КП.КМ.00.00.00.00 ПЗ
Изм
Лист
№ докум.
Подп.
Дата
Подп. и дата
Подп. и дата
Взам. инв.№
Инв. № дубл.
Инв.№ подп.
Введение
Современные грузовые автомобили являются одной из баз для создания
специальных кранов-манипуляторов. Широкая популярность этого
сравнительно нового вида грузоподъемного оборудования обусловлена
значительным разнообразием технологий и видов работ, выполняемых в
различных отраслях экономики(строительство, транспорт, сельское хозяйство
и др.) [2].
Применение кранов-манипуляторов позволяет решить в строительстве
такую важную задачу, как создание дополнительных механизированных
рабочих мест. Российские заводы наращивают объемы производства кранов-
манипуляторов. В настоящее время накоплен достаточный объём технической
информации, позволяющий выявить некоторые тенденции и особенности
применения кранов-манипуляторов в строительстве и на транспорте.
Установка самого манипулятора допускается на широкий спектр грузовых
автомобилей, самых разных размеров. На данный момент такого рода
манипуляторов насчитывается несколько разных типов. Всех их различает
своя специфика и возможности. Одним из главных критериев разделения на
класс использования, является возможности рабочей “стрелы”, такие как её
вылет, величина, максимальный вес рабочего груза, а также тип применяемого
автомобиля. Манипулятор является универсальным решением многих
проблем, так как через манипулятор машинист выполняет всю работу без
использования дополнительной техники.
КП.КМ.00.00.00.00 ПЗ
Изм
Лист
№ докум.
Подп.
Дата
Подп. и дата
Подп. и дата
Взам. инв.№
Инв. № дубл.
Инв.№ подп.
1. Общие сведения о кранах-манипуляторах
Кран-манипулятор - это техническое средство, представляющее собой
разгрузочно-погрузочный аппарат, имитирующий функции человеческой
руки. Сам термин «манипулятор» обозначает техническое средство для
управления пространственным положением орудий и объектов труда.
Наиболее простым и понятным аналогом является человеческая рука,
имеющая много степеней свободы при большой силе и простом устройстве.
Воссоздать в технике устройство, аналогичное работе человеческой руки не
так уж и сложно. Подобные устройства известны еще с начала 20-го века.
Именно в 20-м веке активно развивалась наука робототехника, которая
сегодня трансформировалась в довольно сложную теорию автоматического
управления.
Краны-манипуляторы являются одновременно грузоподъемным и
транспортным средством, отличающимся большими технологическими
возможностями. Это позволяет использовать автомобиль для перевозки самой
краново-манипуляторной установки (КМУ) к месту производства погрузочно-
разгрузочных работ, но и для транспортировки грузов.
Кран-манипулятор - грузоподъемная машина, состоящая из крано-
манипуляторной установки (КМУ), смонтированной на транспортном
средстве.
Крано-манипуляторная установка (КМУ) подъемное устройство,
включающее стреловое оборудование, грузозахватные органы, механизмы,
систему управления и опорную раму.
Кран-манипулятор универсальная машина, которую можно установить
на любой грузовой автомобиль.
Краны-манипуляторы классифицируются по типу транспортного средства:
на автомобильные, пневмоколесные, короткобазовые, гусеничные, на
КП.КМ.00.00.00.00 ПЗ
Изм
Лист
№ докум.
Подп.
Дата
Подп. и дата
Подп. и дата
Взам. инв.№
Инв. № дубл.
Инв.№ подп.
специальном шасси, на шасси колесного и гусеничного тракторов, рельсовые,
железнодорожные, переставные, прицепные, самоустанавливающиеся,
устанавливаемые на фундаменте.
По типу стрелового оборудования
с жесткой арнирной) подвеской грузозахватного органа грузозахватный
орган (крюка, захвата и т.д.) шарнирно закреплен на оголовке стрелы;
с гибкой (канатной) подвеской грузозахватного органа (крюка, захвата и т.д.)-
с грузовой лебедкой.
Назначение кранов-манипуляторов
Крано-манипуляторная установка может быть смонтирована как за кабиной
автомобиля, так и позади кузова. Такое транспортное средство может
буксировать еще и прицеп, а площадь для производства погрузочно-
разгрузочных работ увеличена. Расположение краноманипуляторной
установки позади кузова часто используется для комплектации автомобилей
аварийных служб.
Кран-манипулятор можно установить на гусеничное шасси такая машина
пригодна для работ на бездорожье.
Краны-манипуляторы предназначены для производства погрузочно-
разгрузочных работ, погрузки и разгрузки транспортного средства, на котором
установлены. Они компактно складываются в транспортном положении,
имеют малый вес и монтируются практически на все грузовые автомобили.
Масса манипулятора, как правило, не превышает 20-25% полезной
грузоподъемности базового автомобиля, что обеспечивает эффективное
использование автомобиля по прямому назначению — для перевозки грузов.
Краны-манипуляторы предназначены в первую очередь для механизации
погрузочно–разгрузочных работ: подъема и перемещения грузов как
одиночных, так и в контейнерах, пакетах и на поддонах, а также
мелкокусковых, лесных ассортиментов и прочих длинномеров,
КП.КМ.00.00.00.00 ПЗ
Изм
Лист
№ докум.
Подп.
Дата
Подп. и дата
Подп. и дата
Взам. инв.№
Инв. № дубл.
Инв.№ подп.
металлического скрапа и других. Кран-манипулятор на автомобиле
эффективно используются при производстве монтажных работ, на
малоэтажном строительстве, при ремонтно-восстановительных работах, на
рассредоточенных объектах, при работе в стесненных условиях.
Обладая высокой маневренностью, точностью движений автомобиль,
имеющий кран-манипулятор упрощает процесс погрузочно-разгрузочных
работ. Совмещение автомобиля и крана-манипулятора позволяет сэкономить
средства и время.
Применение кранов-манипуляторов позволяет вдвое сократить количество
автомобилей для доставки грузов за счет ликвидации непроизводительных
простоев в ожидании погрузки и разгрузки, ускорить доставку и отказаться в
большинстве случаев от использования стреловых, башенных и других кранов
при погрузо-разгрузочных работах.
Грузоперевозки крупнотоннажных грузов невозможно осуществить без
привлечения автокрана. Грузовики, оснащенные манипуляторными
установками, позволяют перевозить самые различные грузы: от
стройматериалов до бытовок, оборудования и техники.
Кран манипулятор может эффективно использоваться в малоэтажном
строительстве.
Обладая высокой маневренностью, точностью движений автомобиль,
имеющий кран-манипулятор упрощает процесс погрузочно-разгрузочных
работ.
Единственным недостатком, которым обладают краны-манипуляторы, следует
считать небольшую или среднюю грузоподъемность. По этим показателям
краны-манипуляторы автономного типа значительно уступают стационарному
строительному оборудованию. Но, следует учитывать, что по своему
назначению два этих типа специальной техники существенно отличаются друг
от друга.
КП.КМ.00.00.00.00 ПЗ
Изм
Лист
№ докум.
Подп.
Дата
Подп. и дата
Подп. и дата
Взам. инв.№
Инв. № дубл.
Инв.№ подп.
Область применения кранов-манипуляторов:
перевозка деревьев, перевозка бытовок, перевозка станков, перевозка
ракушек;
погрузка-разгрузка и перевозка различных крупногабаритных грузов;
перевозки негабаритных грузов;
перевозки бытовок;
транспортировки станков, различного оборудования и спецтехники;
перевозки деревьев, гаражей, торговых палаток и т.п.
перевозки стекол;
аварийных и неисправных автомобилей.
Дополнительное оборудование
Краны-манипуляторы могут комплектоваться различным сменным
оборудованием, гидравлическими захватами для штучных грузов и
контейнеров, грейферами для сыпучих и мелко кусковых материалов,
люлькой для подъема людей и т.д. Краны-манипуляторы эффективно
используются в коммунальном хозяйстве, на малоэтажном строительстве, на
ремонтно-восстановительных работах, на рассредоточенных объектах и в
тесненных условиях, с успехом заменяя стреловые самоходные краны и
автоподъемники (вышки).
Для выполнения грузоподъемных работ на кране-манипуляторе могут быть
установлены один или несколько крюков. Главный крюк наибольшей
грузоподъемности крепится на выдвижной секции стрелы и служит для
работы с большими грузами в пределах грузовых характеристик подъемного
крана. На концевых секциях удлинителей стрел крана-манипулятора могут
быть установлены дополнительные крюки для работы с малыми грузами и на
больших вылетах. Категорически запрещено превышать грузоподъемность
крюков крана-манипулятора во избежание поломки крана или падения груза.
КП.КМ.00.00.00.00 ПЗ
Изм
Лист
№ докум.
Подп.
Дата
Подп. и дата
Подп. и дата
Взам. инв.№
Инв. № дубл.
Инв.№ подп.
В зависимости от транспортного средства, на котором установлен кран-
манипулятор, он оснащается одноступенчатыми или двухступенчатыми
выносными опорами с базой до 5.6 м, дополнительно еще двумя
гидроопорами. По заказу управление рабочими операциями осуществляется с
земли с одного из двух пультов, расположенных по обе стороны
транспортного средства, или с колонны, где в этом случае устанавливается
сиденье оператора. Также краны-манипуляторы могут быть оборудованы
электрогидравлической системой дистанционного управления, позволяющего
управлять краном-манипулятором с расстояния.
Базовый грузовой автомобиль крана-манипулятора
Базовый автомобиль крана-манипулятора подвергается следующим
доработкам:
На собственную раму грузового автомобиля установлена дополнительно
силовая промежуточная рама.
Кузов автомобиля укорочен или смещен.
На коробку перемены передач установлена коробка отбора мощности (КОМ)
крана-манипулятора с гидронасосом.
Доработана пневматическая и электрическая системы автомобиля
(установлены электропневмоклапан, кнопка включения КОМ и крана-
манипулятора).
Уход за кранами манипуляторами.
Грамотное обслуживание любой техники залог производительности,
рентабельности оборудования, который буквально находится в руках ее
владельца. Краны манипуляторы довольно неприхотливые технические
средства, которыми оборудовано большинство современных самоходных
строительных машин в Европе и на Западе. Но даже в условиях умеренного
климата они могут подвергаться воздействию значительных перепадов
КП.КМ.00.00.00.00 ПЗ
Изм
Лист
№ докум.
Подп.
Дата
Подп. и дата
Подп. и дата
Взам. инв.№
Инв. № дубл.
Инв.№ подп.
температуры. В инструкциях эксплуатации всегда указываются условия
эксплуатации и рекомендации по уходу за машиной для оператора. Там дается
досконально расписанное техническое обслуживание всех систем и узлов
привода, основных узлов и механизмов.
Проверка исправности должна производиться регулярно. При
необходимости некоторые простейшие операции необходимо делать
ежедневно. Это может быть проверка смазки уплотнений гидроцилиндров,
проверка исправности привода, проверка электропроводки, уровня масла в
гидро-пневмосистеме и т.п. Со временем появляется опыт и выявляются
наиболее частые проблемы, возникающие в манипуляторах, поэтому осмотр
не будет занимать много времени.
В зависимости от типа привода манипулятора уход может быть различным.
Для каждого отдельного вида двигателя существуют разные условия
эксплуатации и параметры работы. Своевременное и правильное
обслуживание на протяжении всего срока эксплуатации манипулятора
позволит значительно продлить срок службы и поддержать уровень
работоспособности на высоком уровне.
КП.КМ.00.00.00.00 ПЗ
Изм
Лист
№ докум.
Подп.
Дата
Подп. и дата
Подп. и дата
Взам. инв.№
Инв. № дубл.
Инв.№ подп.
2.Общий расчёт крана-манипулятора
2.1
Оценка технического уровня крана-манипулятора
Исходные данные:
Базовый автомобиль - УРАЛ;
Максимальный вылет стрелы - L
max
= 7 м;
Грузовой момент - М = 65 кН∙м.
Определение массы кранового оборудования.
Масса кранового оборудования определяется по уравнению прогрессии.
(1)
где М грузовой момент.
Определяем массу стрелы с гидроцилиндрами:
(2)
Распределяем массу стрелы на четыре отдельные массы по секциям:
;3,170973,76965455,1473,769455,14 кгМmк
;71,5893,1709345,0345,0 кгтmкс
КП.КМ.00.00.00.00 ПЗ
Изм
Лист
№ докум.
Подп.
Дата
Подп. и дата
Подп. и дата
Взам. инв.№
Инв. № дубл.
Инв.№ подп.
(3)
Проверка:
Определение момента от сил тяжести элементов стрелы и
гидроцилиндров:
(4)
где ті - масса отдельных секций стрелы;
li расстояние от шарнира стрелы на колонне до центра масс
каждого элемента стрелы;
g ускорение свободного падения.
мкНмНGM
n
i
974.17.45.1797481.5371588897.41316.2582
1
;
max
L
lm
mі
і
секc
сек
;61,210
7
5,271,589
1кгmсек
;48,168
7
271,589
2кгmсек
;36,126
7
5,171,589
3кгmсек
.244,84
7
171,589
4кгmсек
7,589244,8436,12648,16861,210
4321 сексексексексmmmmm
;
1ii
n
i
lgmGM
;6.258225.181.961.210
1мНGM
;97.41315.281.948.168
2мНGM
;588875.481,936,126
3мНGM
;8,53715.681,9244.84
4мНGM
КП.КМ.00.00.00.00 ПЗ
Изм
Лист
№ докум.
Подп.
Дата
Подп. и дата
Подп. и дата
Взам. инв.№
Инв. № дубл.
Инв.№ подп.
Определим максимальную и минимальную грузоподъемность крана-
манипулятора.
кНкг
L
M
Q263.2650
5.2
65
min
max
(5)
кНкг
L
M
Qmіі 28,997,945
7
65
max
(6)
где М грузовой момент крана-манипулятора.
Технический уровень оцениваем с помощью удельной металлоёмкости крана-
манипулятора, используя коэффициенты, приведенные в работе 1.
;644,0
3.2650
305,1709
max
max Q
m
Qк
(7)
.8,1
97.945
305,1709
min
min Q
m
Qк
(8)
2.2. Расчет параметров гидромеханизмов кранов-манипуляторов
На рисунке 2 представлены основные параметры гидромеханизма
управления первой секции стрелы, обозначенной на рисунке отрезком ОА:
КП.КМ.00.00.00.00 ПЗ
Изм
Лист
№ докум.
Подп.
Дата
Подп. и дата
Подп. и дата
Взам. инв.№
Инв. № дубл.
Инв.№ подп.
Рис.2 Расчетная схема проектирования первого гидромеханизма
стрелы крана-манипулятора
где lc отрезок стрелы, равный расстоянию от шарнира О до шарнира В
соединения стрелы со штоком;
min и
max минимальный и
максимальный углы стрелы относительно горизонтального положения; r
радиус окружности с центром в шарнире О стрелы, равный плечу h
гидроцилиндра стрелы.
Задача проектирования механизма крана-манипулятора сводится к
определению положения шарнира О1 крепления гидроцилиндра на поворотной
колонне. Алгоритм определения координат точки О1 реализуется
определением точки пересечения двух касательных М1В1 и М2В2 к
окружности радиуса r, что обеспечивает одинаковые плечи в нижнем и в
верхнем положении стрелы.
Определяем расчетный момент первого гидромеханизма:
КП.КМ.00.00.00.00 ПЗ
Изм
Лист
№ докум.
Подп.
Дата
Подп. и дата
Подп. и дата
Взам. инв.№
Инв. № дубл.
Инв.№ подп.
;)(
1GMМMp
(9)
где М грузовой момент крана-манипулятора;
М(G) момент от сил тяжести для конкретного вылета стрелы.
.974,82974,1765
1мкНMp
Зададимся давлением в гидросистеме: принимаем Рн = 28 МПа.
Статистическое расчетное давление Рст в гидросистеме можно определить,
используя коэффициент динамичности 2,3:
;54,21
3,1
28
.
МПа
К
Р
Р
допд
н
ст
(10)
где Кд.доп коэффициент динамичности, Кд.доп = 1,3.
Усилие в гидроцилиндрах стрелы определяется по формуле:
.
4
2
ст
Р
D
Т
(11)
Плечо h гидроцилиндра определяется по формуле:
.
1
i
p
iT
M
h
(12)
Составим таблицу размерного ряда унифицированных гидроцилиндров
гидромеханизмов крана-манипулятора.
КП.КМ.00.00.00.00 ПЗ
Изм
Лист
№ докум.
Подп.
Дата
Подп. и дата
Подп. и дата
Взам. инв.№
Инв. № дубл.
Инв.№ подп.
Таблица 1 Основные параметры унифицированного ряда гидроцилиндров.
Диаметр D,
мм
Сила на поршне
T, кН
Плечо гидроцилиндра h, м
при МР1 = 82.977
кН∙м
при МР2 =
41,5кН∙м
50
42,3
1,96
0,96
60
60,9
1,36
0,67
70
82,9
1
0,49
80
108,2
0,76
0,37
100
169,2
0,49
0,24
125
264,3
0,31
0,155
140
331,5
0,25
0,141
160
433,1
0,19
0,094
180
548,1
0,15
0,0702
200
676,6
0,129
0,057
220
818,8
0,12
0,047
250
1057,3
0,1
0,036
280
1326,2
0,071
0,029
320
1732,2
0,063
0,022
Рекомендуется принимать плечи гидроцилиндров в пределах от 0,3 до 0,4.
Принимаем гидроцилиндр диаметром D = 125 мм.
КП.КМ.00.00.00.00 ПЗ
Изм
Лист
№ докум.
Подп.
Дата
Подп. и дата
Подп. и дата
Взам. инв.№
Инв. № дубл.
Инв.№ подп.
2.3 Расчет гидромеханизма второй секции стрелы крана-манипулятора
Режим работы второй секции стрелы оказывается более напряженным в
связи с большим относительным углом раскрытия.
Рисунок 2.2 Расчётная схема проектирования гидромеханизма привода второй
секции стрелы крана-манипулятора
.1354590
maxmin
(13)
Грузовой момент второго гидроцилиндра значительно меньше первого и
определяется по формуле:
;71.415,481,928.9
maxmin
2мкНlgQMp
(14)
где Qmin минимальная грузоподъемность при максимальном вылете стрелы,
(т);
lmax - максимальный вылет второй секции стрелы, равный расстоянию от
грузового крюка до шарнира, соединяющего вторую секцию стрелы с первой
секцией.
Для выбора параметра гидромеханизма используем данные таблицы 2.1.
КП.КМ.00.00.00.00 ПЗ
Изм
Лист
№ докум.
Подп.
Дата
Подп. и дата
Подп. и дата
Взам. инв.№
Инв. № дубл.
Инв.№ подп.
Плечо гидроцилиндра определяется по формуле:
.
2
i
p
iT
M
h
(15)
Полученные данные заносим в таблицу 2.1.
Для второй секции стрелы рекомендуется принимать плечо в пределах от 0,2
до 0,25 м.
Принимаем гидроцилиндр диаметром D = 100 мм.
КП.КМ.00.00.00.00 ПЗ
Изм
Лист
№ докум.
Подп.
Дата
Подп. и дата
Подп. и дата
Взам. инв.№
Инв. № дубл.
Инв.№ подп.
3. Расчёт рабочего оборудования крана-манипулятора.
3.1. Расчет стрелы крана-манипулятора.
Действующие силы приведены на рисунке 3
Рисунок 3 Расчетная схема первой секции стрелы
Распределённая нагрузка q от собственного веса первой секции стрелы
НLMq cc 43,8265,2/81,961,210/81,9
1
(16)
Где:
c
L
длина первой секции стрелы
1c
M
масса первой секции стрелы
В точки C действуйт следующие силы:
-вес 2,3,4 секций стрелы
HG
mmmG ccc
08,371581,9)24,8436,12648,168(
81,9)( 4324,3,2
КП.КМ.00.00.00.00 ПЗ
Изм
Лист
№ докум.
Подп.
Дата
Подп. и дата
Подп. и дата
Взам. инв.№
Инв. № дубл.
Инв.№ подп.
на минимальном вылете в точки C будет действовать максимальная
грузоподъемность:
HQ 26503
max
Реакции опор:
В точке А действует реакция опор
ay
R
и
ax
R
В точке В дейcтвует реакция опор
B
R
под углом
Определяем реакции опор
Для этого составляем систему уравнений равновесия
0
0
0
A
y
x
M
F
F
0cos AxBRR
(18)
0sin max4,3,2 QGLqRR cBAy
(19)
0
2
sin max4,3,2
2 cc
c
cB LQLG
L
qlR
(20)
Из уравнения (3) находим реакцию опор
B
R
2,186018
18sin4,1
5,2265035,202,3715
2
5,2
43,826
sin
2
2
max4,3,2
2
c
cc
c
Bl
LQLG
L
q
R
Из уравнения (2) находим реакцию опор
ay
R
39,23521
2650302,37155,243,82618sin2,186018
sin max4,3,2
QGLqRR cBay
КП.КМ.00.00.00.00 ПЗ
Изм
Лист
№ докум.
Подп.
Дата
Подп. и дата
Подп. и дата
Взам. инв.№
Инв. № дубл.
Инв.№ подп.
Из уравнения (1) находим реакцию опоры
ax
R
3.17671718cos2.186018cos
Bax RR
Проверка:
0
2
sin;0 2
c
BcBcAycL
qlRLRM
(21)
0
2
5.2
43.8261,118sin1860185.239.23521 2
Определяем изгибающий момент действующий в точки В
81,33739
2
1,1
1,146,8261,1265031,102,3715
2
max4,3,2
Bc
BcBcBc
B
изг
l
lqlQlGM
(22)
3.2 Подбор сечения
Первую пробу для определения размеров сечения берём из расчёта на прямой
изгиб от максимального момента

