Модернизация крана-манипулятора для перегрузки песчано-гравийной смеси

Модернизация крана-манипулятора для перегрузки песчано-гравийной смеси

Введение

Целью разработки является создание и освоение производства крана-манипулятора грузоподъёмностью Q=16 тонн на вылете L=25 метр и Q=10 тонн на вылете L=32 мера для перегрузки песчано-гравийной смеси и для перегрузки штучных грузов. Кран КММ 10/32 разработан для портов, позволяющих повысить коэффициент использования портовой техники за счёт её мобильного перемещения на грузовых участках портов и использования на внепортовых погрузочно-разгрузочных работах и строительно-монтажных работах, в том числе в межнавигационный период.

В составе дипломного проекта также разработаны автоматический универсальный захват для двух типоразмеров крупнотоннажных контейнеров (20 футов), траверс с гидравлическим приводом для перегрузки песчано-гравийной смеси и поворотная грузовая подвеска для захвата крупнотоннажных контейнеров.

На поворотную грузовую подвеску при необходимости могут навешиваться гидравлическая таль, с целью осуществления вертикального подъёма при монтажных операциях на любых вылетах, и другие грузозахватные устройства для перегрузки различных грузов. Перечень грузозахватных устройств может быть расширен при освоении производства кранов-манипуляторов с учётом требований потребителей.

Основной задачей дипломного проекта является расчет металлоконструкции крана с целью облегчить собственный вес крана и сделать его более пригодным для транспортировки до места использования.

1. Назначение и область применения

Основным назначением крана-манипулятора является выполнение погрузочно-разгрузочных работ в речных и. морских портах и других предприятиях, связанных с грузовой обработкой судов, вагонов и автотранспорта с различными грузами, а также выполнение складских операций с крупнотоннажными контейнерами, навалочными и тарно-штучными грузами на открытых складах и контейнерных терминалах портов и других предприятий.

Кран-манипулятор может быть также применен на строительных объектах при выполнении строительно-монтажных работ и на судоремонтных заводах.

Кран-манипулятор может устанавливаться на специальном понтоне и использоваться в навигации как плавучий кран на погрузочно-разгрузочных работах и на подводной добыче песчано-гравийных материалов, а также на гидротехнических работах.

По условиям воздействия климатических факторов внешней среды разработанный кран-манипулятор имеет исполнение «У» по ГОСТ 15150-69 и может, применяться в районах с умеренным климатом при температуре от + 40 град. С до - 40.

2. Обоснование параметров крана - манипулятора

Особенностями принципиальных требований, которые определили принятие конструктивных решений по крану-манипулятору, явились:

необходимость обеспечить его мобильность путем складывания крана в транспортное положение с габаритом по высоте до 4,8 м и самомонтирование при приведении крана в рабочее положение;

обеспечение самоходности, а также возможности буксировки крана по автодорогам с твердым покрытием;

использование для подъема груза принципа манипулятора без канатной системы подвески;

применение для механизмов крана-манипулятора гидроприводов, обеспечивающих плавность работы механизмов при их пуске и торможении и минимальные динамические нагрузки.

Основными составными частями крана-манипулятора являются:

самоходный портал;

верхнее поворотное строение (со стреловым устройством);

гидравлическая часть;

электротехническая часть;

захватные устройства.

2.1 Портал самоходный

Портал самоходный состоит из:

Ферма опорная - 2 ед.

Ригель (в сборе с гидродомкратом) - 1 ед.

Опора выносная - 4 ед.

Тележка пневмоколесная приводная

управляемая ведущая - 4 ед.

Тележка пневмоколесная холостая

ось поддерживающая - 2 ед.

Гидроцилиндр - 4 ед.

Гидроцилиндр поворота выносных опор - 4 ед.

Машинное отделение - 2 ед.

Кабельный барабан - 1 ед.

Стяжка - 2 ед.

Ограждения, лестницы, площадки обслуживания - 1 комплект.

2.1.1 Опорная ферма

Опорная ферма состоит из двух сварных листовых опор коробчатого сечения, соединенных между собой с помощью болтовых соединений раскосами. Опоры ферм своими верхними концами шарнирно соединяются с ригелем, который является я верхним замыкающим звеном портала.

Своими нижними концами опорные фермы шарнирно опираются на четыре балансирные приводные пневмоколесные тележки, образуя портал, пролет которого в рабочем положении крана обеспечивает пропуск между опорных ферм двух железнодорожных путей.

Фиксация опорных ферм и неизменяемость геометрии портала в рабочем положении крана обеспечивается четырьмя стягивающими гидроцилиндрами и двумя шарнирно соединяемыми стяжками.

Проушина опорной вставки фермы, к которой шарнирно крепится приводная тележка, имеет возможность поворачиваться вместе с тележкой и фиксироваться для установки на необходимое направление движения портала через каждые 30 град. поворота.

2.1.2 Ригель портала

Ригель портала сварной листовой конструкции, шарнирно опираясь на опоры ферм и на стягивающие гидроцилиндры, образует горизонтальную площадку, на которой приварено опорное кольцо с фланцем для установки на него опорно-поворотного устройства и верхнего поворотного строения крана.

К двум боковым противоположным балкам ригеля снизу приварены проушины для шарнирного крепления стягивающих гидроцилиндров, а по наружным сторонам этих балок - прямоугольные фланцы для крепления к ним холостых пневмоколесных тележек. В центре ригеля его балки и ребра жесткости привариваются к вертикальной трубе, которая образует сквозное отверстие по вертикальной оси ригеля. Нижний выступающий торец трубы заканчивается фланцем, к которому крепится фланец телескопического гидроцилиндра, который проходит через указанное отверстие в ригеле, соответствующее отверстие в поворотной платформе и размещается между опор шарниров качания стрелы.

Телескопический гидроцилиндр предназначен для начального подъема портала из транспортного в рабочее положение до высоты 4,55 м. или для опускания портала с этой высоты в обратном направлении.

Основные параметры гидроцилиндра:

Тип - телескопический с двумя ступенями подъема, двухстороннего действия;

Ход телескопа общий, мм - 4550

Ход телескопа одной ступени, мм - 2750

Внутренний диаметр цилиндра

первой ступени, мм - 400

Внутренний диаметр цилиндра

второй ступени, мм - 330

Диаметр штока цилиндра

второй ступени, мм - 200

Скорость хода телескопа, м/мин - 1,0

Расчетное давление масла во всех гидроцилиндрах портала принято равным 160 кг/см².

2.1.3 Выносная опора

Выносная опора представляет собой сварную листовую балку коробчатого сечения, на которой установлены гидравлический домкрат с опорной плитой и сдвоенные опорные колеса с гидроподвеской.

Балка выносной опоры одним концом крепится с помощью вертикальной оси к опоре фермы портала, а ее поворот в горизонтальной плоскости и фиксация в заданном положении осуществляется с помощью гидроцилиндра.

При выполнении краном грузовых операций он опирается на все четыре гидродомкрата и разгружает пневмоколеса ходовых тележек. Вертикальность оси вращения крана обеспечивается с помощью указанных гидродомкратов и следящей системы.

Опорные колеса включаются в работу во время передвижения крана в рабочем положении без груза и с грузом на минимальном вылете, обеспечивают устойчивость крана и уменьшение нагрузки на пневмоколеса ходовых тележек.

Каждая колесная опора представляет собой два колеса с обрезиненными ободами, установленные на балансирной балке, которая дает возможность качания колес при неровностях поверхности территории. Осью качания служит, ось штока гидроцилиндра гидравлической Подвески колеса, установленная в отверстиях проушин балансирной балки.

Опорные колеса с помощью гидроцилиндра могут подниматься от поверхности территории и опускаться до соприкосновения с ней, а также поворачиваться относительно вертикальной оси вместе со штоком гидроцилиндра и фиксироваться в заданном положении в зависимости от направления движения крана (через каждые 30 град.).

Направление движения крана на причале вдоль подкранового рельса контролируется специальными двухребордными подпружиненными катками, установленными на балансирной балке каждой пары опорных колес.

При подготовке крана для перевода в транспортное положение опорные плиты домкратов и опорные колеса поднимаются, и выносные опоры с помощью гидроцилиндров поворачиваются на 90 град. После укладки портала в транспортное положение выносные споры оказываются поднятыми.

Таблица 2.1 - основные параметры гидроцилиндров выносной опоры

2.1.4 Тележка пневмоколесная приводная (управляемая ведущая)

Приводная тележка представляет собой балансирную балку сварной листовой конструкции, опирающуюся, на две пары приводных колес. Каждое колесо приводной тележки имеет планетарный редуктор, а вращение каждой пары колес производится от одного гидромотора. Кроме того, каждая пара приводных колес имеет свой привод поворота относительно вертикальной оси, установленный на металлоконструкции балансирной балки.

2.1.5 Тележка пневмоколесная холостая

Холостая тележка состоит из основной балансирной балки сварной конструкции, опирающейся на две пары неприводных пневмоколес. Колеса каждой пары, в свою очередь, также соединены между собой балансиром для обеспечения возможности качания колес в поперечном направлении.

Холостая тележка имеет гидроподвеску и крепится болтовым соединением к ригелю портала. При длительных перерывах между переездами крана на новые объекты эксплуатации холостые тележки могут быть сняты и устанавливаться вновь при приведении крана в транспортное положение.

2.1.6 Стягивающие гидроцилиндры

Стягивающие гидроцилиндры предназначены для подъема портала из транспортного положения в рабочее и его опускания в обратном направлении. При передвижении портала в транспортном положении стягивающие гидроцилиндры выполняют роль гидроподвесок приводных пневмоколесных тележек.

Гидроцилиндры смонтированы попарно в плоскостях пролета портала по колее, шарнирно соединяясь с ригелем и противоположно расположенными опорами ферм портала.

Подъем и опускание портала осуществляется за счет стягивающих усилий на штоках гидроцилиндров.

Синхронность работы гидроцилиндров, исключающую возможный перекос (наклон) горизонтальной плоскости ригеля, обеспечивает специальный прибор, который в случае наклона ригеля до предельно допустимого угла (не более 1 град.) дает сигнал на восстановление горизонтальности ригеля за счет изменения давления рабочей жидкости в гидроцилиндрах и, соответственно, скорости хода их поршней.

Стягивающие гидроцилиндры снабжены предохранительными клапанами. Включение их в работу, как гидроподвесок, происходит в процессе передвижения крана в транспортном положении при поступлении сигнала об уменьшении вертикальной догрузки на колеса приводных пневмоколесных тележек.

Ниже приводятся основные параметры стягивающего гидроцилиндра.

Тип - одноступенчатый

Ход поршня, мм - 1350.

Внутренний диаметр цилиндра, мм - 400

Диаметр штока, мм - 150

Скорость хода поршня, м/мин - 0,14.

2.1.7 Гидроцилиндры поворота выносных опор

Гидроцилиндры поворота выносных опор предназначены для поворота выносных опор, шарнирно крепятся к проушинам нижней балки опорной фермы и металлоконструкции выносной опоры. Гидроцилиндры включаются в работу при подготовке портала к его опусканию в транспортное положение или после подъема портала при подготовке крана к работе.

Принятые ход штока и расположение цилиндра на портале обеспечивают поворот выносной опоры на 90 град, и ее фиксацию в заданном положении.

Основные параметры гидроцилиндра:

Тип - одноступенчатый, двухстороннего действия.

Ход поршня, мм - 700

Внутренний диаметр цилиндра, мм - 80

Диаметр штока, мм - 40

Скорость хода поршня, м/с - 0,06

2.1.8 Машинное отделение

Машинное отделение предназначено для размещения гидростанций, обеспечивающих подачу рабочей жидкости для работы гидромоторов и гидроцилиндров, расположенных на портале, а также для размещения гидро- и электроаппаратуры.

Каждое из помещений машинного отделения представляет собой каркас, сваренный да профильного проката, обшитого стальным листом. Одна из стенок отделения имеет раздвижные панели для обеспечения обслуживания оборудования и его охлаждения в жаркую погоду.

В связи с изменением углов наклона опорных ферм портала при переводе его из рабочего положения в транспортное, вертикальность расположения кабины машинного отделения обеспечивается наличием двух шарнирных опор, на которых подвешена кабина. После того, как порталом принято рабочее или транспортное положение, кабина фиксируется жесткими элементами, предотвращающими возможность ее качания на шарнирах.

2.1.9 Кабельный барабан

Кабельный барабан установлен на стене машинного помещения и рассчитан на намотку 50 м кабеля, что обеспечивает перемещение крана по длине трюма судна. Вращение барабана при наматывании кабеля осуществляется от собственного привода, а сматывание кабеля - под действием натяжения последнего при отключенном приводе.

При передвижении крана в транспортном положении самоходом электропитание крана осуществляется по этому же кабелю, подключенному к передвижной буксируемой электростанции, сопровождающей кран при его перемещении на другой объект работы.

2.1.10 Стяжка портала

Стяжка портала установлена выше железнодорожного габарита и предназначена для страховки фиксации портала в рабочем положении по его колее в случае аварийного отказа замков гидросистемы стягивающих портал гидроцилиндров и для увеличения жесткости портала. В середине пролета стяжка имеет разъемное соединение, разъем которого производится перед укладкой портала в транспортное положение. Ограждения, лестницы и площадки обслуживания выполнены с учетом обеспечения возможности подъема крановщика в кабину управления краном и профилактического обслуживания его узлов.

Участок вертикальной лестницы, соединяющий верхнюю площадку портала и поворотную платформу, предусмотрен подъемно-опускающимся и не препятствует вращению последней.

2.2 Верхнее поворотное строение

Верхнее строение является частью крана-манипулятора, предназначено для выполнения крановых операций с грузом.

Поворотная платформа устанавливается на опорно-поворотный круг, который крепится к порталу и вращается с помощью установленного на ней механизма поворота за счет зацепления его выходной шестерни с зубчатым венцом опорно-поворотного круга. В центральной части платформы расположены четыре стойки, к которым шарнирно крепится стрела. Между внутренних стоек расположен центральный гидроцилиндр портала. В передней части платформы, слева, консольно расположена кабина управления, выдвигаемая гидроцилиндром вперед для обеспечения обзорности в рабочем положении. Сзади на платформе с двух сторон, по бокам, расположены два машинных отделения, в которых располагаются насосные станции с баками для рабочей жидкости и охладителями, гидро и электрооборудование, необходимое для приведения в действие механизмов верхнего строения, подачи питания на грузозахватный орган. Там же размешается аппаратура системы защиты крана. В центральной части поворотной платформы над гидроцилиндром портала расположен токосъемник, обеспечивающий передачу электроэнергии с портала на верхнее строение. В передней части поворотной платформы, внизу, расположены проушины гидроцилиндров четырехзвенного механизма движения стрелы. Стреловое оборудование крана представляет собой двухзвенную шарнирную конструкцию из коробчатых элементов. Стрела, как и гусек (хобот), является телескопическим узлам и телескопируется своим гидроцилиндром, расположенным внутри конструкции. Стрела в месте крепления к поворотной платформе имеет двухбалочную конструкцию, каждая балка которой шарнирно опирается на две стойки. В хвостовой части стрелы установлен подвижный противовес, момент от которого назад увеличивается в рабочем состоянии по сравнению с транспортным. Гусек перемещается относительно стрелы шестизвенным механизмом движения гуська с помощью двух гидроцилиндров. Телескопирование стрелы выполняется установочно без груза, телескопирование гуська возможно с грузом при положении гуська, близком к вертикальному. Перемещение противовеса производится в установочном режиме. На конце гуська расположен шарнир, к которому крепится грузозахватный орган.

Поворотное строение установлено на опору роликовую с тремя рядами роликов и внутренним зубчатым зацеплением. Опора предназначена для восприятия момента до 800 тм при вертикальной нагрузке 150 т, что практически совпадает с расчетными значениями для опоры при противовесе 50 т.

Для поворота применены два механизма поворота, расположенные на одном диаметре. Такая конструкция применяется на тяжелых кранах, поскольку позволяет создавать более компактные конструкции, снижать удельное давления в зубчатом зацеплении открытой пары и суммарную радиальную нагрузку на крепления опоры.

Поворотная платформа представляет кольцевую коробчатую раму, конструкция которой обеспечивает жесткость, необходимую для создания благоприятных условий работы опоры. Стойки имеют коробчатую конструкцию и для облегчения их стенки имеют отверстия.

Кабина управления расположена на консоли, закрепленной на кольце поворотной платформы и выдвигаемой с помощью гидроцилиндра. В кабине должны располагаться аппараты ручного управления крановыми механизмами, механизмами передвижения крана и установки аутригеров.

Стрела представляет собой сварную из листов телескопическую конструкцию. Внутренняя (телескопируемая) секция и наружная секция до ее хвостовой части имеет коробчатое прямоугольное сечение. Внутренняя секция опирается на бронзовые скользуны, установленные на наружной секции. В головной части телескопириемой секции имеется отверстие для крепления гуська (хобота) и тяги механизма движения гуська. Хвостовая часть стрелы представляет собой две телескопические балки. К концам телескопируемых балок прикреплен противовес. Масса противовеса выбрана из условия уравновешивания стрелового оборудования относительно опорного шарнира стрелы при полностью выдвинутых стреле, гуське и противовесе и высоте шарнира гуська 2:5 м.

Гусек, как и стрела, является сварной листовой телескопической конструкцией с прямоугольным коробчатым профилем обеих секций, с той же системой телескопирования. В корневой части наружной секции гуська имеются отверстия крепления к стреле и отверстия крепления тяги механизма движения гуська. На головке телескопируемой секции расположен шарнир, к которому крепится грузозахватный орган.

Для движения гуська применен оптимальный по равномерности углового перемещения ведомого звена шестизвенный рычажный механизм с двумя гидроцилиндрами, обеспечивающий по сравнению с другими конструкциями меньшую динамику вблизи крайних положений.

Все листовые несущие конструкции выполнены из отечественной стали 10ХСНД-12, хорошо зарекомендовавшей себя при работе на многоцикловые знакопеременные нагрузки при положительных и отрицательных температурах окружающей среды. Эта сталь разрешена РД 22-16-96 для изготовления грузоподъёмных кранов.

2.3 Гидравлическая часть

Действие всех механизмов крана-манипулятора осуществляется с помощью гидравлических приводов.

В дипломном проекте разработаны раздельно гидравлические схемы для механизмов верхнего поворотного строения и для механизмов портала.

2.3.1 Механизм портала

Для механизма портала в транспортном положении крана питание половины гидроприводов ходовых тележек осуществляется от двух гидростанций портала, мощность электродвигателя каждой из которых составляет 55 кВт, а вторая половина гидроприводов питается от гидростанции механизмов поворота с мощностью электродвигателя 110 кВт. В рабочем положении крана для его передвижения достаточно двух гидростанций портала, а гидростанция механизмов поворота крана используется по назначению.

Подача рабочей жидкости для всех гидроцилиндров портала от насосов, установленных на свободных концах валов электродвигателей гидростанций механизмов передвижения.

Схема гидрокинематическая принципиальная механизмов передвижения представлена на чертеже к данному разделу. На этой схеме показаны 8 регулируемых аксиально-поршневых гидромоторов, обозначенных М1…М8. Каждый из них через непостоянно-замкнутую фрикционную муфту (включается принудительно) приводит во вращения через бортовые сдвоенные планетарные редукторы с передаточным числом ip=50 два опорных и одновременно тяговых колеса одной оси тележки. На быстроходном валу оси установлен дисковый тормоз постоянно-замкнутого типа, жестко соединенный (через бортовые редукторы) с колесами. Гидромоторы М1 и М2 приводятся во вращение от регулируемого, реверсивного и обратимого аксиально-плунжерного насоса Н1 типа НП90 с максимальным рабочим объемом ±89 см³ /об. Он приводится в действие электродвигателем Э1 типа 4АН200L4У3. Насос питается из компенсационного гидробака. На линии всасывания насоса подпитки установлен бумажный фильтр Ф1 с тонкостью фильтрации 10 мкм. Нагретые утечки из гидромашины охлаждаются в теплообменнике Т1 электровентилятором. Предельное давление в гидросистеме трансмиссии ограничивается предохранительными клапанами КП1 и КП2. Ввиду того, что они непрямого действия (с пилотным клапаном), их можно принудительно открывать (с помощью электромагнитного золотника) и шунтировать гидросистему. Аналогичным образом приводятся во вращения гидромоторы МЗ и М4 с помощью насоса Н2, вращаемого электродвигателем Э2. Они имеют те же вспомогательные системы Б2, Ф2, Т2, КП3, КП4. При перемещении крана-манипулятора в рабочем положении работают только насосы Н1 и Н2 с параллельным приводом гидромоторов М1, М2, МЗ, М4. Гидромоторы М5…М8 не работают, их соединительные фрикционные муфты отключены.

При перемещении крана-манипулятора в транспортном положении дополнительно к указанным насосам подключается насос НА5 типа А4VSG500ЕО с максимальным рабочим объемом ±. 500 см³/об, приводимый электродвигателем ЭЗ (типа А315S6УЗ). Одновременно приводится насос НА6 типа 3102.56 питания гидроцилиндров стрелы, работающий при перемещении крана-манипулятора вхолостую. Насос НА5. имеет свой отдельный гидробак Б, из которого забирает рабочую жидкость через фильтр ФЗ насос подпитки. Слив дренажа из гидромашин НА5, М5…М8 - через теплообменник ТЗ. Предельное давление в данной гидросистеме ограничивается предохранительными клапанами КП5 и КП6 с возможностью их принудительной разгрузки. Переключение питания насоса НА5 с гидромоторов поворота платформы на привод гидромоторов М5…М8 перемещения (соединены параллельно) производится с мощностью переключающего золотника ПЗ с ручным управлением с последующей подачей рабочей жидкости через вращающееся гидравлическое соединение РП или разъемную гидромуфту.

Для верхнего поворотного строения действие основных механизмов на поворотной платформе крана-манипулятора осуществляется с помощью гидравлического привода. Асинхронные электродвигатели непосредственно через муфты приводят во вращение валы гидронасосов. Наиболее энергоемкие механизмы крана-манипулятора имеют индивидуальный гидропривод с возможностью глубокого регулирования скорости движения механизмов за счет изменения объемной постоянной гидронасосов и / или гидромоторов, а также путём суммирования потоков разных насосов

Гидропривод исполнительных механизмов крана-манипулятора имеет пять контуров, четыре из которых (привод гидроцилиндров рабочего оборудования и гидродвигателей спредера) выполнены по открытой схеме: привод механизма поворота платформы крана - по более перспективной закрытой схеме. Применение открытой схемы диктуется значительными трудностями использования закрытых схем для гидроцилиндров больших объёмов, имеющих к тому же значительный дифференциал.

В месте с тем, в энергоемких механизмах крана-манипулятора выполненных по открытой схеме, используется объемный (а не дроссельный) способ регулирования скорости движения, что позволяет увеличить КПД системы, снизить потери энергии при дросселировании.

Из бака Б рабочая жидкость всасывается гидронасосом НА1 и подается к распределителю Р1 клапанного типа с электрическим дискретным управлением, позволяющим осуществить разгрузку насоса при отсутствии управляющего сигнала, предохранить от чрезмерных нагрузок и объединить потоки насосов НА1 и НАЗ.

Выход А распределителя Р1 соединен с напорной магистралью двухкаскадного гидрораспределителя Р2, который осуществляет подключение к магистрали этой или иной полости исполнительных гидроцилиндров механизма движения стрелы.

Подъём стрелы происходит в насосном режиме, при этом в период разгона питание поршневой полости осуществляется последовательным включением насоса НА1 и НАЗ с доведением их подачи до требуемого значения с помощью объемного регулирования. Закон регулирований обеспечивается электронной программой, датчиками и электрогидравлическими регуляторами самих насосов.

Опускание стрелы - регулируемое, с использованием веса рабочего оборудования и груза. Для этого в поршневой магистрали установлены тормозные клапаны КТ1. и КТ2, управляемые от штоковой полости и не допускающие увеличение скорости опускания стрелы сверх той, которая обеспечивается насосом.

Раскрытие или складывание гуська может осуществляться как от насоса НАЗ (в режиме совмещения движения со стрелой), так и от насоса НА1 (в режиме отсутствия совмещения). Реверс движения гуська обеспечивается гидрораспределителем Р3, а разгрузка насоса НА3 и выбор источника питания - распределителем Р1.

Защита от произвольного опускания гуська под действием сил тяжести и контроль процесса регулирования скорости опускания обеспечивается установкой в обеих магистралях гидроцилиндров ЦЗ, Ц4 тормозных управляемых клапанов КТЗ и КТ4.

Работа гидропривода грейфера и механизмов телескопирования стрелы и гуська осуществляется то насоса НА2. Рабочая жидкость подается к гидрораспределителю Р4 проточного типа с электрогидравлическим управлением. Требуемый максимальный расход насоса устанавливается автоматически в зависимости от вида потребителя, а регулировка скорости исполнительного гидроцилиндра - дросселированием рабочей жидкости в гидрораспределителе Р4.

Тормозные клапаны КТ5 и КТ6 защищают механизмы телескопирования от просадки при действии попутных нагрузок.

Гидропривод механизма поворота платформы выполнен по закрытой схеме. Регулируемый реверсивный гидронасос НА5 с наклонной шайбой имеет электрогидравлическое управление, обеспечивающее постоянное ускорение при разгоне платформы. На платформе установлены два механизма поворота, каждый из которых оснащен регулируемым гидромотором. Наличие регулятора позволяет менять скорость поворота обратно пропорционально внешней нагрузке.

В гидромагистралях механизма поворота установлены быстроразъемные соединения, позволяющие для случаев перемещения крана на большие расстояния собственным ходом обеспечить дополнительной питание рабочей жидкостью ходовых гидромеханизмов.

В состав механизмов поворота входят нормально замкнутые тормоза, управляемые от распределителя Р13.

Установочные механизмы движения кабины и противовеса приводятся от насоса НА4. Скоростью и направлением движения этих механизмов управляет двухзолотниковый гидрораспределитель Р5.

Гидропривод, в состав которого входят насос НА6, гидрораспределитель Р6, блок клапанов БК1, обеспечивает питание гидромеханизмов, находящихся на спредере: механизма ротации спредера, механизма раздвижки, механизма выравнивания (горизонтирования), механизма фиксации контейнера.

Для выполнения той или иной операции исполнительный гидродвигатель подключается к магистралям питания с помощью одного из электрогидравлических распределителей Р7…Р1. Реверс движения и регулировка скорости осуществляется однозолотниковым гидрораспределителем Р6. Защита от перегрузок и величина необходимого усилия в приводном гидродвигателе обеспечивается блоком клапанов БК1, имеющем электроуправляемую настройку давления в напорной магистрали.

Питание гидравлической части сервоуправления происходит от системы: насос НА7, аккумуляторный блок А, с резервным питанием от насоса НА6.

Для охлаждения рабочей жидкости в сливной магистрали установлены калориферы АТ, которые обдуваются вентиляторами с приводом от электродвигателей.

Очистка рабочей жидкости от примесей осуществляется встроенными в гидробак линейными фильтрами Ф2…Ф7. Фильтры имеют предохранительные клапаны и индикаторы загрязненности.

3. Выбор сечений и определение веса несущих узлов металлоконструкции верхнего поворотного строения

3.1 Телескопируемая секция гуська

Расчётная схема телескопируемой секции гуська приведена на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 - Расчётная схема телескопируемой секции гуська

Где: l1=5300 мм; l2=2500 мм; l3=7800 мм - плечи сил

Изгибающий момент МА кн* м, относительно точки «А» равен:

Gt - вес груза;

L1-плечо от веса груза до опоры А

Отсюда:

 кн*м.,

Рисунок 3.2. Расчётная схема для расчёта металлоконструкции телескопируемой секции гуська

Момент сопротивления коробчатого сечения W , равен:

где H=480 мм;

В=350 мм;

δп =12 мм;

δс =6 мм.

Отсюда:

мм³

Коэффициент запаса прочности К_зап для стали 10ХСНД принимаем =1,6

Допустимое напряжение [σ], равно:

v Rt-предел текучести стали 10ХСНД = 350 Мпа

 Мпа

Напряжение σ МПа, равно:

Мпа < [σ]=219 Мпа.

Запас Δσ= [σ] - σ =219-214=5 Мпа - запас для восприятия местных напряжений от опирания на скользуны.

Погонный теоретический вес μ т/см, равен:

где γ - удельный вес металла, γ=7,85 г./.

Отсюда:

 т/мм.

Конструктивный вес секции G1 т, равен:

,

где k - конструктивный коэффициент, k=1,2.

Отсюда:

 т.

3.2 Наружная секция гуська

Расчётная схема наружной секции гуська приведена на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3. - Расчётная схема наружной секции гуська

Где: l4=6700 мм; l5=6500 мм; l6=13200 мм; l0=1750 мм; Gt=100 кн; α=33^○

Gt*l6=F*l0.

Отсюда:

кн.

Изгибающий момент Ми max кн*м равен:

.

Gt - вес груза;

L1-плечо от веса груза до опоры А.

Отсюда:

 кн*м.

Момент сопротивления сечения коробки W , (рисунок 3.2) с параметрами

H=500 мм; В=380 мм; δп =16 мм; δс =10 мм, равен:

.

Напряжение σ_и МПа, равно:

Мпа.

Напряжение σ_сж МПа, равно:

Где: F - реакция опоры в т.С

A-площадь поперечного сечения секции

мм²

Напряжение σ_сж МПа, равно:

Мпа.

Результирующее напряжение σ_сж МПа, равно:

=173+29=202< [σ]=219 Мпа.

Погонный теоретический вес μ т/см, равен:

 т/мм.

Конструктивный вес секции G2 т, равен:

 т.

3.3 Телескопируемая секция стрелы

Расчётная схема телескопируемой секции стрелы приведена на рисунке 3.4.

Рисунок 3.4 - Расчётная схема телескопируемой секции стрелы

Где: l7=9500; Gt=100 кн;

М_сумм-Суммарный изгибающий момент создаваемый гуськом на стрелу.

М_сумм = Gt *l6=100*13.2=1320 кн*м.

Изгибающий момент Ми max кн*м равен:

.

L1-плечо от веса груза до опоры E.

Отсюда:

 кн*м.

Момент сопротивления сечения коробки W , (рисунок 3.2) с параметрами

H=600 мм; В=500 мм; δп =22 мм; δс =16 мм, равен:

.

Напряжение σ_и МПа, равно:

Мпа.

Напряжение σ_сж МПа, равно:

A-площадь поперечного сечения секции

мм²

Напряжение σ_сж МПа, равно:

Мпа.

Результирующее напряжение σ_сж МПа, равно:

=215+2=217< [σ]=219 Мпа.

Погонный теоретический вес μ т/см, равен:

 т/мм.

Конструктивный вес секции G2 т, равен:

 т.

3.4 Наружная секция стрелы до опорного шарнира

Расчётная схема наружной секции стрелы до опорного шарнира приведена на рисунке 3.5.

Рисунок 3.5 - Расчётная схема телескопируемой секции стрелы

Где: l8=15000; Gt=100 кн;

М_сумм-Суммарный изгибающий момент создаваемый гуськом на стрелу.

М_сумм = Gt *l6=100*13.2=1320 кн*м.

Изгибающий момент Ми max кн*м равен:

.

L1-плечо от веса груза до опоры E.

Отсюда:

 кн*м.

Момент сопротивления сечения коробки W , (рисунок 3.2) с параметрами

H=620 мм; В=520 мм; δп =24 мм; δс =18 мм, равен:

.

Напряжение σ_и МПа, равно:

Мпа.

Напряжение σ_сж МПа, равно:

Напряжение σ_сж МПа, равно:

Мпа.

Результирующее напряжение σ_сж МПа, равно:

=213+2=215< [σ]=219 Мпа.

Погонный теоретический вес μ т/см, равен:

 т/мм.

Конструктивный вес секции G2 т, равен:

 т.

3.5 Телескопируемые задние балки

Для определения расчета телевкопируемых задних балок противовеса определим собственный вес противовес.

Схема определения собственного веса противовеса приведена на рисунке 3.6.

Рисунок 3.6 - Расчётная схема определения веса противовеса

Где: l3=13200 мм; l9=21500 мм; l10=8500 мм; α=33^○.

Отсюда:

.

Расчётная схема телескопируемых задних балок приведена на рисунке 3,7.

Рисунок 3.7 - Расчётная схема телескопируемых задних балок

Где: l11=1700 мм; l12=4100 мм; l13=5800 мм.

Изгибающий момент МА кн*м относительно точки «А» равен:

,

Gпр=34т.

Отсюда:

 кн*м

Момент сопротивления сечения двух коробок W , (рисунок 6.1.2) с параметрами H=600 мм; В=480 мм; δп =18 мм; δс =12 мм, равен:

Напряжение σ МПа, равно:

Мпа < [σ]=219 Мпа.

площадь поперечного сечения секции

мм²

Погонный теоретический вес μ т/см, равен:

 т/мм.

Конструктивный вес секции G8 т, равен:

 т.

3.6 Наружные задние балки

Расчётная схема наружных задних балок приведена на рисунке 3.8.

Рисунок 3,8. - Расчётная схема наружных задних балок

Где: l14=8500.

Ma=Gпр*l12=1394 кн*м

Изгибающий момент Миmax кн*м относительно точки «Б» равен:

,

Отсюда:

 кн*м

Момент сопротивления сечения двух коробок W , (рисунок 3.2) с параметрами

H=720 мм; В=500 мм; δп =26 мм; δс =18 мм, равен:

Напряжение σ МПа, равно:

Мпа < [σ]=219 Мпа.

площадь поперечного сечения секции

мм²

Погонный теоретический вес μ т/см, равен:

 т/мм.

Конструктивный вес секции G8 т, равен:

 т.

4. Расчёт захватных устройств

4.1 Подвеска грузовая поворотная

кран металлоконструкция гидравлический захватный

Расчёт потребляемой мощности гидропривода подвески для поворота контейнера массой брутто 15 тонн с продольным смещением центра тяжести груза на 1,5 метра.

. Данные для расчёта:

Время разгона (торможения) в неустановившемся режиме = 10 секунд.

Время поворота траверсы с грузом на предельный угол поворота 280° - 30 секунд.

Ветровая нагрузка 250 Н на .

. Определение момента инерции контейнера относительно смещённого центра тяжести.

Рисунок 4.1. Расчётная схема для определения момента инерции контейнера

Точки А и Б - точки приложения векторов равнодействующей ветровых нагрузок.

Момент инерции М1 Н*м, левой части «1» контейнера:

Масса:

,

где М=15000 кг.

.

Момент инерции М2 Н*м правой части «2»:

Масса: .

.

.

. Определение ветровой нагрузки.

Нагрузка Р1 Н, на левую часть «1» контейнера (при высоте контейнера 2,5 м) равна:

Н

Нагрузка Р2 Н на правую часть «2» контейнера:

Н

Тормозной момент Мт Нм, от ветровой нагрузки:

МТ=2187,5*3,75-1562,5*2,25=4687,5 Нм.

. Определение рабочего момента на зубчатом колесе подвески, обеспечивающего рост угловой скорости поворота контейнера от n=0 до n=1,5 об/мин за t=10 секунд при действии ветровой нагрузки МТ.

Уравнение динамики:

М=I*Е+ МТ

Где I=487088- момент инерции контейнера;

 - угловое ускорение;

Здесь ω=2*π*n/60=0,1n=0,15 - угловая скорость, соответствующая n=1,5 об/мин.

ω0=0 - начальное значение угловой скорости.

t=10 с-время разгона.

Моментом инерции поворотной подвески можно пренебречь за малостью значения относительно контейнера. Для упрощения расчёта величину ветровой нагрузки за время разгона принимаем постоянной.

Тогда рабочий момент М Н*м, будет равен:

Нм.

Потребляемая мощность N кВт, привода поворотной подвески равна:

Вт=1,799 кВт.

. Расчёт расхода рабочей жидкости гидромотора привода поворотной подвески.

Для гидромотора, приведённого к одному гидроцилиндру расход Q л/с, равен:

Q=V*Fц,

Где V=N/R - скорость движения поршня;

N - мощность гидропривода;

R=P* Fц - усилие на поршне при давлении рабочей жидкости Р;

Тогда:

=0,11 л/с.

Здесь Р=16 МПа - давление рабочей жидкости в гидросистеме.

4.2 Расчёты на прочность основных грузонесущих узлов захвата гидравлического для крупнотоннажных контейнеров

1.               Схема расчёта захвата.

Рисунок 4.2 - Расчётная схема захвата

QР - расчётная нагрузка от загруженного контейнера, взятая с динамическим коэффициентом, распределённая на два грузозахватных органа.

R1 и R2 - реакции роликовых опор (по две штуки на одну опору)

R3 и R4 - реакции винтовых опор, возникающих в момент подъёма захвата с крыши перемещённого захвата.

При сдвигании траверса выдвижная правая задвигается внутрь траверсы выдвижной левой.

Далее проводится расчёт на прочность траверс левой и правой, рамы, гидроподвески захвата в режиме коррекции переноса при смещении центра тяжести груза.

. Расчёт траверсы выдвижной правой (продольная балка)

Рисунок 4.3. - Схема нагрузки балки

Действующие нагрузки:

Q=15 т - масса брутто контейнера;

QД=15*kД=18 тс - динамическая нагрузка при коэффициенте динамической нагрузки;

kД=1,2 - применительно к гидродинамике крана;

Расчётная нагрузка Qр тс, равна:

тс (без учёта смещения центра тяжести груза)

Реакции опор R1 и R2 определяются из условия равновесия балки: ΣМ=0 и ΣУ=0.

кН.

кН.

Н*см

Расчёт сечения балки.

Рисунок 4,4 - Расчётная схема сечения балки

Расчёт осевых моментов инерции относительно оси Х-Х:

Элементы «1»:

где I01 - момент инерции элемента «1» относительно собственной центральной оси;

F1 - площадь элемента «1»

у1 - координата центра тяжести элемента «1» от оси Х-Х

у1=150-11=139 мм.

Элементы «2»:

где В=1 см - толщина стенки;

Н=300-44=256 мм - высота стенки;

Суммарный момент инерции IX, равен:

IX=IX1+IX2=26650

Момент сопротивления сечения Wх , равен:

где Н=300/2=150 мм.

Расчётное напряжение изгиба балки σи МПа, с учётом динамической нагрузки:

 МПа

Применяется сталь марки 10ХСНД, предел текучести σт=400 МПа в состоянии поставки.

. Траверса выдвижная левая (продольная балка)

Нагрузка и реакции опор - см. пункт 1.

Рисунок 4.5 - Расчётная схема сечения балки

Момент инерции IX, сечения относительно оси Х-Х:

Момент сопротивления Wх , сечения:

Расчётное напряжение σи МПа, изгиба балки:

 МПа.

Вывод: есть возможность увеличения прочности траверсы правой за счёт снижения прочности траверсы левой без увеличения суммарной массы траверс.

. Рама захвата.

Схема нагрузки приведена на рисунке 7.9.

Действующие нагрузки:

R1=77,4 т;

R2=59,4 т;

N=R1-R2=12 т;

Н*см.

Рисунок 4.6 - Схема нагрузки на раму захвата

Расчёт поперечного сечения.

Рисунок 4.7 - Схема поперечного сечения

Определение ширины «В» сечения при заданных остальных параметрах и допускаемом напряжении [σи]=320 МПа

Момент сопротивления Wх , сечения:

Соответствующий момент инерции IX сечения:

-

который составляется из суммы моментов инерции относительно оси «Х» элементов сечения «1» и «2» или

откуда определим значение «В». Здесь множители:

- учёт парности элементов «1» и «2»

- толщина элементов в сантиметрах.

,7 см - координата «у» центра тяжести элемента «1» от оси Х

,4 см - высота элемента «2».

см.

При некотором увеличении высоты сечения рамы уменьшится ширина «В» силовых листов, что позволит отказаться от подпорных косынок для устойчивости кромок выпусков.

4.3 Расчёт гидроподвесок захвата

Расчётной схемой гидроподвесок захвата служит схема коррекции продольного перекоса контейнера со смещённым центром тяжести груза.

Гидроподвеска представляет собой гидроцилиндр, шток которого в режиме автоматической коррекции перемещается на определённую величину, вызывая перераспределение нагрузки между гидроподвесками.

Согласно схеме при смещении центра тяжести груза вправо на 1,5 метра наибольше нагружение получает одна из двух правых гидроподвесок Q=13,4 т. При давлении в гидросистеме р=16 МПа. Такое усилие с запасом компенсирует гидроцилиндр

D=120 мм при штоке dШ=40…45 мм. Ход штока при коррекции L=860 мм. Мощность работы гидроподвесок в режиме коррекции захвата:

N=2*Q*V

Где Q=13,4 т - усилие на гидроподвеске

V=86/5≈17 см/с - скорость перемещения штока на длине 860 мм за 5 секунд.

Тогда мощность гидропривода равна:

N=2*13400*86/5=4600000 Н*см/с=46 кВт.

Необходимый расход рабочей жидкости при этом составит:

/с=2,8 л/с.

4.4 Грейфер гидравлический штанговый

В качестве аналога для разработки конструкции гидравлического грейфера принят серийно изготавливаемый по проекту 3319А НПО «Речпорт» грейфер для крана грузоподъёмностью 10 т. Принципиальным отличием разрабатываемого грейфера от указанного аналога является наличие гидроцилиндра вместо четырёхкратного полиспаста.

Усилие на штоке гидроцилиндра должно быть равно усилию, которое создаёт четырёхкратный канатный полиспаст при зачерпывании груза.

кН.

Где SЗАЧ=100 кН - усилие на замыкающем канате;

ZП=4 - кратность полиспаста.

Гидроцилиндр одностороннего действия. Рабочей является штоковая полость. Площадь поршня со стороны штока определяется формулой:

где р=16 МПа - давление рабочей жидкости;

N=480 кН - усилие на штоке;

- площадь сечения штока;

Рисунок 4.8 - Грейфер гидравлический штанговый

d=60 мм - диаметр штока;

.

Диаметр поршня D см, будет равен:

см

Принят D=200 мм.

Напряжение растяжения в сечении штока составит:

МПа.

При допустимом [σ]=240 МПа (для стали 5)

LШ=2000 мм - ход штока. Принят конструктивно исходя из обеспечения перемещения челюстей из открытого помещения в закрытое.

Расчёт на прочность других элементов грейфера не производится, так как они приняты соответствующими аналогу и приведены в эксплуатации.

5. Гидравлический расчёт гидрообъёмной трансмиссии крана-манипулятора

5.1 Транспортное передвижение крана-манипулятора

Движение по ровной твёрдой горизонтальной поверхности с максимальной скоростью ≈ 8 км/час, без учёта силы сопротивления воздуха и инерционной массы элементов привода. Работают насосы Н1, Н2 и НА5, все восемь гидромоторов М1…М8.

Зададимся рабочим давлением в гидросистеме при движении с максимальной скоростью р=21 МПа. Тогда перепад давления составит Δр=19 МПа.

Требуемая сила тяги F кН, равна:

кН.

Требуемый крутящий момент Мгм Нм, на валу каждого гидромотора равен:

Нм.

Тогда рабочий объём qг/м , каждого гидромотора должен составить:

.

Потребный расход Q л/мин, для привода каждых четырёх гидромоторов составит:

Частота вращения каждого гидромотора nг/м , при V=8 км/ч составит:

Тогда:

 л/мин,

В этом случае максимальный рабочий объём qн /об, насосов Н1 и Н2 составит:

/об, (с запасом в 1,13%)

Максимальный рабочий объём qн /об, насоса НА5 составит:

/об, (53,3% от возможного)

Насос НА5 будет при этом развивать такое же рабочее давление р=21 МПа. Потребная мощность N кВт, для привода одного насоса типа НП 90 составит:

кВт, (при имеющейся N=55 квт)

Потребная мощность N кВт для привода одного насоса типа A4VSG500EO составит:

 кВт, (при имеющейся N=110 кВт)

Таким образом, необходимый баланс выдерживается.

При движении на максимальном подъёме 10% (уклон в 5,71º) при коэффициенте сопротивления качению f=0,025 потребная сила тяги F КН, составит:

КН.

Работают все 8 гидромоторов с максимальным рабочим объёмом qг/м =112/об.

Тогда давление в гидросистеме р МПа, составит:

МП

Использование полной мощности всех трёх электродвигателей Э1, Э2, Э3 (2*55+110=220 квт) позволяет преодолевать максимальный подъём с уклоном в 10% со скоростью V км/ч, равной:

км/ч.

5.2 Рабочее передвижение крана

Движение по ровной асфальтобетонной поверхности с уклоном 1,5% и с учётом ветрового сопротивления f=0,02; α=0,86º; W=35 КН.

Требуемая сила тяги F КН, составит:

кН,

Работают 4 гидроцилиндра (4 ведущих оси из восьми), питание подаётся от двух насосов Н1 и Н2 типа НП90.

Требуемый крутящий момент Мг/м Н*м, на валу каждого гидромотора составит:

Н*м.

При максимальном рабочем объёме qмах =112/об, каждого гидромотора, давление р МПа, в гидросистеме составит

МПа,

что укладывается в допустимое значение.

При использовании полной мощности электродвигателей Э1 и Э2 (2*55=110 кВт) скорость движения V км/ч, составит:

км/ч

что, примерно, соответствует требуемой скорости перемещения 1,8 км/ч (0,5 м/с).

6. Расчёт нагрузок на опоры крана

6.1 Определение нагрузок на опорные плиты домкратов выносных опор

Наибольшее значение нагрузок на опорные плиты домкратов выносных опор возникает при работе крана-манипулятора на перегрузке контейнеров, когда масса груза с захватом составляет 16 т., а вылет стрелы равен 25 метр.

Наличие домкратов, на которые опирается кран в процессе работы позволяет рассматривать конструкцию портала как жёсткую раму.

Величина опорных давлений VA, VB, VC, VD, определяются по формуле:

VA, C=;

VB, D=;

Где G0=Q+ Gп+ Gс=16+22,8+51,04=89,84 т, - масса поворотной части крана с грузом;

Q=16 т - масса груза;

Gп=22,8 т - масса поворотной платформы;

Gс=51,04 т - масса стрелы с противовесом;

G1=86 т - масса портала с пневматическими тележками;

S=9.5 м - расстояние между опорными плитами домкратов вдоль пути движения крана;

b=10,5 м - расстояние между опорными плитами домкратов поперёк пути движения крана;

t0=t1=0 - расстояние центра тяжести поворотной части и ходовой части портала от оси вращения крана;

k1=k2=1 - коэффициенты;

МX и МY - соответствующие моменты в плоскостях Х-Х и Y-Y;

МX= G0*l*cosφ+МН/Х;

Мy= G0*l*sinφ+МН/У;

Где l=5,3 м - расстояние от оси вращения крана до центра тяжести поворотной части;

φ=45° - угол поворота стрелы;

МН/Х - момент, вызываемый действием силы ветра и силы инерции подъёма (опускания) груза (наклон крана отсутствует, так как выравнивается гидроприводами);

МН/Х= МВ+ МИ

где МВ-момент, вызываемый давлением ветра тм,

МВ=(4,85*12)+(1*16,5)=74,7 тм.

МИ-момент, создаваемый действием силы инерции подъёма (опускания) груза тм,

МИ=тм.

V1=1 м/с - скорость подъёма (опускания) груза массой 16 т;

t1=2,5 с - время торможения (пуска) механизма подъёма;

q=9,81 м/с- ускорение силы тяжести (ускорение свободного падения);

МН/Х= МН/У=74,7+9,13=83,83 тм.

МX=89,84*5,3*0,71+83,83=421,8 тм;

Мy=89,84*5,3*0,71+83,83=421,8 тм;

Величина давления V т, на опоры A, B, C, D:

VA=т.=т.=т.=т.

В связи с тем, что опора «D» имеет отрицательную нагрузку, то есть отрыв, рассматриваются случаи когда опорные давления приходятся на три опоры - A, B и С.

При принятых обозначениях и расчётной схеме эти давления определяются формулами:

VA=;

V В=;

VС=;

t0=t1=0

Подставляя значения получим:

VA=т.

V В=т.

VС=т.

6.2 Определение нагрузок на колёса ходовых тележек и колёса выносных опор при передвижении крана с поднятым грузом

При передвижении крана с грузом в процессе работы, стрела на минимальном вылете с наклонённым в сторону портала хоботом установлена перпендикулярно пути передвижения. Противовес выдвинут на максимальное удаление его центра тяжести от оси вращения поворотной платформы крана. Передвижение осуществляется по подкрановым балкам, жёсткость которых исключает влияние осадки грунта.

Наибольшую нагрузку будут воспринимать колёса, расположенные по линии ребра А, при этом учитывается сила давления ветра рабочего состояния. Инерционные нагрузки не учитываются, так как подъём груза и установка стрелы в положение для передвижения крана производится при опирании крана на домкраты выносных опор. После окончания передвижения крана он устанавливается на домкраты выносных опор, после чего производится установка груза на место складирования.

7. Расчёт устойчивости крана-манипулятора

7.1 Грузовая устойчивость

7.1.1 Первый расчётный случай

Кран - манипулятор в рабочем состоянии опирается на гидродомкраты четырёх выносных опор и не передвигается с грузом. Наличие следящей системы за обеспечением горизонтальности расположения портала крана исключает влияние наклона подкранового основания к горизонту. Стрела крана расположена перпендикулярно к ребру опрокидывания, находится на вылете 21 метр с грузом 36 тонн = 360000 Н. Указанный вылет и вес груза создают наибольший опрокидывающий момент.

Рисунок 7.1. - Расчётная схема грузовой устойчивости (первый случай)

Коэффициент, грузовой устойчивости определяется по формуле:

где: GК=1720000 Н - вес крана;

G=160000 Н - вес груза;

Q=16000 кг - грузоподъёмность крана;

L=25 м - наибольший вылет при указанной грузоподъёмности;

l/2=4,75 м - расстояние от центра тяжести крана до ребра опрокидывания;

H=12 м; H1=16.5 м; H2=4 м - плечи сил;

N=12 об/мин - частота вращения крана на максимальном вылете и предельной грузоподъёмности;

V1=1 м/с - скорость подъёма (опускания) груза весом 16 тонн;

t1=2.5 c - время пуска (торможения) механизма подъёма;

t3=2, с - время пуска (торможения) механизма изменения вылета;

V’1=1 м/с и V’’3=1 м/с - скорости горизонтального и вертикального перемещения груза;

Pb1=Sk*p=194*250=48500 Н - ветровая нагрузка на кран в рабочем состоянии;

Sk=194  - наветренная площадь крана;

р=250 па - динамическое давление ветра;

Pb2=S2*p=40*250=10000 Н - ветровая нагрузка на груз с захватным приспособлением;

S2=40 - наветренная площадь контейнера и захвата;

 и  - масса стрелового устройства с оборудованием, приведённая к точке подвеса груза. Учитывая, что вылет стрелы является установленным движением, а изменение угла наклона хобота не совмещается с вылетом, значения  и  приняты как для прямой стрелы:

==/3=18000/3=6000 кг;

где - масса передней части стрелы с хоботом;

>1.15.

7.1.2 Второй расчётный случай

При условиях рассмотренного первого случая грузовой устойчивости крана, но при стреле, расположенной под углом 45° к ребру опрокидывания проверяется запас устойчивости крана с учётом касательной силы инерции FИ.К. и центробежной силы FИ.Ц. при торможении или пуске механизма вращения крана.

Рисунок 7.2. - Расчётная схема грузовой устойчивости крана (второй случай)

Коэффициент , запаса устойчивости определяется по формуле:

где t4=5 с - время пуска (торможения) механизма вращения поворотной платформы;

Остальные обозначения приведены выше, при рассмотрении первого расчётного случая грузовой устойчивости.

> 1,5

7.1.3 Третий расчётный случай

Расчётная схема соответствует рисунку 10.1.1. Коэффициент , грузовой устойчивости определяется при отсутствии воздействия сил инерции и ветра:

>1.4

7.1.4 Грузовая устойчивость крана при передвижении с грузом

Во время передвижения крана с грузом все другие механизмы заблокированы и не могут включиться в работу. До начала передвижения стрела с подвешенным грузом устанавливается перпендикулярно пути движения. При передвижении крана с грузом со стрелой, расположенной вдоль пути передвижения заведомо не обеспечивается устойчивость крана независимо от вылета стрелы, так как при передвижении расчётная опорная база ходовых тележек составит четыре метра.

По приведённой расчётной схеме устойчивость крана проверяется относительно ребра «С».

Удерживающий момент, создаваемый весом крана и груза уменьшается от влияния наклона территории

Опрокидывающий момент в сторону передвижения создаётся ветровой нагрузкой рабочего состояния и действием сил инерции, возникающих при движении крана.

Коэффициент запаса устойчивости при передвижении определяется по формуле:

Рисунок 7.3. Расчётная схема грузовой устойчивости крана при передвижении с грузом

Где α=3° - Угол наклона подкранового основания к горизонту;

V2=0,5 м/с - скорость передвижения крана;

t2=1 с - время пуска (торможения) механизма передвижения;

mК=172000 кг - масса крана;

Остальные обозначения приведены в выше рассмотренных случаях.

>1,15

7.2 Собственная устойчивость крана

Расчёт собственной устойчивости крана выполнен при его опирании только на ходовые приводные тележки. Гидродомкраты выносных опор и дополнительные опорные колёса подняты.

Устойчивость крана проверяется относительно ребра «Д» при возможном опрокидывании от действия ветровой нагрузки нерабочего состояния в сторону противовеса, при этом противовес полностью выдвинут в сторону опрокидывания.

Удерживающий момент, создаваемый весом частей крана, уменьшается от влияния наклона крана.

Коэффициент собственной устойчивости определяется по формуле:

Где G1=860000 Н - вес портала;

G2=228000 Н - вес поворотной платформы;

G3=380800 Н - вес противовеса с хвостовой частью стрелы;

G4=230000 Н - вес передней части стрелы с оборудованием;

G5=26700 Н - вес хобота;

l1=4 м; l2=1,42 м; l3=6,58 м; l4=7,1 м; l5=14,1 м; H1=5 м; H2=12 м; H3=9,5 м; H4=18 м;

H5=18,2 м; - плечи сил.

Рисунок 7.4. Расчётная схема для определения собственной устойчивости крана

α=3° - угол наклона подкранового основания к горизонту;

Pb1=SK*p1 - давление ветра на кран в нерабочем положении;

SK=194  - расчётная наветренная площадь крана;

p1=400 Па - динамическое давление ветра на кран в нерабочем положении;

Pb1=194*400=77600 Н.

=1,73 > 1,15

7.3 Заключение по результатам расчёта устойчивости крана - манипулятора

Методическое выполнение расчётов устойчивости крана проверено по рекомендациям, изложенным в «Справочнике по кранам» (изд. «Машиностроение» 1988 г. 184 стр.)

В соответствии с требованиями Правил устройства и безопасной эксплуатации грузоподъёмных кранов (ПБ 10-382-00) выполнен расчёт грузовой и собственной устойчивости крана - манипулятора.

Грузовая устойчивость крана рассматривается для четырёх основных случаев.

Выполненные расчёты подтвердили, что грузовая устойчивость крана обеспечивается со следующими значениями коэффициентов запаса устойчивости:

.        Коэффициент грузовой устойчивости при учёте всех действующих нагрузок рабочего состояния (без передвижения крана) =1,86 при нормативном минимальном значении этого коэффициента, равном 1,15.

.        Коэффициент грузовой устойчивости без учёта воздействия сил инерции и ветра =2,52 при нормативном значении, равном 1,4.

.        Четвёртый расчётный случай грузовой устойчивости крана рассчитан при его передвижении с грузом при отсутствии совмещения других рабочих движений крана. Коэффициент грузовой устойчивости для этого случая =1,68 при нормативном значении, равном 1,15.

Проведённый расчёт собственной устойчивости крана показал, что она также соответствует нормам - коэффициент собственной устойчивости =1,73 при нормативном значении, равном 1,15.

Для повышения надёжности устойчивости крана при возникновении не предусмотренных ситуаций на кран установлены дополнительные выносные опорные колёса, которые при расчёте устойчивости крана не учитывались.

8. Расчет технико-экономических показателей

Полученные в проекте значения технико-эксплуатационных показателей позволяют обеспечивать высокую техническую и эксплуатационную производительность. При перегрузке навалочных грузов она будет составлять 330 т/час, а на перегрузке крупнотоннажных контейнеров - 30 ед/час.

Сравнительные технические характеристики предлагаемого крана-манипулятора и портального крана «Абус 10-32-10.5» представлены в таблице.

Таблица 8.1 - Технические характеристики кранов

Предварительный экономический эффект нового крана-манипулятора может быть рассчитан по формуле:

,

где Ц1 и Ц2 - стоимость крана соответственно базового и нового

α - коэффициент роста объёмов работ, выполняемых новым краном в сравнении с

базовым.

,

где ПТ1 и ПТ2 - техническая производительность базового и нового крана на соответственных вариантах работ;

КИП1 и КИП2 - коэффициенты использования технической производительности соответственно базового и нового крана;

КИВ1 и КИВ2 - коэффициенты использования по времени соответственно базового и нового крана;

Расчёт технической производительности нового крана-манипулятора в сравнении с базовым портальным краном «Абус 10-32-10.5» на перегрузке навалочных грузов.

Производительность крана-манипулятора равна:

,

где qп - масса перемещаемого груза, т.;

- продолжительность цикла крана, с.;

,

где tз - время закрытия грейфера с,

tпод - время подъёма груза, с.;

tпов - время поворота крана с грузом, с., tпов =16 с, (см. таблицу 12);

с

где: lш - длинна штока, м.

V - скорость выдвижения штока гидроцилиндра, м/с.

tр - время на разгон (торможение) механизма.

с,

где Нп(о) - высота подъёма (опускания) груза, м.;

Vп(о) - скорость подъёма (опускания) груза, м/с.;

- время на разгон (торможение) механизма подъёма (опускания) стрелы, с;

с,

т/ч.

Производительность крана «Абус 10-32-10.5» равна:

,

где qп - масса перемещаемого груза, т.;

- продолжительность цикла крана, с.;

,

где tз - время закрытия грейфера с,

tпод - время подъёма груза, с.;

tпов - время поворота крана с грузом, с., tпов =20 с, (см. таблицу 12);

с

где: lш - длина замыкающего каната, м.

V - скорость подъёма грейфера, м/с.

tр - время на разгон (торможение) механизма.

с,

где Нп(о) - высота подъёма (опускания) груза, м.;

Vп(о) - скорость подъёма (опускания) груза, м/с.;

- время на разгон (торможение) механизма подъёма (опускания) стрелы, с;

с,

т/ч.

Соотношение технической производительности нового крана-манипулятора в сравнении с базовым портальным краном Абус 10-32-10.5 составит:  Коэффициент использования по времени крана равен:

Для крана «Абус 10-32-10.5»:

где tсм - продолжительность смены с вычетом времени на: перерывы, обслуживание рабочего места, перерывы обусловленные технологией и организацией производства, отдых и личные надобности. tсм = 5,83 ч.

tн - продолжительность навигации, tн ≈ 200 сут.

т*нав.

Для крана «КММ 16/36»:

 т*нав.

Следовательно соотношение коэффициентов использования по времени соответственно базового и нового крана равно:

Использование в кране принципа «манипулятора» без гибкой тросовой подвески большой длины, как у портальных кранов, и наличие поворотной управляемой головки для позиционирования грузозахватных органов и груза позволяют ожидать увеличение коэффициента использования технической производительности нового крана-манипулятора в сравнении с базовым портальным краном не менее, чем на 5%, то есть

КИП2/КИП1=1,05

Следовательно:

Строительная стоимость перегрузочных машин определяется по формуле:

Kс = Pi-ni, руб.

где Р, - масса отдельных узлов, механизмов и оборудования перегрузочной машины, кг.

ni, укрупненный норматив стоимости I кг узлов, механизмов и оборудования, руб. /кг,

i ⁼ 1,2… m - число групп разбивки перегрузочной машина на отдельные узлы, механизмы и оборудование.

Установление массы отдельных узлов, механизмов и оборудования перегрузочной машины производятся студентами ориентировочно на основе аналогов типовых серийных машин, технической документации, паспортных данных, справочных материалов и другой технической, технологической и экономической документации проектных институтов, производственных организации, а также по указанию преподавателя-консультанта.

При этом необходимо соблюдать условие, что суммарная масса всех узлов, механизмов и оборудования должна быть равна общей массе перегрузочной машины.

Р_м = Pi = Р1+Р₂+Рз+Р₄ +… +Р_т, кг.

Расчёт строительной стоимости портального крана КММ 10/32 методом укрупненных нормативов (по укрупнённым группам разбивки)

Расчёт строительной стоимости портального крана КММ 10/32 по сборочным единицам масс методом укрупненных нормативов (по укрупнённым сборочным единицам)

Расчёт строительной стоимости портального крана КММ 10/32 методом постатейных расходов (калькуляционный метод)

Данный метод позволяет более точно и экономически правильно рассчитать строительную стоимость вновь проектируемых и реконструируемых перегрузочных машин и определить затраты на модернизацию эксплуатируемых и отслуживших, установленный нормативом срок эксплуатации подъемно-транспортных машин.

Исходными данными расчета строительной стоимости и затрат на модернизацию являются:

• весовая нагрузка отдельных сборочных единиц, узлов, механизмов и устройств перегрузочной машины. Для проектируемых машин и механизмов весовая нагрузка устанавливается на стадии разработки технической части дипломного проекта:

• цены на комплектующее оборудование и покупные изделия;

• измерители стоимости 1 тонны чистого веса;

• нормативы транспортно-заготовительных расходов;

• норматив плановых накоплений.

Расчёт стоимости сырья, материалов и трудоёмкости изготовления портального крана КММ 10/32

Итого полная цена крана КММ 10/32 составляет 11’347’700 рублей

Цена базового крана «Абус 10-32-10.5» составляет $300000, то есть 8’119’560 рублей на 30.05.2006 (стоимость базового крана взята из Интернета с сайта #"513706.files/image216.gif">рублей

Заключение

Выполненный эскизный проект мобильного крана-манипулятора КММ - 10/32 подтвердил техническую возможность и экономическую целесообразность создания

такого крана.

Принятые принципиальные технические решения по крану соответствуют мировым тенденциям развития подъемно-транспортной техники.

В дипломном проекте с необходимой подробностью определены конструктивные решения, весовые и энергетические показатели по всем основным узлам и по крану в целом. Установлена возможность использования отечественной стали и других материалов, подобрана дизельная электростанция отечественного производства также комплектации крана-манипулятора электрооборудованием.

Полученная технико-эксплуатационная характеристика крана-манипулятора по большинству основных показателей подтверждает его преимущество перед отечественными аналогами, применяемыми на перегрузочных работах в портах.

Наиболее существенными достоинствами разработанного мобильного крана-манипулятора, которые определяют эффективность его применения в сравнении с портальными кранами являются: мобильность и универсальность, использование принципа «манипулятора» без грузовых канатов и лебедок, наличие управляемой поворотной головки для позиционирования захватов и груза, более высокие скоростные характеристики.

Применение новых мобильных кранов-манипуляторов позволит:

·  повысить интенсивность перегрузочных работ, ускорить обработку транспортных средств (судов, вагонов, авто);

·        использование крана в меж навигационный период принесет значительную выгоду и существенно повысит экономический эффект

·        повысить производительность труда обслуживающего персонала;

·        повысить уровень автоматизации управления, улучшить условия и культуру труда при эксплуатации и ремонте кранов, уменьшить затраты времени и средств на выполнение ремонтных работ, повысить интенсивность и эффективность использования перегрузочных средств и их фондоотдачу, сократить парк перегрузочных средств, сэкономить капиталовложения на техническое перевооружение и развитие портов и других предприятий.

Список литературы

1.  ЗАО «МОПЕКО». Эскизный проект - Кран-манипулятор мобильный универсальный. М., 1997, 120 с.

2.       Казак С.А., Дусье В.Е., Кузецов. С. Курсовое проектирование грузоподъёмных машин. М., Высш. шк., 1989, 319 с.

.        Гохберг М.М. Справочник по кранам. Л., Машиностроение, 1988. Т.1-336 с., Т.2-559 с.

.        Шерле З.П., Каракулин Г.Г. Справочник механизатора речного порта. М., Транспорт, 1980, 391 с.

.        Александров М.П. Подъёмно-транспортные машины. М., Выс. шк., 1979, 558 с.

.        Мягков В.Д. Краткий справочник конструктора. Л., Машиностроение, 1975, 816 с.

.        Скороходов Е.А. Общетехнический справочник. М., Машиностроение, 1982, 415 с.

.        Спивковский А.О., Дьячков В.К. Транспортирующие машины. М., Машиностроение, 1983, 487 с.

.        Кузьмин А.В., Марон Ф.Л. Справочник по расчётам механизмов подъёмно-транспортных машин. М., Высш. шк., 1983, 350 с.

.        Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъёмных кранов. СПб., Деан, 2005, 272 с.

.        Гаранин Н.П., Брауде В.И., Артемьев П.П. Грузоподъёмные машины на речном транспорте. М., Транспорт, 1991, 319 с.