Подъемно- транспортные машины

ВВЕДЕНИЕ

В проблеме осуществления  научно-технического прогресса значительная роль отводится подъемно-транспортному  машиностроению, перед которым поставлена задача широкого внедрения во всех областях народного хозяйства комплексной  механизации и автоматизации  производственных процессов, ликвидации ручных погрузочно-разгрузочных работ  и исключения тяжелого ручного труда  при выполнении основных и вспомогательных  технологических операций.

Жизненно необходимым  является увеличение производства прогрессивных  средств механизации подъемно-транспортных, погрузочно-разгрузочных и складских  работ. Современные поточные технологические  и автоматизированные линии, межцеховой и внутрицеховой транспорт требуют  применения разнообразных типов  подъемно- транспортных машин и механизмов, обеспечивающих непрерывность и  ритмичность производственных процессов. Поэтому подъемно-транспортное оборудование в настоящее время превратилось в один из основных решающих факторов, определяющих эффективность производства. Насыщенность производства средствами механизации трудоемких и тяжелых  работ, уровень механизации технологического процесса определяют собой степень  совершенства технологического процесса.

Правильный выбор подъемно-транспортного  оборудования влияет на нормальную работу и высокую продуктивность производства. Нельзя обеспечить его устойчивый ритм на современной ступени интенсификации без согласованной и безотказной  работы современных средств механизации  внутрицехового и межцехового транспортирования  сырья, полуфабрикатов и готовой  продукции на всех стадиях обработки  и складирования.

Современные высокопроизводительные грузоподъемные машины, работающие с  большими скоростями и обладающие высокой  грузоподъемностью, являются результатом  постепенного развития этих машин в  течение долгого времени.

1. Область применения и классификация грузоподъемных машин

В строительном производстве грузоподъемные машины имеют очень  широкое применение. С их помощью  на строящиеся сооружения подают строительные материалы и штучные детали, стеновые ограждения и элементы кровли, монтируют  крупноблочные и крупнопанельные  жилые здания, железобетонные и металлические  конструкции промышленных зданий и  сооружений, выполняют погрузочно-разгрузочные работы на складах материалов и конструкций, обслуживают производственные процессы на открытых площадках предприятий  строительной индустрии.

В зависимости от назначения, конструкции и характера выполняемой  работы грузоподъемные машины можно  разделить на три основные группы. Первая группа включает простейшие машины: домкраты, тали и лебедки, используемые в основном в качестве вспомогательного оборудования на монтажных и других работах. Вторая группа — подъемники, при помощи которых обеспечивается только вертикальное перемещение грузов; третья группа — краны, обеспечивающие как вертикальное, так и горизонтальное перемещение грузов в любом направлении в пределах, зависящих от параметров крана.

2. Виды технологического оборудования.

К зонам потенциально действующих  опасных факторов относятся участки  территории вблизи строящегося здания (сооружения) и этажи (ярусы) зданий и сооружений в одной захватке, над которыми происходит монтаж (демонтаж) конструкций или оборудования.

В целях создания условий безопасности ведения работ, действующие нормативы предусматривают различные зоны: монтажную, зону обслуживания краном, зону перемещения груза, опасную зону работы крана, опасную зону путей, зону работы подъемника, опасную зону дорог, опасную зону монтажа конструкций.

Монтажной зоной называют пространство, где возможно падение груза при  установке и закреплении элементов. На строительном генеральном плане  зону обозначают пунктирной линией, а  на местности - хорошо видными предупредительными знаками. В этой зоне можно размещать  только монтажный механизм и подкрановые  пути. Складировать материалы здесь  нельзя.

Зоной обслуживания краном, или рабочей  зоной крана, называют пространство, находящееся в пределах линии, описываемой  крюком крана. Она определяется для  башенных кранов путем нанесения  на план из крайних стоянок полуокружностей  радиусом, соответствующим максимально  необходимому для работы вылету стрелы, и соединения их прямыми утолщенными  линиями. Для стреловых кранов зону обслуживания определяют так же, как и для башенного крана, т.е. радиусом, соответствующим максимальному рабочему вылету стрелы крана, но показывают иначе - по отдельным стоянкам.

Зоной перемещения груза называют пространство в пределах возможного перемещения груза, подвешенного на крюке крана. Зоны определяются расстоянием  по горизонтали от границы рабочей  зоны (зоны обслуживания) крана до возможного места падения груза в процессе его перемещения. Для башенных кранов граница зоны определяется суммой максимального  рабочего вылета стрелы и ширины зоны, равной половине длины самого длинного перемещаемого груза. Для стреловых  кранов величина зоны зависит от наличия  или отсутствия на кране дополнительного  устройства, удерживающего стрелу крана  от падения.

Если кран снабжен дополнительным устройством, удерживающим стрелу от падения, то ширина зоны принимается так же, как для башенного крана. Для  кранов, не оборудованных дополнительным устройством, граница зоны определяется радиусом, соответствующим возможному падению стрелы крана, т. е. длиной стрелы крана, расположенной горизонтально. Зону перемещения груза обычно отдельно на плане не выделяют.

В комплексном процессе монтажа строительных конструкций большую роль играют машины, предназначенные для подъема и установки конструкций в проектное положение. Машины широко используются также на погрузочно-разгрузочных работах, при обслуживании складов, на подготовительных работах, при укрупнении к сборке конструкций, подаче конструкций под монтаж.

Машины и механизмы, применяемые  на монтаже, в зависимости от назначения подразделяют на две группы: монтажные  машины, используемые при выполнении основных операций монтажного процесса (монтажные краны, подъемники); вспомогательные  машины и механизмы, используемые на подготовительных, сборочных, разгрузочных работах (грузоподъемные краны, лебедки, домкраты, тали и др.).

К монтажным кранам предъявляются повышенные (по сравнению с грузоподъемными) эксплуатационные требования. Они должны иметь несколько рабочих скоростей подъема и опускания груза (в том числе малые — посадочные) или плавное регулирование этих скоростей от определенного предела до полной остановки. Монтажные краны должны быть приспособлены к быстрой смене стрел, изменению длины стрел путем установки стандартных вставок, монтажных гуськов и клювов. Эти краны должны быть оснащены комплектом приборов автоматического регулирования и контроля, обеспечивающих надежную и безопасную работу.

Монтажные машины по основному технологическому признаку — непрерывной монтажной зоне, обслуживаемой без дополнительных работ по перебазированию и связанного с этим в ряде случаев перерыва в монтажных работах, можно классифицировать следующим образом.    

Стационарные (немобильные) монтажные машины при перемещении с одной стоянки на другую приходится частично или полностью демонтировать, что вызывает значительные непроизводительные затраты труда, времени и средств, привлечение вспомогательных механизмов, машин и транспортных средств. Обычно эти машины допускают монтаж конструкций в строго ограниченной зоне — в виде круга, очерченного радиусом их действия. Их применение ограничивает способы монтажа, допуская только такие, как вертикальный подъем, поворот, выжимание и сложное перемещение только в ограниченной зоне. К стационарным монтажным машинам относятся: монтажные стрелы, монтажные мачты, шевры, мачтово-стреловые краны, ленточные и тросовые подъемники.

Передвижные монтажные  машины в свою очередь подразделяются на ограниченно мобильные и мобильные.

Ограниченно мобильные  монтажные машины способны относительно просто перемещаться со стоянки на стоянку в пределах определенного монтажного участка или объекта (горизонтального или вертикального) по заранее установленному маршруту (пути), но при перемещении с одного монтажного участка или объекта на другой приходится прибегать к демонтажу и применять для их перемещения транспортные средства. Эти монтажные машины позволяют монтировать конструкции в зоне, ширина которой ограничена радиусом действия, а длина определяется длиной пути его горизонтального или вертикального перемещения. Длина пути такого перемещения диктуется обычно производственной целесообразностью, а не эксплуатационными параметрами машины(башенные, портальные, козловые, железнодорожные, передвижные крышевые,  мачтово-стреловые краны, установленные на тележках).

Мобильные монтажные  машины имеют возможность свободно перемещаться по территории объекта, со стоянки на стоянку и одного монтажного участка на другой, не вызывая существенных перерывов в ведении монтажных работ. Зона, в которой ведутся монтажные работы и располагаются стоянки этих машин, по своей форме и размерам не ограничивается их эксплуатационными возможностями. Машины этой группы быстро переводятся из транспортного положения в рабочее и требуют сравнительно небольших затрат труда, времени и средств на устройство путей и вспомогательные работы по обеспечению их нормальной эксплуатации. К этой группе относятся самоходные стреловые краны на гусеничном и специальном пневмоколесном ходу, автомобильные краны, тракторные краны, вертолеты.

Специальные монтажные  машины составляют специфическую группу машин; они предназначены для выполнения специальных способов монтажа или для монтажа конструкций или сооружений определенного вида. Эти монтажные машины представляют собой или вполне самостоятельную разновидность, или создаются путем модернизации или усовершенствования серийных универсальных монтажных кранов. В эту группу входит большое количество разнообразных машин: самоподъемные, ползучие, и переставные краны для монтажа мачт и башен; специальные краны для монтажа труб; краны-трубоукладчики; гидравлические подъемники для монтажа зданий методом подъема этажей; краны для монтажа градирен; машины для монтажа зданий из армоцементных элементов-оболочек и др.

Вспомогательные монтажные машины и механизмы предназначаются главным образом для выполнения подготовительных и вспомогательных работ на монтаже. В качестве вспомогательных машин используют автомобильные краны, козловые краны, краны-погрузчики, тракторные лебедки и большую группу такелажного оборудования, некоторые из них используют также на основных операциях монтажа.

Такелажное оборудование предназначено для подъема, перемещения, изменения положения и фиксации монтируемых элементов, а также для монтажа конструкций в тех случаях, когда технически невозможно или экономически нецелесообразно использовать монтажные механизмы. К нему относятся: монтажные и универсальные лебедки; малогабаритные и рычажные лебедки-домкраты (винтовые, реечные, гидравлические и клиновые); блоки, крюки, полиспасты и канаты.

Стационарные  монтажные машины (монтажные стрелы, мачты, шевры и мачтово-стреловые краны), хотя и применяются реже в результате развития парка монтажных кранов, все же остаются необходимыми при выполнении ряда монтажных работ. Применяют их главным образом в тех случаях, когда значительные объемы монтажных работ сконцентрированы на небольшой площади или когда требуется осуществить в небольшом количестве монтаж конструкций, масса которых резко превосходит массу элементов, монтируемых с помощью более легких монтажных кранов. Мачты используют на строительстве предприятий химической промышленности, отдельных объектов металлургических комбинатов и тепловых электрических станций, линий электропередач и монтаже тяжелого оборудования. Они применяются по одной и парами. Использование мачт парами создает большие удобства при монтаже: при этом увеличивается возможность маневрирования положением монтируемого элемента в пространстве и грузоподъемностью монтажного оборудования.    

3. Механизмы передвижения подъемно-транспортных машин

Механизмами передвижения называются механизмы, обеспечивающие, как правило, горизонтальное движение грузоподъемной машины или ее части (тележки), или  движение по наклонному пути. В зависимости от типа грузоподъемной машины, различают механизмы передвижения для рельсового, безрельсового и канатного путей. Рельсовый путь имеют мостовые, козловые, консольные, велосипедные, портальные, башенные и железнодорожные краны, мостовые перегружатели, а также передвижные тали и тележки. Для безрельсового пути предназначаются стреловые краны на пневмоколесном, гусеничном и редко на шагающем ходах. Канатный путь имеют тележки кабельных и поворотных кранов.

Для рельсового пути используют два  типа механизмов передвижения: с приводными колесами — первый тип и с канатной или цепной тягой — второй тип. Все элементы механизма передвижения первого типа размещены на движущейся раме грузоподъемной машины или тележки. Механизм передвижения второго типа отличается установкой двигателя и  передач за пределами тележки. Механизмы  передвижения с приводными колесами в свою очередь подразделяются на механизмы для двухрельсовых путей и механизмы для однорельсовых путей. Большинство кранов и тележек передвигается по двухрельсовым путям. Однорельсовые пути имеют консольные и велосипедные краны, подвесные тележки и тали.

3.1. Механизмы передвижения с приводными  колесами

В общем случае механизм передвижения        с приводными колесами состоит из двигателя, системы передач и ходовой части с ходовыми колесами (катками). Механизмы передвижения тележек и кранов могут иметь ручной и машинный привод.

Механизмы передвижения с  ручным приводом. Ручной привод применяется на кранах, используемых на складах и производственных участках с ограниченным объемом работы. Обычно грузоподъемность таких кранов не выше 15—20 т, пролет не более 14—17 м. Мостовые краны с ручным приводом в зависимости от грузоподъемности и величины пролета могут иметь однобалочную конструкцию моста из двутаврового профиля, по полкам которого передвигается каретка (кошка) с подвешенным к ней подъемным устройством, или мост двухбалочной конструкции с четырехтактовой тележкой (рис. 1). Механизм передвижения тележки смонтирован на раме 4, опирающейся на два ведущих (приводных) 3 и два ведомых (неприводных) 5 колеса. Ведущие колеса приводятся во вращение через зубчатую передачу 2 с тягового колеса 1 с тяговой цепью или с помощью рукоятки.

Механизмы передвижения однобалочного  и двухбалочного мостов содержат те же основные элементы.

Механизмы передвижения с  электрическим приводом тележек  и мостов. Эти механизмы состоят из электродвигателя, промежуточных передач, ходовой части с ведущими и ведомыми ходовыми колесами. Для современных кранов механизмы передвижения отличаются применением редукторного привода; использованием ведущих и ведомых ходовых колес с отъемными буксами; соединением валов, в том числе и быстроходных, в основном зубчатыми муфтами, не требующими высокой точности сборки.

Наиболее типичными для механизма  передвижения  тележки являются приводы с центральным расположением редуктора. Достаточно широкое применение получили также приводы с навесными редукторами.

К навесному редуктору  этого механизма при креплен фланцевый электродвигатель, крутящий момент от которого через зубчатые передачи передается на полый выходной вал и от него на вал приводного ходового колеса. Второе приводное колесо соединено с валом первого посредством трубчатого трансмиссионного вала и муфт. Тормозной шкив  тормоза, закрепленного на кронштейне, укреплен на быстроходном (или на промежуточном) валу редуктора. Реактивный момент, возникающий при движении тележки, воспринимается через корпус редуктора упорными болтами. Механизм с навесным редуктором, не требующий устройства специальных опорных площадок на раме тележки под редуктор и электродвигатель, отличается компактностью и простотой установки. Однако при замене приводных колес на этом механизме приходится демонтировать и редуктор.

Применение механизмов с навесным редуктором нецелесообразно для  тележек большой грузоподъемности, так как в этом случае габаритные размеры и вес навесного редуктора  непропорционально возрастают и  становятся неприемлемыми.

Механизмы передвижения моста. Эти механизмы выполняются с центральным или раздельным приводами. При центральном расположении привода электродвигатель устанавливается примерно в средней части моста. На приводные ходовые колеса вращение передается через трансмиссионный вал. В раздельном приводе для каждого приводного ходового колеса или группы приводных ходовых колес используется индивидуальный электродвигатель. Существует три конструктивные разновидности механизмов передвижения с центральным расположением привода: с тихоходным, среднеходным и быстроходным трансмиссионными валами. Грузоподъемность, пролет и тип металлоконструкции моста, а также тип крана оказывают существенное влияние на выбор схемы механизма передвижения.

Механизм передвижения с тихоходным трансмиссионным валом. Этот механизм передвижения мостовых кранов имеет электродвигатель, двух- или трехступенчатый редуктор  и трансмиссионный вал, составленный из нескольких отдельных секций, соединенных между собой, а также с концами выходного вала редуктора и валами ходовых колес обычно зубчатыми муфтами. Трансмиссионный вал опирается на промежуточные опоры, установка и количество которых в сочетании с применяемыми самоустанавливающимися подшипниками и муфтами обеспечивают нормальную работу и необходимую соосность соединяемых секций.

Механизмы передвижения с тихоходным трансмиссионным валом получили достаточно широкое применение на мостовых кранах общего и специального назначений и особенно для мостов решетчатой конструкции, где их применение создает лучшие условия для размещения элементов привода.

Механизм  передвижения со среднеходным трансмиссионным валом. Движение от электродвигателя  передается через редуктор  с уменьшенным передаточным числом, трансмиссионный вал  и дополнительные зубчатые передачи  на ходовые колеса. В этом случае передаваемый трансмиссионным валом крутящий момент оказывается в несколько раз меньше крутящего момента, действующего на тихоходном валу крана с теми же параметрами, что позволяет сократить его вес, вес зубчатых муфт и подшипниковых узлов, т. е. элементов, непосредственно относящихся к валу. Но, с другой стороны, наличие двух дополнительных концевых редукторов или открытых зубчатых передач не приводит к заметному снижению общего веса механизма.

Эти механизмы используются иногда на козловых кранах и мостовых перегружателях с жесткими мостами, на  консольных и велосипедных кранах. Для козловых кранов и мостовых перегружателей механизмы передвижения с центральным приводом и среднеходным трансмиссионным валом собираются по одинаковой схеме (рис. 4). В этом случае среднеходный секционный трансмиссионный вал состоит из двух горизонтальных и двух вертикальных участков, конических зубчатых колес и концевых открытых зубчатых передач к ходовым приводным колесам. Общая схема трансмиссионного вала предопределена конструкцией моста, установленного на высокие опоры, в нижних балках которых находятся приводные и ведомые ходовые колеса. На полукозловых кранах имеется только один участок вертикального вала.

Механизм передвижения однорельсовых  кранов (консольного, велосипедного) имеет  также центральное расположение привода. Среднеходный трансмиссионный  вал, размещенный в горизонтальной плоскости, соединен с ходовыми колесами  через конические и цилиндрические зубчатые передачи.  Весь механизм привода установлен на продольной, относительно подкранового рельса, балке.

Механизм передвижения с раздельным приводом. На мостовых кранах механизм передвижения с раздельным приводом состоит из двух отдельных приводов для каждой стороны моста, имеющих электродвигатель с тормозом и редуктор, соединенный с приводным ходовым колесом. Электродвигатели, рассчитываются с учетом возможной неравномерности их загрузки каждый на 60% от общей требуемой мощности.

За последние годы механизмы  с раздельным приводом приобретают  всё большее применение на кранах многих типов. У мостовых кранов они  применяются на мостах балочной конструкции  при пролетах более 15 м. Еще большее  применение эти механизмы имеют  на портальных и башенных кранах в  виде независимых приводных ходовых  тележек на обоих путях. Каждая из тележек имеет по два ходовых  колеса и один электродвигатель. Независимые  приводные тележки подобной конструкции  используются также для шарнирных  мостов козловых кранов и мостовых перегружателей.

При передвижении моста или тележки  крана возникают перекосы их в  горизонтальной плоскости относительно подкрановых путей. Причинами перекосов  могут быть — неточность монтажа  ходовой части, различие в диаметрах  приводных колес, неодинаковая пробуксовка  колес по рельсам, непараллельность и уклоны подкрановых путей, а для механизмов с центральным приводом, кроме того, неодинаковое закручивание концов длинного трансмиссионного вала. Невозможность полного устранения этих причин предопределяет неизбежность перекосов при передвижении моста или тележки любого крана независимо от типа привода.

Так как размеры колеи тележек  намного меньше размеров колен моста, а горизонтальная жесткость рамы тележки значительно больше соответствующей  жесткости металлоконструкции моста, то наиболее существенное значение имеют  перекосы мостов кранов. Во время перекоса между ребордами ходовых колес  и головками рельсов возникают  боковые усилия, которые вызывают момент, стремящийся повернуть мост крана в горизонтальной плоскости  в сторону, обратную перекосу. Взаимодействие между ребордами и рельсами приводит к их быстрому совместному износу и увеличению сопротивления передвижению, что особенно резко проявляется  при установке центрального привода  и во многом зависит от горизонтальной жесткости моста.

3.2.Механизмы передвижения с канатной тягой

Механизмы передвижения с канатной тягой применяются главным образом  для тележек башенных и кабельных  кранов. Этот механизм, у которого на тележке находятся только ходовые  колеса и блоки подъемного каната, характеризуется значительно меньшим  весом и размерами тележки, а  также возможностью ее движения по наклонному пути как рельсовому, так  и канатному.

Тележка с канатной тягой наиболее распространенной конструкции представляет собой жесткую раму с двумя  неподвижно закрепленными на ней  осями. На осях свободно вращаются обычно на подшипниках качения ходовые колеса и блоки подъемного каната, один конец которого закреплен на металлоконструкции, а второй на барабане механизма подъёма. При качении тележки по рельсам происходит перекатывание подъемного каната по блокам, вызывающее дополнительные сопротивления движению. Тяговой канат (или цепь), огибающий в конце хода тележки стационарный блок, состоит из двух ветвей: верхней и нижней. Обе ветви прикреплены к раме тележки, а их противоположные концы — к тяговому нарезному барабану с двумя рабочими участками так, чтобы при вращении барабана одна из ветвей каната могла наматываться на барабан, а другая сматываться с него и тем самым осуществлять перемещение тележки. Места крепления ветвей каната на тяговом барабане определяются с учетом направления винтовых канавок на нем, соблюдения правильного без резкого излома схода каната и исключения возможности соприкосновения нижней ветви тягового каната с подъемным канатом крюковой обоймы. Для этих же целей на укосине крана, по которой перемещается тележка, иногда устанавливается несколько стационарных отклоняющих канатных блоков.

3.3. Ходовая часть механизмов передвижения

В ходовой части мостов и тележек  кранов, предназначенной для рельсового передвижения, применяются различные  типы ходовых колес. В соответствии с требованиями правил Госгортехнадзора ходовые колеса выполняются или  устанавливаются так, чтобы исключалась  возможность схода колес с  рельсов. Основным типом ходовых  колес являются колеса с двумя  боковыми выступами - ребордами. На мостовых, консольных и велосипедных кранах допускается использование и безребордных колес, но с обязательной установкой дополнительных горизонтальных роликов, удерживающих колеса крана на рельсах.

По назначению различают приводные (ведущие) и неприводные (ведомые) ходовые колеса. Получая принудительное вращение от механизма передвижения, приводные ходовые колеса благодаря силам сцепления между поверхностями ободьев и рельсов осуществляют перемещение крана или тележки. Неприводные колеса, являясь только опорными, свободно вращаются на своих осях.

По форме поверхности катания  ходовые колеса подразделяются на цилиндрические, конические и бочкообразные. Цилиндрические колеса имеют преимущественное применение для тележек и мостов кранов. Однако при движении моста крана с неизбежными перекосами относительно подкрановых путей приводные цилиндрические колеса не способствуют центрированию его хода, а их реборды, все время набегая на головку рельса, повышают сопротивление передвижению и подвергаются быстрому износу.

В кранах применяется несколько  способов установки ходовых колес. Наиболее распространен монтаж приводных  ходовых колес на отдельных валах, а неприводных — на отдельных вращающихся осях. Корпуса подшипников изготовляются в виде отъемных или разъемных букс, которые на тележке крепятся к раме, а на мостах — к концевым балкам или балансирам. Применение отдельных валов и вращающихся осей, а также отъемных или разъемных букс намного упрощает сборку, разборку и смену элементов ходовой части.

Для уменьшения сопротивления движению, повышения надежности и удобства эксплуатации ходовые колеса тележек  и мостов кранов устанавливаются  на подшипниках качения и значительно  реже — на подшипниках скольжения. По действующему стандарту на ходовые  колеса наибольший диаметр поверхности  катания ходового колеса не должен превышать 1000 мм.

Необходимость обеспечения равномерного распределения нагрузки между колесами заставляет применять уравновешивающие балансиры, использование которых  приводит к увеличению габаритной высоты концевой балки моста и уменьшению ее горизонтальной жесткости. В основу таких конструкций положены унифицированные  двухколесные тележки — балансиры  со съемными буксами.

Для кранов применяются различные  типы рельсов. В качестве подкрановых  и подтележечных рельсов используются: железнодорожные рельсы широкой и узкой колеи, специальные крановые рельсы, горячекатаная квадратная и прокатная полосовая сталь. Железнодорожные и крановые рельсы изготовляются из высокоуглеродистой стали и имеют скругленную головку. Крановые рельсы имеют стенку повышенной толщины и более широкую опорную плоскость, благодаря чему обеспечивается равномерная передача давления колес на верхний пояс подкрановой балки.

Выбор типа рельса зависит от режима работы крана, от типа и величины давления ходовых колес. Использование конических колес предопределяет установку  рельсов со скругленными головками. Для цилиндрических колес основными  типами являются железнодорожные и  крановые рельсы. Рельсы из квадратной и полосовой стали применяют  для кранов сравнительно небольшой  грузоподъемности и при отсутствии специальных рельсов. Железнодорожные, козловые, портальные и велосипедные краны передвигаются главным  образом по железнодорожным рельсам.