, возникающие при движении набегающего на рельс крана с колесами, имеющие нормальные заводские допуски, при подкрановых путях, уложенных с обычными монтажными отклонениями.

В этом случае формула боковых сил с учетом псевдоскольжения предлагается в следующем виде: и-Нф где: ИМЯЮУРЕГТ (КГ).

А - угол перекоса колеса;

Ртах - максимальное давление на колесо; с/ - диаметр колеса. при р = 0,001, ич.ел^гсг т.

Так как величины подсчитанные по формуле близки с результатами, вычисленными по формуле

Н 0,1 Рнах автор и рекомендует последнюю для определения боковых сил.

М.П.Барштейн предлагает расчет подкрановых балок и колонн производить на воздействие одного крана наибольшей грузоподъемности, а расчет креплений тормозных ферм и подкрановым балкам и колоннам производить на удвоенные величины боковых сил.

Ряд экспериментальных исследований крановых воздействий проведен в ЦНИИСКе под руководством А.Х.Хохарина [17,18,19]. Эксперименты ставились на опытном каркасе ЦНИИСКа, оборудованном краном грузоподъемностью 100 кН, а также в действующих цехах ( 0 =100 кН, 0 = 200/50 кН). Исследования подтвердили, что в качестве основного случая силового взаимодействия крана с подкрановыми путями следует рассматривать случай перекоса крана с касанием реборд.

Факторы, влияющие на перекос, разделены на две группы:

1) факторы, которые можно учесть аналитически:

- отношение пролета крана к базе;

- грузоподъемность крана (давление на колесо);

- соотношение жесткости моста крана и поперечной жесткости рамы цеха;

2) факторы не поддающиеся строгому аналитическому учету:

- состояние подкрановых путей;

- состояние колес крана;

- режим работы крана.

Изучение влияния перечисленных факторов производилось в основном на опытном каркасе.

Четко выявлено значительное увеличение боковых сил почти на всех колесах при увеличении отношения пролета крана к его базе. Вертикальная нагрузка в некоторой степени влияет на величины боковых сил: средняя величина боковой силы при заездах крана с грузом оказалась больше , чем при заездах без груза. Однако при тележке с грузом в крайнем положении максимальные боковые силы несколько меньше сил при заездах груженого крана с тележкой посередине. Для иллюстрации влияния поперечной жесткости здания А.Х.Хохарин приводит величины боковых сил при движении крана в однопролетной и двухпролетной частях опытного каркаса [19]. Однако приведенные данные показывают, что для кранов с раздельным приводом увеличение боковых сил не происходит ни на одном из колес. Для кранов с центральным приводом боковые силы увеличиваются на всех колесах примерно на 10 %. Влияние режима работы кранов А.Х.Хохарин иллюстрирует записью показаний датчика, наклеенного на верхний пояс подкрановой балки. В момент включения механизма передвижения моста на осциллограмме видны пики деформаций. Поэтому предполагается, что при большом числе включении двигателя крана на балки могут действовать часто повторяющиеся местные воздействия ударного характера, что делает необходимым учет режима работы кранов в расчетной формуле боковых сил.

На основании проведенных исследований А.Х.Хохарин предлагает расчетную формулу боковой силы, передаваемой колесом крана:

Т - <к • • Ртах где: - коэффициент, принимаемый по таблице [19] в зависимости от режима работы крана, грузоподъемности и типа подвеса груза;

Р Н.+2Ш

Ш - шаг поперечных рам;

Н Ь-Л + Нн -Эн о---т-=;--- поиведенная высота колонны ив + ин

Начиная с 1959 года изучение нагрузок от мостовых кранов проводится в МИСИ им.В.В.Куйбышева. Натурные исследования боковых сил проводились И.В.йзосимовым под руководством А.И.Кикина в трех однопро-летных зданиях отделений мартеновского цеха на Череповецком металлургическом заводе [20,21,22]. Исследования показали, что изменения скоростей движения крана не влияет на величины боковых сил. Боковые силы при центральном приводе не зависили от направления движения для кранов, движущихся без перекосов, и изменялись для кранов, которые передвигались со значительными перекосами. При этом большие значения боковых сил наблюдались при движении крана с ведущими колесами сзади.

Во время натурных испытаний изучалось влияние сужений и расширений путей, для чего производилось изменение рельсовой колеи в испытываемом створе. Когда смещение рельсов превосходили суммы свободных зазоров реборд, боковые силы увеличивались в 1,8 - 2,2 раза. При движении состава из двух сближенных кранов наблюдалось увеличение боковых сил на 20 - 35 % по сравнению с опытными величинами от одного крана, не достигая при этом расчетных значений величин в среднем на 18 X. Поэтому авторы [21] предлагают ввести понижающий коэффициент при расчете боковых сил от двух сближенных кранов.

Увеличение коэффициента трения на одном из рядов (посыпка рельсов песком) не привело к увеличению перекоса крана, но вызвало увеличение боковых сил на этом ряду в 1,55 - 2,46 раза, а на противоположном - в 1,12 - 1,23 раза, что объясняется работой крана как связи.

Отмечая многочисленность факторов, влияющих на боковую силу, и трудность их учета расчетом, И.В.Изосимов [20] считает более рациональными определять боковую силу в функции только вертикального давления на колесо по формуле:

Н«£-Р где: Н и р - соответственно боковая и вертикальная нагрузки на колесо крана;

- реализуемый коэффициент трения поперечного скольжения, определяемый по данным многочисленных натурных испытаний.

Постановка задачи в таком виде упрощает рассматриваемую проблему, но в тоже время крайне сложным является выявление и назначение коэффициента.

Полную величину горизонтального поперечного воздействия колеса крана И.В.Изосимов предлагает определять путем суммирования боковой силы с поперечной тормозной, причем в запас вся сила поперечного торможения распределяется на один ряд колонн.

Более углубленные экспериментальные исследования боковых сил мостовых кранов в натурных условиях приведены А.В.Фигаровским [23]. В условиях действующего кузнечно-прессового цеха был испытан четырехколесный кран среднего режима работы, грузоподъемностью 150 кН, пролетом 19,5 м и базой 4,4 м; привод крана - раздельный. Испытанный кран оказался несклонным к перекосу, поэтому боковые силы на ведущих колесах были значительно больше, чем на ведомых, причем основным фактором возникновения боковых сил при установившемся движении крана были углы перекоса ходовых колес. Проведенный теоретический анализ подтвердил этот вывод [22,23].

Характер боковых сил и вертикальных давлений при заездах крана в одинаковых условиях почти не изменялся, что подтверждает постоянство факторов, определяющих величины этих нагрузок. Значительное увеличение боковых сил по сравнению с силами при установившемся движении наблюдалось при резких торможениях и ускорениях моста крана, при перемене направления движения крана, что объясняется возникновением кратковременного перекоса моста крана. Сопоставление действительных величин боковых сил с тормозными, вычисленными по нормам [24], обнаружило превышение первых в 3-4 раза. Смазка боковых поверхностей рельса уменьшила боковые силы в среднем в 2 - 2,5 раза.

Во время испытаний менялось расстояние между рельсами за счет параллельного смещения рельса по одному ряду на 10 и 20 мм в обе стороны относительно его первоначального положения. Это позволило установить, что происходит смена колес, реборды которых контрактируют с рельсом, что в свою очередь, вызывает значительные изменения величин и даже направлений сил при прочих аналогичных условиях заезда крана.

Зависимость между вертикальной и горизонтальной нагрузками для ведомых колес близки к прямой Н = 0,1 Р. Для ведущих колес экспериментальные значения получены значительно выше. А.В.Фигаровский провел также широкие натурные испытания в мартеновском цехе, где испыты-вался многоколесный разливочный кран с параметрами: привод центральный двухсторонний, грузоподъемность - 1750 кН, пролет крана - 23,3 м, база (между осями главных балансиров) - 7,5 м. По замеренным зазорам между ребордами колес и головкой кранового рельса выявлено, что мост крана получает в начале движения перекос, который остается постоянным на всем протяжении пути. При изменении направления движения перекос может изменяться на некоторую величину, оставаясь при движении постоянным. На участках расширений и сужений путей, превосходящих суммарные зазоры реборд с рельсами, возникал контакт реборд, и кран стягивал пути. Отмечается, что в общем контакты реборд были сравнительно редки.

А.В.Фигаровский показывает, что к определению горизонтальных нагрузок от тяжелых многоколесных кранов необходимо подходить иначе, чем к нагрузкам от четырехколесных кранов. Выявилось, что при заездах в разных направлениях изменение характера и величин боковых сил несущественны. Незначительно влияют также положение тележки и наличие груза на крюке. Характерной особенностью многоколесных кранов является наличие разных по величине и даже направлению боковых сил на каждом колесе из группы колес, объединенных одной балансирной тележкой. На колонны в таком случае передается равнодействующая боковых сил колес, находящихся на соответствующих подкрановых балках. Данные испытания показали, что на величины и характер изменений боковых сил существенно влияют сужения и расширения путей, превосходящие суммарные зазоры реборд.

Обработка экспериментальных данных показала, что между горизонтальными и вертикальными нагрузками на колонны отсутствует четкая функциональная'зависимость.

Проведенные совместные заезды двух и трех сближенных кранов позволили выявить влияние соотношение габарита крана (базы) к пролету подкрановых балок. При меньшем пролете крана наличие второго крана изменяло значение боковых сил в среднем на 20 %, причем как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения. Для ряда с большим пролетом подкрановых балок была возможность расположить на балке одноврменно колеса всех трех кранов. При этом получено увеличение боковых сил при проезде двух кранов без груза на 30-40 % и до 74 % при номинальном грузе. Проезд одновременно трех кранов без груза дал увеличение нагрузки на 30 - 35 %. При торможении моста и перемене направления движения возрастание боковых сил не наблюдалось.

Экспериментальные значения тормозных сил составили 70 - 75 Я от нормативной тормозной силы [24], но в отличии от норм, предписывающих передавать всю тормозную силу на один ряд, распределялись одновременно на оба ряда.

Выделяя особенности многоколесных кранов, А.В.Фигаровский рекомендует расчетные значения боковых сил определять различно для указанных типов кранов. Максимальные значения боковых сил, действующих на отдельных колесах четырехколесных кранов рекомендуется определять по следующим формулам:

- при раздельном приводе:

- при центральном приводе:

Нтах = 0,1 Ртах * 0,03 (Ршх ~Рт,п) ^

Для многоколесных кранов с гибким подвесом автор рекомендует формулу, предложенную Пичугиным С.Ф. [27]. Предлагается также снижение поперечных горизонтальных нагрузок от двух сближенных кранов путем введения коэффициента сочетания Пс = 0,8. Первая попытка получения и обработки статистических данных о горизонтальных нагрузках мостовых кранов была предпринята Б.Н.Кошутиным в мартеновском цехе Череповецкого металлургического завода [25]. В разливочном пролете с кранами грузоподъемностью 3500 кН и пролетом 22,0 м,в печном пролете е кранами грузоподъемностью 1250 кН и пролетом 25,5 м регистрировались боковые силы на колонну в условиях нормальной эксплуатации цеха в течении 18,3 часа в разливочном и 14,6 часа в печных пролетах. Была проведена статистическая обработка полученных результатов, полученные экспериментальные полигоны были аппроксимированы кривыми Гаусса.

Следует отметить, что наибольшие экспериментальные значения боковых сил в печном пролете на 20 - 30 % превышали нормативные значения. По методике, примененной при определении коэффициентов перегрузки вертикальной крановой нагрузки [26], Б.Н.Кошутин вычислил следующие коэффициенты перегрузки горизонтальной крановой нагрузки:

Пролет в пролет из пролета

Разливочный 1,04 0,76

Печной 1,94 1,74

Полученные значения коэффициентов имеют большой разброс, причем для печного пролета превышают нормативные значения. Автор предлагает, учитывая различную физическую природу, коэффициент перегрузки крановых нагрузок разделить на два коэффициента: на коэффициент перегрузки вертикальных и коэффициент перегрузки боковых сил ст мостовых кранов.

Более длительные измерения боковых сил выполнены С.Ф.Пичугиным [27]. Статистический материал собран в результате непрерывной регистрации (в течении 3-18 суток) крановых нагрузок при нормальной эксплуатации в действующих цехах.

Полученные полигоны распределения горизонтальных крановых нагрузок разнообразны по форме и протяженности, могут быть однозначными и двухзначными. Особенностью статистических распределений нагрузок мостовых кранов является их быстрая стабилизация, то есть выявление этих распределений при учете небольшого объема статистического материала, дальнейшее увеличение которого не меняет картину ни качественно, ни количественно.

Автором построены и проанализированы полигоны поперечных нагрузок для 14 пролетов 12 цехов трех металлургических заводов. Все полигоны построенные в одном масштабе по оси абцисс ( Нэ- экспериментальные значения, Н^.хар- характеристическая поперечная сила, равная 0,1 вертикальной нагрузки от одного крана без груза с тележкой посередине) четко разделяются на три группы:

1) полигоны поперечных сил кранов с жестким подвесом груза;

2) полигоны поперечных сил многоколесных кранов с гибким подвесом, для которых различаются два случая: а) полигоны на участках с нормальной колеей; б) полигоны для участков с сужениями и расширениями путей, превосходящими зазоры реборд колес с рельсами.

3) распределения поперечных нагрузок четырехколесных кранов с гибким подвесом груза.

На основании проведенных исследований предлагаются следующие экспериментальные формулы поперечных нагрузок для первых двух групп кранов:

1) для кранов с жестким подвесом груза

Н=0,25 Рср ТУ

2) для многоколесных кранов с гибким подвесом а) на участках с нормальной колеей

Н =0,15 Рср г1У б) на участках с сужением и расширением

Н-0,25 Рср'ХУ пбг где: гер - вертикальная нагрузка на колесо крана без груза с тележкой посередине моста;

IV - сумма ординат линии влияния при учете одного крана.

Для четырехколесных кранов с гибким подвесом груза боковые силы рекомендуется определять по формуле А.В.Фигаровского [23]. Данные рекомендации предназначаются для расчета подкрановых балок, колонн, рам и узлов крепления на нагрузки кранов всех режимов работы. Автор отмечает, что приведенные формулы учитывают средние величины поперечных сил на отдельных колесах кранов.

Одной из последних работ направленных на исследование крановых воздействий является работа С.А.Нищеты [29], выполненная под руководством Б.Н.Кошутина. Автором комплексно исследовались вертикальные и горизонтальные нагрузки от четырехколесных кранов грузоподъемностью

О = 75 * 100 кН режима работы 7К. Проведенный анализ полигонов распределения горизонтальных усилий колес кранов выявил, что самыми существенными факторами, влияющими на формирование поперечных горизонтальных усилий колес, являются не вертикальные усилия колес кранов, а перекосные и распорные воздействия. При соотношениях пролета крана к его базе ¿к :И = 3,27 т 4,55 превалирующим является перекосное воздействие. Также отмечается, что горизонтальные воздействия ведущих и ведомых колес, примерно, одинаковы: движение "узких" кранов менее стабильно, чем "широких" и связано с большими и разными перекосами .

Анализ статистических характеристик экспериментальных распределений горизонтальных сил позволил установить, что относительные значения статистических средних и стандартов имеют тенденцию к увеличению их значений с возрастанием отношений пролетов кранов к их базам. На основании чего сделан вывод, что отношение Ькр : И должно входить в формулу для определения относительных горизонтальных усилий Тк : Рк . Автор предлагает определять горизонтальную поперечную силу на колесе крана по формуле: рк

При этом рекомендуется принимать коэффициенты сочетания горизонтальных воздействий для расчетных схем СНиП [32] при учете двух кранов тяжелого режима работы на одном крановом пути = 0,5, а на разных путях Пс = 0,75.

Глубокий анализ результатов исследования горизонтальных сил сделан Б.Н.Кошутиным в книге [43]. Большой интерес представляет выявление зависимости горизонтальных поперечных усилий от массы крана с грузом. Автор отмечает, что масса крана является достаточно общим параметром, т.к. предопределяет геометрию крана, число колес, жесткость крана и т.д. и может быть выбрана в качестве определяющего. Б.Н.Кошутин предлагает изменить подход к нормированию горизонтальных воздействий. Предлагается нормировать не одну горизонтальную силу (как это делается сейчас), а горизонтальную силу с одной стороны кранового моста Тср и момент в горизонтальной плоскости Мт . Для определения горизонтального усилия колеса (или группы колес для многоколесных кранов) Тк и горизонтальной нагрузки на колонну Г приводятся следующие формулы:

Т-Тс-УЛ* *(Мт/в)р, , где 1711 - число колес или балансиров с одной стороны крана;

И - база четырехколесного крана или расстояние между шарнирами балансиров многоколесного крана;

У - ординаты линии влияния в месте приложения;

В - пролет подкрановой балки; $,^,<¿1 - коэффициенты, учитывающие конструктивные особенности кранов и каркаса, а также различные случайные факторы.

Отмечается, что Тер будет зависеть от массы крана с грузом, а Мт от того же параметра и соотношения пролета крана и его базы. Нагрузку предлагается учитывать от одного крана, а воздействия других кранов учитывать коэффициентами перегрузки и сочетания. Предложенный подход в большей степени соответствует картине возникновения и передачи горизонтальных сил, приведет к экономии материалов и увеличит долговечность конструкций каркаса зданий. Б.Н.Коршутин подчеркивает необходимость оценки динамической составляющей боковых сил.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Проведенные исследования показали, что при движении многоколесных кранов, как и при движении четырехколесных кранов |23| подкрановые конструкции воспринимают постоянно действующие горизонтальные силы, определяемые наличием поперечного скольжения ободов колес относительно головки кранового рельса и перекосного момента моста крана в горизонтальной плоскости. При остановке крана силовые воздействия на подкрановые конструкции, сохраняют свои величины.

2. Основными факторами, определяющими величины поперечных сил, являются: перекос колес в горизонтальной плоскости, неравномерная загрузка сторон мостового крана и разность диаметров ведущих колес крана.

3. Горизонтальные поперечные силы (боковые силы) от многоколесных кранов, действующие на поперечные рамы, не превышают значений, определенных по нормам (СНиП 2.01.07-85), и зависят от индивидуальных особенностей мостовых кранов и составили максимально 82 % от нормативных.

4. Горизонтальные поперечные силы (боковые силы) от четырехколесных кранов для открытых крановых эстакад существенно (в 2-3 раза) превышают значения, определенные по нормам и хорошо согласуются с теоретическими, определяемыми по формуле, предложенной к.т.н. Нищетой С.А. для промышленных зданий (1).

5. Местная поперечная сила на колесе многоколесного крана может превышать значение сил на колесах четырехколесного крана, что рекомендуется учитывать при расчетах на местную нагрузку (Мкр.), формула (4).

6. Осциллограммы поперечных горизонтальных сил для каждого крана (многоколесного и четырехколесного) при одинаковых условиях движения остаются неизменными, что говорит о постоянстве факторов, определяющих их величины.

7. Силы от торможения тележки многоколесного крана носят более динамичный характер, чем боковые силы, по величине не превышают 30 % максимальных боковых сил и распределяются на два ряда балок рассматриваемого пролета.

8. Внедрение технических решений подкранового пути и ходовых час^ тей мостового крана, а также учет рекомендаций по проектированию, технической эксплуатации и ремонтам подкрановых конструкций (приложение) улучшат условия работы подкрановых конструкций и, как следствие, повысят их эксплуатационную надежность.

1. Повышение долговечности металлических конструкций промышленных зданий /Под ред.А.И.Кикина.- М.: Стройиздат, 1969,- 283 с.

2. Якушев A.M. Исследование повреждений и напряженного состояния стальных подкрановых конструкций в цехах с кранами весьма тяжелого и тяжелого режима работы: Дис. .канд.техн.наук.- М.,1973.-275 с.

3. Сухомлин М.И. Исследование боковых усилий на ходовые колеса мостовых кранов: Дис. .канд.техн.наук.- Коммунарск, 1969.183 с.

4. Васильев A.A. Особенности работы подкрановых конструкций и повышение срока их службы //Промышленное строительство.- 1965.- ¡Р 7-с.24-25.

5. Исследования состояния и действительной работы несущих конструкций листопрокатного цеха № 1 ММК: Отчет о НИР, Г.Р. № 73055415.-Магнитогорск, 1975.- 112 с.

6. Ермаков Г.П. Кинематика и силовое взаимодействие мостовых кранов с подкрановыми путями при торможении: Дис. .канд.техн.наук.-Челябинск, 1973.- 193 с.

7. Аникеева Ф.Л. Исследование долговечности крановых ходовых колес: Дис. .канд.техн.наук.- М., 1980.- 187 с.

8. Конопля A.C. Вопросы силового взаимодействия крановых ходовых колес с рельсами: Дис. .канд.техн.наук.- Л., 1969.- 224 с.

9. Кикин А.И. Исследование величин боковых сил, возникающих между мостовым краном и подкрановыми путями: Дис. .канд.техн.наук.-М., 1947.- 193 с.

10. Асвадуров Д.С., Балашов В.П. Сопротивление движению многоколесных кранов //Труды ин-та ВНИИПТМАШ.- М., 1960.- Вып.2.- с.53-65.

11. Балашов В.П. Раздельный привод в механизмах передвижения мостовых кранов //Труды ин-та ВНИИПТМАШ.- М., 1959.- с.17-25.

12. Балашов В.П. Поперечные силы при движении мостовых крановс центральным приводом механизма передвижения //Сб.науч.тр./ ВНИИПТМАШ.- М., 1957.- № 18.- с.24-59.

13. Балашов В.П. Исследование поперечных сил при движении мостовых кранов: Дис. .канд.техн.наук.- М., 1958.- 193 с.

14. Барштейн М.П. Экспериментальное определение горизонтальных поперечных сил, возникающих при движении мостовых кранов прокатного цеха завода "Азовсталь"//Труды ин-та ЦНИИПС.- М., 1951.с.16-51.

15. Барштейн М.П. Изучение горизонтальных поперечных сил, вызываемых мостовыми кранами и их воздействия на стальной каркас цехов черной металлургии //Труды ин-та ЦНИИПС.- М., 1956.- с.23-41.

16. Хохарин А.Х. Изучение горизонтальных поперечных сил, вызываемых мостовыми кранами на стальной каркас в цехах черной металлургии// Труды ин-та ЦНИИПС.- М., 1955.- с.3-61.

17. Хохарин А.Х. Изучение работы стального каркаса совместнос крановым мостом (Учет работы крана как затяжки) //Труды ин-та ЦНИИПС.- М., 1956.- с.13-41.

18. Хохарин А.Х. 0 боковых воздействиях мостовых кранов на каркас промышленного здания //Промышленное строительство.- 1961.- № 9.-с.38-45.

19. SO. Изосимов И.В. Исследование боковых сил мостовых кранов цехов металлургических заводов: Дис. .канд.техн.наук.- М., 1968.238 с.

20. Кикин А.И., Изосимов И.В. Изучение факторов, влияющих на величины боковых сил мостовых кранов в цехах металлургического завода// Известия ВУЗов "Строительство и архитектура",- 1966.- №12.с.18-25.

21. Исследование силовых воздействий мостовых кранов. Изосимов И.В., Фигаровский A.B., Пичугин С.Ф., Валь В.Н. //Металлические конструкции: Сб.науч.тр.- М., Стройиздат,- 1966.- с.43-61.

22. Фигаровский A.B. Исследование горизонтальных поперечных воздействий мостовых кранов с гибким подвесом груза на конструкции промышленных зданий: Дис. .канд.техн.наук.- М., 1969.- 231 с.

23. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия.- М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1988.- 36 с.

24. Кошутин Б.Н. О коэффициенте перегрузки боковых сил от мостовых кранов //Методика определения нагрузок на здания и сооружения: Сб.науч.тр.- М., Стройиздат, 1963.- с.18-23.

25. Кошутин Б.Н. Статистическое определение коэффициентов перегрузки вертикальных крановых нагрузок //Металлические конструкции:

26. Сб.науч.тр.- М., Стройиздат, 1966.- с.62-69.

27. Пичугин С.Ф. Статистическое исследование горизонтальных и вертикальных силовых воздействий мостовых кранов на конструкции промышленных зданий: Дис. канд.техн.наук.- М., 1968.- 237 с.

28. Пичугин С.Ф. Особенности силовых воздействий мостовых кранов различного назначения //Сб.науч.тр. /МГМИ. Магнитогорск, 1973.-№ 119.- с.38-43.

29. Нищета С.А. Исследование воздействий мостовых кранов на стальные колонны промышленных зданий: Дис. .канд.техн.наук.- М., 1982.234 с.

30. Фигаровский A.B., Дубровенский В.А. К вопросу о взаимодействии колес мостовых кранов с рельсами //Сб.науч.тр. /МИСИ.- М., 1975.-№ 119.- с.46-49.

31. Спирин Г.М. Исследование работы стальных сварных подкрановых балок для кранов тяжелого и весьма тяжелого режимов работы: Дис. . .канд.техн-.наук.- М., 1978.- 159 с.

32. СНиП П-23-81. Стальные конструкции. Нормы проектирования.- М.: Стройиздат, 1982.- 93 с.

33. Брусиловский А.И. Исследование тормозных сил тележки мостового крана: Дис. .канд.техн.наук.- М., 1951.- 220 с.

34. Расчеты крановых механизмов и деталей подъемно-транспортных машин //Вестник машиностроения.- 1965.- № 12.- 68 с.

35. Технические условия на проектирование мостовых электрических кранов.- М.: ВНИИПТМАШ, 1960- 63 с.

36. Ефремов Р.И. Исследование механизмов передвижения заливочных кранов грузоподъемностью 180/50 т. с безребордными колесами // Сб.науч.тр. /ВНИИПТМАШ.- М., 1959.- с.24-38.

37. Балашов В.П. Раздельный привод в механизмах передвижения мостовых кранов //Сб.науч.тр. /ВНИИПТМАШ.- М., 1959.- с.39-47.

38. Глушко М.Ф., Сухомлин М.Н. Износ ходовых колес и дополнительные боковые усилия в мостовых металлургических кранах //Детали машин и подъемно-транспортные машины: Сб.науч.тр.- Киев, 1967 -№ 5.- с.27-35.

39. Утин И.А., Касумов А.И. Устранение заклинивания крановых колес// Машиностроитель.- 1966.- W- 4- с. 17-21.

40. Яшуков В.П. Исследование установившегося движения мостовых кранов, оборудованных механизмом передвижения с центральным приводом: Дис. .канд.техн.наук.- Челябинск, 1975.- 187 с.

41. ГОСТ 7131-64. Краны мостовые. Технические требования.- М.: Издательство стандартов, 1965,- 12 с.

42. ГОСТ 13377-75. Надежность в технике. Термины и определения.- М.: Издательство стандартов, 1976.- 18 с.

43. Повышение, долговечности металлических конструкций промышленных зданий /А.И.Кикин, А.А.Васильев, Б.Н.Кошутин и др.; Под ред. А.И.Кикина.- 2-е изд., переработ, и доп.- М.: Стройиздат, 1984.301 с.

44. Carter F. Proceedings the Rogat Society of London1. S. ft., V121. 1328.

45. Глушко Ш.Ф., Сухомлин M.H. Снижение износа ходовых колес металлургических мостовых кранов //Сб.науч.тр. /ВНИИПТМАШ.- №., 1970.-с .13-17.

46. Андриевский С.М. Боковой износ рельсов на кривых //Труды ВНИИШТ.-М., 1961.- Вып. № 207.- с.33-39.

47. Минов Д.К. Механическая часть электрического подвижного состава.-М.: Госэнергоиздат, 1959.- 46 с.

48. Глаголев Н.И. Сопротивление перекатыванию цилиндрических тел // Прикладная математика и механика.- М., 1946.- № 5-.с.17-23.

49. Ишлинский А.Ю. О проскальзывании в области контакта при трении качения //Известия АН СССР.- М., 1956.- W- 6- с.18-24.

50. Медель В.Б. Виляние локомотивов //Труды МЭМИИЖТ.- М., Трансжелдориздат, 1948.- Вып. 55.- с.31-37.

51. Меншутин Н.М. Исследование скольжения колесной пары электровозов при реализации силы тяги в эксплуатационных условиях //Труды ЦНИИМПС.- М., I960.- Вып. 188.- с.27-31.

52. Панский В.М. О реализации сил тяги у локомотивов и физических явлений при движении локомотивов и вагонов по рельсам.:тез.док.- Л.: Изд.ЛИИЖТ, 1956.- с.15-16.оз. Rocard У. La stabilité de Route des Lokomotiues Paris. 1336.

53. Жуковский H.E. О скольжении ремня на шкивах //Полное собр. сочинений.- М., 193?.- т.VIII 138 с.

54. Патрикеев А.Б. О величинах боковых давлений ходовых колес напольных завалочных машин // Вестник машиностроения.- 1965.- № 12.-с.23-27.

55. Вентцель Е.С. Теория вероятностей.- М.: Наука, 1969.- 287 с.

56. Балашов В.П., Меклер А.Г., Николаевский С.Н. Механизмы передвижения мостовых кранов с раздельным (бестрансмиссионным) приводом //Сб.науч.тр. /ВНИИПТМАШ.- М., 1957.- № 18 с.37-44.

57. Нищета С.А. Ширина колеи подкрановых путей и действительная работа стальных конструкций мартеновских цехов //Сб.науч.тр.-Магнитогорск, МГМИ, 1973.- Вып. 119 с.33-38.

58. Фигаровский А.В. Исследование боковых сил четырехколесных кранов с гибким подвесом груза //Науч.труды МИСИ.- М., 1970.- Вып. 85.-с.7-13.