Требования к устойчивости кранов по ГОСТ 36033-2018
ГОСТ 36033-2018 «Краны. Требования к устойчивости. Общие принципы» — базовый стандарт проверки устойчивости кранов против опрокидывания. Стандарт устанавливает основные требования к устойчивости кранов всех типов, принципы расчёта, комбинации нагрузок и критерии оценки устойчивости. Соответствует ISO 12210-1:2005 (MOD), применим к верификации проектирования мостовых, козловых, башенных, мобильных и портальных кранов.
ГОСТ 36033-2018 — это стандарт общих принципов требований к устойчивости кранов, определяющий методику расчёта и условия проверки устойчивости против опрокидывания для всех типов кранов. Устойчивость крана — ключевой показатель безопасности всей конструкции, напрямую определяющий способность крана противостоять опрокидыванию в номинальных условиях и в нерабочем состоянии.
Основные принципы расчёта устойчивости
ГОСТ 36033-2018 устанавливает основной принцип расчёта устойчивости крана: при действии всех нагрузок кран находится в балансе между опрокидывающим моментом (Mопр) и стабилизирующим моментом (Mстаб). Критерий безопасности устойчивости: отношение стабилизирующего момента к опрокидывающему (коэффициент устойчивости K) должно быть не менее установленного коэффициента запаса прочности. Формула коэффициента устойчивости: K = Mстаб / Mопр ≥ Kmin (где Kmin — минимальный коэффициент устойчивости, принимается 1,25–1,5 в зависимости от условий эксплуатации). Стабилизирующий момент создаётся собственным весом крана (включая противовес и балласт) относительно ребра опрокидывания; опрокидывающий момент создаётся грузоподъёмностью, ветровой нагрузкой, инерционной нагрузкой и нагрузкой от уклона относительно ребра опрокидывания. При расчёте следует принимать наиболее опасное состояние опрокидывания крана — наиболее неблагоприятную комбинацию нагрузок и наиболее неблагоприятное направление опрокидывания. Стандарт разделяет опрокидывание крана на два типа: полное опрокидывание (поворот всего крана вокруг ребра опрокидывания) и локальная потеря устойчивости (например, отрыв одного аутригера, потеря устойчивости башни и т.д.). Для мостовых и козловых кранов проверяется устойчивость против опрокидывания в направлении передвижения моста (вдоль рельса) и поперечная устойчивость (перпендикулярно рельсу).
Условия эксплуатации и комбинации нагрузок
Стандарт устанавливает следующие расчётные случаи проверки устойчивости: Случай 1 — рабочее состояние без ветра (нормальные условия работы): действующие нагрузки включают собственный вес, номинальную грузоподъёмность и инерционную нагрузку (вертикальная сила инерции от пуска/торможения механизма подъёма, горизонтальная сила инерции от пуска/торможения механизма передвижения). Минимальный коэффициент устойчивости Kmin = 1,5. Случай 2 — рабочее состояние с ветром (нормальная работа при ветре): действующие нагрузки включают собственный вес, номинальную грузоподъёмность, инерционную нагрузку и ветровую нагрузку (рабочее ветровое давление 250 Па соответствует ветру 7 баллов, скорость 20 м/с). Минимальный коэффициент устойчивости Kmin = 1,33. Случай 3 — нерабочее состояние с ветром (стоянка при максимальной ветровой нагрузке): действующие нагрузки включают собственный вес и ветровую нагрузку нерабочего состояния (для внутренних районов — давление 800 Па, скорость ветра 36 м/с; для прибрежных районов — давление 1500 Па, скорость ветра 50 м/с). Минимальный коэффициент устойчивости Kmin = 1,25. Случай 4 — состояние монтажа/демонтажа: действующие нагрузки определяются схемой монтажа, минимальный коэффициент устойчивости Kmin = 1,25. Стандарт также устанавливает: для кранов, транспортирующих расплавленный металл, коэффициент устойчивости во всех случаях должен быть увеличен на 10% (умножение на коэффициент 1,1).
Определение ребра опрокидывания
Стандарт подробно устанавливает методы определения ребра опрокидывания для кранов различных типов: Мостовой кран — ребро опрокидывания — линия контакта ходового колеса мостового крана с рельсом. Для четырёхопорного мостового крана (четыре колеса) ребро опрокидывания — ось колёс приподнимаемой стороны (линия, соединяющая переднее и заднее колёса одной стороны). Поскольку мостовой кран ограничен рельсами в заводском здании, полное опрокидывание в обычных условиях невозможно — однако исследования показывают, что при экстремальной ветровой нагрузке (например, смещение рельса при обрушении здания) или при землетрясении опрокидывание всё же возможно, поэтому производитель должен предоставлять пользователю данные об устойчивости к ветровым нагрузкам. Козловой кран — ребро опрокидывания в направлении передвижения моста — линия соединения ходовых колёс одной стороны портала; поперечное ребро опрокидывания — линия соединения ограждения галереи главной балки с аутригером (точка опрокидывания — нижняя поперечная балка или основание аутригера). Для козловых кранов наружной установки ветровая нагрузка создаёт две проблемы безопасности: опрокидывание и сдвиг — опрокидывание контролируется коэффициентом устойчивости, сдвиг — рельсовым зажимом или анкерным устройством. Башенный кран — ребро опрокидывания — линия соединения края бетонного фундамента или основания аутригеров с основанием башни. Устойчивость башенного крана — ключевой показатель безопасности конструкции, поскольку башенный кран имеет высокий центр тяжести и большую площадь парусности, что делает его наиболее подверженным опрокидыванию типом крана. Келуде Тяжёлая Промышленность строго соблюдает требования ГОСТ 36033 при проверке устойчивости в проектировании мостовых и козловых кранов.
Меры по обеспечению устойчивости против опрокидывания
Рекомендуемые стандартом меры повышения устойчивости крана: Увеличение собственного веса — добавление противовеса в нижней части крана или в месте расположения противовеса для повышения стабилизирующего момента. Для башенного крана правильный подбор массы и расположения балласта — основной способ обеспечения устойчивости. Уменьшение площади парусности — оптимизация внешней формы крана (обтекаемая или решётчатая конструкция) для снижения ветровой нагрузки. Увеличение расстояния между аутригерами — для мобильного крана увеличение поперечного и продольного пролёта аутригеров значительно повышает поперечный коэффициент устойчивости (увеличение пролёта аутригеров на 10% повышает коэффициент устойчивости примерно на 15%). Установка устройств защиты от опрокидывания — установка защитных крюков (устройств против схода с рельса) с обеих сторон рельсового крана, чтобы даже при экстремальной ветровой нагрузке ходовые колёса не сходили с рельса. Усиление фундамента — размеры и глубина фундамента башенного крана должны рассчитываться по несущей способности основания, чтобы фундамент сам не опрокидывался под действием опрокидывающего момента. Меры предосторожности при ежедневной эксплуатации — строго запрещается работа с перегрузкой; избегать резких пусков и экстренного торможения (инерционная нагрузка увеличивает опрокидывающий момент); после завершения работы развернуть стрелу по направлению ветра и открыть тормоз поворота (позволить стреле свободно вращаться по ветру для снижения ветровой нагрузки); при штормовом предупреждении заблаговременно принять меры анкеровки.
| условия эксплуатации | Kmin | включенныеНагрузка | цель проверочного расчёта |
|---|---|---|---|
| работа без ветра | 1.5 | Собственный вес+номинальный+инерция | безопасность при нормальной работе |
| работа при ветре | 1.33 | Собственный вес+номинальный+инерция+ветровая нагрузка | работа при ветреусловия эксплуатациибезопасность при нормальной работе |
| нерабочее состояние | 1.25 | Собственный вес+экстремальныйветровая нагрузка | устойчивость к максимальному ветру |
| монтаж и демонтаж | 1.25 | Собственный вес+монтажНагрузка | безопасность при монтаже |
Часто задаваемые вопросы
В: Каковы основные принципы проверки устойчивости крана?
О: Основной принцип устойчивости крана — баланс моментов: стабилизирующий момент (создаваемый собственным весом крана) должен превышать опрокидывающий момент (возникающий от подвешенного груза и ветровой нагрузки). Коэффициент устойчивости K = стабилизирующий момент ÷ опрокидывающий момент. Согласно требованиям стандартов, в рабочем состоянии K ≥ 1,15, в нерабочем состоянии K ≥ 1,25 (расчёт по максимальной ветровой нагрузке для данного региона). Для мобильных кранов дополнительно учитываются условия опирания на аутригеры и несущая способность грунта. Проверка устойчивости выполняется по наиболее неблагоприятной комбинации нагрузок: максимальная грузоподъёмность + максимальный вылет + рабочая ветровая нагрузка.
В: Какие факторы влияют на устойчивость крана против опрокидывания?
О: Основные факторы: 1) собственный вес и положение центра тяжести крана — чем больше вес и ниже центр тяжести, тем выше устойчивость; 2) грузоподъёмность и вылет — с их увеличением растёт опрокидывающий момент; 3) ветровая нагрузка — ветровое давление пропорционально квадрату скорости ветра, при сильном ветре его доля может составлять 30–50% опрокидывающего момента; 4) уклон рельсового пути — продольный и поперечный уклоны уменьшают эффективный стабилизирующий момент; 5) несущая способность основания — просадка или деформация грунта вызывают наклон крана. Стандарты требуют обязательного учёта всех перечисленных факторов при расчёте устойчивости.
В: Какие особые требования предъявляются к устойчивости башенных кранов?
О: Башенные краны из-за высоко расположенного центра тяжести и большой парусности имеют более строгие требования к устойчивости: 1) балласт и противовес должны устанавливаться строго по Руководству по эксплуатации — недостаточный балласт является основной причиной опрокидывания; 2) в нерабочем состоянии стрела крана должна иметь возможность свободного вращения (по направлению ветра) для снижения ветровой нагрузки; 3) для рельсовых башенных кранов фундамент рельсового пути должен обеспечивать требуемую несущую способность, уклон укладки подкладок под кран и рельсов — не более 1/1000; 4) для приставных башенных кранов расстояние между ярусами анкерных устройств и несущая способность точек крепления должны соответствовать требованиям к проектированию. Келуде Тяжёлая Промышленность поставляет полный расчётный отчёт по устойчивости при заводской отгрузке каждого крана.
В: Каковы предупредительные сигналы недостаточной устойчивости крана?
О: К предупредительным сигналам относятся: 1) аномальный наклон всей машины — после остановки необходимо проверить горизонтальность основания и рельсового пути; 2) отрыв ходовых колёс (или аутригеров) от опорной поверхности — прямой признак критической потери устойчивости; 3) частое срабатывание ограничителя грузового момента — означает, что условия эксплуатации приблизились к пределу устойчивости или превысили его; 4) заметное усиление раскачивания всей машины при сильном ветре — следует немедленно развернуть стрелу по направлению ветра для снижения нагрузки; 5) явная просадка или трещины в фундаменте рельсового пути — необходимо немедленно прекратить работу и укрепить основание.
