Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Автомобильно-дорожный факультет Кафедра наземных транспортно-технологических машин Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине «Строительные машины» На тему: «Расчет устойчивости башенного крана» КП 32.35.00.000 ПЗ Выполнил студент гр. 2-НТТСс-4 Димов Я.А Проверил преподаватель д.т.н., доцент Куракина Е.В. Курсовой проект защищен с оценкой _____________ Оценка________ «___» _______2023 Санкт-Петербург 2023 Содержание ВВЕДЕНИЕ.................................................................................................... 4 1. Описание устройства, принципа действия заданного крана и технологии производства работ ............................................................................. 5 2. Построение грузовой характеристики башенного крана ................. 9 2.1 Построение схемы заданного башенного крана с указанием векторов и координат точек приложения действующих на кран сил............ 9 2.2 Статический расчет на устойчивость.............................................. 10 2.3 Построение грузовой характеристики и ее анализ ........................ 15 2.4 Статический расчет крана на устойчивость ................................... 16 3. Выбор каната грузоподъемного механизма .................................... 18 4. Выбор двигателя грузоподъемного механизма крана .................... 20 5. Мероприятия по технике безопасности ........................................... 21 Заключение .................................................................................................. 26 Список использованной литературы ........................................................ 27 Изм. Лист № докум. Разраб. Димов Я.А. Провер. Куракина Е.В Реценз. Н. Контр. Утверд. Подпись Дат а КР32.35.00.000ПЗ Лит. Расчет устойчивости башенного крана Лист 3 Листов 28 СПбГАСУ 2-НТТСс-4 ВВЕДЕНИЕ Строительные башенные краны являются ведущими грузоподъемными машинами в строительстве и предназначены для механизации строительно-монтажных работ при возведении жилых, гражданских и промышленных зданий и сооружений, а также для выполнения различных погрузочно-разгрузочных работ на складах, полигонах и перегрузочных площадках. Они обеспечивают вертикальное и горизонтальное транспортирование строительных конструкций, элементов зданий и строительных материалов непосредственно к рабочему месту в любой точке строящегося объекта. Актуальность: башенный кран – это поворотный кран стрелового типа со стрелой, закреплённой в верхней части вертикально расположенной башни. Главным условием работы такого крана является обеспечение безопасности при эксплуатации данного типа строительной техники. Поэтому актуальной задачей при проектировании башенного крана является обеспечение его устойчивости. Целью данного курсового проекта является расчет основных характеристик башенного крана с учетом обеспечения его грузовой и собственной устойчивости. Задачами курсового проекта являются: описание устройства, принципа действия заданного крана и техно- логии производства работ; построение грузовой характеристики, башенного крана, исходя из условия устойчивости против опрокидывания; выбор каната грузоподъемного механизма крана; выбор двигателя грузоподъемного механизма; описание техники безопасности при эксплуатации кранов и постро- ение общего вида машины с приведенными на нем грузовой характеристикой крана и упрощенной схемой грузоподъемного механизма. КП 32.35.00.000 ПЗ Из Лис № докум Под- Дат Лис т 4 1. Описание устройства, принципа действия заданного крана и технологии производства работ Рабочими движениями башенных кранов являются подъем и опускание груза, изменение вылета стрелы (крюка) с грузом, поворот стрелы в плане на 360°, передвижение самоходного крана. Отдельные движения могут быть совмещены, например подъем груза с поворотом стрелы в плане. Все башенные краны снабжены многомоторным электроприводом с питанием от сети переменного тока напряжением 220/380 В. В общем случае каждый башенный кран — это поворотный кран с подъемной или балочной стрелой, закрепленной в верхней части вертикально расположенной башни. Схема разных типов башенных кранов показаны на рисунке 1[1]. Рис 1. Типы башенных кранов: а) с поворотной башней и подъемной стрелой; б) с неповоротной башней и балочной стрелой; 1-крюковая подвеска; 2-стрела; 3-оголовок; 4-кабина; 5-распорка; 6-башня; 7-стреловой полиспаст; 8-противовес; 9-стреловая лебедка; 10-грузовая лебедка; 11-механизм поворота; 12поворотная платформа; 13-опорно-поворотное устройство; 14-балласт, 15-ходловая рама; 16ходовая тележка; 17-грузовая тележка; 18-тележечная лебедка; 19-противовесная консоль Основные составляющие элементы конструкции башенного крана: Башня – по исполнению бывают сплошностенчатыми или решетча- тыми. КП 32.35.00.000 ПЗ Из Лис № докум Под- Дат Лис т 5 Стрела - имеет квадратное, прямоугольное или треугольное попе- речное сечение. Башенный кран, как правило, комплектуется разными видами стрел, в зависимости от выполняемых задач. Огромные нагрузки требуют наличия жесткого крепления стрелы. Подъемная стрела монтируется на башню за счет шарнира. Её простая конструкция является основным преимуществом, к тому же кран, оснащенный стрелой такого типа, имеет меньшую массу, более маневренный и удобный в процессе работы. Шарнирно-сочлененная стрела представляет собой конструкцию, состоящую из двух элементов - основного и головного и позволяет совершать вылет и подъем крюка на значительную высоту [2-3]. Опорно – поворотное устройство. В группу ОПУ входят поворотная платформа, оснащенная лебедками и поворотный механизм. Эти устройства позволяют поворотной части башни совершать вращательные движения относительно основания. Поворотная платформа, которая соединяется ходовой частью крана, предназначена для установки башни с оголовком, который удерживает стрелу, распорки, электроаппаратуры и противовесных плит. Чаще всего в качестве противовеса используют железобетонные плиты, жестко закрепленные на платформе. Кран, оборудованный балочной стрелой и неповоротной башней, оборудован распорками для монтажа противовеса в виде рамы или фермы. К расчету предлагается башенный кран с поворотной башней и подъемной стрелой, рассмотрим его принципиальную схему. Наибольшее применение в строительстве получили башенные краны с поворотной башней (платформой). По сравнению с кранами с неповоротной башней они имеют меньшую массу, так как расположение механизмов и балласта в нижней части крана понижает положение его центра тяжести и точки приложения равнодействующей ветровой нагрузки. Кроме того, они отличаются малыми сроками монтажа и демонтажа, удобством транспортирования и технического обслуживания. Башня крана крепится к поворотной платформе, которая через опорно-поворотное устройство опирается на ходовую часть. На поворотной платформе КП 32.35.00.000 ПЗ Из Лис № докум Под- Дат Лис т 6 размещаются: противовес, грузовая, стреловая лебедки и механизм вращения поворотной платформы. Стрела крепится шарнирно к башне и удерживается канатными тягами, которые через направляющие блоки соединены с подвижной обоймой стрелового полиспаста. Подъем и опускание груза выполняются грузовым полиспастом с помощью грузовой лебедки и крюковой подвески. Управление краном ведется из кабины. В башенных кранах для механизма подъема груза в зависимости от грузоподъемности применяют одиночные и сдвоенные полиспасты двух, трех, четырех и большей кратности. Крюковые подвески состоят из грузового крюка, траверсы, двух боковых щек, осей с установленными на них блоками. Грузовой крюк крепится в траверсе на упорном подшипнике, благодаря чему он может свободно поворачиваться и предохранять грузовой кран от закручивания. Число блоков в подвеске определяет кратность полиспаста, а также необходимостью изменения ее для повышения грузоподъемности крана без увеличения мощности грузовой лебедки. В некоторых конструкциях кранов с большой высотой подъема груза применяют подвески с разными блоками для предотвращения каната от закручивания. Изменение вылета груза осуществляется наклоном стрелы или перемещением каретки с грузом вдоль горизонтальной стрелы. При оборудовании крана горизонтальной балочной стрелой грузовая каретка перемещается вдоль стрелы с помощью тяговой электрореверсивной лебедки, расположенной на стреле пли на поворотной платформе. Тяговый канат навивается на барабан лебедки, а два свободных его конца огибают направляющие блоки и крепятся с разных сторон к каретке. На каретке размещены блоки грузового каната. При перемещении каретки блоки обкатываются по грузовому канату и груз, не изменяя положения по высоте, перемещается вдоль стрелы. При необходимости изменения вылета груза наклоном стрелы грузовая каретка фиксируется на стреле. Высота подъема груза при горизонтальной стреле ниже, чем при наклонной. Однако горизонтальное перемещение груза вдоль стрелы требует меньшей энергии, чем перемещение этого груза подъемом всей стрелы и одновременно КП 32.35.00.000 ПЗ Из Лис № докум Под- Дат Лис т 7 упрощает операции по наводке монтажного элемента на место монтажа. У кранов с наклонной стрелой при изменении вылета груз одновременно изменяет свое положение и по высоте. Для устранения этого недостатка необходимо обеспечить горизонтальное перемещение груза при изменении вылета стрелы. В целях обеспечения более прямолинейной и горизонтальной траектории перемещения груза при изменении вылета стрелы стрелоподъемная лебедка ряда башенных кранов выполняется с двумя барабанами, на один из которых навивается канат стрелового полиспаста, а на другой во встречном направлении обратная ветвь каната грузоподъемного полиспаста. При навивании каната стрелоподъемного полиспаста канат грузоподъемного полиспаста свивается. Соотношение диаметров барабанов и их профиль подбираются так, чтобы при подъеме или опускании стрелы груз не изменял бы своего положения по высоте над уровнем земли. Однако при спрямлении траектории перемещения груза не устраняется его раскачка [4]. Башня крана - обычно решетчатая квадратного сечения с поясами из угловой стали, состоит из отдельных секций, имеющих стандартные стыки, что дает возможность менять количество секций, а значит, и высоту крана. Стыки крепят болтами, работающими на срез, или применяют фланцевые стыки с болтами, работающими на растяжение. Стыки на фланцах упрощают сборку и удлиняют срок службы конструкций. Эти стыки уменьшают износ отверстий при повторных монтажах крана. Верхняя секция башни имеет обычно форму усеченной пирамиды. В кранах с поворотной башней к ее верху крепятся с одной стороны верхний блок полиспаста (стрелового), поддерживающего стрелу, а с другой стороны тяги, поддерживающие консоль контргруза. В уровне крепления низа стрелы в башне имеются фасонки с горизонтальными шарнирами для крепления стрелы [5-6]. КП 32.35.00.000 ПЗ Из Лис № докум Под- Дат Лис т 8 2. Построение грузовой характеристики башенного крана 2.1 Построение схемы заданного башенного крана с указанием векторов и координат точек приложения действующих на кран сил Схема крана, с указанием векторов и координат точек приложения действующих на кран сил, показана на рисунке 2. Рис 2. Расчетная схема крана КП 32.35.00.000 ПЗ Из Лис № докум Под- Дат Лис т 9 Величины расчетных нагрузок и расчетных координат будут приведены в соответствующих разделах работы. Для расчетов принимаем: кран установлен на горизонтальной поверхности (γ=0), стрела располагается в направлении перпендикулярном к передви- жению крана, удельная нагрузка ураганного ветра принимается W = 450 Н/м2 , ветровую нагрузку, действующую на груз, для упрощения расчетов приложить к голове стрелы, силы инерции не учитываются [7]. 2.2 Статический расчет на устойчивость Вылет стрелы определяется по формуле: 𝐿𝑖 = 𝑟 + 𝐿стр ∙ cos 𝛼𝑖 , (1) где 𝑟 = 2,7 м – расстояние от оси вращения до корневого шарнира стрелы; 𝐿стр = 18 м – длина стрелы; 𝛼𝑖 – угол подъема стрелы. 𝛼1 = 10° 𝐿1 = 2,7 + 18 ∙ cos 10° = 20,4 м 𝛼2 = 30° 𝐿2 = 2,7 + 18 ∙ cos 30° = 18,29 м 𝛼3 = 45° 𝐿3 = 2,7 + 18 ∙ cos 45° = 15,43 м 𝛼4 = 60° 𝐿4 = 2,7 + 18 ∙ cos 60° = 11,7 м Плечо веса груза определяется из выражения: 𝑙гр𝑖 = 𝑟 − 𝑏 + 𝐿стр ∙ cos 𝛼𝑖 , (2) где, b = 3 м – расстояние от оси вращения крана до ребра опрокидывания. 𝛼1 = 10° 𝑙гр1 = 2,7 − 3 + 18 ∙ cos 10° = 17,43 м 𝛼2 = 30° 𝑙гр2 = 2,7 − 3 + 18 ∙ cos 30° = 15,29 м 𝛼3 = 45° 𝑙гр3 = 2,7 − 3 + 18 ∙ cos 45° = 12,43 м 𝛼4 = 60° 𝑙гр4 = 2,7 − 3 + 18 ∙ cos 60° = 8,7 м КП 32.35.00.000 ПЗ Из Лис № докум Под- Дат Лис т 10 Горизонтальная проекция расстояния от вертикальной оси опрокидывания крана до центра тяжести стрелы определяется по формуле: 𝑙с 𝑖 = 𝑟 − 𝑏 + ( 𝐿стр ) ∙ cos 𝛼𝑖 2 𝛼1 = 10° 𝑙с1 = 2,7 − 3 + (18/2) ∙ cos 10° = 8,56 м 𝛼2 = 30° 𝑙с2 = 2,7 − 3 + (18/2) ∙ cos 30° = 7,49 м 𝛼3 = 45° 𝑙с3 = 2,7 − 3 + (18/2) ∙ cos 45° = 6,06 м 𝛼4 = 60° 𝑙с4 = 2,7 − 3 + (18/2) ∙ cos 60° = 4,2 м (3) Вертикальная проекция расстояния от оголовка рельсового пути крана до центра тяжести стрелы определяется по формуле: ℎ𝑖 = ℎ𝑟 + ( 𝐿стр ) ∙ sin 𝛼𝑖 , 2 (4) где ℎ𝑟 = 19 м – расстояние от плоскости опорного контура до корневого шарнира стрелы. 𝛼1 = 10° ℎ1 = 19 + (18/2) ∙ sin 10° = 20,56 м 𝛼2 = 30° ℎ2 = 19 + (18/2) ∙ sin 30° = 23,5 м 𝛼3 = 45° ℎ3 = 19 + (18/2) ∙ sin 45° = 25,36 м 𝛼4 = 60° ℎ4 = 19 + (18/2) ∙ sin 60° = 26,79 м Вертикальная проекция расстояния от оголовка рельсового пути крана до головки стрелы определяется из выражения: ℎгр𝑖 = ℎ𝑟 + 𝐿стр ∙ sin 𝛼𝑖 𝛼1 = 10° ℎгр1 = 19 + 18 ∙ sin 10° = 22,12 м 𝛼2 = 30° ℎгр2 = 19 + 18 ∙ sin 30° = 28 м 𝛼3 = 45° ℎгр3 = 19 + 18 ∙ sin 45° = 31,72 м 𝛼4 = 60° ℎгр4 = 19 + 18 ∙ sin 60° = 34,59 м (5) Ветровая нагрузка на стрелу крана определяется по формуле: 𝑊с𝑖 = 𝑊 ∙ 𝐹с ∙ sin 𝛼𝑖 , (6) где 𝑊 = 250 Н⁄м2 – удельная ветровая нагрузка; 𝐹с – наветренная площадь элементов конструкции стрелы крана. КП 32.35.00.000 ПЗ Из Лис № докум Под- Дат Лис т 11 𝛼1 = 10° 𝑊с1 = 0,25 ∙ 3 ∙ sin 10° = 0,13 кН 𝛼2 = 30° 𝑊с2 = 0,25 ∙ 3 ∙ sin 30° = 0,375 кН 𝛼3 = 45° 𝑊с3 = 0,25 ∙ 3 ∙ sin 45° = 0,53 кН 𝛼4 = 60° 𝑊с4 = 0,25 ∙ 3 ∙ sin 60° = 0,65 кН Ветровая нагрузка на остальные элементы конструкции определяется из выражения: 𝑊𝑖 = 𝑊 ∙ 𝐹𝑖 (7) Башня: 𝑊б = 0,25 ∙ 12 = 3 кН Поворотная платформа: 𝑊пл = 0,25 ∙ 4 = 1 кН Противовеса: 𝑊пр = 0,25 ∙ 3 = 0,75 кН Неповоротной части крана: 𝑊нч = 0,25 ∙ 3 = 0,75 кН Груза: 𝑊г = 0,25 ∙ 2 = 0,5 кН Вес элементов крана определяется по формуле: 𝐺𝑖 = 𝑔 ∙ 𝑚𝑖 , (8) где 𝑔 = 9,81 м⁄с2 – ускорение свободного падения; 𝑚𝑖 – масса отдельных частей крана. Стрела: 𝐺с = 9,81 ∙ 2 = 19,62 кН Башня: 𝐺б = 9,81 ∙ 6 = 58,86 кН Поворотная платформа: 𝐺пл = 9,81 ∙ 5 = 49,05 кН Противовеса: 𝐺пр = 9,81 ∙ 25 = 245,25 кН Неповоротной части крана: 𝐺нч = 9,81 ∙ 23,4 = 229,55 кН Плечо удерживающих сил определяется по формуле: 𝑙𝑖 = 𝐿𝑖 + 𝑏, (9) где, 𝐿𝑖 – расстояние от центра тяжести элемента до оси вращения крана; 𝑏 = 3 м – расстояние от оси вращения крана до ребра опрокидывания. Башня: 𝑙б = −1,7 + 3 = 1,3 м КП 32.35.00.000 ПЗ Из Лис № докум Под- Дат Лис т 12 Поворотная платформа: 𝑙пл = 1 + 3 = 4 м Противовеса: 𝑙пр = 2,5 + 3 = 5,5 м Неповоротной части крана: 𝑙нч = 0 + 3 = 3 м Момент, создаваемый ветровой нагрузкой находится по формуле: (10) 𝑀𝑤𝑖 = 𝑊𝑖 ∙ ℎ𝑖 , Башня: 𝑀𝑤б = 3 ∙ 10 = 30 кН ∙ м Поворотная платформа: 𝑀𝑤пл = 1 ∙ 1 = 1 кН ∙ м Противовес: 𝑀𝑤пр = 0,75 ∙ 1,5 = 1,125 кН ∙ м Неповоротная часть: 𝑀𝑤нч = 0,75 ∙ 0,6 = 0,45 кН ∙ м Стрела: 𝛼1 = 10° 𝑀𝑤с1 = 0,13 ∙ 20,56 = 2,67 кН ∙ м 𝛼2 = 30° 𝑀𝑤с2 = 0,375 ∙ 23,5 = 8,81 кН ∙ м 𝛼3 = 45° 𝑀𝑤с3 = 0,53 ∙ 25,36 = 13,44 кН ∙ м 𝛼4 = 60° 𝑀𝑤с4 = 0,65 ∙ 26,79 = 17,41 кН ∙ м 𝛼1 = 10° 𝑀𝑤г1 = 0,5 ∙ 22,12 = 11,06 кН ∙ м 𝛼2 = 30° 𝑀𝑤г2 = 0,5 ∙ 28 = 14 кН ∙ м 𝛼3 = 45° 𝑀𝑤г3 = 0,5 ∙ 31,72 = 15,86 кН ∙ м 𝛼4 = 60° 𝑀𝑤г4 = 0,5 ∙ 34,59 = 17,3 кН ∙ м Груз: Момент, создаваемый весом элемента определяется по фор- муле: 𝑀𝑔𝑖 = 𝐺𝑖 ∙ 𝑙𝑖 (11) Башня: 𝑀𝑔б = 58,86 ∙ 1,3 = 76,52 кН ∙ м Поворотная платформа: 𝑀𝑔пл = 49,05 ∙ 4 = 196,2 кН ∙ м Противовес: 𝑀𝑔пр = 245,25 ∙ 5,5 = 1348,88 кН ∙ м Неповоротная часть: 𝑀𝑔нч = 229,55 ∙ 3 = 688,65 кН ∙ м Стрела: 𝛼1 = 10° 𝑀𝑔с1 = 19,62 ∙ 8,56 = 167,95 кН ∙ м 𝛼2 = 30° 𝑀𝑔с2 = 19,62 ∙ 7,49 = 146,95 кН ∙ м КП 32.35.00.000 ПЗ Из Лис № докум Под- Дат Лис т 13 𝛼3 = 45° 𝑀𝑔с3 = 19,62 ∙ 6,06 = 118,9 кН ∙ м 𝛼4 = 60° 𝑀𝑔с4 = 19,62 ∙ 4,2 = 82,4 кН ∙ м Коэффициент грузовой устойчивости находим по формуле: 𝐾гу = ∑ 𝑀уд , ∑ 𝑀опр (12) где 𝐾гу ≥ 1,4 – так как уклоном поверхности, на которой стоит кран, пренебрегаем; 𝑀уд – удерживающий момент; 𝑀опр – момент опрокидывающий. В качестве опрокидывающего момента в расчетах принимается только момент, создаваемый весом груза [8-9]. Моменты от всех остальных нагрузок, приложенных к крану, рассматриваются как удерживающие моменты с соответствующими знаками. Массу груза находим по формуле 𝑚г = ∑ 𝑀уд 1,4 ∙ 𝑔 ∙ 𝑙гр = 𝑀𝑔нч + 𝑀𝑔пл + 𝑀𝑔пр + 𝑀𝑔б − 𝑀𝑔с − 𝑀𝑤нч − 𝑀𝑤пр − 𝑀𝑤пл − 𝑀𝑤б − 𝑀𝑤с − 𝑀𝑤г , (13) 1,4 ∙ 𝑔 ∙ 𝑙гр При 𝛼1 = 10°: 𝑚г1 = = 688,65 + 196,2 + 1348,88 + 76,52 − 167,95 − 1,125 − 0,45 − 1 − 30 − 2,67 − 11,06 1,4 ∙ 9,81 ∙ 17,43 = 8,76 т При 𝛼2 = 30°: 𝑚г2 = 688,65 + 196,2 + 1348,88 + 76,52 − 146,95 − 1,125 − 0,45 − 1 − 30 − 8,81 − 14 1,4 ∙ 9,81 ∙ 15,29 = 10,04 т При 𝛼3 = 45°: 𝑚г3 = 688,65 + 196,2 + 1348,88 + 76,52 − 118,9 − 1,125 − 0,45 − 1 − 30 − 13,44 − 15,86 1,4 ∙ 9,81 ∙ 12,43 = 12,47 т При 𝛼4 = 60°: КП 32.35.00.000 ПЗ Из Лис № докум Под- Дат Лис т 14 𝑚г4 = 688,65 + 196,2 + 1348,88 + 76,52 − 82,4 − 1,125 − 0,45 − 1 − 30 − 17,41 − 17,3 1,4 ∙ 9,81 ∙ 8,7 = 18,08 т Вывод: масса поднимаемого груза 𝑚г1 = 8,76 т для α = 10˚; 𝑚г2 = 10,04 т для α = 30˚; 𝑚г3 = 12,47 т для α = 45˚; 𝑚г4 = 18,08 т для α = 60˚. 2.3 Построение грузовой характеристики и ее анализ Для построения грузовой характеристики принимается система координат, в которой по оси абсцисс откладывается вылет стрелы крана (горизонтальная проекция расстояния от оси вращения крана до гака), а по оси ординат-грузоподъемность (масса груза) [10-14]. Полученная характеристика приведена на рисунке 3. 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). КП 32.35.00.000 ПЗ Из Лис № докум Под- Дат Лис т 15 2.4 Статический расчет крана на устойчивость Для определения собственной устойчивости крана рассматривается случай, когда кран стоит без груза, с максимально поднятой стрелой (α=60°) [15]. Для расчетов принимается, что кран установлен на горизонтальной поверхности (γ=0). Стрела располагается в направлении перпендикулярном к передвижению крана, как показано на рисунке 4. Удельная ветровая нагрузка принимается W=450 Н/м2. Кран опрокидывается назад, ребро опрокидывания проходит по заднему рельсовому пути [16]. Рис 4. Расчетная схема собственной устойчивости крана Вес всех элементов крана был найден в пункте 2.1. формула 8. Плечи нагрузок от веса элемента крана можно определить из формулы: 𝑙𝑖 = |𝐿𝑖 − 𝑏1 |, (14) где 𝐿𝑖 – расстояние от центра тяжести элемента до оси вращения крана; КП 32.35.00.000 ПЗ Из Лис № докум Под- Дат Лис т 16 𝑏1 = 2 м – расстояние от оси вращения крана до вертикальной оси опрокидывания. Башня: 𝑙б = |−1,7 − 2| = 3,7 м Поворотная платформа: 𝑙пл = |1 − 2| = 1 м Противовеса: 𝑙пр = |2,5 − 2| = 0,5 м Неповоротной части крана: 𝑙нч = |0 − 2| = 2 м Плечо нагрузки от веса стрелы определяем по формуле: 𝑙𝑐 = 𝑟 + 𝑏1 + ( 𝐿стр ) ∙ cos 𝛼 , 2 (15) По формуле 15 находим значение плеча: 𝑙𝑐 = 2,7 + 2 + ( 18 ) ∙ cos 60 = 9,2 м 2 Моменты, создаваемые весом элементов крана, считается по формуле 11: Башня: 𝑀𝑔б = 58,86 ∙ 3,7 = 217,78 кН ∙ м Поворотная платформа: 𝑀𝑔пл = 49,05 ∙ 1 = 49,05 кН ∙ м Противовес: 𝑀𝑔пр = 245,25 ∙ 0,5 = 122,62 кН ∙ м Неповоротная часть: 𝑀𝑔нч = 229,55 ∙ 2 = 459,1 кН ∙ м Стрела 𝛼 = 60° 𝑀𝑔с4 = 19,62 ∙ 9,2 = 180,5 кН ∙ м Ветровая нагрузка определяется из формулы 7: Башня: 𝑊б = 0,45 ∙ 12 = 5,4 кН Поворотная платформа: 𝑊пл = 0,45 ∙ 4 = 1,8 кН Противовеса: 𝑊пр = 0,45 ∙ 3 = 1,35 кН Неповоротной части крана: 𝑊нч = 0,45 ∙ 3 = 1,35 кН Ветровая нагрузка на стрелу крана определяется из формулы 6: 𝑊с = 0,45 ∙ 3 ∙ sin 60° = 1,17 кН Моменты, создаваемые ветровыми нагрузками, определяются из формулы 10: Башня: 𝑀𝑤б = 5,4 ∙ 10 = 54 кН ∙ м Поворотная платформа: 𝑀𝑤пл = 1,8 ∙ 1 = 1,8 кН ∙ м Противовес: 𝑀𝑤пр = 1,35 ∙ 1,5 = 2,03 кН ∙ м КП 32.35.00.000 ПЗ Из Лис № докум Под- Дат Лис т 17 Неповоротная часть: 𝑀𝑤нч = 1,35 ∙ 0,6 = 0,81 кН ∙ м Стрела: 𝛼 = 60° 𝑀𝑤с4 = 1,17 ∙ 26,79 = 31,34 кН ∙ м Коэффициент собственной устойчивости определяется по формуле 12: Удерживающими моментами в данном случае являются моменты создаваемые весом элементов крана, а опрокидывающими моментами являются моменты создаваемые ветровой нагрузкой. 𝐾у = 𝐾у = ∑ 𝑀уд 𝑀𝑔нч + 𝑀𝑔пл − 𝑀𝑔пр + 𝑀𝑔б + 𝑀𝑔с = ∑ 𝑀опр 𝑀𝑤нч + 𝑀𝑤пл + 𝑀𝑤пр + 𝑀𝑤б + 𝑀𝑤с (16) 459,1 + 49,05 − 122,62 + 217,78 + 180,5 = 8,71 > 1,4 0,81 + 1,8 + 2,03 + 54 + 31,34 По коэффициенту устойчивости можно сделать вывод, что при удельной ветровой нагрузке ураганного ветра равной 450 Н/м2 кран устойчив и дополнительных мероприятий по обеспечению собственной устойчивости не требуется. 3. Выбор каната грузоподъемного механизма Схема механизма подъема груза, соответствующая заданию, приведена на рисунке 5. Рис 5. Схема механизма подъема груза КП 32.35.00.000 ПЗ Из Лис № докум Под- Дат Лис т 18 КПД полиспаста с обводными блоками рассчитывают по формуле: (1 − 𝜂𝑚 ) ∙ 𝑛 𝜂кс = , (1 − 𝜂) ∙ 𝑚 (17) где 𝜂кс = 0,95 – коэффициент полезного действия отдельного блока полиспаста или обводного блока; 𝑚 = 3 – кратность грузового полиспаста; 𝑛 = 1 – количество обводных блоков. (1 − 0,953 ) ∙ 1 𝜂кс = = 0,95 (1 − 0,95) ∙ 3 Натяжение каната определяется из формулы: 𝑃𝑘 = (𝐺гр + 𝐺кан ) , 𝑎 ∙ 𝑚 ∙ 𝜂кс (18) где 𝐺гр = 178 кН – вес груза (принимается максимальный); 𝐺кан = 1,962 кН – вес каната (принимается для расчета); 𝑎 = 1 – число полиспастов. 𝑃𝑘 = (178 + 1,962) = 63,14 кН 1 ∙ 3 ∙ 0,95 Находим разрывное усилие по формуле: 𝑃𝑝 = 𝑃𝑘 ∙ 𝐾зп , (19) где 𝐾зп = 6 – коэффициент запаса прочности. 𝑃𝑝 = 63,14 ∙ 6 = 378,84 кН В соответствии с ГОСТ 2688-80 при таковом значении разрывного усилия применим канат типа ЛК-Р диаметром 30,5 мм с разрывным усилием не менее 415,5 кН [17]. В соответствии с рассчитанной грузоподъемностью в данном разделе рассчитан и выбран канат грузоподъемного механизма крана. Полная маркировка каната будет следующая: 30-Г-В-Н-1370 ГОСТ 2688-80 (диаметр 30,0 мм, грузовой, марки В, из проволоки без покрытия, правой крестовой свивки, нераскручивающийся, нормальной точности изготовления, нерихтованный, маркировочной группы 1370 Н/мм2. КП 32.35.00.000 ПЗ Из Лис № докум Под- Дат Лис т 19 Вывод: в данном разделе выбраны основные характеристики каната грузоподъемного механизма крана. В соответствии с рассчитанной нагрузкой выбран канат с маркировкой 30-Г-В-Н-1370 ГОСТ 2688-80. 4. Выбор двигателя грузоподъемного механизма крана Определяем максимальную скорость навивки каната на барабан лебедки по формуле: 𝑉𝑘 = 𝑉𝑛 ∙ 𝑚, (20) где 𝑉𝑛 = 0,27 м⁄с – максимальная скорость подъема груза; 𝑚 = 3 – кратность полиспаста. 𝑉𝑘 = 0,27 ∙ 3 = 0,81 м⁄с Статическая мощность двигателя определяется из выражения: 𝑁= 𝑃𝑘 ∙ 𝑉𝑘 , 𝜂леб (21) где 𝑃𝑘 – тяговое усилие в канате; 𝑉𝑘 - скорость навивки каната на барабан лебедки; 𝜂леб = 0,85 – КПД лебедки. 𝑁= 63,14 ∙ 0,81 = 60,17 кВт 0,85 В соответствии сортаментом двигателей серии МТН для данной расчетной мощности подходит электродвигатель МТН280S6 (50 Гц 220/380 В) с номинальной мощностью на валу для тяжелого режима работы 75 кВт и частотой вращение 955 об/мин [18]. В данном разделе рассчитаны основные характеристики электродвигателя лебедки грузоподъемного механизма крана. В соответствии с рассчитанной нагрузкой выбран двигатель МТН280S6. КП 32.35.00.000 ПЗ Из Лис № докум Под- Дат Лис т 20 5. Мероприятия по технике безопасности Эксплуатация башенного крана возможна исключительно при соблюдении требований техники безопасности. Требования техники безопасности предъявляются к машине, оператору, рабочей среде и окружающей среде [19]. Техника безопасности по отношению к башенному крану. Технические характеристики башенного крана должны соответствовать заявляемым характеристикам завода - изготовителя. При эксплуатации крана не должны нарушаться требования, изложенные в его паспорте и руководстве по эксплуатации. Руководитель организации обязан обеспечить постоянное содержание кранов в исправном состоянии путем организации надлежащего обслуживания и надзора. При установке кранов следует руководствоваться требованиями ГОСТ 34463.1. Краны должны оборудоваться приборами и устройствами безопасности, включающими: ограничитель грузоподъемности; ограничитель рабочих движений; указатель грузоподъемности и наклона стрелового крана; устройство от запрокидывания стрелы и гуська; ограничитель изменения вылета стрелы; звуковая сигнализация: анемометр, включающий сирену при силе ветра больше паспортного; автоматическое сигнальное устройство опасного напряжения (АСОН); габаритные огни; стоп- сигнал [20]. Башенные краны устанавливаются на подкрановых путях, состоящих из верхнего и нижнего строений. В верхнее строение путей входят: балластный слой, шпалы, рельсы, костыли, прокладки и накладки. В нижнее строение вхо- КП 32.35.00.000 ПЗ Из Лис № докум Под- Дат Лис т 21 дят земляное полотно и искусственные сооружения, обеспечивающие водоотвод от путей. Исправность состояния путей необходимо проверять ежедневно перед каждой рабочей сменой. Рельсовые пути электрических грузоподъемных кранов и другие металлические части машин должны иметь защитное заземление. Опасная зона работы крана должна быть ограждена и обозначена на соответствующем расстоянии. Пространство между рельсами запрещается использовать для складирования, а также для прохода между участками строительства. Территория вокруг путей должна быть ограждена для предотвращения доступа посторонних лиц. Во избежание возможного падения поднимаемых и перемещаемых грузов необходимо использовать исправные грузозахватные приспособления, испытанные нагрузкой в 1,25 раза превышающей их номинальную грузоподъемность. Каждое грузозахватное приспособление (траверса, стропы, захваты и т.д.) должно иметь клеймо или прочно приклеенную металлическую бирку с указанием номера, грузоподъемности и даты испытания [21]. Уровень шума и вибраций в кабине крановщика не должны превышать допустимых значений, установленных действующим законодательством. Техника безопасности по отношению к машинисту (оператору). Прежде чем приступить к работе, крановщик должен ознакомиться с проектом производства работ, произвести приемку крана и убедиться в исправности всех механизмов, металлоконструкций, узлов и других частей крана, а также кранового пути. После осмотра крана перед пуском его в работу крановщик обязан опробовать вхолостую все механизмы крана и проверить при этом исправность действия: 1) механизмов крана и электрической аппаратуры; 2) тормозов; 3) приборов и устройств безопасности, имеющихся на кране 4) нулевой блокировки магнитных контроллеров; КП 32.35.00.000 ПЗ Из Лис № докум Под- Дат Лис т 22 5) радиопереговорной связи. Крановщик должен убедиться в достаточной освещенности рабочей площадки в зоне действия крана. При недостаточном освещении, сильном снегопаде или тумане крановщик, не приступая к работе, должен сообщить об этом лицу, ответственному за безопасное производство работ кранами [22]. При работе грузоподъемного крана крановщик должен руководствоваться требованиями и указаниями, изложенными в руководстве по эксплуатации крана, производственной инструкцией, а также проектом производства работ или технологическими картами. Во время работы механизмов крана крановщик не должен отвлекаться от своих прямых обязанностей, а также производить чистку, смазку и ремонт механизмов. Крановщик не должен допускать посторонних лиц на кран, а также передавать кому бы то ни было управление краном без разрешения инженерно-технического работника, ответственного за содержание грузоподъемных машин в исправном состоянии. Подниматься на кран и сходить с него во время работы механизмов передвижения, поворота и подъема не разрешается. Прежде чем осуществлять какое-либо движение краном, крановщик обязан убедиться в том, что в зане работы крана нет посторонних людей. Крановщик может производить совмещение движений (операций) краном только в соответствии с указаниями, содержащимися в руководстве по эксплуатации крана. Крановщику запрещается выводить из действия приборы безопасности (заклинивать контакторы, отключать ограничители высоты подъема и грузоподъемности, электрическую защиту и т.п.), а также производить работу краном при их неисправности. Также крановщик должен: содержать механизмы и оборудование крана в чистоте и исправности; своевременно производить смазку всех механизмов КП 32.35.00.000 ПЗ Из Лис № докум Под- Дат Лис т 23 крана и канатов; хранить смазочный и обтирочный материал в закрытой металлической таре, удалять с крана использованный обтирочный материал; не оставлять на кране инструменты, спецодежду и другие предметы; содержать кабину крана (рабочее место) в чистоте [23]. Если при обслуживании крана выявлены неисправности, крановщик должен подать заявку на их устранение инженерно-техническому работнику, ответственному за содержание грузоподъемных машин в исправном состоянии. Техника безопасности по отношению к рабочей среде. Работать краном следует только по сигналу стропальщика. Если стропальщик подает сигнал, действуя вопреки инструкции, то крановщик по такому сигналу не должен производить требуемого маневра. Необходимо определять по указателю грузоподъемность крана для каждого вылета. Перед подъемом груза следует предупредить стропальщика и всех находящихся около крана лиц о необходимости их ухода из зоны перемещения груза, зоны возможного падения груза и опускания стрелы. Перемещение груза можно производить только при отсутствии людей в зоне работы крана.Устанавливать крюк подъемного механизма над грузом следует так, чтобы при подъеме груза исключалось косое натяжение грузового каната [24]. При подъеме груза необходимо предварительно поднять его на высоту не более 200—500 мм, чтобы убедиться в правильности строповки, устойчивости крана и исправности действия тормозов, после чего производить подъем груза на нужную высоту. Перемещение мелкоштучных грузов должно производиться в специально предназначенной для этого таре; при этом должна исключаться возможность выпадения отдельных грузов. Необходимо внимательно следить за канатами и в случае спадания их с барабанов или блоков, образования петель или при обнаружении повреждений каната временно прекратить работу крана. КП 32.35.00.000 ПЗ Из Лис № докум Под- Дат Лис т 24 Строповка грузов должна производиться в соответствии со схемами строповки. Для строповки должны применяться стропы, соответствующие массе и характеру поднимаемого груза. Опускать перемещаемый груз разрешается только на предусмотренное проектом производства работ или технологической картой место, где исключается возможность падения, опрокидывания или сползания устанавливаемого груза. Крановщику запрещается включать механизмы крана, когда на поворотной части его или у механизмов находятся люди. Техника безопасности по отношению к окружающей среде: Температура окружающей среды, а также относительная влажность воздуха при работе крана должна соответствовать предписаниям руководства по эксплуатации завода – изготовителя. Скорость ветра для рабочего состояния крана также должна соот- ветствовать требованиям безопасности завода – изготовителя. Скорость ветра измеряется в самой высокой точке крана. Работа с краном, монтаж или демонтаж крана запрещены при превышении соответствующей скорости ветра. В пожароопасных и взрывоопасных условиях работа крана запре- щена. При необходимости работать в вышеуказанных условиях пользователь должен предоставить заявку, чтобы был разработан кран для данных условий работы. Разрешается использовать краны в районах с сейсмичностью, не превышающей допустимую. Уровень сейсмичности, ограничивающий использование башенных кранов в конкретных районах, исходя из расчетов устанавливает завод-изготовитель. Башенные краны должны быть эффективно заземлены, то есть об- ладать хорошей молниезащитой. КП 32.35.00.000 ПЗ Из Лис № докум Под- Дат Лис т 25 Заключение При выполнении проектной работы была изучена литература по башенным кранам, рассмотрено устройство данного вида строительной техники, принцип работы, а также технология производства работ и мероприятия по технике безопасности. Руководствуясь условием устойчивости против опрокидывания, был произведен расчет башенного крана на грузовую и собственную устойчивость, а также построена грузовая характеристика. График грузовой устойчивости показывает, что максимальная грузоподъемность башенного крана составляет 𝑄𝑚𝑎𝑥 = 18,08 т при угле подъема стрелы 𝛼 = 60⁰ и вылете 𝐿 = 11,7 м. Грузоподъемность при максимальном вылете стрелы 𝐿 = 20,4 м и угле подъема 𝛼 = 10⁰ составила 𝑄 = 8,76 т. Расчет собственной устойчивости башенного крана при максимальном угле подъема стрелы 𝛼 = 60⁰ и встречном ураганном ветре с нагрузкой W=450 Н/м2 показал, что в таких погодных условиях кран устойчив. Это подтверждает выполнение условия устойчивости по коэффициенту 𝐾𝑦 = 8,71 > 1,4. По максимальной грузоподъемности и исходя из условия прочности был подобран грузоподъемный канат марки: 30-Г-В-Н1370 ГОСТ 2688-80. Также по максимальной скорости подъема груза и тяговом усилии в грузоподъемном канате был выбран двигатель грузоподъемного механизма МТН280S6. По основным найденным характеристикам таким как: грузоподъемность, вылет стрелы и высота подъема, подбираем кран из каталога [25]. Выбираем башенный кран КБ-605 (04 исполнение). В таблице 1 представлено сравнение основных характеристик. Таблица 1. Технические характеристики башенных кранов Характеристики Расчетный кран КБ-605 (04) Максимальная, т 18,08 20 При макс. вылете, т 8,76 16 Вылет стрелы, м 20,4 25 Высота подъема, м 33 67 Грузоподъемность: КП 32.35.00.000 ПЗ Из Лис № докум Под- Дат Лис т 26 Список использованной литературы 1. Абрамович И.И., В.Н. Березин, А.Г. Яуре. Грузоподъемные краны промышленных предприятий: Справочник. М.: Машиностроение, 1989. – 360 с. 2. Александров М.П. Подъемно-транспортные машины: Учеб. для ма- шиностр. спец. вузов. – 6-е изд. перераб. – М.: Высш. шк., 1985. –520 с., ил. 3. Баловнев В. И., А. Б. Ермилов, А. Н. Новиков и др. Дорожно-строи- тельные машины и комплексы: Учебник для вузов по дисциплине «Дорожные машины» для специальностей 170900, 230100, 150600 / Под общ. ред. В.И. Баловнева. – 2-е изд. М.: Машиностроение. 1988. - 384 с. 4. Башенный кран: назначение, классификация, технические характе- ристики. URL:https://sterbrust.tech/spravochnik/gruzopodemnoeoborudo- vanie/bashennyjjkran.html#Устройство_башенного_крана_и_принцип _его_работы 5. Волков С.А., С.А. Евтюков Строительные машины: Учебник для строит. вузов /Изд. Переработано и дополнено/ – СПб.: ООО «Изд-во ДНК»,2012. – 597 с. 6. ГОСТ 34463.3-2019 Краны грузоподъемные. Безопасная эксплуата- ция. Часть 3. Краны башенные. 7. Добронравов С. С., В. Г. Дронов Строительные машины и основы автоматизации. М., Высшая школа, 2001 г. – 575 с. 8. Доценко И.А.. Строительные машины и основы автоматизации. М.: Высшая школа. 1995 г. 397 с. 9. Инструкция по охране труда для машиниста башенного крана. URL: https://ohranatruda.ru/ot_biblio/instructions/165/151314/ 10. Каржавин В.В. Краны машиностроительных предприятий: учеб. по- собие /В.В. Каржавин, С.Ф. Каменских. Екатеринбург: Изд-во ГОУ ВПО «Рос. гос. проф.-пед. ун-т», 2008. 88 с. 11. Коган И.Я. Строительные башенные краны. Конструкция и расчет. 306 c. КП 32.35.00.000 ПЗ Из Лис № докум Под- Дат Лис т 27 12. Крановые электродвигатели. URL: https://megavattspb.ru/kra- noviy_dvigatel_mth400s8.html#har 13. Шубочкин М.Ф. и др. Каталог башенных, рельсовых, стрело-вых, стреловых самоходных кранов. М.: Главмосстрой. 1985. 242 с. 14. Невзоров Л.Л., Гудков Ю. И., Полосин М.Д. Устройство и эксплуа- тация грузоподъемных кранов: Учебник для нач. проф. образования. — 2-е изд., стер. — М.: Издательский центр «Академия», 2004. 15. Невзоров Л.А., Полосин М.Д. Краны башенные и автомобильные. – М.: Академия, 2005. – 416 с. 16. Пайер Г., М. Шеффлер, X. Кильхорн и др. Грузоподъемные краны. Пер. с нем. Кн. 1. М.: Машиностроение. 1981. 216 с. 17. ПБ 10-382-00 Правила устройства и безопасной эксплуатации гру- зоподъемных кранов. 18. Полосин М.Д. Устройство и эксплуатация подъемно-транспорных и строительных машин: Учеб, для нач. проф. образования: Учеб, пособие для сред. проф. образования. — М.: ПрофОбрИздат, 2001. 400 с. 19. РД 10-34-93. Типовая инструкция для лиц, ответственных за без- опасное производство работ кранами. 20. Справочник по кранам: В 2-х т. / Под общ. ред. проф. М. М. Го- хберга. – Л.: Машиностроение, 1988. Т. 1 – 536 с., Т. 2 – 559 с. 21. Соколов Г. К. Выбор кранов и технических средств для монтажа строительных конструкций: Учеб. пособие /Моск. гос. строит, ун-т. М.: МГСУ, 2002. – 180 с. 22. Таубер Б. А. Подъемно-транспортные машины. 4-е изд. М.: Лесн. Пром-сть, 1980. 456 с. 23. Томилин И.П., Новиков Г.И. Краны типа ЕДК. Устройство и экс- плуатация: Учеб. пособие для тех. школ. М.: УМК МПС России, 2000. – 157 с. 24. Чернышев Н.И., Романюха В.А. Справочник молодого машиниста башенных кранов. 1966. 258 с. С илл.; 3л. илл. 25. Общий каталог башенных кранов. URL: https://msg-crane.ru/bk КП 32.35.00.000 ПЗ Из Лис № докум Под- Дат Лис т 28
