Техническая литература

Несущие конструкции мостовых кранов из профилированных труб

Владимир Николаевич Рассохин, генеральный директор,

Михаил Евгеньевич Агладзе, главный конструктор

ЗАО «Научно-технический производственный центр «ТАЛЕ», г. Котельники Московской области

Исаак Иосифович Абрамович, канд. техн. наук, эксперт по краностроению

МРОО «РОСПТО»

Рассмотрено использование в несущей металлоконструкции козлового крана некруглых профилированных труб прямоугольного или квадратного сечения, позволяющих за счет применения прямых резов в стыковых соединениях выполнить их на стандартном распространенном оборудовании, обеспечить необходимые показатели прочности и существенный экономический эффект.

Ключевые слова: козловой двухконсольный кран, несущая металлоконструкция, профилированные трубы, статическая и усталостная прочность, интенсивность эксплуатации, экономический эффект.

В краностроении сегодня довольно широко используют несущие конструкции, выполненные с применением труб круглого сечения. Так изготавливают козловые и портальные краны ОАО «Балткран» (г. Калининград), мостовые и козловые краны Уфимский краностроительный завод и другие производители.

Трубчатые конструкции, в особенности решетчатые бес- косыночные, обладают минимальной металлоемкостью, устойчивы против местных механических воздействий и коррозии и обладают хорошей аэродинамической обтекаемостью. Однако они требуют фасонной резки труб в местах соединений с применением дорогостоящего специализированного оборудования, что может быть оправдано только при крупносерийном выпуске продукции. В трубчато-балочных кранах примыкание ездового двутавра к несущей трубе осуществляется через промежуточный элемент, что увеличивает металлоемкость и трудоемкость изготовления конструкции.

Этих недостатков лишены конструкции из гнутых труб прямоугольного, в том числе, квадратного сечения. Здесь стыковые соединения имеют прямые резы, выполняемые посредством горизонтально-фрезерных станков и механических пил, которыми оснащены и небольшие предприятия. Одним из них является ЗАО «НТПЦ «ТАЛЕ», специализирующееся на ремонте и изготовлении нестандартных кранов. Оно выступает пионером в создании таких конструкций и заканчивает в настоящее время изготовление на их основе козлового двухконсольного крана грузоподъемностью Юти пролетом 32 м, общий вид которого показан на рисунке. Группа режима крана - А5; скорости: подъема - 0,083 м/с; передвижения крана и тележки - 0,33 м/с. В качестве механизма подъема применена типовая электрическая таль в стационарном исполнении, подвесная тележка перемещается по двутаврам № 24М, приваренным к трубам нижнего пояса моста.

Наибольшее внимание при проектировании и изготовлении несущих конструкций из труб, в том числе из некруглых профилированных труб, должно уделяться выполнению стыковых соединений пересекающихся элементов, например, поясов и раскосов. Здесь необходимо оценивать как статическую прочность, так и сопротивление усталостному разрушению узлов.

 

Общий вид крана с использованием профилированных труб в металлоконструкции.

С 80-х годов прошлого века по настоящее время в ряде стран проведены широкие теоретические и экспериментальные исследования в этом направлении, результаты которых отражены в нормативных документах, в том числе в европейском стандарте [1]. В СССР были известны работы, выполненные, например, в Киевском институте им. Патона [2]. Проведение исследований определялось необходимостью обеспечения надежности оснований морских нефтебуровых установок, для изготовления которых широко использовались несущие трубчатые конструкции. При этом особое внимание уделялось несущей способности стыковых соединений, в зонах которых материал испытывает местный изгиб. Величина изгибных напряжений во многом определяется геометрическими соотношениями размеров стыкуемых элементов.

В стыках обычно не удается обеспечить точную центровку, поэтому между раскосами оставляют интервал 10-25 мм, необходимый для исключения взаимного влияния сварочных швов.

Анализ показал, что для оценки статической прочности соединений, определяемой напряженным состоянием поясов в местах примыкания раскосов, наиболее целесообразно использовать работу [3]. Здесь допускаемое продольное усилие в раскосе i по условиям прочности пояса находится по формуле

Ni*=Fk*fc*fθ*Ai*t0/t1≥Ni                                                                                                                                                                                                                                               (1)

где Fk - показатель несущей способности узла, кН/см2;
fc - корректирующий коэффициент узла примыкания раскоса;
fθ - показатель угла примыкания θ;
t0 - толщина стенки пояса, мм;
t1 - толщина стенки раскоса, мм;
Ai - площадь сечения раскоса, см2;
Ni - действующее продольное усилие в раскосе, кН.

Значение fc = 1,25* β = 0,8875, где β = di/d0 = 100/140 = 0,71; di, d0 - ширина сечения раскоса и пояса. Величины Fk и fθ зависят от выполнения узла. Значение корректирующего коэффициента принимают fc = 1,25β, где β - отношение ширины раскоса к ширине пояса. При поясах с соотношением d0/t0 ≤ 25 и углах примыкания раскосов θ около 45°, величина fθ = 1,0.

Показатель несущей способности Fk зависит как от величины β так и от степени использования несущей способности металла пояса, которая для низколегированных строительных сталей выражается зависимостью

С0 =N0/32,3*А0                                                                                                                                                                                                                                                         (2)

где N0, А0 - соответственно действующее по поясу усилие и его площадь. При обычных соотношениях β = 0,6...0,8 и С0 = 0,6...0,7 значение Fk = 18... 19 кН/см2, уменьшаясь до 17 кН/см2 при С0 = 0,9.

Трубчатые конструкции наиболее эффективны для кранов ограниченной интенсивности использования (группы режима А2-А4), однако могут применяться и для более нагруженных кранов. В зарубежной практике они находят применение для кранов режимных групп до А7 включительно.

Для кранов групп режима А4 и выше следует проводить проверку на сопротивление усталости материала пояса, используя рекомендации европейских норм стандарта [1]. В соответствии с ними для определения величины допустимого размаха действующих напряжений ΔσRd, МПа используется зависимость ΔσRd = Δσc /1,25*S0,33 где Δσc - величина нормативного размаха напряжений для данного вида соединения; S - показатель интенсивности нагруженности элемента, который для групп режима АЗ-А4 и А5-А6 может быть принят равным соответственно 0,063 и 0,25. Под размахом понимается абсолютная величина действующих в данном элементе напряжений от наименьшего до наибольшего.

Для соединений квадратных и прямоугольных труб и равной ширине и толщине труб пояса и раскоса Δσc = 36 МПа; для β = 0,6 Δσc = 32 МПа. При t0/t1 ≥ 2 Δσc равно соответственно 71 и 63 МПа. В обоих случаях величина зазора в соединении не должна превышать значений 0,3d0 и 0,66di.

В мосте указанного выше крана размеры поясных труб составляют 140x5 мм, раскосов вертикальных и горизонтальных решеток - 100x4 мм. Величина зазора принята равной 15 мм. Ограниченная толщина стенок профилей исключила необходимость фасок на их кромках. Резы выполняли с помощью ленточной пилы. Масса моста составила 14 т. Ввиду затруднений с приобретением трубчатых профилей стойки опор сварены из швеллеров № 40, усиленных зашивкой листом, что в данном случае не вполне экономично. Общая масса всего крана - не более 40 т. Несущая способность конструкции подтверждена машинным расчетом, выполненным инженером Ивановым Р. И.

Краны ограниченной интенсивности использования, где, как уже отмечалось, наиболее целесообразно применять трубчатые конструкции, в последнее время пользуются повышенным спросом, особенно с пролетами 32 м и более. Так, ЗАО «НТПЦ «ТАЛЕ» по запросу одной из организаций проработало техническое предложение на кран с металлоконструкцией из профильных труб грузоподъемностью 50 т с пролетом 42 м, масса которого определена в 125-135 т. Применение таких труб дает значительный экономический эффект, несмотря на их несколько большую (на 15-25%) стоимость.

Это иллюстрируется усредненными сопоставительными данными таблицы, относящимися к козловым кранам групп режима АЗ-А5, с пролетами 25-50 м, и высотой подъема 10-11 м, при индивидуальном производстве и выпуске ограниченными сериями. При этом предполагается, что величина ветровой нагрузки практически определяет мощность приводов механизма передвижения.

№ п.п. Козловые краны с металлической конструкцией различных типов Относительные показатели, %
масса трудоемкость изготовления ветровая нагрузка
1 Решетчатой бескосыночной из профильных труб 100 100 100
2 Решетчатой из прокатных профилей 135 120 175
3 Однобалочной с трубчатым мостом* 140 85 100
4 Однобалочной листовой коробчатой* 150 150 175
5 Двухбалочной листовой коробчатой 200 200 250

* При пролетах свыше 32 м требуется поддержка моста тягами.

Литература

1. CEN/TS 13001-3-1. Krane Konstrution allgemein - Teil 3-1: Granzzustande und Sicherheitnachweis von Stahltragwerken, 2004.

2. Гарф Э.Ф. Сопоставление методов оценки сопротивления усталости сварных трубчатых узлов. Техническая диагностика и неразрушающий контроль. 1990, № 1.

3. Krampen J. Bemessung von Fachwerken aus Hohlprofilen (MSH)- leicht gemacht. Stahlbau, 2001, N 3.

4. РД 24.97-98. Оборудование подъемно-транспортное. Общие требования к изготовлению, ремонту и реконструкции металлоконструкций.

В. Н. Рассохин, М.Е. Агладзе: тел. (495) 550-87-40

Бесплатный выезд инженера

Отзывы и благодарности

Отзыв о работе ЗАО "НТПЦ "ТАЛЕ" от ТЭЦ-25

Отзыв о работе ЗАО "НТПЦ "ТАЛЕ" от ТЭЦ-21

Лицензии и свидетельства

Разрешение

Сертификат соответствия