Автомобильный кран

1.1 Область применения (использования).

Автомобильный кран 16т на шасси КамАЗ-53213, гидравлический, предназначен для выполнения погрузочно-разгрузочных и строительно-монтажных работ с обычными и разрядными грузами на рассредоточенных объектах.

1.2 Цель и назначение разработки

Кран автомобильный, грузоподъёмностью 16тонн, создаётся в связи с заменой снимаемого с производства крана.

1.3 Технические требования

1.3.1 Состав крана и требования к его конструктивному устройству

Проектируемый кран гидравлический, полноповоротный, с жёсткой подвеской телескопической стрелы, состоит из следующих составных частей:

· неповоротная часть: коробка отбора мощности, рама, опоры выносные, стойка стрелы, механизм блокировки подвески, шасси автомобиля, гидрооборудование неповоротной части, пневмооборудование, облицовка.

· поворотная часть: лебёдка грузовая с прижимным роликом, механизм поворота, рама поворотная, опорно-поворотное устройство, кабина, кожух, отопитель, гидрооборудование поворотной части.

· кран оборудован ограничителем нагрузки крана ОНК - 140 – 05.

· стреловое оборудование: канат D = 16,5мм, крюковая подвеска с крюком грузоподъёмностью 16тонн, стрела, гидроцилиндр подъёма стрелы.

· приводы управления: привод управления рабочими операциями, привод управления двигателем.

· электрооборудование: одиночный ЗИП.

1.3.2. Требуемые технические данные

· грузоподъёмность, тонн, максимальная:

на выносных опорах 16

без выносных опор 3

при передвижении с грузом на крюке 3

· высота подъёма крюка, м, максимальная 21,7

· вылет, м, максимальный 18,5

· грузоподъёмность при выдвижении телескопической стрелы, максимальная, тонн 4

· максимальная глубина опускания крюка для стрелы 9,7м с грузом 8т на вылете 5м, м. 12

· длина стрелы, м 9,7…21,7

· скорость подъёма-опускания номинального груза, м/сек.

· максимальная скорость подъёма-опускания крюка без груза, м/сек

· скорость изменения вылета крюка, м/сек:

при подъеме (опускании) стрелы 0,15

при выдвижении (втягивании) стрелы 0,13

· частота вращения поворотной части, об/мин. 1,75

· скорость передвижения крана, км/час:

транспортная 50

рабочая с грузом на крюке 5

· размеры опорного контура, м:

длина 3,85

· ширина: передних опор 4,8

задних опор 4,8

· угол поворота, град:

без груза на крюке со стрелой 9,7м.360

с грузом на крюке при работе на опорах 240

с грузом на крюке при работе без опор 240

· полная масса крана, кг. 21500

1.3.3. Требования к надёжности

Средний ресурс до первого капитального ремонта должен быть не менее 5000 часов. Наработка на отказ должна быть не менее 100 часов. Смазочные устройства должны обеспечивать работоспособность механизмов крана без смены смазки в период между техническими обслуживаниями.

Мероприятия по техническому обслуживанию должны включать:

- контрольные осмотры;

- ежедневные обслуживания;

- номерные технические обслуживания;

- сезонное обслуживание;

1.3.4. Требования к уровню унификации и стандартизации.

Основные механизмы и узлы крана максимально унифицированы с механизмами и узлами автокранов серийно выпускаемых.

Коэффициент применяемости должен быть не ниже 70%.

Коэффициент повторяемости должен быть не ниже 1,3.

1.3.5. Требования эстетические.

Кран по внешнему виду и отделке должен отвечать современным требованиям технической эстетики. Эстетический показатель должен быть не ниже 9 баллов.

1.3.6. Требования к исходным материалам составных частей крана.

В конструкции проектируемого крана используются материалы, применяемые для изготовления кранов КС – 3572 , КС – 3571 , КС – 3576 , а также другие материалы. Блоки грузового полиспаста крана изготавливаются из чугуна марки СЧ 18 – 36 ГОСТ 1412 – 70 «Отливки из серого чугуна».

1.3.7. Условия эксплуатации.

Проектируемый кран предназначен для эксплуатации в условиях, установленных ГОСТ 22827 – 77 «Краны стреловые самоходные общего назначения. Технические условия», с учётом требований, установленных данным техническим заданием.

1.3.8. Дополнительные требования.

· Кран должен быть работоспособным:

при эксплуатации в любое время года и суток при температуре окружающего воздуха от +40 до -40 .

при уклоне местности – 3.

при наклоне крана (наклон конструкции, к которой прикреплена стрела) относительно горизонта:

на выносных опорах – 1,5.

без выносных опор – 6.

с соответствующим уменьшением грузовых характеристик на 80%.

· Время развёртывания крана (при работающем двигателе), из транспортного положения в рабочее или из рабочего в транспортное, расчётом из двух человек, не более 5 минут.

· Конструкция крана должна обеспечивать:

предотвращение повреждения блоков;

возможность работы перед кабиной;

механизированную блокировку рессор тележки шасси;

запас прочности грузового каната не менее 6.

· Кран должен иметь защитную окраску хлорвиниловой эмалью ХВ 518 по грунту №138 или ГФ – 020.

· Гидравлический привод должен обеспечивать плавное, бесступенчатое регулирование скоростей рабочих механизмов крана.

· Выдвижение секций стрелы должно производиться с помощью гидроцилиндров. Грузоподъёмность при выдвижении секций стрелы должна быть в пределах грузовой характеристики.

2. Механизация

Автомобильный кран предназначен для выполнения погрузочно-разгрузочных и строительно-монтажных работ с обычными и разрядными грузами на рассредоточенных объектах. Максимальная грузоподъемность крана 16 т. В связи с этим, целесообразно применение крана при работе с грузами весом свыше 10 т. Например, при строительстве цехов заводов, при строительстве мостов, при работе с крупн габаритными грузами.

При работе крана, обслуживающему персоналу необходимо учитывать опасные зоны (зоны возможного падения и отскока груза).

Также перед работой необходимо правильно установить кран на строительной площадке.

Правильная установка крана на строительной площадке имеет важное значение для безопасного производства работ. Строительную площадку перед установкой крана необходимо очистить от мусора и строительных отходов, поверхность спланировать, выровнять ямы, канавы и выбоины засыпать землей и утрамбовать. В зимнее время площадку необходимо очистить от снега до грунта и посыпать песком или щебнем.

Стреловые самоходные краны следует устанавливать на строительной площадке после проверки несущей способности грунтового основания, которая должна соответствовать максимальному опорному давлению крана при наибольшей нагрузке. Другим важным критерием допустимости установки крана на строительной площадке служит угол осадки крана. Значительная деформация грунта не так опасна, если она происходит равномерно. Основное влияние на устойчивость кранов оказывает угол наклона крана из-за неравномерной осадки грунта в связи с различными значениями давления опор крана на грунт. Работа крана на свеженасыпанном грунте запрещается. Такая работа может быть разрешена только при использовании инвентарных подстилающих устройств (шпал, плит, щитов). Надежнее для этих целей применять инвентарные подкрановые щиты из металлического проката различных профилей (труб, швеллеров).

Автомобильные, пневмоколесные и гусеничные краны разрешается устанавливать на краю траншеи или котлована при условии соблюдения расстояний, приведенных в таблице 2.1. При невозможности соблюдения этих расстояний откос должен быть укреплен.

Установка на строительной площадке стреловых самоходных кранов производится так, чтобы при работе расстояние между поворотной частью крана (при любом его положении) и строениями, штабелями грузов, колоннами было не менее 1 м. Кран нужно устанавливать на все имеющиеся дополнительные опоры.

Табл. 2.1. Допустимые расстояния от основания котлована (траншеи) до опоры крана

Глубина котлована Н_к, м	Расстояние от основания откоса до ближайшей опоры крана при ненасыпном грунте, м
Глубина котлована Н_к, м	песчаном и гравийном	супесчаном	суглинистом	глинистом	лессовом сухом
1	1,5	1,25	1	1	1
2	3	2,4	2	1,5	2
3	4	3,6	3,25	1,75	2,5
4	5	4,4	4	3	3
5	6	5,3	4,74	3,5	3,5

Под опоры следует подкладывать прочные и устойчивые подкладки. Кран нужно установит так, чтобы можно было с одного места выполнить максимум операций по подъемы и перемещению грузов. При этом безопаснее выполнять работу с минимальными вылетами крюка и углами поворота платформы. Установка кранов должна производиться в соответствие с проектом производства работ и инструкцией по эксплуатации крана, разработанной заводом-изготовителем. Установка грузоподъемных кранов на строительной площадке, размещение участков работ, рабочих мест, проездов транспортных средств и проходов для людей должны выполняться с учетом выделения опасных для пребывания людей зон, в пределах которых производиться подъем и перемещение грузов кранами.

Зоны постоянно действующих опасных производственных факторов во избежание доступа посторонних лиц должны быть ограждены защитными ограждениями, удовлетворяющими требованиям ГОСТ 23407-78.

Граница опасной зоны грузоподъемного крана определяется с учетом отлета (падения) груза, перемещаемого краном на наибольшем вылете стрелы.

Границы опасных зон стреловых самоходных кранов определяются исходя из следующих условий:

· установка крана для монтажа устойчивых элементов;

· установка крана для монтажа высоких неустойчивых элементов;

· установка крана вблизи штабеля складирования (здания и т.д.);

· установка крана вблизи котлована (траншеи);

· установка крана вблизи линии электропередач.

Границу опасной зоны при работе крана по монтажу устойчивых элементов можно определить по формуле:

, (2.1)

где - радиус опасной зоны;

- максимальный вылет крюка крана;

- длина детали;

- расстояние от вылета крюка до места возможного падения груза.

Расстояние должно быть не менее, м:

Табл.2.2

Высота подъема груза

Н, м

Расстояние , м не менее

до 20

от 20 до 70

Рис. 2.1. Границы опасной зоны при работе крана по монтажу устойчивых элементов.

Например, определим границу опасной зоны, когда автомобильным краном КС – 4572 будет производиться монтаж плит.

Известно:

Наибольший вылет 18,4 м, длина плиты 5 м, наибольшая высота подъема 21,7 м.

Согласно табл. 2 м. Подставим данные значения в формулу, получим:

Границу опасной зоны при монтаже краном неустойчивых элементов можно определить по формуле:

, (2.2)

где - радиус опасной зоны (вылет крюка);

- рабочий радиус крана;

- высота подъема груза;

Например, определим границу опасной зоны, при монтаже колонны автомобильным краном КС – 4572.

Известно:

Вылет 10 м, высота подъема груза 10 м.

Согласно табл. 2

м. Подставим данные значения в формулу, получим:

Рис. 2.2. Границы опасной зоны при работе крана по монтажу неустойчивых элементов.

Граница опасной зоны между штабелем конструкций (стеной здания, колонной) и поворотной частью крана может быть подсчитана по формуле:

, (2.3)

где - габарит поворотной части крана;

- радиус опасной зоны вращения крана;

- расстояние между штабелем и краном не менее 1 м.

Например, определим границу опасной зоны между штабелем конструкций (стеной здания, колонной) и поворотной частью крана КС – 4572.

Известно:

Габарит поворотной части крана 2,95 м, расстояние между штабелем и краном принимаем 3 м.

Подставим данные значения в формулу, получим:

Рис. 2.3. Границы опасной зоны между штабелем конструкций и поворотной частью крана.

Производство всех работ и пребывание людей в опасной зоне вращения крана строго запрещается.

3. Конструкторская часть

Расчёт грузовой лебёдки. Расчет будем вести по методическим указаниям (3)

Задача расчёта.

Спроектировать механизм подъёма груза автомобильного крана.

Исходные данные.

грузоподъёмность m_г = 16000 кг;

высота подъёма H = 21,7 м.

скорость подъёма V = 0,14 м/с.

кратность полиспаста а = 4.

масса крюковой подвески m_кр = 150 кг.

3.1 Выбор каната и барабана.

3.1.1 Находим грузоподъёмную силу по формуле

(3.1)

где g = 9,81 м/с- ускорение свободного падения.

Получим .

3.1.2 Определяем КПД полиспаста по следующей формуле:

= , (3.2)

где = 0,98 – КПД блока на подшипниках качения;

к = 1 – число обводных блоков.

Получим

= = 0,95

3.1.3 Рассчитываем наибольшее натяжение ветви каната, набегающей на барабан при подъёме груза по формуле:

, (3.3)

где = 1 – число полиспастов.

Получим

F =

3.1.4 Разрывное усилие каната в целом определяется по формуле:

, (3.4)

где - минимальный коэффициент использования каната;

- символ, означающий смещение по таблице (3 стр.25) соответствия групп классификации и коэффициентов использования каната и выбора диаметра. (Допускается изменение коэффициента выбора диаметра барабана , но не более чем на два шага по группе классификации в большую или меньшую сторону, с соответствующей компенсацией, путём изменения величины на то же число шагов в меньшую или большую сторону), поэтому введём ряд смещений:

Тогда получим ряд значений:

Имеем

Разрывное усилие каната (), для кратности , для основного и добавочных значений получим по формуле (4):

3.1.5 Выбираем тип каната. Для автомобильного крана, работающего на открытом воздухе, при наличии пыли и влаги следует выбирать канат типа

ЛК – Р 619+1 о.с., ГОСТ 2688-80 с малым количеством проволок большого диаметра. Этот канат обладает высокой абразивной и коррозионной износостойкостью.

По найденным значениям находим значения диаметров каната и маркировочную группу, соответствующую условию прочности каната:

, (3.5)

где - разрывное усилие каната в целом (по каталогу). Имеем следующие значения диаметров каната (в скобках указаны маркировочные группы (МПА) и разрывные усилия ()):

3.1.6 Минимальный диаметр барабана определяется по формуле

, (3.6)

где - коэффициент выбора диаметра барабана.

По таблице (3 стр.25), для заданной группы классификации механизмов, получают основное значение . При смещении по этой таблице вверх и вниз на два шага, находят значения , где

При определении минимального диаметра барабана получим основное

значение . При смещении по этой таблице вверх и вниз на два шага, имеем:

По формуле (3.6) получим:

3.1.7 Расчётный диаметр барабана , принимают из ряда Ra20.

Имеем

ГОСТ 3241 – 80 «Канаты стальные. Технические условия» приводит ограничение: «Диаметр шейки барабана должен быть не менее 15 номинальных диаметров каната». Следовательно, отбрасываем барабаны с .

3.1.8 Длина барабана с односторонней нарезкой определяется по формуле:

(3.7)

где - шаг нарезки; - кратность полиспаста; - необходимая

длина каната на барабане (=50м.) (условно).

Получим

Как видно из расчётов, вариант с канатом диаметром 16,5мм даёт больший диаметр барабана при меньшей его длине.

Ради запаса примем:

диаметр барабана D = 450мм.

длина барабана L = 605 мм.

диаметр каната d = 16.5 мм.

На автомобильных кранах допустима навивка каната на барабан в несколько слоёв, следовательно, запаса каната на выбранном барабане будет достаточно.

3.1.9 Определим угловую скорость барабана по формуле:

, (3.8)

Получим

3.2 Выбор гидромотора (4).

3.2.1 Находим статическую мощность гидромотора по формуле:

, (3.9)

где =

= 0,9 – КПД механизма с цилиндрическим редуктором.

= 0,965 – КПД гидромотора.

Получим Вт. ( кВт).

3.2.2 Крутящий момент создаваемый гидромотором:

, (3.10)

где - угловая скорость гидромотора.

=31,5 передаточное число редуктора (взято максимальное среди двухступенчатых редукторов).

Получим .

3.2.3 Потребный рабочий объём гидромотора:

, (3.11)

где = 16 МПА – перепад давлений на гидромоторе (выбираем ориентировочно (4 стр.22)).

=0,94 – механический КПД гидромотора в первом приближении.

Получим

По (4 стр.22) выбираем аксиально-поршневой регулируемый гидромотор 223.25.

Техническая характеристика гидромотора:

потребный рабочий объём гидромотора =214

перепад давлений на гидромоторе 16 МПА.

номинальная подача 4,840

частота вращения вала гидромотора 1400

(Регулировать на частоту 750)

3.3 Выбор редуктора

Выбираем редуктор, оснащённый зубчатым венцом на выходном валу,

выберем универсальный двухступенчатый редуктор Ц2У – 250.

3.4 Выбор тормоза

3.4.1 Грузовой момент на барабане определяется по формуле:

, (3.12)

где =

Получим

3.4.2.Статический момент на входном валу редуктора при торможении определяют по формуле:

, (3.13)

где - КПД механизма, который можно принять равным КПД редуктора.

Получим

3.4.3 Тормозной момент, на который регулируют тормоз, определяют по формуле:

, (3.14)

где 2 – коэффициент запаса торможения.

Получим

Выбираем ленточный тормоз (при одинаковом тормозном моменте, по сравнению с колодочным и дисковым тормозами, он имеет меньшие размеры, что важно на автомобильных кранах).

При тормозном шкиве диаметром 180 мм, тормозной момент 800 Нм.

3.5 Расчёт шпоночного соединения

Для проверки работоспособности спроектированной конструкции следует проверить надёжность шпоночного соединения тихоходный вал редуктора - зубчатый венец. Расчёт будет вестись по методике предложенной (6).

Выбранная шпонка: «Шпонка 22 1490 ГОСТ 23360 – 78» (Шпонка призматическая).

Основным расчётом для призматических шпонок является условный расчёт на смятие.

Условие прочности выбранной шпонки на смятие:

где

9585 Нм - вращающий момент (принимается равным грузовому моменту на барабане).

77 мм – диаметр вала, на который посажена шпонка.

90 мм – рабочая длина шпонки.

5,6 мм – глубина врезания шпонки в ступицу.

600 МПа – допускаемое напряжение смятия.

Получим:

490 МПа,

следовательно, неравенство выполняется.

Шпонка выбрана, верно.

Итоги расчёта:

Выбраны:

- редуктор Ц2У – 250.

- гидромотор 223.25.

- барабан диаметр 450 мм.

длина 605 мм.

- диаметр каната 16,5 мм.

4. Расчёт механизма поворота

Расчёт будем вести по методическим указаниям (8).

Задача расчёта:

Спроектировать механизм поворота для поворотной части автомобильного крана.

Исходные данные.

грузоподъёмность (масса груза) 16000 кг.

длина стрелы (при максимальной грузоподъёмности) 9,7м.

вылет (при максимальной грузоподъёмности) 3,75 м.

угловая скорость поворотной части 0,18

масса крюковой подвески 150 кг.

4.1 Вес стрелы

Стрела состоит из трёх секций: 9,7 м.; 15,7 м.; 21,7 м. (выдвижение секций по 6 метров, то есть ход поршней 6 метров). Для расчёта нужно учитывать также и вес двух гидроцилиндров.

Вес стрелы вычисляют из эмпирической зависимости:

, (3.15)

где 0,066 – коэффициент веса стрелы (мал потому, что стрела при подъёме груза расположена наклонно).

15,8410 - грузоподъёмная сила.

3,75.- вылет.

Получим

0,06615,84103,753,9210

Плечо силы тяжести стрелы = 1,75м. (взято из геометрических соотношений между: длиной стрелы, точкой подвеса стрелы и вылетом груза).

4.2 Момент сопротивления повороту поворотной части в период пуска:

, (3.16)

где - момент сил трения;

- момент динамический.

Момент сил трения:

0,5 , (3.17)

где =0,015 – приведенный коэффициент трения в подшипниках;

реакция упорного подшипника:

, (3.18)

15,8410 - грузоподъёмная сила.

3,9210 - вес стрелы.

9,81 , (3.19)

1300 кг – масса поворотной платформы (принята конструктивно с запасом).

Подставив в (3.19) , получим:

13009,81=1,310.

Подставим в (3.18) , получим:

(15,84+3,924+1,3)10=21,110.

Упорный подшипник выбирается по статической грузоподъёмности из условия . Этому условию удовлетворяет подшипник шариковый упорный 8314 . Его внутренний диаметр (7. стр. 20) d = 70 мм; d = 70.2 мм; наружный диаметр D=125 мм; высота h=40 мм; статическая грузоподъёмность С= 2910.