Автомобильные краны

 

Содержание

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

1.1 Область применения (использования).

Автомобильный кран 16т  на шасси КамАЗ-53213, гидравлический, предназначен для выполнения погрузочно-разгрузочных и строительно-монтажных работ с обычными и разрядными грузами на рассредоточенных объектах.

1.2 Цель и назначение  разработки

Кран автомобильный, грузоподъёмностью 16тонн, создаётся в связи с  заменой снимаемого с производства крана.

1.3 Технические требования

1.3.1 Состав крана и требования к его конструктивному устройству

Проектируемый кран гидравлический, полноповоротный, с жёсткой подвеской  телескопической стрелы, состоит  из следующих составных частей:

• неповоротная часть: коробка отбора мощности, рама, опоры выносные, стойка стрелы, механизм блокировки подвески, шасси автомобиля, гидрооборудование неповоротной части, пневмооборудование, облицовка.
• поворотная часть: лебёдка грузовая с прижимным роликом, механизм поворота, рама поворотная, опорно-поворотное устройство, кабина, кожух, отопитель, гидрооборудование поворотной части.
• кран оборудован ограничителем нагрузки крана ОНК - 140 – 05.
• стреловое оборудование: канат D = 16,5мм, крюковая подвеска с крюком грузоподъёмностью 16тонн, стрела, гидроцилиндр подъёма стрелы.
• приводы управления: привод управления рабочими операциями, привод управления двигателем.
• электрооборудование: одиночный ЗИП.

1.3.2. Требуемые технические данные

• грузоподъёмность, тонн, максимальная:

на выносных опорах 16

без выносных опор 3

при передвижении с грузом на крюке 3

• высота подъёма крюка, м, максимальная 21,7
• вылет, м, максимальный 18,5
• грузоподъёмность при выдвижении телескопической стрелы, максимальная, тонн 4
• максимальная глубина опускания крюка для стрелы 9,7м с грузом 8т на вылете 5м, м. 12
• длина стрелы, м 9,7…21,7
• скорость подъёма-опускания номинального груза, м/сек.
• максимальная скорость подъёма-опускания крюка без груза, м/сек
• скорость изменения вылета крюка, м/сек:

при подъеме (опускании) стрелы 0,15

при выдвижении (втягивании) стрелы 0,13

• частота вращения поворотной части, об/мин. 1,75
• скорость передвижения крана, км/час:

транспортная 50

рабочая с грузом на крюке 5

• размеры опорного контура, м:

длина 3,85

• ширина: передних опор 4,8

задних опор 4,8

• угол поворота, град:

без груза на крюке со стрелой 9,7м.360

с грузом на крюке при  работе на опорах 240

с грузом на крюке при  работе без опор 240

• полная масса крана, кг. 21500

 

 

 

1.3.3. Требования к надёжности

Средний ресурс до первого  капитального ремонта должен быть не менее 5000 часов. Наработка на отказ должна быть не менее 100 часов. Смазочные устройства должны обеспечивать работоспособность механизмов крана без смены смазки в период между техническими обслуживаниями.

Мероприятия по техническому обслуживанию должны включать:

- контрольные осмотры;

- ежедневные обслуживания;

- номерные технические  обслуживания;

- сезонное обслуживание;

1.3.4. Требования к уровню  унификации и стандартизации.

Основные механизмы  и узлы крана максимально унифицированы  с механизмами и узлами автокранов серийно выпускаемых.

Коэффициент применяемости  должен быть не ниже 70%.

Коэффициент повторяемости  должен быть не ниже 1,3.

1.3.5. Требования эстетические.

Кран по внешнему виду и отделке должен отвечать современным  требованиям технической эстетики. Эстетический показатель должен быть не ниже 9 баллов.

1.3.6. Требования к исходным  материалам составных частей  крана.

В конструкции проектируемого крана используются материалы, применяемые  для изготовления кранов КС – 3572 , КС – 3571 , КС – 3576 , а также другие материалы. Блоки грузового полиспаста крана изготавливаются из чугуна марки СЧ 18 – 36 ГОСТ 1412 – 70 «Отливки из серого чугуна».

1.3.7. Условия эксплуатации.

Проектируемый кран предназначен для эксплуатации в условиях, установленных  ГОСТ 22827 – 77 «Краны стреловые самоходные общего назначения. Технические условия», с учётом требований, установленных данным техническим заданием.

 

1.3.8. Дополнительные требования.

• Кран должен быть работоспособным:

при эксплуатации в любое  время года и суток при температуре окружающего воздуха от +40 до -40 .

при уклоне местности  – 3 .

при наклоне крана (наклон конструкции, к которой прикреплена  стрела) относительно горизонта:

на выносных опорах – 1,5 .

без выносных опор – 6 .

с соответствующим уменьшением грузовых характеристик на 80%.

• Время развёртывания крана (при работающем двигателе), из транспортного положения в рабочее или из рабочего в транспортное, расчётом из двух человек, не более 5 минут.
• Конструкция крана должна обеспечивать:

предотвращение повреждения блоков;

возможность работы перед  кабиной;

механизированную блокировку рессор тележки шасси;

запас прочности грузового  каната не менее 6.

• Кран должен иметь защитную окраску хлорвиниловой эмалью ХВ 518 по грунту №138 или ГФ – 020.
• Гидравлический привод должен обеспечивать плавное, бесступенчатое регулирование скоростей рабочих механизмов крана.
• Выдвижение секций стрелы должно производиться с помощью гидроцилиндров. Грузоподъёмность при выдвижении секций стрелы должна быть в пределах грузовой характеристики.

 

Механизация

Автомобильный кран предназначен для выполнения погрузочно-разгрузочных и строительно-монтажных работ с обычными и разрядными грузами на рассредоточенных объектах. Максимальная грузоподъемность крана 16 т. В связи с этим, целесообразно применение крана при работе с грузами весом свыше 10 т. Например, при строительстве цехов заводов, при строительстве мостов, при работе с крупн габаритными грузами.

При работе крана, обслуживающему персоналу необходимо учитывать  опасные зоны (зоны возможного падения и отскока груза).

Также перед работой  необходимо правильно установить кран на строительной площадке.

Правильная установка  крана на строительной площадке имеет  важное значение для безопасного  производства работ. Строительную площадку перед установкой крана необходимо очистить от мусора и строительных отходов, поверхность спланировать, выровнять ямы, канавы и выбоины засыпать землей и утрамбовать. В зимнее время площадку необходимо очистить от снега до грунта и посыпать песком или щебнем.

Стреловые самоходные краны  следует устанавливать на строительной площадке после проверки несущей  способности грунтового основания, которая должна соответствовать  максимальному опорному давлению крана  при наибольшей нагрузке. Другим важным критерием допустимости установки крана на строительной площадке служит угол осадки крана. Значительная деформация грунта не так опасна, если она происходит равномерно. Основное влияние на устойчивость кранов оказывает угол наклона крана из-за неравномерной осадки грунта в связи с различными значениями давления опор крана на грунт. Работа крана на свеженасыпанном грунте запрещается. Такая работа может быть разрешена только при использовании инвентарных подстилающих устройств (шпал, плит, щитов). Надежнее для этих целей применять инвентарные подкрановые щиты из металлического проката различных профилей (труб, швеллеров).

Автомобильные, пневмоколесные и гусеничные краны разрешается  устанавливать на краю траншеи или  котлована при условии соблюдения расстояний, приведенных в таблице 2.1. При невозможности соблюдения этих расстояний откос должен быть укреплен.

Установка на строительной площадке стреловых самоходных кранов производится так, чтобы при работе расстояние между поворотной частью крана (при любом его положении) и строениями, штабелями грузов, колоннами было не менее 1 м. Кран нужно устанавливать на все имеющиеся дополнительные опоры.

Табл. 2.1. Допустимые расстояния от основания котлована (траншеи) до опоры крана

Глубина котлована Нк, м	Расстояние от основания  откоса до ближайшей опоры крана при ненасыпном грунте, м
	песчаном и гравийном	супесчаном	суглинистом	глинистом	лессовом сухом
1	1,5	1,25	1	1	1
2	3	2,4	2	1,5	2
3	4	3,6	3,25	1,75	2,5
4	5	4,4	4	3	3
5	6	5,3	4,74	3,5	3,5

 

Под опоры следует  подкладывать прочные и устойчивые подкладки. Кран нужно установит так, чтобы можно было с одного места выполнить максимум операций по подъемы и перемещению грузов. При этом безопаснее выполнять работу с минимальными вылетами крюка и углами поворота платформы. Установка кранов должна производиться в соответствие с проектом производства работ и инструкцией по эксплуатации крана, разработанной заводом-изготовителем. Установка грузоподъемных кранов на строительной площадке, размещение участков работ, рабочих мест, проездов транспортных средств и проходов для людей должны выполняться с учетом выделения опасных для пребывания людей зон, в пределах которых производиться подъем и перемещение грузов кранами.

Зоны постоянно действующих  опасных производственных факторов во избежание доступа посторонних лиц должны быть ограждены защитными ограждениями, удовлетворяющими требованиям ГОСТ 23407-78.

Граница опасной зоны грузоподъемного крана определяется с учетом отлета (падения) груза, перемещаемого  краном на наибольшем вылете стрелы.

Границы опасных зон стреловых самоходных кранов определяются исходя из следующих условий:

• установка крана для монтажа устойчивых элементов;
• установка крана для монтажа высоких неустойчивых элементов;
• установка крана вблизи штабеля складирования (здания и т.д.);
• установка крана вблизи котлована (траншеи);
• установка крана вблизи линии электропередач.

Границу опасной  зоны при работе крана по монтажу  устойчивых элементов можно определить по формуле:

, (2.1)

где - радиус опасной зоны;

- максимальный вылет крюка крана;

- длина детали;

- расстояние от вылета крюка  до места возможного падения  груза. 

Расстояние  должно быть не менее, м:

Табл.2.2

Высота подъема груза Н, м	Расстояние  , м не менее
до 20	7
от 20 до 70	10

 

Рис. 1. Границы опасной зоны при работе крана по монтажу устойчивых элементов.

Границу опасной  зоны при монтаже краном неустойчивых элементов можно определить по формуле:

,

где - радиус опасной зоны (вылет крюка);

- рабочий радиус крана;

- высота подъема груза;

Граница опасной  зоны между штабелем конструкций (стеной здания, колонной) и поворотной частью крана может быть подсчитана по формуле:

,

где - габарит поворотной части крана;

- радиус опасной зоны вращения  крана;

- расстояние между штабелем  и краном не менее 1 м.

 

Рис. 2. Границы опасной зоны между штабелем конструкций и поворотной частью крана.

 

Производство всех работ  и пребывание людей в опасной  зоне вращения крана строго запрещается.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчёт грузовой лебёдки.

1 Выбор каната и  барабана.

1.1 Находим грузоподъёмную силу по формуле

 

где g = 9,81 м/с - ускорение свободного падения.

1.2 Определяем КПД полиспаста по следующей формуле:

= ,

где = 0,98 – КПД блока на подшипниках качения;

к = 1 – число обводных блоков.

1.3 Рассчитываем наибольшее натяжение ветви каната, набегающей на барабан при подъёме груза по формуле:

,

где = 1 – число полиспастов.

1.4 Разрывное усилие каната в целом определяется по формуле:

, (3.4)

где - минимальный коэффициент использования каната;

- символ, означающий смещение  по таблице соответствия групп  классификации и коэффициентов  использования каната и выбора  диаметра. (Допускается изменение коэффициента выбора диаметра барабана , но не более чем на два шага по группе классификации в большую или меньшую сторону, с соответствующей компенсацией, путём изменения величины на то же число шагов в меньшую или большую сторону), поэтому введём ряд смещений:

Тогда получим ряд значений:

1.5 Выбираем тип каната. Для автомобильного крана, работающего на открытом воздухе, при наличии пыли и влаги следует выбирать канат типа

ЛК – Р 6 19+1 о.с., ГОСТ 2688-80 с малым количеством проволок большого диаметра. Этот канат обладает высокой абразивной и коррозионной износостойкостью.

По найденным значениям  находим значения диаметров каната и маркировочную группу, соответствующую условию прочности каната:

,

где - разрывное усилие каната в целом (по каталогу)

1.6 Минимальный диаметр барабана определяется по формуле

,

где - коэффициент выбора диаметра барабана.

По таблице для заданной группы классификации механизмов, получают основное значение . При смещении по этой таблице вверх и вниз на два шага, находят значения , где

1.7 Расчётный диаметр барабана , принимают из ряда Ra20.

ГОСТ 3241 – 80 «Канаты стальные. Технические условия» приводит ограничение: «Диаметр шейки барабана должен быть не менее 15 номинальных диаметров каната». Следовательно, отбрасываем барабаны с .

1.8 Длина барабана с односторонней нарезкой определяется по формуле:

 

где - шаг нарезки; - кратность полиспаста; - необходимая длина каната на барабане ( =50м.) (условно).

На автомобильных кранах допустима навивка каната на барабан  в несколько слоёв, следовательно, запаса каната на выбранном барабане будет достаточно.

1.9 Определим угловую скорость барабана по формуле:

,

2 Выбор гидромотора 

2.1 Находим статическую мощность гидромотора по формуле:

,

где =

= 0,9 – КПД механизма с цилиндрическим  редуктором.

= 0,965 – КПД гидромотора.

2.2 Крутящий момент создаваемый гидромотором:

 , где - угловая скорость гидромотора.

,

=31,5 передаточное число редуктора  (взято максимальное среди двухступенчатых  редукторов).

2.3 Потребный рабочий объём гидромотора:

 ,

где = 16 МПА – перепад давлений на гидромоторе (выбираем ориентировочно )

=0,94 – механический КПД гидромотора  в первом приближении.

3 Выбор редуктора

Выбираем редуктор, оснащённый зубчатым венцом на выходном валу,

выберем универсальный  двухступенчатый редуктор Ц2У – 250.

4 Выбор тормоза

4.1 Грузовой момент на барабане определяется по формуле:

,

где =

4.2.Статический момент на входном валу редуктора при торможении определяют по формуле:

 ,

где - КПД механизма, который можно принять равным КПД редуктора.

4.3 Тормозной момент, на который регулируют тормоз, определяют по формуле:

 ,

где 2 – коэффициент запаса торможения.

Выбираем ленточный тормоз (при одинаковом тормозном моменте, по сравнению с колодочным и дисковым тормозами, он имеет меньшие размеры, что важно на автомобильных кранах).

При тормозном шкиве диаметром 180 мм, тормозной момент 800 Н м.

5 Расчёт шпоночного соединения

Для проверки работоспособности спроектированной конструкции следует проверить надёжность шпоночного соединения тихоходный вал редуктора - зубчатый венец. Расчёт будет вестись по методике предложенной

Выбранная шпонка: «Шпонка 22 14 90 ГОСТ 23360 – 78» (Шпонка призматическая).

Основным расчётом для  призматических шпонок является условный расчёт на смятие.

Условие прочности выбранной  шпонки на смятие:

 ,

 

 

 

 

Назначение  детали в узле

Неповоротная часть (платформа) крана представляет собой жесткую сварную раму с выносными опорами и механизмом блокировки задней подвески шасси. Неповоротная рама устанавливается на раме автомобильного шасси, с которой она соединена при помощи болтов или заклепок. В верхней части неповоротной рамы имеется опорно-поворотное устройство, на подвижной части которого закреплена поворотная часть грузоподъемной установки крана.

Неповоротная платформа  является одним из основных элементов  металлоконструкции крана.

В процессе эксплуатации крана, особенно в период интенсивной эксплуатации (в зимнее время, при тяжелых условиях работы), существует вероятность появления дефектов на кране, в частности на неповоротной платформе. Характерными дефектами металлоконструкции неповоротной части крана являются:

• дефекты сварных соединений;
• деформации и трещины в листовых элементах неповоротной рамы.

Существует несколько  методов обнаружения дефектов металлоконструкции. Начиная от визуального осмотра, позволяющего выявить дефекты, представляющие явную опасность возможного хрупкого разрушения, и заканчивая применением неразрушающих методов контроля с высокой разрешающей способностью при обнаружении дефектов (ультразвуковой, рентгеновский, электромагнитный и другие методы).

1 Ремонт неповоротной платформы в случае обнаружения трещины в сварном шве

Предлагаемый технологический  процесс проведения ремонта.

Маршрут проведения ремонта  металлоконструкции:

Подготовка под сварку:

Операция 005 – зачистка.

Операция 010 – дефектация.

Операция 015 – термическая  кислородная резка.

Операция 020 – зачистка.

Операция 025 – слесарная.

Операция 030 – зачистка.

Операция 035 – контроль внешнего вида.

Заготовка деталей:

Операция 040 – разметка.

Операция 045 – термическая  кислородная резка.

Операция 050 – зачистка.

Операция 055 – правка.

Операция 060 – контроль внешнего вида.

Операция 065 – контроль линейных размеров.

Ремонт:

Операция 070 – сварка.

Операция 075 – зачистка.

Операция 080 – контроль внешнего вида.

Операция 085 – сварка.

Операция 090 – зачистка.

Операция 095 – контроль внешнего вида.

Операция 100 – контроль линейных размеров.

Операция 105 – сварка.

Операция 110 – зачистка.

Операция 115 – контроль внешнего вида.

При обнаружении трещины  в сварном шве металлоконструкции неповоротной рамы выполняются следующие  основные действия:

Подготовка под сварку:

Операция 010 – дефектация.

Эта операция необходима для обнаружения действительных размеров трещины. Для этого необходимы: керосин, мел и кисть маховая. Место предполагаемой трещины зачищают до блеска, смачивают его керосином и вытирают насухо. Затем поверхность покрывают слоем мела. Трещина проявляется при обработке поверхности кистью.

 

 

Рис. 3. Трещина в сварном шве неповоротной платформы.

Операция 015 – термическая  кислородная резка.

После обнаружения трещины  необходимо удалить сварной шов  на длину дефектного места плюс 10 мм в оба конца. Повторная заварка  без вырубки дефектного места  недопустима. Для данной операции необходимы: резак, кислород газообразный и пропанобутановая смесь.

Заготовка деталей:

Необходимо разметить  на листе 6-10 мм деталь, чертеж которой  показан на рис. 4., в количестве 2-х штук.

 

Рис. 4. Косынка.

Затем с помощью резака вырезать их по размерам.

Ремонт:

Необходимо с помощью  ручной дуговой сварки заварить вырубленные  сварные швы; усилить полученный сварной шов 2-мя косынками рис.5

 

Рис. 5. Произведен ремонт неповоротной платформы.

Перед проведением всех сварочных работ необходимо производить  зачистку обрабатываемых поверхностей. После сварочных работ необходимо зачистить сварные швы от шлака, а околошовные места от брызг металла.

2 Ремонт неповоротной платформы в случае обнаружения трещины в листовых элементах

Предлагаемый технологический  процесс проведения ремонта.

Маршрут проведения ремонта  металлоконструкции:

Подготовка под сварку:

Операция 005 – зачистка.

Операция 010 – дефектация.

Операция 015 – сверлильная.

Операция 020 – слесарная.

Операция 025 – зачистка.

Операция 030 – контроль внешнего вида.

Заготовка деталей:

Операция 035 – разметка.

Операция 040 – термическая  кислородная резка.

Операция 045 – зачистка.

Операция 050 – правка.

Операция 055 – контроль внешнего вида.

Операция 060 – контроль линейных размеров.

Ремонт:

Операция 065 – сварка.

Операция 070 – зачистка.

Операция 075 – контроль внешнего вида.

Операция 080 – сборка.

Операция 085 – сварка.

Операция 090 – зачистка.

Операция 095 – контроль внешнего вида.

При обнаружении трещины  в листовых элементах металлоконструкции неповоротной рамы  выполняются следующие основные действия:

 

Рис. 6. Трещина в листовом элементе металлоконструкции неповоротной платформы.

Подготовка под сварку:

Аналогично предыдущему  технологическому процессу. Только необходимо сделать следующие операции:

Операция 015 – сверлильная.

Просверлить 2 отверстия  10 мм в целом металле с центром на расстоянии 10 мм от видимого конца трещины в сторону ее распространения. Это необходимо, чтобы исключить дальнейшее распространение трещины.

Операция 020 – слесарная.

Произвести разделку кромок глубина и вид разделки зависят от толщины свариваемого металла.

 

Рис. 7. Разделка трещины под сварку.

Заготовка деталей:

Необходимо разметить  на листе 6-10 мм деталь, чертеж которой  показан на рис. 8.

 

Рис. 8. Деталь.

Затем с помощью резака вырезать ее по размерам.

 

Разработка приспособления для ремонта металлоконструкций

В рассмотренных методах  ремонта металлоконструкций не применялось  специальное механическое сварочное  оборудование. В случае если необходим  значительный ремонт металлоконструкции, а также в случае возникновения дефектов в труднодоступных местах производится разборка крана с последующим его ремонтом. В этих случаях необходимо применение специального сварочного оборудования.

Кантователи служат для  поворота изделия в положение удобное для сварки. Наибольшее распространение получили кантователи цепные рис. 9.

 

Рис. 9. Цепной кантователь.

Цепные кантователи  предназначены для сварки симметричных изделий, имеющих треугольное, квадратное или прямоугольное, приближающееся к квадратному, сечение. Для цепных кантователей не требуется применение специальных крепежных рам, кроме того, время установки изделия в кантователь – минимальное. Изделие в кантователе не крепится. Цепные кантователи применяют при ручной и полуавтоматической сварке.

Привод цепного кантователя  состоит из электродвигателя (1) и  редуктора. Крутящий момент от электродвигателя, через редуктор, с помощью приводных  валов, передается на приводные звездочки (4), расположенные в нижней части  стойки (3). Приводные звездочки связаны с помощью цепью (2) со звездочками (4) расположенными в верхней части стойки (цепь замкнута по круговому маршруту). При повороте приводной звездочки, деталь (5) свободно лежащая на цепи, также поворачивается на определенный угол.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Устройство гидравлической системы крана

Гидравлический привод механизмов крана выполнен по открытой двухнасосной гидравлической схеме.

Особенностью гидравлической схемы крана является применение регулируемого гидромотора для  привода грузовой лебёдки и наличие гидравлического привода выдвижения балок опор. Эти особенности позволяют эффективнее использовать кран на строительно-монтажных и погрузочно-разгрузочных работах в стеснённых условиях.