Подъемно-транспортные машины являются важнейшим оборудованием для механизации работ во всех отраслях народного хозяйства – в промышленности, строительстве, на транспорте, в сельскохозяйственном 1 страница

Введение

Подъемно-транспортные машины являются важнейшим оборудованием для механизации работ во всех отраслях народного хозяйства – в промышленности, строительстве, на транспорте, в сельскохозяйственном производстве; применяются для перемещения людей на коротких трассах в вертикальном, горизонтальном и наклонном положениях.

В соответствии с функциями, выполняемыми подъемно-транспортными машинами, их классифицируют на грузоподъемные, транспортирующие и погрузочно-разгрузочные.

Грузоподъемные машины предназначены для перемещения отдельных штучных грузов большой массы по произвольной пространственной трассе, включающей вертикальные, наклонные и горизонтальные участки, циклическим методом, при котором периоды работы перемежаются с периодами пауз. Они могут выполнять и монтажные операции, связанные с подъемом и точной установкой монтируемых элементов и оборудования, а также поддержанием их на весу до закрепления в проектном положении.

К грузоподъемным машинам относятся самоходные стреловые краны не связанные с определенным местом использования, как по условиям энергообеспечения, так и по условиям взаимодействия с местностью. В зависимости от конструкции ходового оборудования они могут быть пневмоколесными, в том числе с использованием в качестве ходового оборудования шасси стандартных грузовых автомобилей или специальных шасси автомобильного типа, а также гусеничными, в том числе с использованием в качестве ходового оборудования тракторов.

Самоходные стреловые поворотные краны передвигаются непосредственно по местности и обслуживают площадки любой конфигурации.

В современном машиностроении наибольшую популярность приобрели машины с использованием гидропривода. Это не обошло стороной грузоподъемные машины. Активно применяются механизмы для грузоподъемных машин с использованием гидравлики. К ним относятся механизмы: поворота, изменения вылета стрелы, подъема груза и т.д.

В самоходных кранах с телескопически раздвижной стрелой секции выдвигаются штоками гидравлических толкателей, размещенных внутри секций. Основная секция поднимается наружными (одним или двумя) гидротолкателями, шарнирно прикрепленными к поворотной части крана. Груз поднимается лебедкой с гидроприводом, установленный на поворотной части за хвостовой частью стрелы.

Целью работы является проектирование грузоподъемной машины в виде манипулятора. Такой манипулятор занимает мало места в транспортном положении. Автомобиль с крано-манипуляторной установкой является автономным средством и может работать вне зависимости от наличия специализированных средств, что приводит к исключению простоев.

1 КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Классификация и общая характеристика

Термином манипулятор определяется большая группа стреловых самоходных кранов, характеризующихся высокой транспортной маневренностью, независимым энергообеспечением и разнообразным рабочим оборудованием значительных размеров.

Высокая транспортная маневренность достигается применением ходового оборудования, приспособленного для непосредственного перемещения по местности – по дорогам, как с твердым покрытием, так и с грунтовым, а также по территориям строительных площадок.

Энергообеспечение обеспечивается применением в качестве базового силового агрегата ДВС как карбюраторного так и дизельного двигателей, оборудованных баками значительной вместимости. Использование вторичных электрических и гидравлических силовых агрегатов – электрогенераторов постоянного и переменного тока с соответствующими двигателями и гидронасосов постоянной и переменной подачей с объемными гидродвигателями – определяет возможность удобного и эффективного управления манипулятором, в том числе с глубоким регулированием скорости рабочих движений.

Крановая часть у самоходных кранов всех типов идентична. Применяемое в самоходных кранах ходовое оборудование классифицируется на гусеничное и пневмоколесное, причем в настоящее время гусеничное ходовое оборудование применяется преимущественно в кранах большой грузоподъемностью, используемых для проведения сосредоточенных монтажных работ большого объема с крупногабаритными объектами.

Пневмоколесное ходовое оборудование более маневренное, чем гусеничное, допускает движение с большой скоростью по грунтовым и подготовленным дорогам стройплощадок. Краны с пневмоколесным ходовым оборудованием классифицируют на три группы: автомобильные – монтируемые на шасси стандартных грузовых автомобилей, с крановыми механизмами, приводимыми от двигателей автомобиля непосредственно или через вторичные – электрические или гидравлические агрегаты; пневмоколесные со специализированным шасси, находящимся на поворотной части крана двигателем, приводящим непосредственно или через вторичные двигатели все механизмы передвижения. Последнее предопределяет низкие маневренность и скорость перемещения крана из-за относительно малой мощности двигателя и усложненность управления передвижением из кабины, находящейся на поворотной части манипулятора. третей разновидностью являются краны на специальном многоосном шасси автомобильного типа с двумя двигателями, один из которых используется для передвижения по дорогам и местности со скоростью нормальных грузовых автомобилей, с управлением из кабины, находящейся на шасси, второй (меньшей мощности) установлен на поворотной части крана и приводит механизмы крана, управление которыми осуществляется из кабины, находящейся на поворотной части.

Особенностью всех манипуляторов с пневмоколесным ходовым оборудованием является необходимость при работе применять выносные опоры, расширяющие опорную базу крана и снимающую нагрузку с пневматических колес.

1.2 Обзор конструкций автомобильных манипуляторов

Манипуляторы на шасси автомобильного типа не имеют основного недостатка гусеничных и пневмоколесных кранов – малой скорости передвижения, препятствующей их быстрому перемещению между объектами. При малой грузоподъемности базовым может быть шасси обычного грузового автомобиля, но при грузоподъемности крана 25 т и выше стандартные шасси грузовых автомобилей уже не пригодны из-за недостаточной их грузоподъемности и недостаточных габаритов по длине. Усложняющим обстоятельством являются ограничения габаритов манипулятора по ширине (для обеспечения возможности двигаться по автомобильным дорогам в общественном потоке автомобилей) и по высоте (из-за необходимости проходить под мостами и под электропроводами, в том числе трамвайно-троллейбусными).

Автомобильные краны широко используют в строительстве. Автомобиль является ходовой неповоротной частью манипулятора, а его двигатель кроме своих основных функций выполняет функции привода механизма крана. Так же как и в самоходных кранах, механический групповой привод в современных автомобильных кранах заменяют индивидуальным - электрическим или гидравлическим.

Автомобильные краны устанавливаются на всех грузовых автомобилях, выпускаемых промышленностью. С номинальным грузом автомобильные краны могут работать только при установке на выносные опоры. Без установки выносных опор допустимая грузоподъемность крана резко снижается, а работа крана допустима только при включении стабилизаторов, выключающих рессорную подвеску заднего моста.

Автомобильные манипуляторы выполняют в виде оборудованной выносными опорами накладной рамы, закрепляемой на шасси автомобиля. На раме установлено опорно-поворотное устройство, а на нем поворотная часть крана (стойка) со стрелой. В манипуляторах с гидравлическим приводом стрелу выполняют - жестко опертой телескопически раздвижной, управляемой гидроцилиндром. Гидронасосы устанавливаются на шасси автомобиля и приводятся карданным валом от вала коробки отбора мощности, которая размещается сбоку коробки передач. Вал коробки отбора мощности приводится от постоянно вращающейся шестерни коробки передач автомобиля. При гидравлическом приводе механизмы поворотной части резко упрощаются и сама поворотная часть становится более компактной. Применение гидравлического привода упрощает и передвижение машины с транспортной скоростью из-за меньших габаритов.

Положительной особенностью автомобильных кранов являются их высокая маневренность и передвижение по дорогам с высокими транспортными скоростями.

В связи с лучшими технико-экономическими показателями манипуляторы с гидроприводом и телескопическими стрелами находят более широкое применение, чем с электроприводом и решетчатыми стрелами.

Конструкции автомобильных манипуляторов разнообразны.

1. Монтаж манипулятора между кабиной и кузовом базового автомобиля. Стрела в транспортном положении находится впереди кабины машины, что увеличивает ее габаритный размер.

2. Монтаж манипулятора на задней части базового автомобиля. Стрела в транспортном положении располагается по длине кузова, что резко уменьшает возможность перевозимых грузов.

Рисунок 1 – Схема установки кранового манипулятора.

Приведенные конструкции составляют основную массу выпускаемых манипуляторов такого типа. В последнее время получают все большее применение автотранспортные средства, с увеличенными возможностями совмещенные с различным строительным оборудованием.

1.3 Требования к манипуляторам

Повышение эффективности главным образом в результате увеличения их производительности и снижения числа обслуживающего персонала.

Совершенствование транспортных средств с грузоподъемными устройствами необходимо сочетать:

с ускоренной переработкой передовой технологии доставки народнохозяйственных грузов в пакетах и контейнерах, укреплением материально-технической и ремонтной базы автомобильного транспорта;

с дальнейшим повышением уровня погрузочно-разгрузочных работ и тем самым сокращением сроков доставки грузов.

В качестве базовых шасси под монтаж грузоподъемных устройств должны применяться серийно выпускаемые отечественные автомобили, полуприцепы и прицепы общего назначения, а также специализированные средства, их сборные единицы.

Автотранспортные средства с грузоподъемными устройствами, прежде всего, должны соответствовать всем тем требованиям, которые предъявляются к идентичным средствам безопасности и надежности эксплуатации, эргономичности, эстетике, технологичности изготовления, унификации, патентно-правовым показателям и по экономичности.

Грузоподъемные устройства предназначены для автотранспортных средств, должны обладать рациональной грузоподъемностью или грузовым моментом и обеспечивать безопасность выполнения погрузочно-разгрузочных работ.

Автотранспортные средства должны обеспечивать сохранную доставку с механизированной самопогрузкой (саморазгрузкой) перевозимых штучных грузов, технологического оборудования и других грузов.

Габаритная длина АТС с ГУ не должно превышать 20 м при работе полуприцепом или прицепом и 24 м с двумя или более прицепами. Наибольший габарит средств с грузом устанавливается в форме прямоугольника шириной 2,5 м и высотой 4,0 м. В наибольший габарит должны вписываться груз и все оборудование, за исключением боковых зеркал пр условии установки их на откидных кронштейнах. Груз не должен выступать за заднюю точку габарита более чем на 2 м.

Перевозка грузов, превышающих по габаритам и массе их предельно допустимые значения, должны согласовываться с органами ГАИ МВД РФ и соответствующими дорожно-эксплутационными организациями.

Монтаж кранового и бескранового устройств на серийных автомобилях должен осуществляться минимальной доработкой конструкции базового шасси. Грузоподъемные устройства должны обеспечивать регулирование скоростей рабочих операций от принятого максимально значения то 0,01 м/с с пульта управления.

Конструкция автотранспортных средств должна должно обеспечивать необходимую устойчивость при погрузке и выгрузке грузов на площадях с твердым и мягким покрытием, с продольным и поперечным уклоном не менее 3 ⁰ при скорости ветра до 15 м/с. Коэффициент грузовой устойчивости с учетом всех дополнительных нагрузок должен быть не менее 1,15.

Средства с крановым и бескрановым устройствами должны быть снабжены приборами автоматической остановки и фиксации перемещаемого груза в аварийных случаях.

Управление операциями грузоподъемных устройств, а также работой двигателей базовых автомобилей и автономных силовых установках должно осуществляться с пульта управления, расположенного с правой стороны по ходу движения автотранспортного средства, и дистанционно по кабелю длиной не менее 6 м. Грузоподъемным устройством управляет водитель базового шасси.

Средства должны быть оборудованы светильниками для выполнения погрузочно-разгрузочных работ в темное время суток.

В конструкции этих средств следует предусмотреть ограждение, трапы, опорные стойки и другие приспособления, обеспечивающие безопасность работы обслуживающего персонала.

Гидравлический привод механизмов грузоподъемных устройств должен отвечать требованиям стандартов.

1.4 Выбор и обоснование предлагаемой конструкции

В предлагаемой мной конструкции применяется устройство с двумя телескопическими звеньями позволяют увеличить зону обслуживания манипулятора не увеличивая при этом габариты самого бортового манипулятора. Вместе с тем на максимальном вылете крюка, появляется возможность использовать эти стреловые устройства в малоэтажном сельском строительстве для подачи материала на высоту более 6 м. Таким образом применение бортового манипулятора с таким стреловым устройством не ограничивается самопогрузкой и саморазгрузкой.Стрела имеет сварную конструкцию коробчатого сечения. Подъемная секция стрелы крепится шарнирно к верхней части колонны. Ее перемещение производится цилиндром подъема стрелы. Внутри основной секции стрелового устройства находится две выдвижные секции, телескопический гидроцилиндр выдвижения секции двойного действия. Секции перемещается по специальным направляющим.

Согласно заданной номенклатуре перевозимых грузов и анализу компоновочных схем размещения крановых устройств принимается размещение манипулятора на шасси грузового автомобиля между кабиной и грузовой платформой со смещением от оси автомобиля. Выполняется это из-за выбора базового автомобиля, а также для компактного расположения в транспортном положении.

Данная компоновочная схема имеет ряд преимуществ:

1- минимальное удаление кранового устройства от гидронасоса, устанавливаемого на базе автомобиля, наличие коротких трубопроводов и связанные с этим незначительные потери мощности в системе гидропривода;

2- рациональное расположение выносных опор, которые не влияют на ухудшение проходимости автомобиля.

3- возможность складывания стрелы в транспортном положении между кабиной и кузовом.

Также схема имеет и свои недостатки это общий для всех манипуляторов - неприспособленность большинства базовых автомобилей для монтажа крановых устройств и необходимость в связи с этим проведения конструктивных доработок: уменьшение длины кузова; перемещение кузова или его уменьшение: изменение месторасположения запасного колеса;

Конструкция проектируемого автопоезда с гидроманипулятором предназначена для установки столбов, укладывание труб, строительных колец. Состоит из бурильно-крановой машины БМ-302Б на основе базового автомобиля ГАЗ-66-02, прицепа 5207 и гидроманипулятора.

Гидроманипулятор закреплен стремянками, охватывающими раму технологического оборудования и лонжероны рамы автомобиля. Привод гидроманипулятора осуществляется гидравлическим насосом. Работа гидронасоса осуществляется от коробки отбора мощности, устанавливаемой на коробке передач автомобиля. Включение коробки отбора мощности производится из кабины посредством рычага.

Рабочим органом манипулятора служит крюковая подвеска. Управление исполнительными органами манипулятора осуществляется с пульта управления.

1.5 Расчет механизма поворота

1.5.1 Определение момента поворота

Необходимый момент на валу механизма поворота манипулятора, должен преодолевать момент от сил трения в опорно-поворотном устройстве и момент от сил инерции масс поворотной части манипулятора с грузом, определим по формуле [2]

М = М_тр+М_ин, (1)

где М_тр - момент от сил трения, кН;

М_ин, - момент от сил инерции.

Момент от сил трения М_тр складывается из моментов сил трения в верхней М₁ и нижней М₂ опорах, воспринимающих горизонтальные нагрузки и момента М₃ в опоре, воспринимающей вертикальные нагрузки и определяется по формуле [2]

, (2)

где Н - горизонтальная реакция в опоре, кН;

V - вертикальная реакция в опоре, кН;

d₁,,d₂ - диаметр цапф воспринимающих горизонтальную нагрузку, мм;

d₃ - диаметр цапфы под упорный подшипник, мм;

m₁,, m₂, m₃ - коэффициент трения в подшипниках качения в верхней и нижней опоре, воспринимающих горизонтальную и вертикальную нагрузку.m₁ = m₂ = 0,02, m₃ = 0,015, [3].

Рисунок 2 - Расчетная схема для определения реакций в опорах

Изгибающий момент, действующий на опорною устройство определяется по формуле

, (3)

где G_гр = 10 кН - вес груза;

G_с = 2 кH - вес стрелы;

l_гр = 3,82 м - плечо действия силы тяжести груза;

l_с = 1,91 - плечо действия силы тяжести стрелы.

Соответственно

кНм.

Горизонтальная реакция Н в опорах определим так:

, (4)

где В = 0,2 м - расстояние между опорами.

Отсюда следует

кН.

Вертикальная составляющая реакции V, кН, складывается из сил тяжести груза, стрелы, рукояти, телескопического звена:

, (5)

кН.

Определим диаметр вала опорно-поворотного устройства по формуле из условия прочности

, (5)

где [s] - допускаемые напряжения, МПа;

W - осевой момент сопротивления, мм³;

W = 0,1 · d ³,

где d - диаметр вала, мм.

Материал вала сталь 45, s_изг =340 МПа. Допускаемое напряжение [s] определяем по формуле

, (6)

Из условий прочности выразим диаметр

мм.

Определим момент от сил трения М_тр, кНм по формуле

кНм.

Момент от сил инерции М_ин, кНм, определяется по формуле

, (7)

где n_k = 1 об/мин - частота вращения поворотной части;

t_p = 4 с - время разгона до номинальной мощности;

- суммарный момент инерции элементов поворотной части, кН∙м²,

.

Тогда

кНм.

Определим необходимый момент поворота манипулятора

М =0,86 + 4 =4,86 кНм.

Для поворота манипулятора необходимо преодолеть момент М = 4,86 кНм.

1.5.2 Расчет зубчатого зацепления

В опорно-поворотном устройстве поворот манипулятора осуществляется за счет зубчатой передачи. Материал зубчатой рейки и зубчатого колеса Сталь 40ХН, допускаемые напряжения изгиба зубьев [s]_F =350 МПа. Параметры зубчатого колеса: делительный диаметр d = 204 мм, ширина зубчатого венца В = 60 мм, модуль m = 12 мм. Проверим зубья колеса по напряжениям изгиба s_F, МПа, по формуле

, (8)

где s_F - напряжение изгиба в зубьях, МПа;

= 1 - коэффициент распределения нагрузки, для прямозубых колес, [4];

K_FU = 1,04 - коэффициент динамической нагрузки;

Y_F = 4,28 - коэффициент формы зуба;

=1 - коэффициент наклона зуба;

- коэффициент концентрации нагрузки,

= (1 - х) + x,

где - начальный коэффициент концентрации нагрузки;

х = 0,5 - коэффициент режима нагрузки,

;

F_t - окружная сила,

, (9)

где d = 204 мм - делительный диаметр колеса;

М = 4,86 кНм - крутящий момент на колесе,

кН.

Определим напряжение изгиба

МПа,

s_F < [s]_F,

288 МПа < 370 МПа.

Условия прочности выполняются, следовательно, заданные параметры обеспечивают прочность зубьев при изгибе.

Определим остальные параметры зубчатого колеса, число зубьев Z, определяется по формуле

.

Диаметр вершин зубьев колеса d_a, мм определим:

d_a = d + 2 m,

d_a = 204 + 2∙12 = 228 мм.

Параметры зубчатой рейки: угол профиля зубьев a = 20Å, высота головки зуба h_a = m = 12 мм, высота зуба h определяется как h = 2,25∙m = 27 мм, ширина рейки в = (2…10)m; в = 6∙12 = 70 мм.

1.6 Расчет механизм подъема груза

Расчет механизма включает следующие этапы: выбор полиспаста (тип, кратность, схема запасовки), выбор принципиальной схемы механизма, расчет и выбор каната, расчет барабана и блоков, выбор двигателя, проверка выбранного оборудования, выбор крюковой подвески, прочностные расчеты деталей и узлов.

1.6.1 Выбор полиспаста

Для стреловых самоходных кранов, в основном, применяются одинарные полиспасты с навивкой на барабан одного конца каната (второй конец крепится в вершине стрелы или на крюковой подвеске).

Кратность полиспаста m_гр выбирается из условия подвешивания груза весом Q, кН. Исходя из обычных величин натяжения каната при Q = 10 кН, m_гр=2.

Схема запасовки грузовых канатов для m_гр=2 изображены на рисунке 3 [5].

Рисунок 3 – Схема запасовки каната

1.6.2 Расчет и выбор каната

В качестве подъемного рекомендуется применять канаты: ЛК-О конструкции 6×19 ГОСТ 3077-69 или ЛК-Р конструкции 6×19 ГОСТ 2688-69.

Определяется максимальное натяжение каната при набегании на барабан S_max, кН по формуле

, (10)

где Q_н.б.- вес груза, кН;

m_гр - кратностьгрузовогополиспаста;

η_п – КПД полиспаста;

η_об – КПД отклоняющих блоков.

z – количество отклоняющих блоков, т.е. блоков между барабаном и первым подвижным блоком в грузовом полиспасте, считая от барабана.

Согласно правилам Госгортехнадзора по разрывному усилию выбирается канат из условия:

(11)

где n_к – коэффициент запаса прочности каната;

По полученному разрывному усилию S_p выбирается канат ЛК-Р ГОСТ-2688-69 6×19, d_к=6,9 мм.

1.6.3 Расчет барабана и блоков

Как правило, барабаны грузовых лебедок выполняют с ручьями для лучшей укладки каната и многослойной навивкой для уменьшения габаритов.

Диаметр блока и барабана D_б по дну канавки, мм определяется по формуле:

, (12)

где d_к – диаметр выбранного каната, мм;

е – коэффициент, зависящий от типа крана и режима работы [5].

Принимаем D_б=160 мм.

Исходя из того что количество слоев навивки каната n_н = 2, определяем диаметр барабана по центру каната в наружном слое, мм:

(13)

Длина барабана L_н, мм определяется по формуле:

, (14)

где Н_н.б. – максимальная высота подъема груза, м;

z₁ – число запасных витков каната, z₁=1,5÷2;

t_к – шаг нарезки канавки, м;

µ - коэффициент неплотности навивки, µ=0,9.

мм.

Конструктивно барабаны изготавливаются двухребордными для предотвращения схода каната с барабана в крайних положениях. Исполнение барабана показано на рисунке 4. Толщина реборд определяется по формуле:

t_p=1,5·9=13,5 мм

Рисунок 4 – Конструктивное исполнение барабана

Диаметр реборды находится по формуле:

, (15)

.

1.6.4 Выбор гидродвигателя

Определим статическую мощность механизма при подъеме номинального груза:

, (16)

где Q_НБ – максимальный вес груза, кН;

v_ГР – скорость подъема груза, м/с;

η_M – КПД механизма подъема, η_M=0,85.

кВт.

В моем манипуляторе предварительно будет применен гидродвигатель типа МГП-125 по ГОСТ 185-70.

1.7 Прочностной расчет барабана

Барабаны устанавливаются литыми из чугуна марок СЧ 15-32, СЧ 18-36, СЧ 24-44 или сварными и литыми из сталей: сталь 20, 35Л, 55Л.

Минимальная толщина стенки δ_с, мм определяется по формуле (). Полученное значение округляется до ближайшего целого числа, кратного двум:

, (17)

.

Напряжения сжатия в стенке, МПа:

, (18)

где ε – коэффициент учитывающий при многослойной навивке ослабление навитых слоев каната вследствие его поперечного упругого сжатия, при n_н=2 ε=0,7;

Ψ – коэффициент, учитывающий ослабление натяжения ранее навитых витков каната в одном ряду вследствие сжатия барабана, Ψ=0,75;

- допускаемое напряжение сжатия, МПа. Для стальных барабанов = _т/2. Предел текучести _т определяется из [4].

Дата добавления: 2015-08-28