CC BY
19
УДК 630*377.1: 621.869.7 П.Ф. Войтко
Войтко Петр Филиппович родился в 1945 г., окончил в 1968 г. Марийский политехнический институт, кандидат технических наук, доцент кафедры транспорта леса Марийского государственного технического университета, заслуженный деятель науки Республики Марий Эл. Имеет 79 печатных работ в области водного транспорта лесоматериалов и совершенствования лесоперевалочных процессов на рейдах приплава.
РАСЧЕТ НАГРУЗКИ НА БАШЕННЫЙ КРАН ОТ ДЕЙСТВИЯ ПЕРЕДВИЖНОГО ТОРЦЕВЫРАВНИВАТЕЛЯ
Определены дополнительные нагрузки на лесопогрузчики башенного типа КБ-572, КБ-578 от действия передвижных торцевыравнивателей ТПК-10, ЛВ-169.
башенный кран, торцевыравниватель, пакет лесоматериалов, усилия в тягах крепления, тензометрические испытания.
Институт ВКНИИВОЛТ совместно с Пермским машиностроительным заводом «Коммунар», институтами ВНИИстройдормаш и МарГТУ разработали торцевыравниватели ТПК-10, ЛВ-169 к башенным и портальным кранам, которые составляют около 40 % грузоподъемного оборудования в лесопромышленном комплексе России. Торцевыравниватель круглых лесоматериалов ТПК-10 [1] представляет самостоятельный агрегат, прикрепленный тремя тягами к порталу лесопогрузчика КБ-572 (рис. 1)
Рис. 1. Система башенный кран (1) и передвижной торцевыравниватель (2) на Кировской ЛПБ
Рис. 2. Расчетная схема сил, действующих на торцевыравниватель
и перемещающийся за ним по одному из рельсов подкранового пути с помощью четырех механизмов передвижения крана. Размещение торцевырав-нивателя на одном из рельсов подкранового пути обеспечивает погрузку лесоматериалов башенным краном с обеих сторон пути при минимальных затратах времени на цикл за счет перестановки торцевыравнивателя с одного рельса на другой. При передвижении крана с торцевыравнивателем на его портал воздействует дополнительная нагрузка от торцевыравнивателя (рис. 2).
Исходные данные для расчета: масса торцевыравнивателя тт = 12 т; масса пакета круглых лесоматериалов тп = 10 т; масса балласта на портале тб = 55 т; масса крана тк = 122 т; расстояние между опорами торцевыравнивателя й = 6 ... 9 м; коэффициент перегрузки собственного веса торцевыравнивателя пт =1,0; коэффициент перегрузки крана (режим работы средний) пп = 1,25; динамический коэффициент пд = 1,1; двигатели механизма передвижения крана МТ Ш-6, развивающие максимальный момент Мдв = = 85,35 Нм; для механизма передвижения: число двигателей п = 4, передаточное число /п = 46,7, коэффициент полезного действия г|м = 0,8, радиус ходового колеса г0 = 0,25 м; длина верхних тяг крепления торцевыравнивателя к порталу I = 3,84 м; высота торцевыравнивателя Ь = 33 м; эксцентриситет его люльки а\ = 0,425 м; межцентровое расстояние крепления тяг к торцевыравнивателю 2с = 1,85 м.
Нагрузки на башенный кран от действия торцевыравнивателя определяли методом предельных состояний в соответствии с РД22-166-86 [2]. По существующей технологии лесоперевалочных работ загрузка торцевырав-нивателя производится без сброса пачки круглых лесоматериалов в его люльку. Поэтому в расчетах принимаем минимальный динамический коэффициент [2], учитывающий случайные удары лесных грузов о торцевырав-
ниватель. Нагрузки рассчитывали для трех неблагоприятных случаев прикладывания пакета лесоматериалов: 1) к краю люльки при расстоянии между опорами торцевыравнивателя d = 9 м; 2) то же при d = 6 м; 3) в центре тяжести торцевыравнивателя при d = 9 м.
При передвижении башенного крана с торцевыравнивателем действуют следующие нагрузки: инерционные Q, вертикальные Р, сопротивления движению W. Суммарная масса перемещаемых механизмов составит
т0 = тк + тт + тп = 122 + 12 + 10 = 144 т.
Максимальное ускорение
а = лМдв1пцы/(г0т0) = 4 • 85,35 • 46,7 • 0,8/(0,25 • 144000) = 0,354 м/с2.
Инерционная сила, приложенная к торцевыравнивателю в центре его
масс,
0Т = тТа = 12 • 0,354 = 4,248 кН. Инерционная сила, приложенная к пакету круглых лесоматериалов в торцевыравнивателе,
Оп = тиа = 10 • 0,354 = 3,54 кН. Определим из условия равновесия усилия S1 и S2 в тягах и крепления торцевыравнивателя к порталу крана от действия инерционных нагрузок Q:
= (1) Oa + R1d + S1I-j-n-S2I-j-n = 0; (2)
1.1. ^ I ■ I ■
S^n-S2^n+^+R2J> = 0- (3) Rx +R2-5,1у + 5,2у = 0, (4)
где lx, ly, lz - проекции тяг длиной 1 на оси координат x, y, z, м;
Ri, R2 - горизонтальные реакции в опорах торцевыравнивателя, кН; Si, S2 - усилия в тягах, кН (растягивающее усилие считается положительным).
Преобразуя уравнения (3) и (4), находим
Sc lz / l - S2C lz / l + Sb ly /1 - S2b ly /1 = 0. (5)
Из уравнения (5) имеем S1 = S2. Из уравнения (1) определим усилия в тягах крепления торцевыравнивателя к порталу крана:
S1 = S2 = Ql/(2lx). (6)
Подставив (5), (6) в (2) и (4), получим горизонтальные R и вертикальные V опорные реакции торцевыравнивателя:
R1 = - Qa/d; R2 = - R1 = Qa/d;
V1 = 0; V2 = - 2 S1 lz/l = - Ql-Jl.
На торцевыравниватель действуют суммарные инерционные силы: Q = Qx + Qn = 4,248 +3,540 = 7,788 кН.
Вычислим усилия в тягах и опорные реакции Я и V торцевыравни-вателя от действия инерционных нагрузок для трех расчетных случаев.
1. Если ё = 9 м, I = 3,84 м, 1Х = 2,62 м, 4 = 2,74 м, ат = 0,425 м, ап = =1,925 м, то
й =^2 = (Оп + От)Щк) = (3,54 + 4,248) • 3,84/(2 • 2,62) = 5,71кН;
Я2 = -Ях = (Опап + Отат)/ё = (3,54 • 1,925 + 4,248 • 0,425)/9 = 0,958 кН; Уг = ~ (Оп + От) Ц1Х = - (3,54 + 4,248) • 2,47/2,62 = - 8,145 кН.
2. Если ё = 6 м, ат = 0,425 м, ап = 1,925 м, то
51 = 52 = 5,71кН; VI = 0; V2 = - 8,145 кН; /?2 = - = (Опап + Отат)/ё = (3,54 • 1,925 + 4,248 • 0,425)/6 = 1,437 кН.
3. Если ё = 9 м, ат = 0,425 м, ап = 1,925 м, то
51 = 52 = 5,71кН; V! = 0; V2 = - 8,145 кН;
/?2 = - = (Опап + Отат)/ё = (3,54 • 1,925 + 4,248 • 0,425)/9 = 0,958 кН. Для определения усилий в тягах 5 крепления торцевыравнивателя к порталу крана от действия вертикальных нагрузок Р составим два уравнения равновесия:
£>¿ + 5, — 6-5, — 6 + 5, ^с-5, ^с = 0; (7) 1 / " / 1 / " /
5Д + 52 ^ = 0 . (8)
1 / 2 /
Решая совместно (7) и (8), находим
52 =Ра/ \ <,, Ъ+1г с^; Ъ = У2 = Р/2.
Значение вертикальной нагрузки от веса пакета круглых лесоматериалов с учетом коэффициентов пп и пд равно
=щ g1.i /а =10-9,81-1,25-1,1 = 134,887 кН.
Определим усилия в тягах 5 и вертикальные опорные реакции V торцевыравнивателя для трех расчетных случаев.
1. Если ат = 0,425 м, ап = 1,925 м, I = 3,84 м, 1у = 0,61 м, 4 = 2,74 м, с = 0,925 м, Ь = 3,3 м, то
=(117,72-0,425 + 134,887-1,925)/
2
(0,61 • 3,3 + 2,74 • 0,925)
3,84
= - 130,84 кН.
& = - Si, Vi=-V2= + £f /2 = (117,75 + 134,887)/2 = 126,32 кН.
2. Расчетные усилия в тягах S1 и S2 и вертикальные опорные реакции V1 и V2 такие же, как в расчетном случае 1.
3. Если ап = 0,425 м, l = 3,84 м, 1у = 0,61 м, lz = 2,74 м, b = 3,3 м, с = 0,925 м, то
Sl = - fe + £f а, /1 <v b + L (117,72 + 134,89) • 0,425 :
— (0,61 • 3,3 + 2,74 • 0,925) = - 45,357 кН; 3,84
S2 = - Si; Vi = V2 = 126,32 кН.
Определим силы сопротивления W движению торцевыравнивателя, которые возникают вследствие трения качения ходовых колес и трения реборд ходовых колес о головку рельса подкранового пути:
W=KpWT = KpV2yi/Dx = 2,5(2 • 126,32 + 8,145) -2 • 0,05/50 = 1,3 кН,
где Kp - коэффициент, учитывающий трение реборд о головку рельса, Кр=\,2 ... 2,5; ' (.1 - плечо трения качения, (.1 = 0,05 см;
Dx - диаметр ходового колеса, Dx = 50 см; V - суммарная вертикальная опорная реакция, кН.
Вследствие малости силы сопротивления движению торцевыравнивателя в дальнейших расчетах ее можно не учитывать. Значения расчетных усилий в тягах крепления торцевыравнивателя ТПК-10 к порталу крана КБ-572 приведены в табл. 1.
Для проверки соответствия действующих нагрузок на башенный кран расчетным в условиях эксплуатации на лесопромышленных предприятиях проводили производственные тензометрические испытания лесопогрузчика КБ-572 и торцевыравнивателя ТПК-10 на Кировской ЛПБ согласно РТМ 2201-70-93 [4]. Результаты проверки [1] подтвердили правильность
Таблица 1
Расчетные усилия, кН, для случаев
Показатели 1 2 3
Si S2 S1 S2 S1 S2
Нагрузка:
инерционная 5,71 5,51 5,71 5,71 5,71 5,71
вертикальная -130,84 130,84 -130,84 130,84 -45,357 45,357
Направление инер-
ционных нагрузок:
к крану -125,13 136,55 -125,13 136,55 -39,647 51,067
от крана -136,55 125,13 -136,55 125,13 -51,067 39,647
Таблица 2
Показатели Эксперимент, кН Расчет, кН Ошибка, %
51 52 53 51 52 »1 §2
Статические испытания
Влияние собственной массы
торцевыравнивателя на кран 9,947 -1,364 0,343 21,190 21,190 53 87
Опускание груза в торцевырав-
ниватель 27,193 -11,203 3,591 36,297 36,297 25 69
Подъем груза из торцевыравни-
вателя 19,905 -3,571 -1,069 21,190 21,190 6 83
Опускание груза на край торце-
выравнивателя 48,098 -30,009 10,644 121,644 121,644 66 75
Удар груза о торцевыравнива-
тель 41,791 -30,843 5,337 121,644 121,644 66 74
Динамические испытания
Передвижение крана, если стре-
ла расположена перпендику-
лярно подкрановым путям:
тянули 66,345 -51,179 -24,888 121,644 121,644 45 58
толкали 23,220 -27,301 -14,215 121,644 121,644 59 41
То же параллельно:
тянули 89,565 -7,848 -10,664 121,644 121,644 56 53
толкали -23,220 -13,656 -21,337 121,644 121,644 24 93
Аварийная ситуация наезда на
башмак (толкали) -66,345 -34,119 -10,664 121,644 121,644 45 72
выполненных расчетов (табл. 2). Статические испытания крана и торцевыравни-вателя в рабочем состоянии показали, что усилия, передаваемые тягами торце-выравнивателя без груза на кран, составляют: 51 = 9,947 кН; 52 = - 1,364 кН; 53 = 0,343 кН. Более нагруженным является процесс опускания груза в торцевы-равниватель (расчетный случай 3): 51 = 27,193 кН, 52 = - 11,2 кН, 53 = - 3,59 кН. Наиболее нагруженным расчетным случаем при статических испытаниях являлся второй, когда пакет круглых лесоматериалов опускался на удаленный край торцевыравнивателя: 51 = 48,098 кН; 52 = 30,009 кН; 53 = =10,643 кН.
Во всех расчетных случаях максимальное усилие в третьей тяге, расположенной на высоте 0,7 м от рельса, не превышало 22 % 51. Это позволило принять расчетную схему (рис. 2) крепления торцевыравнивателя к порталу крана с двумя верхними тягами 51 и 52.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. В.В. Мишин, П.Ф. Войтко. Экспериментальное определение нагрузок, передаваемых торцевателем ТПК-10 на кран КБ-572 // Сб.тр. / ЦНИИлесосплава, 1980. - С. 59-61.
2. РД 22-166-86. Краны башенные строительные. Нормы расчета. - М.: СКТБ «Стройдормаш», 1986. - 61 с.
3. Расчеты крановых механизмов и их деталей. -3-е изд., перераб. и доп. -М.: Машиностроение, 1971. - 495 с.
4. РТМ 2201-70-93. Краны башенные строительные. Нагрузки. Методы испытаний. - М.: ВНИИстройдормаш, 1993. - 29 с.
P.F. Voitko
Calculation of Load on Tower Crane Resulting from Mobile Trimmer Operation
The additional loads on log loaders of tower type KB-572, KB-578 received from the operation of mobile trimmers TPK-10, LV-169 are calculated.
