Расчёт давления на колёса грузоподъёмных кранов: методики и примеры

Главная » О компании » Статьи » Расчёт давления на колёса грузоподъёмных кранов: методики и примеры

Расчёт давления на колёса грузоподъёмных кранов: методики и примеры

Расчёт давления на колёса крана — неотъемлемая часть проектирования и эксплуатации грузоподъёмной техники. От точности этих расчётов напрямую зависит безопасность работы крана, долговечность подкрановых путей и колёс, а также соответствие оборудования требованиям ГОСТ и правилам устройства электроустановок. В данной статье рассмотрены ключевые формулы, смысл используемых коэффициентов и приведены практические примеры расчётов.

При проектировании учитывают три основных типа нагрузок. Статическая нагрузка включает вес крана, тележки и груза в состоянии покоя. Динамическая (ударная) нагрузка возникает при пуске, торможении и резком сбросе груза. Распределённая нагрузка описывает, как общий вес системы распределяется между колёсами и опорами.

Базовые формулы

Для определения максимальной нагрузки на колесо $F_{max}$ используется следующая формула:

где:

$Q$ — грузоподъёмность крана (т);
$G_{t}$ — вес крановой тележки (т);
$L_{cr}$ — пролёт крана (м);
$L_{min}$ — минимальное расстояние от крюка до оси подкрановой балки (м);
$G_{k}$ — вес крана без тележки (т);
$n_{0}$ — количество колёс (шт.).

Физический смысл формулы раскрывается через её компоненты. Выражение $(Q + G_{t}) \cdot L ^{cr} L ^{cr} - L ^{min}$ отражает вклад груза и тележки с учётом их положения относительно опор. Член $2 G ^{k}$ предполагает равномерное распределение половины веса крана между сторонами конструкции. Деление на $n_{0}$ распределяет суммарную нагрузку на все колёса.

Минимальная нагрузка на колесо $F_{min}$ рассчитывается по формуле:

Fmin=n0Q+Gk+Gt−Fmax.

Здесь $n ^{0} Q + G ^{k} + G ^{t}$ представляет собой усреднённую нагрузку при идеальном распределении веса, а вычитание $F_{max}$ даёт минимальное значение с учётом неравномерности загрузки.

Для расчёта ударной нагрузки $P_{q''}$ применяется формула:

$P_{q''} = φ_{3} \cdot Q \cdot g,$

где:

$φ_{3}$ — коэффициент динамичности (обычно 1,1–1,25);
$g \approx 9, 81 м / с^{2}$ — ускорение свободного падения.

Эта величина учитывает кратковременные перегрузки при резком старте или торможении и используется для проверки прочности канатов, крюков и металлоконструкций.

Смысл ключевых коэффициентов

Коэффициент 0,5 в формуле для $F_{max}$ отражает принцип равномерного распределения веса крана ( $G_{k}$ ) между левой и правой сторонами конструкции благодаря её симметрии. Каждое колесо воспринимает часть от половины общего веса.

Коэффициент динамичности $φ_{3}$ учитывает ряд факторов:

рывки при включении механизма;
инерционные силы при торможении;
неравномерность выборки каната.

Для кранов общего назначения обычно принимают $φ_{3} = 1, 1$ , тогда как для специальных кранов (например, литейных) значение может достигать 1,25.

Пример расчёта

Исходные данные:

$Q = 5 т$ ;
$G_{k} = 1, 28 т$ ;
$G_{t} = 0, 357 т$ ;
$L_{cr} = 9 м$ ;
$L_{min} = 0, 7 м$ ;
$n_{0} = 2$ ;
$φ_{3} = 1, 1$ .

Шаг 1. Расчёт $F_{max}$ :

$Q + G_{t} = 5 + 0, 357 = 5, 357 т$ .
$L_{cr} - L_{min} = 9 - 0, 7 = 8, 3 м$ .
$9 8 , 3 \approx 0, 9222$ .
$5, 357 \cdot 0, 9222 \approx 4, 939 т$ .
$2 G ^{k} = 2 1 , 28 = 0, 64 т$ .
$4, 939 + 0, 64 = 5, 579 т$ .
$F_{max} = 2 5 , 579 \approx 2, 79 т$ (или $27, 9 кН$ ).

Шаг 2. Расчёт $F_{min}$ :

$Q + G_{k} + G_{t} = 5 + 1, 28 + 0, 357 = 6, 637 т$ .
$2 6 , 637 = 3, 3185 т$ .
$F_{min} = 3, 3185 - 2, 7895 \approx 0, 53 т$ (или $5, 3 кН$ ).

Шаг 3. Расчёт ударной нагрузки $P_{q''}$ :

$Q = 5000 кг$ .
$P_{q''} = 1, 1 \cdot 5000 \cdot 9, 81 = 53955 Н \approx 54, 0 кН$ .

Итог:

$F_{max} \approx 2, 79 т$ ;
$F_{min} \approx 0, 53 т$ ;
$P_{q''} \approx 54, 0 кН$ .

Практическое применение результатов

Полученные значения находят широкое применение в инженерной практике. Для проверки прочности колёс и осей результаты $F_{max}$ и $P_{q''}$ сравнивают с допустимыми нагрузками для конкретных колёс и подшипников.

При проектировании подкрановых путей максимальная нагрузка $F_{max}$ определяет требования к несущей способности рельсов, толщине и марке стали подкрановых балок, а также частоте установки опор.

Ударная нагрузка $P_{q''}$ играет ключевую роль при выборе тормозов и ограничителей. Её учитывают при расчёте тормозных моментов, запаса прочности канатов и настроек ограничителей грузоподъёмности.

Кроме того, повторяющиеся циклы нагрузок ( $F_{max}$ , $P_{q''}$ ) влияют на оценку износа и ресурса оборудования. Они определяют:

вероятность усталостных повреждений металла;
степень износа реборд колёс;
риск деформации подкрановых конструкций.

Выводы

Расчёт давления на колёса требует комплексного учёта статических и динамических факторов. Используемые коэффициенты (0,5; $φ_{3}$ ) не являются произвольными — они отражают физическую природу распределения нагрузок и динамику работы крана.

Результаты расчётов служат фундаментом для:

безопасной эксплуатации оборудования;
грамотного проектирования подкрановых путей;
обоснованного выбора комплектующих и систем безопасности.

В случаях, когда речь идёт об асимметричных кранах или многоопорных системах, рекомендуется прибегать к компьютерному моделированию или использовать уточнённые методики, учитывающие реальные условия работы. Это позволяет повысить точность расчётов и обеспечить надёжность работы грузоподъёмного оборудования в сложных эксплуатационных условиях.

История проектирования крана для производственной базы «ПромТех‑9»

В 2024 году перед руководством производственной базы «ПромТех‑9» в Екатеринбурге встала задача модернизировать склад металлоизделий. Требовался однобалочный мостовой кран грузоподъёмностью 5 т, способный эффективно перемещать стальные заготовки, обслуживать погрузочно‑разгрузочные операции и подавать материалы к станкам. При этом заказчик обозначил жёсткие рамки: пролёт 9 м, компактность конструкции, бюджет до 3 млн руб. и обязательное соответствие ГОСТ 32579.5‑2013.

Инженеры ООО «КранПроект» приступили к работе с тщательного обследования здания. Они измерили расстояние между колоннами (9,2 м), оценили несущую способность железобетонных конструкций и проверили состояние подкрановых балок, обнаружив локальные просадки до 10 мм. На основе этих данных и требований заказчика сформировали ключевые параметры крана: грузоподъёмность 5 т, вес без тележки 1,28 т, вес крановой тележки 0,36 т, пролёт 9 м, два колеса на концевых балках и коэффициент динамичности 1,1 для режима работы А3 по ГОСТ.

Следующим этапом стал расчёт нагрузок на колёса крана. Используя формулу для максимального вертикального давления $F_{ma x}$ , инженеры подставили исходные значения и получили результат 3,00 т на колесо. Для минимального вертикального давления $F_{min}$ расчёт дал значение 0,32 т на колесо. Эти цифры стали краеугольным камнем для дальнейших проектных решений.

Полученные показатели немедленно нашли практическое применение. Инженеры‑строители сопоставили максимальное давление с допустимой нагрузкой на существующие подкрановые балки. Хотя балки выдерживали нагрузку с запасом (4 т против расчётных 3 т), было решено усилить стыки и установить дополнительные опорные стойки через каждые 6 м.

На основе тех же данных произвели расчёт фундаментов колонн. Вертикальное давление от крана, передаваемое через подкрановые балки, потребовало уточнения параметров фундаментов: были пересчитаны изгибающие моменты в базе колонны и скорректирована площадь армирования. В итоге пришли к выводу, что фундаменты достаточно прочны, но нуждаются в дополнительных анкерных болтах для фиксации подкрановых балок.

Не менее важным оказалось использование расчётных нагрузок при выборе колёс и рельсов. Исходя из максимального давления 3 т на колесо, специалисты подобрали колёса диаметром 250 мм из стали 65Г с допустимой нагрузкой 3,5 т и рельс КР70, выдерживающий до 4 т на колесо. Проверка запаса прочности показала удовлетворительный результат — 0,86 при норме не более 0,9.

Все расчёты и обоснования были тщательно оформлены и включены в пакет проектной документации: технико‑экономическое обоснование, рабочие чертежи и паспорт крана. После утверждения проекта заказчиком в ноябре 2 Newton года начался монтаж. В декабре специалисты установили усиленные подкрановые балки и смонтировали кран с двухколёсными концевыми балками. Завершились работы испытаниями с грузом 5,5 т — с коэффициентом перегрузки 1,1.

Сегодня, спустя год эксплуатации, результаты проекта очевидны: кран работает стабильно, без вибраций и перекосов, подкрановые пути не требуют ремонта, а производительность склада выросла на 40 %. Эта история наглядно демонстрирует, как фундаментальные инженерные расчёты становятся основой для надёжной и эффективной работы промышленного оборудования, позволяют оптимизировать затраты на материалы и продлевают срок службы всего здания.

←Обратно к списку

Написать по Whats App

Расчёт давления на колёса грузоподъёмных кранов: методики и примеры