Разработка крановой установки на базе автомобильного шасси

Ходовая рама крепится к автомобильной раме при помоши болтов или стремянок, для предотвращения смещения опорной рамы вдоль шасси автомобиля на лонжеронах автомобильной рамы иногда устанавливают упоры /2/.

При работе крана опорная рама принимает на себя все нагрузки от поворотной части крана и через выносные опоры передает их на площадку.



Рисунок 1.19 - Ходовая рама в сборе:

1 - гидроцилиндр; 2, 6 - передняя и задняя выносные опоры; 3 - металлоконструкция опорной рамы; 4 - опорное кольцо опорно-поворотного устройства; 5 - стабилизатор; 7 - гайка; 8 - накладка; 9 - стремянка

Рисунок 1.20 - Ходовая рама крана КС-3562А

1 - продольные балки, 2 и 4- поперечные балки, 3 - оподаяое кольцо, 5 и 14- задняя и передняя балки, 5 - 8

Кольцо опирается на подкосы, приваренные по бокам балок и обеспечивающие кольцу жесткость, необходимую для нормальной работы опорно-поворотного устройства.

В необходимых местах к раме приварены кронштейны, к которым крепится различное оборудование крана: стабилизаторы, кронштейн запасного колеса и т, п. По концам рамы приварены передняя и задняя балки, на которых устанавливают выносные опоры крана..



Рисунок 1.21 - Ходовая рама крана KC-256IE:

1 - диагональные балки, 2 и 6 - пальцы, 3 - листы, 4 - опорное кольцо, 8 - средняя часть рамы, 7 - балки откидных выносных опор, 5 - башмаки, 9 - пружинный балансир, 10 - тяги, 1 - винт

Применяют также крестообразные ходовые рамы (рисунок 1.21), выполненные из четырех диагональных балок ) прямоугольного поперечного сечения. Средняя часть такой рамы представляет собой коробку, на которой размещают опорное кольцо 4 для уста-ковки опорно-поворотного устройства. Для увеличения жесткости ходовой рамы в коробку средней части 5 рамы вваривают диагональные листы. Пространство между диагональными балками перекрывают листами.

Если на кране устанавливают выдвижные выносные опоры, к передней и задней балкам (рисунок 1.22) и 11 на болтах - присоединяют нижние балки, в которых размещаются балки выносных опор.

Рисунок 1.22 - Ходовая рама крана К-162:

1 - продольные балки, 2 ш 4 - поперечные балки, 5 - опорное кольцо, б и 11 - передняя и задняя балки, 6 - нижние балки, 7 - винт, 8 - башмак, 9 - балки выдвижных выносных опор, 10 - фиксатор

1.5 Проблемы, требующие решения при работе кранов в траншеях, котлованах, у откосов, на слабых грунтах

Основной проблемой требующей решения при работе кранов на краю откоса котлована и траншеи является опасность обрушение крана в траншею или котлован, чтобы исключить опасность обрушения кран должен быть установлен с соблюдением расстояний, указанных в таблице 1.3. При глубине котлована более 5м и при невозможности соблюдения расстояний, указанных в таблице 5, откос должен быть укреплен в соответствии с ППРк

Основной проблемой при рабате крана на слабых грунтах является осадка кранов при передвижении и работе с грузом, вес которого близок к предельному, необходимо уменьшить удельное давление на грунт. Для этого в местах установки и передвижения кранов площадка должна быть покрыта шпальным (бревенчатым) настилом, инвентарными металлическими щитами или железобетонными плитами.

1.6 Обзор и анализ существующих средств и способов выполнения погрузочно-разгрузочных работ кранами в траншеях, котлованах, у откосов, на слабых грунтах

Производство погрузочно-разгрузочных работ стреловыми самоходными кранами на слабых грунтах вблизи линии электропередачи связано с повышенной опасностью. При работе крана вблизи линии электропередачи (рисунок 1.23) расстояние от крайней точки стрелы или груза при максимальном вылете (в положении стрелы в сторону ЛЭП) до ближайшего провода должно быть не меньше 30 м /3/.



Рисунок 1.23 - Работа крана вблизи линии электропередачи

Производство работ стреловыми кранами на расстоянии менее 30 м от подъемной выдвижной части крана в любом ее положении, а также от груза до вертикальной плоскости, образуемой проекцией на землю ближайшего провода воздушной линии электропередачи, находящейся под напряжением более 42 В, должно производиться по наряд - допуску, определяющему безопасные условия работы.

Способы выполнения погрузочно-разгрузочных работ кранами в траншеях, котлованах, у откосов. Разгрузка транспортных средств и монтаж секций коллекторов (рисунок 1.24), трубопроводов (рисунок 1.25), укладка труб в битумоперлитовой изоляции, дренажных труб и монтаж водосточного колодца (рисунок 1.26) и других элементов для прокладки внутрикварталъных коммуникаций, производится стреловыми самоходными кранами, установленными рядом с траншеей. Основание дороги, по которой вдоль траншеи перемещаются краны и транспортные средства, должно выдерживать создаваемые ими нагрузки. При слабом основании необходимо прокладывать временно дороги из дорожных плит, руководствуясь технологическими схемами на разгрузочные операции и укладку дорожных плит при сооружении внутриквартальных дорог.



Рисунок 1.24 - Монтаж секции коллектора для внутриквартальных коммуникаций полной заводской готовности

Рисунок 1.25 -. Разгрузка и заводка труб в секции коллектора



Рисунок 1.26 - Укладка труб в битумоперлитовой изоляции, дренажных труб и монтаж водосточного колодца

1.7 Предлагаемый способ выполнения работ разрабатываемой крановой установкой

Для выполнения погрузочно-разгрузочных работ в траншеях, котлованах, у откосов, на слабых грунтах предлагаем грузоподъемное устройство, (рисунок 1.27). Такое устройство применяют для работы вблизи откосов котлована, траншей для того чтобы избежать обрушения крана.

Рисунок 1.27 - Грузоподъемное устройство

На конце рукояти 1, посредством А-образной подвески устанавливают грузовую площадку 2, на которой закреплены 3 плиты 5, 6 и 8. На первой плите закреплена электролебедка 3 с канатным полиспастом 4, на второй плите - нижний конец стрелы 7, а на третьем - гидроцилиндр 9 для наклона стрелы. Грузовая обойма 10 снабжена крюком 11 не котором весит груз 12. При проведении перегрузочных операций грузовую площадку 2 устанавливают на грунт.

2. Конструкторская часть

2.1 Описание предлагаемой конструкции грузоподъемного крана

Предлагаем грузоподъемное устройство, устанавливаемое на грузовом автомобиле (рисунок 2.1). Предназначенное для выполнения погрузочно-разгрузочных работ.

Рисунок 2.1 - Грузоподъемное устройство, устанавливаемое на грузовом автомобиле

На раме 7 шарнирно закрепляют Г- образную подъемную рукоять 1, наклоняемую посредством гидроцилиндра 2. На конце рукояти посредством А-образной подвески устанавливают грузовую площадку 8, на которой закреплены 3 плиты 51, 52 и 53. На первой плите закреплена электролебедка 60 с канатным полиспастом 59, на второй плите - нижний конец стрелы 56, а на третьем- гидроцилиндр 63 для наклона стрелы. Грузовая обойма 61 снабжена крюком 62. При проведении перегрузочных операций грузовую площадку 8 устанавливают на грунт. В транспортном положении грузовую площадку поднимают на раму 7 шасси автомобиля. Для этого включают гидроцилиндр 2 и наклоняют Г-образную подъемную рукоять 1 против часовой стрелки. При этом площадку 8 опирают на ролики 11. Блокировочное устройство 9 фиксирует площадку на раме шасси.

2.2 Технологическая схема выполнения работ предлагаемым краном

На рисунке 2.2 представлена технологическая схема выполнения работ предлагаемой крановой установкой. Производится работа по опусканию секции коллектора массой 6600 кг, в котлован на минимальном вылете стрелы.

Рисунок 2.2 - Схема работы крановой установки

На конце рукояти 1, посредством А-образной подвески устанавливают грузовую площадку 2, на которой закреплены 3 плиты 5, 6 и 8. На первой плите закреплена электролебедка 3 с канатным полиспастом 4, на второй плите - нижний конец стрелы 7, а на третьем- гидроцилиндр 9 для наклона стрелы. Грузовая обойма 10 снабжена крюком 11 не котором весит груз 12. При проведении перегрузочных операций грузовую площадку 2 устанавливают на грунт.

2.3 Описание базового шасси предлагаемого крана

Механизм погрузочно-разгрузочный (мультилифт) представлен на рисунке 2.3 - МПВ (крюкового типа с гидравлическим приводом) - устанавливается на автомобили Урал, КамАЗ, МАЗ и является основным элементом модульных перевозок /8/.



Рисунок 2.3 - Механизм погрузочно-разгрузочный (мультилифт)

Суть их заключается в том, что один автомобиль, оборудованный данным механизмом, может транспортировать сменные кузова различного, функционального назначения (модули): контейнер, грузовая платформа для перевозки техники, вагон, бытовка, цистерна, бункер для перевозки твердых бытовых отходов. Все эти модули монтируются на универсальных подрамниках, позволяющих работать им в комплексе с "мультилифтом". При этом простои в погрузочных пунктах автомобилей, эксплуатируемых с двумя-тремя оборотными съемными кузовами, отсутствуют, т.к. грузы в кузов заполняются при отсутствии автомобиля, который в это время транспортирует другие кузова с грузом. МПР без помощи какой-либо другой грузоподъемной техники способен самостоятельно затаскивать на автомобиль (сгружать с автомобиля) функциональный модуль, выгрузка кузовов может производиться самосвальным способом с углом подъема 50 град. Применение погрузо-разгрузочного механизма, значительно сокращает затраты, связанные с эксплуатацией техники, привлечением дополнительных единиц грузовой техники, которые МПР успешно заменяет.

Рассмотрим мобильные системы сменных кузовов МС-1 с оборудованием МПР-1 ( мультилифт) представленных на рисунке 2.4, 2.5 и технические характеристики.

Система предназначена для погрузки, выгрузки, транспортирования специальных сменных кузовов, контейнеров, платформ и других устройств (бункеров) по дорогам всех категорий, состояние которых позволяет двигаться ей без потери проходимости. Система может выполнять работу в режиме самосвала.

Рисунок 2.4 - Мобильная система МС-1М (шасси МАЗ 6303А5-340):

1 - шасси, 2 - оборудование, 3 - привод аксиально-поршневого насоса, 4 - крылья, 5 - съемный бункер Б-20(24)

Технические характеристики: погрузочно-разгрузочного оборудования «МПР-1» мобильной системы МС-1М

- Грузоподъемность, кг 14 000,

- Погрузка (время работы), сек 60,

- Разгрузка (время работы), сек 60,

- Опрокидывание (время), сек 30,

- Угол опрокидывания, град 50,

- Рабочее давление в гидросистеме, атм. 210,

- Рабочая жидкость (масло) ВмГЗ,

- Базовое шасси:

- Модель МАЗ 6303А5-340,

- Колесная формула 6 х 4,

- Двигатель ЯМЗ-6582.10 (Евро-3),

- Тип Дизельный с турбонадувом,

- Максимальная мощность, л.с. (кВт) 330 (243),

- Коробка передач ЯМЗ-2381-02 восьмиступенчатая,

- Габаритные размеры, мм не более:

1) длина 8380,

2) ширина 2500,

3) высота 3170,

- Масса снаряженного автомобиля (без сменного кузова), кг, не более 9 800,

- Масса автомобиля со сменным кузовом, грузом и экипажем (полная масса) кг, не более 24 500,

Рисунок 2.5 - Мобильная система МС-1К (шасси КаМАЗ): 1 - автомобильное шасси, 2 - специализированное оборудование, 3 - привод аксиально-поршневого насоса, 4 - брызговик, 5 - сменный бункер Б-20(24).

Технические характеристики: погрузочно-разгрузочное оборудование МПР-1 мобильной системы МС-1К

- Грузоподъемность, кг 14 000,

- Погрузка (время работы), сек 60,

- Разгрузка (время работы), сек 60,

- Опрокидывание (время), сек 30,

- Угол опрокидывания, град 50,

- Рабочее давление в гидросистеме, атм. 210,

- Рабочая жидкость (масло) ВмГЗ,

- Базовое шасси:

- Модель КАМАЗ 43118-10 (-15, -24),

- Двигатель КАМАЗ 740.30-260 (31-240, 55-300),

- Тип Дизельный с турбонадувом,

- Колесная формула 6 х 6,

- Максимальная мощность, л.с. (кВт) 260 (180),

- Коробка передач КАМАЗ -154 (142, 144, 152, ZF-9S),

- Габаритные размеры, мм не более:

1) длина 8540,

2) ширина 2500,

3) высота 3850,

- Масса снаряженного автомобиля (без сменного кузова), кг, не более 11 030,

- Масса автомобиля со сменным кузовом, грузом и экипажем (полная масса), кг, не более 21 200,

- Общая масса автопоезда, кг, не более 33 200,

Исходя из технических характеристик погрузочно-разгрузочного механизма (мультилифт), выбираем мобильную систему МС-1К на шасси КаМАЗ.

2.4 Выбор и обоснование конструкции и параметров ходовой рамы предлагаемого крана

Ходовая рама (рисунок 1.9, 1.20, 1.21, 1.22) служит опорой для всей крановой установки. Она представляет собой сварную металлическую конструкцию, установленную на раме автомобиля и прикрепленную к лонжеронам посредством стремянок.

Для опускания и подъема грузоподъемного устройства, предлагаем убрать ходовую раму и поставить систему мультилифт (рисунок 2.6) /3/.



Рисунок 2.6 - Система мультилифт

Мультилифт - это современная популярная гидравлическая система с крюковым механизмом захвата, предназначенная для погрузки или разгрузки в самых различных областях промышленности и жилищно-коммунального хозяйства. Эти системы используются при так называемых модульных перевозках, в основном для транспортировки бытовых и промышленных отходов. Основным их преимуществом является возможность замены контейнеров-носителей, крепящихся на стационарные рамы. Это позволяет избежать ненужных простоев Вашей техники, увеличить объемы перевозок, снизить затраты.

2.5 Выбор и обоснование конструкции крановой установки

За основу принимается автомобильный кран КС-35715 грузоподъемность 20 т, монтируемого на шасси грузового автомобиля МАЗ-5337 (рисунок 1.15). Привод крановой установки осуществляется посредством аксиально-поршневого гидронасоса, который приводится во вращение двигателем базового автомобиля через коробку передач и дополнительную коробку отбора мощности. Крановые механизмы имеют индивидуальный привод с независимым управлением от гидромоторов и гидроцилиндров. Гидровлическая система крановой установки обеспечивает главное управление всеми механизмами с широким диапазоном регулирования скоростей рабочих операций, обеспечивает возможность одновременного совмещения нескольких крановых операций.

Применение гидравлического привода упрощает и передвижение крана с транспортной скоростью из-за меньшей длины стрелы выступающей за габариты автомобиля

Рассмотрим схему конструкции крановой установки автомобильного крана, без опорно-поворотного круга, представленную на рисунке 2.7. Конструкция крановой установки включает в себя гидроцилиндр подъема стрелы, гидроцилиндр выдвижения секций стрелы, механизм подъема груза, стрелу телескопическую, грузовую обойму.

Рисунок 2.7 - Схема конструкции крановой установки автомобильного крана

Рассмотрим схему конструкции крановой установки, установленной на грузовой площадке без гидроцилиндра подъема стрелы, заменив его на стойку неподвижно закрепленную к стреле и плите на грузовой площадке (рисунок 2.8). Конструкция данной установки представляет собой грузовую площадку, на которой закреплены три плиты. На первой плите закреплена гидравлическая лебедка с канатным полиспастом, на второй плите - нижний конец стрелы, а на третьей - стойка, которая не дает наклоняться стреле. Грузовая обойма снабжена крюком. При проведении перегрузочных операций грузовую площадку устанавливают на грунт.



Рисунок 2.8 - Схема конструкции крановой установки без гидроцилиндра подъема стрелы

Сделав обзор вариантов предлагаемых схем конструкций крановых установок, предлагается схема конструкции крановой установки на грузовой площадке, с гидроцилиндром подъема стрелы представленную на рисунке 2.9. Конструкция данной установки представляет собой грузовую площадку, на которой закреплены три плиты, на первой плите закреплена электролебедка с канатным полиспастом, на второй плите - нижний конец стрелы, а на третьем - гидроцилиндр для наклона стрелы. Грузовая обойма снабжена крюком. При проведении перегрузочных операций грузовую площадку устанавливают на грунт.

Рисунок 2.9 - Схема конструкции крановой установки с гидроцилиндром подъема стрелы

2.6 Расчет механизма подъема груза

Механизм подъема является приводным устройством для подъёма и опускания груза, функции которого на кране выполняет грузовая лебедка, установленная на конце поворотной платформы и состоящая из смонтированных на плите 16 (рисунок 2.10) гидромотора 10, двух ленточных тормозов 14, редуктора 1, барабана 7 и кронштейнов 9 и 11. На барабан лебедки, в связи с трехслойной навивкой каната , дополнительно устанавливаем прижимной ролик.

Барабан грузовой лебедки получает вращение от вала 2 редуктора через зубчатые полумуфты 3 и 5, причем первая жёстко соединена с барабаном 7. Опорами барабана являются подшипники 4, установленные на зубчатой полумуфте 5, которая насажена на вал 2 редуктора.

Передача крутящего момента от гидромотора, установленного на кронштейне 11, к редуктору осуществляется упругой муфтой со звездочкой 13. Тормозной шкив 15 установлен на быстроходном валу редуктора и является полумуфтой.

Управление механизмом подъёма производится рукояткой управления грузовой лебедкой в кабине крановщика.

Рисунок 2.10 - Лебёдка

Расчёт механизма включает следующие этапы: выбор полиспаста (тип, кратность, схема запасовки), выбор принципиальной схемы механизма, расчёт и выбор каната, расчёт барабана и блоков, выбор гидромотора, выбор редуктора, выбор тормоза и муфты.

2.6.1 Выбор полиспаста

Для стреловых самоходных кранов, в основном, применяются одинарные полиспасты с навивкой на барабан одного конца каната (второй конец крепится в вершине стрелы или на крюковой подвеске).

Так как наибольший вес груза 66 кН, то выбираем кратность полиспаста =3. Схема запасовки грузового каната приведена на рисунке 2.11

Рисунок 2.11 - Схема запасовки грузового каната

2.6.2 Выбор схемы механизма

В стреловых и самоходных кранах с индивидуальным гидроприводом применяются лебедки с непосредственным соединением барабана с редуктором. П-образная схема грузовой лебедки представлена на рисунке 2.12.

Рисунок 2.12 - Схема грузовой лебедки

2.6.3 Расчет и выбор каната

Определяем максимальное натяжение каната при набегании на барабан /14/

где - вес груза, кН,

- кратность грузового полиспаста ,

- КПД отклоняющих блоков.

Найдем КПД канато-блочной системы

где z-число отклоняющих блоков.

Находим КПД полиспаста

.

Находим КПД канато-блочной системы

,

кН.

По разрывному усилию канат выбирается из условия



где -коэффициент запаса прочности каната (=5,5);

-разрывное усилие в канате.

кН.

Выбираем канат двойной свивки типа ЛК-0 (мм) конструкции о.с. (применительно к ГОСТ 3077-69). Разрывное усилие каната =129 кН, при маркировочной группе по временному сопротивлению разрыву ?=1800 МПа /11/.

2.6.4 Расчёт барабана и блоков

Как правило, барабаны грузовых лебедок выполняют с ручьями для лучшей укладки каната, а в кранах со сменным стреловым оборудованием и с многослойной навивкой.

Диаметр блока и барабана по дну канавки, мм

,

где - диаметр выбранного каната, мм,

е=18, коэффициент, зависящий от типа крана и режима работы /12/.

мм,

принимаем

Примем, что количество слоев навивки каната , определяем диаметр барабана по центру канатов в наружном слое

,

мм,

Длина нарезной части барабана

, м,

где м - канатоёмкость;

- число запасных витков каната;

- шаг нарезки навивки /7/;

- коэффициент неплотности навивки.

м.

Конструкцию барабана изготавливают двухребордным для предотвращения схода каната с барабана в крайних положениях. Эскиз барабана показан на рисунке 2.13.

Рисунок 2.13 - Эскиз барабана

Толщина реборд

где - шаг навивки каната.

мм.

Диаметр реборды

мм.

2.6.5 Выбор гидромотора

По ГОСТ 12445-80 для отечественных серийно изготовляемых насосов, гидромоторов и гидроаппаратуры рекомендуется принимать давление по следующему ряду: р=10; 16; 20; 25; 32 МПа.

Для гидравлических автокранов грузоподъёмностью от 4 до 63 т рекомендуется принимать рабочее давление р=16 МПа, что позволяет использовать гидромоторы и насосы типа 210 и годроцилиндры по ГОСТ 6540-68.

Находим статистическую мощность гидромотора по формуле /15/

, Вт,

где ;

V=14м/c - скорость подъёма;

- КПД механизма с цилиндрическим редуктором;

- КПД гидромотора.

Вт (10,6 кВт).

Крутящий момент создаваемый гидромотором:

,

где - угловая скорость гидромотора

,

где - угловая скорость барабана;

- фактическое передаточное отношение редукора.

,

где - статистический крутящий момент на барабане,

кН м,

рад/c.

.

Потребный рабочий объем гидромотора

,

где МПа - перепад давления на гидромоторе;

-механический пПД гидромотора в первом приближении

/об.

Выбираем из /11/ аксиально-поршневой регулируемый гидромотор (АПН) 210.20 потребляемой мощностью N= 25,6 кВт с полезным крутящим моментом = 0,139 кН м, рабочий объем V= 55·10м/об, объемный КПД = 0,965, гидромеханическим = 0, 95, частота вращения 1800 об/мин, масса без рабочей жидкости m=23 кг, давление р=16 МПа, максимально кратковременное р=25 МПа, приняв общий КПД редуктора.

Выбираем редуктор.

Скорость наматывания каната на барабан

=·=0,14·3=0,42 м/c.

Частота вращения барабана

=/c.

Статистический крутящий момент на барабане

,

где Q=66 Кн;

- КПД полиспаста

Предаточное число

Исходя из мощности двигателя N, частота вращения , предаточность числа механизма и режима работы выбирается редуктор механизма подъема по условиям

а) ; б) N ; в) n .

Выбираем из /11/ редуктор Ц2-350 исполнение 4.

Технические характеристики редуктора Ц2 -350 исполнение 4:

- предаточное число i=25,

- допускаемая мощность при ПВ=40%-24,1 кВт,

- допускаемая частота вращения 1500 об/мин,

- межосевое расстояние редуктора А=350.

Проверим редуктор

А?(0,5·+),

где А - межосевое расстояние редуктора, мм;

- диаметр работы;

- габариты гидромотора по ширине;

[А]= 10,5·335+150+20=337,5.

Условие выбора редуктора

А?[А]

Поскольку [А]=337,5 мм, следовательно, данный редуктор подходит.

2.6.6 Выбор тормоза

В ленточных тормозах двустороннего действия неподвижная опорная точка крепления ленты в зависимости от направления вращения тормозного шкива при торможении перемещается от одного конца ленты к другому. При этом набегающий конец ленты, имеющий максимальное натяжение Т, всегда оказывается закрепленным жёстко (рисунок 2.14). Так, при вращении щкива по часовой стрелке (рисунок 2.14, а) опорная точка рычага управления 1 и точка крепления набегающего конца ленты расположены в верхнем гнезде опоры 2 (точка А). При перемене направления вращения (рисунок 2.14, б) опорная точка перемещается в нижнее гнездо опоры 2 (в точку ). /15/



Рисунок 2.14 - Схема ленточного тормоза двустороннего действия

В этих тормозах обеспечивается независимость величины тормозного момента от направления вращения (как и в суммирующем тормозе) при сохранении замыкающего усилия Р той же величины, что и в простом тормозе. По сравнению с обычным суммирующим тормозом, в котором плечи а имеют одинаковую длину, замыкающее усилие в тормозах данного типа при одинаковых диаметрах шкива и углах обхвата и одинаковом коэффициенте трения уменьшается в раз.

Расчет тормозов двустороннего действия аналогичен расчету тормозов, выполненных по схеме простого тормоза.

До настоящего времени ленточные тормоза имеют ещё широкое применение благодаря простате конструкции, компактности и способности развивать большие тормозные моменты, увеличивающиеся с увеличением угла обхвата. В крановых конструкциях применяют главным образом простые ленточные тормоза.

На лебедке установлены два ленточных, нормально закрытых тормоза предназначенные для создания тормозного момента при останове механизма.

Тормоз состоит из тормозной ленты 7 (рисунок 2.15) с фриуционной накладкой 8, рабочей тормозной пружины 4, кронштейна 11, гидроразмыкателя 12.

Тормоз размыкается только при включении привода лебедки. Растормаживание осуществляется гидроразмыкателем, к которому подводится давление рабочей жидкости одновременно с подачей к гидромотору.

Ручное растормаживание осуществляется с помощью монтажки за скобу 16. Провисание ленты устраняется регулировочным болтом 10.

Рисунок 2.15 - Тормоз ленточный

Грузовой момент на барабане определяется по формуле /15/

,

где =2,34·10Н,

- число полиспастов.

Нм

Статистический момент на входном валу редуктора при торможении определяют по формуле

,

где КПД механизма, который можно принять равным КПД редуктора

Н·м.

Тормозной момент, на который регулируют тормоз, определяют по формуле

,

где N=1,75 - коэффициент запаса торможения.

Получили

.

Выбирается из /11/

ТЛ-I-200

- Тормозной шкив, мм:

1) диаметр - 200,

2) ширина - 55,

- Тормозной момент Н·м - 225,

- Частота вращения об /мин 760.

Выбор тормозной муфты

Для соединения вала двигателя с быстроходным валом редуктора выбирается муфта типа МУВП-4.

Параметры выбранной муфты:

- параметры тормозного шкива,

- момент инерции (с тормозным шкивом)

- наибольший момент передаваемый муфтой

Диаметр расточек под вал мм, мм.

2.7 Расчет механизма изменения вылета

2.7.1 Расчёт геометрических соотношений

На рисунке 2.16 представлена схема стрелы изменяемого наклона, осуществляемого гидроцилиндром. Гидроцилиндр закреплен в точке с абсциссой а и ординатой b. Началом координат является точка О - шарнир (ось) крепления стрелы. Если в данном положении толкателя длина его вместе с выдвинутым штоком , то при указанных на рисунке 2.17 обозначениях /16/

,

,

,

где n=2350 мм - расстояние от оси корня стрелы до крепления штока гидроцилиндра;

к=369 мм - расстояние от оси крепления штока до оси стрел;

а=967 мм - расстояние от оси корня стрелы до горизонтальной оси крепления гидроцилиндра;

b=178 мм - расстояние от оси корня стрелы до вертикальной оси крепления гидроцилиндра;

=1784 мм - длина гидроцилиндга с выдвинутым штоком.

,

,

.

Рисунок 2.16 - Расчётная схема подпорной стрелы

Минимальный вылет определяется при , а соответствующий угол .

,

где - длина выдвинутой стрелы, мм;

мм.

Максимальный вылет ( при )

,

мм.

При нижнем положении стрелы, когда , , ,

,

.

Длина гидроцилиндра с полностью вдвинутым штоком

,

мм.

Длина гидроцилиндра с полностью выдвинуты штоком

,

мм.

Ход штока гидроцилиндра

,

мм.

Для возможной практической реализации хода штока h гидроцилиндр подъема стрелы должен иметь соответствующие размеры, что определяется подбором координат a и b.

2.7.2 Расчёт нагрузки на подпорный гидроцилиндр стрелы

Для определения нагрузки, действующей на подпорный гидроцилиндр, и опорных реакций в стреле используется тот же метод, что и для определения натяжения стрелового полиспаста, а именно составляются три уравнения ; и . Нагрузки, действующие на стрелу определяются как и для стрелы, подвешенной на стреловом полиспасте. Момент относительно пяты стрелы /17,18,19/

,

откуда усилие на штоке

, кH,

где т - вес груза;

кг - вес подвесных приспособлений;

мм - расстояние от оси корня стрелы до крюковой подвески по горизонтали;

мм - расстояние от каната до оси стрелы,

кг - вес стрелы;

Н - ветровые нагрузки действующие на груз и стрелу,

- предельное отклонение груза от горизонтали;

мм - плечо.

Ветровые нагрузки

, Н,

где - площадь, воспринимающая давление ветра,;

- распределенная ветровая нагрузка, Па.

,,

,

), Па,

где к=1 - экспериментально определяемый коэффициент возрастания динамического давления;

с=1,2 - коэффициент аэродинамической силы;

q=270 Па - динамическое давление;

В нормальных условиях эксплуатации для рабочего состояния крана применяют

Па,

H.

Выбирается штоковый гидроцилиндр /11/.

Технические характеристики штокового гидроцилиндра:

- диаметр цилиндра D=220 мм,

- ход штока h=500 мм,

- расчётное усилие на штоке S=625 kH.

2.8 Расчёт стрелы

Определение расчетного (невыгоднейшего, т.е. соответствующего наибольшим напряжениям в опасном сечении) положения стрелы является самостоятельной и одной из главных задач при разработке математической модели. Для выявления расчетного положения стрелы (или, что то же самое, угла наклона оси стрелы к горизонту) необходимо в пределах диапазона изменения вылета от наименьшего до наибольшего рассмотреть несколько положений полностью выдвинутой стрелы, разбив диапазон изменения вылета на несколько равных частей. Внешние нагрузки, действующие на стрелу в общем случае в плоскости качания, представлены на рисунок 2.17 /20/

Рисунок 2.17 - Схема внешних сил, действующих на стрелу в плоскости качания:

Q - вес поднимаемого груза, кН; S_к - усилие в грузовом канате, кН; R - равнодействующая сила от веса поднимаемого груза Q и усилия в грузовом канате S_к, кН; N - сжимающее стрелу усилие, кН. Числами в кружках отмечены положения стрелы по вылету, причем положения 1 ... 5 - рабочие положения; положение 6 - горизонтально расположенная стрела без груза, нагруженная только собственным весом секций, гидроцилиндра телескопирования и крюковой подвески; положение 7 - горизонтально расположенная стрела без груза, нагруженная только собственным весом секций и гидроцилиндром телескопирования.

Внешними нагрузками в данном случае являются суммарный вес поднимаемого груза и крюковой подвески Q и усилие в грузовом канате S_к. Собственным весом секций и весом гидроцилиндра телескопирования, а также сопротивлением в канато-блочной системе на данной стадии, как показали наши исследования, можно пренебречь ввиду их незначительного влияния на напряжённо-деформированное состояние, что существенно упрощает дальнейшие рассуждения. Вес поднимаемого груза величина переменная, определяемая по кривой грузоподъемности для каждого вылета (положения стрелы) и приводимая в паспорте крана. Например, для автомобильного крана

КС-35715 с наибольшей грузоподъёмностью 16 т зависимость веса поднимаемого груза от вылета при работе с полностью выдвинутой стрелой длиной 18 м дана на рисунке 2.18

Рисунок 2.18 Зависимость веса поднимаемого груза от вылета крана

График зависимости сжимающего стрелу усилия от вылета представлен на рисунок 2.19



Рисунок 2.19 -.График зависимости сжимающего стрелу усилия от вылета

Определим расчетное положение трёхсекционной телескопической стрелы на примере автомобильного крана КС-35715. Кривая грузоподъемности для этого крана представлена на рисунке 2.19.

Усилие в стреловом канате рассчитывается по формуле /20/

,

где Q=66 кН - грузоподъемность крана на данном вылете;

m=3 - кратность грузового полиспаста.

Отсюда получаем

кН.

Изгибающее стрелу усилие

;

кН.

Равнодействующая сила от веса поднимаемого груза и усилия в канате

;

кН.

Сжимающее стрелу усилие

;

кН.

Для остальных положений стрелы, расчеты ведутся аналогично и сведены в таблицу 2.1

Таблица 2.1 - Результаты расчета

Напряжение изгиба стрелы

, Па,

где F=0,0098 - площадь сечения;

W=0,0008109 - момент сопротивления сечения.

Изгибающий момент

, Нм,

где l=8 м - плечо.

Нм.

МПа.

Условие прочности

,

где

Причём

- предел текучести стали 10 ХСНД, а n=1,4 - предел прочности.

Таким образом условие прочности для опасного сечения стрелы выполняется, что говорит о возможности применения разрабатываемой крановой установки стрелы серийно выпускаемого автокрана КС - 35715.

2.9 Обоснование конструкции и параметров рамы крановой установки и опорных узлов

Предлагаемая конструкция крановой установки рисунок 2.20 состоит из рамы, на которой жёстко закреплена стрела проушиной, гидроцилиндра, который служит для подъёма и опускания стрелы, лебедки, предназначенной для подъема и опускания груза, крюковой обоймы и лыжи.

Рисунок 2.20 - Крановая установка:

1 - основная стрела;

2 - рама установки;

3 - настил;

4 - гидроцилиндр;

5 - лебёдка;

6 - механизм блокировки;

7 - кряковая обойма;

8 - средняя секция;

9 - верхняя рама;

10 - лыжа.

3. Вопросы охраны труда при работе крана

Организация и содержание рабочего места должны обеспечивать безопасность работ. Безопасность зависит также от выбранного способа производства работ, организации фронта работ и правильной эксплуатации машин и механизмов, участвующих в рабочих процессах.

Трудовым Кодексом РФ /21/и федеральными законами установлены следующие основные понятия:

Охрана труда - система сохранения жизни и здоровья работников в процессе трудовой деятельности, включающая в себя правовые, социально-экономические, организационно-технические, санитарно-гигиенические, лечебно-профилактические, реабилитационные и иные мероприятия.

Производственная деятельность - совокупность действий работников с применением средств труда, необходимых для превращения ресурсов в готовую продукцию, включающих в себя производство и переработку различных видов сырья, строительство, оказание различных видов услуг.

Условия труда - совокупность факторов производственной среды и трудового процесса, оказывающих влияние на работоспособность и здоровье работника.

Вредный производственный фактор - производственный фактор, воздействие которого на работника может привести к его заболеванию.

Опасный производственный фактор - производственный фактор, воздействие которого на работника может привести к его травме.

Безопасные условия труда - условия труда, при которых воздействие на работающих вредных и (или) опасных производственных факторов исключено либо уровни их воздействия не превышают установленных нормативов.

Гигиенические нормативы условий труда (предельные допустимые концентрации - ПДК, предельные допустимые уровни - ПДУ) - уровни вредных производственных факторов, которые при ежедневной (кроме выходных дней) работе, но не более 40 часов в неделю, в течение всего рабочего стажа, не должны вызывать заболеваний или отклонений в состоянии здоровья, обнаруживаемых современными методами исследований, в процессе работы или в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений.

Рабочее место - место, где работник должен находиться или куда ему необходимо прибыть в связи с его работой и которое прямо или косвенно находится под контролем работодателя.

Микроклимат на рабочем месте - искусственно создаваемые климатические условия в закрытых помещениях для защиты от неблагоприятных внешних воздействий и создания зоны комфорта /24/.

Средства индивидуальной и коллективной защиты работников - технические средства, используемые для предотвращения или уменьшения воздействия на работников вредных и (или) опасных производственных факторов, а также защиты от загрязнения.

Травмобезопасность - соответствие рабочих мест требованиям безопасности труда, исключающим травмирование работающих в условиях, установленных нормативными правовыми актами по охране труда.

3.1 Перечень работ и используемого оборудования в технологическом проекте с проектируемой машиной

3.1.1 Перечень работ и используемого оборудования при работе проектируемой машины

Проектируемая крановая установка предполагается к использованию при монтаже и демонтаже технологического оборудования и конструкций в траншеях и котлованах, для механизации погрузо-разгрузочных работ на территориях баз и предприятий.

3.1.2 Возможные причины несчастных случаев по видам работ и требования к конструкции оборудования

Характерными причинами аварии при эксплуатации разрабатываемой в проекте крановой установки являются:

некачественное изготовление кранов на отдельных предприятиях-изготовителях;

некачественный ремонт кранов на отдельных ремонтных предприятиях или ремонтными службами владельцев кранов;

неисправности тормоза, лебедки, гидрооборудования, электрооборудования;

неисправности ограничителя грузоподъемности или ограничителей механизмов подъема груза и подъема и опускания стрелы;

повреждения или износ (обрывы) грузового каната;

перегруз крана (подъем груза массой, превышающей грузоподъемность крана);

неправильная установка крана на участке производства работ (на опасном расстоянии от котлована, траншеи, на свеженасыпном грунте и т.п.);

подъем краном примерзшего или защемленного груза;

допуск к обслуживанию кранов необученных рабочих или малоопытных крановщиков;

некачественное обследование кранов, отработавших нормативный срок службы (необнаруженные трещины и другие дефекты в металлоконструкциях кранов);

нарушение правил строповки груза.

3.1.3 Электробезопасность

Электробезопасность - система организационных и технических мероприятий и средств, обеспечивающих защиту людей от вредного и опасного воздействия электрического тока, электрической дуги, электромагнитного поля и статического электричества (ГОСТ 12.1.009-82. ССБТ. Электробезопасность. Термины и определения).

Факторами опасного и вредного воздействия на человека, связанными с использованием электрической энергии, являются /25,26,27/:

- протекание электрического тока через организм человека;

- воздействие электрической дуги;

- воздействие биологически активного электрического поля;

- воздействие биологически активного магнитного поля;

- воздействие электростатического поля;

- воздействие электромагнитного излучения (ЭМИ).

Опасные и вредные последствия для человека от воздействия электрического тока, электрической дуги, электрического и магнитного полей, электростатического поля и ЭМИ проявляются в виде электротравм, механических повреждений и профессиональных заболеваний.

Электротравмы: локальные поражения тканей (металлизация кожи, электрические знаки и ожоги) и органов (резкие сокращения мышц, фибриляция сердца, электроофтальмия, электролиз крови) являются результатом воздействия электрического тока или электрической дуги на человека.

Обязанности потребителя по обеспечению электробезопасности следующие:

содержание электроустановок в работоспособном состоянии, их эксплуатацию в соответствии с требованиями нормативно-технических документов;

своевременное и качественное проведение технического обслуживания, планово-предупредительного ремонта;

подбор электротехнического и электротехнологического персонала;

обучение и проверку знаний электротехнического персонала и электротехнологического персонала;

надежность работы и безопасность эксплуатации электроустановок;

соблюдение требований охраны труда электротехническим и электротехнологическим персоналом;

охрану окружающей среды при эксплуатации электроустановок;

разработку должностных и производственных инструкций по охране труда для электротехнического персонала;

укомплектование электроустановок защитными средствами, средствами пожаротушения и инструментом;

проведение необходимых испытаний электрооборудования, эксплуатацию устройств молниезащиты, измерительных приборов и средств учета электрической энергии.

Для защиты людей от поражения электрическим током при повреждении изоляции должна быть применена, по крайней мере, одна из следующих защитных мер: заземление, зануление, защитное отключение, разделительный трансформатор, малое напряжение, двойная изоляция, выравнивание потенциалов.

При производстве работ в электроустановках должны выполняться специальные мероприятия (организационные, технические), обеспечивающие электробезопасность.

3.2 Производственная санитария

3.2.1 Санитарный класс производства, санитарно-защитная зона для проектируемой машины

Размещение, проектирование, строительство и эксплуатацию вновь строящихся, реконструируемых и действующих промышленных объектов и производств, объектов транспорта, связи, сельского хозяйства, энергетики, опытно-экспериментальных производств, объектов коммунального назначения, спорта, торговли, общественного питания и др., являющихся источниками воздействия на среду обитания и здоровье человека, выполняются в соответствии с СанПиН /37/.

Организации, промышленные объекты и производства, группы промышленных объектов и сооружения, являющиеся источниками воздействия на среду обитания и здоровье человека, необходимо отделять санитарно-защитными зонами от территории жилой застройки, ландшафтно-рекреационных зон, зон отдыха, коллективных или индивидуальных дачных и садово-огородных участков и т.д. Для объектов, являющихся источниками воздействия на среду обитания разрабатывается проект обоснования размера санитарно-защитной зоны /37/. Предлагаемая в данном проекте крановая установка не производит загрязнения атмосферного воздуха и не оказывает на окружающих физического воздействия, в связи с чем для проектируемой машины не требуется разработка санитарно-защитной зоны.

3.2.2 Перечень вредных факторов

В статье 209 Трудового кодекса РФ дано следующее определение вредного производственного фактора. Вредный производственный фактор - производственный фактор, воздействие которого на работника может привести к его заболеванию.

Принято понятие «вредный фактор рабочей среды» - фактор среды и трудового процесса, воздействие которого на работника может вызывать профессиональное заболевание или другое нарушение состояния здоровья, повреждение здоровья потомства.

Вредными факторами могут быть /22,23/:

- физические факторы;

- факторы трудового процесса - тяжесть и напряженность труда;

- опасные факторы рабочей среды.

К физическим вредным производственным факторам относятся:

- температура, влажность, скорость движения воздуха, тепловое излучение;

- неионизирующие электромагнитные поля (ЭМП) и излучения - электростатическое поле;

- постоянное магнитное поле (в т. ч. гипогеомагнитное);

- электрические и магнитные поля промышленной частоты (50 Гц);

- широкополосные ЭМП, создаваемые ПЭВМ;

- электромагнитные излучения радиочастотного диапазона;

- широкополосные электромагнитные импульсы;

- электромагнитные излучения оптического диапазона (в т. ч. лазерное и ультрафиолетовое);

- ионизирующие излучения; производственный шум, ультразвук, инфразвук;

- вибрация (локальная, общая);

- аэрозоли (пыли) преимущественно фиброгенного действия;

- освещение - естественное (отсутствие или недостаточность), искусственное (недостаточная освещенность, пульсация освещенности, избыточная яркость, высокая неравномерность распределения яркости, прямая и отраженная слепящая блесткость);

- электрически заряженные частицы воздуха -аэроионы.

Тяжесть труда - характеристика трудового процесса, отражающая преимущественную нагрузку на опорно-двигательный аппарат и функциональные системы организма (сердечно-сосудистую, дыхательную и др.), обеспечивающие его деятельность. Тяжесть труда характеризуется физической динамической нагрузкой, массой поднимаемого и перемещаемого груза, общим числом стереотипных рабочих движений, величиной статической нагрузки, характером рабочей позы, глубиной и частотой наклона корпуса, перемещениями в пространстве.

Напряженность труда - характеристика трудового процесса, отражающая нагрузку преимущественно на центральную нервную систему, органы чувств, эмоциональную сферу работника. К факторам, характеризующим напряженность труда, относятся: интеллектуальные, сенсорные, эмоциональные нагрузки, степень монотонности нагрузок, режим работы.

Опасный фактор рабочей среды - фактор среды и трудового процесса, который может быть причиной острого заболевания или внезапного резкого ухудшения здоровья или смерти. В зависимости от количественной характеристики и продолжительности действия отдельные вредные факторы рабочей среды могут стать опасными.

3.2.3 Влияние вредных факторов на организм человека

3.2.4 Воздействие микроклимата на организм человека

Микроклимат - это искусственно создаваемые климатические условия в закрытых помещениях для защиты от неблагоприятных внешних воздействий и создания зоны комфорта /31/.

Показателями, характеризующими микроклимат в производственных помещениях, являются:

- температура воздуха;

- температура поверхностей;

- относительная влажность воздуха;

- скорость движения воздуха;

- интенсивность теплового облучения.

Роль микроклимата в жизнедеятельности человека предопределяется тем, что последняя может нормально протекать лишь при условии сохранения температурного гомеостаза организма, который достигается за счет системы терморегуляции и усиления деятельности других функциональных систем: сердечно-сосудистой, выделительной, эндокринной, а также систем, обеспечивающих энергетический, водно-солевой и белковый обмены.

Воздействие неблагоприятного микроклимата, как охлаждающего, так и нагревающего, оказывает вредное влияние на организм, способствуя ухудшению самочувствия, понижению работоспособности и нарушению здоровья. Неблагоприятный микроклимат усугубляет также действие других неблагоприятных производственных факторов и физического перенапряжения.

3.2.5 Действие вибрации на организм человека

Вибрацию по способу передачи энергии на человека условно подразделяют на локальную, передающуюся на участки тела человека, и общую, передающуюся через опорные поверхности на тело человека /32/.

Характер воздействия производственной вибрации определяется уровнями, частотным спектром, физиологическими свойствами тела человека. При интенсивном колебании и длительности воздействия вибрации возникают изменения, приводящие в ряде случаев к развитию профессиональной патологии - вибрационной болезни.

К основным проявлениям вибрационной патологии относятся нейрососудистые расстройства рук, сопровождающиеся интенсивными болями после работы и по ночам, снижением всех видов кожной чувствительности, слабостью в кистях рук. Нередко наблюдается так называемый феномен «мертвых» или белых пальцев. Параллельно развиваются мышечные или костные изменения, а также расстройства нервной системы по типу неврозов.

3.2.6 Действие шума на организм человека

Воздействие шума на организм может проявляться в виде специфического поражения органа слуха, нарушений со стороны ряда органов и систем, снижения производительности труда, повышения уровня травматизма.

Основная роль в развитии шумовой патологии, в первую очередь поражений слухового анализатора, принадлежит интенсивности шума. Влияние шума на слух проявляется в возникновении неврита различной степени выраженности. Чаще всего снижение слуха развивается в течение 5-7 лет и более. Работники жалуются на ухудшение слуха, головные боли, шум и писк в ушах.

Помимо действия шума на орган слуха установлено его повреждающее влияние на многие органы и системы организма, в первую очередь на центральную нервную систему, функциональные изменения в которой происходят зачастую раньше, чем определяется нарушение слуховой чувствительности.

Снижение производительности труда и повышенный травматизм рабочих ряда шумных цехов обусловлены неблагоприятным влиянием шума на нервную систему, функциональное состояние двигательного и других анализаторов: нарушается концентрация внимания, точность и координация движений, ухудшается восприятие звуковых и световых сигналов, раньше возникает чувство усталости и развиваются признаки утомления.

3.2.7 Нормирование параметров условий труда и меро- приятия по обеспечению нормативных условий труда

При нормировании микроклимата различают оптимальные и допустимые условия.

Оптимальные условия - это такое сочетание параметров микроклимата, которое обеспечивает полный тепловой комфорт и высокую производительность труда.

Допустимые условия - это такие условия, которые могут приводить к некоторому тепловому дискомфорту, но не выходят за рамки адаптивных возможностей человека.

Показатели микроклимата должны обеспечивать сохранение теплового баланса человека с окружающей средой и поддержание оптимального или допустимого теплового состояния организма.

Оптимальные и допустимые величины показателей микроклимата представлены в СанПиНе 2.2.4.548-96 «Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений» (таблица 3.1).

Допустимые микроклиматические условия установлены по критериям допустимого теплового и функционального состояния человека на период 8-часовой рабочей смены. Они не вызывают повреждений или нарушений состояния здоровья, но могут приводить к возникновению общих и локальных ощущений теплового дискомфорта, напряжению механизмов терморегуляции, ухудшению самочувствия и понижению работоспособности.

Допустимые величины показателей микроклимата устанавливаются в случаях, когда по технологическим требованиям, техническим и экономически обоснованным причинам не могут быть обеспечены оптимальные величины.

Допустимые величины показателей микроклимата на рабочих местах должны соответствовать значениям, приведенным в таблице 4.2, применительно к выполнению работ различных категорий в холодный и теплый периоды года.

Таблица 3.1 - Оптимальные и допустимые величины показателей микроклимата