Oddziaływania dynamiczne i zmęczeniowe suwnic

Dźwignice wytwarzane po 2004 roku muszą spełniać dyrektywy Unii Europejskiej w sprawie wymagań dla maszyn i elementów bezpieczeństwa. Podczas podnoszenia, utrzymywania w spoczynku i przemieszczania ciężarów na tory jezdne suwnic działają poprzez naciski kół siły pionowe i poziome, których wartości zależą od wielkości transportowanego ciężaru i usytuowania kół dźwignicy na torze. Siły te wywołują dwukierunkowe zginanie, skręcanie, ściskanie lub rozciąganie toru jezdnego podpierającego suwnicę. Podnoszenia i opuszczania ciężarów oraz praca urządzeń mechanicznych suwnicy wywołują także drgania przekazywane na konstrukcje wsporcze. Z powodu często zmieniających się obciążeń, nośność torów jezdnych lub ich podpór musi być także sprawdzana za względu na zmęczenie.

Rodzaje suwnic

Suwnice to niezwykle złożone konstrukcje, ich projektowanie, produkcja i montaż wymagają specjalistycznej wiedzy.
Największą grupę wśród suwnic stanowią suwnice pomostowe. Są one montowane w halach przemysłowych lub na wolnostojących estakadach podsuwnicowych. Mogą być wykonane jako jedno- lub dwudźwigarowe konstrukcje blachownicowe lub z profili hutniczych. Końce dźwigarów mostu suwnicy podpierają się na belkach czołowych, w których znajdują się koła jezdne i napęd suwnicy. Modele pomostowe są przeznaczone do podnoszenia i przemieszczania ciężkich ładunków. Mogą być wyposażone w jeden lub więcej wózków z wbudowanymi wciągarkami poruszającymi się po szynach mostu suwnicy albo na pasach dolnych mostu suwnicy. Wyciągarka to urządzenie napędzanie elektrycznie, wyposażone w bęben, układ lin z zawiesiem hakowym (chwytakowym) umożliwiającym podnoszenie i transport ładunku.

Suwnice pomostowe sterowane są najczęściej zdalnie za pomocą kasety sterowniczej podłączonej kablem lub z kabiny sterowniczej zamontowanej na suwnicy. Innym rozwiązaniem są suwnice pracujące ze sterowaniem w trybie półautomatycznym lub automatycznym.

Drugą grupę suwnic stanowią suwnice bramowe. Ich nazwa jest związana z konstrukcją urządzenia, które swoim kształtem przypomina samonośną bramę. Maszyna ta wyróżnia się tym, że może być stosowana na otwartych składowiskach. Suwnice bramowe są oparte na podwoziu szynowym poruszającym się na poziomie gruntu lub torowiska. Specjalistyczne suwnice bramowe mogą poruszać się na podwoziu kołowym bezpośrednio po utwardzonym podłożu. Sterowanie urządzeniem odbywa się z kabiny sterowniczej operatora suwnicy zamontowanej przy konstrukcji suwnicy lub z poziomu roboczego. Maszyna ta może również pracować w trybie automatycznym.

Oddziaływania suwnic

Oddziaływania suwnic mogą być zmienne i wyjątkowe. Te pierwsze zależą od zmienności w czasie i zmienności położenia. Mogą być to oddziaływania pionowe (wywołane ciężarem własnym i ciężarem podnoszonym) oraz poziome (wywołane przyspieszeniem lub opóźnieniem oraz ukosowaniem). Oddziaływania są złożone z części dynamicznej i części statycznej. Składniki dynamiczne wywołane drganiami powstałymi pod wpływem sił bezwładności lub tłumienia określane są współczynnikiem dynamicznym i stosowane są do wartości statycznych.

Współczynniki dynamiczne:

• Wzbudzenie konstrukcji dźwignicy spowodowane poderwaniem ładunku z podłoża.
• Wpływ dynamiczny podnoszenia ładunku z podłoża do góry.
• Wpływy dynamiczne nagłego zwolnienia ładunku, jeśli używane są chwytaki lub chwytniki elektromagnetyczne.
• Wpływy dynamiczne występujące podczas jazdy na szynach lub po torach jezdnych.
• Wpływy dynamiczne spowodowane przez siły napędu.
• Wpływy dynamiczne obciążenia próbnego, poruszanego przez napędy używane w dźwignicy.
• Dynamiczne, sprężyste wpływy uderzenia w zderzaki.

Do obciążeń wyjątkowych suwnic zalicza się siły uderzenie w zderzaki spowodowane ruchem urządzenia oraz ruchem wózka. W przypadku suwnic ze sztywnym prowadzeniem ładunku jako obciążenie wyjątkowe oznacza się także siły wywołane wychyleniem.

Oddziaływania zmęczeniowe suwnic

Obciążenia zmęczeniowe dla suwnic można określić jako wartość charakterystyczną maksymalnego pionowego obciążenia od koła pomnożoną przez zastępczy czynnik uszkodzeń odniesiony do określonej liczby cykli oraz przez równoważny współczynnik dynamiczny powodujący uszkodzenia.
Obciążenia obliczeniowe dla suwnic wyznacza się zgodne z ogólnymi regułami normy Eurokod, przy czym dla obciążeń stałych ciężar suwnicy i zmiennych (ciężar podnoszony) przyjmuje się specyficzne wartości częściowych współczynników bezpieczeństwa.

Suwnice podwieszone

W przypadku suwnic podwieszonych oddziaływania kół na tor jezdny wyznacza się podobnie jak dla suwnic podpartych. Jedyne różnice wynikają z tego, że:
• siły poziome od suwnic pomostowych wyznacza się na poziomie styku koła z torem o wartości równej minimum 10% maksymalnej siły pionowej podawanej przez koło, nie biorąc pod uwagę współczynnika dynamicznego;
• podłużne oddziaływania poziome wciągników jednoszynowych na stacjonarne belki toru jezdnego przyjmuje się, że wynosi ono 5% maksymalnej siły pionowej przypadającej na koło bez współczynnika dynamicznego. Ta sama zasada dotyczy sił poziomych w przypadku wahliwego zawieszenia belek toru jezdnego.

Siły przekrojowe od oddziaływań kół suwnic zależą od schematu statycznego belki. W tym przypadku najczęściej stosuje się belki jednoprzęsłowe ze względu na dynamiczne działanie obciążeń oraz wielkości reakcji podporowych. W belkach dwuprzęsłowych odpowiedź na podporze jest dużo większa (do 25%) od odzewu na belkach jednoprzęsłowych, a wprowadzenie dodatkowych łączników prowadzi do powstawania kolejnych sił dynamicznych. Jednak korzyścią stosowania belek dwuprzęsłowych jest zdecydowanie ograniczenie ugięć belek.

Oddziaływanie od kilku suwnic

Wspólne oddziaływanie sprzęgniętych suwnic należy rozpatrywać jako oddziaływanie pojedynczej suwnicy. W przypadku, gdy do pracy włączonych jest kilka dźwignic jednocześnie, wtedy należy określić maksymalną liczbę suwnic pracujących w tym samym momencie.
W przypadku konsolidacji obciążeń grupą suwnic z innymi obciążeniami tę grupę suwnic należy je traktować jako pojedyncze oddziaływanie. Przy rozpatrywaniu takiej kombinacji należy wziąć pod uwagę następujące czynniki:

• tory jezdne na zewnątrz budynków – w tym przypadku ważne jest oddziaływanie wiatru na konstrukcję suwnicy i urządzenia chwytające;
• w przypadku rozpatrywania połączenia ładunku przenoszonego z działaniem wiatru należy uwzględnić maksymalną siłę wiatru jako zgodną ze stanem roboczym suwnicy. Powierzchnia nawietrzna ładunku podnoszonego powinna być określona indywidualnie dla każdego przypadku;
• tory jezdne wewnątrz budynku, jeśli budynki narażone są na wpływy atmosferyczne, a ich elementy są bezpośrednio lub pośrednio obciążone suwnicami. W tym przypadku można pominąć obciążenie suwnicy działaniem wiatru i śniegu. Natomiast należy je uwzględnić dla konstrukcyjnych części budynku obciążonych takimi warunkami atmosferycznymi jak śnieg, wiatr oraz suwnica.

Dla każdego najmniej korzystnego przypadku obciążeń należy wyznaczyć wartości obliczeniowe zgodnie z EC 0. Natomiast w przypadku, gdy uwzględnia się oddziaływania wyjątkowe, nie należy uwzględniać innego oddziaływania wyjątkowego – ani wiatru, ani śniegu.
Suwnice to specjalistyczne urządzenia niezbędne na halach produkcyjnych i magazynowych, a także w branży transportowej, gdy konieczne jest przemieszczanie dużych i ciężkich ładunków. Dzięki dostępności różnych odmian suwnic każda branża może wybrać urządzenie dostosowane do potrzeb wykonywanej działalności.