Устойчивость крана: факторы и способы установки

В этой статье:

Понятие устойчивости крана

На свободно стоящий кран постоянно воздействуют силы, которые могут его опрокинуть. Устойчивостью называют его способность противодействовать им, сохраняя устойчивое положение. На кран действует несколько сил: сила тяжести груза, тяжесть самого крана, давление ветра, инерция, вызываемая перемещением и остановкой крана и груза.

Устойчивость обеспечивается балансом опрокидывающих и восстанавливающих сил. Первыми называют влияния, которые могут нарушить его устойчивость и перевернуть, а вторыми – силы, действующие в противоположном направлении.

Понятие устойчивости крана

Любая сила, выходящая за пределы контура опоры, является опрокидывающей, а находящаяся внутри него – восстанавливающей. Груз во всех случаях оказывает воздействие первого типа, а вес крана – второго. Ветер, инерция относятся к любой из сил в зависимости от условий. Рельсы, по которым перемещается платформа крана, бывают восстанавливающей и опрокидывающей, в зависимости от того, в каком направлении создан уклон, в сторону груза или в противоположном.

На устойчивость крана влияет не только чистая величина воздействующей силы, но и плечо, то есть расстояние от точки приложения силы до опоры. Произведение опрокидывающей силы на длину плеча называется опрокидывающим моментом, а умножение восстанавливающей на длину плеча дает восстанавливающий момент. Кран сохраняет устойчивость, когда последний имеет большую величину, чем опрокидывающий момент относительно грани опрокидывания.

При проектировании и испытаниях крана на устойчивость моделируются наиболее сложные условия. При этом всегда предполагается, что кран наклонен в сторону подвеса груза, а силы инерции и давления ветра действуют как опрокидывающие.

Понятие устойчивости крана

Коэффициенты и факторы устойчивости крана

Показатель устойчивости крана зависит от двух коэффициентов. Первый из них – коэффициент грузовой устойчивости – характеризует отношение устойчивости к опрокидывающему воздействию поднимаемого груза. Второй – это отношение устойчивости к опрокидывающему моменту самого крана под воздействием инерции, ветра, наклона поверхности.

Коэффициент грузовой устойчивости (КГУ) рассчитывается для следующих условий:

• Когда кран помещен на ровную горизонтальную площадку, и на него оказывается только опрокидывающее воздействие груза, КГУ рассчитывается делением алгебраической суммы моментов относительно ребра опрокидывания всех действующих на кран нагрузок на момент от груза в сравнении с тем же ребром опрокидывания.
• Кран помещен на наклонную поверхность и наклонен в сторону груза. При этом для каждого типа подъёмных устройств этот показатель отличается. Для гусеничных кранов он составляет 3 градуса, для пневмоколесных и автомобильных подъёмников – 1,5 градуса (с аутригерами) или 5 градусов (без аутригеров). При этом на кран воздействует давление ветра силой 250 Мпа.

Поскольку груз закрепляется на стреле крана при помощи гибкого подвеса, сила, оказываемая ветром, оказывается приложенной к головке стрелы. По мере увеличения угла наклона поверхности, на которой установлена машина, снижается действие компенсирующих сил при одновременном возрастании опрокидывающего момента. Вылет стрелы не меняется и соответствует массе груза, независимо от угла наклона.

Для примерного вычисления используются сведения о степени влияния различных факторов на уменьшение устойчивости крана:

• На 20–25 % от предельного наклона поверхности (для железнодорожных подъёмников без аутригеров), на 13–15 % от того же показателя при использовании автокранов без аутригеров, для гусеничных – на 3–5 %.
• При просадке почвы, рельсов, деформации пневмошин: 2–3 % для железнодорожных кранов, 8-10 % – для колёсных без аутригеров, на 3–5 % – для гусеничных.
• При действии инерции, вызванной остановкой груза после опускания/подъема – 8–10 %.
• При повороте платформы с грузом – на 3–5 %
• Грузовая устойчивость стрелового крана при использовании удлинённой стрелы уменьшается на 10 %. Согласно нормативам Гостехнадзора, каждая машина подобного типа должна быть оснащена автоматическим ограничителем, который срабатывает в случае, когда предельно допустимый опрокидывающий момент превышен более чем на 10 %. Аналогичным образом, при выполнении работ не допускается подъем немаркированных бетонных грузов, вес которых более 0,5 тонны.

Коэффициенты и факторы устойчивости крана

Формулы расчета устойчивости крана

Любой стреловой кран должен быть испытан предварительно на устойчивость. К данному типу подъёмников относятся портальные, башенные, самоходные, автомобильные, железнодорожные и иные виды такой спецтехники.

Кран при неправильном расчёте устойчивости может опрокинуться во время эксплуатации как под действием массы поднимаемых конструкций, так и силы ветра, обоих факторов в совокупности. Также падение иногда вызвано чрезмерным углом наклона поверхности. Это может случиться относительно ребра опрокидывания, которое вычисляется следующим способом:

• Для подъёмников автомобильных, пневмоколесных, гусеничных – по ГОСТ 9692–71.
• Для кранов башенных и портальных — ось рельса.
• Для кранов железнодорожных — внутренняя грань рельса.

Расчёт устойчивости стреловых кранов, кроме башенных, выполняется по Правилам по кранам. Для машин башенного типа используются формулы, приведенные в ГОСТ 1394–68. Для козловых кранов и мостовых перегружателей применяется расчёт на устойчивость в параллельной и поперечной подкрановому пути плоскости.

Формулы расчета устойчивости крана

Причины опрокидывания крана

Кран может опрокинуться во время работы по самым разным причинам. Чаще всего это происходит под воздействием следующих факторов:

• Некачественная конструкция оборудования.
• Ошибки при монтаже и использовании машины.
• Низкая квалификация, ошибки крановщика.
• Ненадлежащее состояние или оснащение крановой башни, крепления либо платформы.
• Нарушение технических нормативов, регламентирующих порядок эксплуатации машины.
• Неверная загрузка и распределение нагрузки.
• Повреждение обеспечительного оборудования как по объективным причинам, так и вследствие эксплуатационных ошибок.

Чтобы закрепить кран и избежать риска опрокидывания, можно использовать такие способы:

• Крепление к платформе. Для этого используются специальные стойки и приспособления.
• Блокировка колес: исключает перемещение крана во время работы, раскачивание груза.
• Балансировка. Ноша распределяется на кране так, чтобы действие опрокидывающего момента было минимальным.
• Применение вспомогательного оборудования вроде стабилизаторов и анкерных точек для повышения безопасности.

Выбор площадки и установка крана

При определении поверхности для установки машины необходимо выбирать площадку, максимально отвечающую требованиям безопасности. Повышают устойчивость крана такие меры:

• Размещение машины на твердом участке почвы, на котором исключено проседание.
• Выбор поверхности без уклона.
• Освобождение зоны проведения работ от линий электропередач, деревьев, высоких кустарников.
• При работе во влажном климате, при дожде установка крана должна производиться исключительно на твердом асфальтовом покрытии.

На мягком грунте рекомендуется подложить под аутригеры специальные упоры, позволяющие увеличить площадь опоры. При этом категорически запрещается использовать фанеру, доски, иные материалы, которые при больших нагрузках могут треснуть и разрушиться.

Предпочтение надо отдавать конструкциям фабричного производства, которые соответствуют обязательным техническим нормативам. До начала работ оператор должен проверить условия эксплуатации и убедиться, что не имеется никаких факторов, создающих опасность опрокидывания груза при его подъёме и перемещении. В противном случае может произойти авария, которая приведёт не только к повреждению и уничтожению имущества, но и чревата гибелью людей.

Выбор площадки и установка крана

Укажем условия, при которых не допускается установка крана и подъем грузов:

• недостаточная видимость;
• выпадение снега;
• туман;
• сильный ветер;
• выпадение обильных осадков;
• гроза;
• падение температуры ниже допустимого предела.

При недостаточной твердости грунта или малой площади опоры аутригеров кран может просесть, что приведет к изменению соотношения между опрокидывающим и восстанавливающим моментами и вызовет падение спецтехники. При плохой видимости можно задеть окружающие предметы, деревья, ЛЭП стрелой либо грузом, что также чревато аварией.

При постановке крана на аутригеры необходимо соблюдать ряд правил:

• Они должны быть раскрыты полностью, чтобы обеспечить максимальную площадь опоры.
• Придерживаются следующего порядка: сначала раскрываются задние аутригеры, а уже после этого – передние.
• В верхней части аутригеров не могут оставаться зазоры, в противном случае кран может начать раскачиваться при работе.
• Положение платформы должно быть строго горизонтальным.
• Оператор во время выполнения работ обязан постоянно контролировать состояние крана по датчикам и своевременно реагировать на возникающие опасности опрокидывания.

Часто задаваемые вопросы об устойчивости крана

• Как рассчитывается допустимый крен?

При расчёте устойчивости крана-манипулятора исходят из того, что во время работы машина будет расположена с определенным максимально допустимым уклоном. Для стреловых кранов он составляет 3 градуса, для портальных – 1 градус. Угол наклона железнодорожных машин вычисляется по ГОСТ. Данная величина всегда указывается производителем соответствующего устройства в техническом паспорте изделия.

• Какие меры следует предпринять для повышения устойчивости крана?

При проведении погрузочно-разгрузочных работ с использованием стреловой спецтехники можно выделить ряд условий, которые повышают риск опрокидывания. Это горизонтальное положение максимально выдвинутой стрелы, перемещение крана под уклон, также когда в сторону уклона дует ветер, остановка груза происходит в один момент с торможением платформы крана.

Соответственно, уменьшают опасность опрокидывания следующие условия: максимальный подъем стрелы крана, груз обращен к уклону, противовес действует в противоположном направлении, в этом же направлении дует ветер, торможение платформы и остановка груза выполняются в разные моменты времени.

• Зависит ли устойчивость этой спецтехники от положения стрелы?

Как при продольном, так и при поперечном расположении стрелы крана относительно пути перемещения платформа не должна опрокидываться. В большинстве случаев колея оказывается меньше базы, поэтому для расчёта устойчивости машины используется именно ситуация, когда стрела расположена перпендикулярно колее.

Устойчивость крана – это один из основных параметров, которыми необходимо уделять внимание при монтаже подъёмного устройства и выполнении погрузочно-разгрузочных работ. Несоблюдение ограничений, установленные производителем, и технических нормативов может легко привести к серьёзной аварии.