СМ Расчет устойчивости башенного крана

Kursovaya_SM.docx

Задание на проектирование4
Описание башенного крана и принцип его работы5
Построение грузовой характеристики башенного крана10
1. Построение схемы башенного крана10
2. Определение опрокидывающего момента крана11
3. Определение удерживающего момента крана11
4. Определение максимальной грузоподъемности крана13
5. Грузоподъемность крана при различных углах наклона. Грузовая характеристика крана13
6. Определение значения коэффициента собственной устойчивости15
Выбор каната грузоподъемного крана18
Выбор двигателя грузоподъемного механизма21
Описание техники безопасности при эксплуатации кранов22
Башенными называют строительные краны со стрелой закрепленной в верхней части вертикально установленной башни и выполняющие работу по перемещению грузов и монтажу строительных конструкций за счет сочетания рабочих движений: подъема и опускания груза изменения вылета поворота стрелы с грузом и передвижения самого крана (для передвижных кранов). Башенные краны используются как основные грузоподъемные машины для выполнения строительно-монтажных и погрузочно-разгрузочных работ в промышленном и гражданском строительстве. Широкое распространение башенных кранов в строительстве предопределяется их высокой маневренностью большой зоной обслуживания и подстреловым пространством.
Работы выполняемые строительными кранами многообразны. В жилищном и гражданском строительстве при помощи башенных и других кранов осуществляются разгрузка автотранспорта монтаж железобетонных и металлических деталей и конструкций подъем строительных материалов и деталей на высоту этажей где ведутся работы. В промышленном строительстве кроме основных строительных работ по возведению промышленных зданий башенными и стреловыми кранами ведутся работы по монтажу крупного промышленного оборудования доменных печей кауперов цементных и нефтеперерабатывающих заводов и др. В гидротехническом строительстве при помощи башенных и других кранов ведутся работы по изготовлению каркасов из крупной арматуры установке арматуры и железобетонных элементов плотины и частично по укладке бетонной смеси в тело плотины.
Башенные краны классифицируются следующим образом: по назначению (строительные монтажные краны перегружатели); по возможности передвижения (передвигающиеся по рельсовым путям; стационарные или приставные прикрепляемые к возводимому сооружению; самоподъемные устанавливаемые на каркасы зданий и перемещаемые по ним в вертикальном направлении); по способу изменения вылета крюка (с подъемной стрелой; с горизонтальной балочной стрелой и грузовой тележкой); по типу вращающихся элементов башенно-стрелового оборудования (с поворотной башней; с неповоротной башней и поворотной головкой).
Главный параметр башенного крана – максимальный грузовой момент который определяется как произведение максимальной грузоподъемности на соответствующий вылет кНм.
Основными параметрами башенного крана являются: грузоподъемность т; вылет м; высота подъема и глубина опускания крюка м; скорости рабочих движений (скорости подъема-опускания крюка передвижения крана изменения вылета частота вращения).
Цель курсовой работы – рассчитать грузоподъёмность крана учитывая разные углы стрелы подобрать канат и электродвигатель для подъёма максимального веса груза на заданную высоту.
Задание на проектирование
Таблица 1. Исходные данные
Расчетные массы конструкции крана т:
Поворотной платформы Gпл
Неповоротной части крана Gн
Расстояние от плоскости проходящей через ось вращения крана параллельно ребру опрокидывания до центра тяжести элементов конструкции крана м:
Поворотной платформы Lпл
Неповоротной части крана Lнч
Расстояние от оси вращения до корневого шарнира стрелы r м
Расстояние от плоскости опорного контура до корневого шарнира стрелы hr м
Расстояние от центров тяжести отдельных элементов крана до плоскости опорного контура м:
Поворотной платформы hпл
Неповоротной части крана hнч
Площадь наветренной поверхности элементов конструкции крана м2:
Поворотной платформы Fпл
Неповоротной части крана Fнч
Высота подъема груза Hгр м
Максимальная скорость подъема груза мс
Кратность грузового полиспаста m шт.
Количество обводных блоков nбл шт.
Расстояние от оси вращения крана до ребра опрокидывания м:
Описание башенного крана и принцип его работы
Рис. 1. Строительный башенный кран с подъемной стрелой:
–поворотная платформа; 2–противовес; 3 – стреловой полиспаст; 4– распорка; 5 – стреловой расчал; 6 – ходовая тележка с механизмом передвижения; 7 – ходовая рама; 8 – опорно-поворотный круг; 9 грузоподъемнаялебедка;10–стрелоподъемная лебедка;11–портал; 12–башня; 13–кабина машиниста; 14 – стрела; 15 – грузовой полиспаст; 16 – крюковая подвеска; 17 – съемное грузозахватное приспособление с грузом.
Конструктивно любой башенный кран представлен башней рабочей стрелой опорной частью опорно-поворотным устройством и кабиной управления.
По конструкции башен различают краны с поворотной и неповоротной башнями. Башни кранов могут быть постоянной длины и раздвижными (телескопическими). У кранов с поворотной башней опорно-поворотное устройство на которое опирается поворотная часть крана расположено внизу на ходовой раме крана или на портале. Поворотная часть кранов включает поворотную платформу на которой размещены грузовая и стреловая лебедки механизм поворота противовес башня с оголовком распоркой и стрелой. У кранов с неповоротной башней опорно-поворотное устройство расположено в верхней части башни. Поворотная часть таких кранов включает поворотный оголовок механизм поворота стрелу и противовесную консоль на которой размещены лебедки и противовес служащий для уменьшения изгибающего момента действующего на башню крана и для улучшения его устойчивости. В случае близкого взаимного расположения двух кранов без ходового оборудования в конструкции одного из них (стрела которого находится ниже) не используется оголовок с вантовыми растяжками а горизонтальность стрелы обеспечивается высокой жесткостью металлоконструкции. Отсутствие оголовка в этой ситуации позволяет уменьшить высоту башни более высокого крана зона работ которого пересекает место расположения крана без оголовка. На ходовой раме кранов с неповоротной башней уложены плиты балласта а с боковой стороны башни расположены монтажная стойка с лебедкой и полиспастом предназначенная для поднятия и опускания верхней части крана при его монтаже и демонтаже. Ходовые рамы опираются на ходовые тележки которые обеспечивают передвижение кранов по подкрановым путям. Краны с поворотной башней имеют ограниченный грузовой момент из-за ограничений габаритных размеров низко расположенной поворотной платформы с противовесом. Такая конструкция весьма популярна в быстромонтируемых башенных кранах с небольшим грузовым моментом.
По типу стрел различают краны с подъемной (маневровой) и балочной стрелой. У кранов с подъемной стрелой к головным блокам которой подвешена крюковая подвеска (грузозахватный орган крана) вылет изменяется поворотом стрелы в вертикальной плоскости относительно опорного шарнира с помощью стреловой лебедки. В случай подъема стрелы в положение близкое к вертикальному такое техническое решение позволяет значительно увеличить максимальную высоту подъема а также позволяет расположить кран и выполнять работы в непосредственной близости от препятствий – других кранов и стен существующих строений. У кранов с балочной стрелой вылет изменяется при перемещении по нижним ездовым поясам стрелы грузовой тележки с подвешенной крюковой подвеской. Перемещение грузовой тележки осуществляется с помощью тележечной лебедки и каната. Эта конструкция наиболее популярна так как обеспечивает высокую производительность работы крана.
По способу установки краны разделяют на передвижные стационарные и самоподъемные. Передвижные башенные краны по типу ходового устройства подразделяют на рельсовые автомобильные на специальном шасси автомобильного типа пневмоколесные и гусеничные. Рельсовые краны наиболее распространены. Стационарные краны не имеют ходового устройства и устанавливаются вблизи строящегося здания или сооружения на фундаменте. При возведении зданий большой высоты передвижные и стационарные краны для повышения их прочности и устойчивости прикрепляют к возводимому зданию. Прикрепляемые к зданию стационарные краны называют приставными; прикрепляемые к зданию передвижные краны работающие как приставные называют универсальными. Самоподъемные краны применяют в основном на строительстве зданий и сооружений большой высоты имеющих металлический или мощный железобетонный монолитный каркас который служит их опорой. Перемещение самоподъемных кранов вверх осуществляется с помощью собственных механизмов по мере возведения здания.
Перевозка башенных кранов в зависимости от их конструкций и параметров осуществляется автотягачами на подкатных пневмоосях в сложенном виде (мобильные краны) без промежуточных секций башни (перевозятся отдельно) с разборкой на отдельные узлы (под регламентированные габариты автотранспорта).
Работа свободностоящих передвижных и стационарных кранов возможна до определенной высоты. Для сохранения устойчивости крана при увеличении высоты подъема его башню крепят к конструкциям возводимого здания или сооружения одним двумя а иногда тремя креплениями устанавливаемыми на различной высоте крана по мере его наращивания. В высотных кранах серии КБ на расчетной высоте между промежуточными секциями башни закладывают вставки с проушинами к которым крепятся подкосы образующие рамы крепления.
Все башенные краны оборудуются приборами безопасности. К ним относятся ограничители крайних положений всех видов движения расположенные перед упорами: передвижения крана грузовой и контргрузовой тележек угла наклона стрелы поворота высоты подъема выдвижения башни и т. д. Для защиты кранов от перегрузки при подъеме груза на определенных вылетах применяют ограничители грузоподъемности. Краны также оснащают тормозами на всех механизмах рабочих движений нулевой и концевой электрозащитой аварийными кнопками и рубильниками анемометрами с автоматическим определением опасных порывов ветра и подачей звуковых и световых сигналов для предупреждения машиниста об опасности рельсовыми захватами на ходовых тележках указателями вылета крюка и грузоподъемности на данном вылете при соответствующей высоте подъема груза и т. п. Для прохода машиниста в кабину и к удаленным узлам для проведения технического обслуживания и ремонта на кранах устанавливают лестницы площадки и настилы имеющие необходимое ограждение.
Во время работы башенный кран производит рабочие движения в виде изменения вылета подъёма стрелы поворота и передвижения крана. Изменение вылета стрелы зависит от ее типа и может осуществляться путем подъёма или опускания стрелы или перемещения грузовой тележки вдоль стрелы. Подъём грузов осуществляет грузовая лебёдка грузовой канат и крюковая обойма. При этом с помощью поворотного механизма осуществляется вращение поворотной части крана относительно неповоротной. Они связаны между собой опорно-поворотным устройством которое служит для передачи вертикальных и опрокидывающих нагрузок от поворотной части на неповоротную. В оснащение основных механизмов башенных кранов (механизма подъёма груза поворота крана передвижения грузовой тележки и подъёма стрелы) входят специальные устройства безопасности которые называются ограничителями. Крановщик управляет этими механизмами из кабины управления обычно установленной в верхней части конструкции башни.
Построение грузовой характеристики башенного крана
1. Построение схемы башенного крана
Рис. 2. Расчетная схема башенного крана.
2. Определение опрокидывающего момента крана
Определяем опрокидывающий момент крана как произведение веса груза на расстояние от линии вектора веса до ребра опрокидывания. Кран находится в рабочем положении в строго вертикальном положении при минимальном вылете стрелы. Будем считать что минимальный вылет соответствует углу подъема стрелы к горизонту α = 60о.
- длина стрелы крана м
r - расстояние от оси вращения до корневого шарнира стрелы м
b - расстояние от оси вращения крана до ребра опрокидывания (вперед) м
3. Определение удерживающего момента крана
Определяем удерживающий момент крана в рабочем положении как произведение веса отдельных элементов крана на расстояние от линии вектора веса до ребра опрокидывания. Кран находится в рабочем положении в строго вертикальном положении при минимальном вылете стрелы.
– вес неповоротной части крана кН.
- вес поворотной платформы крана кН.
– вес противовеса кН.
- расстояние от плоскости проходящей через ось вращения крана параллельно ребру опрокидывания до центра тяжести поворотной платформы м
- расстояние от плоскости проходящей через ось вращения крана параллельно ребру опрокидывания до центра тяжести противовеса м
- расстояние от плоскости проходящей через ось вращения крана параллельно ребру опрокидывания до центра тяжести башни крана м
- расстояние от центров тяжести отдельных элементов крана до плоскости опорного контура м
– ветровая нагрузка на элементы крана кН
– ветровое давление Нм2.
– ветряная площадь каждого элемента крана м2
4. Определение максимальной грузоподъемности крана
Определяем максимальную грузоподъемность крана из условия его статической грузовой устойчивости. Коэффициент грузовой устойчивости Kгу принимаем равным 14.
Тогда грузоподъемность крана составит
5. Грузоподъемность крана при различных углах наклона. Грузовая характеристика крана
Рассчитаем грузоподъемность крана при углах подъема стрелы α = 45о 30о и 10о. И построим грузовую характеристику крана.
Вылет стрелы для различных углов наклона определяется:
Рис. 3. Грузовая характеристика крана
Грузовая характеристика дает возможность оценить грузоподъемность крана в зависимости от вылета стрелы. С увеличением вылета максимальная грузоподъемность падает что объясняется увеличением плеча опрокидывающей нагрузки.
6. Определение значения коэффициента собственной устойчивости
Определяем значение коэффициента собственной устойчивости Kсу крана при минимальном вылете стрелы α = 60о. Давление ураганного ветра создающего опрокидывающий момент в сторону противовеса принимаем равным 450 Нм2 = 045 кНм2.
В данном случае к опрокидывающим относятся моменты создаваемые ветровой нагрузкой а моменты создаваемые весами элементов крана относятся к удерживающим с соответствующим знаком.
Рис. 4. Расчетная схема собственной устойчивости крана.
- расстояние от оси вращения крана до ребра опрокидывания (назад) м
Так как рассчитанный коэффициент собственной устойчивости Ксу = 3.67>14 можно сделать вывод что данный кран устойчив дополнительных мероприятий по обеспечению собственной устойчивости не требуется.
Выбор каната грузоподъемного крана
Рис. 5. Расчетная схема грузового полиспаста
Определим усилие в канате (тяговое усилие Pк) набегающем на барабан лебедки грузоподъемного механизма при подъеме груза вес которого равен максимальной расчетной грузоподъемности крана.
Q = 9 т – максимальная расчетная грузоподъемность крана т;
m = 4 – кратность полиспаста;
Коэффициент полезного действия отдельного блока полиспаста или обводного блока принимаем равным =098. Общий КПД и обводных блоков полиспаста пол:
n =2 – количество обводных блоков.
Определим разрывное усилие в канате грузоподъемного механизма. Коэффициент запаса прочности в расчетах принимаем равным K к = 6.
Выбираем канат для грузоподъемного механизма по ГОСТ 2688-80.
Канат типа ЛК-Р 6х19 проволок с одним органическим сердечником.
Условное обозначение выбранного стального каната приводится в виде:
d–Г–I–Н–1666 ГОСТ 2688–80
d – диаметр каната мм;
Г – канат предназначен для подъема грузов;
I – обозначение марки стали проволоки для грузовых канатов;
Н – канат нераскручивающийся правой свивки прядей;
66 – маркировочная группа (временное сопротивление разрыву одной проволоки каната) МПа по которой взяты диаметр каната и разрывное усилие.
Характеристики выбранного каната:
Диаметр каната 18.0 мм
Расчетная площадь сечения всех проволок 124.73 мм2
Ориентировочная масса 1000 м смазанного каната 1220 кг
Предел прочности проволоки при растяжении 1666 МПа
Разрывное усилие каната не менее 171 кН
Условное обозначение: 18-Г-I-Н-1666
Выбор двигателя грузоподъемного механизма
Определим максимальную скорость каната vк навиваемого на барабан лебедки (скорости навивки) по заданной максимальной скорости подъема груза с учетом кратности и КПД полиспаста.
v = 05 мс – максимальная скорость подъема груза мс.
Определим необходимую мощность электродвигателя.
Pк – тяговое усилие в канате кН;
vк – скорость навивки мс;
леб = 085 - КПД передачи вращения от электродвигателя к барабану лебедки.
Выбираем двигатель по рассчитанной мощности. Из таблицы технических данных электродвигателей серии MTKF MTKH и MTH (50 Гц 220380 В) выбираем электродвигатель типа MTКН-412(MTKF) с номинальной мощностью на валу 30 кВт и скоростью вращения 945 обмин.
Описание техники безопасности при эксплуатации кранов
К монтажным работам допускаются лица не моложе 18 лет прошедшие медицинское освидетельствование признанные годными для работы в качестве верхолазов и имеющие удостоверение на право производства работ.
Краны монтируют и демонтируют под надзором представителя технического персонала (участкового механика или прораба) отвечающего за соблюдение установленной технологии монтажных работ и правил техники безопасности. Независимо от опытности рабочих руководитель должен проинструктировать всех рабочих принимающих участие в монтаже. Инструктаж оформляют записями в журнале.
Место монтажа должно быть ограждено. На ограждениях вывешивают предупредительные надписи: «Проход закрыт» «Опасная зона» «Не стой под грузом». Посторонним лицам запрещается проходить на территорию монтажной площадки.
До начала монтажа заземляют крановый путь а на концах путей устанавливают тупиковые упоры. Все электромонтажные работы должен проводить только электрик.
Верхолазы ведут монтаж в спецодежде и обуви с рифленой подошвой на высоте более 15 метров работают с предохранительным поясом.
Монтажникам запрещается вести работу одновременно в двух ярусах по вертикали если между ними нет сплошного настила или других устройств предохраняющих работающих внизу монтажников от падения каких-либо предметов.
При передвижении по крану руки верхолаза должны быть свободны инструменты следует держать в сумке надетой через плечо. Сбрасывать сверху инструмент или какие-либо предметы а также оставлять их на высоте запрещается — их спускают на веревке.
При запасовке или распасовке полиспастов на высоте принимают меры против самопроизвольного угона каната. Работать можно только с исправным проверенным канатом. При наматывании канатов на вращающийся барабан не разрешается направлять канат руками. Все операции с канатами следует выполнять только в рукавицах.
В Инструкции по монтажу указывается при какой скорости ветра должны быть прекращены работы по монтажу крана. Запрещается проводить монтажные работы на высоте при гололеде в ночное время в грозу туман и при температуре воздуха ниже -20°С. Вести монтаж ночью можно только в случае аварии. Запрещается спускать или поднимать башню ночью. При работе в темное время монтажная площадка должна быть освещена. При гололеде монтажная площадка должна быть посыпана песком Кран перед подъемом очищают от снега и льда. Не допускается применение обледенелых канатов для строповки.
Управлять механизмами крана при монтаже разрешается только монтажникам имеющим соответствующее удостоверение.
При работе следует применять звуковую или знаковую сигнализацию; запрещается подавать сигналы голосом.
При монтаже и демонтаже крана запрещается: крепить элементы конструкций неполным количеством болтов; устанавливать кран у котлована с неукрепленными откосами; вести в зоне монтажа или демонтажа какие-либо работы не относящиеся непосредственно к монтажу.
Смонтированный кран до пуска в работу должен быть опробован под непосредственным руководством и наблюдением инженерно-технического персонала. Перед пуском крана с него убирают все такелажные приспособления инструменты и незакрепленные детали; убеждаются что правильно и надежно установлены плиты противовеса и балласта рельсовые противоугонные захваты; удаляют людей с крановых путей.
Сначала кран испытывают без нагрузки на крюке. Если при этом испытании никаких дефектов не обнаруживают кран испытывают под нагрузкой. В процессе испытания проверяют все механизмы и электрическую часть. Недостатки устраняют только после остановки смонтированного крана и выключения рубильника. На выключенных рубильниках выставляют предупредительные надписи: «Не включать работают люди!».
В данной работе был произведен расчет устойчивости башенного рельсового крана определены основные характеристики и выбраны элементы грузоподъемного механизма.
В соответствии с расчетами максимальная грузоподъемность крана составляет 9 т при вылете стрелы 17 м.
Расчет собственной устойчивость показал что устойчивость крана обеспечена и не требует дополнительных мероприятий по ее обеспечению.
В качестве каната грузоподъемного механизма расчетом определен канат 18-Г-I-1666 ГОСТ 2688-80 с разрывным усилием не менее 171 кН.
Для вращения лебедки расчетом определен электродвигатель MTКН-412(MTKF) мощностью 30 кВт и скоростью вращения 945 обмин.
С. С. Добронравов В. Г. Дронов Строительные машины и основы автоматизации. М. Высшая школа 2001 г. – 575 с.

Kran.cdw

Расчетная схема башенного крана
с характерными размерами
Схема для определения
грузовой устойчивости
Схема башенного крана для определения
собственной устойчивости
Кратность полиспаста m=4
Число обводных блоков n=1
Высота подъема груза
Скорость подъема груза
Установленная мощность электродвигателя
Грузовая характеристика башенного крана
Схема грузового полиспаста
Техническая характеристика башенного крана