Проектирование плавучего крана по прототипу 'КПЛ-5-30'

Проектирование плавучего крана по прототипу 'КПЛ-5-30'

СОДЕРЖАНИЕ

1.   Введение

2.   Исходные данные на проектирование

3.      Производительность крана и режим работы его механизмов

.        Механизм подъема

.        Стреловая система и механизм изменения вылета

.        Опорно-поворотное устройство и механизм поворота

.        Остойчивость крана

.        Управление механизмами крана

.        Заключение

.        Литературы

1. ВВЕДЕНИЕ

Плавучий кран может быть установлен на понтоне или на судне. На понтоне крана смонтирована поворотная часть с качающейся стрелой. В продольном разрезе понтон имеет прямоугольную форму с подрезами в нижней оконечности носовой и кормовой частей. В оконечностях (в диаметральной плоскости) понтона крана грузоподъемностью 5 т (прототип КПЛ5-30) имеются клюзы для установки свайных заколов.

Металлический корпус понтона разделен на водонепроницаемые отсеки продольными и поперечными переборками. В отсеках размещены машинное отделение, где находятся главный и вспомогательный дизель генераторы; осушительная, пожарная, санитарная и другие системы; служебные и жилые (для экипажа) помещения. На палубе понтона установлены якорные и швартовные механизмы, стойка для укладки стрелы по походному.

Плавучие перегрузочные краны являются полноповоротными, оснащены грейферными механизмами подъема, могут работать независимо от наличия источников электроэнергии на берегу на перегрузке почти всех сухих грузов у необорудованных причалов. Грузоподъемность на всех вылетах стрелы, как правило, постоянная, что создает возможность, особенно при работе в грейферном режиме, для непрерывной загрузки судов.

Конструкции плавучих кранов даже при одинаковых грузоподъемностях и наибольшем вылете стрелы могут различаться типами опорно-поворотного устройства. (на колонне или опорном круге) и стреловой системы (шарнирно-сочлененная стрела с гибкой или жесткой оттяжкой, прямая стрела с уравнительным полиспастом). У плавучих кранов грузоподъемностью до 16 тонн стрела опускается на стойку понтона посредством механизма вылета без отсоединения стреловых тяг, что снижает трудоемкость работ и сокращает время, затрачиваемое на укладку стрелы по походному.

К механизмам поворотной части электроэнергия подводится от дизель-генератора, расположенного в машинном отделении понтона, через внутреннее отверстие центральной цапфы и закрепленный к ней токосъемник. Предусматривается также возможность подключения крана к береговой электросети.

К причалу или судну кран прикрепляют швартовными канатами, наматываемыми на барабаны швартовных лебедок или шпилей, либо двумя свайными заколами, опускаемыми в грунт через клюзы в оконечности понтона. Из грунта сваи поднимают посредством швартовных лебедок и полиспаста.

2.ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ

Разработать проект плавучего крана по прототипу «КПЛ-5-30». С техническими характеристиками, предоставленными в таблице 1.

Технические характеристики проектируемого крана

Таблица 1

Скорости: подъема изменение вылета стрелы         м/мин м/мин     

62

Вылет стрелы: максимальный минимальный           м м       

Расчетная высота подъема: над головкой рельс до головки рельс   м м       

. ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ КРАНА И РЕЖИМ РАБОТЫ ЕГО МЕХАНИЗМОВ

Технология перегрузки груза для варианта работы вагон-судно схематично изображена на рис. 1.

Рис. 1 Схема варианта работы крана склад-судно. hп - высота подъема груза, hп=7 м; hоп - высота опускания груза, hоп=12 м;  - угол поворота крана, =180о; R1 - минимальный вылет стрелы, R1=8 м; R2 - максимальный вылет стрелы, R2=27 м.

Производительность это ничто иное, как масса груза перегружаемого за 1 час работы.

где  - масса груза;

 - количество циклов в час.

масса груза:

Определим количество циклов в час:

где  - коэффициент, учитывающий совмещение операций цикла, принимаемый 0,8;

 - время на застропку груза:

 - время подёма груза на высоту :

 с

 - время поворота крана с грузом и обратно;

 - время изменения вылета стрелы;

Время опускания груза :

Время на отстропку с груза :

Время установки захвата :

Средняя продолжительность включения механизмов крана:

механизм подъема

механизм поворота

механизм вылета

4. МЕХАНИЗМ ПОДЪЕМА

Механизм подъема груза предназначен для подъема, удержания, регулирования, спуска грузов, а также приведения в действие грейферов

Механизм подъема крюкового крана состоит из крюка, грузовых канатов, направляющих блоков, одинаковых однобарабанных лебедок. Каждая лебедка оснащена электродвигателем, муфтой, двухколодочным тормозом, редуктором, муфтой для соединения редуктора с барабаном. Одна из лебедок называется замыкающей, другая - поддерживающей. Канаты, навиваемые на барабаны этих лебедок, носят соответствующие названия - замыкающие и поддерживающие.

Крюковой кран имеет 2 механизма подъема. Обязательным условием конструкции механизма подъема является устройство регулирования скоростей. Механизм подъема снабжен набором устройств, обеспечивающих безопасную работу, это такие как: ограничитель грузоподъемности (ОГП), конечные выключатели высоты подъема и глубины опускания.

Расчет каната

Расчет механизма подъема начинается с подбора грузового каната.

Стальной канат грузовой лебедки выбирается по ГОСТу, с учетом разрывного усилия

где  - максимальное усилие в ветви каната;

 - коэффициент использования каната;

 - для кранов с грейферным режимом работы.

Определим максимальное усилие в ветви каната:

где  - ускорение свободного падения;

 - количество канатов сходящих с концевых блоков;

Учитывая найденное разрывное усилие, для проектируемого крана подходит стальной канат двойной свивки типа ЛК-Р 6х19 проволок с одним органическим сердечником диаметром  24 мм, ГОСТ 2688-80.

Расчет блока

Блоки рассчитываются и подбираются с учетом проходящих по ним канатам.

По правилам ГОСТа диаметр блока определяется:

Изобразим канатный блок по произведенным расчетам для проектируемого крана рис. 2.

Рис. 2 Канатный блок

Расчет барабана

1.  - шаг нарезки;

.Глубина канавки барабана:

.Радиус канавки:

Рис. 3 Профиль канавки для каната при однослойной навивке

.Диаметр барабана:

Толщина сечения барабана:

.Длина барабана:

где  - длина нарезки барабана;

Определим длину не нарезанной части барабана

а - длина не нарезанной части барабана.

. общее количество витков нарезки;

где  - рабочие витки;

Н1=23 м=23000 мм;

Н2=15 м=15000 мм;

 - запасные витки;

 - крепежные витки;

Определим длину нарезки барабана

Определим длину барабана

Рис.5 Крепление каната на барабане накладками

Расчет электродвигателя механизма подъема

Определим потребную мощность крана:

где  - общий КПД механизма;

Так как проектируемый кран с крюковым режимом работы, то применяется два электродвигателя с мощностью:

Руководствуясь вышеизложенными расчетами выбираем двигатель типа МТН 711-10 мощностью N 80 кВт и частотой вращения  580 об/мин.

Расчет редуктора

Для выбора редуктора нам необходимо знать передаточное число редуктора:

где  - частота вращения барабана;

Учитывая найденное передаточное число, выбираем редуктор РМ-850, у которого частота вращения быстроходного вала  600 об/мин, мощность при ПВ=40% - 69 кВт, при ПВ=100% - 27,9 кВт.

Расчет тормоза

Расчет и выбор тормоза начинается с нахождения величины тормозного момента:

где  - коэффициент торможения;

 - крутящий момент;

где  - количество лебедок;

Беря во внимание тормозной момент, подбираем колодочный тормоз с приводом от электрогидравлического толкателя типа ТКГ-400М с диаметром тормозного шкива 400 мм и тормозным моментом  1500 Нм.

5 СТРЕЛОВАЯ СИСТЕМА И МЕХАНИЗМ ИЗМЕНЕНИЯ ВЫЛЕТА СТРЕЛЫ

Механизм изменения вылета стрелы со стреловым устройством предназначен для изменения радиуса обслуживаемой площади. При переменном вылете расстояние от груза до центра вращения крана изменяется и кран обслуживает площадь между двумя окружностями с радиусами, равными максимальному (Rmax=30м) и минимальному (Rmin=8 м) вылету стрелы.

В проектируемом нами кране применяют шарнирно - сочлененную стреловую систему, состоящую из стрелы, хобота и оттяжки. Оттяжка гибкая, в виде каната. Геометрические размеры стрелы, хобота и оттяжки должны быть такими, чтобы обеспечить возможность перемещения груза на заданную высоту и заданный максимальный и минимальный вылеты стрелы. Гибкую оттяжку шарнирно закрепляют на хоботе с постоянным плечом, т.е. постоянным расстоянием от этого шарнира до точки соединения стрелы с хоботом. Хобот, соединенный со стрелой шарнирно, может перемещаться относительно стрелы в ее плоскости. С целью снижения потребляемой мощности механизмом изменения вылета стреловые системы уравновешены подвижным противовесом с переменным вылетом.

Механизм изменения вылета стрелы на проектируемом кране секторно - кривошипный.

В секторно - кривошипном механизме зубчатый сектор приводится в движение шестерней. Сектор, жестко прикрепленный к коромыслу противовеса, имеет общую с коромыслом ось вращения, опирающуюся на опоры. При вращении шестерни зубчатый сектор вместе с коромыслом поворачиваются, и усилием стреловой тяги, шарнирно соединенной с коромыслом и стрелой, осуществляется качение стрелы. Кинематическая схема механизма изменения вылета стрелы показана на рис.5.

Кинематическая схема рис

6 ОПОРНО-ПОВОРОТНОЕ УСТРОЙСТВО И МЕХАНИЗМ ПОВОРОТА

Опорно-поворотное устройство и механизм вращения применяются во всех грузоподъемных кранах, в которых предусмотрено вращение части их конструкции вокруг вертикальной оси. Все они относятся к полноповоротным и неполноповоротным кранам.

Два основных типа полноповоротных устройств: на платформе (для нашего крана), на колонне.

У крана на поворотной платформе поворотная часть опирается на колеса или катки, которые перемещаются по круговому рельсу (рельсовому кольцу), прикрепленному к опорному барабану. Механизм поворота на поворотной платформе состоит из электродвигателя, эластичной муфты с тормозным шкивом, двухколодочного тормоза, редуктора с вертикальным валом, на конце которого на шпонке насажена цилиндрическая шестерня. При вращении эта шестерня отталкивается от неподвижного зубчатого колеса (жестко прикрепленного к опорному барабану) и обегает вокруг него, обеспечивая поворотной платформе вращение вокруг вертикальной оси с определенной частотой.

Для предохранения валов и зубчатых передач от перегрузки в редукторе устанавливают фрикционную передачу, состоящую из ведущих фрикционных дисков, ведомых нижнего и верхнего нажимного диска фрикциона, спиральной\ нажимной пружины.

В опорно-поворотном устройстве и в механизме вращения для безопасности работы применяются следующие приборы:

блокировка тормоза механизма вращения;

встроенная муфта предельного момента, который пробуксовывает в случаях резкого пуска или резкого торможения механизма вращения, а также в случае заклинивания поворотной части.

Механизму вращения приходится преодолевать сопротивления:

силы трения (в самом механизме);

силы инерции (при разгоне, торможении и при изменении скорости вообще);

ветровые нагрузки.

Расчёт нагрузки действующей на оттяжку хобота.

7. ОСТОЙЧИВОСТЬ КРАНА

Остойчивость - это способность понтона с поворотной частью возвращаться в исходное положение после прекращения действия внешних сил, вызывающих его наклонение.

Из-за неуравновешенности стреловой системы, взятие груза на крюк или в грейфер центр тяжести поворотной части практически всегда не совпадает с вертикальной осью, поэтому появляется кренящий момент, наклоняющий понтон на определенный угол. Под действием кренящего момента понтон с поворотной частью выходит из состояния равновесия. Форма подводной части понтона при его наклонении изменится, и центр тяжести погруженной в воду части понтона переместится в другую точку, в результате появляется момент, противодействующий наклонению. Этот момент называется восстанавливающим. После прекращения действия кренящего момента понтон с поворотной частью должен вернуться в исходное положение под действием восстанавливающего момента.

При создании и эксплуатации речных плавучих кранов пользуются понятием статической остойчивости. Мерой статической остойчивости является восстанавливающий момент. Допустимое значение статического угла крена по Правилам Речного Регистра не должен превышать 3030//. Динамический угол крена, возникающий при обрыве груза или шквальном ветре, должен быть не более 60.

8 УПРАВЛЕНИЕ МЕХАНИЗМАМИ КРАНА

Аппараты управления выполнены и установлены, таким образом, что управление удобное и не затрудняет наблюдение за грузозахватным органом и грузом.

Направление рукояток и рычагов соответствует направлению движения механизмов. Условные обозначения направлений вызываемых движений должны быть указаны на аппаратах и сохранятся в течении их срока эксплуатации. Отдельные положения рукояток фиксируются; усилие фиксации в нулевом положении больше, чем в любом другом.

Кнопочные аппараты, предназначенные для реверсивного пуска механизма, имеют электрическую блокировку, исключающую подачу напряжения на реверсивные аппараты при одновременном нажатии на обе кнопки.

Кабины управления кранов соответствуют Правилам Государственного Стандарта и другим нормативным документам.

Кабина управления и пульт управления расположены так, что крановщик может наблюдать за грузозахватным органом и грузом в течении полного цикла работы крана. Кабина управления расположена так, что при нормальной работе крана с минимальным вылетом стрелы исключается возможность удара груза или грузозахватного органа о кабину.

В кабине крана установлены: указатель изменения вылета стрелы, анемометр, сигнализаторы и обеспечен свободный обзор и доступ к ним.

Остекление кабины выполнено так, что имеется возможность производить очистку стекол как изнутри, так и снаружи. Нижние стекла на которые крановщик может встать ногами защищены решетками, способными выдержать его массу. В кабине установлены солнцезащитные щитки.

Пол в кабине имеет настил из неметаллических материалов, исключающих скольжение и покрыт диэлектрическим ковриком.

Дверь для входа в кабину раздвижная и с внутренней стороны оборудована запором. Площадка перед входом в кабину ограждена. Кран оснащен устройством для запирания двери снаружи, при уходе крановщика с крана. Вход в кабину через люк не разрешается.

Кабина оборудована стационарным сидением для крановщика, устроенным так, чтобы можно было сидя управлять аппаратами и вести наблюдения за грузом. Предусмотрена регулировка сидения по высоте и в горизонтальной плоскости для удобства работы и обслуживания аппаратов управления.

Кабина крана выполнена и оборудована таким образом, что в ней обеспечен надлежащий температурный режим и обмен воздуха в соответствии с нормативными документами.

9.ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Конструкция крана как подъемно - транспортной машины и плавучего сооружения должна обеспечивать: необходимый запас плавучести, остойчивости, непотопляемости и прочности корпуса понтона; снижение рыскливости при работе крана; высокопроизводительную надежную работу при перегрузке навалочных и штучных грузов; автономность работы за определенное время на различных причалах независимо от береговых источников снабжения электроэнергией, топливом, смазкой и т.д.; минимальные затраты ручного труда; безопасность работы при обслуживании, ремонте и перегрузочных операциях; удобство сборки узлов при изготовлении, монтаже и демонтаже с наименьшим числом подгоночных работ; удобный доступ к местам смазывания и осмотра ответственных узлов; дистанционное управление механизмами поворотной части, главной и вспомогательной энергетическими установками или их автоматизацию; наименьшую массу понтона с поворотной частью (чтобы можно было поднять кран на слип для осмотра и ремонта поворотной части корпуса); возможность буксировки под мостами, линиями электропередач и через шлюзы для I и III классов внутренних водных путей; сохранность транспортных средств и груза во время перегрузочных операций.

Также надо помнить об условиях проживания и работы экипажа плавучего крана; при конструировании плавкрана необходимо учесть, что члены экипажа работают и отдыхают на борту плавкрана длительное время. Поэтому для условий жизни на борту требуется хорошая вентиляционная система, сделанная по последнему слову техники; система водоснабжения; система отопления; для проживания - просторные и удобные каюты; для активного отдыха - оборудованный спортзал; оснащенные помещения для приготовления и приема пищи.

В настоящее время уделяется огромное внимание экологической проблеме; поэтому считаю, что плавкран должен быть оснащен емкостями для сбора подсланевых вод, фановых вод, и бытового мусора; т.к. кран может долгое время работать автономно в отдаленных пунктах бассейна реки.

При проектировании крана необходимо его снабдить системами контроля по пожарной безопасности, и современными системами пожаротушения.

10. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

плавучий кран механизм остойчивость

1.       В.В. Аввакумов Транспортные узлы и терминалы. Учебное пособие. - Омск. НГАВТ, 2001 - 90 с.

2.      В.Д. Буренок Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине Портовые подъемно-транспортные машины. - Новосибирск. НИИВТ, 1985 - 31 с.

.        В.Д. Буренок Методические указания по выполнению контрольной работы по дисциплине Портовое перегрузочное оборудование «Расчет грейферно - конвейерного перегружателя» . - Новосибирск. НИИВТ, 1992 - 32 с.

.        И.А. Иванов Методические указания по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Транспортные терминалы и перегрузочное оборудование». - Новосибирск. НГАВТ, 2001 - 22 с.

.        Н.П. Гаранин Портовое подъемно - транспортное оборудование. Учебник для институтов водн. трасп. - М.: Транспорт, 1985 - 311 с.

.        З.П.Шерле, Г.Г.Каракулин, А.П. Казаков, Ю.И.Васин Справочник механизатора речного порта. - М.: Транспорт, 1967 - 416 с.