Устойчивость кранов на железнодорожном ходу обусловливается соотношением веса отдельных частей и размещением центра тяжести каждой части крана, относительно его продольной и поперечной осей.
Различают два вида устойчивости крана — грузовую и собственную.
Под грузовой устойчивостью понимают способность крана не опрокидываться при совершении им операций с грузом и крюком, а под собственной устойчивостью — способность крана не опрокидываться в противоположную от стрелы сторону, при самых неблагоприятных условиях расположения крана на железнодорожном полотне.
Для обоих видов устойчивости — грузовой и собственной — степень ее характеризуется коэффициентом устойчивости.
Расчеты и опыт эксплуатации передвижных кранов показывают, что наименьший коэффициент устойчивости будет, когда поворотная часть крана располагается поперек пути. Объясняется это тем, что при таких условиях момент опрокидывания крана относительно ребра опрокидывания будет максимальный.
Под ребром опрокидывания понимают линию, проходящую через точку соприкосновения колеса с рельсом, вокруг которой возможно опрокидывание крана.
На устойчивость кранов на железнодорожном ходу влияют два вида моментов — опрокидывающий и восстанавливающий (или иначе удерживающий от опрокидывания).
Величина опрокидывающего момента Мопр представляет собой произведение веса груза Qгр, поднимаемою краном, на расстояние а от вертикальной линии, проходящей через точку подвеса груза, до ребра опрокидывания:
Величина восстанавливающего момента
где Ркр — вес крана, препятствующий его опрокидыванию, b — расстояние от вертикальной линии, проходящей через центр тяжести крана, до ребра опрокидывания.
Коэффициент устойчивости
Коэффициент грузовой устойчивости, определяемый как отношение момента, создаваемого весом всех частей крана без учета дополнительных нагрузок и уклонов пути, к моменту, создаваемому рабочим грузом, должен быть не менее 1,4.
Коэффициент грузовой устойчивости, т. е. отношение момента относительно ребра опрокидывания, создаваемого весом всех частей крана с учетом всех дополнительных нагрузок (ветровая нагрузка, инерционные силы, возникающие при пуске или торможении механизмов подъема крана, поворота и передвижения крана) и влияния наибольшего допустимого при работе крана уклона, к моменту, создаваемому рабочим грузом относительно того же ребра, согласно правилам Гостехнадзора должен быть не менее 1,15.
Кран может работать как на горизонтальной, так и на площадке, имеющей поперечный уклон или превышение одного рельса над другим. Поперечный уклон уменьшает величину восстанавливающего момента вследствие уменьшения расстояния b и увеличения расстояния а (рис. 66).
Рис. 66. Схема определения грузовой устойчивости крана
Числовое значение коэффициента грузовой устойчивости необходимо определить при направлении стрелы крана перпендикулярно ребру опрокидывания, а также под углом 45° с учетом дополнительных касательных инерционных сил, возникающих при торможении механизма поворота, по формуле, приведенной в «Правилах устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов», утвержденных Министерством путей сообщения СССР и Министерством транспортного строительства СССР (изд-во «Транспорт», 1970 г.).
Коэффициент устойчивости крана без рабочего груза, иначе говоря коэффициент собственной устойчивости, т. е. отношение момента, создаваемого весом всех частей крана с учетом уклона пути в сторону опрокидывания относительно ребра опрокидывания, к моменту, создаваемому ветровой нагрузкой, принимаемой по ГОСТ 1541—65 для нерабочего состояния крана относительно того же ребра опрокидывания, должен быть не менее 1,15.
Коэффициент собственной устойчивости определяется при наиболее неблагоприятном положении крана относительно действия ветровой нагрузки.
Для кранов, у которых изменение вылета стрелы осуществляется лебедкой с машинным приводом, коэффициент собственной устойчивости может быть определен в предположении, что стрела установлена в нижнее рабочее положение, а у кранов, не оборудованных механизмом изменения вылета стрелы, — при наименьшем вылете стрелы, который назначается из условия ее устойчивости под действием ветра при нерабочем состоянии крана по ГОСТ 1451—65.
Коэффициенты грузовой и собственной устойчивости определяются без учета действия рельсовых захватов. Имеющиеся у крана дополнительные опоры и стабилизаторы при определении собственной устойчивости во внимание не принимаются.
При расчете на устойчивость железнодорожных кранов, предназначенных для работы без дополнительных опор, нужно учитывать и превышение на кривых участках пути одного рельса над другим.
Коэффициенты грузовой и собственной устойчивости и расчетный угол наклона кранов указаны в их паспортах. Коэффициенты устойчивости с учетом всех нагрузок и уклона путей могут быть получены только расчетным путем.
В условиях работы восстановительных поездов коэффициент грузовой устойчивости крана при учете поднимаемого груза всегда может быть проверен. Для этого необходимо установить кран на горизонтальной площадке и для предосторожности поставить рельсовые захваты, но с большей слабиной цепей. Кран должен иметь наименьший рабочий вес, т. е. минимальные запасы горючего и воды. Поворотную часть крана устанавливают поперек пути. Затем к крюку последовательно подвешивают грузы, при этом каждый раз определяют вылет стрелы, при которой наступает момент равновесия, т. е. отделение колес внешней стороны крана от рельса. Замеряя величины этих критических вылетов и зная вес грузов, строится кривая опрокидывания. После этого на полученный таким образом график наносят кривую грузоподъемности, соответствующую паспортным данным крана, которые располагаются ниже кривой опрокидывания.
Беря отношение веса опрокидывающего груза к весу груза, указанного в паспорте для соответствующего вылета, находят значение коэффициента устойчивости (он должен быть не менее ранее указанного, т. е. 1,4).
При практической проверке коэффициента собственной устойчивости кран должен иметь (с учетом запасов топлива и воды) максимально возможный вес. Для этого на кране должен быть полный запас горючего и воды, стрела его должна быть поставлена на самый малый вылет, а крюк опущен на землю.
Чтобы предупредить опрокидывание крана при подъеме груза, на нем устанавливаются ограничители грузоподъемности, которые автоматически отключают двигатель и останавливают механизм подъема, если вес груза не соответствует данному вылету стрелы и превышает нормальный более чем на 10%.
Значительное число ограничителей работает по принципу ограничения усилий в стреловом канате. Они сравнительно просты и достаточно надежны, хотя имеют и существенный недостаток: при их использовании неизбежно занижается грузоподъемность крана.