Гохберг М.М. - Справочник по кранам. Том 1. Характеристики материалов и нагрузок. Основы расчета кранов, их приводов и металлических конструкций

Справочник по кранам: В 2 т, Т. 1. Характеристики материалов и нагрузок. Основы расчета кранов, их приводов и металлических конструкций/В. И. Брауде, М. М. Гохберг, И. Е. Звягин и др.; Под общ. ред. М. М. Гохберга.— М.: Машиностроение, 1988,— 536 с: ил.

ISBN 5-217-00288-3

В справочнике рассмотрены характеристики материалов, действующие нагрузки, расчеты прочности, жесткости и производительности, o6nuie требования и конструктивное исполнение электрических, гидравлических, пневматических и ручных приводов. Изложены основные положения расчета и конструирова!1ия металлических конструкций мостовых, козловых, портальных, башенных, молотовидных и кабельных кранов, а также стрел, мачт, кабин и подкрановых путей.

Книга рассчитана на инженеров-конструкторов и инженеров-механиков проектных организаций и предприятий.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящий справочник структурно аналогичен широко известному «Справочнику по кранам» под ред. профессора А. И, Дукельского, вышедшему 2-м изданием в 1971 г. (1-й том) и в 1973 г, (2-и том).

За последние годы в области теории краностроения достигнуты крупные успехи, что нашло отражение в настоящем справочнике. Первый том дополнен материалами о нагрузках, о раскачивании груза на пространственных канатных подвесах, в нем нашли отражение также вероятностные методы расчета в краностроении, метод расчета пределов выносливости элементов металлических конструкций, принципы оптимального проектирования крановых металлических конструкций и др.

Ввиду многообразия типов кранов материал справочника в части механизмов и металлических конструкций представлен в обобщенном виде по признаку конструктивных форм, а не кранов. Особое внимание в настоящем томе уделено вопросам, связанным с расчетными нагрузками; расчетам на прочность при максимальных напряжениях и при напряжениях, переменных во времени (на сопротивление усталости), и общим расчетам. Расчет металлических конструкций дан по современному методу предельных состояний, а также и по широко еще используемому методу допускаемых напряжений.

Сведения по приводам крановых механизмов ограничены материалами, необходимыми для инженеров-механиков, занимающихся проектированием и эксплуатацией кранов. При составлении справочника использованы опыт конструкторских бюро краностроительных заводов (в особенности Ленинградского завода ПТО им. С. М. Кирова, специалисты которого являются рецензентами данного справочника), результаты исследовательских работ втузов и институтов (ВНИИПТмаш и ВНИИстройдормаш) и передовой опыт эксплуатации кранов в промышленности и на транспорте.

В конце справочника приведен список общей литературы; в этом случае при ссылках перед номером книги в квадратных скобках помещают индекс «О», например 10.70]. Кроме того, в конце каждой главы помещен список дополнительной литературы, ссылки на которую, как обычно, помещают в квадратных скобках.

М. М. Гохберг

Раздел I

ХАРАКТЕРИСТИКИ  МАТЕРИАЛОВ И НАГРУЗОК.

1 ОСНОВЫ РАСЧЕТОВ КРАНОВ

Глава 1 Характеристики материалов

1.1. Стали для металлических конструкций

Стали, применяемые для изготовления металлоконструкций, должны удовлетворять требованиям государственных стандартов и иметь сертификаты. Углеродистые стали (ГОСТ 380—71*) в зависимости от назначения и гарантируемых характеристик подразделяются на группу А, поставляемую по механическим свойствам, группу Б, поставляемую по химическому составу, и группу В, поставляемую по механическим свойствам и с отдельными требованиями по химическому составу, и могут изготовляться как мартеновским, так и конверторным способом. В обозначении марок сталей буквы Ст означают «сталь», цифры 2, 3, 4 — условный номер марки в зависимости от химического состава и механических свойств. Для обозначения степени раскисления к обозначению марки стали после номера марки добавляют индексы: кп — кипящая, ПС — полуспокойная, сп — спокойная.

Углеродистая сталь для изготовляемых с помощью сварки или привариваемых несущих металлических конструкций должна содержать углерода Fie более 0,22 %, а для привариваемых литых деталей — не более 0,25 %.

В основу обозначения марок низколегированных сталей положен их химический состав. Число, стоящее перед буквенными обозначениями, соответствует среднему содержанию углерода в сотых долях процента. Отдельные компоненты, входящие в состав сталей, имеют следующие обозначения: марганец — Г, кремний — С, хром — X, никель — Н, медь — Д, азот — А, ванадий — Ф, молибден — М, алюминий — Ю, углерод — У. Цифры после букв указывают процентное содержание соответствующего элемента в целых единицах. Если количество какого-либо компонента составляет менее 0,3 %, то такой компонент в обозначение стали не вносится. По сравнению с углеродистыми сталями они имеют более высокие механические характеристики (временное сопротивление и предел текучести), повышенную хладостойкость, лучшую износостойкость, нормальную свариваемость, по большие значения эффективных коэффициентов концентрации напряжений (см. разд. I, гл. 5). Поэтому часто применение низколегированных сталей неэффективно в случае, если определяющим является не прочность от действия наибольших нагрузок, а долговечность от действия переменных нагрузок.

Для правильного выбора марки стали и ее качества (для углеродистых сталей применение спокойной, полуспокойной или кипящей стали) следует учитывать опасность хрупкого разрушения [0.21, 0.57, 2, 3, 5, 6, 13]. Для появления хрупкой трещины определяющими являются обстоятельства, снижающие пластичность, а именно: трехосное напряженное состояние (по этой причине наибольшая толщина проката в сварных элементах из малоуглеродистой стали не должна превышать 50 мм, из низколегированной— 40 мм [9]), низкие температура и ударная нагрузка. Номинальные разрушающие напряжения при этом могут составлять 0,1—0,8 от предела текучести стали [6]. Стали для сварных металлических конструкций кранов должны соответствовать указанным в табл. 1.1.1—1.1.6, где под толщиной проката следует понимать: для листов — толщину листа, для уголков — толщину полки, для труб — толщину стенки трубы, для швеллеров и двутавров — величину t из соответствующих стандартов.

1.2. Легкие сплавы

для металлических конструкций

Из легких сплавов наиболее распространены алюминиевые [0.41, 14]. По сравнению со сталью они обладают следующими положительными свойствами:

1) приблизительно в три раза меньшей, чем у стали, плотностью;

 2) высокой коррозионной стойкостью, не требующей в обычных условиях покраски конструкций;

3) повышенной надежностью алюминиевых конструкций при работе в условиях низких температур; 4) хорошей пластичностью и обрабатываемостью, позволяющей получать прессованием поперечные сечения профилей практически любой формы.

К недостаткам этих сплавов следует отнести следующие:

1) относительно большую стоимость основного металла и сварки, требующей применения инертных газов; 2) почти в три раза меньшее значение модуля продольной упругости, что влияет на увеличение упругих деформаций и уменьшает критические напряжения при расчетах устойчивости стержней и балок; 3) возможность местной коррозии при контакте со сталью, что требует специальных изолирующих покрытий и прокладок в местах соединений разнородных материалов; 4) почти в два раза большее значение коэффициента линейного расширения, приводящее к большим температурным деформациям при сварке; 5) низкие значения предела выносливости для  основного металла.

Основные марки алюминиевых сплавов, рекомендуемых для сварных крановых металлических конструкций, приведены в табл. 1.1.8.

Применение для крановых конструкций алюминиевых сплавов является одним из наиболее эффективных путей снижения их массы. Отечественные алюминиевые сплавы непрерывно совершенствуются и в дальнейшем можно ожидать повышения их механических свойств. В связи с резким возрастанием в ближайшее время объема производства" алюминиевых сплавов последует снижение их стоимости.

К настоящему времени из алюминиевых сплавов известны случаи изготовления стрел и блоков на концах стрел. Применение алюминия в этих кранах позволяет или увеличить вылет стрелы при данной грузоподъемности, или, не изменяя вылет, увеличить грузоподъемность, или, сохраняя вылет и грузоподъемность, существенно снизить массу крана как за счет уменьшения массы стрелы, так и за счет уменьшения массы противовеса. В мостовых кранах применение алюминиевых сплавов позволяет уменьшить нагрузку на крановые пути и фундаменты или, сохраняя давление на колеса у кранового моста алюминиевой конструкции то же, что и у стального моста, — повысить грузоподъемность крана. Последнее имеет особо важное значение в тех случаях, когда при расширении производства в существующем здании надо поставить кран большей грузоподъемности.

1.3. Металлы для деталей крановых механизмов

Для изготовления деталей крановых механизмов используют углеродистые стали обыкновенного качества (ГОСТ 380—71*) и качественные (ГОСТ 1050—74**), а также легированные (ГОСТ 4543—71*) и специальные стали. Указанные стали применяют в виде проката, поковок (ГОСТ 8479—70*) или отливок (ГОСТ 977—75*). Как правило, прокат поставляется в исходном, т. е. после горячей прокатки, или отожженном состоянии, а поковки и отливки применяют после нормализации и отпуска или закалки и отпуска.

При изготовлении детали может быть проведена иная термическая обработка, которая соответственно даст другие механические характеристики металла. В табл. 1.1.9 приведены механические характеристики некоторых наиболее часто применяемых марок сталей после различных видов термической обработки. Используя эти данные, надо учитывать, что сталь прокаливается только на ограниченную глубину, которая определяется по графикам прокаливаемости, приведенным в ГОСТах на эти материалы.