СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 2
1 ОБЗОР И АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ КРАНОВ-ШТАБЕЛЕРОВ 3
1.1Область применения, обзор и анализ конструкций 3
1.2Описание конструкции проектируемого крана-штабелера 11
2 РАСЧЕТ МЕХАНИЗМА ПОДЪЕМА ГРУЗА 14
3. РАСЧЕТ МЕХАНИЗМА ПЕРЕДВИЖЕНИЯ КРАНА 26
4 РАСЧЕТ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИИ ВЕРТИКАЛЬНОЙ КОЛОННЫ КРАНА-ШТАБЕЛЕРА 35
5 ОХРАНА ТРУДА ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ КРАНА 41
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 45
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 46
ВВЕДЕНИЕ
Важную роль в механизации погрузочно-разгрузочных работ складского хозяйства выполняют краны-штабелеры. Эти грузоподъемные машины предназначены для механизированных складов с многоярусными стеллажами, высота которых достигает 25 метров и более. Краны-штабелеры сочетают в себе свойства мостовых кранов и вилочных погрузчиков[1].
В общем случае, кран-штабелер состоит из моста, перемещающегося по путям, уложенным на подкрановые балки или непосредственно на стеллажах, или по навесным путям.
Краны-штабелеры позволяют рационализировать складское хозяйство, экономить площади, высвободить значительное количество вспомогательных рабочих и открывают широкие возможности для автоматизации складирования. В настоящее время краны-штабелеры широко используют на складах самых различных отраслей народного хозяйства [1].
Курсовое проектирование основываются на практике ранее выполнявшихся графических и расчетных работ по инженерной графике, теории механизмов и машин, деталям машин, призвано выработать навыки проектирования машины в целом.
Вместе с этим курсовое проектирование позволяет осветить ряд вопросов, которые будут изучаться в будущих специальных дисциплинах. Характер работы в процессе курсового проектирования позволяет решить задачи научно-исследовательской работы.
Целью данного курсового проекта являетсяпроектирование подвесного крана-штабелера грузоподъемностью 5т.
1 ОБЗОР И АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ КОНСТРУКЦИЙ КРАНОВ-ШТАБЕЛЕРОВ
Область применения, обзор и анализ конструкций
Развитие автоматизации и оптимизации складских процессов привело к появлению кранов-штабелеров, которые активно применяют в самых различных отраслях промышленности, но особенно эффективно - в машиностроении, металлургической промышленности, материально- техническом снабжении [1].
Краны-штабелеры применяют в таких отраслях, в которых ранее использовали лишь традиционные подъемно-транспортные машины, в гибких автоматизированных производствах в качестве механизмов для промежуточного складирования межоперационного задела, оснастки, инструмента или укладки грузов на хранение. Использование кранов-штабелеров объясняется их существенными преимуществами по сравнению с традиционными машинами[1]:
увеличение эффективности использования площади складского помещения;
возможность подхода к грузам, расположенным в труднодоступных местах;
возможность автоматизации складских процессов;
простота конструкции и эксплуатации; высокая ремонтопригодность.
Краны-штабелеры разделяют на мостовые и стеллажные.
Мостовой кран-штабелер представляет собой мостовой кран, тележка которого оборудована колонной с перемещающимся по ней грузоподъемником, имеющим грузозахватное устройство, выполненное, как правило, в виде вилочного захвата [2,3].
Мостовой кран-штабелер имеет вертикальную колонну 5, подвешенную к грузовой тележке 4, перемещающейся по мосту 3, передвигающемуся по крановым рельсам 1 (рис. 1). По колонне перемещается грузозахватное устройство в виде вил 6[4].
Рисунок 1 – Мостовой кран-штабелер
По способу опирания на рельсовый путь мостовые краны-штабелеры бывают опорными (рис. 2, а) или подвесными (рис. 2, б)[4].
а) опорный; б) подвесной
Рисунок 2 – Краны-штабелеры мостового типа
Подвесные мостовые краны-штабелеры, подобно подвесным мостовым кранам и кран-балкам, применяют в бескрановых пролетах промышленных зданий и складов, оборудованных подвесными путями. Подвесные краны-штабелеры по сравнению с опорными, имеют меньшую строительную высоту и более легкие мосты (особенно многоопорные краны-штабелеры). Бескрановые пролеты промышленных зданий рассчитывают на установку подвесных кранов грузоподъемностью до 5 т. При одинаковой грузоподъемности мостовые краны-штабелеры значительно тяжелее мостовых кранов вследствие большой массы тележки, колонны и грузоподъемника. Поэтому подвесные мостовые краны-штабелеры, за редким исключением, выпускают грузоподъемностью до 1,0 т как с управлением с пола, так и с управлением из кабины [2].
Авторское свидетельство на первый в мире кран-штабелер выдано в 1948 г. М. С. Рыскину. В дальнейшем краны-штабелеры начали выпускать зарубежные фирмы «Демаг» (Demag, ФРГ) и «Фата» (Fata, Италия). Изготовляются мостовые краны-штабелеры десятков исполнений, грузоподъемностью от 0,125 до 20 т двух типов: подвесные и опорные.
Опорные краны-штабелеры широко используют на складах в самых различных условиях как в зданиях, оборудованных крановыми путями, так и в зданиях с бескрановыми пролетами (крановые пути устанавливают непосредственно на стеллажи). Мостовые опорные краны-штабелеры изготовляют грузоподъемностью от 0,125 до 12,5 т по ГОСТ 16553—82, а также по отдельным специальным заказам.
В течение длительного времени подвесные и опорные краны-штабелеры грузоподъемностью до 1 т включительно выпускали однотипными. С целью унификации они имели одинаковые тележки (подвесные, с катанием по нижним поясам балок моста), колонны и грузоподъемники. Мосты изготовляли двух исполнений – подвесные и опорные, при сохранении общих для кранов-штабелеров технических характеристик [2,3].
По своему функциональному назначению мостовые краны-штабелеры делят на управляемые с пола и управляемые из кабины.
Краны-штабелеры, управляемые с пола, наиболее просты по конструкции, их применяют в помещениях с высотой до 7,2 м, высота подъема груза не превышает 5,0—5,5 м, так как при большей высоте подъема управлять ими с пола оператору невозможно [2,3].
Мостовые краны-штабелеры, управляемые с пола, просты в управлении, обслуживании и эффективны в определенных условиях: при небольшом грузообороте и небольшой высоте помещения их используют на действующих складах старой постройки, а также и на новых предприятиях – на складах оснастки, штампов, моделей, грузооборот которых невелик при достаточно большой их вместимости. Грузоподъемность мостовых кранов-штабелеров, управляемых с пола, не превышает 1 т.
Мостовые краны-штабелеры, управляемые из кабины, применяют на различных складах промышленной продукции, имеющих большой грузооборот и разнообразные по размерам и способу хранения грузы. Эти краны используют как при стеллажном, так и при штабельном хранении пакетированных грузов. Мостовые краны-штабелеры, управляемые из кабины, более производительны, чем управляемые с пола. Грузоподъемность их не менее 1 т и применяют их в складах с высотой помещения 8,4–15,6 м. Максимальная грузоподъемность серийно выпускаемых кранов-штабелеров составляет 12,5 т, однако по специальным заказам выпускают краны-штабелеры грузоподъемностью 15–20 т [3].
Мостовые краны-штабелеры универсальны, однако, стоимость автоматизации их работы большая. Поэтому мостовые краны-штабелеры не применяют на комплексно автоматизированных складах и, в частности, на складах, оснащенных автоматизированными транспортными системами подачи грузов. Мостовые краны-штабелеры применяют в основном в помещениях, категория пожароопасности которых не превышает класс II, согласно «Правилам устройства электроустановок» (ПУЭ).
В металлоконструкциях кранов-штабелеров, в основном работающих в нормальных температурных условиях, лимитирующей является жёсткость конструкции, а не ее прочность. Поэтому металлоконструкции изготавливают, как правило, из углеродистых горячекатаных сталей. Металлоконструкция наиболее распространенного мостового крана-штабелера состоит из четырех
основных частей: моста, тележки, поворотной платформы и колонны [4].
Мосты кранов-штабелеров, как и мосты мостовых кранов общего назначения, выполняют из двух главных балок, связанных между собой концевыми балками. Мосты опорных кранов-штабелеров изготовляют в виде рамы (рис. 3, а).
Рисунок 3 – Схемы конструкций мостов кранов-штабелеров
Подвесные и опорные краны-штабелеры малой грузоподъемности снабжают подвесными тележками. Мосты таких кранов для увеличения горизонтальной жесткости выполняют с подкосами (рис. 3, б), с горизонтальной фермой (рис. 3, в) или рамными (рис. 3, г). При этом дополнительные подкосы, горизонтальные фермы и поперечные элементы рам используют для связи верхних поясов главных балок. Рамные мосты имеют повышенную жесткость на кручение.
Горизонтальная жесткость моста (рис. 3, д) может быть обеспечена горизонтальной фермой. При такой схеме упрощается конструкция моста, так как ее выполняют без концевых балок.
Главные балки мостов с опорными тележками имеют составные или коробчатые поперечные сечения.
Для мостов опорных кранов-штабелеров, управляемых из кабины и имеющих большие пролеты, следует применять коробчатые главные балки, замкнутые сечения которых обладают высокой жесткостью при кручении, что очень важно, так как мосты кранов-штабелеров подвергаются большим горизонтальным нагрузкам, чем мосты крюковых кранов.
Главные балки мостов с подвесными тележками (особенно главные балки мостов кранов-штабелеров, управляемых с пола) выполняют из двутавровых балок. Применяют также разрезные и составные главные балки. Например, главная балка может быть выполнена из двутавровой балки, разрезанной вдоль по ломаной линии и сваренной по вершинам зубцов (рис. 4, г). Другая конструкция – составная балка, выполненная из тавра С вырезами из специального профиля для монорельсовых путей (рис. 4, д). Такие составные балки обладают вертикальной и горизонтальной жесткостью. Несколько большую горизонтальную жесткость имеет балка составного сечения (рис. 4, г). Наибольшее распространение при изготовлении мостов с подвесными тележками получили составные балки (рис. 4, ж, з), обладающие достаточной жесткостью при действии вертикальных и горизонтальных сил, а также при кручении.
а, в, б - с опорными тележками; г. д, е, ж, з - с подвесными тележками
Рисунок 4 – Сечения главных балок мостов кранов-штабелеров
Необходимо отметить, что мосты кранов-штабелеров с подвесными тележками имеют меньшие массы при прочих равных условиях, чем мосты с опорными тележками. Это объясняется созданием у последних необходимой горизонтальной жесткости с помощью подкосов, ферм, или рам. Рамные мосты с главными балками, изготовленными из труб, имеют минимальную массу. Эти мосты применяют на мостовых кранах-штабелерах грузоподъемностью 1 т, управляемых из кабины, и серийно изготовляемых Стахановским машиностроительным заводом.
Тележки кранов-штабелеров выполняют опорными или подвесными. Они представляют собой металлическую раму, на которой монтируют опорно-поворотное устройство, несущее поворотную платформу с колонной и механизмами.
Опорные тележки обычно состоят из двух продольных балок, опирающихся на ходовые колеса, и металлоконструкции, которая связывает продольные балки и служит опорой для поворотного устройства.
Подвесные тележки чаще всего изготовляют в виде жесткой четырехугольной рамы, имеющей два горизонтальных листа и несколько вертикальных элементов (в том числе элементов, усиливающих места посадки опорно-поворотного устройства). По углам рамы устанавливают кронштейны с горизонтальными цапфами для крепления ходовых кареток.
Металлоконструкции тележек изготовляют сварными из элементов горячекатаного проката, стального листа, гнутого профиля. Посадочные места опорно-поворотного устройства, а также ходовых колес или кареток подвергают механической обработке.
Поворотные платформы служат базой для крепления колонн. На поворотных платформах размещают механизмы подъема и поворота: платформы монтируют на опорно- поворотных устройствах. Для надежности работы высота поворотных платформ должна быть не менее 0,15…0,2 от диаметра опорно-поворотного устройства. Поворотные платформы изготовляют сварными из листовой стали. Посадочные места опорно-поворотных устройств подвергают механической обработке.
Колонны являются элементами, служащими для жесткой связи между грузоподъемниками и поворотными платформами. Крепление колонн к поворотным платформам осуществляют болтами или пальцами с помощью фланцев или косынок. Для обеспечения вертикального перемещения грузоподъемника по колонне имеются направляющие, изготовленные из уголка, швеллера или полосовой стали.
По конструкции сечения различают колонны открытого типа (незамкнутого сечения) и закрытого, представляющие собой балку замкнутого сечения.
Колонны открытого типа устанавливают на кранах с высотой подъема до 5,5 м и грузоподъемностью не более 1 т.
Колонны открытого типа для легких кранов-штабелеров изготовляют следующих конструкций: из двух швеллеров, повернутых полками внутрь и соединенных между собой фасонными скобами (рис. 5, а); из четырех, связанных между собой швеллеров (рис. 5, б), и из двух швеллеров, усиленных уголками и соединенных между собой сварными скобами (рис. 5, в).
а, б, в – открытые; г, д, е, ж – закрытые с необработанными направляющими; з, и – закрытые с обработанными направляющими
Рисунок 5 – Сечения колонн мостовых кранов-штабелеров
Колонны закрытого типа изготовляют из квадратных или прямоугольных труб, или из двух холодногнутых швеллеров, соединенных сваркой (рис. 5,г); из двух швеллеров, связанных между собой листами (рис. 5, д) из четырех швеллеров, попарно сваренных между собой (рис. 5, е) из трубы с двумя приваренными к ней швеллерами, служащими направляющими (рис. 5, ж). Наиболее часто применяемые сечения колонн мостовых кранов-штабелеров, управляемых из кабины, изготовляют стыковой сваркой двух швеллеров, сваркой двух швеллеров с применением дополнительных листов, сваркой между собой четырех листов и т. п. (рис. 5, з, и).
Закрытые коробчатые сечения колонн характеризуют меньшие размеры и металлоемкость, так как они обладают высокой жесткостью при кручении, создаваемой коробчатым сечением с приваренными направляющими, и достаточным сопротивлением изгибу как в плоскости установки груза, так и в поперечном направлении.
В кранах-штабелерах колонны могут быть выполнены цельными, телескопическими и состоящими из двух частей (рис. 6).
Большое распространение получили колонны с удлиненной кареткой 1 (рис. 6, а). подвеска каретки полиспастная. Один конец каната закреплен на барабане 4, другой – к жесткой секции колонны в точке 3. Так как высота подъема лап определяется длиной каретки, то для лучшего использования высоты склада в поворотной платформе выполнено отверстие для прохода каретки (рис. 6, б).
Рисунок 6 – Колонны кранов-штабелеров
На рисунке 6, в изображена колонна, по которой движется ее секция с блоком 2. На рисунке 6, г показана колонна, отличающаяся от предыдущей тем, что для подъема каретки 1 и подвижной секции 5 служат отдельные канаты.
Особенностью колонны, изображенной на рисунке 6, д, является то, что каретка 1 с лапами 7 уравновешена грузом 11, подвешенным на канате, направленном через блок 2.
Более рациональным решением является выполнение жесткой секции колонны меньшей длины. Многоступенчатая колонна показана на рисунке 6, е. В этом случае барабан 4 механизма подъема выполнен ступенчатым и на него одновременно навиваются пять канатов. Канат 14, навивающийся на часть барабана 4 с наибольшим диаметром, поднимает нижнюю подвижную секцию колонны с вилочным захватом 5. Части барабана, имеющие меньшие диаметры, связаны канатами 12 и 13 с подвижными секциями 5 и 15 колонны. Таким образом, при подъеме лап длина колонны значительно сокращается и кран может свободно проходить над штабелируемым грузом [4].
На рисунке 6, ж изображена колонна, имеющая два подъемных механизма. Один из них, имеющий барабан 16, служит для подъема подвижной секции 5 колонны, другой с барабаном 4 предназначен для подъема вилочного захвата 7.