Автомобильный кран г/п 14 тонн на базе МАЗ 5334

мех-м поворота.cdw

Размеры для справок.
Непараллельность осей валов не более 0
Привод обкатать без нагрузки в течение не
менее 1 часа. Стук и резкий шум не допускаются.

мех-м поворота.dwg

Размеры для справок.
. Непараллельность осей валов не более 0
Привод обкатать без нагрузки в течение не
менее 1 часа. Стук и резкий шум не допускаются.

Общий вид крана.cdw

Скорость подъема груза
Скорость транспортная
Габаритные размеры в транспортном положении

Металлоконструкция стрелы.cdw

Размеры для справок.
Электроды типа Э-50А ГОСТ 9467-75. Швы зачистить.
Контроль качества сварных швов следует производить
радиографическим методом по ГОСТ 7512-82.
Качество металла и электродов подтвердить сертификатом
поставщика и входным контролем по ГОСТ 24297-87.

Спецификация мех-м поворота.spw

Спецификация металлокнср..spw

Металлоконструкция стрелы.dwg

Размеры для справок.
Электроды типа Э-50А ГОСТ 9467-75. Швы зачистить.
Контроль качества сварных швов следует производить
радиографическим методом по ГОСТ 7512-82.
Качество металла и электродов подтвердить сертификатом
поставщика и входным контролем по ГОСТ 24297-87.

Общий вид крана.dwg

Скорость подъема груза
Скорость транспортная
Габаритные размеры в транспортном положении

Спецификация общий вид.spw

Механизм подъма.dwg

Размеры для справок.
. Непараллельность осей валов не более 0
Привод обкатать без нагрузки в течение не
менее 1 часа. Стук и резкий шум не допускаются.
Ленточный тормоз отрегулировать на
Объем масляной ванны редуктора 9 л.
Масло И-30А ГОСТ 20799-75.

Спецификация мех. подъема.spw

Механизм подъма.cdw

Размеры для справок.
Непараллельность осей валов не более 0
Привод обкатать без нагрузки в течение не
менее 1 часа. Стук и резкий шум не допускаются.
Ленточный тормоз отрегулировать на
тормозной момент 115 Н*м.
Объем масляной ванны редуктора 9 л.
Масло И-30А ГОСТ 20799-75.
Механизм подъема груза

Автомобильный кран МАЗ 5334.docx

Пояснительная записка 36 с. 7 рис. 10 источников 1 приложение иллюстрированный материал 4 листа формата А1.
Автомобильный кран МАЗ 5334 КС-3577 стрела крюк барабан гидромотор редуктор гидроцилиндр гидронасос металлоконструкция.
В курсовом проекте представлена конструкция автомобильного крана грузоподъемностью 14 тонн на базе автомобиля МАЗ 5334.
Цель проекта – проектирования автомобильного крана грузоподъемностью 14 тонн.
В процессе работы проведен анализ существующих конструкций крана КС-3577.
Проведен расчет и разработаны чертежи автокрана. Основные конструктивные и технико-экономические показатели: грузоподъемность – 14 тонн высота подъема груза – 10 метров режим работы – М4.
Разработаны мероприятия по охране труда и эксплуатации автомобильного крана.
Целью данного курсового проектирования является разработка и конструирование основных механизмов автомобильного крана. Необходимо рассчитать механизм подъема груза механизм поворота платформы металлоконструкцию стрелы.
В ходе выполнения курсового проектирования необходимо ознакомиться с принципом работы крана и усвоить Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов.
В настоящее время промышленность выпускает достаточно широкую номенклатуру автомобильных кранов таких как «Ивановец» на шасси КамАЗ с гидроприводом и телескопической стрелой и краны КС-2561 КС-3579 на шасси ЗиЛ-130 и МАЗ-5334 соответственно.
Грузоподъемность проектируемого крана составляет 14 т. на шасси автомобиля МАЗ 5334 оснащен двухсекционной телескопической стрелой длиной 95 м которая при выдвижении головной секции увеличивается до 16 м. Изменение длины телескопической стрелы производится механизировано с помощью гидроцилиндра из кабины машиниста.
Описание конструкции и работы автомобильного крана
Проектируемый автомобильный кран [4] состоит из неповоротной и поворотной частей связанных между собой опорно-поворотным устройством 7 которое передает нагрузки (грузовой момент вертикальные и горизонтальные силы) от поворотной части крана на неповоротную а также обеспечивает возможность вращения поворотной части относительно неповоротной (рисунок 1).
Неповоротная часть крана — это ходовое устройство 1 и ходовая рама 4 со смонтированными на ней выносными опорами 3.
Ходовое устройство — шасси грузового автомобиля. В связи с необходимостью размещения на нем механизмов и узлов крановой установки в конструкцию шасси вносят ряд изменений: вместо кузова на раме автомобиля закрепляют ходовую раму дополнительно устанавливают коробку отбора мощности 2 опорную стойку 28 стрелы а также стабилизаторы 6 или выключатели упругих подвесок. У кранов с механическим приводом дополнительно устанавливают промежуточный редуктор 5 у кранов с гидравлическим приводом — масляный бак. При необходимости изменяют место расположения топливных баков и запасных колес.
Ходовая рама—пространственная сварная конструкция которую крепят на шасси автомобиля и на которой устанавливают опорно-поворотное устройство. Ходовая рама передаст нагрузки от поворотной части на основание через шасси автомобиля или выносные опоры.
Рисунок 1 – Устройство автомобильного крана
-ходовое устройство (шасси базового автомобиля); 2-коробка отбора мощности; 3-выносные опоры; 4-ходовая рама; 7-опорно-поворотное устройство; 8-поворотная платформа; 9-противовес; 15-кабина; 22-крюковая подвеска; 25-блоки стрелы; 26-грузовой полиспаст; 27-крюковая подвеска; 28-опорная стойка; 29-кожух; 30-гидроцилиндр подъема стрелы.
Выносные опоры используют для увеличения опорного контура крана в рабочем состоянии.
Поворотная часть крана — это поворотная платформа на которой конце поворотной рамы закреплен противовес 9 (дополнительный груз) уравновешивающий кран во время работы. Исполнительные механизмы крана и их привод от внешних воздействий защищает кожух 29 (капот). У кранов с гибкой подвеской стреловою оборудования на поворотной платформе установлена двуногая стойка 10 к которой и подвешивают стреловое оборудование.
Исполнительные механизмы. У кранов с жесткой подвеской стрелового оборудования [4] угол наклона телескопической стрелы 31 изменяютс помощью гидравлических цилиндров 30 (гидроцилиндров). Подъем и опускание груза производятся грузовой лебедкой а вращение поворотной части — механизмом поворота. Движение лебедке и механизму поворота передается от гидродвигателя.
Выдвижные и телескопические стрелы кранов снабжены специальными исполнительными механизмами для их выдвижения.
Кабина в которой размещены органы управления краном и сиденье машиниста оборудована необходимыми указателями системой сигнализации и системами создания микроклимата (вентиляцией отоплением). Стреловое оборудование обеспечивает действие грузозахватного устройства в рабочей зоне крана.
Краны оборудуют системой устройств и приборов обеспечивающей их безопасную эксплуатацию (например ограничителями грузоподъемности 20 сигнализаторами опасною напряжения 24.
Привод крана [4] гидравлический от гидронасоса. На нем предусмотрена раздельная и совмещенная работа механизмов. Возможно совмещение следующих операций: подъем (опускание) груза с вращением поворотной платформы подъем (опускание) груза с выдвижением (вдвижением) телескопической секции стрелы подъем (опускание) стрелы с вращением платформы. Совмещение операций подъема (опускания) стрелы с подъемом (опусканием) груза не допускается.
Кран оборудован гидравлическим выносными опорами управляемыми с уровня площадки. Работа механизмов расположенных на платформе начинается только после установки выносных опор. Снятие с выносных опор при аварийной ситуации предусмотрено ручным насосом ГБ-60.
Кабина машиниста обогревается в зимнее время от отопителя. На кране установлен бесступенчатый ограничитель грузоподъемности ОГБ-3-1.
Рисунок 2 – Кинематическая схема привода автомобильного крана
- подвижная секция стрелы; 23-гидроцилиндр выдвижения секции стрелы; 4- гидроцилиндр подъема стрелы; 5- неподвижная секция стрелы; 6-гидромотор; 7-колодочный тормоз; 89-редуктор; 10-барабан; 11- ленточный тормоз; 12-гидромотор; 13-коробка передач; 14-коробка отбора мощности; 15-насос; 16- двигатель автомобиля.
Привод насоса 15 осуществляется от двигателя 16 автомобиля через коробку отбора мощности 14 установленную на коробке передач 13. Насос включают (отключают) рычагом расположенным в кабине водителя и соединенным тягой с коробкой отбора мощности.
Телескопическая стрела состоит из неподвижной 5 и подвижной 1 секций. Выдвижение последней на длину 6 м осуществляется гидроцилиндрами 2 и 3 штоки которых соединены муфтой.
Для увеличения подстрелового пространства и высоты подъема крюковой подвески предусмотрен решетчатый гусек выполненный из углового проката. Гусек можно перевозить на кране для чего его поворачивают на 180° из рабочего положения и фиксируют рядом со стрелой.
Для удлинения гуська используется решетчатая вставка выполнения из углового проката. Она имеет кронштейны для подсоединения к головной части подвижной секции стрелы и к гуську.
Механизм подъема стрелы [4] предназначен для ее перемещения в вертикальной плоскости. Он представляет собой гидроцилиндр 4 двустороннего действия. Фиксация его штока в заданном положении осуществляется гидрозамком.
Грузовая лебедка включает в себя гидромотор 12 цилиндрический двухступенчатый редуктор 9 барабан 10 и нормально замкнутый ленточный тормоз 11 с гидроразмыкателем.
Механизм поворота состоит из гидромотора 6 двухступенчатого редуктора 8 нормально замкнутого колодочного тормоза 7 с гидроразмыкателем. На выходном валу редуктора установлена шестерня входящая в зацепление с зубчатым венцом опорно-поворотного круга. Для вращения поворотной части крана вручную (с помощью рукоятки) промежуточный вал-шестерня имеет на конце квадратный хвостовик 5.
Поворотная платформа соединена с рамой однорядным роликовым опорно-поворотным кругом с внутренним зацеплением.
Кабина машиниста установленная на поворотной платформе крана облицована декоративным пластиком теплоизолирована имеет два открывающихся наружу окна. Она оборудована стеклоочистителем вентилятором плафоном для освещения противосолнечным козырьком ящиком для аптечки карманом для документации. Кабина обогревается отопителем О30.
Гидропривод [4] выполнен по разомкнутой схеме циркуляции рабочей жидкости и с комбинированным регулированием скорости путем дросселирования рабочей жидкости изменения частоты вращения вала насоса и рабочего объема регулируемого гидромотора грузовой лебедки.
В гидроприводе использованы аксиально-поршневые насос и гидромоторы секционные гидрораспределители и другие унифицированные гидроэлементы.
Электрооборудование автомобиля и крановой установки рассчитано на напряжение 24 В и состоит из приборов безопасности освещения и сигнализации а также контрольно-измерительных приборов.
Кран оснащен устройствами и приборами обеспечивающими его безопасную эксплуатацию: ограничителем грузоподъемности состоящим из релейного блока панели сигнализации и датчиков усилий вылета и длины стрелы; ограничителями высоты подъема и усилия затяжки крюковой подвески; указателями грузоподъемности и наклона крана; сигнализатором зоны работы устройством оповещения о приближении к ЛЭП.
Результаты испытания подтвердили правильность выбранных при создании крана основных конструктивных решений.
Расчет механизма подъема груза
Механизм подъема представляет собой закрепленные на поворотной платформе аксиально-поршневой гидромотор редуктор барабан с навиваемым на него канатом направляющие блоки установленные на стреле грузовой полиспаст и крюковую подвеску (рисунок 4).
Принимаем кратность грузового полиспаста равной 3. Расчетная схема приведена на рисунке 3.
Рисунок 3 – Расчетная схема механизма подъема
Данная схема позволяет определить натяжение в канате. Примем к.п.д. блока равным 098 что соответствует применению подшипников качения.
Усилие в канате набегающем на барабан [2]:
где G – номинальная грузоподъемность кг;
– кратность полиспаста;
t – число обводных блоков;
5 – коэффициент учитывающий массу крюковой подвески;
бл – к.п.д. блока (098).
Канат подбирается по разрывному усилию исходя из того что разрывное усилие должно превышать усилие в канате S в раз где -коэффициент использования каната. Для группы режима работы механизма подъема груза М6 принимаем в соответствие с Правилами [1] =56. Тогда разрывное усилие в канате:
Выбираем по ГОСТ 2688-80 канат двойной свивки типа ЛК-Р конструкции 619 (1+6+66)+1 о.с. маркировочной группы проволоки 1764 МПа диаметром 83 мм. имеющий разрывное усилие каната в целом F0=38150 кН.
Фактический коэффициент использования каната:
Выбранный канат проходит по разрывному усилию.
Рассчитываем диаметр барабана в соответствие с Правилами [1]:
где =83 мм – диаметр каната; – коэффициент выбора диаметра барабана по Правилам [1] для режима работы механизма М6. Но т.к. работоспособность пневмомотора обеспечивается только при диаметре барабана не менее 900 мм то по нормальному ряду принимаем стандартное значение диаметра барабана равным 1000 мм.
Длина каната навиваемого на барабан:
где H – высота подъема м;
– диаметра барабана м.
- число запасных (неиспользуемых) витков на барабане до места крепления: - число витков каната находящихся под зажимным устройством на барабане:
Рабочая длина барабана:
где – длина каната навиваемого на барабан м;
t – шаг витка м; t=d+(2..3)=83+3=113 мм.
m – число слоев навивки;
- диаметр барабана м;
- диаметра каната м.
Диаметр бортов барабана:
Для определения толщины стенки барабана необходимо найти допускаемое напряжение сжатия для стали. Приняв барабан отлитым из стали 55Л определим допустимое напряжение: где =350 МПа; ; - для механизма подъема с крюковой подвеской и режимом работы М6; для режима работы М6.
Тогда толщина стенки барабана:
Минимальная толщина стенки бортов исходя из технологии отливки:
Из двух значений принимают наибольшее значение равное 13 мм.
Выбираем способ крепления конца каната к барабану и определяем основные параметры данного крепления. Принимаем способ крепления конца каната к барабану несколькими одноболтовыми прижимными планками устанавливаемыми на нарезной части барабана. Для их расчета необходимо определить натяжение каната в месте крепления на барабан по следующей формуле:
- коэффициент трения между канатом и барабаном;
- минимальный гарантированный угол обхвата канатом барабана;
Суммарное усилие затяжки болтов:
- приведенный коэффициент трения между канатом и планкой;
Приняв для болта ; класс прочности болта – 48; ; - для механизма подъема с крюковой подвеской и режимом работы механизма М6;
Болт работает на растяжение и изгиб:
где d – внутренний диаметр болта м; z – число болтов;
Из данной формулы выразим z (необходимое нам число болтов) задавшись диаметром болтов =16 мм и подставим численные значения:
Выбираем по ГОСТ 6627-74 крюк однорогий №15 имеющий грузоподъемность 80 тонн для режима работы М6.
Произведем расчет привода механизма подъема. Кинематическая схема механизма подъема показана на рисунке 4.
Рисунок 4 – Кинематическая схема механизма подъема
Определяем статическую мощность гидромотора [2]:
где =014 мс – скорость подъема груза; g=981 - ускорение свободного падения; - общий КПД механизма подъема; Тогда
По полученной мощности выбираем аксиально-поршневой гидромотор 210.20 по ТУ 223444-75 имеющий полезную мощность 236 кВт. Номинальная частота вращения вала составляет 1500 .
Определяем частоту вращения барабана исходя из его диаметра скорости подъема груза и кратности полиспаста [2. 2.35]:
Определим передаточное число редуктора:
В соответствие с [2. табл.III.4.2] выбираем редуктор Ц2-400 с передаточным отношением 5094. Частота вращения входного вала 1500 мощность – 257 кВт.
Определяем действительную скорость подъема груза:
Различие скоростей не превышает 10%. Выбранный редуктор подходит для проектируемого механизма подъема.
Момент статического сопротивления на валу двигателя в период пуска [2. 1.27]:
-к.п.д. привода барабана.
Номинальный момент на валу двигателя [2. 1.33]:
Расчетный момент для выбора соединительной муфты [2. 1.103]:
Выбираем ближайшую по требуемому крутящему моменту упругую втулочно-пальцевую муфту №1 с тормозным шкивом диаметром 200 мм и наибольшим передаваемым крутящим моментом 500 моментом инерции [2. табл.III.5.9].
Определяем пусковой момент по следующей формуле:
где G=147 кН – вес поднимаемого груза с учетом веса крюковой подвески;
j=01 - ускорение для монтажных кранов;
- момент инерции вращающихся масс;
- номинальные обороты гидродвигателя;
Время пуска при подъёме:
где n - частота вращения двигателя обмин.
пусковой момент Н·м.
момент статического сопротивления Н·м.
Q –грузоподъемность кг.
I – момент инерции ротора двигателя и муфты равный:
Фактическое ускорение при пуске:
Торможение барабана будет осуществляться при помощи двух ленточных тормозов. С учетом этого для выбора тормоза тормозной момент следует разделить на 2.
Определяем тормозной момент.
Момент на валу барабана от груза удерживаемого в подвешенном состоянии:
Приводим к валу гидромотора:
Определяем тормозной момент:
где - коэффициент запаса торможения для режима работы М4.
Следовательно для одного тормоза тормозной момент будет составлять:
Производим расчет ленточного тормоза.
Примем угол обхвата барабана лентой равным
Тормозной момент через натяжение ленты в точках набегания и сбегания с барабана:
где – натяжение ленты в точке набегания на барабан;
- натяжение ленты в точке сбегания с барабана;
По формуле Эйлера: .
Подставляем и записываем конечное уравнение:
Определим усилие пружины задавшись диаметром шкива =200 мм коэффициентом трения (=035 для тормозной асбестовой ленты по стали):
Нормальное давление ленты для сжатия шкива в неподвижное состояние:
где – ширина тормозного шкива.
Определяем ширину ленты исходя из того что контактное давление не должно превышать 06 МПа. Из предыдущего выражения выразим
Принимаем толщину ленты одного ленточного тормоза равной 25 мм.
Ленточные тормоза установлены на муфте упругой втулочно-пальцевой с тормозными шкивами по ГОСТ 21424-75.
Момент статического сопротивления на валу двигателя в период пуска:
Время пуска при опускании:
Фактическое ускорение при торможении:
Расчет механизма вращения поворотной платформы
Механизм вращения имеют краны с поворотной частью.
Механизм вращения предназначен для вращения поворотной платформы крана вместе с грузом ими снабжаются краны стрелового типа (башенные стреловые самоходные и др.).
Данный проектируемый автомобильный кран имеет ролико-опорное поворотное уcтройство и поворотную платформу.
Механизм вращения включает в себя следующие составляющие: гидромотор редуктор на выходном валу которого установлена шестерня находящаяся в зацеплении с зубчатым венцом тормоз муфту.
Грузоподъемность крана на максимальном вылете стрелы составляет 05 т а на минимальном вылете 25 м – 14 т.
Частота вращения поворотной платформы
Длина стрелы составляет =95 м. Центр массы стрелы находится на расстоянии 04 от шарнира стрелы.
Зададимся массой стрелы .
Примем ширину короба стрелы .
Распределенная ветровая нагрузка на единицу площади .
Перегрузку в момент отрыва груза от земли учтем коэффициентом .
Наветренная площадь груза .
Угол наклона при максимальном вылете составляет 00 а при минимальном – 800.
Расчет механизма будем проводить в соответствие с [2] по следующей расчетной схеме (рисунок 5):
Рисунок 5 - Схема для расчета опорно-поворотного устройства
Определим ветровую нагрузку на стрелу [2. 1.17]:
Определим ветровую нагрузку на груз [2. 1.17]:
наветренная площадь груза .
Все действующие на опорно-поворотные устройства силы [2] можно свести к вертикальной силе приложенной по оси опорно-поворотного устройства и горизонтальной силе приложенной к опорным элементам по центру тяжести тел качения и к моменту М.
Определяем опорные нагрузки [2. 2.88]:
Масса противовеса [2. 2.90]:
Наибольший момент сопротивления вращению от веса поворотной части крана и груза при нахождении крана на уклоне определяется по следующей формуле [2. 2.82]:
- масса поворотной части крана кг; - расстояние от оси вращения крана до центра тяжести поворотной части крана м; - масса груза при номинальной грузоподъемности т; - вылет крана м; - угол наклона местности;
Определим момент сопротивления вращению поворотной части крана от ветровой нагрузки относительно оси вращения крана [2. 2.83]:
и - ветровые нагрузки на стрелу и груз кН; - расстояние от оси вращения до центра тяжести площади наветренной поверхности м.
Найдем момент сил трения в опорно-поворотных устройствах многокатковых и с опорными колесами [2. 2.105] :
где - коэффициент трения; - диаметр цапфы вала (оси) ходового колеса м; - диаметр опорного круга по средней линии качения м; .
Определим момент статических сопротивлений вращению поворотной части крана относительно оси вращения крана:
Статическая мощность двигателя привода механизма поворота крана определяется по следующей формуле [2. 2.85]:
где - частота вращения поворотной части крана мин-1; - КПД привода механизма поворота;
По полученной статической мощности выбираем в соответствии с [3] аксиально-поршневой гидромотор 210.16 по ТУ 223444-75 имеющий номинальную мощность 194 кВт. Номинальная частота вращения вала составляет 1920 мин-1. Момент инерции вращающихся масс J=0018 кгм2.
Необходимое общее передаточное число привода механизма поворота [2. 2.36]:
Примем привод из редуктора Ц2-400 () с предохранительным фрикционом и зубчатой пары (шестерня – зубчатый венец) с передаточным числом:
Расчетный момент фрикционной муфты согласно[2. 2.87]:
- момент сопротивления на валу двигателя при пуске (см. ниже);
- передаточное число редуктора; - КПД редуктора (ориентировочно);
Расчетный момент для выбора соединительной муфты между двигателем и редуктором [2. 1.103]:
- коэффициент учитывающий степень ответственности механизма;
- коэффициент учитывающий режим работы механизма;
- номинальный (статический) момент передаваемый муфтой:
Принимаем упругую втулочно-пальцевую полумуфту с наружным диаметром 100 мм и номинальным крутящим моментом 63 Нм [2. табл. III.5.6]
Для выбора тормоза определим следующие параметры:
- момент инерции вращающихся масс гидромотора и муфты:
- момент инерции поворотной части крана относительно оси вращения платформы:
– масса вращающихся частей крана; R – вылет стрелы при её подъеме на 800; Q – максимальная грузоподъемность крана; - расстояние от оси вращения крана до центра тяжести поворотной части крана м;
– момент сил инерций механизма поворота крана при пуске на валу двигателя [2. 1.65]:
где время пуска определяется по следующей формуле [2. 1.76]:
- наибольший допускаемый угол поворота крана при пуске;
- частота вращения поворотной части крана мин-1;
– момент сопротивления на валу двигателя при пуске [2. 2.81]:
– требуемая мощность двигателя при пуске [2. 2.85]:
Необходимая номинальная мощность двигателя должна быть не менее
– момент сил инерции на валу тормоза при торможении [2. 1.66]:
При времени торможения
– момент сопротивлений на валу тормоза при торможении определяется по формуле [2. 2.86]:
В соответствие с [2. табл. III.5.13] выбираем тормоз ТКГ-160 с тормозным моментом 100 и регулируем его до расчетного тормозного момента 588 .
Расчет металлоконструкции (секция стрелы)
При расчете металлоконструкции стрелы воспользуемся расчетами механизма подъема и опорно-поворотного устройства.
Стрела воспринимает нагрузки для определения которых необходимо задать расчетное положение рабочего оборудования [8].
Рисунок 6 – Расчетная схема стрелы
На стрелу действуют силы тяжести груза собственный вес ветровая нагрузка действующая непосредственно на стрелу и груз сила натяжения каната механизма подъема груза.
Соизмеримость усилий приводит к необходимости использовать оба расчетных положения: горизонтальное используем при расчете на изгиб а близкое к вертикальному – на внецентренное сжатие и потерю устойчивости.
В горизонтальном положении основными внутренними усилиями в конструкции будет изгибающий момент М и поперечная сила Q. Во втором расчетном положении основным внутренним усилием станет осевая сила N.
Расчет напряжений в сечениях будем проводить методом построения эпюр (рисунок 7). При этом будем рассматривать силы тяжести как цельную конструкцию что значительно упростит расчет.
Расчет стрелы на прочность.
Определим допускаемые напряжения для деталей металлоконструкции стрелы [8]. Примем в качестве материала сталь для которой и
. Выберем коэффициенты как для механизма с режимом работы М4: ; ; для режима работы М4. Тогда
Рисунок 7 – Эпюры к расчету металлоконструкции стрелы
Можно заметить что наибольшая нагрузка приложена к проушине гидроцилиндра.
Определяем параметры этого сечения: площадь F и момент сопротивления изгибу W:
Зная эти величины и формулы выражения их через размеры сечения:
где В и Н наружные размеры короба; b и h – внутренние подбираем сечение.
Выбираем сечение короба стрелы 350*380*364 имеющей момент сопротивления равный . Площадь сечения равна
Проверим верхнюю секцию стрелы на прочность в близком к вертикальному расчетном положении. Здесь стрела подвергается внецентренному сжатию. Пренебрежем прогибом стрелы.
Определим сжимающее усилие N в стреле:
Зададимся расстоянием между осью стрелы и линией параллельной ей и проходящей через блок полиспаста на оголовке стрелы равным с=700 мм.
Определяем эксцентриситет приложения результирующей сжимающей силы:
Изгибающий момент в секции стрелы:
Максимальное нормальное напряжение в металлоконструкции стрелы:
Значение . Сечение подобрано верно.
Охрана труда по эксплуатации автомобильного крана
Организация и содержание технического надзора.
Одной из основных форм контроля за исправностью ПТМ и соблюдением правил безопасной их работы является государственный и местный технический надзор.
Госпроматомнадзор осуществляет надзор за устройством и безопасной
эксплуатацией ПТМ использование которых связано с опасностью для людей [1].
Автокраны подконтрольны Госавтоинспекции в части касающейся автомобильного шасси. Государственный надзор осуществляется инспекторами соответствующих инспекций.
Правила Госпроматомнадзора содержат глубоко продуманную систему
мер по обеспечению безопасной эксплуатации подконтрольных ПТМ. В ее
основе лежит четкое разделение персональной ответственности за осуществление предусмотренных Правилами мероприятий. Эта система мер включает четыре составные части за каждую из которых персональную ответственность несут: а) лицо ответственное за содержание ПТМ и оборудования в исправном состоянии; б) лицо ответственное за безопасное производство работ; в) лица управляющие ПТМ и обслуживающие их; г) лицо ответственное за технический надзор.
Основные мероприятия по техническому надзору регламентированы соответствующими правилами. К ним относят: регистрацию получение разрешения на пуск в работу периодические технические освидетельствования а также контроль за организацией управления ПТМ их состоянием и методами производства работ.
Регистрация [1] проводится по письменному заявлению руководства предприятия-владельца и паспорту машины с приложением акта на выполнение монтажных работ. Грузоподъемные машины подлежат перерегистрации после реконструкции ремонта с составлением нового паспорта передачи машины другому владельцу.
Разрешение на пуск в работу машины подлежащей регистрации в органе технадзора необходимо получать в следующих случаях: перед пуском в работу вновь зарегистрированной машины; после реконструкции (модернизации) машины; после ремонта металлоконструкций.
Техническое освидетельствование - основа надзора за грузоподъемными машинами лифтами эскалаторами и пассажирскими подвесными канатными дорогами. Оно имеет цель установить что машина ее установка и обслуживание соответствуют Правилам и предъявленной при регистрации документации что она находится в исправном состоянии обеспечивающем безопасную работу. Техническому освидетельствованию также подвергают вспомогательные приспособления и тару.
Правила безопасной работы.
Все грузоподъемные машины грузоподъемностью свыше 1т используют лишь после освидетельствования и регистрации в органах Госгортехнадзора и испытания по правилам им установленным [1].
Очередное (не реже одного раза в год) и внеочередное (после монтажа переустройства ремонта смены канатов или аварии) освидетельствование кранов имеет целью установить что кран изготовлен и оборудован согласно действующим правилам и нормам соответствует своему назначению находится в исправном состоянии и что наблюдение и уход за краном а также его обслуживание поручено специально обученному и хорошо знающему свои обязанности лицу.
Освидетельствование и испытание крана включают: наружный осмотр всех ответственных узлов и деталей в нерабочем состоянии крана испытание механизмов на холостом ходу испытание крана под статической нагрузкой превышающей номинальную на 25% испытание крана под динамической нагрузкой превышающей номинальную на 10%. При статическом испытании груз поднимают на высоту 01 м и выдерживают в течение 10 мин. Испытание проводят на максимальном и минимальном вылетах. После снятия груза проверяют отсутствие остаточных деформаций. При динамическом испытании груз несколько раз поднимают и проверяют действие всех механизмов крана.
Результаты испытания заносят в паспорт крана. На работающих кранах должны быть ясно обозначены регистрационный номер грузоподъемность и дата очередного испытания. К управлению и обслуживанию грузоподъемных машин (кранов) допускают лиц не моложе 18 лет прошедших курс обучения по соответствующей программе и аттестованных квалификационной комиссией с участием представителя органов Госгортехнадзора. При допуске к работе им выдают производственную инструкцию.
Периодически не реже одного раза в год проверяют знания обслуживающего персонала. Ответственность за исправное состояние и безопасное действие грузоподъемных машин лежит на представителе технической администрации данные о котором заносят в паспорт машины.
Грузоподъемные машины не допускают к работе до их освидетельствования а также после истечения сроков очередного технического освидетельствования; при выявлении многочисленных неисправностей; при наличии трещин в ответственных местах металлоконструкций; при недопустимом износе крюков канатов цепей; при неисправности механизмов подъема или изменения вылета ограничителей высоты подъема и грузоподъемности сигнального прибора и других неисправностях угрожающих безопасной работе людей. Их допускают к подъему и перемещению только тех грузов масса которых не превышает грузоподъемности машины Не разрешается работа кранов при температуре окружающей среды ниже -25 °С.
При эксплуатации грузоподъемных машин запрещается: подъем грузов вес которых превышает допустимый для данного вылета; подъем грузов находящихся в неустойчивом положении; отрыв грузов примерзших заваленных землей заложенных другими грузами укрепленных болтами к основанию или залитых бетоном; подтаскивание грузов по земле или рельсам при косом натяжении подъемных канатов; вытаскивание защемленных чалочных канатов; оттягивание груза при подъеме; использование концевых выключателей в качестве рабочих органов для автоматической остановки; вывод из-под действия тормозов механизмов и приборов безопасности и учета(ограничителей грузоподъемности указателей вылета работомеров счетчикови др.).
Категорически запрещается одновременный подъем грузов и людей в том числе подъем крановыравнивание людьми положения поднимаемого и перемещаемого груза.
При необходимости подъема крюком людей должны соблюдаться особые требования изложенные в правилах Госгортехнадзора. При работе стреловых кранов не допускается пребывание людей рядом с платформой крана под стрелой и грузом а также в зоне возможного опускания стрелы и груза не допускается перемещение грузов над людьми. Не разрешается в период работы поворотного крана выход обслуживающего персонала на неповоротную часть.
При отлучке от крана и по окончании работы крановщик должен запирать дверь кабины.
Аварии с грузоподъемными машинами - падение или опрокидывание их разрушение или поломка металлоконструкций а также несчастные случаи с людьми расследуют с участием представителей органов Госгортехнадзора.
Для успешной и длительной эксплуатации грузоподъемных машин и достижения ими максимальной производительности необходимо обеспечить машину высококвалифицированным обслуживающим персоналом; регулярно и бесперебойно снабжать ее электроэнергией топливом смазочными и обтирочными материалами; оснастить удобными приспособлениями для захвата и подвески грузов (каркасами стропами траверсами захватами грейферами); использовать на работах соответствующих ее техническим возможностям при максимальных грузоподъемности вылете и скорости; своевременно ремонтировать.
Требования к обслуживающему персоналу
Специальности рабочих. Для управления и обслуживания грузоподъемных машин с машинным приводом необходимо назначать крановщиков (машинистов) и слесарей. Управление автомобильным краном может также быть поручено шоферу обученному и аттестованному по специальности крановщика. Для подвешивания груза на крюк назначают стропальщиков. Их функции могут выполнять другие рабочие (такелажники монтажники станочники и др.) обученные по профессии связанной с выполнением работ по строповке.
Подготовка рабочих и порядок допуска к работе. Подготовку и аттестацию персонала для управлениям обслуживания ПТМ проводят в профессионально-технических учебных заведениях а также на курсах и в технических школах по программам утвержденным в установленном порядке.
После завершения обучения и получения практических навыков проводят
аттестацию знаний квалификационной комиссией. Допуск к работе персонала для управления и обслуживания ПТМ оформляют приказом по цеху или предприятию.
Инструкция по эксплуатации. Лица занятые управлением и обслуживанием ПТМ должны быть обеспечены инструкциями определяющими их права обязанности и порядок безопасного производства работ с учетом типа машины и требований содержащихся в разделе «Производство работ». Инструкцию должны выдавать перед допуском к работе.
Обеспечение безопасности при техническом обслуживании и ремонте.
Плановый ремонт крана проводят по письменному приказу руководителя предприятия. Вывод крана в ремонт должно осуществлять лицо ответственное за содержание его в исправном состоянии. Плановый ремонт крана проводят в специально отведенном месте.
При входе на кран и спуске с него руки рабочего должны быть свободными чтобы можно было держаться за перила. Для этого каждого рабочего снабжают сумкой или ранцем для инструмента и легких предметов.
Тяжелые запасные части поднимают и опускают с помощью веревки каната люльки лебедки и др. Использовать для этого ремонтируемый кран не разрешается. Перед началом ремонта рабочих инструктируют под расписку о мерах безопасности необходимых при ремонте на действующем объекте.
Аварии и несчастные случаи. Приборы безопасности блокировочные
устройства и защитные средства.
Аварии и несчастные случаи при эксплуатации ПТМ делят на следующие виды: аварии без травмирования людей; аварии с травмированном людей; несчастные случаи связанные с авариями. Порядок их расследования установлен Госпроматомнадзором.
Органы технадзора систематически анализируют причины несчастных случаев и аварий и разрабатывают рекомендации о мерах по их предотвращению которые с наибольшей полнотой отражают в периодически пересматриваемых Правилах Госпроматомнадзора.
Приборы безопасности и блокировочные устройства устанавливают на кранах для предупреждения аварий и травматизма при эксплуатации. В соответствии с Правилами грузоподъемные краны оборудуют концевыми выключателями ограничителями подъема стрелы ограничителями и указателями грузоподъемности и др.
Концевые выключатели предназначены для автоматического отключения привода при подходе грузозахватного органа или стрелы к крайнему верхнему положению.
Ограничители подъема стрелы имеющие то же назначение что и концевые выключатели применяют у стреловых кранов с неэлектрическим приводом т. е. тогда когда концевой выключатель использовать нельзя.
Ограничители грузоподъемности (ограничители грузового момента) устанавливаемые на стреловых башенных и портальных кранах служат для автоматического отключения механизма подъема груза и изменения вылета стрелы в случае подъема груза масса которого превышает номинальную грузоподъемность на данном вылете более чем на 10%.
Указатели грузоподъемности устанавливают на стреловые краны грузоподъемность которых меняется в зависимости от вылета стрелы.
Сигнализаторы опасного напряжения устанавливаемые на стреловых самоходных кранах оповещают звуковым сигналом об опасном приближении стрелы крана и находящимся под высоким напряжением проводам электрической сети или линии электропередачи.
В данной курсовой работе был спроектирован автомобильный кран на базе автомобиля МАЗ. В качестве прототипа выступил кран КС-3577.
В ходе проектирования был произведен расчет основных механизмов крана:
- выбран канат двойной свивки ЛК-Р ГОСТ 2688-80 конструкции 6 19 маркировочной группы 1764 МПа диаметром 195 мм для механизма подъема груза. Рассчитан барабан диаметром 320 мм. Подобран аксиально-поршневой гидромотор 210.20 по ТУ 223444-75 имеющий полезную мощность 236 кВт. Выбран редуктор Ц2-400 с передаточным отношением 5094 мощностью 257 кВт.
Металлоконструкция крана рассчитывалась на прочность. Кран – на устойчивость.
Спроектированный автомобильный кран соответствует Правилам устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов.
Список использованных источников
Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов. Утверждены постановлением Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь от 3 декабря 2004 г. №45
Кузьмин А.В. Марон Ф.Л. «Справочник по расчетом механизмов подъемно-транспортных машин». Минск «Высшая школа» 1983 г.
Васильченко В.А. Гидравлическое оборудование мобильных машин. Справочник. М Машиностроение 1983г. 304 с
Зайцев Л.В. Полосин М.Д. «Автомобильные краны» Москва «Высшая школа» 1982 г.
Александров М. П. «Подъемно-транспортные машины». Атлас конструкций. Москва «Машиностроение» 1987 г.
Белецкий Б.Ф. «Строительные машины и оборудование» 2002 г.
Добронравов С.С. «Строительные машины и оборудование» Справочник.
Казак С.А. «Курсовое проектирование грузоподъемных машин». Москва «Высшая школа» 1989 г.
Руденко Н. Ф. «Курсовое проектирование грузоподъемных машин». Москва «Машиностроение» 1971 г.
Марутов В.А. Павловский С.А. «Гидроцилиндры. Конструкция и расчет». Москва «Машиностроение» 1966 г.

Автомобильный кран МАЗ 5334 (поясниетльная записка).doc

Описание конструкции и работы автомобильного крана8
Расчет механизма подъема груза12
Расчет механизма вращения поворотной платформы21
Расчет металлоконструкции (секция стрелы)27
Охрана труда по эксплуатации автомобильного крана31
Список использованных источников37
Пояснительная записка 36 с. 7 рис. 10 источников 1 приложение иллюстрированный материал 4 листа формата А1.
Автомобильный кран МАЗ 5334 КС-3577 стрела крюк барабан гидромотор редуктор гидроцилиндр гидронасос металлоконструкция.
В курсовом проекте представлена конструкция автомобильного крана грузоподъемностью 14 тонн на базе автомобиля МАЗ 5334.
Цель проекта – проектирования автомобильного крана грузоподъемностью 14 тонн.
В процессе работы проведен анализ существующих конструкций крана КС-3577.
Проведен расчет и разработаны чертежи автокрана. Основные конструктивные и технико-экономические показатели: грузоподъемность – 14 тонн высота подъема груза – 10 метров режим работы – М4.
Разработаны мероприятия по охране труда и эксплуатации автомобильного крана.
Целью данного курсового проектирования является разработка и конструирование основных механизмов автомобильного крана. Необходимо рассчитать механизм подъема груза механизм поворота платформы металлоконструкцию стрелы.
В ходе выполнения курсового проектирования необходимо ознакомиться с принципом работы крана и усвоить Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов.
В настоящее время промышленность выпускает достаточно широкую номенклатуру автомобильных кранов таких как «Ивановец» на шасси КамАЗ с гидроприводом и телескопической стрелой и краны КС-2561 КС-3579 на шасси ЗиЛ-130 и МАЗ-5334 соответственно.
Грузоподъемность проектируемого крана составляет 14 т. на шасси автомобиля МАЗ 5334 оснащен двухсекционной телескопической стрелой длиной 95 м которая при выдвижении головной секции увеличивается до 16 м. Изменение длины телескопической стрелы производится механизировано с помощью гидроцилиндра из кабины машиниста.
Описание конструкции и работы автомобильного крана
Проектируемый автомобильный кран [4] состоит из неповоротной и поворотной частей связанных между собой опорно-поворотным устройством 7 которое передает нагрузки (грузовой момент вертикальные и горизонтальные силы) от поворотной части крана на неповоротную а также обеспечивает возможность вращения поворотной части относительно неповоротной (рисунок 1).
Неповоротная часть крана — это ходовое устройство 1 и ходовая рама 4 со смонтированными на ней выносными опорами 3.
Ходовое устройство — шасси грузового автомобиля. В связи с необходимостью размещения на нем механизмов и узлов крановой установки в конструкцию шасси вносят ряд изменений: вместо кузова на раме автомобиля закрепляют ходовую раму дополнительно устанавливают коробку отбора мощности 2 опорную стойку 28 стрелы а также стабилизаторы 6 или выключатели упругих подвесок. У кранов с механическим приводом дополнительно устанавливают промежуточный редуктор 5 у кранов с гидравлическим приводом — масляный бак. При необходимости изменяют место расположения топливных баков и запасных колес.
Ходовая рама—пространственная сварная конструкция которую крепят на шасси автомобиля и на которой устанавливают опорно-поворотное устройство. Ходовая рама передаст нагрузки от поворотной части на основание через шасси автомобиля или выносные опоры.
Рисунок 1 – Устройство автомобильного крана
-ходовое устройство (шасси базового автомобиля); 2-коробка отбора мощности; 3-выносные опоры; 4-ходовая рама; 7-опорно-поворотное устройство; 8-поворотная платформа; 9-противовес; 15-кабина; 22-крюковая подвеска; 25-блоки стрелы; 26-грузовой полиспаст; 27-крюковая подвеска; 28-опорная стойка; 29-кожух; 30-гидроцилиндр подъема стрелы.
Выносные опоры используют для увеличения опорного контура крана в рабочем состоянии.
Поворотная часть крана — это поворотная платформа на которой конце поворотной рамы закреплен противовес 9 (дополнительный груз) уравновешивающий кран во время работы. Исполнительные механизмы крана и их привод от внешних воздействий защищает кожух 29 (капот). У кранов с гибкой подвеской стреловою оборудования на поворотной платформе установлена двуногая стойка 10 к которой и подвешивают стреловое оборудование.
Исполнительные механизмы. У кранов с жесткой подвеской стрелового оборудования [4] угол наклона телескопической стрелы 31 изменяютс помощью гидравлических цилиндров 30 (гидроцилиндров). Подъем и опускание груза производятся грузовой лебедкой а вращение поворотной части — механизмом поворота. Движение лебедке и механизму поворота передается от гидродвигателя.
Выдвижные и телескопические стрелы кранов снабжены специальными исполнительными механизмами для их выдвижения.
Кабина в которой размещены органы управления краном и сиденье машиниста оборудована необходимыми указателями системой сигнализации и системами создания микроклимата (вентиляцией отоплением). Стреловое оборудование обеспечивает действие грузозахватного устройства в рабочей зоне крана.
Краны оборудуют системой устройств и приборов обеспечивающей их безопасную эксплуатацию (например ограничителями грузоподъемности 20 сигнализаторами опасною напряжения 24.
Привод крана [4] гидравлический от гидронасоса. На нем предусмотрена раздельная и совмещенная работа механизмов. Возможно совмещение следующих операций: подъем (опускание) груза с вращением поворотной платформы подъем (опускание) груза с выдвижением (вдвижением) телескопической секции стрелы подъем (опускание) стрелы с вращением платформы. Совмещение операций подъема (опускания) стрелы с подъемом (опусканием) груза не допускается.
Кран оборудован гидравлическим выносными опорами управляемыми с уровня площадки. Работа механизмов расположенных на платформе начинается только после установки выносных опор. Снятие с выносных опор при аварийной ситуации предусмотрено ручным насосом ГБ-60.
Кабина машиниста обогревается в зимнее время от отопителя. На кране установлен бесступенчатый ограничитель грузоподъемности ОГБ-3-1.
Рисунок 2 – Кинематическая схема привода автомобильного крана
- подвижная секция стрелы; 23-гидроцилиндр выдвижения секции стрелы; 4- гидроцилиндр подъема стрелы; 5- неподвижная секция стрелы; 6-гидромотор; 7-колодочный тормоз; 89-редуктор; 10-барабан; 11- ленточный тормоз; 12-гидромотор; 13-коробка передач; 14-коробка отбора мощности; 15-насос; 16- двигатель автомобиля.
Привод насоса 15 осуществляется от двигателя 16 автомобиля через коробку отбора мощности 14 установленную на коробке передач 13. Насос включают (отключают) рычагом расположенным в кабине водителя и соединенным тягой с коробкой отбора мощности.
Телескопическая стрела состоит из неподвижной 5 и подвижной 1 секций. Выдвижение последней на длину 6 м осуществляется гидроцилиндрами 2 и 3 штоки которых соединены муфтой.
Для увеличения подстрелового пространства и высоты подъема крюковой подвески предусмотрен решетчатый гусек выполненный из углового проката. Гусек можно перевозить на кране для чего его поворачивают на 180° из рабочего положения и фиксируют рядом со стрелой.
Для удлинения гуська используется решетчатая вставка выполнения из углового проката. Она имеет кронштейны для подсоединения к головной части подвижной секции стрелы и к гуську.
Механизм подъема стрелы [4] предназначен для ее перемещения в вертикальной плоскости. Он представляет собой гидроцилиндр 4 двустороннего действия. Фиксация его штока в заданном положении осуществляется гидрозамком.
Грузовая лебедка включает в себя гидромотор 12 цилиндрический двухступенчатый редуктор 9 барабан 10 и нормально замкнутый ленточный тормоз 11 с гидроразмыкателем.
Механизм поворота состоит из гидромотора 6 двухступенчатого редуктора 8 нормально замкнутого колодочного тормоза 7 с гидроразмыкателем. На выходном валу редуктора установлена шестерня входящая в зацепление с зубчатым венцом опорно-поворотного круга. Для вращения поворотной части крана вручную (с помощью рукоятки) промежуточный вал-шестерня имеет на конце квадратный хвостовик 5.
Поворотная платформа соединена с рамой однорядным роликовым опорно-поворотным кругом с внутренним зацеплением.
Кабина машиниста установленная на поворотной платформе крана облицована декоративным пластиком теплоизолирована имеет два открывающихся наружу окна. Она оборудована стеклоочистителем вентилятором плафоном для освещения противосолнечным козырьком ящиком для аптечки карманом для документации. Кабина обогревается отопителем О30.
Гидропривод [4] выполнен по разомкнутой схеме циркуляции рабочей жидкости и с комбинированным регулированием скорости путем дросселирования рабочей жидкости изменения частоты вращения вала насоса и рабочего объема регулируемого гидромотора грузовой лебедки.
В гидроприводе использованы аксиально-поршневые насос и гидромоторы секционные гидрораспределители и другие унифицированные гидроэлементы.
Электрооборудование автомобиля и крановой установки рассчитано на напряжение 24 В и состоит из приборов безопасности освещения и сигнализации а также контрольно-измерительных приборов.
Кран оснащен устройствами и приборами обеспечивающими его безопасную эксплуатацию: ограничителем грузоподъемности состоящим из релейного блока панели сигнализации и датчиков усилий вылета и длины стрелы; ограничителями высоты подъема и усилия затяжки крюковой подвески; указателями грузоподъемности и наклона крана; сигнализатором зоны работы устройством оповещения о приближении к ЛЭП.
Результаты испытания подтвердили правильность выбранных при создании крана основных конструктивных решений.
Расчет механизма подъема груза
Механизм подъема представляет собой закрепленные на поворотной платформе аксиально-поршневой гидромотор редуктор барабан с навиваемым на него канатом направляющие блоки установленные на стреле грузовой полиспаст и крюковую подвеску (рисунок 4).
Принимаем кратность грузового полиспаста равной 3. Расчетная схема приведена на рисунке 3.
Рисунок 3 – Расчетная схема механизма подъема
Данная схема позволяет определить натяжение в канате. Примем к.п.д. блока равным 098 что соответствует применению подшипников качения.
Усилие в канате набегающем на барабан [2]:
где G – номинальная грузоподъемность кг;
– кратность полиспаста;
t – число обводных блоков;
5 – коэффициент учитывающий массу крюковой подвески;
бл – к.п.д. блока (098).
Канат подбирается по разрывному усилию исходя из того что разрывное усилие должно превышать усилие в канате S в раз где -коэффициент использования каната. Для группы режима работы механизма подъема груза М6 принимаем в соответствие с Правилами [1] =56. Тогда разрывное усилие в канате:
Выбираем по ГОСТ 2688-80 канат двойной свивки типа ЛК-Р конструкции 619 (1+6+66)+1 о.с. маркировочной группы проволоки 1764 МПа диаметром 83 мм. имеющий разрывное усилие каната в целом F0=38150 кН.
Фактический коэффициент использования каната:
Выбранный канат проходит по разрывному усилию.
Рассчитываем диаметр барабана в соответствие с Правилами [1]:
где =83 мм – диаметр каната; – коэффициент выбора диаметра барабана по Правилам [1] для режима работы механизма М6. Но т.к. работоспособность пневмомотора обеспечивается только при диаметре барабана не менее 900 мм то по нормальному ряду принимаем стандартное значение диаметра барабана равным 1000 мм.
Длина каната навиваемого на барабан:
где H – высота подъема м;
– диаметра барабана м.
- число запасных (неиспользуемых) витков на барабане до места крепления: - число витков каната находящихся под зажимным устройством на барабане:
Рабочая длина барабана:
где – длина каната навиваемого на барабан м;
t – шаг витка м; t=d+(2..3)=83+3=113 мм.
m – число слоев навивки;
- диаметр барабана м;
- диаметра каната м.
Диаметр бортов барабана:
Для определения толщины стенки барабана необходимо найти допускаемое напряжение сжатия для стали. Приняв барабан отлитым из стали 55Л определим допустимое напряжение: где =350 МПа; ; - для механизма подъема с крюковой подвеской и режимом работы М6; для режима работы М6.
Тогда толщина стенки барабана:
Минимальная толщина стенки бортов исходя из технологии отливки:
Из двух значений принимают наибольшее значение равное 13 мм.
Выбираем способ крепления конца каната к барабану и определяем основные параметры данного крепления. Принимаем способ крепления конца каната к барабану несколькими одноболтовыми прижимными планками устанавливаемыми на нарезной части барабана. Для их расчета необходимо определить натяжение каната в месте крепления на барабан по следующей формуле:
- коэффициент трения между канатом и барабаном;
- минимальный гарантированный угол обхвата канатом барабана;
Суммарное усилие затяжки болтов:
- приведенный коэффициент трения между канатом и планкой;
Приняв для болта ; класс прочности болта – 48; ; - для механизма подъема с крюковой подвеской и режимом работы механизма М6;
Болт работает на растяжение и изгиб:
где d – внутренний диаметр болта м; z – число болтов;
Из данной формулы выразим z (необходимое нам число болтов) задавшись диаметром болтов =16 мм и подставим численные значения:
Выбираем по ГОСТ 6627-74 крюк однорогий №15 имеющий грузоподъемность 80 тонн для режима работы М6.
Произведем расчет привода механизма подъема. Кинематическая схема механизма подъема показана на рисунке 4.
Рисунок 4 – Кинематическая схема механизма подъема
Определяем статическую мощность гидромотора [2]:
где =014 мс – скорость подъема груза; g=981 - ускорение свободного падения; - общий КПД механизма подъема; Тогда
По полученной мощности выбираем аксиально-поршневой гидромотор 210.20 по ТУ 223444-75 имеющий полезную мощность 236 кВт. Номинальная частота вращения вала составляет 1500 .
Определяем частоту вращения барабана исходя из его диаметра скорости подъема груза и кратности полиспаста [2. 2.35]:
Определим передаточное число редуктора:
В соответствие с [2. табл.III.4.2] выбираем редуктор Ц2-400 с передаточным отношением 5094. Частота вращения входного вала 1500 мощность – 257 кВт.
Определяем действительную скорость подъема груза:
Различие скоростей не превышает 10%. Выбранный редуктор подходит для проектируемого механизма подъема.
Момент статического сопротивления на валу двигателя в период пуска [2. 1.27]:
-к.п.д. привода барабана.
Номинальный момент на валу двигателя [2. 1.33]:
Расчетный момент для выбора соединительной муфты [2. 1.103]:
Выбираем ближайшую по требуемому крутящему моменту упругую втулочно-пальцевую муфту №1 с тормозным шкивом диаметром 200 мм и наибольшим передаваемым крутящим моментом 500 моментом инерции [2. табл.III.5.9].
Определяем пусковой момент по следующей формуле:
где G=147 кН – вес поднимаемого груза с учетом веса крюковой подвески;
j=01 - ускорение для монтажных кранов;
- момент инерции вращающихся масс;
- номинальные обороты гидродвигателя;
Время пуска при подъёме:
где n - частота вращения двигателя обмин.
пусковой момент Н·м.
момент статического сопротивления Н·м.
Q –грузоподъемность кг.
I – момент инерции ротора двигателя и муфты равный:
Фактическое ускорение при пуске:
Торможение барабана будет осуществляться при помощи двух ленточных тормозов. С учетом этого для выбора тормоза тормозной момент следует разделить на 2.
Определяем тормозной момент.
Момент на валу барабана от груза удерживаемого в подвешенном состоянии:
Приводим к валу гидромотора:
Определяем тормозной момент:
где - коэффициент запаса торможения для режима работы М4.
Следовательно для одного тормоза тормозной момент будет составлять:
Производим расчет ленточного тормоза.
Примем угол обхвата барабана лентой равным
Тормозной момент через натяжение ленты в точках набегания и сбегания с барабана:
где – натяжение ленты в точке набегания на барабан;
- натяжение ленты в точке сбегания с барабана;
По формуле Эйлера: .
Подставляем и записываем конечное уравнение:
Определим усилие пружины задавшись диаметром шкива =200 мм коэффициентом трения (=035 для тормозной асбестовой ленты по стали):
Нормальное давление ленты для сжатия шкива в неподвижное состояние:
где – ширина тормозного шкива.
Определяем ширину ленты исходя из того что контактное давление не должно превышать 06 МПа. Из предыдущего выражения выразим
Принимаем толщину ленты одного ленточного тормоза равной 25 мм.
Ленточные тормоза установлены на муфте упругой втулочно-пальцевой с тормозными шкивами по ГОСТ 21424-75.
Момент статического сопротивления на валу двигателя в период пуска:
Время пуска при опускании:
Фактическое ускорение при торможении:
Расчет механизма вращения поворотной платформы
Механизм вращения имеют краны с поворотной частью.
Механизм вращения предназначен для вращения поворотной платформы крана вместе с грузом ими снабжаются краны стрелового типа (башенные стреловые самоходные и др.).
Данный проектируемый автомобильный кран имеет ролико-опорное поворотное уcтройство и поворотную платформу.
Механизм вращения включает в себя следующие составляющие: гидромотор редуктор на выходном валу которого установлена шестерня находящаяся в зацеплении с зубчатым венцом тормоз муфту.
Грузоподъемность крана на максимальном вылете стрелы составляет 05 т а на минимальном вылете 25 м – 14 т.
Частота вращения поворотной платформы
Длина стрелы составляет =95 м. Центр массы стрелы находится на расстоянии 04 от шарнира стрелы.
Зададимся массой стрелы .
Примем ширину короба стрелы .
Распределенная ветровая нагрузка на единицу площади .
Перегрузку в момент отрыва груза от земли учтем коэффициентом .
Наветренная площадь груза .
Угол наклона при максимальном вылете составляет 00 а при минимальном – 800.
Расчет механизма будем проводить в соответствие с [2] по следующей расчетной схеме (рисунок 5):
Рисунок 5 - Схема для расчета опорно-поворотного устройства
Определим ветровую нагрузку на стрелу [2. 1.17]:
Определим ветровую нагрузку на груз [2. 1.17]:
наветренная площадь груза .
Все действующие на опорно-поворотные устройства силы [2] можно свести к вертикальной силе приложенной по оси опорно-поворотного устройства и горизонтальной силе приложенной к опорным элементам по центру тяжести тел качения и к моменту М.
Определяем опорные нагрузки [2. 2.88]:
Масса противовеса [2. 2.90]:
Наибольший момент сопротивления вращению от веса поворотной части крана и груза при нахождении крана на уклоне определяется по следующей формуле [2. 2.82]:
- масса поворотной части крана кг; - расстояние от оси вращения крана до центра тяжести поворотной части крана м; - масса груза при номинальной грузоподъемности т; - вылет крана м; - угол наклона местности;
Определим момент сопротивления вращению поворотной части крана от ветровой нагрузки относительно оси вращения крана [2. 2.83]:
и - ветровые нагрузки на стрелу и груз кН; - расстояние от оси вращения до центра тяжести площади наветренной поверхности м.
Найдем момент сил трения в опорно-поворотных устройствах многокатковых и с опорными колесами [2. 2.105] :
где - коэффициент трения; - диаметр цапфы вала (оси) ходового колеса м; - диаметр опорного круга по средней линии качения м; .
Определим момент статических сопротивлений вращению поворотной части крана относительно оси вращения крана:
Статическая мощность двигателя привода механизма поворота крана определяется по следующей формуле [2. 2.85]:
где - частота вращения поворотной части крана мин-1; - КПД привода механизма поворота;
По полученной статической мощности выбираем в соответствии с [3] аксиально-поршневой гидромотор 210.16 по ТУ 223444-75 имеющий номинальную мощность 194 кВт. Номинальная частота вращения вала составляет 1920 мин-1. Момент инерции вращающихся масс J=0018 кгм2.
Необходимое общее передаточное число привода механизма поворота [2. 2.36]:
Примем привод из редуктора Ц2-400 () с предохранительным фрикционом и зубчатой пары (шестерня – зубчатый венец) с передаточным числом:
Расчетный момент фрикционной муфты согласно[2. 2.87]:
- момент сопротивления на валу двигателя при пуске (см. ниже);
- передаточное число редуктора; - КПД редуктора (ориентировочно);
Расчетный момент для выбора соединительной муфты между двигателем и редуктором [2. 1.103]:
- коэффициент учитывающий степень ответственности механизма;
- коэффициент учитывающий режим работы механизма;
- номинальный (статический) момент передаваемый муфтой:
Принимаем упругую втулочно-пальцевую полумуфту с наружным диаметром 100 мм и номинальным крутящим моментом 63 Нм [2. табл. III.5.6]
Для выбора тормоза определим следующие параметры:
- момент инерции вращающихся масс гидромотора и муфты:
- момент инерции поворотной части крана относительно оси вращения платформы:
– масса вращающихся частей крана; R – вылет стрелы при её подъеме на 800; Q – максимальная грузоподъемность крана; - расстояние от оси вращения крана до центра тяжести поворотной части крана м;
– момент сил инерций механизма поворота крана при пуске на валу двигателя [2. 1.65]:
где время пуска определяется по следующей формуле [2. 1.76]:
- наибольший допускаемый угол поворота крана при пуске;
- частота вращения поворотной части крана мин-1;
– момент сопротивления на валу двигателя при пуске [2. 2.81]:
– требуемая мощность двигателя при пуске [2. 2.85]:
Необходимая номинальная мощность двигателя должна быть не менее
– момент сил инерции на валу тормоза при торможении [2. 1.66]:
При времени торможения
– момент сопротивлений на валу тормоза при торможении определяется по формуле [2. 2.86]:
В соответствие с [2. табл. III.5.13] выбираем тормоз ТКГ-160 с тормозным моментом 100 и регулируем его до расчетного тормозного момента 588 .
Расчет металлоконструкции (секция стрелы)
При расчете металлоконструкции стрелы воспользуемся расчетами механизма подъема и опорно-поворотного устройства.
Стрела воспринимает нагрузки для определения которых необходимо задать расчетное положение рабочего оборудования [8].
Рисунок 6 – Расчетная схема стрелы
На стрелу действуют силы тяжести груза собственный вес ветровая нагрузка действующая непосредственно на стрелу и груз сила натяжения каната механизма подъема груза.
Соизмеримость усилий приводит к необходимости использовать оба расчетных положения: горизонтальное используем при расчете на изгиб а близкое к вертикальному – на внецентренное сжатие и потерю устойчивости.
В горизонтальном положении основными внутренними усилиями в конструкции будет изгибающий момент М и поперечная сила Q. Во втором расчетном положении основным внутренним усилием станет осевая сила N.
Расчет напряжений в сечениях будем проводить методом построения эпюр (рисунок 7). При этом будем рассматривать силы тяжести как цельную конструкцию что значительно упростит расчет.
Расчет стрелы на прочность.
Определим допускаемые напряжения для деталей металлоконструкции стрелы [8]. Примем в качестве материала сталь для которой и
. Выберем коэффициенты как для механизма с режимом работы М4: ; ; для режима работы М4. Тогда
Рисунок 7 – Эпюры к расчету металлоконструкции стрелы
Можно заметить что наибольшая нагрузка приложена к проушине гидроцилиндра.
Определяем параметры этого сечения: площадь F и момент сопротивления изгибу W:
Зная эти величины и формулы выражения их через размеры сечения:
где В и Н наружные размеры короба; b и h – внутренние подбираем сечение.
Выбираем сечение короба стрелы 350*380*364 имеющей момент сопротивления равный . Площадь сечения равна
Проверим верхнюю секцию стрелы на прочность в близком к вертикальному расчетном положении. Здесь стрела подвергается внецентренному сжатию. Пренебрежем прогибом стрелы.
Определим сжимающее усилие N в стреле:
Зададимся расстоянием между осью стрелы и линией параллельной ей и проходящей через блок полиспаста на оголовке стрелы равным с=700 мм.
Определяем эксцентриситет приложения результирующей сжимающей силы:
Изгибающий момент в секции стрелы:
Максимальное нормальное напряжение в металлоконструкции стрелы:
Значение . Сечение подобрано верно.
Охрана труда по эксплуатации автомобильного крана
Организация и содержание технического надзора.
Одной из основных форм контроля за исправностью ПТМ и соблюдением правил безопасной их работы является государственный и местный технический надзор.
Госпроматомнадзор осуществляет надзор за устройством и безопасной
эксплуатацией ПТМ использование которых связано с опасностью для людей [1].
Автокраны подконтрольны Госавтоинспекции в части касающейся автомобильного шасси. Государственный надзор осуществляется инспекторами соответствующих инспекций.
Правила Госпроматомнадзора содержат глубоко продуманную систему
мер по обеспечению безопасной эксплуатации подконтрольных ПТМ. В ее
основе лежит четкое разделение персональной ответственности за осуществление предусмотренных Правилами мероприятий. Эта система мер включает четыре составные части за каждую из которых персональную ответственность несут: а) лицо ответственное за содержание ПТМ и оборудования в исправном состоянии; б) лицо ответственное за безопасное производство работ; в) лица управляющие ПТМ и обслуживающие их; г) лицо ответственное за технический надзор.
Основные мероприятия по техническому надзору регламентированы соответствующими правилами. К ним относят: регистрацию получение разрешения на пуск в работу периодические технические освидетельствования а также контроль за организацией управления ПТМ их состоянием и методами производства работ.
Регистрация [1] проводится по письменному заявлению руководства предприятия-владельца и паспорту машины с приложением акта на выполнение монтажных работ. Грузоподъемные машины подлежат перерегистрации после реконструкции ремонта с составлением нового паспорта передачи машины другому владельцу.
Разрешение на пуск в работу машины подлежащей регистрации в органе технадзора необходимо получать в следующих случаях: перед пуском в работу вновь зарегистрированной машины; после реконструкции (модернизации) машины; после ремонта металлоконструкций.
Техническое освидетельствование - основа надзора за грузоподъемными машинами лифтами эскалаторами и пассажирскими подвесными канатными дорогами. Оно имеет цель установить что машина ее установка и обслуживание соответствуют Правилам и предъявленной при регистрации документации что она находится в исправном состоянии обеспечивающем безопасную работу. Техническому освидетельствованию также подвергают вспомогательные приспособления и тару.
Правила безопасной работы.
Все грузоподъемные машины грузоподъемностью свыше 1т используют лишь после освидетельствования и регистрации в органах Госгортехнадзора и испытания по правилам им установленным [1].
Очередное (не реже одного раза в год) и внеочередное (после монтажа переустройства ремонта смены канатов или аварии) освидетельствование кранов имеет целью установить что кран изготовлен и оборудован согласно действующим правилам и нормам соответствует своему назначению находится в исправном состоянии и что наблюдение и уход за краном а также его обслуживание поручено специально обученному и хорошо знающему свои обязанности лицу.
Освидетельствование и испытание крана включают: наружный осмотр всех ответственных узлов и деталей в нерабочем состоянии крана испытание механизмов на холостом ходу испытание крана под статической нагрузкой превышающей номинальную на 25% испытание крана под динамической нагрузкой превышающей номинальную на 10%. При статическом испытании груз поднимают на высоту 01 м и выдерживают в течение 10 мин. Испытание проводят на максимальном и минимальном вылетах. После снятия груза проверяют отсутствие остаточных деформаций. При динамическом испытании груз несколько раз поднимают и проверяют действие всех механизмов крана.
Результаты испытания заносят в паспорт крана. На работающих кранах должны быть ясно обозначены регистрационный номер грузоподъемность и дата очередного испытания. К управлению и обслуживанию грузоподъемных машин (кранов) допускают лиц не моложе 18 лет прошедших курс обучения по соответствующей программе и аттестованных квалификационной комиссией с участием представителя органов Госгортехнадзора. При допуске к работе им выдают производственную инструкцию.
Периодически не реже одного раза в год проверяют знания обслуживающего персонала. Ответственность за исправное состояние и безопасное действие грузоподъемных машин лежит на представителе технической администрации данные о котором заносят в паспорт машины.
Грузоподъемные машины не допускают к работе до их освидетельствования а также после истечения сроков очередного технического освидетельствования; при выявлении многочисленных неисправностей; при наличии трещин в ответственных местах металлоконструкций; при недопустимом износе крюков канатов цепей; при неисправности механизмов подъема или изменения вылета ограничителей высоты подъема и грузоподъемности сигнального прибора и других неисправностях угрожающих безопасной работе людей. Их допускают к подъему и перемещению только тех грузов масса которых не превышает грузоподъемности машины Не разрешается работа кранов при температуре окружающей среды ниже -25 °С.
При эксплуатации грузоподъемных машин запрещается: подъем грузов вес которых превышает допустимый для данного вылета; подъем грузов находящихся в неустойчивом положении; отрыв грузов примерзших заваленных землей заложенных другими грузами укрепленных болтами к основанию или залитых бетоном; подтаскивание грузов по земле или рельсам при косом натяжении подъемных канатов; вытаскивание защемленных чалочных канатов; оттягивание груза при подъеме; использование концевых выключателей в качестве рабочих органов для автоматической остановки; вывод из-под действия тормозов механизмов и приборов безопасности и учета(ограничителей грузоподъемности указателей вылета работомеров счетчикови др.).
Категорически запрещается одновременный подъем грузов и людей в том числе подъем крановыравнивание людьми положения поднимаемого и перемещаемого груза.
При необходимости подъема крюком людей должны соблюдаться особые требования изложенные в правилах Госгортехнадзора. При работе стреловых кранов не допускается пребывание людей рядом с платформой крана под стрелой и грузом а также в зоне возможного опускания стрелы и груза не допускается перемещение грузов над людьми. Не разрешается в период работы поворотного крана выход обслуживающего персонала на неповоротную часть.
При отлучке от крана и по окончании работы крановщик должен запирать дверь кабины.
Аварии с грузоподъемными машинами - падение или опрокидывание их разрушение или поломка металлоконструкций а также несчастные случаи с людьми расследуют с участием представителей органов Госгортехнадзора.
Для успешной и длительной эксплуатации грузоподъемных машин и достижения ими максимальной производительности необходимо обеспечить машину высококвалифицированным обслуживающим персоналом; регулярно и бесперебойно снабжать ее электроэнергией топливом смазочными и обтирочными материалами; оснастить удобными приспособлениями для захвата и подвески грузов (каркасами стропами траверсами захватами грейферами); использовать на работах соответствующих ее техническим возможностям при максимальных грузоподъемности вылете и скорости; своевременно ремонтировать.
Требования к обслуживающему персоналу
Специальности рабочих. Для управления и обслуживания грузоподъемных машин с машинным приводом необходимо назначать крановщиков (машинистов) и слесарей. Управление автомобильным краном может также быть поручено шоферу обученному и аттестованному по специальности крановщика. Для подвешивания груза на крюк назначают стропальщиков. Их функции могут выполнять другие рабочие (такелажники монтажники станочники и др.) обученные по профессии связанной с выполнением работ по строповке.
Подготовка рабочих и порядок допуска к работе. Подготовку и аттестацию персонала для управлениям обслуживания ПТМ проводят в профессионально-технических учебных заведениях а также на курсах и в технических школах по программам утвержденным в установленном порядке.
После завершения обучения и получения практических навыков проводят
аттестацию знаний квалификационной комиссией. Допуск к работе персонала для управления и обслуживания ПТМ оформляют приказом по цеху или предприятию.
Инструкция по эксплуатации. Лица занятые управлением и обслуживанием ПТМ должны быть обеспечены инструкциями определяющими их права обязанности и порядок безопасного производства работ с учетом типа машины и требований содержащихся в разделе «Производство работ». Инструкцию должны выдавать перед допуском к работе.
Обеспечение безопасности при техническом обслуживании и ремонте.
Плановый ремонт крана проводят по письменному приказу руководителя предприятия. Вывод крана в ремонт должно осуществлять лицо ответственное за содержание его в исправном состоянии. Плановый ремонт крана проводят в специально отведенном месте.
При входе на кран и спуске с него руки рабочего должны быть свободными чтобы можно было держаться за перила. Для этого каждого рабочего снабжают сумкой или ранцем для инструмента и легких предметов.
Тяжелые запасные части поднимают и опускают с помощью веревки каната люльки лебедки и др. Использовать для этого ремонтируемый кран не разрешается. Перед началом ремонта рабочих инструктируют под расписку о мерах безопасности необходимых при ремонте на действующем объекте.
Аварии и несчастные случаи. Приборы безопасности блокировочные
устройства и защитные средства.
Аварии и несчастные случаи при эксплуатации ПТМ делят на следующие виды: аварии без травмирования людей; аварии с травмированном людей; несчастные случаи связанные с авариями. Порядок их расследования установлен Госпроматомнадзором.
Органы технадзора систематически анализируют причины несчастных случаев и аварий и разрабатывают рекомендации о мерах по их предотвращению которые с наибольшей полнотой отражают в периодически пересматриваемых Правилах Госпроматомнадзора.
Приборы безопасности и блокировочные устройства устанавливают на кранах для предупреждения аварий и травматизма при эксплуатации. В соответствии с Правилами грузоподъемные краны оборудуют концевыми выключателями ограничителями подъема стрелы ограничителями и указателями грузоподъемности и др.
Концевые выключатели предназначены для автоматического отключения привода при подходе грузозахватного органа или стрелы к крайнему верхнему положению.
Ограничители подъема стрелы имеющие то же назначение что и концевые выключатели применяют у стреловых кранов с неэлектрическим приводом т. е. тогда когда концевой выключатель использовать нельзя.
Ограничители грузоподъемности (ограничители грузового момента) устанавливаемые на стреловых башенных и портальных кранах служат для автоматического отключения механизма подъема груза и изменения вылета стрелы в случае подъема груза масса которого превышает номинальную грузоподъемность на данном вылете более чем на 10%.
Указатели грузоподъемности устанавливают на стреловые краны грузоподъемность которых меняется в зависимости от вылета стрелы.
Сигнализаторы опасного напряжения устанавливаемые на стреловых самоходных кранах оповещают звуковым сигналом об опасном приближении стрелы крана и находящимся под высоким напряжением проводам электрической сети или линии электропередачи.
В данной курсовой работе был спроектирован автомобильный кран на базе автомобиля МАЗ. В качестве прототипа выступил кран КС-3577.
В ходе проектирования был произведен расчет основных механизмов крана:
- выбран канат двойной свивки ЛК-Р ГОСТ 2688-80 конструкции 6 19 маркировочной группы 1764 МПа диаметром 195 мм для механизма подъема груза. Рассчитан барабан диаметром 320 мм. Подобран аксиально-поршневой гидромотор 210.20 по ТУ 223444-75 имеющий полезную мощность 236 кВт. Выбран редуктор Ц2-400 с передаточным отношением 5094 мощностью 257 кВт.
Металлоконструкция крана рассчитывалась на прочность. Кран – на устойчивость.
Спроектированный автомобильный кран соответствует Правилам устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов.
Список использованных источников
Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов. Утверждены постановлением Министерства по чрезвычайным ситуациям Республики Беларусь от 3 декабря 2004 г. №45
Кузьмин А.В. Марон Ф.Л. «Справочник по расчетом механизмов подъемно-транспортных машин». Минск «Высшая школа» 1983 г.
Васильченко В.А. Гидравлическое оборудование мобильных машин. Справочник. М Машиностроение 1983г. 304 с
Зайцев Л.В. Полосин М.Д. «Автомобильные краны» Москва «Высшая школа» 1982 г.
Александров М. П. «Подъемно-транспортные машины». Атлас конструкций. Москва «Машиностроение» 1987 г.
Белецкий Б.Ф. «Строительные машины и оборудование» 2002 г.
Добронравов С.С. «Строительные машины и оборудование» Справочник.
Казак С.А. «Курсовое проектирование грузоподъемных машин». Москва «Высшая школа» 1989 г.
Руденко Н. Ф. «Курсовое проектирование грузоподъемных машин». Москва «Машиностроение» 1971 г.
Марутов В.А. Павловский С.А. «Гидроцилиндры. Конструкция и расчет». Москва «Машиностроение» 1966 г.