Строительные машины находятся под воздействием: нагрузок от собственной массы; нагрузок, возникающих при работе машины; сил инерции; ветровой нагрузки; нагрузки от атмосферных осадков.
Нагрузки от собственной массы учитывают при определении прочности элементов конструкции машины. При этом необходимо принимать во внимание собственную массу ее сборочных единиц и деталей. Естественно, наибольшее влияние нагрузок от собственной массы испытывают опорные сборочные единицы машины. Масса эксцентрично расположенных частей — стрел, рукоятей, консолей — может существенно увеличивать опрокидывающий момент, действующий на машину.
Нагрузки, возникающие при работе машины, зависят от вида выполняемой машиной работы. Такими нагрузками являются сопротивление грунта копанию у экскаваторов, сопротивление, возникающее при перемещении грунта отвалом бульдозера; масса поднимаемого
Груза грузоподъемной машиной, ковшом экскаватора или погрузчика и т. д.
Инерционные нагрузки возникают при изменении скоростей или направления перемещения частей машины, машины в целом с грузом или без него.
Вертикальная инерционная сила Ри в возникает в момент разгона при подъеме или в момент торможения при опускании рабочего органа с грузом. Горизонтальная инерционная сила Ри.гор возникает при разгоне или торможении машины в процессе ее перемещения. Место приложения силы — центр тяжести машины.
Центробежные горизонтальные силы инерции возникают при вращении поворотной части (поворотной платформы) машины. Касательные горизонтальные силы инерции возникают при разгоне и торможении поворотной части машины:
где t — время разгона или торможения, с.
Ветровые нагрузки у строительных машин с большой наветренной поверхностью (башенные, козловые краны и др.) могут быть настолько значительными, что иногда вызывают аварии — скатывание машины по рельсовым путям и опрокидывание. Ветровые нагрузки необходимо учитывать при расчете устойчивости, а также при расчете на прочность металлоконструкций и деталей механизмов передвижения, вращения поворотной части машины, а также при расчете потребной мощности двигателей.
Общее давление ветра на машину определяется па формуле
где Fn — наветренная площадь машины и груза, м2; рв — расчетное удельное давление ветра, Па.
Наветренной площадью конструкции F„ со сплошными стенками является площадь, определяемая внешним контуром, а для решетчатых конструкций — внешним контуром за вычетом просветов между отдельными стержнями конструкции.
При приближенных расчетах наветренную площадь решетчатых конструкций Fn определяют как площадь, ограниченную контуром, умноженную на коэффициент заполнения, принимаемый от 0,25 до 0,5.
Когда конструкция имеет несколько плоскостей, расположенных одна за другой, и расстояние между ними составляет более двойной высоты плоскости, то наветренная площадь принимается как сумма площадей всех плоскостей. Если расстояние между разными плоскостями больше, чем высота первой плоскости, но меньше двойной ее высоты, то наветренная площадь принимается равной площади первой плоскости и 50% площади последующей плоскости.
Расчетное удельное давление ветра на 1 м2 поверхности машины (крана) определяется в соответствии с ГОСТ 1451 — 65 по формуле
где (о — скоростной напор; n — поправочный коэффициент, учитывающий возрастание скоростного напора в зависимости от высоты над поверхностью земли; с — аэродинамический коэффициент, учитывающий условия обтекания конструкции или ее элементов воздушным потоком; р — коэффициент, учитывающий динамическое воздействие, вызываемое пульсациями скоростного напора ветра.
Скоростной напор ветра q0 на 1 м2 поверхности зависит от скорости воздуха при ветре разной интенсивности:
|
Скорость воздуха, м/с . |
21 |
24 |
27 |
30 |
33 |
37 |
40 |
|
Скоростной напор, Па |
280 |
360 |
450 |
560 |
700 |
850 |
100 |
Поправочный коэффициент n, учитывающий возрастание скоростного напора в зависимости от высоты над поверхностью земли, составляет:
|
Высота над уровнем земли, м |
До 10 |
10-20 |
20-30 |
30-40 |
40-50 |
50-60 |
60-70 |
|
Коэффициент n |
1 |
1,32 |
1,5 |
1,7 |
1,8 |
1,9 |
2 |
Значения с для различных пространственных конструкций и профилей следует принимать по приложению 1 к ГОСТ 1451 — 65. Коэффициент (J для строительных башенных кранов принимается в зависимости от высоты башни до шарнира стрелы he и от периода свободных колебаний крана Т.
Все строительные машины, находящиеся под открытым небом, должны быть устойчивы при ветре любой интенсивности. Однако выполнять работу при большой метровой нагрузке могут не все машины, например свободно стоящие башенные краны не могут работать при сильном ветре из-за того, что сумма моментов от ветровой и полезной нагрузки при совпадении может оказаться чрезмерно большой.
Скоростной напор qo для расчета устойчивости при нерабочем состоянии принимается до 1000 Па для 6-го и 7-го ветровых районов территории СССР и 700 Па для 1 — 5-го районов СССР. (ГОСТ 1451 — 65).
При расчете механизмов ветровая нагрузка принимается равной 60% полной ветровой нагрузки.