Грузоподъемные машины. 
Устойчивость, автоматизация, технологические и противоаварийные защиты

Грузоподъемные машины. Устойчивость, автоматизация, технологические и противоаварийные защиты

Введение

Комплексная механизация — это такая форма организации работ, при которой все технологически связанные операции данного производственного процесса, как основные, так и вспомогательные, выполняют при помощи комплекта взаимодополняющих друг друга машин и оборудования, работающих в оптимальном режиме.

Повышение технического уровня машин, используемых в городском строительстве, решается по следующим основным направлениям:

— создание машин с улучшенными технико-экономическими параметрами, повышенной производительностью, высокой надежности и качества;

— применение при создании новых машин блочно-модульного принципа проектирования с использованием унифицированных узлов и агрегатов;

— повышение мощности выпускаемых машин, степени их гидрофикации, универсальности, а также за счет перехода на специальные шасси;

— дальнейшее внедрение комплексной механизации и автоматизации производственных процессов;

— создание автоматизированных и роботизированных машин;

— внедрение дистанционных систем управления;

— снижение трудоемкости технического обслуживания и ремонта машин;

— создание комфортных условий для обслуживающего персонала путем повышения безопасности и улучшение показателей эргономики.

Громадный размах строительства тесно связан с развитием башенных кранов, которые являются основным механизмом, позволяющим почти полностью механизировать все подъемно-транспортные работы на стройплощадке. В настоящее время существуют башенные краны большой грузоподъемности; мобильные краны, которые монтируются и демонтируются в течение одной смены и перевозятся без разборки и т. д. Это говорит о том, что краны серии КБ в целом удовлетворяют существующим высоким требованиям строителей и еще долго будут находиться в эксплуатации.

1.Основные сведения о грузоподъемных машинах Машина — это устройство, совершающее полезную работу с преобразованием одного вида энергии в другой. Машина состоит из нескольких механизмов, объединенных общим корпусом, рамой предназначенных для выполнения определенной работы. В строительстве грузоподъемные машины используются для перемещения строительных материалов, монтажа строительных конструкций, погрузочно-разгрузочных операций, монтажа и обслуживания технологического оборудования. По своему главному назначению грузоподъемные машины подразделяются на следующие группы: вспомогательные, строительные подъемники, строительные краны. Строительные краны представляют собой наиболее сложные и универсальные грузоподъемные машины для перемещения штучных грузов, строительных конструкций и технологического оборудования. Они различны по своей конструкции и бывают двух основных видовконсольные и пролетные. К консольным относятся башенные краны.

Башенные краны является ведущими грузоподъемными машинами в строительстве. Все требования, предъявляемые к этим машинам, можно подразделить на конструктивные, технологические, эксплуатационные, экономические и социальные. Специфика производства работ в городских условиях предъявляет серьезные требования к таким характеристикам кранов, как маневренность, проходимость, мобильность и устойчивость. Все краны должны обладать высокой надежностью, безотказностью, долговечностью, работоспособностью. Чем проще конструкция машины и чем меньше деталей и типоразмеров она имеет, тем выше ее потенциальная надежность. Требования, предъявляемые к машинам с каждым годом, возрастают и могут быть удовлетворены только при достаточном оснащении средствами автоматизации, позволяющими освободить человека от монотонного и непосредственного управления техническим процессом.

2. Общая часть Разнообразие методов расчета крановых механизмов и их деталей часто дезориентируют конструкторов и нередко приводит к тому, что одни и те же детали, работающие в одинаковых условиях и с одной и той же нагрузкой, но изготовленные на разных заводах, отличаются размерами и др. показателями. Это задает затруднения при проектировании нового, а так же при модернизации и проверочных расчетов существующего оборудования.

Башенные краны являются ведущей грузоподъемной машиной в строительстве жилых, гражданских зданий, обеспечивая до 98% всех подъемнотранспортных работ при монтаже строительных конструкций, широко используются в промышленном строительстве, на складах и полигонах, на работах нулевого цикла и др.

Башенные краны классифицируют по способу установки, типу ходовых устройств, конструкции стрел и башен.

Краны с поворотной башней и нижним расположение противовеса на поворотной платформе проще в монтаже, имеют повышенную устойчивость проще в обслуживании из-за размещения всех механизмов внизу.

2.1 Кран КБ-1000

Башенный кран КБ-1000 предназначен для монтажа конструкций мощных доменных печей объемом 2000 м³ и более, сооружения мощных ТЭЦ, гидросооружений, а также для возведения сложных инженерных сооружений.

Кран КБ-1000 состоит из следующих составных узлов:

1) ходовая рама Ходовая рама представляет собой Н-образную сварную конструкцию из швеллеров и состоит из двух поперечных балок и центральной рамы.

На одной из поперечных балок («ведущая рама») устанавливается механизм передвижения и ведущие ходовые колеса, а на другой («ведомая рама») не приводные ходовые колеса.

Центральная рама крепиться к поперечным балкам болтами. Возможность разборки ходовой рамы позволяет повысить удобство ее размещения на платформе при транспортировки крана по железной дороге.

Снизу в центральной раме имеются отверстия для крепления подкатной тележки на период перевозки крана автотранспортом.

Для обеспечения устойчивости крана при работе и вне рабочего состояния на ходовую раму между продольными балками укладываются две железобетонные плиты.

2) поворотная платформа крепиться к ходовой раме. Эта платформа представляет собой плоскость (по верхней плоскости) раму, сваренную из швеллеров. В передней части рама для повышения жесткости выполнена из швеллера № 30, а задней части из швеллера № 24. Сверху к продольным балкам рамы приварена стойка. К верхней части стойки крепиться подкос, закрепляющий башню в вертикальном положении при работе.

На поворотной платформе размещены:

3) противовес, 4) механизм поворота, 5) грузовая и стреловая лебедки. Стреловая лебедка повернута относительно оси платформы на 15 град. При этом отклоняющий блок стрелового каната, рассоложенный сзади под платформой, также повернут на

15 град. и смещен с продольной оси платформы на 240 мм. Плиты противовеса укладываются на платформу в ее задней части и закрепляются с помощью анкерных болтов.

6) Башня и стрела крана выполнены решетчатыми из уголков. Основание башни, имеющее вид трапеции, расширено снизу для лучшего восприятия боковых изгибающих нагрузок. К поворотной платформе башня крепиться с помощью проушин и пальцев. В горизонтальном положении к башне на высоте 3,85 м крепятся подкосы, опирающиеся на стойку. Для выведения башни из вертикального положения при демонтаже служит шарнирно закрепленный на стойке винтовой монтажный подкос.

В верхней части к башне крепятся: сзадираспорка, справакронштейн для установки кабины, сверхуоголовок и спереди — проушины для крепления стрелы. На оголовке башни размещаются отводные блоки 7) стрелового расчала и 8) ограничитель грузоподъемности, связанный с отводным блоком грузового каната. Лестница для подъема в кабину расположена внутри башни. На головке стрелы расположен отводной блок грузового каната, ограничитель высоты подъема и оси для крепления неподвижных концов грузового каната и стрелового расчала. В рабочем положении стрела удерживается с помощью 9) канатного стрелового расчала, который проходит через блоки на оголовке башни и на распорке и огибает уравнительный 10) блок подвижной обоймы шестикратного стрелового полиспаста. Неподвижная обойма стрелового полиспаста закреплена с помощью канатноякорной тяги за поворотную платформу.

Изменение вылета крана КБ-1000 является установочным, т. е без груза на крюке. Соответственно выбрана и мощность стреловой лебедки, исходя из подъема стрелы без груза. При установочном изменении вылета удаетсяпо сравнениюс маневровым (т.е. осуществляемым с грузом на крюке) снизить мощность, уменьшить вес лебедки и уменьшить диаметр стреловых канатов и блоков.

Управляют краном во время работы командоконтроллерами из кабины. Число цепей командоконтроллера 4, число рабочих позиций 5. Движение крана на рабочем участке подкранового пути ограничено конечными выключателями в цепях катушек контакторов. Из кабины электродвигателем механизма поворота управляют кулачковым командоконтроллером. Двухступенчатый закрытый тормоз механизма поворота управляется двумя тормозными магнитами. Ограничение поворота крана в пределах двух оборотов производится конечными выключателями в цепях катушек контакторов. Из кабины управление работой электродвигателя привода стреловой лебедки осуществляется кулачковым командоконтроллером. Подъем и опускание стрелы ограничиваются микропереключателями. Опускание стрелы на высоко поднятую крюковую подвеску заблокировано выключателем в цепь магнитного пускателя КСС ограничителя 2ВКП.

Работа крана осуществляется циклично. Для включения механизма передвижения крана, крановщик рукоятку командоконтроллера переводит во вторую позицию с выдержкой 1,5−2,5 с. в первой позиции. Не рекомендуется из-за перегрева сопротивления работать на первой позиции командоконтроллера кроме случаев, когда кран необходимо передвинуть на расстояние до 1 м.

Следующей операцией крановщик опускает крюковую подвеску с крюком, при этом переводит рукоятку командоконтроллера во вторую позицию «спуск» с выдержкой времени 0,5 с. в первой позиции.

После того, как груз будет подцеплен, крановщик устанавливает рукоятку во вторую позицию «подъем» с выдержкой 1,0−1,5 с. в первой позиции, при этом происходит натяжение стропов подцепленного груза. Когда стропы натянуться кран начинает подъем груза. Остановка стрелы при подъеме и опускании производится быстрым возвращением рукоятки в нулевую позицию без выдержки на первой позиции.

Когда груз уже поднят, крановщик включает механизм поворота, при этом рукоятка ставится в первую позицию до поворота стрелы на угол 4−5 град., затем возвращается в нулевое положение; когда груз начнет двигаться вслед за стрелой, рукоятка с выдержкой 1,2−1,5 с. на первой позиции, переводится во вторую позицию, и после такой же выдержки, в третью позицию. Если стрелу необходимо повернуть на небольшой угол (до 30−40 град.) механизм поворота периодически включается установкой рукоятки в первую позицию.

Когда груз будет перенесен на нужное место, крановщик вновь опускает крюковую подвеску с грузом на крюке, при этом переводит рукоятку командоконтроллера во вторую позицию «спуск» с выдержкой времени 0,5 с. в первой позиции и т. д.

2.1.1 Установка крана на строительной площадке СНиП (п. 1.3, с.9)

На строительной площадке кран устанавливают с таким расчетом, чтобы исключить не охватываемые крюком (мертвые) зоны строительного объекта. При этом должна учитываться возможность удобного подвоза к крану строительного материала и близость площадки для складирования деталей, если монтаж не производится непосредственно с транспорта.

Если башенный кран необходимо ставить у котлована для монтажа фундамента, стен и перекрытий подвалов, то расстояние по горизонтали между краем дна котлована и основанием призмы подкранового пути должно быть:

— для песчаных и супесчаных грунтов не менее полуторакратной глубины котлована плюс 0,4 м;

— для глинистых грунтов не менее глубины котлована плюс 0,4 м.

После окончания работ по монтажу фундамента и подвалов подкрановый путь может быть подвинут к зданию с таким расчетом, чтобы расстояние между выступающими частями крана и зданием было до высоты 2 м. не менее чем 0,7 м., а для высоты более 2 м (считая от подкранового пути) не менее 0,2 м.

Монтируются и демонтируются краны серии КБ в основном одинаковыми способами с применением вспомогательного стрелового крана. Монтаж первых трех секций башни осуществляется стреловым самоходным краном грузоподъемностью не менее 16 т. на вылете 7 м. и с высотой подъема до 33 м. Дальнейшее наращивание башни, установка связей крепления их к зданию, а также демонтаж секций башни и связей осуществляется механизмами крана.

При демонтаже крана стрелу разворачивают вдоль колеи, опускают, складывают и прикрепляют к башне. Затем неподвижный конец каната стрелового полиспаста закрепляют на барабане более мощной грузовой лебедки, а грузовой канат с него снимают и крепят к башне. Ходовые тележки крана закрепляют противоугонными захватами. Раскосы, которыми башня крепиться к двуногой стойке, отсоединяют и переводят в монтажное положение, и башня грузовой лебедкой опускается на домкраты или шпальную клетку.

После снятия противовеса освобождаются противоугонные захваты задних ходовых тележек, натяжением стрелового полиспаста задняя часть рамы крана поднимается и под нее подводится ось 2 с пневмоколесами. Освобождением передних тележек и ослаблением канатов стрелового полиспаста переводят нижнюю раму крана в транспортное положение, а башню устанавливают на специальную подставку тягача рис. Для уменьшения транспортных габаритных размеров крана складывают оголовок башни, распорная балка и раскосы двуногой стойки. Кран отсоединяется от электросети, закрепляется на тягаче и транспортируется на новый объект. Монтируется кран в обратном порядке.

Для проведения указанного монтажа или демонтажа для кранов с поворотной башней требуется в 5−6 раз меньше времени, чем для кранов с неповоротной башней.

2.1.2 Механизм передвижения крана КБ-1000

На башенном кране серии КБ-1000 применены унифицированные механизмы передвижения, которые крепятся к ходовой раме.

В качестве привода механизмов передвижения использован агрегат МТРГУ-120 (мотортормозредуктор с межосевым расстоянием 120 мм) (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Общий вид приводного агрегата МТРГУ-120:

1- электродвигатель; 2- тормоз; 3- редуктор Агрегат МТРГУ имеет трехопорное крепление, двумя опорами является трансмиссионный вал, третьей специальный кранштейн, соединяющий электродвигатель агрегата с рамой крана.

Рис. 2.3. Редуктор РГУ-120:

1- чугунный корпус; 2- подшипники; 3- глобоидный червяк; 4- фонарь;

5,13- прокладки; 6,11,14 и 15- крышки; 7- ступица глобоидного червячного колеса; 8- уплотнение вала; 9- роликоподшипники; 10- бронзовый венец колеса; 12- глухая крышка.

Редуктор (рис. 2.3) имеет литой чугунный корпус 1, в стенках которого в двух взаимно перпендикулярных направлениях расточены сквозные отверстия. В верхние отверстия вставлены радиально-упорные подшипники 2 с глобоидным червяком 3. Подшипники удерживаются от смещения крышкой 15 и выступом торца фонаря 4. Для перемещения червяка вдоль его оси и регулировки осевого зазора служит набор шлифованных металлических прокладок 13, вставленных между крышкой и корпусом редуктора.

В нижние отверстия установлены крышки 6 и 11, во внутренних выточках которых расположены наружные обоймы конических роликоподшипников 9. Внутренние обоймы подшипников напрессованы на шейки ступицы 7 глобоидного червячного колеса. Осевое перемещение колеса и регулировка осевого зазора подшипников осуществляется с помощью металлических прокладок 5.

Надежная работа редуктора обеспечивается точным монтажом червячной пары на заводе-изготовителе. Поэтому вскрывать редуктор в процессе эксплуатации не следует. Исключение составляет лишь глухая крышка 12.

2.1.3 Механизм поворота крана КБ-1000

Механизм поворота предназначен для вращения поворотной части крана вокруг вертикальной оси (рис. 2.5)

Рис. 2.4. Кинематическая схема механизма поворота:

1-электродвиатель; 4-тормоз; 6-редуктор; 10-выходная шестерня.

Рис. 2.4.Механизм поворота П-3:

1- шкив; 2- электродвигатель; 3- масломерный щуп; 4- пробка; 5,6,9- сателлиты; 7,11,24- водила II, III, I ступеней; 8- упорный подшипник; 10- корпус редуктора;

12- пробка сливная; 13,17,27- манжетные уплотнения; 14- масленка; 15- вал выходной; 16- шарикоподшипники; 18- шестерня выходная; 19- штифты;

20- зубчатый венец III ступени; 21,23- зубчатые кольца; 22,25- венцы II, I ступени; 26- крышка редуктора; 28- основание тормоза; 29- тормоз.

Механизм поворота П-3 предназначен для кранов большей грузоподъемности.

Он имеет вертикально расположенный фланцевый электродвигатель 2 и вертикальный планетарный редуктор. На верхнем валу электродвигателя расположен тормозной шкив 1, а на лапахрамка 28 основания тормоза 29.

Редуктор состоит из корпуса 10 и крышки 26. Крышка в виде фланца соединяет электродвигатель с редуктором. Корпус отлит из стали и имеет снаружи массивную проушину и фланец для крепления к поворотной платформе крана.

На нижней шейке корпуса, опираясь на 2 подшипника 16, крепиться выходная шестерня 18, входящая в зацепление с опорно-поворотным кругом. Такое крепление разгружает тихоходный вал 15 от изгибающих радиальных нагрузок.

Планетарная передача состоит из трех ступеней. Венец 20 III ступени соединен с корпусом редуктора штифтами 19, а 2 других зафиксированы зубчатыми кольцами 21 и 23. Венцы I и II ступени выполнены самоустанавливающимися, т. е. имеются зазоры между внешней поверхностью венцов и корпусом редуктора. Это позволяет выровнять нагрузки на сателлиты независимо от наличия небольших погрешностей при изготовлении. В отличие от обычных тормозов каждая колодка тормоза отжимается своим электромагнитом, расположенным в нормальном, т. е. вертикальном положении. Такая конструкция позволяет повысить плавность разгона и торможения механизма, т.к. колодки отжимаются от шкива и накладываются в зависимости от положения рукоятки командоконтроллера механизма поворота.

грузоподъемный машина башенный кран

2.1.4 Лебедка крана КБ-1000

Лебедка, это устройство предназначенное для подъема, опускания, удержание, подтаскивания груза по горизонтали.

Рис. 2.5. Общий вид лебедки

Все лебедки выполнены по единой принципиальной конструктивной схеме (рис. 2.5), в которой двигатель, редуктор и барабан выполнены в виде единого блока.

Электродвигатель прикреплен к корпусу редуктора с помощью фланца, а барабан жестко связан с выходным валом редуктора.

При такой конструкции отпадает необходимость тщательной проверки соосности соединений, что упрощает монтаж и эксплуатацию лебедок. Стреловой канат, сбегая с барабана лебедки, проходит через блоки стрелового полиспаста, второй конец каната закреплен неподвижно. При наматывании стрелового каната на барабан полиспаст укорачивается, подвижные блоки полиспаста опускаются и при помощи дополнительных расчальных канатов, на которых они подвешены, поднимают стрелу. Так осуществляют изменение вылета. Грузовой канат, наматываясь на барабан лебедки, огибает обводные блоки, блок на конце стрелы и крюковой подвеске и поднимает груз. Второй конец грузового каната огибает обводные блоки и закрепляется на стреловом барабане лебедки. Сделано это для того, чтобы при изменении вылета (подъеме и опускании стрелы) высота подвеса груза не изменялась.

2.1.5 Тормозной механизм крана КБ-1000

Рис. 2.6. Общий вид тормоза:

1- регулировочный винт; 2- отжимная планка; 3- гайки; 4- пружины; 5- тяги пружин; 6- шток; 7- электромагнит; 8- основание тормоза; 9- ось; 10- рычаг; 11- палец; 12- колодка; 13- стяжной болт; 14- контргайка; 15- винт.

Тормозные электромагниты и электрогидравлические толкатели применяются для растормаживанию тормозов в механизмах крана. Они обычно присоединяются параллельно со статором электродвигателя, поэтому включение электродвигателя сопровождается автоматическим растормаживанием тормоза. В качестве тормозных электромагнитов применяют однофазные короткоходовые электромагниты МО, устанавливаемые на колодочных тормозах ТКТ. При включении электродвигателя начинает работать центробежный насос, вследствие чего под поршнем создается повышенное давление, которое поднимает поршень со штоком до верхнего положения. При этом масло, находящееся над поршнем, выталкивается через специальные каналы в корпусе к нижней части центробежного колеса насоса, а шток растормаживает тормоз. Поршень находится в верхнем положении до тех пор, пока включен электродвигатель и работает насос.

В сравнении с тормозными электромагнитами электрогидравлические толкатели обладают рядом преимуществ: размеры и вес их меньше по сравнению с аналогичными по рабочим параметрам электромагнитами, потребление электроэнергии также в несколько раз меньше.

Величина напорного усилия гидротолкателя не зависит от положения поршня, в то время как у электромагнита усилие резко изменяется в зависимости от величины воздушного зазора между ярмом и якорем.

С повышением внешней нагрузки до величины максимального напорного усилия толкателя поршень останавливается. При этом не происходит ни перегрузки двигателя, ни механических повреждений элементов толкателя. У тормозного электромагнита при таком соотношении внешней нагрузки и тягового усилия сгорает катушка.

С помощью электрогидравлического толкателя можно получать малые скорости привода.

2.2 Сигнальные анемометры Схема защитного устройства от аварийных ветровых нагрузок предназначенного для установки на башенных кранах. Устройство состоит из датчика скорости ветра анемометрического типа, расположенного в верхней части крана. Датчик скорости ветра состоит из тахогенератора 2 и трехчашечной крыльчатки 1. Сигнал тахометра после прохода через выпрямитель 3 складывается в сумматоре 5 с напряжением смещения, корректирующим градуировочную характеристику, и через интегральную цепь 6 подается на аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и два компаратора 9 и 12. АЦП 7 обеспечивает постоянную индикацию скорости, а компараторы за счет делителя 11- срабатывание на двух уровнях и включение световых индикаторов «Внимание» 8 и «Предел» 13 при достижении опасного для данного крана значение скорости ветра, устанавливаемого регулятором 10. Компаратор 9 одновременно подключает таймер 14- счетчик допустимой продолжительности действия порывов ветра, которая для данного крана устанавливается регулятором 18.

В результате срабатывания третьего компаратора 17 (при устойчивых порывах ветра) включаются световой индикатор «Опасно» 16, реле 19, переключающее цепи световой и звуковой сигнализации, а также противоугонное устройство (механизм захвата). Разблокировка прибора осуществляется кнопкой «Сброс» 15, а контроль работоспособного состояния — кнопкой «Контроль» 4.

Рис. 2.5. Схема защитного устройства от ветровых нагрузок

3. Специальная часть Башенные краны работают с грузом, вынесенным за опорную базу машины, и поэтому должны обладать достаточной устойчивостью при воздействии на них грузовой, инерционной и ветровой нагрузок. Устойчивость этих кранов обеспечивается их собственной массой и увеличивается применением противовесов и выносных опор.

Сумма моментов сил, удерживающих кран от опрокидывания, должна с некоторым запасом превышать сумму моментов сил, стремящихся опрокинуть кран.

Согласно статье № 34 для башенного крана проверяется два состояния:

— на грузовую устойчивость (номинальный груз на крюке)

— на собственную устойчивость (без груза на крюке)

3.1 Расчет грузовой устойчивости башенного крана При расчете грузовой устойчивости крана учитывается вес всех частей крана и вес груза на максимальном вылете. При расчете находим:

1) M_уд— момент удерживающий, т м;

2) М_опр— момент опрокидывающий, т м;

Таблица 3.1 Исходные данные для расчета

К_г. у.= М_уд / М_опр, (3.1)

К_г. у.> или =1,4

М_х.р.=G_х.р.· P= G_х.р.0,5 · B= 1,0· Q· 0,5· B=1,0· 50· 0,5· 11=275 т м (3.2)

М_х.р.— момент ходовой рамы, т м;

G_х.р.— вес ходовой рамы: G_х.р.=1,0· Q, т;

Вколея, м;

Q_max— грузоподъемность при максимальном вылете.

М_б=G_б· Б=G_б· (0,5· B-L_n)=1,0· 50· (0,5· 11−3,0)=125 т м (3.3)

М_б— момент башни, т м;

G_б— вес башни с оголовком: G_б=1,0· Q, т;

L_n— вылет противовеса, м;

М_г=(Q+g) · A=(Q+g) · (L_max-0,5· B)=(50+0,01· 50) · (20−0,5· 11)=732,25тм (3.4)

М_г— момент груза, т м;

gвес крюковой подвески: g=0,01· Q, т;

L_max— максимальный вылет груза, м;

М_с=G_c· C=G_c·(0,8·L_max-0,5·B)=0,3·50·(0,8·20−0,5·11)=157,5 т м (3.5)

М_с— момент стрелы, т м;

G_c— вес стрелы: G_c=0,3· Q, т;

М_п.п.=G_п.п. · П=G_п.п. · 0,5·В=0,8·50·0,5·11=220 т м (3.6)

М_п.п.— момент поворотной платформы, т м;

G_п.п.— вес поворотной платформы: G_п.п.=0,8· Q, т;

G_n>=(1,4· (M_г+М_с)-(М_х.р.+М_б+М_п.п.))/(L_n+0,5·B)>=(1,4·(732,25+157,5);

— (275+125+220))/(3,0+0,5· 11)>=73,6 т (3.7)

G_n>=73,6 — вес противовеса, т;

М_п.=G_п. · А_п.=G_п. · (L_n+0,5·B)=73,6·(3,0+0,5·11)=625,6 т м (3.8)

М_п.— момент противовеса, т м;

М_уд.=М_п.+М_х.р.+М_п.п.+М_б=625+275+220+125=1245 т м (3.9)

М_опр.=М_г.+М_с=732,25+157,5=889,75 т м (3.10)

М_уд./М_опр.=1245/889,75=1,4 т м (3.11)

К_г. у.>=1,4

3.2 Расчет собственной устойчивости башенного крана При расчете учитывается вес всех частей крана, вылет крюка (номинальный без груза), уклон пути =3 градуса в сторону противовеса, ветровая нагрузка, действующая на парусную площадку крана в сторону противовеса.

При расчете находим:

1) M_уд— момент удерживающий, т м;

2) М_опр— момент опрокидывающий, т м;

Таблица 3.2 Исходные данные для расчета

К_с.у.= М_уд / М_опр, (3.12)

K_cy>=1,15

М_g=g· A=0,01·Q·(L_max-0,5·B)=0,01·50·(20−0,5·11)=7,25тм (3.13)

М_g— момент крюковой подвески, т м;

L_max— максимальный вылет груза, м;

gвес крюковой подвески: g=0,01· Q, т;

Qгрузоподъемность при минимальном вылете, т;

М_с=G_c· C=G_c·(0,8·L_max-0,5·B)=0,3·50·(0,8·20−0,5·11)=157,5 т м (3.14)

М_с— момент стрелы, т м;

G_c— вес стрелы: G_c=0,3· Q, т;

М_б=G_б· Б=G_б·(0,5·B-L_n)=1,0·50·(0,5·11−3,0)=125 т м (3.15)

М_б— момент башни, т м; G_б— вес башни с оголовком: G_б=1,0· Q, т;

L_n— вылет противовеса, м;

М_х.р.=G_х.р.· P= G_х.р.· 0,5 · B= 1,0· Q·0,5·B=1,0·50·0,5·11=275 т м (3.16)

М_х.р.— момент ходовой рамы, т м;

G_х.р.— вес ходовой рамы: G_х.р.=1,0· Q, т;

Вколея, м;

M_у=(М_с+М_б) · sin 3=(157,5+125) · sin 3=14,125тм (3.17)

М_у— момент уклона в сторону противовеса, т м;

М_в.=Р_в. · L_в.=f·F_n=100·f·K_n·H_max=100·0,06·2·50=600 т м (3.18)

М_в.— момент ветровой нагрузки, т м;

fрайонный скоростной напор ветра: f=60 [кгс/м²];

К_п.— коэффициент парусности в зависимости от грузоподъемности Q (К_п=2)

табл.3.3 (см. Приложение 1);

H_max— высота подъема груза, м;

F_n=0,2· H_max— парусная площадь крана, решетчатой башни и стрелы, м²;

L_в.=0,5· H_max— плечо ветровой нагрузки, м;

М_опр.=М_g+М_с+М_у+М_в=7,25+157,5+14,125+600=778,88 т м (3.19)

М_п.п.=G_п.п. · П=G_п.п. · 0,5·В=0,8·50·0,5·11=220 т м (3.20)

М_п.п.— момент поворотной платформы, тм;

G_п.п.— вес поворотной платформы: G_п.п.=0,8· Q, т;

G_п.>=(1,15· (M_с+М_у+М_г+М_в)-(М_х.р.+М_п.п.+М_б))/(L_n+0,5·B)>=

(1,15· (157,5+14,125+7,25+600) — (275_.+220+125))/(3,0+0,5· 11)>=32,45 т

G_п.>=32,45 т (3.21)

М_п.=G_п. · А_п.=G_п. · (L_n+0,5·B)=32,45·(3,0+0,5·11)=275,8 т м (3.22)

М_п.— момент противовеса, т м;

М_уд.=М_п.+М_х.р.+М_п.п.+М_б=275,8+275+220+125=895,8 т м (3.23)

М_уд./М_опр.= 895,8/778,88=1,15 т м (3.24) К_г. у.>=1,15

3.3 Расчет ветровой нагрузки

Давление ветра на 1 кв. м площади крана и груза зависит от условий обтекания и определяется по формуле:

D_A=q· K_A=175·1,2=210 н/м² (3.25)

где q — скоростной ветровой напор, который характеризуется по 12 — балльной шкале Бофорта (табл. 3.3).

Таблица 3.3 12-ти балльная шкала Бофорта

К_А — коэффициент аэродинамического сопротивления (коэффициент обтекания) по (табл. 3.4).

Согласно ГОСТ 1451–77 «Краны подъемные, нагрузка ветровая» предельным ветром, при котором еще допустима работа строительного крана, считается

7 — балльный q=175 н/м².В нерабочем состоянии кран должен воспринимать

12 — балльный ветер: q=700н/м².

Таблица 3.4 Коэффициент аэродинамического сопротивления К_А

Поскольку с увеличением высоты скорость воздуха при ветре повышается, то к скоростному напору добавляется по 10 Н на каждый метр сверх 20 м над уровнем, но не более, чем до 1500 Н/м².

Давление ветра на элемент крана:

P^k_A=F_k· K_p=0,3·175=52,5 Н/м². (3.26)

где К_Р — коэффициент решетчатости, (К_Р =1 для сплошных поверхностей,

К_Р = 0,3…0,4 для решетчатых конструкций);

F_к — наветренная площадь элемента крана, м² (схема 3.1)

Схема 3.1. Наветренная площадь элемента крана F_к, м².

Давление ветра на груз, Н/м².

Р^А_А=Р_В+F_гр=25+80=105 Н/м². (3.27)

где F_гр — наветренная площадь груза, м² (табл. 3.5)

Таблица 3.5 Наветренная площадь груза F_гр, м²

Таблица 3.6 Сводная таблица результатов

3.4 Устройство и общий расчет грузовой лебедки башенного крана Таблица 3.7 Исходные данные для расчета

Т.кQ=50 т, то а=6, n_n=0,82;

Расчет разрывного усилия в канате:

S_max=(Q+q)/(a· n_n)=(50+0,01·50)/(6·0,82)=10,264 т (3.28)

Qгрузоподъемность крана, кг;

q=0,01· Qвес крюковой подвески, кг;

а — кратность полиспаста в зависимости от грузоподъемности крана;

n_n— КПД полиспаста в зависимости от его кратности;

S_max— максимальное натяжения каната, кг;

Отсюда:

S_p= S_max· n_k=10,264·5,0=51,321тс=51 321кг (3.29)

n_k— коэффициент запаса прочности каната в зависимости от режима работы механизма: n_k=5,0;

Расчет диаметров блоков и барабана D_б:

D_б=d_к· к=27·20=540 мм (3.30)

ккоэффициент жесткости каната в зависимости от режима работы механизма; к=20

d_к— диаметр каната, мм. Он выбирается по разрывному усилию (табл. 3.8)

Таблица 3.8

Т.к. S_p=51 321кг, то выбираем [G]_p=200 кг/мм²;

S_p=51 321 кг и d_к=27 мм Расчет длины барабана L_б:

L_к=Н· а=96·6=576 м (3.31)

Z= (L_к/(р· D_б))+3=(576/(3,14·0,54))+3=343шт (3.32)

t=1,1· d_к=1,1·27=29,7 мм (3.33)

L_б= Z· t=343·29,7=10 187,1 мм (3.34)

t — шаг витков каната, мм;

L_к— длина каната в зависимости от кратности полиспаста, а и высоты подъема груза Н, м;

D_б— диаметр барабана, м;

Zколичество витков каната на барабане, шт;

Расчет частоты вращения вала барабана n_б:

n_б=V_k/(р· D_б)=42/(3,14·0,54)=25об/мин (3.35)

V_k=V_г· a=7·6=42м/мин (3.36)

V_k— скорость навивки каната на барабан, м/мин;

V_г— скорость подъема груза, м/мин;

Расчет мощности электродвигателя лебедки N_д:

N_д =((Q+q) · V_г)/(60·102·n₀)=((50 000+500) · 7)/(60·102·0,8)=

=72,2кВт (3.37)

Qгрузоподъемность крана, кг;

q=0,01· Qвес крюковой подвески, кг;

n₀=0,8- общий КПД лебедки;

По расчетному значению мощности выбирается электродвигатель в зависимости от ПВ в %.

Продолжительность включений механизма (ПВ в %)=15;

Электродвигатель выбираем по (табл. 3.9)

Таблица 3.9

Т.к. N_д=72,2 кВт, то выбираем электродвигатель серии МТF 412, частота вращения вала n_д=960 об/мин, диаметр вала d=65 мм;

Расчет передаточного отношения редуктора i:

i=n_д/ n_б=960/65=14,76 (3.38)

n_д— частота вращения вала электродвигателя, об/мин;

n_б— частота вращения вала барабана, об/мин;

По диаметру вала электродвигателя d=65 мм, передаточному числу редуктора

I=14,76и мощности электродвигателя N_д=72,2 кВтвыбирается стандартный цилиндрический двухступенчатый редуктор: типоразмер Ц2У по (табл. 3.10)

Таблица 3.10

Т.кi=14,76, то типоразмер Ц2У- 400, крутящий момент М_б=650 кг м, диаметр цапфы вала d=65 мм Расчет крутящих моментов на валах электродвигателя и барабана М_д и М_б, кг м;

М_д=975· (N_д/n_д)=975·(72,2/960)=73,13 кг м (3.39)

N_б=N_д/n₀=72,2/0,8=90,25 кВт (3.40)

N_б— мощность на валу барабана, кВт;

М_б=975· (N_б/n_б)=975·(90,25/65)=1353,75 кг м (3.41)

По диаметрам валов электродвигателя и редуктора, крутящему моменту выбираем муфту (табл. 3.11)

Таблица 3.11

Т.к. крутящий момент М_д=73,13 кг м, то типоразмер МУВП- 9, диаметр посадочных отверстий d=65 мм;

Расчет тормозного момента на 1-ом быстроходном валу редуктора М_т:

М₁=((Q+q) · D_б)/(2·a·i·n₀)=((50 000+500) · 0,54)/(2·6·15·0,8)=189,4кгм (3.42)

М₁— номинальный тормозной момент на 1-ом валу редуктора, кг м;

n_т— коэффициент запаса торможения=2;

М_т= М₁· n_т=189,4·2=378,8 кг м (3.43)

По тормозному моменту М_т выбираем тормоз (табл. 3.12)

Таблица 3.12 Тормоза колодочные типа ТКТ (ГОСТ 17 412−72)

Т.к. М_т=378,8 кг м, то выбираем тормоз ТКТ- 500, D_ш=500 мм;

Таблица 3.13 Сводная таблица результатов

4. Охрана труда в процессе эксплуатации кранов СНиП (п. 1.6, с. 13)

Для грузоподъемных кранов существуют определенные трудности из-за часто меняющихся условий их эксплуатации на различных строительных площадках: по сравнению с этим мероприятия по обеспечению условий безопасной эксплуатации башенных кранов могут проводиться своевременные ремонты.

В процессе эксплуатации башенных кранов происходит постоянная выработка или изнашивание деталей механизмов, приборов электрооборудования и металлоконструкций. Наиболее распространенным является механический износ. Устойчивость поверхностных слоев деталей против износа называется — ИЗНОСОСТОЙКОСТЬЮ.

Если первый период приработки будет проведен квалифицировано с постепенным повышением действующих нагрузок, то износостойкость, а следовательно, и срок службы деталей может быть увеличен не менее, чем в 1,5 раза.

4.1 Техническое обслуживание и ремонт СНиП (п. 1.7, с.14)

В состав технического обслуживания входят работы по уходу за краном, т. е. очистка, мойка, смазка, осмотр, регулировка и контроль технического состояния узлов, агрегатов, механизмов приборов, подкрановых путей и крана в целом.

Техническое обслуживание может быть:

1) ежесменное ЕОпроводиться регулярно: перед началом, в перерывах и по окончании работы. Проводит машинист.

2) периодическое ТОпосле установленного числа часов работы, за счет сменного рабочего времени. Проводит машинист и слесарь-электрик или звено заявочного ремонта.

По мере того, как конструкция башенных кранов совершенствуется, изменяется и их техническое обслуживание. В тех организациях, где проводится квалифицированное ее сменное обслуживание сроки межремонтных циклов

пересматриваются в сторону увеличения.

Так в организациях Главмосстроя были утверждены «Указания по техническому обслуживанию строительных машин», по которым на основе практических данныхбыли изменены периодичность и трудоемкость работ по техническому обслуживанию. По этим указаниям, например, периодичность техническихобслуживаний для башенных кранов грузоподъемностью 5 т. составляет 500 машино-часов при трудоемкости 80 текущий ремонт- 2000 машино-часов при 240 чел-часах и капитальный через16 000 м/ч при трудоемкости 1100.

Удлинение межремонтных сроков достигается благодаря соблюдению правил технической эксплуатации, внедрения прогрессивных методов и повышения качества ремонта. Для каждого крана системой ППР предусматривается примерный перечень работ по техническому обслуживанию:

1) ежесменное техническое обслуживание:

— проверить состояние и комплектность крана;

— проверить исправность подкранового пути, тупиковых упоров, положение икрепление линеек ограничителей передвижения, целостность рельсовых стыковых накладок и контура заземления;

— проверить исправность изоляции питающего кабеля и его креплениелинеек ограничителей передвижения, целостность рельсовых стыковых накладок и контура заземления;

— проверить исправность изоляции питающего кабеля и его крепление;

— проверить стальные канаты и чалочные приспособления, правильность запасовки канатов в роликах;

— опробовать все тормозные механизмы и убедиться в исправности их действия;

— проверить исправность действия всех ограничителей и конечных выключателей;

— в течение смены периодически проверять степень нагрева корпуса электродвигателей, подшипников, сопротивлений, тормозных электромагнитов;

— проверить состояние механизмов, оборудования, оснастки и металлических конструкций, устранить обнаруженные неисправности;

— проверить плотность затяжки и наличие контргаек, крепления стойки поворотной

платформы к башне крана;

— в течение смены следить за состоянием подкрановых путей. По отклонению от вертикального положения башни следить за уклоном пути.

2) техническое обслуживание, включая объем работ ЕО:

— произвести наружный осмотр металлических конструкций крана, проверить затяжку болтовых соединений, особое внимание обратить на болты крепления опорно-поворотного устройства и на стыковые уголки или фланцы башни и стрелы. Ослабевшие болты подтянуть, дефектныезаменить.

— проверить состояние сварных швов металлических конструкций крана, заварить обнаруженные трещины;

— проверить состояние резиновых амортизаторов и пальцевых эластичных муфт, заменить изношенные;

— проверить крепления и исправность ходовых колес;

— смазать кран в соответствии с картой смазки;

— проверить правильность запасовки стальных канатов в коушах;

— испытать кран согласно «Правил» Госгортехнадзора и отрегулировать ограничители и защитные устройства

4.2 Ремонт кранов в условиях эксплуатации СНиП (п. 1.8, с.16)

Каждый вид последующего технического ремонта включает обязательно и работы предыдущего.

Различают два вида ремонта:

1) текущийустраняются мелкие неисправности в узлах и механизмах, возникшие в процессе работы крана и препятствующие его дальнейшей эксплуатации. Замена и ремонт отдельных деталей (но не базисных) со снятием или без снятия узлов с крана. Замена агрегатов, отправка их в капитальный ремонт и замена новыми или заранее отремонтированными. Проводится в мастерских управлений механизации во время перебазировки крана с объекта на объект.

капитальныйкран полностью разбирается и все его агрегаты и узлы

ремонтируются. Восстанавливаются все начальные посадки и сопряжения. Изношенные узлы и детали заменяются новыми. Производится на ремонтных заводах.

В условиях эксплуатации проводятся мелкие аварийные ремонты отдельных узлов и деталей и частично текущие ремонты. Для ремонта машин в трестах и управлениях механизации организуются эксплуатационные или эксплуатационно-производственные отделы и их подразделения: эксплуатационные участки, служба ППР.

Служба ППР для проведения ремонта в условиях эксплуатации должна располагать автомобилями техпомощи, оснащенными необходимым оборудованием, инструментом, материалами и запчастями.

Существуют два метода проведения ремонта узлов:

1) агрегатныйпри нем поврежденный узел заменяется целиком новым.

Преимуществом этого метода является то, что время простоя крана в ремонте сокращается до минимума.

При агрегатном ремонте вновь устанавливаемые узлы изготовляются или ремонтируются заранее с высокой точностью, благодаря чему качество этихузлов как правило, не уступает первоначально установленным узлам. На кранах серии КБ, учитывая применение унифицированных узлов, агрегатный метод ремонта применяется особенно широко.

2) индивидуальныйпри этом методе ремонта поврежденные узлы или детали снимаются с крана, ремонтируются и вновь устанавливаются на место.

Этот метод ремонта обладает тем основным недостатком, что он приводит к значительным простоям крана. Однако этот метод в настоящее время все же имеет место.

Строительные башенные краны в основном ведут сборку зданий из элементов, изготовляемых индустриальными методами на заводах. Поэтому остановка крана на стройке влечет за собой простой многих машин, механизмов, людей и срыв установленных графиков. Для сокращения времени простоев кранов по технической неисправности необходимо, чтобы обслуживающий персонал мог быстро определить причину остановки крана и устранить неисправность.

Своевременное выявление неисправности и принятие мер устранения причин, вызывающих эту неисправность, может предотвратить простой крана. Существуют нормы и правила техники безопасности при эксплуатации кранов, которые определяются следующими основными положениями:

— внедрением систем, позволяющих предотвратить соударение башенных кранов с посторонними предметами

— внедрение систем, позволяющих регистрировать позиционирование элементов стрелы кранов

— использованием устройств подачи предупредительных сигналов оператору о выходе исполнительных механизмов крана за границы допустимых зон перемещения при подъеме и опускании грузов.

4.3 Техника безопасности при ремонтных работах (СНИП 12−03−2001 «Безопасность труда в строительстве» Часть 1)

8.5.1. Рабочие при разборке и сборке кранов и их узлов должны пользоваться исправным инструментом.

8.5.9. Лица, участвующие в ремонтных работах, должны быть обучены безопасным приемам работы.

8.5.10. Запрещается работать на незаземленном кране.

8.5.14. В перерывах и по окончанию работы электроинструмент должен быть отключен от сети.

8.5.19. Во время испытаний механизмов запрещается проводить на ходу смазку, регулировку или исправления.

4.4 Правила по технике безопасности для машиниста башенного крана (Строительные башенные краны серии КБ. /Невзоров Л.А., ПазельскийГ.Н., Романюха В.А.// «Машиностроение», 1971)

1. При управлении краном машинист должен строго соблюдать правила технической эксплуатации кранов и правила по технике безопасности.

2. Машинист должен помнить, что нарушение им правил эксплуатации крана, может привести не только к простою башенного крана, являющегося ведущим механизмов на строительстве, но и вызвать тяжелую аварию с жертвами, за последствия которой ответственным в первую очередь является машинист.

3. Машинист обязан знать вес поднимаемых краном грузов и вес отдельных строительных деталей.

4. Машинист обязан участвовать в ППР обслуживаемого им крана и принимать участие в сдаче крана инспекции Госгортехнадзора.

5. К управлению башенным краном допускаются лица, прошедшие медицинское освидетельствование и имеющие на руках удостоверение на право управления краном, выданное квалифицированной комиссией с участием инспектора Госгортехнадзора.

6. Удостоверение выдается сроком на 1 год, после чего машинист вновь должен быть проверен квалифицированной комиссией с последующим продлением прав на управление краном еще на 1 год.

7. Назначение на должность крановщика должно быть оформлено администрацией приказом.

4.4.1 Обязанности машиниста перед началом работы (Строительные башенные краны серии КБ. /Невзоров Л.А., Пазельский Г. Н., Романюха В.А.// «Машиностроение», 1971)

1. Тщательно осмотреть подкрановые пути, заземление, питающий кабель, ограничитель передвижения, тормоза.

2. Осмотреть механизмы крана.

3. Просмотреть крановый журнал и принять немедленно меры к устранению недостатков.

4. Проверить на холостом ходу и под нагрузкой все механизмы.

5. Осмотреть стальной канат и проверить правильность его наматывания.

6. Снять рельсовые захваты.

4.4.2 Обязанности машиниста башенного крана во время работы (Строительные башенные краны серии КБ. /Невзоров Л.А., Пазельский Г. Н., Романюха В.А.// «Машиностроение», 1971)

1. Управлять краном в строгом соответствии с инструкцией по управлению краном

2. Давать предупредительный сигнал перед выполнением каждой операции.

3. Не поднимать груз, превышающий грузоподъемность крана для данного вылета

4. Поднимать и опускать грузы плавно, без рывков и толчков.

5. Не допускать сильного раскачивания груза.

6. Следить за правильным наматыванием канатов на барабан.

7. При уходе с крана закрывать кабину на замок, поставить кран на рельсовые захваты и запереть портальный рубильник.

8. При подъеме и опускании на кран по лестнице обе руки машиниста должны быть свободными.

4.4.3 Машинисту крана воспрещается (Строительные башенные краны серии КБ. /Невзоров Л.А., Пазельский Г. Н., Романюха В.А.// «Машиностроение», 1971)

1. Работать на неисправном кране.

2. Работать при неисправных подкрановых путях.

3. Работать в болезненном состоянии.

4. Поднимать кислородные баллоны.

5. Поднимать краном людей.

6. Одновременно поднимать груз двумя кранами.

7. Перемещать груз волоком.

8. Перемещать груз над людьми.

9. Отлучаться с крана без разрешения администрации.

10. Допускать в кабину посторонних лиц.

11. Дотрагиваться до вращающихся частей механизма.

4.4.4 Обязанности машиниста по окончанию работы (Строительные башенные краны серии КБ. /Невзоров Л.А., Пазельский Г. Н., Романюха В.А.// «Машиностроение», 1971)

1. Поставить кран в установленное для стоянки место и опустить стрелу ниже рабочего положения.

2. Заполнить крановый журнал.

3. Закрыть окна в кабине и запереть дверь.

4. Поставить кран на рельсовые захваты.

4.4.5 Обязанности монтажной бригады во время работы (СНИП 12−03−2001 «Безопасность труда в строительстве» Часть 1)

7.1.14. Оградить место монтажа, вывесить предупредительные надписи «Проход закрыт», «Опасная зона», «Не стой под грузом».

7.2.5. При монтаже крана необходимо проверить наличие заземления подкранового пути.

7.2.5.3. На кольцах рельсовых путей кранов должны быть установлены надежные тупиковые упоры.

4.5 Основные положения проекта организации работ на строительстве (СНИП 12−03−2001 «Безопасность труда в строительстве» Часть 1)

6.1.1. Зона, в пределах которой работает кран, является опасной и должна быть ограждена.

6.1.2. Если строящееся здание расположено вдоль улицы, то над заборами должны устанавливаться козырьки шириной в 1 м.

6.2.12. Для отвода атмосферных осадков на строительной площадке должны быть предусмотрены водостоки.

6.2.21. При проведении монтажных работ одновременно на разных уровнях между ними должны устраиваться защитные настилы.

6.3.1. Складирование строительных материалов должно быть в строго определенных местах.

Заключение

В настоящее время краны с каждым годом становятся все совершенней, что обеспечивает более безопасное ведение технологических процессов, а также позволяет повысить эффективность труда.

В соответствии с требованиями «Промышленной безопасности» все модели кранов в их модификации оснащены современными приборами безопасности: ограничителями грузоподъемности; регистраторами параметров; системой координатной защиты для работы в стесненных условиях. В целях сокращения времени на монтажные и пусконаладочные работы на кранах в настоящее время все периферийные кабельные соединения выполняются с использованием защищенных разъемов фирмы Harting. По заказу потребителей выпускаемые краны могут оснащаться комбинированными тупиковыми упорами безударного типа УТК-1 и УТК-1А. По оценке специалистов-аналитиков, за прошедшие годы на Российском рынке башенных кранов отмечается увеличение выпуска общего количества башенных кранов, что, в общем-то, неудивительно. Именно за последние годы строительная отрасль России стала быстро развиваться, в первую очередь увеличились объемы жилищного и гражданского строительства, где собственно и требуются башенные краны.