|
|
Для расчета грузоподъемных машин
на прочность используют два метода — по допускаемым напряжениям и по
предельным состояниям. Наибольшее распространение при расчете элементов
механизмов находит дифференциальный метод определения допускаемых
напряжений, основанный на установлении коэффициента запаса прочности
рассчитываемой детали в зависимости от степени ее ответственности и режима
работы механизма в конкретных условиях использования. При выборе значений
коэффициентов, входящих в суммарный коэффициент запаса прочности, учитывают
необходимость обеспечения безопасности людей, сохранности груза и
оборудования и целостности машин. Части машин, повреждения которых связаны с
падением груза, опрокидыванием крана и другими факторами, рассчитывают с
повышенным значением коэффициента запаса прочности. Кроме того, при
определении коэффициента запаса прочности учитывают специфику работы
механизма грузоподъемной машины в условиях повторно-кратковременного режима с
большим числом циклов в час. Изменение нагрузки и частота ее приложения
приобретают особое значение при расчетах на сопротивление усталости. При
расчете элементов механизмов на прочность необходимо учитывать влияние
ударных нагрузок, появляющихся при резких пусках и остановках, при отрыве
груза от поверхности без предварительного натяжения каната и т. п.
При расчете элементов из пластичных материалов за предельное
напряжение принимают предел текучести, определяемый с учетом размеров детали,
термообработки и характера нагружения; при расчете деталей из хрупких
материалов принимают предел прочности, определяемый с учетом характера
нагружения.
Методы расчета и запасы прочности таких особо
ответственных деталей грузоподъемных машин, как канаты и цепи,
регламентированы Правилами Госгортехнадзора.
В связи с совершенствованием технологических процессов
производства стали и использованием материалов с более высокими механическими
характеристиками, уточнением значений расчетных нагрузок и развитием методов
расчета конструкции представляется возможным снизить значения коэффициентов
запаса прочности. Уточненные расчеты элементов конструкций и
экспериментальные исследования показывают, что в ряде случаев в отдельных
зонах конструкций возникают напряжения, превышающие предел текучести, однако
конструкции продолжают нормально работать. Проведенный анализ метода расчета
по допускаемым напряжениям показывает, что наибольшие напряжения, возникающие
в отдельных волокнах сечения элементов конструкции, не характеризуют ее
несущую способность и не определяют наибольшую нагрузку, которую может
выдержать эта конструкция без разрушения. Поэтому все шире внедряется более
совершенный метод расчета по предельным нагрузкам.
Элементы конструкции должны быть так рассчитаны, чтобы при
эксплуатации не возникали недопустимые или нежелательные разрушения,
чрезмерные прогибы или вибрации. При расчете по методу допускаемых напряжений
коэффициентом запаса учитываются случайные отклонения от предпосылок,
принимаемых при расчете, и его принимают таким, чтобы обеспечивалась
нормальная работа конструкции. Однако по этому коэффициенту трудно правильно
оценить состояние конструкции при одновременном действии нескольких нагрузок,
так как не учитывается специфика воздействия каждой из них. Для этого
необходимо выразить требования к работе конструкции, обеспечивающие
надежность, и установить такие состояния конструкции, когда она перестает
удовлетворять этим требованиям. Эти состояния конструкции называют
предельными, а метод, основанный на анализе этих состояний, —• методом
расчета конструкций по предельным состояниям.
При достижении предельного состояния конструкция
оказывается на пределе возможности дальнейшей эксплуатации, при которой она
еще может продолжать выполнять заданные функции. Если предельное состояние
превышается, то конструкция становится непригодной к дальнейшей эксплуатации.
Метод расчета по предельным состояниям наиболее широко применяют при расчете
строительных конструкций. Использование этого метода, основанного на
статистическом учете условий работы конструкции, позволяет отказаться от
недостаточно обоснованного коэффициента запаса прочности и открывает широкие
возможности устанавливать необходимые размеры и формы сечения
металлоконструкции, исходя из конкретных условий ее эксплуатации.
В течение заданного срока службы в элементе конструкции
могут возникать различные нагрузки. Разрушение элемента может произойти в
результате однократного и многократного приложения нагрузки. При сравнительно
малом числе нагружений достаточна проверка прочности и устойчивости элемента
при действии однократной наибольшей нагрузки, возможной в течение заданного
срока службы. Состояние, при котором однократное приложение нагрузки приводит
к разрушению вследствие потери прочности или устойчивости, является первым
предельным состоянием. Для металлоконструкции крана такое состояние может,
например, наступить при действии ураганного ветра. За начало разрушения при
расчете по первому предельному состоянию принимают превышение предела
текучести в каком-либо одном волокне сечения. Нагрузки при этом расчете
считают статически действующими.
Целью расчета по первому предельному состоянию является
обеспечение несущей способности (неразрушимости, устойчивости формы и
положения) конструкции в возможных неблагоприятных условиях работы в период
эксплуатации кранов, при их транспортировании и монтаже, а также ограничение
чрезмерных пластических деформаций.
Если число нагружений достаточно велико, то необходима
проверка на сопротивление усталости (расчетный случай I). Состояние, при
котором происходит разрушение элементов крана вследствие усталостной потери
прочности, также считается как первое предельное состояние. Для правильно
спроектированных, изготовленных и эксплуатируемых машин, оно наступает к
концу заданного срока службы конструкции или ее части в результате суммарного
действия всех нагружений за этот срок.
Для многих конструкций проверка на прочность и
сопротивление усталости может оказаться недостаточной. Иногда вследствие
наличия больших деформаций, но при сохранении прочности и устойчивости,
конструкция теряет работоспособность, так как появляющиеся деформации или
колебания препятствуют ее нормальной эксплуатации. Это состояние является
вторым предельным состоянием крана. Достижение второго предельного состояния
не исключает дальнейшую эксплуатацию и является фактором, ограничивающим
использование металлоконструкции крана в условиях нормальной эксплуатации.
Целью расчета по второму предельному состоянию является
ограничение деформаций или перемещений из условий обеспечения необходимой
точности работы, устранение неблагоприятных физиологических воздействий на
обслуживающий персонал, обеспечение выполнения рабочих движений в условиях
нормальной эксплуатации кранов. При проверке по второму предельному состоянию
определяют расчетный прогиб и сравнивают его с допускаемым прогибом.
Законы распределения действующих нагрузок (масса груза,
ветровая нагрузка, динамические нагрузки и т. п.) для всех видов
грузоподъемных машин в настоящее время еще не достаточно изучены. Поэтому
конструкции грузоподъемных машин методом предельных состояний можно рассчитать
только после получения практических данных по работе конструкции в реальных
условиях эксплуатации. Наиболее глубоко метод расчета по предельным
состояниям разработан для башенных [4 ] и некоторых типов мостовых [8]
кранов.
|