Проектирование консольного крана

Расчет механизма подъема и металлоконструкций крана ...

ВВЕДЕНИЕ
АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ
2 РАСЧЁТ МЕХАНИЗМОВ КРАНА
2.1 Анализ существующих конструкций тельферов
2.2 Выбор тельфера
2.3 Расчёт механизма поворота крана
3 РАСЧЁТ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИИ КРАНА
3 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
3.1 Требования безопасности при работах с применением грузоподъёмных механизмов и устройств
3.1.2 Требования безопасности при работах с применением талей, лебёдок, полиспастов, блоков и других устройств и грузозахватных приспособлений
3.1.3 Требования безопасности при подъёме и перемещении грузов грузоподъёмными механизмами
4 ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ
4.1 Определение стоимости материалов
4.2 Определение стоимости покупных изделий
4.3 Определение стоимости изготовления крана

Основным грузоподъёмным оборудованием для производственных цехов, закрытых и открытых складов, являются мостовые краны. Для разгрузки работы мостовых кранов часто применяются консольные краны. Они являются грузоподъёмными механизмами циклического действия для перемещения грузов внутри ограниченной рабочей зоны.
Главное преимущество консольных кранов состоит в том, что для их установки не требуется много места, они просты в эксплуатации. Очень часто металлоконструкция консольных кранов выполняется в виде разборной конструкции, для которой в случае деформации или износа одного из элементов не требуется больших усилий для замены.

Лист№ докум.ПодписьДатаЛистподшипников. Диаметр цапф принят равным 80 мм. Ось не передаёт вращающего момента, а воспринимает только поперечные нагрузки, рассчитана она на изгиб. Значение изгибающего момента взяты из расчётов программы APM WinMachine.Диаметр цапфы:d=3Mи0,1∙σиз≤ 0,080 м, (12)где Ми – изгибающий момент, Н∙м; σиз – допускаемое напряжение на изгиб, Па (для стали 45 σиз = 600 МПа). Найденный диаметр должен быть большим либо равным 80 мм.d=327000,1∙600∙106=0,0356 м.Принятый диаметр цапфы удовлетворяет условие.Изм.Лист№ докум.ПодписьДатаЛист3 РАСЧЁТ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИИ КРАНАЦели и условия расчёта. Целью расчёта является обоснование габаритов конструкции, её размеров поперечных сечений и их соединений, обеспечивающих условия эксплуатации в течение всего срока с необходимой надёжностью и долговечностью при минимальных затратах материалов и труда на их создание и эксплуатацию. Расчёт состоит из следующих этапов: установления расчётной схемы, выбора координат приложения нагрузок, определения усилий в элементах конструкции, подбора сечений и проверки допустимости напряжённо–деформированного состояния конструкции, её элементов и соединений. Материал для металлоконструкции крана должен быть прочным, упругим, должен сопротивляться циклическим и ударным воздействиям как при положительных, так и при отрицательных температурах, обладать коррозийной стойкостью и хорошей свариваемостью. Все расчёты произведены с помощью ЭВМ в программе APM WinMachine.Для расчёта в программе APM WinMachine была разработана схема стержневой конструкции. Она представлена на рисунке 18.Рисунок 18 – Конструктивная схема металлоконструкции крана для расчёта на ЭВМИзм.Лист№ докум.ПодписьДатаЛистгде G1, G2, G3 – расстояния от оси вращения крана до точек приложения нагрузки.На рисунке 19 представлена стержневая конструкция, созданная на ЭВМ, с номерами узлов и стержней. В таблице 3 сведены данные по стержням и узлам, по длине стержней, материалу их изготовления, присвоенным им сечениям.Рисунок 19 – Стержневая конструкция крана на в программе APM WinMachineТаблица 3 – Список стержней, узлов и их характеристикиNНазваниеУзлыДлина, ммCечениеМатериал0Rod 00, 1200Труба 102х10 ГОСТ 8732Сталь 09Г2С1Rod 11, 21250Труба 102х10 ГОСТ 8732Сталь 09Г2С2Rod 22, 9250Труба 102х10 ГОСТ 8732Сталь 09Г2С3Rod 31, 3500Двутавр 12Б2 ГОСТ 26020Сталь 09Г2СТаблица 3 (окончание)Изм.Лист№ докум.ПодписьДатаЛист4Rod 43, 4700Двутавр 12Б2 ГОСТ 26020Сталь 09Г2С5Rod 54, 550Двутавр 12Б2 ГОСТ 26020Сталь 09Г2С6Rod 65, 61250Двутавр 12Б2 ГОСТ 26020Сталь 09Г2С7Rod 76, 7500Двутавр 12Б2 ГОСТ 26020Сталь 09Г2С8Rod 87, 8230Двутавр 12Б2 ГОСТ 26020Сталь 09Г2С9Rod 94, 21732,77Труба 50x6 ГОСТ 8732Сталь 09Г2С10Rod 102, 101625Труба 50x6 ГОСТ 8732Сталь 09Г2С11Rod 1110, 71625Труба 50x6 ГОСТ 8732Сталь 09Г2С12Rod 124, 10693,27Труба 50x6 ГОСТ 8732Сталь 09Г2СНа рисунках 20, 21 и 22 представлены сечения, принятые для стержней крана.Рисунок 20 – Поперечное сечение трубы 102х10 ГОСТ 8732Параметры поперечного сечения трубы:– площадь, мм2……………………………………………………………….2892– момент инерции, мм4………………………………………………….3096068Рисунок 21 – Поперечное сечение двутавра 12Б2 ГОСТ 26020Изм.Лист№ докум.ПодписьДатаЛистПараметры поперечного сечения двутавра:– площадь, мм2……………………………………………………………….1322– момент инерции, мм4 – относительно оси Х………………………………………………3169446 – относительно оси Y…………………………………………………272890Рисунок 21 – Поперечное сечение трубы 50x6 ГОСТ 8732Параметры поперечного сечения трубы:– площадь, мм2…………………………………………………………………829– момент инерции, мм4……………………………………………………..20453В таблице 4 сведены данные о расходе материалов.Таблица 4 – Расход материаловНазваниеКоли-чествоДлина, ммПогонная масса, кг/ммМасса изделия,кгОбщая масса,кгПлощадь окраски, мм2Сталь 09Г2СТруба 102х10 ГОСТ 87321200,000,024,514,5164088Труба 102х10 ГОСТ 873211250,000,0228,2028,20400553Труба 102х10 ГОСТ 87321250,000,025,645,6480110Двутавр 12Б2 ГОСТ 260202500,000,015,1510,31471576Двутавр 12Б2 ГОСТ 260201700,000,017,227,22330103Двутавр 12Б2 ГОСТ 26020150,000,010,520,5223578Двутавр 12Б2 ГОСТ 2602011250,000,0112,8812,88589471Двутавр 12Б2 ГОСТ 260201330,000,013,403,40155620Труба 50x6 ГОСТ 873211732,770,0111,2111,21272183Труба 50x6 ГОСТ 873221625,000,0110,5121,02510508Труба 50x6 ГОСТ 87321693,270,014,484,48108898Всего для сеченияТруба 102х10 ГОСТ 873231700,000,0238,3538,35544752Двутавр 12Б2 ГОСТ 2602063330,000,0134,3234,321570351Труба 50x6 ГОСТ 873245676,040,0136,7136,71891590Всего для материала109,393006694Изм.Лист№ докум.ПодписьДатаЛистДалее конструкция была нагружена в трёх наиболее вероятно опасных точках. Это оба крайних положения электротали и положение её по центру (в месте крепления к стреле раскосов). Приложена нагрузка в 5820 Н (вес груза и электро-Изм.Лист№ докум.ПодписьДатаЛисттали), также был задан множитель собственного веса, учитывающий собственный вес конструкции, он принят равным 1,2. Нагрузка приложена поочерёдно к узлам 7, 5 и 3. Далее в табличном виде сведены все полученные результаты для всех трёх вариантов нагружения металлоконструкции крана.Первый вариант нагружения. Электротельфер находится в крайнем положении (на расстоянии 3000 мм от оси вращения крана).Суммарная реакция в опорах – 7110 Н, момент относительно центра масс – 12060 Н∙м.Таблица 5 – Перемещения узлов при первом варианте нагруженияN стержняЛинейное перемещение, ммУгловое перемещение, градxyzxyz000–2,66∙10-290,02170–3,3∙10-611,63∙10-9–0,052–0,002450,001379,94∙10-10–3,3∙10-621∙10-80,301–0,01680,0478–4,51∙10-9–3,57∙10-633,43∙10-5–0,0792–0,0776–0,0178–5,55∙10-9–4,48∙10-649,59∙10-5–0,117–0,423–0,0377–1,47∙10-8–5,51∙10-650,000101–0,12–0,457–0,039–3,12∙10-8–5,6∙10-660,000238–0,186–1,54–0,0556–4,44∙10-7–6,61∙10-670,000295–0,213–2,03–0,0564–6,1∙10-7–6,63∙10-680,000334–0,213–2,36–0,0564–6,1∙10-7–6,64∙10-6900–0,01680,07960–3,57∙10-6100,0001240,226–0,588–0,0392–2,01∙10-7–5,71∙10-6Из таблицы 5 видно, что максимальное перемещение 2,36 мм будет в стержне 8.Таблица 6 – Напряжения в стержнях конструкции при первом варианте нагруженияNНазвание стержняУзлыНапряжение, МПа0Rod 00,138,61Rod 11,242,42Rod 22,945,73Rod 31,3204Rod 43,417,95Rod 54,516,36Rod 65,6167Rod 76,711,48Rod 87,80,1359Rod 94,213,4Таблица 6 (окончание)10Rod 102,1032,811Rod 1110,722,812Rod 124,105,47Изм.Лист№ докум.ПодписьДатаЛистИз таблицы 6 видно, что максимальное напряжение 45,7 МПа будет в стержне 2.На рисунках 22, 23 и 24 показана карта результатов расчёта по напряжениям, перемещениям, и по коэффициенту запаса предела текучести соответственно.Рисунок 22 – Карта результатов по напряжениям при первом варианте нагруженияРисунок 23 – Карта результатов по перемещениям при первом варианте нагруженияИзм.Лист№ докум.ПодписьДатаЛистРисунок 24 – Карта результатов по коэффициенту запаса предела текучести при первом варианте нагруженияВторой вариант нагружения. Электротельфер находится около центра стрелы (на расстоянии 1250 мм от оси вращения крана).Суммарная реакция в опорах – 7110 Н, момент относительно центра масс – 1876 Н∙м.Таблица 7 – Перемещения узлов при втором варианте нагруженияN стержняЛинейное перемещение, ммУгловое перемещение, градxyzxyz000–2,66∙10-290,006340–3,65∙10-612,23∙10-9–0,0114–0,00245–0,002881.37∙10-9–3,65∙10-621,48∙10-80,142–0,01660,0228–6.64∙10-9–3,78∙10-633,61∙10-5–0,0235–0,0832–0,0145–1.98∙10-7–4,52∙10-649,37∙10-5–0,0404–0,306–0,0202–4.77∙10-7–4,75∙10-659,79∙10-5–0,0406–0,323–0,0199–4.75∙10-7–4,75∙10-660,000183–0,0442–0,522–0,000576–4.34∙10-7–3,27∙10-670,000211–0,0457–0,5140,0016–4.17∙10-7–3,2∙10-680,00023–0,0457–0,5050,00154–4.17∙10-7–3,21∙10-6900–0,01660,03730–3,78∙10-6100,0001110,02–0,335–0,00817–4.92∙10-7–4,18∙10-6Из таблицы 7 видно, что максимальное перемещение 0,5 мм будет в стержнях 6, 7 и 8.Таблица 8 – Напряжения в стержнях конструкции при втором варианте нагруженияNНазвание стержняУзлыНапряжение, МПа0Rod 00,118,81Rod 11,219,82Rod 22,920,73Rod 31,311,2Изм.Лист№ докум.ПодписьДатаЛист4Rod 43,48,255Rod 54,58,866Rod 65,64,647Rod 76,72,418Rod 87,80,1359Rod 94,216,910Rod 102,101111Rod 1110,73,5112Rod 124,107,97Из таблицы 8 видно, что максимальное напряжение 20,7 МПа будет в стержне 2.Изм.Лист№ докум.ПодписьДатаЛистНа рисунках 25, 26 и 27 показана карта результатов расчёта по напряжениям, перемещениям, и по коэффициенту запаса предела текучести соответственно.Рисунок 25 – Карта результатов по напряжениям при втором варианте нагруженияРисунок 26 – Карта результатов по перемещениям при втором варианте нагруженияИзм.Лист№ докум.ПодписьДатаЛистРисунок 27 – Карта результатов по коэффициенту запаса предела текучести при втором варианте нагруженияТретий вариант нагружения. Электротельфер находится в крайнем положении (на расстоянии 500 мм от оси вращения крана).Суммарная реакция в опорах – 7110 Н, момент относительно центра масс – 2488 Н∙м.Таблица 9 – Перемещения узлов при третьем варианте нагруженияN стержняЛинейное перемещение, ммУгловое перемещение, градxyzxyz000–2,66∙10-29–0,01690–2,74∙10-61–5,13∙10-100,0643–0,00245–0,0214–3,14∙10-10–2,74∙10-62–3,42∙10-90,113–0,009180,02121,53∙10-9–2,55∙10-632,94∙10-50,0594–0,212–0,01254,96∙10-8–2,44∙10-643,78∙10-50,0526–0,120,01171,19∙10-7–6,78∙10-753,84∙10-50,0525–0,110,01041,16∙10-7–7,94∙10-767,45∙10-50,052–0,111–0,005623,76∙10-8–2,07∙10-679,25∙10-50,0517–0,162–0,005656,06∙10-9–2,02∙10-680,0001040,0517–0,195–0,005716,06∙10-9–2,03∙10-6900–0,00920,02820–2,55∙10-6104,58∙10-50,0654–0,126–0,007742,16∙10-7–1,44∙10-6Из таблицы 9 видно, что максимальное перемещение 0,2 мм будет в стержне 3.Таблица 10 – Напряжения в стержнях конструкции при третьем варианте нагруженияNНазвание стержняУзлыНапряжение, МПа0Rod 00,110,41Rod 11,28,782Rod 22,910,13Rod 31,323,34Rod 43,423,55Rod 54,55,86Rod 65,65,537Rod 76,70,6498Rod 87,80,1359Rod 94,212,410Rod 102,107,211Rod 1110,73,5212Rod 124,105,08Из таблицы 10 видно, что максимальное напряжение 23,5 МПа и 23,3 МПа будет в стержнях 3 и 4.На рисунках 28, 29 и 30 показана карта результатов расчёта по напряжениям, перемещениям, и по коэффициенту запаса предела текучести соответственно.Изм.Лист№ докум.ПодписьДатаЛистРисунок 28 – Карта результатов по напряжениям при третьем варианте нагруженияРисунок 29 – Карта результатов по перемещениям при третьем варианте нагруженияИзм.Лист№ докум.ПодписьДатаЛистРисунок 30 – Карта результатов по коэффициенту запаса предела текучести при третьем варианте нагруженияИзм.Лист№ докум.ПодписьДатаЛист3 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ3.1 Требования безопасности при работах с применением грузоподъёмных механизмов и устройств3.1.1 Общие положенияВсе грузоподъёмные машины, механизмы и устройства в установленном порядке регистрируются, вводятся в эксплуатацию, подвергаются периодическим осмотрам и техническим обследованиям, обеспечиваются техническим обслуживанием и за их техническим состоянием и условиями эксплуатации устанавливается соответствующий надзор и контроль. Каждая грузоподъёмная машина должна иметь паспорт, техническое описание, инструкцию по эксплуатации, сертификат органа по сертификации и другую документацию, предусмотренную соответству-ющим государственным стандартом или техническими условиями на изготовление. Каждый грузоподъёмный механизм и грузоподъёмное устройство должно иметь чёткую маркировку на видном месте с указанием максимальной безопасной рабочей нагрузки. При изменяемом радиусе действия грузоподъёмный механизм или устройство должно быть оборудовано индикатором или другим средством указания максимальной безопасной рабочей нагрузки для каждого режима работы. Грузоподъёмные механизмы и устройства должны иметь соответствующие и надежные опоры. При установке грузоподъёмного механизма или устройства на землю несущие характеристики грунта должны быть изучены до начала эксплуатации грузоподъёмного механизма или устройства.Грузоподъёмные стационарные машины (мостовые, башенные, портальные, кабельные и др. краны) устанавливаются так, чтобы:– исключалась возможность их смещения под воздействием нагрузок, вибрации, ветровых и других факторов. Оценку прочности и устойчивости грузо-подъёмного механизма или устройства необходимо производить по суммарному максимальному воздействию от ветровой нагрузки и поднимаемого груза в наиболее тяжелых режимах;– машинист (оператор) не подвергался опасности травмирования со стороныгруза, канатов, лебёдки и других механизмов и элементов;– машинист (оператор) имел полный обзор рабочей зоны или надёжную радио –, видео –, телефонную связь или связь с помощью сигналов со всеми пунктами загрузки или выгрузки;– гарантированный зазор между движущимися частями грузоподъёмного механизма или устройства, поднимаемым грузом и стационарными объектами (стеной здания, колонной) был не менее 0,6 м, электрической проводкой – не менее 1,0 м.Установка грузоподъёмных стационарных машин производится по проекту специализированной организации или по проекту производства работ кранами (при строительно–монтажных работах). Вывод в ремонт, производство ремонта и ввод грузоподъёмного механизма или устройства в эксплуатацию производятся с разрешения и под контролем инженерно–технического работника, ответственного за содержание грузоподъёмных машин в исправном состоянии.Грузоподъёмные механизмы и устройства подлежат осмотру и испытаниям:– при вводе в эксплуатацию;– каждый раз после монтажа на месте производства работ;– регулярно с периодичностью, соответствующей инструкции по эксплуатации завода–изготовителя;– после ремонта или внесения в конструкцию изменений.Методики осмотра и испытаний грузоподъёмных механизмов и устройств с документальным оформлением результатов разрабатываются в организации в соответствии с инструкцией по эксплуатации завода–изготовителя, а по объектам, подконтрольным соответствующим органам государственного Изм.Лист№ докум.ПодписьДатаЛистнадзора и контроля, также с учётом соответствующих правил этих органов, утверждаются и вводятся в действие в установленном порядке.Грузоподъёмные механизмы оборудуются предохранительными устройствами, препятствующими подъёму груза массой, большей установленной грузоподъёмности, а также удерживающими груз от падения при аварийном Изм.Лист№ докум.ПодписьДатаЛистотключении питания. Не допускается подъём груза или иное (кроме испытаний) нагружение механизма подъёма сверх установленной рабочей нагрузки или массы груза, а также эксплуатация грузоподъёмных механизмов и устройств без соответствующих си-гнальных систем. Съёмные грузозахватные приспособления и тара, не прошедшие технического освидетельствования, к работе не допускаются. Грузовые крюки грузоподъёмных средств должны быть снабжены предохранительными замыкающими устройствами, предотвращающими самопроизвольное выпадение грузозахватных элементов стропов, траверс и других грузозахватных средств. Не допускается любое перемещение (подъём, опускание, перемещение) людей с использованием грузоподъёмных механизмов и устройств, не предназначенных для этих целей. Груз (каждая часть груза) в процессе подъёма, перемещения, опускания должен иметь надёжную строповку или опору, исключающую возможность падения груза (части груза). Платформы и поддоны, используемые для подъёма кирпича, плитки и других незакрепленных штучных материалов, должны иметь ограждения для пре-дотвращения падения перемещаемого груза или его части. Длинномерные грузы (балки, колонны и др.) при подъёме и спуске должны направляться с использованием канатных, тросовых оттяжек. При подъёме грузов в местах с регулярным движением транспортных средств устанавливаются ограждения и оборудуется объездной путь или принимаются меры для остановки движения транспортных средств при подъёме единичных грузов.3.1.2 Требования безопасности при работах с применением талей, лебёдок, полиспастов, блоков и других устройств и грузозахватных приспособленийГрузоподъёмные механизмы, сменные грузозахватные устройства, съёмные грузозахватные приспособления и тара должны содержаться и эксплуатироваться в соответствии с требованиями Правил устройства и безопасной эксплуатации грузоподъёмных кранов.На грузоподъёмных механизмах, находящихся в работе, указываются наименование организации, инвентарный номер, грузоподъёмность и дата следующего технического освидетельствования. На съёмных грузозахватных приИзм.Лист№ докум.ПодписьДатаЛистспособлениях, находящихся в работе, на прочно прикреплённой металлической бирке или клейме указываются инвентарный номер, грузоподъёмность и дата испытания. На таре (за исключением специальной технологической) указывается её назначение, номер, собственная масса, наибольшая масса груза, для транспортирования которого она предназначена. Тара по требованиям безопасности должна соответствовать ГОСТ 12.3.010. Ёмкость тары должна исключать возможность перегрузки грузоподъ-ёмных средств. Грузоподъёмные механизмы, сменные грузозахватные устройства, съёмные грузозахватные приспособления и тара допускаются к эксплуатации, подвергаются периодическим осмотрам и испытаниям в сроки и в порядке, определяемыми соответствующей нормативной технической документацией.Место установки грузоподъёмных механизмов и режим их работы должны соответствовать проекту производства работ или технологической карте. Вновь установленные грузоподъёмные механизмы и применяемые съёмные грузозахватные приспособления до допуска к работе подвергаются техническому освидетельствованию, включающему осмотр, статические и динамические испытания. Полному техническому освидетельствованию подлежат перед началом работ такелажные схемы в целом для перемещения грузов. В процессе эксплуатации съёмные грузозахватные приспособления и тара подвергаются периодическим осмотрам: траверсы, клещи и другие захваты и тара – каждый месяц; стропы (за исключением редко используемых) – каждые 10 дней. Редко используемые съёмные грузозахватные приспособления должны осматриваться перед выдачей их в работу. Результаты осмотров съёмных грузозахватных приспособлений работник, ответственный за содержание их в исправном состоянии, заносит в журнал учёта и осмотра стропов, результаты осмотров тары – в журнал технического освидетельствования тары. Внеочередное полное техническое освидетельствование грузоподъёмных механизмов производится после их реконструкции, ремонта несущих конструкций механизмов с заменой расчётных элементов и узлов, капитального ремонта или смены механизма, замены крюка. После смены изношенных грузовых или других канатов (цепей) проводится проверка правильности запасовки и надежности крепления концов каната, а также обтяжка канатов рабочим грузом. Техническое освидетельствование проводит инженерно–технический работник по надзору за безопасной эксплуатацией грузоподъёмных машин при участии инженерно–технического раИзм.Лист№ докум.ПодписьДатаЛистботника, ответственного за содержание грузоподъёмных машин в исправном состоянии. Проверка правильности запасовки и надёжности крепления канатов, обтяжки канатов рабочим грузом, производится под контролем инженерно–технического работника, ответственного за содержание грузоподъёмных машин в исправном состоянии. Разрешение на пуск в работу грузоподъёмных механизмов выдает инженерно–технический работник по надзору за безопасной эксплуатацией грузоподъёмных машин на основании документации завода–изготовителя и результатов технического освидетельствования. Разрешение на применение вновь изготовленных съёмных грузозахватных приспособлений и тары выдаёт инженерно–технический работник, ответственный за содержание грузоподъёмных машин в исправном состоянии. Статические испытания грузоподъёмных механизмов производятся грузом, превышающим их номинальную грузоподъемность на 25 %. Грузоподъёмный механизм, выдержавший статические испытания, подвергается динамическому испытанию грузом, превышающим номинальную грузоподъёмность на 10 %. Допускается производить динамическое испытание рабочим грузом с повторным подъёмом и опусканием. Во всех случаях при обнаружении дефектов во время испытаний грузоподъёмного механизма испытания необходимо прервать и, устранив дефекты, провести вновь.