УДК 621.876

ИССЛЕДОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ СТРОИТЕЛЬНЫХ МОБИЛЬНЫХ ПОДЪЁМНИКОВ

Асанова Александра Сергеевна
Пермский национальный исследовательский политехнический университет
студентка кафедры «Строительное производство и геотехника»

Аннотация
В статье дан обзор существующего стандарта для вычисления и подтверждения устойчивости мобильных подъёмников с рабочими платформами (МПРП). Рассмотрены варианты расчётных схем с наиболее неблагоприятными условиями действия нагрузок на примере самоходного МПРП с телескопической стрелой. Рассматривается план мероприятий по динамическим и статическим испытаниям для данного примера.

Ключевые слова: безопасность, динамические испытания, коэффициент устойчивости, мобильные подъёмники с рабочими платформами, номинальная нагрузка, опрокидывающий момент, расчёт устойчивости, статические испытания


INVESTIGATION OF THE STABILITY OF BUILDING MOBILE ELEVATING

Asanova Alexandra Sergeevna
Perm National Research Polytechnic University
Student of the department «Construction Operations and Geotechnics»

Abstract
The article reviews existing standards for calculating stability of mobile elevating work platforms. Versions of design schemas by the example of self-propelled mobile elevating work platforms has been considered.

Keywords: calculation of stability, dynamic tests, mobile elevating work platforms, nominal load, overturning moment, safety, stability coefficient, static tests


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Асанова А.С. Исследование устойчивости строительных мобильных подъёмников // Современные научные исследования и инновации. 2016. № 9 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2016/09/72008 (дата обращения: 23.11.2016).

В настоящее время мобильные подъёмники с рабочими платформами становятся популярными среди строительных и обслуживающих компаний. Их компактность и мобильность позволяют обеспечить доступность персонала к выполнению работ на требуемой высоте в пределах рабочей зоны. 
Всё чаще используются подъемники, которые дают возможность машинисту управлять дистанционно, что значительно сокращает время и повышает эффективность функционирования. Сочетание этих пара­метров увеличивает риск возникновения неустойчи­вости техники или её опрокидывание.
Для того чтобы предотвратить возникновение опасных ситуаций, необходимо проводить испытания уже изготовленных машин, в основе которых лежат расчёты устойчивости.
Актуальность данной проблемы, а кроме того единство проведения расчётов и испытаний повлекли за собой установление стандартных требований. В Российской Федерации таким стандартом является ГОСТ Р 53037-2013, введённый в действие с 1 сентября 2014 г. [1].
Согласно этому стандарту при проведении расчёта устойчивости таких подъёмников должны учитываться следующие нагрузки и силы: 
- силы, вызванные номинальной нагрузкой и собственной массой элементов конструкции;
- ветровые нагрузки;
- силы, создаваемые при воздействие вручную;
- нагрузки и силы, возникающие в особых условиях эксплуатации.
В нормативном документе представлено много вариантов расчётных схем с различными направлениями и комбинациями нагрузок. Представленный набор не является исчерпывающим, поэтому выбор их количества определяет проектировщик в зависимости от конкретной разрабатываемой конструкции.
Рассмотрим два варианта на примере самоходного подъёмника с телескопической стрелой с максимальной опрокидывающей нагрузкой (рис.1,2). Предполагается, что подъёмник установлен на максимально допустимом уклоне ц плюс 0,5°. Рёбра опро­кидывания принимаются согласно данным работы [2]. Для сплошных или запол­ненных пенистой резиной автошин колёс­ного движителя машины рёбра опрокиды­вания можно принимать проходящими на 1/4 ширины пятна контакта шины колеса с опорной поверхностью, считая от наружной границы этого пятна.

Рисунок 1. Схемы расчёта устойчивости мо­бильного подъёмника с телескопиче­ской стрелой при перемещении: 1 – линия опрокидывания.

Критерием устойчивости подъёмника является превышение расчётного восста­навливающего момента  по сравнению с расчётным опрокидывающим  для каждого положения подъёмного оборудования с коэффициентом устойчивости, равным не менее 1,15:

 (1)

В данном варианте опрокидывающий момент находится по следующей формуле:

 (2)

где  – момент, создаваемый весом элементов подъёмника, расположенных справа от оси опрокидывания;
 – момент, создаваемый номинальной нагрузкой;
 - момент от ветровой нагрузки;
 – момент от силы, создаваемой вручную.
Формула для расчёта номинальной нагрузки m:

 (3)

где n– допустимое число людей на рабочей платформе;
 – масса взрослого человека (равна 80 кг), рассма­тривается как нагрузка, сконцентрированная в точке на расстоянии 0,1 м по горизон­тали от края платформы (в случае если на платформе находится несколько человек, то массу каждого следует учитывать с шагом 0,5 м);
 – масса инструментов и материалов (40 кг и более), рассматривается как нагрузка, одинаково распределённая на 25% площади пола платформы (если при таком распределении нагрузка превышает 3 кН/м2, то массу me допускается распре­делять по большей площади так, чтобы нагрузка не превышала это значение). 
Значение момента, создаваемого номинальной нагрузкой:

 (4)

где  – ускорение свободного падения, м/с;
 , – плечи действия силы от номинальной нагрузки;
0,1 – коэффициент, указывающий на действие динамической нагрузки при повороте поворотной части подъёмника (за направление действия силы принимается направления движения МПРП). 
Аналогично (4) находится момент, создаваемый весом элементов, расположенных справа от вертикальной оси опрокидывания подъёмника:

 (5)

где  - масса элементов подъёмника;
 - плечи действия сил;
При расчёте ветровой нагрузки W подразумевается, что на подъёмник действует удельная ветровая нагрузка равная 100 Н/м2. Силы, возникающие из-за воздействия ветра, действуют по горизонтали и приложены к центру площади поверхностей. Для поверхностей следует учитывать коэффициент, зависящий от формы [1].
Формула для нахождения максимальной ветровой нагрузки: 

 , (6)

где  - площадь наветренной поверхности;
 - расстояние от центров тяжести площадей поверхности, до плоскости опорного контура;
1,1 – динамический коэффициент. 
Следует заметить, что площадь поверхности одного человека принимается равной 0,7м2, что соответ­ствует ширине 0,4 м и высоте 1,75 м, а центр площади должен находиться на высоте 1 м над уровнем пола рабочей платформы. Если человек находится за экранирующим его элементом рабочей платформы высотой 1,1 м (нормативная высота перил ограждения), то площадь, подверженная ветру, принимается равной 0,35 м2, а её центр должен распола­гаться на высоте 1,45 м над уровнем рабочей платформы.
Ветровая нагрузка, приходящаяся на инструмент и материалы, принимается равной 3% от соответствующей силы тяжести и считается направленной горизонтально на высоте 0,5 м от пола плат­формы.
Момент от силы, создаваемой вручную:

 , (7) 

где  - сила, создаваемые при воздействии вручную, принимаются равными 200 Н (для подъёмников, предназначенных для одного человека) и 400 Н (более одного);
 - расстояние от действия силы до плоскости опорного контура (в расчётах принимается, что силы приложены на высоте 1,1 м от уровня пола рабочей платформы);
1,1 – динамический коэффициент.
Рассмотрим силы, создающие восстанавливающий момент:

, (8)

где  -момент, создаваемый весом элементов подъёмника, расположенных слева от оси опрокидывания.

 , (9)

где  - масса элементов подъёмника;
 - плечо действия силы тяжести.
В дополнение к указанным нагрузкам для подъёмников, эксплуатирующихся в особых условиях, например, при использо­вании грузоподъёмных лебёдок или пере­мещении в рабочей платформе предметов большой площади, должны быть учтены силы, возникающие в особых условиях эксплу­атации. Они могут быть учтены путём внесения соответствующих поправок к значениям номинальной нагрузки m, силы тяжести элементов подъёмника S, ветровой нагрузки W и (или) сил, создаваемых при воздействии вручную Fm
При необходимости вычисления устойчивости МПРП при движении подъёмника в целом (рис.2) , следует вместо коэффициента 0,1 принимать коэффициент z, который учитывает действие ускорения при движении и опре­деляется по формуле:

, (10)

где v - максимальная скорость движения подъёмника, м/с.

Рисунок 2. Схемы расчёта устойчивости мо­бильного подъёмника с телескопиче­ской стрелой при перемещении: 1 - линия опрокидывания.

В расчётах необходимо принимать во внимание следующие факторы: допу­стимые неточности при изготовлении деталей и узлов; зазоры в соединении элементов подъ­ёмного оборудования; упругие деформации; повреждение шин; эксплуатационную характеристику систем и приборов безопас­ности. Но определённые способы учёта этих факторов в стандарте отсутствуют. Следует полагаться на квалификацию и практический опыт конструктора-разработчика, а также другую нормативно-техническую докумен­тацию. 
Результаты расчёта мобильного подъём­ника должны подтверждаться в ходе прове­дения испытаний. Испытания на устойчивость должны состоять из статических и динамических этапов. 
Статические испытания мобильных подъёмников заключаются в подтверждении устойчивости испытуемой машины под действием статических нагрузок и прово­дятся в следующей последовательности:
- подъёмник должен быть установлен на поверх­ности с уклоном, равным макси­мально допустимому плюс 0,5;
- рабочая платформа подъёмника загружа­ется испытательным грузом, на 50% превы­шающим номинальную нагрузку, причём 10% дополнительного груза располагается в рабочей платформе, а 40% – подвешивается к ней на гибком стальном канате на высоте 100-200 мм от уровня опорной поверхности;
Испытательные нагрузки Fs должны быть приложены так, чтобы создавались наиболее неблагоприятные сочетания нагрузок. Подъёмник выдерживается под действием испытательной нагрузки в течение 10 мин.
Результаты испытания считаются положительными, если МПРП не опрокинулся под действием испытательной нагрузки, а также если не было обнаружено следов оста­точной деформации его металлоконструкций.
Динамические испытания прово­дятся для подъёмников, имеющих возмож­ность передвигаться с поднятой стрелой, и состоят из испытаний на бордюрном камне и тормозных. При этом в рабочей плат­форме должна быть размещена номинальная нагрузка, равномерно распределённая по половине площади рабочей платформы с той стороны, где создаётся наибольший опроки­дывающий момент.
Испытания на бордюрном камне должны быть выполнены при движении машины вперёд и назад, в каждом положении подъ­ёмника, соответствующем самому малому уровню его устойчивости. Если при различной высоте подъёма рабочей платформы движение может происходить с разными скоростями, испытания следует повторять для каждого значения высоты с допустимой максимальной скоростью. Во всех случаях управляемые колёса должны быть установлены парал­лельно корпусу машины.
Во время проведения испытаний на бор­дюрном камне моделировать воздействие допустимой скорости ветра не обязательно. Подъёмник не должен опрокидываться при наезде на бордюрный камень и съезде с него (в углубление), а также передвигаться по ровной поверхности, которая позволит ему развить максимальную скорость движения. Затем следует провести наезд на бордюр­ный камень высотой 100 мм под углом 30° (поочередно каждым из ведущих колёс) и под прямым углом обоими ведущими колёсами одновременно. Максимальная скорость движения должна поддерживаться до тех пор, пока подъёмник не остановится или оба колеса не заедут на бордюрный камень.
В этом случае должно выполняться нера­венство:

 (11)

или

 (12)

где Екин - кинетическая энергия подъём­ника перед ударом; 
Епот - потенциальная энергия, необходимая для опрокидывания; 
v - скорость движения подъёмника, м/с; 
a - высота центра тяжести подъёмника относительно ребра опрокидывания, м; 
b - расстояние от центра тяжести подъёмника до ребра опрокидывания, измеренное по горизонтали, м.
При испытаниях подъёмников, предна­значенных для эксплуатации на неровных (специально не подготовленных) поверхно­стях, они должны передвигаться по ровной поверхности, позволяющей им развить максимальную скорость движения. Затем осуществить съезд с бордюрного камня высотой 100 мм под углом 30° поочередно каждым из ведущих колёс до тех пор, пока колесо полностью не съедет с бордюрного камня; провести съезд с того же бордюрного камня, но под прямым углом, обоими веду­щими колёсами до тех пор, пока не съедут оба колеса.
При испытаниях подъёмников, предна­значенных для использования только на мощёных (специально подготовленных) поверхностях, они должны передвигаться по ровной поверхности, которая позволяет им развить максимальную скорость движения, после чего поочередно съезжать под углом 90° каждым ведущим колесом в квадратное углубление (со стороной 600 мм и высотой 100 мм). При каждом испытании в углу­бление должно съезжать лишь одно колесо, при этом максимальная скорость должна поддерживаться до тех пор, пока подъёмник не остановится или колесо не переедет углу­бление.
Вывод:Таким образом, в стандарте установ­лены нормативные требования для прове­дения необходимых расчётов устойчивости мобильных подъёмников, большое значение для которых имеет правильный учёт динами­ческих нагрузок с подтверждением резуль­татов этих расчётов в ходе испытаний. Требования к программе и методике прове­дения таких испытаний существенно отли­чаются от ранее установленных в РФ [3], [4]. Учёт в расчётах динамических нагрузок основан на рассмотрении сил, пропорци­ональных статическим силам, но действу­ющим в направлении соответствующего движения. Вместе с тем, количественное определение коэффициентов пропорцио­нальности в расчётах является предметом обсуждения.


Библиографический список
  1. ГОСТ Р 53037—2013. Мобильные подъёмни­ки с рабочими платформами. Расчёты конструкции, требования безопасности, испытания. Взамен ГОСТ Р 53037-2008; введ. 2014-09-01. М.: Стандартин- форм, 2014. 151 с.
  2. ISO 4305:2014. Mobile cranes – Determination of stability. Взамен ISO 4305:1991, введ. 2014-04­01. Женева: ISO office, 2014. 17 c.
  3.  ПБ 10-611—03. Правила устройства и безопасной эксплуатации подъёмников (вышек). Серия 10. Вып. 25. М.: ГУП «Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгор­технадзора России», 2003. 92 с.
  4. РД 10-525—03. Рекомендации по проведению испытаний грузоподъемных машин. М.: ПИО ОБТ, 2003. 31с.
  5. ГОСТ 28609-90. Краны грузоподъемные. Основные положения расчета. 5 с.
  6. Справочник по кранам: В 2 т. Т. 1 / Под общ. ред. М. М. Гохберга Характери­стики материалов и нагрузок. Основы расчета кранов, их приводов и металли­ческих конструкций. – Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1988. – 536 с.
  7.  РД 10-112-9-97. МУ по проведению обследования технического состояния подъемников (вышек) с истекшим сроком службы с целью определения воз­можности их дальнейшей эксплуатации. 73 с.
  8. Методические рекомендации по организации системы экспертизы промыш­ленной безопасности. – Волгоград: Управление НВО ГГТН РФ, 2000. 47 с.
  9. Панасенко Н. Н, Мотяков А. В. Образование и безопасность подъемных со­оружений. Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. – 2004. – № 1 (20). – С. 290-302.3 с.
  10. ПОТ РМ 012-2000. Методические правила по охране труда при работе на вы­соте (утв. Министерством труда и соцразвития РФ, пост. от 04.10.2000 № 68). 59 с.


Все статьи автора «Асанова Александра Сергеевна»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться:
  • Регистрация