Кран на колонне 3,5 т

Введение 

      Кран  консольный нашел широкое применение и успешно используется для грузоподъемных работ в цехах, на складах и  строительных площадках при температуре окружающего воздуха от -20 до +40°С.

      Угол  поворота стрелы крана 360°. Скорость подъема  груза и перемещения талей соответствуют скоростям примененных талей.

      Не  менее эффективно краны консольные используются при подъемно-транспортных работах, связанных с обслуживанием  технологического оборудования.

      Консольные  стационарные краны (на колонне) предназначены для выполнения подъемно-транспортных работ при обслуживании технологического оборудования, погрузочно-разгрузочных работ и т.п. в помещениях при температуре окружающего воздуха от -20 до +40°С.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Расчёт  механизма подъёма
0. 1.1 Выбор полиспаста

 

      Первым  вопросом при выполнении расчёта  является выбор полиспаста и его  кратности.

      Кратность полиспаста m выбирается исходя из условий подвешивания груза весом Q = 3,5 т = 34,34 кН на n ветвях каната.

      Выбираем n = 2.

      Определим кратность полиспаста m в одинарных полиспастах:

      m=n;                                                   (1)

            m=2.

      Выбираем  передаточное число для простого полиспаста и для грузоподъёмности до 6 т.

       Передаточное число полиспаста = 2.

Рис. 1. Схема выбранного полиспаста 

          Определим натяжение S_б, кН:

      S_б=Q/ (n*η_пол),                                            (2)

      где η_пол=0,98 – коэффициент полезного действия полиспаста для одного блока, огибаемого канатом на подшипниках качения.

S_б=34,34 /(2*0,98)=17,35 кН.

                                                          

1.2 Расчёт и выбор каната 

      Канат для механизма рассчитывается по формуле:

P_к/S_б>k_к.                                                  (3)

      Формула (3) может быть преобразована:

P_к>S_б*k_к,                                                  (4)

где P_к – разрывное усилие каната, кН;

       k_к=6,0 – коэффициент запаса прочности каната. [1]

P_к>17,35*6,0;

P_к>103,7 кН.

      По  полученному разрывному усилию выбираем канат стальной типа ЛК-РО конструкции 6×36+1о.с. диаметром d_к = 13,5 мм. Расчётная площадь сечения проволок = 70,55 мм². Расчётная масса 1000 м каната = 696,5 кг. Маркировочная группа по временному сопротивлению разрыва – 1800 МПа. Разрывное усилие каната в целом не менее 104 кН. 

1.3 Расчёт барабана 

      Зная  диаметр каната d_к и режим работы механизма, определяют диаметр барабана D₁, мм.

      Диаметр барабана или блока D₁, мм, огибаемого канатом, определяют по формуле:

      D₁=d_к*(e-1),                                                 (5)

      где e - 30 – коэффициент, зависящий от типа грузоподъёмной машины и режима её эксплуатации. Выбран для грузоподъёмных машин с весьма тяжелым режимом работы. [1]

      D₁ = 13,5*(30-1) = 391,5 мм.

      Получив диаметр барабана, принимаем ближайший  больший стандартный D = 400 мм.

      Определим длину барабана L, мм:

       ,                                                (6)

      где H - высота подъёма груза, 9 м;

            m - кратность полиспаста, 2;

            D - диаметр барабана по центру каната, 0,4165 м;

            t = d_к +3= 13,5+3 = 16,5 мм.

      

 м.

      Толщина стенки стального барабана δ, см приближённо  определяется по эмпирической формуле:

                                              δ = 0,02*D+(0,6…1,0)                                        (7)

      где D – диаметр барабана, 45 см;

      δ = 0,02*40+0,75 = 1,55 см.

      По  технологическим причинам толщина  стенок литых барабанов должна быть не менее 12 мм.

      Для барабанов длиной менее 3 диаметров напряжение от изгиба и кручения не превышает 15%, поэтому основным расчётном является расчёт на сжатие.

      L/D=532/400=1,33

      Напряжение  сжатия определяется по формуле:      

        ,                                           (8)

      

кН/см².

      Определим допускаемое напряжение сжатия , кг/см²:

,                                                    (9)

      где σ⁰ - предельное напряжение материала при данном напряжённом состоянии, 12 кг/см²; [2]

                К = 4,25 – коэффициент запаса прочности для стальных барабанов;

 кг/см²;

.

      Выбираем  способ крепления конца каната на барабане с помощью наружных прижимных планок. Так как диаметр каната меньше 31 мм, устанавливаем одну планку с двумя болтами.

      Нормами техники безопасности предусматривается  не менее 1,5 дополнительных витка, уменьшающих натяжение каната в месте крепления к барабану. Поэтому натяжение каната перед прижимной планкой S_кр, кН будет равно:

         ,                                                (10)

      где f = 0,11 – коэффициент трения между канатом и барабаном; [2]

            α = 3*π = 9,4245 – угол обхвата  барабана дополнительными витками  каната;

      

кН 

1.4 Выбор крюка и  грузовой подвески 

      Грузозахватные  приспособления предназначены для  захвата штучных и навалочных грузов при их перегрузке кранами. Они должны обеспечивать надёжность, удержания груза на весу и безопасную работу людей, сохранность груза и упаковки, быстрый захват и освобождение груза.

      Выбираем  однорогий крюк, изготовленный ковкой из материала Сталь 20Г. Выбираем заготовку крюка – Заготовка крюка 17А ГОСТ 6627-74. Наибольшая грузоподъёмность крюка (для 6М) – 5 т. Размеры:

      D = 120 мм;                              S = 90 мм;

      L = 415 мм;                               b = 75 мм;

      d = 80 мм;                                 d₁ = М64;

      h = 115 мм;                               l = 60 мм;

      l₁ = не менее 165 мм;               l₂ = не менее 90 мм;

      r = 20 мм;                                  r₁ = 125 мм;

      r₂ = r₄ = 14 мм;                          r₃ = 62 мм;

      r₅ = 155 мм;                               r₆ = 84 мм;       

      Масса – не более 18 кг.  

      Крюки монтируют в обоймах. Выбираем крюковую подвеску с верхним расположением  блоков.

      Для обеспечения требуемого натяжения  каната крюковая подвеска должна обладать достаточной массой. Масса подвески m_п для стреловых кранов должна составлять 3…8 % грузоподъёмности крана.

      m_п = Q*0,05 = 3,5*0,05 = 0,175 т. 

      1.5 Выбор двигателя,  редуктора и тормоза  механизма подъёма 

      Мощность  двигателя при установившемся движении N_дв, кВт определяется по формуле:

       ,                                                     (13)

      где Q = 3,5 т = 34,335 кН – вес поднимаемого груза;

            =4,7 м/мин = 0,08 м/с - установившаяся скорость подъёма груза;

            η - коэффициент полезного действия механизма подъёма.

      η = η_полис * η_муфты *η_редук,

      где η_редук = 0,96;

           η_муфты = 0,99;

      η = 0,98 * 0,99 * 0,96 = 0,93;

      

кВт.

      По  каталогу на двигатели выбираем двигатель МТК211-6. Его параметры:

      Мощность  на валу N_дв = 6 кВт (при ПВ = 40 %);

      Число оборотов двигателя в минуту n = 910 об/мин;

      Максимальный  крутящий момент M_max = 220 Н*м;

      Момент  инерции M_{max инерц} = 0,110 кг*м²;

      Масса m_дв = 110 кг.

      Определим скорость навивки каната на барабан  _бар, м/с:

      

бар = *m,

      где m = 2 – передаточное отношение полиспаста;

      

бар = 0,08*2 = 0,16 м/с.

      Определим число оборотов барабана n_бар, об/мин:

      n_бар = (60*

бар)/(π*D),

      где D = 400 мм = 0,4 м – диаметр барабана;

      n_бар = (60*0,16)/(3,14*0,4) = 6,8 об/мин.

      Определим передаточное число между двигателем и барабаном i:

      i = n/n_бар;

      i = 910/6,8 = 134

       Выбираем цилиндрический горизонтальный двухступенчатый редуктор Ц2У-315Н. КПД редуктора η_редук = 0,96.

Рис. 2. Выбранный редуктор Ц2У-315Н

      Таблица 1

      Размеры редуктора Ц2У-315Н

 

 

      Соединительные  муфты используют для постоянного  соединения соосных валов с одновременной компенсацией их незначительных угловых и радиальных смещений и иногда – с улучшением динамических характеристик привода.

      Выбираем  зубчатую муфту с разъёмной обоймой (тип I) по ГОСТ 5006—83. Номинальный вращающий момент M_к = 1000 Н*м. Момент инерции = 0,05 кг*м³. Масса не более 6,7 кг.

      Определим тормозной момент M_т, Н*м:

      

,

      где K_т = 2,0 – коэффициент запаса торможения, принимаемый в зависимости от режима работы;

            M_ст.т. – статический крутящий момент на тормозном валу при торможении, с учётом потерь в механизме, способствующих удержанию груза;

            i_р = 134 - действительное передаточное число редуктора;

      

Н*м.

      Выбираем  колодочный тормоз серии ТКТГ с электрогидравлическим  толкателем типа ТЭГ.

      Обозначение тормоза ТКТГ-300М.

      Тормозной момент = 80 н*м (кгс*м).

      Отход колодки = 1,2 мм.

      Масса тормоза = 92 кг.

      Тип толкателя – ТГМ-50.

      Усилие = 50 н (кгс).

      Ход = 50 мм. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2. Техника безопасности и обеспечение безопасной эксплуатации

2.1 Техника безопасности 

     Грузоподъемные  машины предназначены для перемещения  различных грузов по сложной пространственной траектории и относятся к оборудованию повышенной опасности.

        Части грузоподъёмных кранов, которые  в процессе эксплуатации могут явиться источником опасности для работающих, находящихся на кране или в зоне его действия, а также представляющих опасность при транспортировании крана, окрашивают чередующимися полосами жёлтого и чёрного цветов. Допускается предупреждающая окраска частей стреловых самоходных кранов, перемещающихся по автомобильным дорогам, выполнять в виде полос белого и красного цветов. Полосы одинаковой ширины размером 30... 150 мм наносят под углом 45...60°.

         Предупреждающей окраской покрывают:  корпус крюковой подвески; жёсткие грузозахватные органы; головку стрелы на длине 40...200 см (кроме стрел башенных кранов); части подвижного противовеса, расположенные на высоте до 2 метров от уровня стоянки крана или площадки, на которой могут находиться люди; элементы поворотной платформы, выступающие за габариты неповоротной части, расположенные на высоте до 2 метров от уровня стоянки края или площадки, на которой могут находиться люди; боковые части, выступающие за боковую часть крана стрелового типа, перемещающегося по наземному пути; выносные опоры; кабину и внешние элементы ходовой части кранов мостового типа.

         Безаварийная и безопасная работа  грузоподъёмных кранов при производстве строительно-монтажных и погрузочно-разгрузочных работ зависит, прежде всего, от выполнения требований, предъявляемых к их эксплуатации и квалификации обслуживающего персонала.

        Несчастные случаи происходят  вследствие нарушения требований инструкций машинистами и такелажниками.

        К основным организационным и  техническим причинам аварий  и несчастных случаев при эксплуатации кранов относятся: допуск к управлению и строповке рабочих, не прошедших специального обучения и инструктажа; отсутствие или неисправность приборов безопасности и предохранительных устройств; использование несоответствующих и некачественных съёмных приспособлений и тары; неисправность подкрановых путей и неподготовленность площадок для установки и передвижения стреловых кранов; неправильная строповка конструкций и укладка грузов; отсутствие ограждения зон монтажа и работы крана; отсутствие схем строповки или их несоответствие; отсутствие замыкающих устройств на крюках грузозахватных приспособлений; нарушение производственной дисциплины и требований правил при работе в охранных зонах линий электропередач (ЛЭП); отсутствие проектов производства работ или их несоответствие требованиям техники безопасности.

        В целях предотвращения несчастных случаев, поломок и аварий грузоподъёмных кранов запрещается:

  - пользоваться  изношенными, неисправными, не имеющими  клейма или бирки (надписи о  грузоподъёмности), а также с просроченными сроками испытаний съёмными грузозахватными приспособлениями и тарой;

  - подвешивать груз, масса которого превышает грузоподъёмность крана на данном вылете. Если масса предназначенного для подъёма груза неизвестна, поднимать его нельзя;

  - освобождать  при помощи крана грузы, засыпанные  землёй, снегом, примерзшие к земле конструкции и оборудование, привёрнутые болтами или залитые бетоном, защемлённые грузом грузозахватные приспособления, т.к. это приводит к недопустимой перегрузке крана, которая в большинстве случаев заканчивается поломкой или аварией;

  - поднимать  железобетонные изделия с повреждёнными монтажными петлями;

    - подавать материалы в оконные  и дверные проёмы, если они  не имеют грузоподъёмных (разгрузочных) площадок, а также подавать больший по габариту груз, чем эти площадки. Грузоподъёмные площадки должны иметь ограждения и располагаться в шахматном порядке по фасаду здания;

  - перемещать  груз над людьми, жилыми, служебными  и производственными зданиями, если нет на это письменного разрешения администрации строительства (предприятия);

  - разгружать  груз на временные перекрытия, непосредственно на трубы паро и газопроводов или электрические кабели, а также прислонять к заборам и стенам временных строений;

  - удерживать  или поправлять соскальзывающие  с груза канаты или цепи  грузозахватных приспособлений. Обнаружив соскальзывание, следует подать сигнал на опускание груза, после чего исправить обвязку;

  - устанавливать  кран в охранной зоне линии  электропередачи без наряда-допуска,  а при наличии его производить  подъём и перемещение груза в отсутствие лица, ответственного за безопасное производство работ. 

2.2 Контрольно-предохранительные устройства 

   Для предотвращения аварийных ситуаций спроектированный кран необходимо обеспечить приборами и устройствами безопасности, перечень которых приведён ниже:

• Ограничители грузоподъемности и грузового момента
• Крановые весы

Ограничители  грузоподъемности и грузового момента

     В кранах с постоянной грузоподъёмностью  ограничитель должен ограничивать только массу груза, а в стреловых кранах с переменной грузоподъемностью, зависящей от вылета стрелы, — момент, создаваемый весом груза.

     Ограничители  массы груза или грузоподъёмности выполняют в виде подпружиненного подвеса концевой ветви каната или канатного блока грузового полиспаста (рис. 11, а, б). При перемещении тяга подвеса или хвостовой конец его через рычаг действуют на контактную систему рычажного или кнопочного выключателя.

 

Рис. 3. Ограничитель грузоподъёмности: а, б - с восприятием натяжения грузового каната пружинной; в - торсионны 

    Находят применение и торсионные ограничители, в которых функции пружины выполняет тонкий закручиваемый вал 1. Один его конец А закреплен жестко, а поворачиваемый конец В несёт стержень 3, действующий на кнопку конечного выключатся 2.

    Ограничители  грузового момента включаются обычно не в систему грузового полиспаста, а в систему стрелового полиспаста, поскольку усиление в нём является функцией не только веса поднимаемого груза и стрелы, но и вылета крюка. Механически ограничители грузоподъемности и грузового момента не получили распространения из-за присущего им недосатка — большой инерционности; удобными и универсальными являются электромеханические ограничители. Серийно изготовляют и применяют на многих строительных кранах электромеханические ограничители грузового момента. Он встраивается в канатные оттяжки 1 (расчал) стрелового полиспаста (рис. 5,а), стягивая их между собой в пределах распорок 2.

    Ограничитель (рис.. 5,б) представляет собой электрический динамометр 3, имеющий упругое кольцо 5, деформация которого передается на рычажный потенциометр 4. Для учета положения (вылета) стрелы крана примененён второй потенциометр 6 (рис.5.в), рычажок 7 которого управляется кулачком 8, поворачиваемым через передачу 9 стрелой 10 крана. Каждому положению стрелы, а следовательно, и рычажка 7, соответствует определенная допустимая грузоподъемность. Принцип работы ограничителя заключается в сравнении сигналов потенциометров; когда эти сигналы равны между собой, ограничитель срабатывает. Электрическая схема ограничителя приведена а рис. 12 , г. Питание прибора осуществляется постоянным током напряжением 12 В, получаемым от аккумуляторов или через трансформатор и выпрямитель от общей цепи. Потенциометры 11 (ДУС — датчик усилия) и 12 (ДУГ — датчик угла) включены по мостовой схеме с нульорганом 13 в виде поляризованного реле нагрузки. Для возможности использования ограничителя в различных кранах или при замене рабочего оборудования крана переключателями могут быть включены в цепи подстрочные резисторы. В схему включены два   реле   задержки   времени   и   промежуточные   реле,   действующие   на исполнительный механизм. Одно реле задержки времени предотвращает срабатывание при кратковременных не опасных для крана перегрузках, вызываемых, например, колебаниями груза, масса которого равна или меньше номинальной. Второе реле задержки предупреждает включение механизмов крана, если после срабатывания ограничителя нагрузка лишь на короткое время стала меньше максимально допустимой, что также может иметь место при колебаниях груза. 

 

     Рис. 4.    Ограничитель грузового момента: а — схема размещения датчика усилия; б — датчик усилия; в - схема размещения вия датчика угла;  г — электрическая  схема ограничители

     Рис. 5. Схемы размещения: а -   датчика угла; б — датчика усилия

 

     

     Указатель ограничителя выполнен в виде панели, на которой смонтированы стрелочный прибор и сигнальные лампы: зеленая и красная. Стрелочный прибор, подсоединенный параллельно поляризованному реле, показывает степень загрузки для данного вылета. Промежуточное реле включает также звуковой сигнал.

     Ограничитель выполняют в виде отдельных блоков — датчика усилия с потенциометром, датчика угла и релейного блока. При качественном выполнении ограничитель работает надежно с точностью срабатывания ±5 %. Модификацией ограничителя модели 01 П является ограничитель модели ОГБ-2, в котором контактные устройства заменены бесконтактными трансформаторными преобразователями (рис. 7).

Рис. 6. Установка  ограничителя грузового момента  на кране с гидравлическим приводом и телескопической стрелой:

1 - струна  датчика длины стрелы; 2 - датчик длины стрелы; 3 - передаточная система от ступицы к датчику; 4 - датчик угла; 5 - гидроцилиндр; 6 - датчик усилия; 7 - блок управления.

     В кранах с гидроприводом механизмов и телескопическими стрелами применяется  ограничитель грузового момента, кроме датчиков угла и усилия устанавливается датчик длины стрелы; усилия воспринимают гидроцилиндры, преобразующие их в электрический сигнал. 
 

     Крановые  весы

     Для ориентировочного определения массы  груза, подвешенного к крюку крана, применяются весы, навешиваемые на крюк. В строительстве крановые весы используют редко. При малых грузоподъемностях (до 5 т) можно применять любой пружинный динамометр. При больших грузоподъемностях используют гидравлические, рычажные или тензометрические весы. В гидравлических весах масса груза оценивается изменением давления в гидравлической системе при помощи манометра. Резервуаром для жидкости являются сильфоны. Шкала манометра градуируется в единицах массы.

      В перегрузочных кранах с высокими скоростями целесообразно применять встроенные тензометрические весы с автоматическим взвешиванием поднятого груза. Весы выполняют обычно как стационарное оборудование крана в виде измерительной тяги, устанавливаемой между конструкцией крана и хвостовой ветвью грузового полиспаста. На калиброванную часть тяги наклеивают проволочные резисторы, включенные в измерительный мост, работающий на переменном или постоянном токе. Деформация тяги пропорциональна нагрузке, действующей на нее. Сигнал, получаемый при нагружении через усилитель, подается на установленный в кабине прибор, фадуированный в тоннах. Точность тензометрических весов 0,5 ...2 %.