книги из ГПНТБ / Коган И.Я. Безопасность работы на башенных кранах

В 1951 г. машинист пытался остановить тор­ мозом падающий груз. Это удалось сделать только после того, как груз пролетел 8 м. В ре­ зультате удара кран опрокинулся.

В 1953 г. в результате падения контейнера на подмости погибли два человека, упавшие в котлован, наполненный водой.

В настоящее время разработано много на­ дежных способов регулирования скорости опу­ скания, и администрация, в ведении которой находятся краны, должна обеспечить безопас­ ную посадку груза.

Большие неприятности часто вызывает за­ кручивание грузовых канатов. Поднятый груз из-за этого невозможно ни поднять, ни опус­ тить. Машинист, пытаясь рывками раскрутить груз, может вызвать аварию. Известен случай, когда машинист пытался поднимать груз при закрученном канате, в результате чего одна ветвь грузового каната ослабла. Неожиданно канат раскрутился, груз скользнул вниз и от последовавшего удара кран был поврежден.

Поэтому следует применять нераскручивающиеся канаты или предварительно перед на­ веской вытягивать новый канат.

Используемые часто на стройках боковые оттяжки с натяжными грузиками следует при­ менять только в тех случаях, когда грузик по­ мещен внутри башни и его падение не опасно для обслуживающего персонала.

Опасные рывки и удары возникают также при неисправном такелаже и подмостях, на ко­ торые ставят груз.

Обрыв стропов и связанное с этим быстрое. снятие нагрузки с крюка особенно опасны при установке стрелы в положение минимального вылета, когда устойчивость ее невелика. При

100

этом может легко произойти запрокидывание стрелы даже у правильно смонтированного крана.

Опасным является полное сматывание ка­ ната с барабана. Нормально на барабане должны оставаться два запасных витка. Обыч­ но на кранах отсутствуют конечные выключа­ тели, предотвращающие полное сматывание каната. Поэтому машинист должен знать, при каком крайнем нижнем положении крюка кран работает безопасно, и не допускать его опуска­ ния. Если требуется подавать груз в глубокий котлован, то канат должен быть выбран соот­ ветствующей длины.

Чрезвычайно важной для безопасной рабо­ ты башенного крана на любой конструкции яв­ ляется плавность управления им. Если маши­ нист допускает рывки при пуске или чрезмерно быстро реверсирует механизмы, аварии и по­ ломки неизбежны.

В западногерманском журнале [25] был описан характерный случай опрокидывания крана из-за резкого реверса механизма пово­ рота в 1963 г. Поэтому большое внимание должно быть обращено на подготовку и систе­ матическую проверку машинистов. Несомнен­ но полезна предварительная стажировка их в качестве слесарей по текущему обслуживанию или по ремонту, практикуемая в ГДР, во Фран­ ции и других странах.

Причиной большого количества аварий являются ошибки, допускаемые персоналом из-за плохой видимости. В ночное время, в ту­ ман и при снегопаде со стороны машиниста, сигнальщика и такелажников требуется боль­ шая осторожность.

101

Зарегистрированы случаи опрокидывания сошедших с рельсов кранов СБК-1 при попыт­ ке машиниста поставить их на место. Если кран сошел с рельсов, подъем его нужно осуществ­ лять очень осторожно при помощи домкратов. Для ускорения этой операции иногда исполь­ зуют грузовую лебедку, захватывая крюком за якорь, но из-за большой скорости лебедки трудно остановить ее и в результате кран опро­ кидывается.

Во время эксплуатации необходим тщатель­ ный контроль электрооборудования и электро­ проводки. Современная аппаратура защиты ставится в двух фазах; потеря третьей фазы обычно проходит незамеченной и обнаружива­ ется только в момент, когда поднятый груз на­ чинает падать.

Опасны также короткие замыкания, кото­ рые приводят к пожарам. В 1957 г. из-за этого сгорела кабина крана М-3-5-10.

Особо следует остановиться на случаях столкновения соседних кранов. Хотя они доста­ точно редки, но задевание стрелой одного кра­ на за другой всегда приводит к тяжелой ава­ рии. Для предотвращения таких случаев труд­ но предусмотреть какие-либо предохранитель­ ные устройства, так как непосредственное столкновение ходовых тележек двух соседних кранов маловероятно и не так опасно, как за­ девание стрелой. Чтобы избежать последнего, необходимо ограничивать зоны действия кра­ нов, не допуская их сближения.9

9. Уточнение методов расчета кранов

Недостатки расчетов являются источником многих аварий и поломок. При современном

102

уровне развития науки расчеты на прочность, устойчивость и долговечность не представляют трудностей, если точно известны действующие нагрузки и наиболее вероятные их сочетания.

Однако, как было ранее сказано, во время эксплуатации крана нагрузки могут меняться в широких пределах и до последнего времени вы­ бор расчетных нагрузок и коэффициентов за­ паса основан больше на чутье конструктора, чем на научных данных.

Методы расчета подъемных кранов до пос­ леднего времени были основаны на предполо­ жении, что соответствующим выбором расчет­ ных нагрузок и их сочетаний и введением различных коэффициентов запаса можно обес­ печить неразрушимость конструкции в наибо­ лее невыгодном случае.

Но рассмотрение аварий показывает, что абсолютная неразрушимость практически ни­ когда не достигалась и не может быть достиг­ нута.

Из анализа аварий видно, что фактические нагрузки могут значительно превысить расчет­ ные. Это же показывают результаты проведен­ ных за последние годы тензометрических ис­ следований.

Если придерживаться принципа неразруши­ мости конструкций, то необходимо, учитывая опыт эксплуатации и результаты исследова­ ния, принимать в расчет нагрузки, намного превышающие те, которые обычно берутся.

Это привело бы к значительному увеличе­ нию веса и стоимости крана. Легко показать, что поставленная цель не была бы достигнута. Всегда могут возникнуть случаи, правда весь­ ма редкие, когда нагрузка все же будет превы­ шать расчетную и произойдет разрушение.

ЮЗ

Практически невозможно обеспечить проч­ ность в самом невыгодном случае, и это нахо­ дит свое отражение в действующих нормах, где и принимаются нагрузки, значительно меньшие наибольших возможных.

Однако приближенный метод построения норм, основанный главным образом на прош­ лом опыте, в современных условиях развития краностроения приводит к частым ошибкам, результатом которых являются многочислен­ ные аварии.

Ряд исследований, проведенных за послед­ ние годы в области теории расчета строитель­ ных конструкций, в особенности работы Н. С. Стрелецкого [7], привели к выводу о не­ обходимости учитывать возможность разру­ шения.

Невозможно добиться абсолютной неразру­ шимости, но можно и нужно ограничить ве­ роятность разрушения.

Из этого следуют две задачи: найти спосо­ бы определения в каждом случае ожидаемой вероятности разрушения и установить допусти­ мую вероятность разрушения. Очевидно, сопо­ ставляя указанные две величины, можно будет объективно оценить прочность и устойчивость крана, не прибегая к достаточно произвольным коэффициентам запаса, который, по существу, является запасом «незнания».

Исследования Н. С. Стрелецкого, А. Р. Ржаницына [6] и других ученых указывают пути решения поставленных задач. Вероятность раз­ рушения определяется вероятностью отклоне­ ния размеров элементов конструкции и меха­ нических качеств применяемых материалов от их номинальных или нормативных значений и вероятностью перегрузки. Как уже было под­

104

черкнуто во введении, условия работы башен­ ных кранов отличаются большой изменчи­ востью, и поэтому основное значение для уточ­ нения расчета имеет определение вероятности перегрузки.

Тензометрические исследования убеждают в том, что методика определения усилий и на­ пряжений в элементах крана по заданным на­ грузкам правильна и дает вполне достаточную для практических целей точность.

Отклонения геометрических размеров и прочности материалов от принимаемых в рас­ чете обычно невелики и находятся в пределах

±10% .

Отклонения собственного веса крана от его номинального значения также находятся в пре­ делах + 10%, что подтверждается контрольны­ ми взвешиваниями, проводимыми при испыта­ ниях опытных образцов кранов.

Значительно большие отклонения от рас­ четных значений имеют нагрузки от веса груза, динамических воздействии и от ветра, что, не­ сомненно, является основной причиной боль­ шинства аварий.

Поэтому прежде всего был сделан вывод о необходимости отказа от использования еди­ ного запаса прочности и перехода к расчету кранов по предельным состояниям, при кото­ ром изменчивость каждой нагрузки учитыва­ ется отдельно со своим коэффициентом пере­ грузки, как это принято в строительных нормах.

Для определения этих коэффициентов ни­ же рассмотрим более подробно каждую из на­ грузок.

Обычно при расчете крана задаются вели­ чиной номинальной грузоподъемности крана. Однако эта величина является весьма услов­

105

ной. В одних случаях, когда на строительстве отсутствуют тяжелые грузы, она может быть не использована, в других, наоборот, несмотря на все имеющиеся запрещения, краны достаточно часто перегружают. Перегрузка в пределах до 30% сама по себе не приводит к опасным по­ следствиям, поэтому ее чаще всего не замечают.

При больших перегрузках происходят си­ стематические поломки и аварии.

В табл. 3 приведены аварии от перегрузки, зарегистрированные в 1949—1958 гг., распре­ деленные по грузоподъемности кранов и про­ центу перегрузки.

Т а б л и ц а 3

Грузоподъем­			Перегрузка 0 %
ность крана						более	Всего
на наиболь­
шем вылете		до 30	31-50	51-100	101-150	150
в	т
До 1	• . ■	24	36	50	13	и	134
1,1— 1,5 . .		14	20	49	29	8	120
1,6—0,5 . .		1	3	11	2	—	17
С вы ш е 1 .		1 —		—	—	—	1
В с е г о		40	59	ПО	44	19	272

Данные табл. 3 указывают на то, что наи­ большее число аварий имело место при пере­ грузке в пределах51—100%. Число аварий, вы­ званных большой перегрузкой, быстро падает, что вполне понятно, так как большая перегруз-, ка бывает сравнительно редко. С другой сторо­ ны, число аварий при перегрузках, меньших, чем 51—100%, также уменьшается, так как

. 4 0 6

малые перегрузки не всегда приводят к авари­ ям. Перегрузка в пределах до 50% может выз­ вать поломку только при неблагоприятном со­ четании с другими нагрузками. Очевидно, что статистический учет нагрузок от веса груза по­ казал бы значительно большее число перегру­ зок в пределах до 50%, чем приведено в табл. 3.

Из табл. 3 также видно, что число аварий уменьшается с увеличением грузоподъемности крана. Это может быть объяснено тем, что в современных условиях строительства с увели­ чением грузоподъемности снижается ее исполь­ зование.

Кроме того, краны грузоподъемностью свы­ ше 5 г применяют исключительно на монтаж­ ных работах, где их использование во времени значительно ниже, чем кранов малой грузо­ подъемности, занятых в основном на погрузоч­ но-разгрузочных работах.

Однако, для того чтобы в этом убедиться, необходимо сопоставить число аварий с числом кранов, находившихся в эксплуатации в тече­ ние 1949— 1958 гг., и с числом циклов, выпол­ ненных ими на указанный период. Результаты такого расчета, являющегося, конечно, очень приближенным, приведены в табл. 4.

Следует отметить, что нормы многих стран, например США и Швеции, предусматривают дифференцированные в зависимости от грузо­ подъемности коэффициенты перегрузки кранов при расчете их устойчивости против опрокиды­ вания.

Данные табл. 3 и 4 являются неполными, но они все же позволяют отметить две закономер­ ности: наличие зависимости числа случаев пе­ регрузки от условий использования кланов и

107

Грузо полъемность крана в т

До 1 ....................

1,1—1 ,5 ................

1 , 6 - 5 .....................

Свыше 5 . . . .

Т а б л и ц а 4

Число аварий от перегрузки	Среднегодо­ вое число кранов	Среднее чис­	ло циклов, выполняемых одним краном в год	Количество подъемов за 1949-1958 гг. в млн.	Число аварий на 100 млн. подъемов
		1	|
134	5036		6000	302,2	44
120	9277		5000	464	28
17	3183		4000	127	15
1	1300		2000	26	4

значительное сокращение этого числа при воз­ растании процента перегрузки.

Чтобы получить точное представление о на­ грузке от веса поднимаемого груза, необходи­ мо оборудовать краны соответствующими счет­ чиками. Работы в этом направлении начаты во ВНИИСтройдормаше. Не ожидая их оконча­ ния, можно сделать некоторые выводы на осно­ вании первых результатов опытов.

Результаты систематических измерений ве­ са поднимаемого груза показаны на рис. 44, где по горизонтали отложен вес груза, а по вертикали — число случаев действия груза оп­ ределенного веса. При достаточно большом числе опытов и измерений веса груза с малы­ ми интервалами ступенчатая диаграмма заме­ нится кривой.

На этой кривой отмечены точки, соответст­ вующие весу грузов, наиболее часто поднима­ емых на строительстве, среднему весу груза, грузоподъемности крана и предельной расчет­ ной нагрузке, определяемой принятыми запа­ сами прочности и устойчивости или коэффици­ ентом перегрузки в случае расчета по предель­ ным состояниям.

108

Рассматривая кривую на рис. 44, следует прежде всего отметить, что вес поднимаемого груза может превосходить предельную расчет­

ную нагрузку, несмотря		на все	принимаемые
	меры. Число таких случа­
	ев невелико		(вероятность
Ofr-	опасной перегрузки не бо­
	лее	одной	миллионной),
	все же не следует на это
	закрывать глаза, так как
0 ii I	именно эти случаи и вы-
	зывают аварии.

2 з <• s

Вес наиболее часто поднимаемых грузод СредниI Iбес груза

Грцзоподъемность коана j Расчетный бес груза

Рис. 44. Диаграмма распределения (пов­ торяемости) веса поднимаемого краном груза; пунктиром показана усечен­ ная кривая Гаусса, которой удобнее пользоваться

Полностью исключить возможность аварий невозможно, так как для этого было бы необ­ ходимо, судя по табл. 3, увеличить расчетную нагрузку в 2—3 раза и соответственно увели­ чить вес и стоимость кранов1.

1 Отсюда не следует, что обслуживающий персонал имеет право нарушать правила эксплуатации. Однако конструктору необходимо считаться с такой возмож­ ностью, пусть она даже очень мала.

109