Устойчивость стрелового крана

Отличительной особенностью стреловых кранов являются подъем и перемещение груза в зоне, выходящей за пределы опорного контура крана. Поэтому их устойчивость в процессе подъема груза обеспечивается только собственный весом. Действующие на кран внешние нагрузки издают относительно одного из краев опорного контура (ребра опрокидывания) опрокидывающий момент, а собственный вес крана — соответственно восстанавливающий момент.

Для разных положений крана значения опрокидывающих и восстанавливающих моментов различны, так как изменяются значения действующих сил и их плечи; изменяется также положение центра тяжести крана относительно опорного контура. Поэтому надежная устойчивость крана должна быть обеспечена для всех его положений при любых возможных комбинациях нагрузок.

К этим нагрузкам относятся: вес поднимаемого груза, динамические воздействия в периоды пуска и торможения механизма подъёма груза, центробежные силы, возникающие при вращении поворотной части крана с грузом, ветровое давление на груз и конструкцию краха.

Степень устойчивости крана в положении его устойчивого равновесия определяется двумя коэффициентами: грузовой устойчивости и собственной устойчивости, численные значения которых определяются правилами устройства и безопасной эксплуатации грузоподъёмных кранов Госгортехнадзора. Первый определяет степень устойчивости крана по отношению к опрокидывающему моменту поднимаемого краном груза, а второй — степень устойчивости неработающего крана от внешних воздействий — ветра и уклона местности.

Коэффициент грузовой устойчивости определяется для следующих двух случаев:

1) на кран, установленный на горизонтальной площадке, действует только опрокидывающий момент от массы груза. Коэффициент устойчивости при этом может быть выражен, как частное от деления алгебраической суммы моментов относительно ребра опрокидывания всех нагрузок от веса, действующих на кран (кроме груза), на момент от груза относительно того же ребра опрокидывания.

2) кран установлен на уклоне в сторону груза (этот уклон принимают для гусеничных кранов 3 градуса; для автомобильных и пневмоколёсных кранов на аутригерах 1,5 гр., без аутригеров 5 гр.; дня железнодорожных кранов на аутригерах 3 гр., без аутригеров 5 гр. На кран и груз в сторону опрокидывания действует ветер интенсивностью 250 МПа (в соответствии с ГОСТ 1451—77 «Краны подъемные. Нагрузка ветровая»).

Учитывая, что груз подвешен на гибкой нити (тросе), точкой приложения силы ветра на груз будет головка стрелы. Эта сила, как и сила разгона или торможения, также приложена к головке стрелы. С увеличением угла уклона местности, на которой кран установлен, уменьшаются плечи моментов сил, удерживающих кран от опрокидывания. Вылет стрелы с грузом сохраняется при этом неизменным, соответствующим поднимаемому грузу независимо от уклона, на которой установлен кран.
Коэффициент собственной устойчивости определяется как отношение суммы моментов всех действующих на кран сил, кроне ветра, к моменту от силы ветра нерабочего состояния крана.

Для предварительных (при проектировании кранов) расчётов удобно пользоваться данными о снижении запаса устойчивости кранов в зависимости от различных факторов:
1) от максимально допустимого уклона местности (для железнодорожных кранов без аутригеров — на 20-25%; автомобильных кранов без аутригеров — на 13-15%, гусеничных кранов — на 3-5%):
2) от просадки грунта и рельсов под крахов или от деформации пневматических шин (для железнодорожных кранов на 2-3%; для пневмоколесных кранов без аутригеров на 8-10 %; для гусеничных кранов на 3-5%;
3) от инерции разгона или торможения при подъеме и опускании груза — на 8-10%;
4) от вращения груза — на 3-5%;
5) от применения удлинённых стрел — до 10%. В соответствии с требованиями Госгортехнадзора все стреловые краны должны быть оборудованы автоматическими ограничителями грузоподъёмности, срабатывающими при 10%-ном увеличении грузового момента сверхдопустимого и предохраняющими кран от опрокидывания в результате перегрузки. Те же Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов запрещают подъем немаркированных бетонных конструкций массой более 500 кг.