Нагрузки, действующие на ПТМ

На портовые ПТМ действуют нагрузки от сил тяжести, инерционные, ветровые, от снега и обледенения, сейсмические, технологические нагрузки, особые или специальные нагрузки, при движении возникают силы трения, препятствующие ему. Все нагрузки, действующие на ПТМ случайны. Все нагрузки являются распределенными по площади или объему величинами, но для удобства расчетов рассматриваются как сосредоточенные в точках, являющихся центрами приложения. Таким образом, как и любой вектор, сила характеризуется тремя составляющими: направлением, точкой приложения и величиной.

1) Весовые нагрузки (от сил тяжести) являются вертикальными статическими нагрузками и создаются весом груза и весом собственных элементов ПТМ. Они являются рассредоточенными по объему нагрузками. Вес груза может меняться от нуля до веса номинального груза, вес элементов ПТМ остается постоянным.

Направление - вертикально вниз.

Точка приложения – центр тяжести элемента ПТМ.

Величина, вес i-го элемента

,                                                            4)

где  – масса i-го элемента,  м/с – ускорение свободного падения.

2) Ветровые нагрузки являются горизонтальными динамическими (переменными во времени) нагрузками. Они являются рассредоточенными по площади.

Рис. 8 График изменения силы F.

В конструкторской практике такие нагрузки рассматриваются как квазистатические и учитываются с помощью коэффициентов динамичности, определенных расчетным или натурным путем.

,    5)

здесь  – максимальная нагрузка,  – статическая составляющая, – динамическая добавка (Рис. 8).

Сомножитель заключенный в скобки назовем коэффициентом динамичности . Тогда

.                                                     6)

Назначение динамических коэффициентов производится путем аналитических расчетов или обработки статистической информации.

Ветровые нагрузки определяются как сумма статической и динамической составляющих.

Направление – параллельно поверхности основания в сторону совместного действия других нагрузок. На Рис. 9 представлена схема нагрузок, действующих на стрелу. Вес стрелы G пытается опрокинуть стрелу вперед. Таким образом, направление силы ветра, разгружающее стрелу, представляется неправильным.

Рис. 9 Нагрузки, действующие на стрелу.

Наветреной площадью элемента конструкции будем называть проекцию площади элемента на плоскость, перпендикулярную направлению ветрового потока (Рис. 10).

Рис. 10 Наветреная площадь стрелы.

 Для данного случая верна зависимость для нахождения наветреной площади

,                                                       7)

где  – полная площадь стрелы,  – угол наклона стрелы к горизонтали.

Точка приложения – центр наветреной площади элемента. Центр площади – это воображаемая точка на фигуре, вокруг которой равномерно распределена площадь фигуры.

Положение центра тяжести сечения (площади) определяется по известным зависимостям (Рис. 11)

, , 8)

и при переходе к предельным значениям

, ,             9)

здесь  - площадь сечения,  и  - координаты центра тяжести сечения (площади) по оси абсцисс и оси ординат,  – площадь элементарной площадки,  и  – координаты центра элементарной площадки,  – количество элементарных площадок. Для фигур, обладающих двумя осями симметрии, центр площади располагается на пересечении этих осей.

Рис. 11 Поперечное сечение элемента.

Величина, ветровая нагрузка, действующая на i-й элемент

,                                10)

где  - статическая составляющая ветровой нагрузки,  - динамическая составляющая ветровой нагрузки,  - коэффициент динамичности, учитывающий пульсацию ветрового напора.

Статическая составляющая определяется как

,                                               11)

где  - коэффициент аэродинамического сопротивления,  - коэффициент учета изменения давления ветра в зависимости от высоты,  - динамическое давление ветра соответствующего расчетного случая.

Коэффициент аэродинамического сопротивления зависит от формы обтекаемого предмета и определяется экспериментальным путем. Данные по коэффициентам для различных конструкций приведены в [3]. Приближенные значения коэффициента аэродинамической силы с для разных типов конструкций приведены ниже: конструкции из труб - ; коробчатые конструкции с гладкими наружными поверхностями, прямоугольные кабины, противовесы, канаты, груз, понтоны ; балки с выступающими поясами и наружными ребрами, плоские фермы из прямоугольных профилей .

Коэффициент  зависит от расположения рассчитываемых элементов конструкции по высоте. Значения коэффициентов определены по статистическим данным и приведены в Таблица 1.

Таблица 1

Значения коэффициентов учета динамического давления ветра

в зависимости от высоты

Высота над поверхностью земли, м	до 10	до 20	до 40	до 60	до 100	до 200	свыше 200
	1, 00	1, 25	1, 55	1, 75	2, 10	2, 60	3, 10

 

Динамическое давление ветра рабочего состояния на высоте до 10 метров нормировано в зависимости от расчетного случая нагружения (нормальный ветер рабочего состояния  Па, максимальный ветер рабочего состояния  Па для порта), нерабочего состояния от района (зоны), в котором эксплуатируется ПТМ. Карта районирования территории РФ и значения давлений ветра приведены в приложениях к [3].

3) Инерционные нагрузки возникают в периоды неустановившегося движения механизмов, при изменении скорости и направления движения или инерционных параметров (масс или моментов инерции) движущихся элементов.

Во времени работы механизма можно выделить три этапа (Рис. 12, участок 1 соответствует разгону, 2 - установившемуся движению, 3 - торможению).

При криволинейном движении возникает центростремительное ускорение

,                                                           12)

где  – угловая скорость рабочего движения,  – радиус кривизны траектории рабочего движения, и, как следствие, центробежная сила инерции.

Рис. 12 Этапы работы механизма.

 – скорость выполнения рабочего движения,  - время

Направление – в сторону противоположную ускорению.

Точка приложения – центр тяжести элемента ПТМ.

Величина, сила инерции

,                                                         13)

 где  – масса i-го элемента,  – ускорение центра тяжести i-го элемента.

4) Силы трения движения возникают при движении элементов ПТМ и препятствуют ему. Они бывают двух видов трение скольжения и трение качения и имеют разную природу. Трение скольжения возникает в шарнирах машин без подшипников или на подшипниках скольжения, при волочении груза по желобу или тягового органа по направляющим и т.п. Трение качения возникает в опорах валов и осей на подшипниках качения, при качении колес или катков по опорной поверхности и т.п. Трение характеризуется силой трения.

Трение скольжения обусловлено прежде всего шероховатостью, деформацией поверхностей, а также наличием молекулярного сцепления прижатых друг к другу тел (Рис. 13 а). Трение зависит от материала тел, состояния трущихся поверхностей и рода смазки. Трение скольжения сопровождается изнашиванием, т. е. отделением или остаточной деформацией материала, а также нагревом трущихся поверхностей тел (остаточной называется деформация, не исчезающая после прекращения действия внешних сил).

Причины возникновения трения качения иные. В результате действия силы  (сила нормального давления, прижимающая каток к опорной плоскости) произойдет деформация катка и опорной плоскости в месте их соприкосновения, возникнет т.н. пятно контакта (Рис. 13 б). Сила N будет уравновешиваться реакцией  опорной плоскости, эти силы дают нам вращающий момент , препятствующий движению. Величина пятна контакта зависит от характеристик материала соприкасающихся элементов, от силы нормального давления, от размеров катка и вида опорных поверхностей. Трение качения в большинстве случаев меньше трения скольжения, поэтому вместо подшипников скольжения широко применяют шариковые, роликовые или другие подшипники качения.

                         а)                                           б)

Рис. 13 Виды трения.

Направление – в сторону противоположную движению.

Точка приложения – точка соприкосновения трущихся поверхностей.

Величина, сила трения

для трения скольжения

,                                                            14)

где  – коэффициент трения скольжения, значения его определяют опытным путем для разных пар материалов и условий работы,

для трения качения

,                                                         15)

Где  - плечо момента, м, называют коэффициентом трения качения. Коэффициент трения качения определяется опытным путем.

Чтобы привести зависимость 15 к виду зависимости 14, следует воспользоваться приведением на основании равенства работ момента  и силы . Дадим катку виртуальное угловое перемещение , которому соответствует линейное виртуальное перемещение . Тогда работа момента и силы

, а

Отсюда следует

,                                                             16)

где  – диаметр катка.

5) Нагрузки от раскачивания груза на канатах (раскачивания подвешенного элемента) в двух плоскостях возникают из-за горизонтальных сил инерции при передвижении (выдвижении) элемента ПТМ, качании стрелы или повороте. Нагрузки от раскачивания учитываются отдельно, поскольку период затухания их достаточно велик и они продолжают действовать при возникновении новых сил инерции. Таким образом, появляется дополнительная горизонтальная нагрузка  (Рис. 14)

Рис. 14 Схема раскачивания груза на канатах.

,                                                         17)

где  – вес груза с ГЗУ,  – угол отклонения грузовых канатов от вертикали. Значения угла отклонения определяются либо путем моделирования, либо по экспериментальным данным для различных типов машин. Углы отклонения для портальных кранов приведены в [9, 37].

Оставшиеся нагрузки можно сгруппировать следующим образом.

6) Специальные или особые нагрузки.

К ним относятся нагрузки, вызванные особенностями географической зоны установки ПТМ или особенностями технологии ее применения. Примерами таких нагрузок могут служить нагрузки от снега или оледенения при установке в районах крайнего севера, нагрузки от залипания слитков при подъеме их с пола в металлургических цехах. К особым или специальным нагрузкам относятся также транспортные при перевозке.

7) Экстремальные нагрузки

К ним относятся нагрузки, вызванные нарушениями нормальных условий эксплуатации ПТМ, такими, как удары в буферы, наезды на тупиковые упоры, зацепление при подъеме груза, зацепление и срыв груза при опускании, столкновения и наезды и т.п.

8) Чрезвычайные нагрузки

К ним относятся нагрузки, возникающие в чрезвычайных ситуациях, например, сейсмические нагрузки при землетрясениях.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: