Методическое пособие 791

Рис. 10.1. Расчетная схема для определения кинематических и силовых параметров стрелоподъемного механизма

Ход подвижной обоймы стрелового полиспаста при маневрировании стрелой

Хck = LBC1 – LBC2 = 24,85 – 17,6 = 7,25 м.

При переводе стрелы из монтажного положения, когда стрела висит вертикально на своем шарнире, необходимо выбрать дополнительный ход каната стрелоподъемного полиспаста. Величина дополнительного хода подвижной обоймы стрелоподъемного полиспаста составит

Lдоп= lc1+ Hог - LBC1 = 22,5 + 6,5 – 24,85 = 4,15 м.

Рабочая длина стрелоподъемного каната, которую необходимо разместить на барабане стрелоподъемной лебедки при маневрировании стрелой с учетом возможного опускания стрелы до вертикального положения с учетом кратности полиспаста icn = 8 будет

lck =( Lдоп + Хck) icn = (4,15 +7,25) ∙ 8 = 91,2 м, lck ≈ 92 м.

После определения усилия в стрелоподъемном канате кратность стрелового полиспаста может быть скорректирована.

10.3. Определение стрелоподъемного усилия

Для определения стрелоподъемного усилия составляем уравнение моментов сил относительно опорного шарнира при горизонтальном положении стрелы. Величины сил тяжести элементов принимаем из таблицы определения центра тяжести крана

121

Fсп1 Gгр1 lc Gc lc / 2 Fгк1 lс sin lc sin

4 9,81 22,85 39,24 22,85 / 2 20,7 22,85 0,2588 207кН . 22,85 0,2588

Усилие Fгк1 в грузоподъемном канате при максимальном вылете стрелы определено при кратности грузового полиспаста iгп = 2

Fгк1 = Qминg /iгп∙η = 4∙9,81/2∙0,95 = 20,7 кН.

Усилие Fгк2 в грузоподъемном канате при минимальном вылете стрелы будет

Fгк2 = Qмаксg /i∙η = 6∙9,81/2∙0,95 = 31 кН.

Для определения стрелоподъемного усилия при минимальном вылете стрелы составляем уравнение моментов сил относительно опорного шарнира стрелы с учетом сил давления ветра и сил инерции на стрелу и груз

Для дальнейших расчетов стрелоподъемной лебедки принимаем за основу максимальное стрелоподъемное усилие.

10.4. Определение параметров элементов стрелоподъемной лебедки

Ориентируясь на существующие прототипы кранов, принимаем кратность стрелоподъемного полиспаста iсп= 8. При этом по бокам стрелы должны располагаться по два блока с каждой стороны симметрично относительно оси стрелы. На вершине оголовка башни также должны быть установлены четыре блока. Канат стрелоподъемного полиспаста выбираем для действующего максимального стрелоподъемного усилия. Разрывное усилие каната должно быть при этом не менее

Fразр= Fсп2 kзап /iсп ηсп = 283∙4/8∙0,9 ≈ 158 кН.

Выбираем канат двойной односторонней свивки по ГОСТ 2688 типа ЛК-Р (6×19) в табл. П.16. Обозначение каната: "Канат 16,5-Г-В-ОЖ-О-Н-1764(180)-ГОСТ 2688".

Скорость наматывания каната при маневрировании стрелой

Vск = Хck iсп / tвыл = 7,25∙8/80 = 0,725 м/с.

Диаметр барабана стрелоподъемной лебедки по группе классификации М6 должен быть не менее

Dб = 20dк = 20 ∙16,5 = 330 мм.

Принимаем диаметр барабана Dб = 400 мм.

122

Достаточно большая длина каната предполагает принять двухслойную навивку каната на барабан. Длина барабана будет

Lбл=[lck/2π(Dб+1,5dк)+1,5]∙(dк+1мм) = [92/2∙3,14(0,4+1,5∙0,0165)+1,5]∙(0,0165+0,001) = 0,6 м.

При таком соотношении проверку барабана на изгиб и кручение можно не выполнять. Принимаем длину барабана по наружным стенкам реборд 0,65 м. Частота вращения ба-

рабана определена для обеспечения средней скорости наматывания каната

nб = 60 Vск / π(Dб+ 2dк) = 60 ∙0,725/3,14∙(0,4+2∙0,0165) = 32 об/мин.

Толщина стенки барабана из стали 35Л-1, [σ]=140 МПа (табл. V.2.12.[8]) при двухслойной навивке каната на барабан

δс= 1.4(Fсп2/ iсп ηспηред)/[σ]∙(dк+1мм)=1,4(283/8∙0,95∙0,98)/140∙(0,0165+1)≈ 0,0236 м = 24 мм.

Требуемая мощность двигателя

N = Vск Fсп2/ iсп ηспηред= 0,725∙283/8∙0,9∙0,98 = 29 кВт.

Выбираем трехфазный электродвигатель с фазным ротором серии MTF 412-6 c параметрами (табл. П.23):

Мощность (при ПВ 40%) Nд – 30 кВт; Частота вращения вала nд – 970 об/мин.

Требуемое передаточное число редуктора должно быть

iр= nд / nб = 970/32 = 30,3.

Крутящий момент на тихоходном валу редуктора

Мтв=(Fсп2/iсп ηспηред)0,5(Dб+dk)=(283/8∙0,9∙0,98)0,5∙(0,4+0,0165)= 8,7 кН∙м.

По табл. П.26 выбираем редуктор Ц2-500 с передаточным числом iр = 31,5 и допускаемым вращающим моментом на тихоходном валу в режиме 5М-6М – 9,7 кН·м. Геометрические размеры быстроходного и тихоходного валов соответственно принимаем по табл. П.28,

П.29.

Лебедку комплектуем муфтой и колодочным тормозом типа ТКГ с электрогидравлическим толкателем. Требуемый тормозной момент должен быть не менее

Мт = кзап Мтв/ iр = 1,75∙8,7/31,5 = 0,48 кН∙м.

По табл. П.30 и П.32 выбираем соответствующие муфту и тормоз ТКГ-300 с максимальным тормозным моментом 800 Н·м.

На основе выбранных комплектующих элементов необходимо рассчитать валы для крепления барабана, подобрать необходимые подшипниковые опоры по методике, изложенной в п. 7.6 и п. 7.7, выполнить рабочие чертежи оригинальных элементов лебедки. Сборочный чертеж стрелоподъемной лебедки разрабатывается по методике, изложенной в п.1.5, 1.6 [4].

123

11. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕХАНИЗМА ВЫЛЕТА С КАНАТНОЙ ТЯГОЙ

На башенном кране с балочной стрелой изменение вылета осуществляем лебедкой с канатной тягой, которая перемещает грузовую каретку по стреле. Лебедку устанавливаем на стреле вблизи ее опорного шарнира. Исходные параметры для проектирования такого механизма принимаем по п. 10.1.

11.1. Определение нагрузок в тяговом канате

Схема механизма вылета груза с канатной тягой показана на рис. 11.1.

Рис. 11.1. Расчетная схема вылета груза с канатной тягой

Усилие Fнб тягового каната должно преодолевать сопротивление в ходовых частях грузовой каретки с грузом W1, сопротивление от уклона опорной поверхности крана W2, сопротивление от давления ветра на груз W3, сопротивление каната грузового полиспаста W4, сопротивление обводных блоков тягового каната W5.

Сопротивление в ходовых частях грузовой каретки вычисляем по формуле (VI.3.2.) [8]

W1 = [(Gгр+Gт)∙(μц∙dц+2fk)/Dхк]kр=[(59+6)∙(0,012∙50+2∙0,3)/200]1,5= 0,58 кН,

где Gгр – сила тяжести максимального груза;

Gт ≈ 0,1Gгр= 0,1·6·9,81 ≈ 6 кН – сила тяжести грузовой каретки и крюковой обоймы; μц = 0,012 – коэффициент трения подшипников в цапфе ходовых колес;

dц = 50 мм (принимаем конструктивно);

fk = 0,3 мм – коэффициент трения качения стальных колес по рельсам;

Dхк= 200 мм – принятый диаметр ходовых колес грузовой каретки (см. таблицу). Остальные размеры безребордных колес принимаем конструктивно в зависимости от

устанавливаемого подшипника. Ширина колеса не менее 50 мм.

124

Допускаемая нагрузка на ходовое колесо диаметром 200 мм, кН

Сопротивление от уклона опорной поверхности

W2 = (Gгр+ Gт)sin 1°8' = (59+6)∙0,0198 = 1,28 кН.

Сопротивление от давления ветра на груз принимаем по данным, полученным в табл. 5.2.

Wвг = 2,23 кН.

Сопротивление каната в грузовом полиспасте с кратностью 2

W4 = Gгр(1-η2)/η = 60(1- 0,982)/0,98 = 2,42 кН,

где η = 0,98 – КПД канатного блока.

Сопротивление на обводном блоке и тяговом барабане определяем по формуле

W5 = Fmк(1 – η ηбр)= 0, 324(1- 0,98∙0,99) = 0,01 кН.

Горизонтальная составляющая натяжения сбегающей ветви тягового каната под действием собственного веса

Fmк= Fсб= q∙g∙xт2/8∙у = 0,24∙9,81∙ 222 / 8∙0,44 = 216 Н = 0,324 кН,

где q – масса погонного метра тягового каната. По конструктивным соображениям предварительно принимаем тяговый канат ЛК-Р 6×19 диаметром 8 мм с массой одного погонного метра q = 0,24 кг и разрывным усилием Fр= 35,5 кН;

хт = 22 м – наибольшая возможная длина сбегающей ветви тягового каната. Её принимаем равной геометрической длине стрелы или несколько меньше;

у = 0,02 хт = 0,02∙22 = 0,44 м – принимаем оптимальную стрелу провеса сбегающей ветви тягового каната;

ηбр = 0,99 – КПД барабана.

Набегающее тяговое усилие барабана будет

Fнб = W1+W2+W3+ W4 +W5 = 0,58+1,28+2,29+2,42+0,01 = 6,58 кН.

Коэффициент запаса прочности тягового каната

кзап = Fp/Fнб= 35,5/6,58 = 5,4.

Тяговая способность барабана лебедки Fнб при перемещении грузовой тележки с грузом по стреле может быть обеспечена при условии Fmб ≥ Fнб ,

где Fнб = Fсб еfα= 0,324∙2,710,2 ∙15,7= 7,48 кН > 6,58 + 0,324 кН;

125

е = 2,71– основание натурального логарифма;

f = 0,2 – коэффициент трения каната на стальном барабане; α = 15,7 рад – угол охвата барабана канатом в 2,5 оборота.

Для надежной работы тягового барабана необходимо обеспечить стабильное натяжение тягового каната при реверсировании барабана. Для этого необходимо пружинное натяжное устройство тягового каната с усилием не менее Fпр ≥ Fсб = 0,324 кН.

11.2. Расчет кинематических параметров тяговой лебедки

Диаметр тягового барабана принимаем dmб= 30dк = 30·8 = 240 мм.

Необходимая рабочая длина барабана тяговой лебедки определяется по формуле

При заданном времени полного изменения вылета скорость передвижения тележки должна быть

Vт = lp/tвыл = 22/80 = 0,275 м/с.

Требуемая мощность привода тяговой лебедки

Nдв = Fнб∙Vmηб∙ηбл∙ηред = 6,58∙0,275/0,98∙0,99∙0,97= 1,92 кВт.

Выбираем асинхронный короткозамкнутый двигатель (табл. П.10) MTKF 012-6 Мощность двигателя Nдв = 2,2 кВт при ПВ = 40 % ; пдв = 880 об/мин.

Частота вращения барабана

пб = 60Vm/π(dmб+dk) = 60∙0,275/3,14∙(0,24+0,08) = 21,2 об/мин.

Необходимое передаточное число редуктора

iр = пдв / пб = 880/21,2 = 40,5.

Для выбора стандартного редуктора предварительно определим вращающий момент на тихоходном валу

Мт = Fнб∙(dб+8)/2 = 6,58∙(0,24+0.008)/2 = 0,79 кН∙м.

Выбираем редуктор Ц2-250, имеющий на тихоходном валу крутящий момент не менее 1,2 кН·м в тяжелом режиме работы при передаточном числе 40.

Лебедку комплектуем муфтой и колодочным тормозом типа ТКГ с электрогидравлическим толкателем. Требуемый тормозной момент должен быть не менее

Мт = кзап Мт/ iр = 1,5∙790/40 = 30 Н∙м.

На основе выбранных комплектующих элементов необходимо рассчитать валы для крепления барабана, подобрать необходимые подшипниковые опоры по методике, изложенной в п. 7.6 и п. 7.7, выполнить рабочие чертежи оригинальных элементов лебедки. Сборочный чертеж стрелоподъемной лебедки разрабатывается по методике, изложенной в п.1.5, 1.6 [4].

126

12. ПРАВИЛА БЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ ПОДЪЕМНЫХ СООРУЖЕНИЙ (ПС)

12.1. Область применения правил

31.12.2013 г. под № 30992 зарегистрированы "Федеральные нормы и правила безопасности опасных производственных объектов, на которых используются подъемные сооружения".

Правила устанавливают необходимые требования к:

–деятельности в области промышленной безопасности на опасных производственных объектах (ОПО), на которых используются стационарно установленные грузоподъемные сооружения, в том числе к работникам указанных ОПО;

–безопасности технологических процессов на ОПО, на которых используются подъемные сооружения, в том числе к порядку действий в случае аварии или инцидента на опасном производственном объекте.

Положения федеральных норм и правил распространяются на организации независимо от их организационно-правовых форм и форм собственности, осуществляющие деятельность

вобласти промышленной безопасности ОПО, на которых используются подъемные сооружения. Указанные правила действуют на территории Российской Федерации и на иных территориях, над которыми Российская Федерация осуществляет юрисдикцию в соответствии с законодательством Российской Федерации и нормами международного права.

Требования этих правил распространяются на обеспечение промышленной безопасности опасных производственных объектов (ОПО), на которых применяются следующие подъемные сооружения (ПС):

а) грузоподъемные краны всех типов; б) мостовые краны-штабелеры; в) краны-трубоукладчики; г) краны-манипуляторы;

д) строительные подъемники; е) подъемники и вышки, предназначенные для перемещения людей;

ж) грузовые электрические тележки, передвигающиеся по надземным рельсовым путям совместно с кабиной управления;

з) электрические тали; и) краны-экскаваторы, предназначенные только для работы с крюком, подвешенным на

канате, или электромагнитом; к) сменные грузозахватные органы (крюки, грейферы, магниты) и съемные грузоза-

хватные приспособления (траверсы, грейферы, захваты, стропы), используемые совместно с кранами для подъема и перемещения грузов;

л) тара для транспортировки грузов, отнесенных к категории опасных, за исключением специальной тары, применяемой в металлургическом производстве (ковшей, мульдов), а также специальной тары, используемой в морских и речных портах;

м) специальные съемные кабины и люльки, навешиваемые на грузозахватные органы кранов для подъема и перемещения людей;

н) рельсовые пути (для опорных и подвесных ПС), передвигающихся по рельсам. Требования Федеральных норм и правил не распространяются на обеспечение про-

мышленной безопасности ОПО, на которых используются следующие ПС:

а) применяемые в интересах обороны и безопасности государства, гражданской и территориальной обороны или относящиеся к вооружению и военной технике, кроме ПС общепромышленного назначения, перечисленных ранее и предназначенных только для транспортировки обычных грузов;

127

б) применяемые на объектах использования атомной энергии (кроме ПС общепромышленного назначения, предназначенных для транспортировки обычных грузов вне радиоактивных зон);

в) с ручным приводом, лифты, канатные дороги, фуникулеры, эскалаторы, напольные, завалочные и посадочные грузоподъемные машины, электро- и автопогрузчики, путе- и мостоукладочные машины, подъемные комплексы для парковки автомобилей, эвакуаторы автомобилей;

г) установленные в шахтах, на судах и иных плавучих средствах; д) экскаваторы, предназначенные для работы с землеройным оборудованием или грей-

фером; е) предназначенные для работы только в исполнении, исключающем применение гру-

зозахватных приспособлений, с навесным оборудованием (вибропогружателями, шпунтовыдергивателями, буровым оборудованием), а также кабин (люлек) для транспортировки людей;

ж) монтажные полиспасты и конструкции, к которым они подвешиваются (мачты, балки, шевры);

з) краны для подъема створов (затворов) плотин, без осуществления зацепления их крюками;

и) домкраты; к) манипуляторы, используемые в технологических процессах.

12.2. Организационные требования безопасности

Организация (индивидуальный предприниматель), эксплуатирующая ОПО с применением ПС (без выполнения собственными службами работ по ремонту, реконструкции или модернизации ПС) должна соблюдать требования руководств (инструкций) по эксплуатации сопровождающие ПС и выполнять следующие требования:

а) поддерживать эксплуатируемые ПС в работоспособном состоянии, соблюдая графики выполнения технических освидетельствований, технического обслуживания и плановопредупредительных ремонтов, а также не превышать срок службы (период безопасной эксплуатации), заявленный изготовителем в паспорте ПС, без наличия заключения экспертизы промышленной безопасности о возможности его продления;

б) не превышать характеристики и не нарушать требования, изложенные в паспорте и руководстве (инструкции) по эксплуатации ПС (грузоподъемность или грузовой момент, группу классификации режима и другие паспортные режимы эксплуатации);

в) не допускать к применению неработоспособные и не соответствующие технологии выполняемых работ грузозахватные приспособления и тару;

г) не эксплуатировать ПС с неработоспособными ограничителями, указателями и регистраторами;

д) не эксплуатировать ПС на неработоспособных рельсовых путях (для ПС на рельсовом ходу);

е) не эксплуатировать ПС с нарушениями требований по их установке. Не эксплуатировать ПС с отступлениями от регламентированных размеров посадочных лестниц и площадок, строительных конструкций или площадок на открытом воздухе, на которых установлено ПС и минимально допустимым расстояниям от ПС до иных строительных конструкций, оборудования, других ПС, штабелей грузов или откоса, которые установлены в руководстве (инструкции) по эксплуатации ПС. Следить, чтобы нагрузочные характеристики площадок установки ПС или подкрановых строительных конструкций не превышали нагрузок от ПС с грузом, указанных в паспорте и руководстве (инструкции) по эксплуатации ПС;

ж) разработать и утвердить распорядительным актом эксплуатирующей организации

128

инструкции с должностными обязанностями, а также поименный перечень лиц, ответственных за промышленную безопасность в организации из числа ее аттестованных специалистов:

специалиста, ответственного за осуществление производственного контроля при эксплуатации ПС;

специалиста, ответственного за содержание ПС в работоспособном состоянии;

специалиста, ответственного за безопасное производство работ с применением ПС. Указанные специалисты должны быть аттестованы, в том числе, на знание требований

промышленной безопасности к рельсовым путям, если в состав ОПО входят ПС, передвигающиеся по ним.

Работники ОПО, непосредственно занимающиеся эксплуатацией ПС, должны соответствовать следующим требованиям:

а) быть обученными и иметь выданное в установленном порядке удостоверение на право самостоятельной работы по соответствующим видам деятельности;

б) знать критерии работоспособности применяемых ПС в соответствии с требованиями руководства (инструкции) по эксплуатации применяемых ПС, технологический процесс транспортировки грузов;

в) в случае возникновения угрозы аварийной ситуации информировать об этом своего непосредственного руководителя;

г) знать порядок действий по инструкциям эксплуатирующей организации, в случаях возникновения аварий и инцидентов при эксплуатации ПС, а также выполнять данные инструкции;

д) пройти в установленном порядке аттестацию (только для специалистов) на знание действующих федеральных норм и правил и не нарушать их в процессе выполнения работ.

12.3. Порядок получения разрешения на пуск в работу ПС

Эксплуатацию ПС можно осуществлять только после получения разрешения на пуск в работу ПС и постановки их на учет

Решение о пуске в работу ПС выдается специалистом, ответственным за осуществление производственного контроля при эксплуатации ПС, на основании положительных результатов технического освидетельствования в следующих случаях:

а) перед пуском в работу; б) после монтажа, вызванного установкой ПС на новом месте, после перестановки на

новый объект гусеничных, пневмоколесных и башенных кранов (в том числе быстромонтируемых);

в) после реконструкции; г) после ремонта расчетных элементов или узлов металлоконструкций с применением

сварки.

Специалистом, выдавшим разрешение на пуск в работу ПС, должна быть сделана соответствующая запись в его паспорте, а для ПС, указанных в подпункте "б", запись должна быть сделана в вахтенном журнале.

Решение о пуске в работу мобильных ПС после перестановки их на новый объект выдается специалистом, ответственным за безопасное производство работ, с записью в вахтенном журнале.

Решение о вводе в эксплуатацию грузозахватных приспособлений, тары и специальных съемных кабин и люлек (для подъема и перемещения людей кранами) записывается в специальный журнал учета и осмотра специалистом, ответственным за безопасное производство работ.

Решение о пуске в работу ПС выдается специалистом, ответственным за осуществление

129

производственного контроля при эксплуатации ПС, на основании решения комиссии в следующих случаях:

–при смене эксплуатирующей организации для ПС, отработавшего срок службы;

–после монтажа кранов мостового типа и портального крана с применением сварки. Эксплуатирующая организация обеспечивает работу комиссии в составе:

–председатель комиссии – уполномоченный представитель эксплуатирующей органи-

зации;

–члены комиссии – уполномоченный представитель Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору и уполномоченный представитель специализированной организации, если осуществлялся монтаж с применением сварки.

Эксплуатирующая организация не менее чем за 10 дней до начала работы комиссии письменно уведомляет организации, представители которых включены в состав комиссии, о дате работы комиссии по пуску ПС в работу.

Результаты работы комиссии отражаются в акте пуска ПС в работу.

До пуска в работу ПС на ОПО рассматривается следующий комплект документов:

а) разрешение на строительство объектов, для монтажа которых будет установлено ПС; б) паспорт ПС; в) сертификат (сертификаты соответствия) согласно ФНП;

г) руководство (инструкция) по эксплуатации ПС; д) акт выполнения монтажных работ в соответствии с эксплуатационной документацией;

е) заключение экспертизы промышленной безопасности в случае отсутствия сертификата соответствия, например, на ПС, бывшие в употреблении или изготовленные для собственных нужд;

ж) ППР и ТК в случаях, указанных в настоящих ФНП; з) акт сдачи-приемки рельсового пути (для ПС, передвигающихся по рельсам) или до-

кументы, подтверждающие соответствие и работоспособность рельсового пути; и) документы, подтверждающие соответствие и работоспособность фундаментов для

стационарно установленного башенного крана и строительных конструкций (для рельсовых путей мостовых кранов).

12.4. Порядок регистрации ПС в органах надзора

Регистрация ОПО, где эксплуатируются ПС, должна выполняться в соответствии с Правилами регистрации опасных производственных объектов в государственном реестре опасных производственных объектов, утвержденными постановлением Правительства РФ от 24 ноября 1998 г. N 1371 (Собрание законодательства Российской Федерации, 1998, N 48, ст. 5938; 2005, N 7, ст. 560; 2009, N 18, ст. 2248; 2011, N 7, ст. 979; N 48, ст. 6942; 2013, N 24, ст. 3009), и Федеральным законом N 116-ФЗ.

Регистрации подлежат только те ОПО, где эксплуатируются ПС, подлежащие учету в органах Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору и иных органах, уполномоченных на регистрацию ОПО.

ПС, перечисленные в ФНП, за исключением ПС, перечисленных ниже в ФНП, перед пуском их в работу подлежат учету в Федеральной службе по экологическому, технологическому и атомному надзору.

Не подлежат учету в органах Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору следующие ПС:

а) краны мостового типа и консольные краны грузоподъемностью до 10 т включительно, управляемые с пола посредством кнопочного аппарата, подвешенного на кране, или со стационарного пульта, а также управляемые дистанционно по радиоканалу или однопроводной линии связи;

130