Учебное пособие 800490

По схеме на рис. 4.1 изменение угла наклона стрелы и соответственно вылета груза осуществляется стрелоподъемной лебедкой 1 с помощью канатного полиспаста 2, состоящего из подвижной 3 и неподвижной 4 обойм блоков. Неподвижная обойма может быть закреплена на двуногой стойке, на портале, на оголовке башни, прикреплена тем или иным способом к поворотной платформе крана. Подвижная обойма с помощью канатных тяг прикрепляется к головной части 5 стрелы 6 или может быть установлена непосредственно на ней. Такую конструкцию называют механизмом изменения вылета с гибкой подвеской стрелы.

Рис.4.1. Схема механизма изменения вылета

груза при гибкой подвеске стрелы

Она получила распространение на гусеничных, пневмоколесных, башенных, мачтовых кранах.

По схеме на рис. 4.2 изменение угла наклона стрелы осуществляется гидроцилиндром. Стрела 1 при такой схеме шарнирно укреплена на портале поворотной платформы. Гидроцилиндр 2 шарнирно прикреплен корпусом к поворотной платформе, а штоком – к проушинам на стреле. Такая схема называется жесткой подвеской стрелы и обычно применяется на автомобильных

кранах и кранах на спецшасси автомобильного типа.

Изменение вылета груза путем удлинения стрелы телескопической конструкции является установочным движением

	и осуществляется без груза на крюке или с
	грузом массой не более 10-15 % от номи-
	нальной (максимальной) грузоподъемности.
	Телескопические стрелы получили распро-
	странение на мобильных кранах ввиду не-
	обходимости перемещения по дорогам с ма-
	лыми радиусами поворота и с ограничением
	по высоте транспортных средств. Количе-
	ство выдвижных секций у автомобильных
	кранов обычно от одной до трех. Известны
	краны большой грузоподъемности на спе-
Рис. 4.2. Схема изменения вылета при	циальном шасси автомобильного типа, у ко-
	торых количество выдвижных секций дос-
жесткой подвеске стрелы	тигает девяти. На рис. 4.3 показан чертеж
	крана, установленного на шасси 1 автомо-
	биля КАМАЗ-53228. Кран имеет четырех-

секционную телескопическую стрелу 2. Изменение вылета груза на таком кране осуществляется как наклоном стрелы, так и ее удлинением (телескопированием). На рис. 4.4 показан схематический чертеж, а на рис. 4. 5 - кинематическая схема телескопической стрелы, позволяющие понять принцип действия телескопической стрелы.

81

Рис. 4.3. Чертеж автомобильного крана с телескопической стрелой

Рис. 4.4. Схематический чертеж четырехсекционной телескопической стрелы

Рис. 4.5. Кинематическая схема телескопической четырехсекционной стрелы

Внутри корневой секции 1 размещена секция 2, выдвигаемая гидроцилиндром А, который своим штоком прикреплен к корневой секции, а корпусом - к выдвигаемой секции 2. Корпус и шток гидроцилиндра крепятся к секциям шарнирно. Выдвижение секции 3 относительно секции 2 осуществляется гидроцилиндром Б, который, аналогично гидроцилиндру А, крепится ко 2-й и 3 -ей секциям стрелы. Выдвижение секции 4 осуществляется канатным мультипликатором. Для этого на свободном конце корпуса гидроцилиндра Б смонтирована каретка с обводными блоками К (на рис. 4.5 эти обводные блоки устано влены на верхнем конце секции 3 и обозначены поз. 5). Канаты 6 мультипликатора одним концом прикреплены к секции 2, а другим концом – к секции 4. Таким образом, при выдвижении секции 3 одно-

82

временно происходит выдвижение секции 4 со скоростью в два раза больше скорости выдвижения секции 3 относительно секции 2. Для втягивания секции 4 также используется канатный мультипликатор, состоящий из втягивающего каната 7 и обводных блоков 8, установленных на нижнем конце секции 3. Такая кинематика позволяет осуществлять работу крана с несколькими определенными вариантами длины стрелы.

1.Основная длина: все секции вдвинуты.

2.Промежуточная длина: выдвинута секция 2, секции 3 и 4 вдвинуты; секция 2 вдвинута, секции 3 и 4 выдвинуты.

3.Максимальная длина стрелы: все секции выдвинуты.

Изменение вылета (рис. 4. 6) путем перемещения по балочной стреле грузовой тележки, на которой установлен грузоподъемный полиспаст, в основном применяется на башенных кранах. Перемещение грузовой тележки 1 по стреле 2 осуществляется лебедкой 3 с помощью тягового каната 4. Схема запасовки тягового каната может быть выполнена по двум вариантам. В первом случае (рис. 4.7) оба конца тягового каната закрепляют на барабане, а его середина закреплена на грузовой тележке. По другому варианту оба конца тягового каната закрепляют на грузовой тележке, а средняя часть каната обвивает тяговый барабан двумятремя витками (рис. 4.8). Во всех случаях должно быть предусмотрено устройство для обеспечения оптимального натяжения тягового каната.

Конструкция механизма изменения вылета с канатной тягой позволят осуществлять строго горизонтальное перемещение груза, что наиболее удобно при строительномонтажных работах. Во всех остальных ранее названных конструкциях горизонтальное перемещение груза сопровождается изменением положения груза по высоте. Для устранения этого неудобства приходится усложнять конструкцию механизмов изменения вылета.

Рис.4.6. Чертеж балочной стрелы с грузовой тележкой и канатной тягой

Рис. 4.7. Схема запасовки тягового каната с закреплением концов

каната на барабане

83

Рис. 4.8. Схема запасовки тягового каната с закреплением концов каната

на грузовой тележке

4.2. Проектирование механизма изменения вылета с гибкой подвеской стрелы

Механизм изменения вылета с гибкой подвеской стрелы применяют на кранах с решетчатыми стрелами постоянной длины. Такими стрелами в основном оборудуются башенные, гусеничные, пневмоколесные краны. Гибкая подвеска стрелы предполагает наличие трех характерных опорных точек, позволяющих построить принципиальную схему работы такого механизма. Такими точками являются (рис. 4.9): опорный шарнир пяты стрелы (точка О), шарнир головных блоков стрелы (точка С), ось блоков двуногой стойки стреловых самоходных кранов (у башенных кранов это вершина оголовка с блоками) (точка В).

Основу механизма изменения вылета с гибкой подвеской стрелы составляют стрелоподъемный полиспаст и стрелоподъемная лебедка. Для расчета и выбора параметров этих механизмов необходимо определить усилие и рабочий ход стрелового расчала:

lраб = ВС1 – ВС2.

(4.1)

Все исходные геометрические размеры, указанные на рис. 4.9, принимаются по расчетной геометрической схеме крана [6 - 8]. Наибольшая длина стрелового расчала при горизонтальном расположении стрелы

Рис. 4. 9. Расчетная схема для определения
рабочего хода стрелового расчала				ВС =	Lc + а	.	(4.2)
				1	cosα
Угол α между стрелой и расчалом
		Hп
α = arc tg				.			(4.3)
	L
			+ a
	c

Длина стрелового расчала при угле наклона стрелы к горизонту 70°

84

ВС2 =	Lc cos70°+ a	.	(4.4)
	cos β

Угол между стрелой и стреловым расчалом при наклоне стрелы к горизонту на 70°

β = arc tg

Lc sin 70°− Hï

.

(4.5)

Lc cos70°+ a

Для кранов с гибкой подвеской стрелы угол наклона стрелы к горизонту согласно требованиям правил Ростехнадзора не должен превышать 70°. Полученная величина lраб с учетом кратности стрелоподъемного полиспаста будет рабочей длиной каната, которую необходимо разместить на барабане стрелоподъемной лебедки.

lраб = lраб·iсп	(4.6)
Кратность стрелоподъемного полиспаста принимают в 1,5÷2 раза больше	, чем крат-

ность грузоподъемного полиспаста. Под кратностью полиспаста понимают число ветвей каната, на которые распределяется действующее стрелоподъемное усилие.

Емкость барабана стрелоподъемной лебедки должна быть определена с учетом длины каната, используемого при монтаже (демонтаже) крана. Барабаны стрелоподъемных лебедок рассчитывают для многослойной навивки каната.

Выбор каната для полиспаста производится по величине максимального действующего усилия в стреловом расчале Fсп. Расчетная схема для определения этого усилия приведена на рис. 4.10. Определение усилия в расчале производится для двух случаев: для максимального и минимального вылета груза. Величины грузов Gгр 1 и Gгр 2 принимают в соответствии с грузовой характеристикой крана для соответствующего вылета.

Рис. 4.10. Схема для определения исходных параметров стрелоподъемной лебедки

Для этого составляются уравнения моментов сил относительно опорного шарнира стрелы (точка О)Σ М i = 0. Для горизонтального положения стрелы (фронтальной ветровой нагрузкой на стрелу и груз, центробежными силами инерции на стрелу и груз из-за малости

85

создаваемых моментов относительно точки О можно пренебречь) уравнение моментов сил имеет следующий вид:

G	L	+G		Lс	− F	L	sin Θ − F	L sinα = 0 .	(4.7)
гр1	с	с		2 гк1		с	сп1	с

Усилие, создаваемое грузоподъемным канатом при подъеме груза на горизонтальной стреле,

F	=	Gгр1	.	(4.8)
гк1		iгп ηгп

Здесь ηгп – КПД грузового полиспаста, iгп – его кратность. Угол наклона грузового каната к горизонту

Θ = arc tg	Hгк	.	(4.9)
	a + L
	c

Это расчетное положение обычно используют для определения усилия в стреловом расчале башенного крана с балочной стрелой. Для маневровых стрел при минимальном вылете уравнение моментов сил имеет следующий вид:

G

L

cos70°+G

Lс cos 70°

+ (F

+ F

)

Lc sin

70°

+ (F

+ F

)L sin 70°−

гр 2

с

с

2

вс2

цс2

2

в гр2

ц гр2

с

(4.10)

−Fгк2Lc sinγ − Fсп2Lc sinδ = 0.

Вэтом уравнении Fвс2 и Fв гр2 - силы ветра, Fцс2 и Fц гр2 - центробежные силы, действующие соответственно на стрелу и груз.

δ = 70° - β;	γ = 70		−arc tg	L sin 70°− H	.	(4.11)
				cгк
				L cos 70°+a
				c

Из уравнения (4.10) находят величину усилия Fcп2 в стреловом расчале и с учетом кратности и КПД стрелоподъемного полиспаста по ГОСТ 7668 подбирают канат двойной

свивки типа ЛК-РО с разрывным усилием Fразр = kзап Fсп2 / iсп ηcп.

Скорость наматывания каната на барабан стрелоподъемной лебедки при заданном времени полного изменения вылета груза tвыл будет

v = lраб / tвыл,(м/с).

(4.12)

Остальные элементы стрелоподъемной лебедки рассчитываются или подбираются по каталогам в соответствии с методикой, изложенной в разделе 1 «Механизм подъема груза».

4.3.Проектирование механизма изменения вылета с канатной тягой

Вкранах с балочной стрелой изменение вылета груза осуществляется путем передвижения грузовой каретки по стреле с помощью канатной тяги (см. рис. 4.7 и 4.8). Чтобы определить конструктивные параметры тяговой лебедки, необходимо определить действующее

усилие в тяговом канате Fтк , скорость наматывания каната на барабан Vтк , рабочую длину каната. На рис. 4.11 показана расчетная схема механизма передвижения с канатной тягой

86

Рис. 4. 11. Расчетная схема для определения рабочих параметров тяговой лебедки

Усилие тягового каната Fтк должно преодолевать сопротивления, возникающие при передвижении каретки с грузом по стреле:

Fтк = Wо = W1+W2+W3+W4+W5.

(4.13)

Здесь W1 – сопротивление в ходовых частях каретки с грузом; W2 - сопротивление от уклона опорной поверхности крана; W3 - сопротивление от ветрового давления на груз;

W4 - сопротивление, создаваемое полиспастом грузового каната; W5 – сопротивление обводных блоков движению тягового каната.

Сопротивление от трения в ходовых частях тележки с грузом вычисляют по формуле

W1	= (Gгр +Gт )	µц dц +2 f	kр .	(4.14)
		D
		хк

Коэффициент трения μ шариковых подшипников, приведенный к цапфе колеса, можно принять μц = 0,012. Коэффициент трения качения колес тележки по направляющим стрелы f ≈ 0,3. Коэффициент трения реборд колес тележки kр = 1,5. Геометрические размеры колес грузовой тележки принимают в зависимости от действующей на них нагрузки (табл. П.13).

Сопротивление от уклона опорной поверхности грузовой тележки определяют исходя из допустимого уклона ψ для всего крана. Для строительных башенных кранов принимают ψ = 0,005 и вычисляют это сопротивление по формуле

W2 = (Gгр + Gт) ψ.

(4.15)

Сопротивление от ветрового давления на груз определяют для рабочего состояния крана при нормативном давлении ветра q = 125 Па и расчетной площади груза Sгр. Величины расчетных площадей грузов принимают в зависимости от массы груза при максимальной грузоподъемности [12].

W3 = q· Sгр.

(4.16)

Сопротивление, создаваемое перекатыванием каната грузового полиспаста по блокам, зависит от числа блоков n, участвующих в проводке каната:

87

vтк = Lс / tвыл.

n
W4 = (Gгр + Gко) ∑(1−ηбл ).	(4.17)

i=1

Здесь Gко – сила тяжести крюковой обоймы; ηбл - КПД блоков (табл. П.2.1). Сопротивление W5 обводных блоков, по которым проходит тяговый канат передвиже-

ния каретки, зависит от его предварительного натяжения F0. Если оба конца каната закреплены на барабане тяговой лебедки, как на рис. 4.7, то величина предварительного натяжение тягового каната устанавливается величиной его оптимального провеса fсб на сбегающей вет-

ви fсб ≈ 0,025Lc.

F =	g q L2c	, Н.	(4.18)
0	8 fcб

Здесь g – ускорение свободного падения; q – погонная масса тягового каната, кг/м. Поскольку тяговый канат предстоит еще выбрать, предварительно можно ориентироваться на погонную массу каната двойной свивки диаметром dк ≈ 12 мм.

W5 = F0 (1−ηблn ηбар ),

(4.19)

где ηбар = 0,98 - КПД барабана тяговой лебедки.

Канат для тяговой лебедки выбирают по разрывному усилию, которое должно быть

Fразр ≥ kзап · Fтк ,	kзап ≥ 4.
Расчетную длину каната lтк для определения длины барабана тяговой лебедки вычис-
ляют с учетом разгрузочных витков каната на барабане:
lтк = Lс + 3· π (Dбар+dк).		(4.20)

Если тяговое усилие в канате передвижения грузовой каретки создается за счет сил трения каната на барабане (рис. 4.8), то необходимо определить гарантированный угол охвата барабана канатом по формуле

	ln(	W0 kсц	+1)
γ =		F		, рад,	(4.21)
	0

f

где kсц – коэффициент запаса сцепления тягового каната с барабаном; f – коэффициент трения каната по барабану.

Минимальное количество витков каната на барабане в этом случае должно быть не менее 1,5.

Скорость наматывания тягового каната при заданном времени полного изменения вылета tвыл будет

( 4.22)

Дальнейший расчет тяговой лебедки ведут по методике, аналогичной расчету грузоподъемной лебедки (раздел 1.4).

88

4.4. Проектирование механизма вылета стрелы крана с гидроприводом

4.4.1. Определение параметров механизма наклона стрелы

Гидравлический привод в механизмах изменения вылета груза широко применяется в автомобильных кранах и кранах на спецшасси автомобильного типа. Изменение вылета осуществляется изменением угла наклона стрелы с помощью гидроцилиндра. Кинематика изменения вылета, конструктивная разработка схемы изменения угла наклона стрелы с помощью гидроцилиндра, рассмотрена в учебном пособии [6].

В задачу расчета гидропривода механизм изменения вылета входит определение следующих параметров:

•максимального усилия, действующего на гидроцилиндр;

•выбор рабочего давления в гидросистеме;

•определение параметров гидроцилиндра: диаметра поршня и его ход;

•определение производительности, мощности гидронасоса и выбор его типоразмера. Для определения максимального усилия, действующего на шток гидроцилиндра при

подъеме стрелы, воспользуемся расчетной схемой на рис. 4.12. Усилие следует определять для максимального (α = 80°),промежуточного (α = 45°) и минимального (α = 20°) углов н а- клона стрелы к горизонту. Для каждого угла наклона определяют усилие на штоке гидроцилиндра при максимально выдвинутых и максимально вдвинутых секциях стрелы. Сила тяжести груза в каждом случае принимается с учетом грузовой характеристики крана, построенной по условию обеспечения его грузовой устойчивости.

Усилие на штоке гидроцилиндра в каждом положении стрелы определяют из уравнения

моментов сил относительно пяты стрелы (точка 0) ∑Мо = 0.
F		=	Gc lgc cosα +Gгр[Lc cosα + k cos(90 −α)]+ Fцc lgc sinα + Fвс lвс sinα		+
гц			r		(4.23)
	Fв гр[k sin(90 −α)]+ Fц гр[k sin(90 −α)]− Fк m
+				,кН.
			r

В этом уравнении все силовые и конструктивные параметры принимают по полученным результатам общего расчета крана. Текущее значение углаα зависит от перемещения xi штока гидроцилиндра подъема стрелы. Величину углаα можно определить как разность у г- лов β и θ: α = β - θ. Величины этих углов можно определить по теореме косинусов (см. фрагмент расчетной схемы на рис. 4.12). Угол θ определяем из треугольника со сторонами n, d и Lгц:

	d 2	+ n2 − L2
θ = arc cos		гц	,	где d = a2 +b2 ; n =
		2 d n

Угол β определяют из треугольника со сторонами n, d и ( Lгц + хi )

	d 2	+ n2 −(L	+ х )2
β = arc cos		гц	i	.
		2 d n

c2 + e2 .

по формуле

Текущее значение плеча r усилия Fгц гидроцилиндра определяют по формуле

r = d cos(90 –γ),

(4.24)

(4.25)

(4.26)

89

Рис. 4.12. Расчетная схема механизма вылета с жесткой подвеской стрелы крана

90