Определение числового значения коэффициента грузовой устойчивости должно производиться при направлении стрелы перпендикулярно ребру опрокидывания, а также под углом 45° с учетом дополнительных касательных инерционных сил, возникающих при торможении механизма поворота крана.

Коэффициент собственной устойчивости (коэффициент устойчивости крана без рабочего груза) — отношение момента, создаваемого весом всех частей крана с учетом уклона пути в сторону опрокидывания относительно ребра опрокидывания, к моменту, создаваемому ветровой нагрузкой относительно того же ребра опрокидывания,— должен также быть не менее 1,15.

Числовое значение коэффициента собственной устойчивости определяют при наиболее неблагоприятном положении крана относительно действия ветра. Определение числовых значений коэффициентов грузовой и собственной устойчивости производится по формулам, приведенным в приложении 2 «Правил устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов» Госгортехнадзора.

Аварийные повреждения при эксплуатации кранов происходят главным образом из-за потери устойчивости. Наибольшее число случаев падения приходится на железнодорожные, автомобильные и гусеничные краны, так как они обладают небольшими запасами устойчивости (по сравнению с портальными, башенными и др.), и сравнительно небольшая перегрузка их ведет к аварии.

На рис. 1, 2, 3 показаны некоторые случаи падения и опрокидыв ания кранов.

Основными причинами аварий, связанных с потерей устойчивости, в результате которых происходит падение, опрокидывание назад и соскакивание кранов с рельсов, являются:
— падение крана из-за перегрузки при данном вылете стрелы (подъем лруза, превышающего грузоподъемность крана, защемление груза, задевание его за комингс люка трюма, неправильная установка стрелы, неиспользование выносных опор);
— падение крана в результате отклонения грузовых канатов от вертикали (захват груза, расположенного за пределами вылета стрелы, раскачивание груза, оттягивание каната отходящим судном или автомашиной);
— опрокидывание крана назад (внезапная разгрузка при минимальном вылете стрелы, столкновение и запрокидывание стрелы на кабину крана, неправильные приемы ремонта и монтажа);
— падение крана из-за неисправности подкрановых путей (работа на временных путях, осадка грунта, работа на криволинейных участках пути);
— падение крана вследствие угона ветром (отсутствие или неисправность рельсовых захватов, тормозов, внезапный шквал);
— падение крана в результате дефектов ходовых частей крана (разрушение узлов крепления ходовых тележек, деформация ног портала, наезд на препятствие при отсутствии предохранительных щитков);
— падение крана из-за столкновения кранов (столкновение соседних кранов или с маневровым железнодорожным составом). Большой процент аварий (свыше 25%) происходит из-за нарушения технических правил и инструкций.

Рис. 1. Портальный кран после падения при столкновении с другим

Рис. 2. Опрокидывание гусеничного крана вследствие перегрузки

Рис. 3. Опрокидывание железнодорожного крана вследствие перегрузки

Значительно меньше аварий кранов бывает из-за дефектов самих конструкций и устройств, а также из-за износа узлов и деталей. Авариями вследствие износа являются обрыв канатов, поломка осей, валов, передач и других ответственных деталей.

Наибольшее число аварийных повреждений из общего числа аварий, связанных с потерей устойчивости, приходится на повреждения стреловых устройств.

Повреждение стреловых устройств

Основными причинами повреждения стреловых устройств (падение, запрокидывание или деформация стрел при их разрушении и повреждении других частей крана) являются:
— перегрузка из-за подъема груза выше грузоподъемности крана, защемление груза, резкое торможение при опускании груза или стрелы, задевание груза за комингс люка трюма, отсутствие или неисправность ограничителей грузоподъемности;
— отклонение грузовых канатов от вертикали в сторону, вперед или назад при подъеме, повороте и подтаскивании груза;
— неисправность и неправильная регулировка механизмов (тормозов), неправильное переключение рычагов, неисправность воздушной (системы управления;
— (конструктивные дефекты стреловых устройств: недостаточная жесткость металлоконструкции и крепления узлов, преждевременный (ненормальный) износ, отсутствие или ненадежность в работе концевых выключателей;
— внезапная разгрузка от груза (обрыв грузового каната), воздействие шквального ветфа;
— неправильные приемы ремонта и монтажа. Наибольшее повреждение стреловых устройств наблюдается у портальных кранов, так как они работают на интенсивных режимах, а при больших вылетах и длине стрел значительно усложняется маневрирование и управление краном.

Рис. 4. Схема нагрузок, действующих на стрелу крана при вертикальном и наклонном направлениях грузового каната

Среди указанных причин повреждения стрел главное место занимает перегрузка и отклонение грузовых канатов от вертикали (свыше 40%).

Наиболее часто от перегрузки получают повреждения стрелы портальных и плавучих кранов, которые как раз обладают большими запасами устойчивости. У железнодорожных, гусеничных и башенных кранов еще до того, как наступает разрушение стрелы, как правило, нарушается устойчивость.

Отклонение канатов от вертикали чаще всего происходит при захвате груза, расположенного вне радиуса стрелы. Отклонение вперед, назад или в сторону вызывает резкое перераспределение нагрузок, появление новых дополнительных усилий, сжимающих (или растягивающих) и изгибающих стрелу.

При расчете стрелы и механизма вылета действие силы S” в канатах хотя и учитывается, но в пределах угла а, обычно не превышающего 10—15° (при учете отклонений свыше указанных углов конструкции стрел получились бы очень тяжелыми и громоздкими). В связи с этим подъем груза при значительных отклонениях каната от вертикали может вызвать большую перегрузку механизмов и металлоконструкции стрелы, часто приводящую к аварийным повреждениям стрел. Поэтому требованиями Гоагортехнадзора и «Правил технической эксплуатации перегрузочных машин морских портов» категорически запрещается производить подъем груза, если грузовой канат не сохраняет вертикального положения.

Рис. 5. Поломка стрелы в результате подъема груза, находящегося в стороне от плоскости симметрии стрелы

Значительная часть аварий происходит от задевания грейферами за комингс люка при выносе груза из трюма, в особенности, когда применяются грейферы необтекаемой формы.

Частым видом аварии является запрокидывание стрел, когда стрела поднимается близко к вертикали, и, переходя ее, падает назад, на каркас и на кабину крана. При этом сильно разрушаются стрелы, кабина, противовес и другие части крана. Запрокидывание чаще всего может произойти у кранов с неуравновешенной стрелой (краны I группы) и шаряирно-сочле-ненной укосиной с гибкой оттяжкой (краны V группы). Без исправных ограничителей стрелы и подъема груза краны с неуравновешенной стрелой допускать к работе очень опасно. Кроме этого, для предупреждения запрокидывания стрел для кранов I группы запрещается совмещение изменения вылета стрелы с другими рабочими движениями, нельзя допускать внезапной разгрузки крана сбрасыванием груза, выдергиванием из-под груза стропа и т. д.

Нормальная эксплуатация стреловых устройств зависит от конструктивных особенностей, хорошего технического состояния кранов и правильных приемов управления ими.

Значительное число аварий неуравновешенных стрел (кранов I группы) происходит при интенсивных перегрузочных работах из-за конструктивных дефектов и неисправностей механизмов. К таким дефектам и неисправностям относятся: наличие на стреловых барабанах тормозов открытого тина; недостаточное натяжение лент тормозов; неисправность храпового останова стрелового барабана; ослабление узла крепления каната на стреловом барабане; неисправность пневматической системы ( недостаточное давление, возникновение противодавления в цилиндре толкателя фрикциона стрелового барабана); конструктивный недостаток концевых ограничителей подъема малого и большого крюков.

На рис. 4, 5 показаны случаи аварийных повреждений стрел.

Кроме указанных аварийных повреждений стреловых устройств при интенсивной и длительной эксплуатации кранов (обычно свыше пяти лет), часто имеют место усталостные и коррозионные повреждения металлоконструкций и деталей механизмов.