Методическое пособие 791

Результаты определения масс элементов крана удобно представлять в табличной форме с наименованием элементов. Строки с наименованием элементов крана можно будет дополнять другими расчетными характеристиками элементов. По результатам расчета механизмов и уточнении геометрических параметров металлоконструкции крана, могут быть приняты унифицированные элементы, применяемые в серийно изготовляемых кранах. Массы унифицированных элементов достаточно точно известны (лебедки, ходовые тележки, механизмы поворота, погонная масса башни, стрелы и т. д.). По уточненным массам производится корректировка весовых показателей элементов и крана в целом при поверочном расчете устойчивости крана против опрокидывания.

2.2. Разработка расчетной схемы крана с поворотной башней

Геометрические параметры расчетной схемы крана определяют относительно принятых координатных осей. Ось Х располагают на уровне головок рельсового пути. Ось Y располагают на будущей оси вращения крана. Ось Z – перпендикулярно плоскости чертежа. Размеры элементов крана по оси Х принято обозначать l; размеры по оси Y обозначают h; размеры вдоль оси Z обозначают b. Геометрическую конфигурацию крана с поворотной башней принимаем по рис. 2.1. Предлагается следующий порядок определения геометрических размеров элементов крана и построение требуемой расчетной конфигурации крана с поворотной башней.

1. Определяют рациональную высоту подъема груза при заданном вылете L0 по форму-

ле [5]

Если высота подъема груза Нгр задана, то высоту опорного шарнира стрелы при грузоподъемности до 10 т принимают равной

Таким параметром следует руководствоваться при заказе крана для выполнения строи- тельно-монтажных работ.

2. Определяют колею К и базу крана Б. Чтобы устойчивость крана вдоль и поперек рельсового пути при подъеме расчетного груза была одинакова, принимают К = Б, то есть опорный контур крана получается квадратным. Размер К можно вычислить по эмпирической формуле [5].

Колею крана можно также определить по графику на рис. 2.2. Величину К округляют в большую сторону с кратностью до 0,5 м.

Началом построения расчетной конфигурации крана является нанесение на ось Х точек опорного контура. Для этого симметрично относительно оси вращения (ось Y) отмечают две точки на расстоянии, равном половине базы Б крана. Эти точки определяют опорный контур крана на его боковой проекции.

На обозначенных точках оси Х строят симметрично обозначенным точкам прямоугольники (поз. 1). Длина и высота этих прямоугольников от уровня головки рельса принимается по габаритным размерам соответствующей унифицированной тележки.

При общей массе крана до 110 т применяют двухколесные тележки; при массе крана от 110 до 180 т – трехколесные тележки; при массе кране от 200 до 300 т – четырехколесные

(рис. 1.7).

41

Ведомые тележки имеют габариты 1226×606×1185 мм, массу 686 кг.

3. Боковая проекция ходовой рамы (поз. 2) предполагает конструкцию ходовой рамы кольцевого типа с флюгерными балками (рис. 1.9). Наружный диаметр металлоконструкции кольца рамы определяют по диаметру опорно-поворотного устройства. Выбор ОПУ определятся величиной вертикальной нагрузки и грузового момента действующего на него. Параметры роликовых ОПУ можно выбрать по табл. 2.5.

Таблица 2.5

Параметры однорядных роликовых ОПУ

Конструктивно можно применять любой круг, если будут действовать нагрузки, не превышающие величин, указанных для него в табл. 2.5. Грузовой момент определяется грузоподъемностью крана на максимальном вылете Мгр = 1,25 QLмакс при подъеме испытательного груза. Сила тяжести поворотной части крана определяется суммированием сил тяжести элементов, которые располагаются выше опорно-поворотного устройства по оси Y с учетом действия испытательного груза.

Наружный диаметр кольцевой рамы Dp = DОПУ+0,1 м.

42

Рис. 2.1. Расчетная схема крана с поворотной башней

43

Рис. 2.2. График для выбора колеи К (базы) башенного крана

Ориентировочную высоту ходовой рамы (hхр по рис. 2.3) можно вычислить по одной из формул [5]:

Сталь для металлоконструкции крана выбирают в зависимости от температурных условий эксплуатации крана, степени ответственности производства работ (работа с опасными грузами), режима работы крана. В условиях эксплуатации при температурах до -25°С можно применить сталь 20; при температурах до -50°С следует применять стали типа 09Г2С.

На расчетной схеме верхнюю плоскость ходовой рамы располагают на высоте, равной габаритному размеру hт выбранной ходовой тележки. При расчетной высоте ходовой рамы по формуле (4) нижний лист рамы должен располагаться на 0,25 ÷ 0,4 м выше уровня головки рельсов. Размер нижнего основания рамы должен быть не менее диаметра примененного ОПУ. Трапециевидная форма флюгерной балки на боковой проекции ходовой рамы (сечение А-А) обусловлена необходимостью опирания флюгера на шкворень 6 ходовой тележки (рис.

44

1.9, сечение Б-Б). Длину шкворня принимают равной lш = 350 мм для двухколесной ходовой тележки, диаметр шкворня принимают d = 130 мм.

Рис. 2.3. Чертеж опорной рамы кольцевого типа с флюгерной балкой

4.Далее на чертеж наносят симметрично оси вращения боковую проекцию опорно-

поворотного устройства (поз. 3), которая характеризуется размером Dопу по оси Х и размером hопу по оси Y. Эти размеры можно выбрать из табл. 2.4 в зависимости от силы тяжести вращающихся частей крана с грузом и номинального грузового момента или по справочнику [8].

5.Поворотная платформа (поз. 4) является следующим этапом разработки расчетной схемы крана. На платформе устанавливаются все остальные элементы кранов с поворотной

башней. Размер платформы по оси Х складывается из размера заднего габарита lзг, размера Dопу/2 и переднего свеса lпс, величина которого составляет 150 ÷ 200 мм.

Наибольший радиус lзг, описываемый элементами поворотной платформы при вращении крана, отмеряют от оси Y, являющейся осью вращения поворотной части крана. Величину lзг можно вычислить по формуле [5] для крана с поворотной башней:

здесь М – грузовой момент, т·м; Н0 – высота шарнира крепления стрелы к башне, м. Величину заднего габарита для кранов с поворотной башней можно также определить

по графику на рис. 2.4.

45

Рис. 2.4. График для определения заднего габарита крана с поворотной башней

Размер платформы hпл по оси Y назначается конструктивно на основе анализа существующих конструкций. При начальном проектировании его можно принимать равным hпл= 0,35 ÷ 0,45 м в зависимости от действующего грузового момента. Общая высота верхней плоскости поворотной платформы над уровнем головки рельса составит

Размер bпл поворотной платформы по оси Z должен быть не меньше диаметра ОПУ, чтобы несущие продольные балки платформы полностью опирались на поворотное кольцо ОПУ (см. рис. 1.14, 1.20). Ширина поворотной платформы должна обеспечивать размещение на ней механизмов, башенно-стрелового оборудования, контргруза, электрических шкафов (рис. 2.5) с учетом проходов для их обслуживания.

6. Контргруз (поз. 5) размещается на дальнем от оси вращения конце поворотной платформы. В этом случае он будет иметь минимальную массу. Размеры контргруза в плане назначаются конструктивно. Ширина контргруза b5 не должна выходить за размер колеи крана и может быть несколько меньше. Длину контргруза l5 можно принять 1000 ÷ 1200 мм исходя из общей компоновки механизмов на платформе.

Общая высота контргруза определяется расчетом исходя из плотности материала, применяемого для его изготовления. Задний край контргруза в плане не должен выходить за пределы окружности радиуса lзг с центром на оси вращения крана. Полная высота контргруза

где 2,2 т/м3 – плотность материала контргруза. Обычно контргруз изготовляют секционным из железобетонных плит с толщиной секции hс = 300 ÷ 500 мм. Конфигурация плиты контргруза в плане показана на рис. 2.5.

46

Рис. 2.5. Схема размещения механизмов на поворотной платформе

7.Стреловая (поз. 6) и грузовая (поз. 7) лебедки на расчетной схеме рис. 2.1 и на рис.

2.5условно обозначены прямоугольниками № 6 и № 7, которые обозначают их габаритные размеры в плане. С некоторым допущением при начальном проектировании размеры этих прямоугольников принимают одинаковые, а их размеры выбирают в зависимости от расчетных масс лебедок. При начальном проектировании габаритные размеры можно принять по унифицированным лебедкам для грузоподъемных кранов, краткая характеристика которых приведена в табл. 2.7. Реальные лебедки должны быть вписаны в соответствующий прямоугольник по размерам l и h на рис. 2.1 и по размерам l и b на рис. 2.5.

Таблица 2.7

Параметры унифицированных лебедок башенных кранов

Ширина лебедки принята вдоль оси барабана. На рис. 2.5 ось барабана должна быть параллельна оси Z. Параметры лебедки из табл. 2.7 можно принять по тяговому усилию.

При грузоподъемности Q < 10 т на кранах можно применять полиспасты с кратностью i =2. Ориентировочно тяговое усилие Fт можно определить по следующему выражению

8. Механизм поворота (поз. 8), обозначенный на расчетной схеме рис. 2.1 прямоугольником №8, должен размещаться в пределах, ограниченных диаметром ОПУ, так как ведущая шестерня механизма должна находиться в зацеплении с внутренним венцом зубчатым коле-

47

сом ОПУ. На современных башенных кранах применяются унифицированные механизмы поворота, количество которых определяется требуемой мощностью для поворота крана. Некоторые данные унифицированных механизмов поворота приведены в табл. 2.8.

Все известные унифицированные механизмы поворота имеют габаритные размеры и массы одного порядка. Предварительно можно принять механизм поворота мощностью

6кВт с соответствующими параметрами.

9.Поворотная башня крана (поз. 9 на рис. 2.1) на платформе размещается так, чтобы ее

ось находилась от оси вращения крана на расстоянии хб ≈ Dопу/2. Предварительный размер поперечного сечения колонны башни lb×bb можно определить по графикам на рис. 2.6 в зависимости от грузового момента и высоты колонны. На схеме крана размер lb выполняется симметрично относительно оси башни. Высота колонны башни от уровня головки рельсов

определяется уровнем опорного шарнира пяты стрелы Н0 согласно формуле (2.5). Расчетная высота колонны башни может быть определена как

Рис. 2.6. График для выбора размеров поперечного сечения башни крана

Длина шарнира lшс ≈ 0,3 м для крепления к башне стрелы определяется конструктивным исполнением опорного шарнира стрелы на нижней раме оголовка, примыкающей к верхней секции колонны башни. Расстояние центра шарнира для крепления стрелы от оси вращения крана можно принять равным

48

По выполненной схеме крана при уточнении высоты колонны башни может быть скорректирована ее масса по среднестатистической погонной массе 0,45 ÷ 0,55 т/м.

10. Оголовок (поз. 11 на рис. 2.1) в кранах с поворотной башней опирается на верхнюю секцию башни и жестко скрепляется с ней. К опорному контуру оголовка примыкают проушины для шарнирного присоединения стрелы. На вершине оголовка располагаются блоки для проводки канатов стрелового расчала. Конфигурацию бокового вида оголовка определяет положение его вершины с координатами хог и hог. Эти координаты рекомендуется определять исходя из следующих рекомендаций [5]:

где Ψ и ξ – безразмерные коэффициенты; L0 – заданный вылет груза, м. Коэффициент Ψ определяют по формуле

Ψ = 0,35 – 0,3∙10 -2 ∙ L0 + (0,3 – 0,4∙10 -2 ∙ L0 ) ∙10 -3 Мгр – 0,125 ∙ 10 -2 ( Н0 - хпл). (2.17)

Коэффициент ξ выбирают из табл. 2.9 в зависимости от грузового момента и длины стрелы.

Таблица 2.9

Таблица для выбора коэффициента ξ

11. Конфигурация как балочной, так и наклоняемой стрелы (поз. 10 на рис. 2.1) на схеме крана, имеет трапециевидную форму (рис. 2.7). Длина стрелы по нижнему основанию lс определяется исходя из заданного максимального вылета груза при горизонтальном положении стрелы

lс = L0 – Хс .

Рис. 2.7. Конфигурация стрелы в плане и на боковой проекции

Высоту сечения стрелы определяют рациональным соотношением hс ≈ 0,05 ÷ 0,08 lс в зависимости от длины стрелы в диапазоне длин стрел 20 ÷ 50 м. Для длинных стрел величина коэффициента меньше. Ширину балочной стрелы принимают bкс ≈ 0,75 hс.

Ширина балочной стрелы по всей длине постоянна. Наклоняемые стрелы могут иметь переменное сечение с уменьшением ширины к оголовку стрелы.

49

Для снижения изгибающих нагрузок на стрелу от собственного веса линия действия сжимающей стрелу силы должна проходить ниже центра масс поперечного сечения стрелы на величину е для создания изгибающего момента противоположного знака. Положение линии действия сжимающей силы определяется расположением оси опорного шарнира стрелы

иоси ее головных блоков относительно центра масс поперечного сечения стрелы. На большинстве существующих стрел кранов по технологическим соображениям линия действия сжимающей силы располагается в плоскости нижней грани стрелы.

Наклоняемая стрела удерживается стреловым расчалом за ось головных блоков. У ба-

лочной стрелы расчал крепится на расстоянии ≈ 2/3 lс от оси опорного шарнира. При маневрировании стрелой максимальный угол наклона подъемной стрелы к горизонту не должен превышать 70°.

12.Грузовой полиспаст на схеме крана (поз. 14 на рис. 2.1) обозначается канатными блоками, центр одного из которых располагается на свободном конце стрелы на линии ее нижней грани и является головным неподвижным блоком полиспаста. Центр блока крюковой подвески, подвижный блок грузового полиспаста, располагают ниже по вертикали на

расстоянии не менее Dбл + 500 мм от головного (рис. 2.1). Диаметры блоков обычно определяются при кинематическом расчете механизма подъема груза. Для предварительного обо-

значения на схеме принимают Dбл ≈ 450 мм. Нижний, подвижный блок вместе с грузовым крюком образует крюковую обойму.

У кранов с балочной стрелой грузовой полиспаст образуется блоками на грузовой каретке и блоками крюковой обоймы согласно рис. 2.1 и 1.24. На расчетной схеме крана цен-

тры блоков грузовой каретки располагают на расстоянии равном ≈ Dбл от нижней грани стрелы; центры блоков крюковой подвески должны находиться на расстоянии от центра блоков каретки не менее Dбл + 300 мм.

13.Распорная стойка на схеме крана (поз. 12 на рис. 2.1) изображается в виде прямо-

угольника высотой равной hpc ≈ 0,16 м и длиной равной lрс = lзг – 0,5 м. Стойка имеет шарнирное соединение с оголовком крана со стороны, противоположной стреле, на одном с ней уровне. На свободном конце распорной стойки на оси установлены обводные блоки для проводки канатов стрелового расчала. Диаметр блоков ≈ 0,5 м.

14.Кабина машиниста (поз. 13 на рис. 2.1) на современных кранах с поворотной башней устанавливается выносная, каркасная, унифицированная. Такая кабина состоит из кузова

ифонаря. Металлический каркас придает кабине жесткость. Площадь пола кузова кабины lк × bк = 2,1 ×1,3 м. Высота кабины hк = 2,2 м. Фонарь кабины представляет собой металлический каркас из профильного металла, в проемы которого вставлены на резиновых уплотнениях трехслойные небьющиеся стекла. Окна фонаря служат для обзора рабочей зоны, наблюдения за поднимаемым грузом, связи машиниста с монтажниками и стропальщиками, для проветривания кабины. Кабина устанавливается на специальной выдвижной консоли верхней секции башни. Крыша кабины не должна быть выше опорного шарнира стрелы.

Машинист крана должен иметь хороший обзор фронта работ при перемещении груза. Углы обзора в вертикальной и горизонтальной плоскостях современных кранов должны составлять не менее 118 ÷120°.

15.Стреловой полиспаст (поз. 15 на рис. 2.1) располагается параллельно оси башни на

расстоянии lрс от задней грани башни. Его нижнюю неподвижную обойму блоков располагают выше контргруза на 1,5 ÷ 2 м над ним, чтобы канат, идущий с блоков неподвижной обоймы, не мог касаться контргруза. Нижняя неподвижная обойма блоков стрелового полиспаста тягами прикреплена к поворотной платформе. Верхняя подвижная обойма при наклоне стрелы 70° к горизонту должна находиться на расстоянии не менее 1÷1,5 м от обоймы неподвижных блоков. Диаметры блоков стрелового полиспаста можно принять равными блокам грузового полиспаста.

50