автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.04, диссертация на тему:Выбор и обоснование параметров гусеничной базы большегрузных строительно-монтажных кранов

Московский Государственный Строительный Университет

На правах рукописи

МАНАСЯН Вячеслав Грантович

ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ

ГУСЕНИЧНОЙ БАЗЫ БОЛЬШЕГРУЗНЫХ СТРОИТЕЛЬНО-

МОНТАЖНЫХ КРАНОВ

(На примере крана МКГС-125)

Специальность 05.05.04- дорожные и строительные машины

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: Проф., к.т.н. В .Я. Крикун

Москва 1999

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

Введение 4

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ФОРМУЛИРОВКА ЦЕЛИ, ПОСТАНОВКА

ЗАДАЧ И МЕТОДИКА ИХ РЕШЕНИЯ....................................................................................................................6

1.1. Объект исследований..........................................................................................................6

1.2. Взаимодействие гусеничного движителя с основанием........................................................................21

1.3. Общая характеристика режимов работы гусеничных кранов и их нагру-жения...................................................................................................................................................................................................................................24

1.4. Краткий обзор предшествующих исследований..............................................................................................29

1.5. Цель, задачи и методика исследований..........................................................................................................................32

ГЛАВА 2. ВЛИЯНИЕ ПОДАТЛИВОСТИ ГРУНТОВОГО ОСНОВАНИЯ НА УСТОЙЧИВОСТЬ ГУСЕНИЧНЫХ КРАНОВ..............................................................................................................................34

2.1. Продольный и поперечный дифференты крана от податливости грунтового или иного основания. Общий случай........................................................................................................................................................34

2.2. Дифференты крана при переменной податливости опорного основания................................................................................................................................................................39

2.3. Влияние дифферентов крана на его устойчивость......................................................................................42

2.4. Выводы по главе 2...............................................................................................................................47

ГЛАВА 3. ИНЕРЦИОННЫЕ НАГРУЗКИ ОТ РАСКАЧИВАНИЯ ГРУЗА ПРИ

ВРАЩЕНИИ ПОВОРОТНОЙ ЧАСТИ КРАНОВ..........................................................48

3.1. Общие положения. Характеристика инерционных сил и этапов вращения поворотной части крана..........................................................................................................................................................................................................48

3.2. Дифференциальные уравнения движения груза и их решение..................................................51

3.3. Приращения сил инерции от раскачивания груза..........................................................................................68

3.4. Выводы по главе 3..............................................................................................................................................................................................79

ГЛАВА 4. ДИНАМИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ ГУСЕНИЧНЫХ КРАНОВ 81

4.1. Динамическая модель и ее обоснование........................................................................................................................82

4.2. Приведение действующих на кран сил к неподвижным координатным осям.........................................................................................................................................................................................84

4.3. Характеристики связей и параметры инерционной системы......................................................89

4.4. Уравнения маятниковых колебаний крана и их решения..................................................................91

4.5. Показатели грузовой устойчивости......................................................................................................................................99

4.6. Выводы по главе 4............................................................................................................................................................................................102

ГЛАВА 5. ПАРАМЕТРЫ ГУСЕНИЧНОЙ БАЗЫ....................................................................................................103

5.1. Параметры гусеничной базы, удовлетворяющие условиям грузовой устойчивости................................................................................................................................................................................................................................................................юз

5.2. Оценка гусеничной базы по критерию устойчивости. Альтернативные решения......................................................................................................................................................................................................................................................................ПО

5.3. Выводы по главе 5............................................................................................................................................................................................ИЗ

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ..............................................................................................................................114

Литература..................................................................................................................................................................................................................................116

ПРИЛОЖЕНИЯ................................................................................................................................................................................................................121

Приложение 1. Основные параметры гусеничных кранов отечественного производства................................................................................................................................................................................................................................................................121

Приложение 2. Основные параметры гусеничных кранов зарубежных

фирм.................................................................................................................................... 126

Приложение 3. Основные технические данные и характеристики крана монтажного

гусеничного МКГС-125..............................................................................................................................................................................130

Приложение 4. Коэффициенты постели для грунтовых оснований........................ 131

Приложение 5. Определение продольного и поперечного дифферентов и их влияния

на статическую устойчивость крана МКГС-125................................................

Приложение 6. Дифференты и показатели устойчивости крана МКГС-125 при учете

всех действующих на кран сил.................................................................................

Приложение 7. Исходные данные для построения корреляционных зависимостей

тчтът^О)................................................................................................

Приложение 8. Расчет параметров гусеничной базы крана МКГС-125.................

133

135

136

ВВЕДЕНИЕ

Внедрение в строительство большегрузных кранов связано с необходимостью эффективного монтажа конструкций и оборудования больших масс (до 500 т), а также с увеличением габаритов (высоты и площадей) технологических установок [83, 84], в частности при строительстве химических и нефтеперерабатывающих заводов. Гусеничные краны, обладая повышенной проходимостью и маневренностью, а также способностью передвигаться с грузом на крюке, кроме того, нашли широкое применение на начальных этапах строительства в условиях недостаточно освоенных строительных площадок в части основания для установки и передвижения кранов.

В свою очередь, внедрение в строительство большегрузных кранов способствовало дальнейшему развитию индустриализации строительства с перенесением большей части сборочных работ в заводские цеха и на специальные сборочные площадки, что, в конечном счете, повысило производительность труда, снизило удельный вес ручного труда, сократило сроки строительно-монтажных работ, снизило стоимость строительства.

В настоящее время в России эксплуатируется более 80 тыс. стреловых самоходных кранов, что составляет около одной трети всего машинного парка строительных организаций. С помощью кранов в настоящее время выполняют 90-95% монтажных работ в строительстве [62]. Из общего числа кранов 15% являются гусеничными, в том числе экскаваторы-краны на базе гусеничных одноковшовых универсальных экскаваторов. В связи с тем, что экскаваторы-краны по своим характеристикам не удовлетворяют требованиям монтажа тяжеловесного оборудования, в последние годы отечественной машиностроительной промышленностью было освоено производство специальных строительно-монтажных гусеничных кранов грузоподъемностью от 10 до 250 т.

Дальнейшее увеличение темпов и объемов промышленного строительства требует повышения эффективности использования стреловых монтажных кранов, которое может быть обеспечено за счет совершенствования их конструкций и грузоподъемных технологических процессов. Одним из важных направлений этого плана является выбор и обоснование параметров гусеничной базы, от которых зависит устойчивость крана, являющаяся ограничителем его грузоподъемности в зависимости от высоты подъема груза и его вылета, а также от податливости грунтового или иного основа-

ния. Как показано в работе [44], около 20% всех аварий кранов происходит из-за их работы на грунтах с несоответствующей технической характеристике кранов несущей способностью. Исходя из необходимости работать кранам в различных грунтовых условиях, искусственное повышение несущей способности которых требует больших материальных и временных затрат, сформулированный тезис можно представить также в иной редакции - несоответствия технической характеристики кранов несущей способности грунта.

К настоящему времени в нашей стране и за рубежом проведено достаточно много исследований по устойчивости стреловых самоходных кранов, в том числе гусеничных, как в позиционном, так и в передвижном режимах. Однако их анализ не дает полного ответа на вопрос о параметрах гусеничной базы, в особенности для большегрузных монтажных кранов. Настоящая работа имеет целью восполнить этот пробел путем разработки методики расчета параметров гусеничной базы тяжело нагруженных кранов в зависимости от их грузовых и кинематических характеристик, а также от характеристик рабочих площадок кранов.

На защиту автором выносятся следующие положения:

1. Методика и результаты расчета применительно к гусеничному крану МКГС-125 предельного продольного дифферента и показателей грузовой устойчивости в зависимости от плотности опорного основания и его однородности;

2. Методика расчета параметров гусеничной базы кранов, удовлетворяющих требованию обеспечения нормативной грузовой устойчивости.

ГЛАВА I. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ФОРМУЛИРОВКА ЦЕЛИ, ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ И МЕТОДИКА ИХ РЕШЕНИЯ

1.1. Объект исследований

Объектом исследований являются гусеничные краны большой грузоподъемности (100 т и более), предназначенные, в основном, для монтажных работ больших объемов с крупногабаритными грузами. Благодаря ходовому оборудованию, способному передвигаться как по дорогам с твердым покрытием, так и по грунтовым дорогам, а также по территориям строительных площадок, эти краны обладают высокой транспортной маневренностью. Они имеют независимое энергоснабжение, обеспечиваемое базовым силовым агрегатом, состоящим из двигателя внутреннего сгорания и электрических генераторов постоянного или переменного тока, и вторичными электрическими и гидравлическими силовыми агрегатами. Использование электрического и гидравлического привода обеспечивает удобное и эффективное управление механизмами крана, в том числе с глубоким регулированием скоростей рабочих движений. Гусеничные краны, как правило, комплектуют различным стреловым и башенно-стреловым оборудованием, специализированными грузозахватными устройствами, грейферами, электромагнитами.

В отличие от пневмоколесных кранов того же назначения гусеничные краны обычно не имеют выносных опор, а вертикальные нагрузки при подъеме грузов передаются на грунтовое или иное основание непосредственно через гусеницы. Иногда для работы кранов на неустойчивых грунтах дополнительно к гусеничному ходовому оборудованию также применяют выносные опоры. Исследуемые краны оборудуют как жесткими, так и мягкими гусеницами с балансирной подвеской опорных колес. Свойствами как гусеничных так и пневмоколесных кранов обладают колесно-гусеничные большегрузные строительно-монтажные краны, результаты исследований которых изложены в работе [24].

Показатели качества стреловых самоходных кранов общего назначения регламентированы стандартом [22], согласно которому в пределах указанных выше грузоподъ-емностей они способны передвигаться с грузом на крюке при снижении грузоподъемности на 30 - 50% от номинального значения. При этом высота подъема должна быть не менее 18 - 29 м с основной стрелой и76-110мсо сменным рабочим оборудованием. Для отечественных наиболее тяжелых кранов, например, гусеничного крана КС-8165, она достигает соответственно 30 м и 127 м [8]. Минимальная скорость подъема и опус-

кания груза согласно стандарту составляет от 2 до 3 м/мин. Посадочные скорости для кранов с гидравлическим и электрическим приводом постоянного тока - не более 0,4 м/мин, а для кранов с электрическим приводом переменного тока - не более 1,2 м/мин. Частота вращения поворотной части крана - от 0,15 до 4 об/мин. Скорость передвижения - не более 0,5 км/ч, преодолеваемые уклоны - не менее 10°. Гусеничные краны способны передвигаться с грузом на крюке основной стрелы по рабочей площадке, уклоны которой не превышают 3° [63]. При оснащении крана удлиненными стрелами и башен-но-стреловым оборудованием этот уклон снижается до 1 - 1,5°. В транспортном режиме гусеничные краны способны преодолевать уклоны до 10 -15°.

На стреловых кранах устанавливают электрические и электромеханические ограничители грузоподъемности, автоматически отключающие грузовые лебедки главного и вспомогательного подъемов при превышении допустимой для данных условий работы крана грузоподъемности (грузового момента) более чем на 10%. Ограничители настраивают на заданную грузовую характеристику в зависимости от вида стрелового оборудования. Для информации о наклонах крана служат креномеры и автоматические указатели-сигнализаторы, передающие лишь информацию о положении крана, но не предупреждающие его опрокидывание в аварийной ситуации, например, при случайной длящейся во времени осадке одной гусеницы или одного края одной или обеих гусениц, когда машинист не успевает опустить груз. Этим предопределяется необходимость детального исследования взаимодействия гусеничной базы кранов с основанием и выработки на этой основе рекомендаций по их безопасной эксплуатации, включая аварийные ситуации.

На рис. 1.1 - 1.17 показаны гусеничные краны, выпускаемые в настоящее время отечественной промышленностью. Основные показатели этих и других кранов отечественного производства приведены в Приложении 1.

За рубежом на выпуске гусеничных кранов специализируются всемирно известные фирмы Demag, Hitachi, Kobelko, Lampson, Liebherr, Link-belt, Manitowok, Nippon Sharvo, Northwest, Sennebogen, Sumitomo, H. Surker и др. (Приложение 2). Широкий диапазон рабочего оборудования зарубежных гусеничных кранов и их грузовысотные характеристики иллюстрированы рис. 1.18 - 1.21 применительно к кранам фирмы Demag (серии СС 2600 и СС 3800, типы SSL, SSL/LSL, SH, SW, SW/LW, LSL).

|

гег

Им \ ■ 1 \ '> / N

18,5 ^

Ьн \\ 18.5 м

21м \ 5маь

Ы \ ^2

Пм(5.!}

7 4 5 в . Ю Валет стрелы ! м

>

К У '

---^ ГГ

чооо

4726

Рис. 1.1. Гусеничный кран МКГ-16

Рис. 1.2. Гусеничный кран МКГ-20

5 19 1113 151113 вылет стрелы 5 м

<9

5 10

I 6

<0

. 45

¡V ЗСмЧ I -Мл* ■!—^

IV ---

¡аН

кЧ

-

■

I »

■4

О ОС

3 "

Ю 15 Ю 25 Вылет стрелы 5 п

1

1 .гом

—

4 .75« ' -

<

Ч

\

N

\ ...

ч \

зс ч

"Ч

Г

5 9 13 а 11 25 вылет стрелы в н

а' 5т

'800

Рис. 1.3. Гусеничный кран ДЭК-25Г

Рис. 1.4. Гусеничный кран СКГ-25 графики грузоподъемности для стрел: 15 и

20м (а); 25 и 30 м (б); 36 и 45м (в)

. to Vi N1 tQ

Грузоподъемность S m

Ьгзо

б

Стропа 15м Стрела 20*г Стрела 25/у

Основной повЬвм бело«, лод'ек осноёнои ЛОвЬв/*. 6спо/ч.поч'«м Зсхо£нои пооЪем бспот.пооЬем

8Ьщ » ъ & г ш Л1 ¡Рчтп.т 44/ев» т Пит н 8/зу »0- ЛОЭ., г м Игч) ?рЧ>ол.Т 84*»* т г ¿1>м лв^'«* я

т хл »1с с он с без И»6с с Юовб. « '

30 гэ !к. 5 - - - го /8 'Я/ — — 15 /3 гз.9 - — —

е 25 83 /4,3 - - - в /7,4 /5.4 /8.9 — — — 10 12,6 /0,6 И. 5 — - —

7 г/ 19 /3.9 — - — 10 /3,3 //.3 /8./ /«Г е.5 25 1/3 8.7 6.7 гг.г <3.8 6.5 30

8 /8 16 /3.5 //.6 5,5 /3. /г /(7,8 8.2 /7,0 (8Г - |/б 5.?5 4.25 го. 4 /4. г N —

Ю /аз II. 3 /г,з /4.5 ^ /4 8,/ 6.1 /5,6 /5 6 гз 19 4.5 8.5 /7.7 16 6.0 88.4

/г ю.з 8.3 /0,7 6 /б /6 6,4 4,4 (3.7 20 4.6 го 21 3,7 1.1 15.6 20 ьл 66.5

/4 8.3 6.3 8.3 20 4.2 '3 /а 5,4 3.4 //.г г4 3 /в гз 3./ 1.1 12.8 е4 3 г з.в

* 8ру:оподЪетностЬ 6'спотоеат. подЬъма, указанная (¡М^допуска&тсЯ гЬолЬКо с со8лкз^ни9М допопнчтелЬнЫсс требований.

Рис. 1.7. Гусеничный кран СКГ-30 с клювом 8 м

При оборудовании стрел донной 15, 20, 30 и 35 и клювом длиной 5 м грузоподъемность основного крюка снижается на всех вылетах Ш I т

згзо

еоо __ Ьюо

$ор

1 Сто*по 15 т 1 1 Стрвпо Э0м| Г Сшое \ла 15* 1 1 Стрела 30* 1 Стрела 35« (

I8ся.по>] Оеи.пооьг« 1 ¿СП.Л0С1 Юс«- тЫ 1Ьсл.гХМ) Осн.пор'вм] «л .пор.

е" ? £ Iе и № г с л (С О 1« со с зГ «о? -оо АС с 2- е" ВО с о г 2? -оо ос е а» Г с . о г- И Е с а- I5 8.-е 6>Е е Iе с о <3- ¡5 £ с (У 1Р е 1 Е £ с о

45 ко /42 13.5 5 25 4.8 5 ео гз.з № 5 щ /5 Е8.7 /гг 15.7 5 5

5.5 87 1к в 1&£ /в,г 49 Ю И 8 219 гг 3.7 иГ то иг 33,8 щ-

7 82 '3.5 10 им /7.5 гг 46 16 5,15 13.5 25 г 16 £5,6 Пё" зп зг,г 1!

10 13 //.6 Л 1.0 <47 ЕЗ.& к 13 5 п га* /.5 го Д/ гг,? /б 5.8 Гго~ и во 61 8,7

/к ±1 [Ц 18 [щ /оЛ гз 3.1 II. 5 ?5 г /7Л г5 г Ш г 27 Й. г

Рис, 1.9. Гусеничный кран ДЭ K-SO

Примечания: 1. Стрела крана 30 м может быть оборудована клк>-®ом дайной 10; 18,9 или 24 м; 2. При оборудовании стрел -15, 30 и 40 м юпрвом длиной 10 м грузоподъемность основного крюка снижается на всех вылетах на 3 т

Рис. 1.11. Гусеничные краны СКГ-63 и СКГ-63А Примечания: 1. Офеиы дшшой до 35 м могут быть оборудованы клювом длиной до 10 м; 2. При оборудовании стреле длиной 15, 20, 25, 30 и 35 м клювом длиной 10 м грузоподъемность основного крюка снижается на всех вылетах на 3 т

Рис. 1.12. Гусеничный кран СКГ-1000ЭМ грузоподъемностью 63 т

(г:,--

Рис. 1.14. Гусеничный кран СКГ-100 Графики грузоподъемност�