Расчет параметров башенного крана

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Описание башенного крана и принцип его работы

Башенный кран -- это грузоподъемная машина со стрелой, закрепленной в верхней части вертикальной башни и выполняющая работу по перемещению и монтажу конструкций за счет сочетания рабочих движений: подъема и опускания груза, изменения вылета, передвижения самого крана по рельсам и поворота стрелы с грузом. Большая обслуживаемая рабочая зона, определяемая длиной подкрановых рельсовых путей и двойным вылетом груза, в сочетании с большим подстреловым пространством обусловили широкое использование башенных кранов как основной грузоподъемной машины для выполнения строительно-монтажных работ в гражданском, промышленном и энергетическом строительстве.

Типы и параметры башенных кранов определяются их технологическим назначением. Параметры башенных кранов регламентируются ГОСТами. Главным параметром башенного крана является грузоподъемность, т.е. наибольшая масса груза на соответствующем вылете стрелы. Поскольку грузоподъемность башенных кранов переменна, ее характеризуют грузовым моментом. К основным параметрам относятся минимальный и максимальный вылет стрелы, высота подъема и глубина опускания крюка, скорости рабочих движений, габариты, масса крана, показатели мощности и опорные нагрузки. Каждая базовая модель крана или ее исполнение снабжается грузовысотной характеристикой, представляющей зависимость грузоподъемности от высоты подъема и вылета, используемой при выборе крана или его оборудования при эксплуатации.

Рис. 1. Схема индексации башенных кранов

Базовые модели башенных кранов обозначаются буквами КБ (кран башенный) и цифрами. Первая цифра указывает размерную группу по грузовому моменту, две вторые -- порядковый номер базовой модели, имеющей поворотную или неповоротную башню, четвертая -- номер исполнения, отличающийся от базовой модели, например, длиной стрелы, высотой подъема, величиной максимальной грузоподъемности. После цифр может указываться обозначение очередной модернизации (А, Б, В) и климатическое исполнение для холодного, тропического и тропического влажного климата (ХЛ, Т, ТВ).

Башенные краны разделяются на передвижные по рельсовым путям, стационарные (приставные), прикрепленные к возводимому сооружению, и самоподъемные, устанавливаемые на каркасные конструкции зданий и перемещаемые по нему в вертикальном направлении. По способу изменения вылета крюка различают башенные краны с подъемной стрелой и краны с горизонтальной балочной стрелой. По типу башен башенные краны выпускаются с поворотной и неповоротной башней.

Наибольшее применение в строительстве получили башенные краны с поворотной башней (платформой). По сравнению с кранами с неповоротной башней они имеют меньшую массу, так как расположение механизмов и балласта в нижней части крана понижает положение его центра тяжести и точки приложения равнодействующей ветровой нагрузки. Кроме того, они отличаются малыми сроками монтажа и демонтажа, удобством транспортирования и технического обслуживания.

Башня крана крепится к поворотной платформе, которая через опорно-поворотное устройство опирается на ходовую часть. На поворотной платформе размещаются: противовес, грузовая, стреловая лебедки и механизм вращения поворотной платформы. Стрела крепится шарнирно к башне и удерживается канатными тягами, которые через направляющие блоки соединены с подвижной обоймой стрелового полиспаста. Подъем и опускание груза выполняются грузовым полиспастом с помощью грузовой лебедки и крюковой подвески. Управление краном ведется из кабины. В башенных кранах для механизма подъема груза в зависимости от грузоподъемности применяют одиночные и сдвоенные полиспасты двух, трех, четырех и большей кратности.

Крюковые подвески состоят из грузового крюка, траверсы, двух боковых щек, осей с установленными на них блоками. Грузовой крюк крепится в траверсе на упорном подшипнике, благодаря чему он может свободно поворачиваться и предохранять грузовой канат от закручивания. Число блоков в подвеске определяется кратностью полиспаста, а также необходимостью изменения ее для повышения грузоподъемности крана без увеличения мощности грузовой лебедки. В некоторых конструкциях кранов с большой высотой подъема груза применяют подвески с разнесенными блоками для предотвращения каната от закручивания. Изменение вылета груза осуществляется наклоном стрелы или перемещением каретки с грузом вдоль горизонтальной стрелы.

При оборудовании крана горизонтальной балочной стрелой грузовая каретка перемещается вдоль стрелы с помощью тяговой электрореверсивной лебедки , расположенной на стреле или на поворотной платформе. Тяговый канат навивается на барабан лебедки, а два свободных его конца огибают направляющие блоки и крепятся с разных сторон к каретке. На каретке размещены блоки грузового каната. При перемещении каретки блоки обкатываются по грузовому канату и груз, не изменяя положения по высоте, перемещается вдоль стрелы. При необходимости изменения вылета груза наклоном стрелы грузовая каретка фиксируется на стреле.

Высота подъема груза при горизонтальной стреле ниже, чем при наклонной. Однако горизонтальное перемещение груза вдоль стрелы требует меньшей энергии, чем перемещение этого груза подъемом всей стрелы и одновременно упрощает операции по наводке монтажного элемента на место монтажа. У кранов с наклонной стрелой при изменении вылета груз одновременно изменяет свое положение и по высоте. Для устранения этого недостатка необходимо обеспечить горизонтальное перемещение груза при изменении вылета стрелы.

При канатоведении грузового каната при 4 и 2-х кратном полиспасте один конец грузового каната закреплен на грузовом барабане, а второй - на стреловом барабане меньшего диаметра в обратном по отношению к стреловому направлении. При изменении вылета крюка грузовой канат будет сматываться (или наматываться) со стрелового барабана при неизменном по высоте положении крюка. Балочная стрела с грузовой - кареткой может быть установлена и в наклонном с переломом в 30° положении. При этом грузовая каретка может перемещаться по наклонной стреле при сохранении горизонтального хода груза и увеличенной высоте его подъема. Однако изготовление кранов с нижним расположением опорно-поворотного устройства, у которых вращается весь кран, кроме его ходовой части, при большой грузоподъемности с большой высотой подъема груза приводит к значительному увеличению всей массы крана. Поэтому башенные краны грузоподъемностью более 10т изготовляются с неповоротной башней и вращающейся только верхней частью крана.

Технология производства работ: первоначально кран перевозится на место строительства: тяжелые краны - большими узлами, а многие современные модели - целиком на подкатных пневмоосях. Далее производится монтаж БК различными способами: подъем башни с помощью стрелы крана или специальной мачты, подъемом башни с последующей установкой стрелы и посекционным наращиванием высоты башни. Затем начинается работа крана по перемещению и подъему необходимых элементов при помощи управления из кабины.

2. Построение грузовой характеристики башенного крана

Рис. 2. Расчетная схема грузовой устойчивости башенного крана (б=60°)

Определим сумму моментов сил удерживающих кран, находящийся в рабочем положении при минимальном вылете стрелы. Минимальный вылет стрелы возможен при угле подъема стрелы к горизонту б=600:

Определим сумму моментов сил опрокидывающих кран в рабочем положении, б=600:

,

где Q - вес груза (грузоподъемность крана).

Максимальная грузоподъемность крана при б=600 определяется из условия его грузовой устойчивости:

Согласно правилам Госгортехнадзора, коэффициент запаса грузовой устойчивости принимаем равным 1,4 , так как в расчете учитываем только основные нагрузки (вес поднимаемого груза и вес частей крана) и пренебрегаем влиянием уклона и дополнительных нагрузок(силы инерция и силы ветра).

.

Вылет стрелы L: L = r + Lстр•сos(б) = 2,5 + 18•cos(60) = 11,5 м.

Грузоподъемность крана и вылет стрелы при углах подъема стрелы б=450; 300; 100 приведены в таблице 1:

Таблица 1

3. Определение коэффициента собственной устойчивости

Определим значение коэффициента собственной устойчивости крана при минимальном вылете стрелы б=600. Давление ураганного ветра, создающего опрокидывающий момент в сторону противовеса, примем равным 600 Н/м2 (60 кг/м2).

Рис. 3. Расчетная схема собственной устойчивости башенного крана

Кран является устойчивым при действии ураганного ветра.

4. Выбор каната грузоподъемного механизма крана

Определим усилие в канате, набегающем на барабан лебедки грузоподъемного механизма при подъеме груза, вес которого равен максимальной расчетной грузоподъемности крана:

,

Где m - кратность грузового полиспаста; зобщ - коэффициент полезного действия полиспаста с обводными блоками. КПД полиспаста с обводными блоками следует рассчитать по формуле:

,

Где зn - коэффициент полезного действия n обводных блоков

зпол - коэффициент полезного действия полиспаста, определяемые по формуле:

;

где

m - кратность грузового полиспаста, шт;

n - количество обводных блоков, шт;

з - коэффициент полезного действия одного отдельного блока полиспаста или обводного блока (принимаем равным з=0,95).

Тогда усилие в канате будет равно:

Определение разрывного усилия в канате грузоподъемного механизма:

,

где

кзап - коэффициент запаса прочности (принимаем равным 6).

Выбираем канат для грузоподъемного механизма по ГОСТ 2688-80:

канат типа ЛК-Р, 6Ч19 проволок с одним органическим сердечником;

диаметр каната dк=22,5 мм;

расчетная площадь сечения всех проволок S=188,78 мм2;

ориентировочная масса 1000 м смазанного каната m=1850 кг;

предел прочности проволоки при растяжении R=1666 МПа=170 кгс/мм2;

разрывное усилие каната в целом Рраз=267 кН.

5. Выбор двигателя грузоподъемного механизма

Определим максимальную скорость каната, навиваемого на барабан лебедки по заданной максимальной скорости подъема груза с учетом кратности и КПД полиспаста:

башенный кран лебедка грузоподъемный

,

где

m - кратность грузового полиспаста;

Vп - максимальная скорость подъема груза, м/с.

Определим необходимую мощность электродвигателя:

,

где

Р - тяговое усилие в канате, кН;

Vk - скорость навивки, м/с;

зред - коэффициент полезного действия редуктора (принимаем равным 0,85)

Выбираем двигатель по рассчитанной мощности:

тип электродвигателя - МТН 711-10 (50 Гц, 220/380 В),

номинальная мощность на валу (при тяжелом режиме работы ПВ=40%) - 100 кВт, скорость вращения n - 584 об/мин.

Определим передаточное отношение редуктора лебедки:

Радиус барабана Rбар принимаемым равным 280мм. (диаметр барабана принимается от 18•dк (405 мм) до 25•dk (562,5 мм)).

6. Описание техники безопасности при эксплуатации кранов

Устройства безопасности.

Строительные краны оборудуются устройствами безопасности, к которым относятся ограничители грузоподъемности, ограничители рабочих движений, указатели наклона, анемометры, упоры, противоугонные захваты.

В стреловых кранах применяют в основном ограничители грузоподъемности электромеханического типа ОГП-1. Ограничитель состоит из релейного блока с датчиками фактической и предельной нагрузок.

Датчик фактической нагрузки представляет собой динамометр в виде упругого кольца, деформация которого передается на рычажный потенциометр. Динамометр включают в систему канатов стрелового полиспаста и стержней, так как усилие в нем зависит от веса груза, стрелы и вылета крюка. Датчиком предельной нагрузки является потенциометр, положение ползуна которого устанавливается рычажной системой зависимой от угла наклона стрелы. Зависимость электрического сигнала от угла поворота стрелы создается профилем кулачка, установленного в датчике. Потенциометры и поляризованное реле нагрузки соединены по схеме электрического моста, питаемой постоянным током напряжением 12 В. Работа ограничителя грузоподъемности основана на принципе сравнения усилия, измеряемого датчиком нагрузки, с предельно допустимым, задаваемым датчиком вылета (предельной нагрузки). При массе поднимаемого груза меньше допустимой мостовая схема не уравновешена и через катушку реле РН проходит ток. Если фактическая нагрузка превысит допустимую, то изменится направление тока в катушке реле, что приведет к размыканию контактов реле и отключению крана.

В кранах с гидроприводом датчик фактической нагрузки приводится в действие гидроцилиндром, соединенным трубопроводом с поршневой и штоковой полостями цилиндра подъема стрелы, давление в котором определяется величиной вылета стрелы и массой поднимаемого груза.

Ограничители рабочих движений снабжаются автоматически действующими устройствами, концевыми выключателями для остановки механизмов подъема груза, передвижения, поворота или изменения вылета стрелы в крайних положениях. После срабатывания такие ограничители не препятствуют движению механизма в обратном направлении. Ходовые тележки рельсовых кранов, работающих на открытом воздухе, оборудующихся противоугонными захватами. Захват представляет собой клещи, соединяющие тележку крана с рельсами с помощью механического привода или вручную.

Башенные краны, а так же краны с несущими канатами имеют ветровую защиту в виде анемометров, которые при достижении скорости ветра нерабочего состояния включают звуковую сигнализацию, а в отдельных конструкциях кранов - противоугонные захваты с одновременным отключением крана. Кабины кранов и грузопассажирских подъемников оборудуются электрической блокировкой двери, исключающей движение крана при открытой двери.

Организация технического надзора за строительными кранами.

Непосредственная ответственность за содержание грузоподъемных машин, съемных грузозахватных приспособлений в исправном состоянии и безопасные условия их работы возлагается на руководство строительной организации и ответственных по надзору за грузоподъемными машинами инженерно-технических работников, назначаемых приказом по организации. В их обязанности входит: надзор за техническим состоянием и безопасной эксплуатацией грузоподъемных машин, грузозахватных устройств, крановых путей, правильностью строповки груза; проведение технических освидетельствований кранов и выдача разрешений на их работу; контроль за соблюдением сроков осмотров и ремонта кранов и грузозахватных приспособлений, за порядком допуска к управлению кранами; участие в проведении аттестации и в проверке знаний обслуживающего и ремонтного персонала.

Техническое освидетельствование крана.

До пуска в работу строительные краны должны быть зарегистрированы в органах Госгортехнадзора. Краны, находящиеся в эксплуатации, подвергают полному техническому освидетельствованию, которое проводится не реже одного раза в три года. После монтажа на новом месте, ремонта его металлических конструкций, замены лебедок, смены крюка или крюковой подвески краны также подвергают полному техническому освидетельствованию, которое предусматривает осмотр машины и проведение статического и динамического испытаний.

Статическое испытание крана проводится под нагрузкой, превышающей на 25% его грузоподъемность, с целью проверки прочности крана и его отдельных элементов, а у стреловых кранов - для проверки грузовой устойчивости. Стрелу крана устанавливают в положение наименьшей устойчивости, а груз поднимают на высоту 100…200 мм и выдерживают в таком положении 10 мин. Кран считают выдержавшим испытание, если груз не опустится на землю, а также не обнаружено трещин, остаточных деформаций и повреждений.

Динамическое испытание (проверка в работе механизмов, приборов безопасности, тормозов и аппаратов управления) проводится под нагрузкой превышающей на 10% грузоподъемность. На основе технического освидетельствования выдается разрешение на эксплуатацию крана.

Сменные грузозахватные устройства при техническом освидетельствовании подвергаются осмотру и испытанию под нагрузкой, превышающей на 25% их номинальную грузоподъемность. Осмотр траверс - через каждые 6 мес, захватов - 1 мес, строп - 10 дн.

Заключение

В процессе выполнения данной курсовой работы мы ознакомились с устройством башенного крана, принципом его действия и технологией работ. Данная курсовая работа способствует закреплению и углублению теоретических знаний лекционного курса. Её целью была выработка практических навыков по определению технических возможностей башенных кранов с учетом их устойчивости, а также выбору канатов и двигателя грузоподъемного механизма (лебедки). В результате работы мы:

определили максимальную грузоподъемность крана из условия его грузовой устойчивости:

Qmax = 14690 кг;

построили грузовую характеристику крана;

определили коэффициент собственной устойчивость: kсобств = 1,72.

подобрали канат грузоподъемного механизма крана:

- канат типа ЛК-Р, 6Ч19 проволок с одним органическим сердечником,

- диаметр каната dк=22,5 ммБ;

- разрывное усилие каната в целом Рраз не менее 267 кН.

подобрали двигатель грузоподъемного механизма:

- тип электродвигателя - МТН 711-10 (50 Гц, 220/380 В),

- номинальная мощность на валу (при тяжелом режиме работы ПВ=40%) - 100 кВт,

- скорость вращения n - 584 об/мин;

определили передаточное отношение редуктора лебедки: iред = 10,71.

Литература

1. С.С. Добронравов, В.Г. Дронов Строительные машины и основы автоматизации. М., Высшая школа, 2001 г. - 575с.

2. И.А. Доценко Строительные машины и основы автоматизации. М., Высшая школа, 1995 г. - 397с.

3. Д.П. Волков, Н.И. Алешин, В.Я. Крикун, О.Е. Рынсков Строительные машины. Под. ред. Д.П. Волкова. М., Высшая школа, 1988 г.- 319с.

4. Справочник по кранам. В 2-х т. Под. ред. М.М. Гохберга. Ленинград, Машиностроение (Ленинградское отделение), 1988 г.

5. Ф.К. Иванченко и др. Расчеты грузоподъемных и транспортирующих машин. Киев, Вища школа, 1978 г.

Размещено на Allbest.ru