Историческое развитие грузоподъемной техники

ЛУЦКО Т. В.

 

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

 

по дисциплине “ГРУЗОПОДЪЕМНАЯ ТЕХНИКА НА АВТОМОБИЛЬНОМ ТРАНСПОРТЕ”

для студентов направлений подготовки 23.03.03 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов» и 23.05.01 «Наземные транспортно-технологические средства»

(дневная и заочная формы обучения)

 

 

МАКЕЕВКА 2016

УДК 621.86

 

Конспект лекций по дисциплине “Грузоподъемная техника на автомобильном транспорте” для студентов направлений подготовки 23.03.03 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов» и 23.05.01 «Наземные транспортно-технологические средства» (дневная и заочная формы обучения) / Сост.: Т.В. Луцко. – Макеевка: ДонНАСА, 2016. – 195 с.

В лекциях рассмотрены конструкции, общие вопросы расчета и проектирования грузоподъемных машин на автомобильном транспорте и их механизмов.

Табл. 32, рис. 138, библ. 15

 

Составитель:                                                       доц. Т.В. Луцко

 

 

Рецензенты:                                                         доц. А.К. Кралин,

                                                                доц. Э.С. Савенко

 

Ответственный за выпуск:                                доц. А.Д. Бумага

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

стр.

ВВЕДЕНИЕ........................................................................................................................................6

1. СОДЕРЖАНИЕ И СТРУКТУРА КУРСА. КЛАССИФИКАЦИЯ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН..............................................................................................................................................7

1.1. Историческое развитие грузоподъемной техники……………………………………..….....7

1.2. Общие сведения о грузоподъемной технике. Классификация грузоподъемных машин………………………………………………………………………………………….……9

1.3. Государственное законодательство, регламентирующее условия разработки, изготовления и эксплуатации грузоподъемных кранов……………………………………..….14

1.3.1. Нормативная документация…………………………………….………………..….14

1.3.2. Техническая документация…………………………………………….……………15

1.3.3. Требования к эксплуатации………………………………………………………..…16

1.4. Материалы изготовления элементов металлических конструкций и деталей механизмов…………………………………………………………….………………………..….17

2. РЕЖИМЫ РАБОТЫ КРАНОВ И КРАНОВЫХ МЕХАНИЗМОВ. РАСЧЕТНЫЕ НАГРУЖЕНИЯ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН………………….……………..………..…..20

2.1. Режимы работы кранов и крановых механизмов……………………………..………….…20

2.2. Нагружения в грузоподъемных машинах: нормативные и случайные, полезные силы технологического сопротивления, силы ветровые, от уклона пути, сейсмические и динамические, жесткости динамических систем и их влияние на характер движения………………………………………………………………………………………..….27

2.3. Расчетные нагружения грузоподъемных машин: три расчетных случая нагружений……………………………………………………………………..…………………..35

3. СИЛОВОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И ЕГО ХАРАКТЕРИСТИКА…………….……………..….36

3.1. Типы приводов……………………………………………………………………………..…36

3.2. Двигатели внутреннего сгорания………………………………………………………..…..37

3.3. Общие сведения об электроприводе……………………………………………………..….38

3.4. Электропривод автомобильных кранов………………………………….………………….41

3.5. Гидропривод автомобильных кранов……………………………………..……………...….42

3.6. Выбор мощности двигателей………………………………………………..……………….42

4. ТОРМОЗНЫЕ МЕХАНИЗМЫ: ОСТАНОВЫ И ТОРМОЗА……………………..……..…..43

4.1 Классификация тормозных устройств……………………………………………………….43

4.2. Остановы……………………………………………………………………….……..….…..44

4.3 Тормоза…………………………………………………………………………..……………..48

4.3.1 Фрикционные механизмы и тормозные шкивы (барабаны) тормозов…………………………………………………………………………..………………..48

4.3.2 Колодочные тормоза……………………………………………..…..……………...49

4.3.3 Размыкающие устройства тормозов…………………………………………...…...53

4.3.4 Расчет колодочного тормоза……………………………………………………......54

4.3.5 Ленточные тормоза………………………………………………………………….58

4.3.6 Тормоза с осевым замыканием…………………………………………………......61

4.3.7. Управляемые тормоза……..………………………………………………………..63

4.3.8 Тормоза для регулирования скорости…………………………………………..….64

5. ГИБКИЕ ГРУЗОВЫЕ ОРГАНЫ, КАНАТНЫЕ БАРАБАНЫ И БЛОКИ. ГРУЗОЗАХВАТНЫЕ УСТРОЙСТВА...........................................................................................66

5.1. Гибкие грузовые органы: грузовые канаты и цепи, их конструкция, выбор и расчет................................................................................................................................................66

5.2. Блоки, звездочки и барабаны. Определение их параметров................................................76

5.3. Способы соединения барабана с приводом. Способы крепления каната на барабане............................................................................................................................................80

5.4. Общие сведения о грузозахватных устройствах..................................................................82

5.5. Грузовые крюки, скобы. Крюковые подвески.....................................................................83

5.6. Фрикционно-зажимные захваты...........................................................................................86

5.7. Электромагнитные и вакуумные захваты............................................................................87

5.8. Грейферы и бадьи...................................................................................................................91

6. МЕХАНИЗМЫ ПОДЪЕМА ГРУЗОВ…..................................................................................94

6.1. Основные кинематические схемы механизмов подъема груза..........................................94

6.2. Полиспасты.............................................................................................................................98

6.3. Расчет электропривода механизма подъема.......................................................................102

6.4. Механизмы подъема с гидроприводом и основы их расчета............................................106

7. МЕХАНИЗМЫ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН…...........................109

7.1. Общие сведения………………………………………………………………………….…109

7.2. Расчет механизма передвижения…………………………………………………………..111

7.3. Ходовая часть пневмоколесного ходового оборудования……………………………….113

7.4. Выносные опоры…………………………………………………………………………….115

7.5. Приводы колес………………………………………………………………………….........116

8. СТРЕЛОВЫЕ УСТРОЙСТВА И МЕХАНИЗМЫ ИЗМЕНЕНИЯ ВЫЛЕТА СТРЕЛЫ.........................................................................................................................................119

8.1. Способы и механизмы изменения вылета стрелы..............................................................119

8.2. Расчет механизмов изменения вылета качанием стрелы…………………………….…..120

8.3. Расчет механизма с канатной (цепной) тягой…………………………………………….122

9. МЕХАНИЗМЫ ПОВОРОТА И ОПОРНО-ПОВОРОТНЫЕ УСТРОЙСТВА КРАНОВ………………………………………………………………………………….………124

9.1. Схемы механизмов поворота……………………………………………………….………124

9.2. Сопротивление в опорах при повороте крана……………………………….…………….125

9.3. Мощность привода механизма поворота………………………………………….……….128

9.4. Опорно-поворотные устройства............................................................................................129

9.5. Предохранительные устройства в приводе поворота……………………………………..131

10. ДОМКРАТЫ, ЛЕБЕДКИ, ТАЛИ……………………………………………………...…….132

10.1. Домкраты: винтовые, реечные, гидравлические…………………………………..……..132

10.2. Лебедки...................................................................................................................................133

10.3. Тали и тельферы…………………………………………………………………………....134

11. ПРОЛЕТНЫЕ КРАНЫ............................................................................................................137

11.1. Мостовые краны....................................................................................................................137

11.2. Козловые краны……………………………………………………………………………141

11.3. Кабельные краны………………………………………………..……………………….....142

12. БАШЕННЫЕ И КОНСОЛЬНЫЕ КРАНЫ.............................................................................143

12.1. Назначение и классификация башенных кранов…………………………………………143

12.2. Рабочие движения и параметры башенных кранов…………………………………..….144

12.3. Индексация башенных кранов…………………………………………………………….145

12.4. Консольные краны………………………………………………………………………….147

13. САМОХОДНЫЕ СТРЕЛОВЫЕ КРАНЫ...............................................................................148

13.1. Общие понятия…………………………………………………………………………..…148

13.2. Конструктивные схемы самоходных стреловых кранов и их основные параметры…..149

13.3. Индексация самоходных стреловых кранов……………………………………………...151

13.4. Виды стрелового оборудования самоходных стреловых кранов……………………….153

13.5. Конструкции и технические характеристики самоходных стреловых кранов…………156

13.5.1. Автомобильные краны……………………………………………………….…..156

13.5.2. Краны на специальном шасси автомобильного типа…………………………..160

13.5.3. Пневмоколесные краны………………………………………………………….162

13.5.4. Гусеничные краны………………………………………………………………..164

13.5.5. Тракторные краны………………………………………………………………..166

14. ПОДЪЕМНИКИ.......................................................................................................................169

14.1. Классификация и общая характеристика…………………………………………………169

14.2. Конструкции подъемников………………………………………………………………...170

14.3. Конструктивные особенности пассажирских и грузопассажирских подъемников……173

14.4. Специальные подъемники…………………………………………………………………174

15. ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЕ И СИГНАЛИЗАЦИОННЫЕ УСТРОЙСТВА.........................178

15.1. Функции контрольно-предохранительных устройств…………………………………...178

15.2. Приборы молниезащиты, указатели ветрового давления башенных и других стреловых кранов……………………………………………………………………………………………..178

15.3. Указатели приближения стрелы крана к воздушным линиям электропередачи……....179

15.4. Устройства для ограничения линейных перемещений крана и его элементов………..180

15.5. Указатели вылета стрелы и крена крана………………………………………………….183

15.6. Ограничители наклона стрелы…………………………………………………………….184

15.7. Ограничители грузоподъемности и грузового момента…………………………………185

15.8. Приборы связи машиниста с наземными пунктами……………………………………...189

16. УСТОЙЧИВОСТЬ СТРЕЛОВЫХ КРАНОВ……………………………………………….190

17. АВТОТРАНСПОРТНЫЕ СРЕДСТВА С КРАНАМИ И КРАНАМИ-МАНИПУЛЯТОРАМИ.................................................................................................................193

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ………………………………….………….195

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Эффективность реконструкции, темпы экономического роста, материализация новейших достижений науки и техники в решающей мере зависят от машиностроения. Особенно большая роль принадлежит грузоподъемным машинам, обеспечивающих обслуживание строительных площадок. От правильного выбора наиболее рациональных грузоподъемных машин зависит высокопродуктивная работа всего предприятия.

Исключительно большое значение приобретает качество выпускаемых машин. По своему научно-техническому уровню новые машины должны быть совершеннее своих предшественников, отвечающих высоким требованиям научно-технического прогресса. Особенно высокие требования предъявляются к подъемно-транспортным машинам, получившим широкое распространение во всех областях народного хозяйства.

Курс «Грузоподъемные машины на автомобильном транспорте» является одним из базовых в общеинженерной подготовке студентов, способствует развитию конструкторских навыков. В нем изложены основы теории и расчета машин для комплексной механизации производств, принципы действия и устройства отдельных механизмов и узлов машин, критический анализ конструкций и выбор наиболее рациональных машин, показаны пути повышения их качества.

Целью курса является получение знаний в области грузоподъемной техники. Инженер-механик специальности 7.090258 «Автомобили и автомобильное хозяйство» должен знать основные виды грузоподъемных машин, их особенности, области использования, должен уметь правильно и обоснованно выбрать тип и параметры машины, выполнить необходимые основные расчеты.

 

1. СОДЕРЖАНИЕ И СТРУКТУРА КУРСА. КЛАССИФИКАЦИЯ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН

 

Историческое развитие грузоподъемной техники

Грузоподъемные машины относятся к подъемно-транспортным машинам.

Подъемно-транспортная машина – это машина, с помощью которой производятся подъемно-транспортные операции в цехах заводов и на строительных объектах.

       К грузоподъемным машинам относится большое число подъемных устройств и механизмов, различающихся конструкцией, областью применения, принципом действия и т. д. О чем более подробно рассмотрим ниже.

На данном этапе остановимся на истории развития грузоподъемной техники.

       Современные высокопроизводительные грузоподъемные машины, работающие с большими скоростями и обладающие высокой несущей способностью, являются результатом постепенного развития этих машин в течение долгого времени.

История грузоподъемной техники, являясь частью истории подъемно-транспортной техники, фиксирует многочисленные примеры замечательных инженерно-технических сооружений прошлых времен, создание которых требовало немалых технических знаний на соответствующем уровне. Развитие ее уходит в отдаленное прошлое, когда люди, сталкиваясь с необходимостью возведения жилищ, строительных сооружений, организации поливного земледелия, применяли простейшие подъемные приспособления, приводимые в движение мускульной силой людей или животных. Об этом свидетельствуют памятники материальной культуры, данные современной этнографии.

В рукописях, написанных более 2000 лет до н. э., описываются вороты и рычажные подъемники воды из колодцев. Древние строители Египта более 3500 лет назад транспортировали на кораблях и перемещали по земле с помощью катков и рычагов каменные обелиски массой до 360 т. Они же в ХХII в. До и. э. построили пирамиду Хеопса высотой 147 м, использовав при этом 2,5 млн каменных блоков массой от 2 до 90 т. Применение воротов с конным приводом и полиспастов относится к II…I вв. до н. э. Первый стреловой поворотный кран с ручным приводом появился в Древнем Риме в I в. До н. э. [1, 2].

       В ХI – ХII вв. н. э. в связи с развитием торговли, мореплавания и горно-металлургической промышленности началось быстрое развитие грузоподъемных машин и расширилась область их применения. Появились первые прототипы современных кранов, имевшие ручной привод и привод с помощью топчаковых колес. Описание почти всех основных деталей м элементов грузоподъемных машин встречаются в трудах Леонардо да Винчи, Георга Агриколы и других ученых средних веков. До начала ХIХ в. Средства грузоподъемной техники характеризовались применением дерева в качестве основного конструкционного материала, ручного или конного привода. Только наиболее ответственные детали (цепи, крюки, валы и т. д.) изготавливались из металла.

       В 20-х годах ХIХ в. Был создан паровой двигатель, а в 1860 г. – первый кран с паровым двигателем. В 80-х годах того же века начали применяться краны с электрическим двигателем. Широкое промышленное применение электропривод получил благодаря работам русского ученого М.О. Доливо-Добровольского (1862 – 1919), который создал систему трехфазного тока и изобрел простой, надежный и дешевый асинхронный двигатель.

       Большая заслуга в деле развития грузоподъемной техники принадлежит русским механикам. Еще в ХI в. Для подъема тяжестей при возведении Софийского собора в Новгороде строители пользовались сложными системами полиспастов. В ХIV – ХV вв. широко использовались различные системы вόротов и блоков. В 1677 г. На колокольню Московского кремля подняли Большой Успенский колокол массой 130 т. Подъем колокола производился при помощи деревянных рычагов, полиспаста и вόрота. Для облегчения подъема колокол был соединен цепями с противовесом.

       В 1769 г. в Петербурге произведено перемещение на большое расстояние камня размером 15´9´7 м и массой более 1000 т, использованного скульптором Фальконе в качестве основания памятнику Петру Первому. Перемещение осуществлялось при помощи вόротов и полиспастов.

       В 1832 г. перед Зимним дворцом в Петербурге была установлена Александровская колонна массой более 600 т. На ее установку было использовано 60 вόротов, каждый из которых приводился в движение 16 рабочими.

       Долгое время в Росси никто не занимался изучением и обобщением опыта развития подъемно-транспортных машин. И только в 80-х годах ХIХ века проф. И.А. Вышнеградский (1831-1895) впервые создал курс подъемно-транспортных машин. В 1882 г. вышла работа проф. М.Н. Петрова, систематизирующая и обобщающая опыт механизированной перегрузки массовых грузов.

 

Вышнеградский Иван Алексеевич (1831/32 – 1895)– русский ученый и государственный деятель. Преподавал математику в военно-учебных заведениях; после защиты диссертации: «О движении системы материальных точек, определяемой полными дифференциальными уравнениями», получил степень магистра математических наук. Им был составлен учебник элементарной механики, первый у нас опыт строго научного изложения оснований механики с помощью исключительно начальной математики. Во время заграничной командировки он ознакомился с постановкой практической механики в Германии, Бельгии, Франции и Англии и специально изучил в Карлсруэ построение машин. По возвращении получил кафедру механики в технологическом институте. Сочинения Вышнеградского по механике переведены большей частью на иностранные языки; особенную известность получил его труд: «Механическая теория теплоты», выводы которого обратили на себя внимание Парижской Академии Наук («Comptes Rendus», 1876). Почетный член Петербургской Академии наук (1888). Один из основоположников теории автоматического регулирования, основатель научной школы по конструированию машин. В 1888-92 министр финансов.

 

       Начало отечественного краностроения относится к 1900 г., когда впервые были построены краны на Брянском, Краматорском и Путиловском заводах. В 1913 г. годовой выпуск кранов на Брянском и Краматорском заводах составлял 70 шт.

       С целью обобщения практического отечественного опыта конструирования и производства средств грузоподъемной техники в 1930 г. создается Всесоюзный научно-исследовательский институт подъемно-транспортного машиностроения (ВНИИПТМАШ), ставший организационным и научно-техническим центром в соответствующей отрасли промышленности. Его успешная работа в большой степени определялась трудами советских ученых: Л.Г. Кифера, И.И. Абрамовича, Н.Е. Емцова, А.О. Спиваковского, А.И. Дукельского, Н.Ф. Руденко, Д.Н. Тамарина, Б.С. Ковальского и др.

В настоящее время отечественное подъемно-транспортное машиностроение освоило выпуск практически всех видов грузоподъемного и транспортного оборудования. Так, создан ряд высокоэффективных, высокопроизводительных и экономичных грузоподъемных машин: мостовые краны общего назначения грузоподъемностью до 500 т; облегченные мостовые электрические краны грузоподъемностью до 50 т; мостовые подвесные двухбалочные краны грузоподъемностью до 100 т и пролетом до 100 м; краны-манипуляторы и краны со сменными автоматическими захватами; козловые краны общего назначения грузоподъемностью 12,5…20/5 т с пролетами до 32 м и увеличенными скоростями передвижения; краны-штабелеры для механизации и автоматизации складов тарно-штучных, листовых и длинномерных грузов грузоподъемностью до 12,5 т; башенные краны для строительства промышленных и гражданских зданий; стреловые самоходные краны грузоподъемностью от 4 до 250 т на автомобильном ходу, на спецшасси автомобильного типа, пневмоколесные и гусеничные. Выпускается 53 модели электроталей грузоподъемностью до 10 т. Созданы новые виды грузоподъемной техники — шарнирно-балансирные манипуляторы и промышленные роботы.

Отечественная промышленность освоила производство также уникальных специальных кранов грузоподъемностью до 1200 т, мощных плавучих кранов грузоподъемностью до 1600 т, специальных козловых строительно-монтажных кранов для монтажа оборудования тепловых и атомных электростанций и т.д. [3]. Существенно улучшены технико-экономические показатели этих машин за счет применения новых конструктивных решений, новых конструкционных материалов, профилей проката, технологических методов обработки деталей, сварки металлоконструкций и т. д.

Большое значение в решении проблемы создания мощной отрасли отечественного краностроения сыграла огромная работа, выполненная отечественными учеными в области подготовки научно-технических и инженерных кадров, научных исследований, внедрений и т. д. Наибольший вклад в эту работу внесли профессора Н.П. Александров, М.М. Гохберг, Б.С. Ковальский, Ф.К. Иванченко, М.С. Комаров, С.А. Казак, П.3. Петухов, Г.П. Ксюнин, А.В. Вершинский, Б.П. Румянцев.