ГОСТ 22437.5-2010 — пятая часть серии стандартов по нагрузкам и их комбинациям для кранов. Он устанавливает правила классификации и комбинирования нагрузок с учётом особенностей работы мостовых и козловых кранов. Мостовые и козловые краны — наиболее распространённый тип грузоподъёмного оборудования, поэтому расчёт комбинаций нагрузок для них имеет особое значение. В данной статье представлен систематический анализ основных положений стандарта.

Назначение стандарта и особенности нагрузок мостовых и козловых кранов

ГОСТ 22437.5-2010 регламентирует расчёт нагрузок для мостовых и козловых кранов. Конструктивные особенности этих кранов определяют специфику анализа нагрузок: коробчатая конструкция главной и концевой балок воспринимает преимущественно вертикальные изгибающие нагрузки; движение тележки по рельсу создаёт локальные нагрузки от давления ходовых колёс; при передвижении крана возникают горизонтальные силы инерции и перекосные боковые силы, действующие на концевые балки и рельсы. В отличие от стреловых самоходных и башенных кранов, ветровая нагрузка для мостовых и козловых кранов имеет меньшее значение (при эксплуатации в помещении ветровая нагрузка не учитывается; её расчёт обязателен только для козловых кранов, работающих на открытом воздухе). Кроме того, давление ходовых колёс тележки является важным источником локальных напряжений в главной балке и требует отдельного расчёта.

Классификация нагрузок

Основные нагрузки (P) — собственный вес (всех элементов конструкции и вспомогательных устройств: главных и концевых балок, рамы тележки, кабины оператора, электрического оборудования, проходов и т.д.), грузоподъёмность (номинальная грузоподъёмность + вес спредера + вес подвешенной части стального каната) и силы инерции от собственного веса (горизонтальные силы инерции при пуске и торможении тележки и крана). Коэффициент динамической нагрузки при подъёме φ₂ принимается в диапазоне 1,0–1,6 в зависимости от скорости подъёма и типа привода. Коэффициент удара при движении φ₃ (ударная нагрузка при проезде крана и тележки через рельсовые стыки) принимается в диапазоне 1,0–1,4.

Дополнительные нагрузки (A) — ветровая нагрузка (только для козловых кранов, работающих на открытом воздухе: рабочее состояние — 250 Н/м², штормовой режим — с учётом повторяемости один раз в 50 лет), температурная нагрузка (при длине крана более 80 м или при разнице температур монтажа и эксплуатации более 20 °C следует учитывать напряжения от температурного расширения) и снеговая нагрузка (в регионах с возможным снеговым покровом).

Особые нагрузки (S) — монтажные и демонтажные нагрузки, ударные нагрузки (от буферов), испытательные нагрузки (статическая — 1,25 номинальной нагрузки, динамическая — 1,1 номинальной нагрузки). Энергия удара буферов мостовых и козловых кранов рассчитывается при скорости передвижения крана, составляющей 85–100 % от номинальной, с коэффициентом динамической нагрузки 1,0–1,5.

Комбинации нагрузок и условия работы

Стандарт определяет три основные комбинации нагрузок для мостовых и козловых кранов:

Комбинация A (нормальная работа без ветра) — P, применяется для проверки прочности главных и концевых балок мостовых кранов при работе в помещении без ветровой нагрузки. Коэффициент запаса прочности n≥1,22 (относительно предела текучести n=1,48, относительно предела прочности на растяжение n=2,5). В этой комбинации также проверяются вертикальная статическая и динамическая жёсткость главной балки (прогиб при полной нагрузке не более L/750; при расположении тележки в середине пролёта собственная частота колебаний главной балки ≥2 Гц).

Комбинация B (работа с ветром, на открытом воздухе) — P+A, применяется для проверки прочности козловых кранов в рабочем состоянии с учётом рабочей ветровой нагрузки. Коэффициент запаса прочности n≥1,22.

Комбинация C (шторм, нерабочее состояние) — P+штормовая A, применяется для проверки прочности козловых кранов в нерабочем состоянии (кран перемещён в зону анкеровки, рельсовые зажимы затянуты). Коэффициент запаса прочности n≥1,10.

Для мостовых и козловых кранов наиболее значимой является комбинация A: при полной нагрузке тележки в середине пролёта главная балка испытывает максимальные изгибающие напряжения и прогиб; при полной нагрузке тележки у конца главной балки возникают максимальные касательные напряжения. В этих двух наиболее неблагоприятных положениях проверяются прочность, жёсткость и устойчивость главной балки.

Расчёт давления ходовых колёс тележки

Стандарт особо выделяет методику расчёта нагрузки на колёса тележки: давление ходового колеса тележки P_w = (Q + G_t + G_h)/n, где Q — номинальная грузоподъёмность, G_t — собственный вес тележки, G_h — вес крюковой подвески, n — количество колёс. Распределение нагрузки учитывает положение тележки на рельсе: при смещении тележки к одному концу нагрузка на колёса распределяется неравномерно — давление на ближние колёса возрастает. Локальные сжимающие напряжения в стенке главной балки от давления колёс проверяются отдельно (отношение высоты стенки к её толщине должно удовлетворять требованиям местной устойчивости). Стандарт рекомендует устанавливать продольные рёбра жёсткости в стенке главной балки в зоне рельса для повышения сопротивления локальному давлению.