Анализ сил, действующих на рельсы крана, имеет важное значение для безопасной эксплуатации мостового крана. Нагрузки передаются от крюка к мосту, колесам, рельсам и системе крепления.
Мостовые краны подвергаются вертикальным, продольным и поперечным нагрузкам, изменяющимся в зависимости от подъема, перемещения, ветра и температуры. В динамических условиях рельсы подвергаются ударам и вибрации из-за изменений нагрузки, ускорения при трогании и остановке, а также неровностей поверхности.
В данном руководстве рассматриваются 7 критических нагрузок при анализе сил, действующих на рельсы крана, и требования к системам крепления для каждой из них.
1. Вертикальная нагрузка на колесо: основа анализа сил, действующих на рельсы крана.
Вертикальные нагрузки включают вес мостика крана U, вес тележки G0 и номинальную грузоподъемность Q. Они действуют непосредственно на ходовые колеса и рельсы.
Если точный вес тележки неизвестен на ранних этапах проектирования, его можно оценить по характеристическим кривым крана: G0 = (25 + Q) / 5. Для формального проектирования всегда используйте фактический вес тележки, указанный производителем.
Большие колесные нагрузки создают значительный опрокидывающий момент на рельсе. По мере того, как рельс изгибается, подобно волне, под проезжающим краном, обычные жесткие цельностальные зажимы ослабевают.
Инженерное решение: носовая часть из вулканизированной резины действует как мощная пружина, поддерживая динамическое усилие зажима вниз и поглощая вертикальные удары.
2. Трение качения: фактор анализа постоянных сил, действующих на рельсы крана.
Сопротивление качению возникает из-за локальной деформации в месте контакта колеса и рельса. Для контакта стали со сталью коэффициент трения качения f обычно составляет от 0,02 до 0,04.
Продольное трение качения: F_R = (0,02–0,04)(U + G0 + Q).
Инженерное решение: рельсовые зажимы должны уравновешивать продольные нагрузки, не фиксируя рельс полностью. Полная фиксация предотвращает термическое расширение и приводит к деформации рельса.
3. Ветроустойчивость: переменная анализа сил, действующих на рельсы наружного крана.
Для кранов, работающих на открытом воздухе, таких как портовые краны STS (судно-береговые), ветровая нагрузка является критическим фактором. Формула выглядит следующим образом: F_W = C_W × q_W × A_W.
C_W — коэффициент ветровой нагрузки, до 1,6 для ферменных конструкций. q_W — ветровое давление, а A_W — общая площадь наветренной стороны.
Инженерное решение: сильные ветровые нагрузки передаются через рельс на зажимы. Высокая боковая устойчивость предотвращает боковое проскальзывание рельса во время штормов.
Ветровая нагрузка представляет собой значительную боковую нагрузку, действующую на рельсы крана. На следующем графике, полученном методом конечных элементов, показано распределение коэффициента ветрового сопротивления по всей конструкции причального крана для расчета ветровой нагрузки.
4. Инерционные силы: компонент динамического анализа сил, действующих на рельсы крана.
В течение циклов запуска-остановки масса крана создает инерционную силу: F_a = (U + G0 + Q) × a / g, где a — ускорение свободного падения, а g — ускорение свободного падения.
Инженерное решение: система крепления должна выдерживать многократные динамические нагрузки без постепенного ослабления, что является распространенным видом отказа сварных зажимов.
5. Гравитационная составляющая наклона: подробный анализ сил, действующих на рельсы крана.
Если балка крана имеет продольный наклон θ1, то нагрузка от колеса создает составляющую вдоль рельса: F_G = Pmax × sinθ1.
Разница высот между двумя балками создает боковой наклон θ2: F_G = Pmax × sinθ2. Это приводит к сильному боковому давлению на рельс.
Инженерное решение: точное выравнивание направляющих и адекватная боковая регулировка зажимов снижают нагрузку, вызванную наклоном.
6. Боковые силы перекоса: наиболее опасный результат анализа сил, действующих на рельсы крана.
Боковые силы являются основной причиной перекоса крана и сильного износа фланцев колес. К ним относятся боковое трение качения, ветер в поперечном направлении, инерционные силы и боковые составляющие силы тяжести.
Боковое трение качения: F_Rx = (0,02–0,04)(G0 + Q). Примечание: это упрощенное значение охватывает тележку и груз; инерция моста оценивается отдельно в полной конструкции.
Для расчета бокового сопротивления ветру используется площадь боковой проекции A_x плюс площадь проекции балки A_l: F_W = C_W × q_W × (A_x + A_l).
Результирующая боковая составляющая: F_X = F_Rx + F_W + F_a + Pmax × sinθ2.
Инженерное решение: обычные чугунные зажимы с зазорами при установке сзади могут сломаться при сильном боковом ударе. Зажимы из горячекованой стали обладают превосходной прочностью на разрыв и практически нулевой пористостью, поэтому они выдерживают сдвиговые нагрузки без растрескивания.
7. Тепловое расширение: упущенный из виду фактор при анализе сил, действующих на рельсы крана.
Стальные рельсы расширяются и сжимаются при изменении температуры. Полностью зафиксированный рельс не может двигаться и деформируется при резких колебаниях температуры.
Инженерное решение: система крепления должна обеспечивать контролируемое термическое расширение, сохраняя при этом боковое и вертикальное ограничение. Регулируемые зажимы для направляющих обеспечивают этот баланс.
Заключение
Анализ сил, воздействующих на рельсы крана, показывает, что рельсы воспринимают сложную комбинацию вертикальных, продольных и поперечных нагрузок. Величина этих нагрузок зависит от грузоподъемности крана, воздействия ветра, ускорения и температурного диапазона.
Инженеры-путепроводчики должны выбрать систему крепления, способную выдерживать разнонаправленные нагрузки. Благодаря сочетанию горячекованой стали и вулканизированного резинового наконечника, рельсовые зажимы ForgeSail представляют собой регулируемое самоблокирующееся решение для тяжелых портовых и промышленных объектов.
Контакт Инженерная команда ForgeSail для анализа усилий на рельсах крана и рекомендаций по креплению, специфичных для конкретного применения.
Ссылки
- GB/T 3811-2008 — Технические условия проектирования кранов (китайский национальный стандарт)
- FEM 1.001 — Правила проектирования подъемных устройств
- ISO 12488-1:2012 — Краны, допуски на колеса, ходовые части и направляющие для кранов.
- Технические руководства поставщиков расходных материалов и крепежных изделий
