Doublebrick - Российское сообщество энтузиастов конструкторов LEGO!
DoubleBrick в Facebook DoubleBrick в Twitter DoubleBrick в ВКонтакте RSS каналы DoubleBrick
Следи за новостями!

Строим Башенный Кран

Избранная статья! Статья | 06.04.2013 | 12:19 | Автор: desert752  | Серии: Technic Разделы: Своими руками

Несмотря на кажущуюся простоту, башенный кран (БК) является сложным устройством, при строительстве которого необходимо учитывать ряд особенностей, обусловленных его конструкцией.

Одна из сотен (а скорее тысяч) модификаций башенных кранов показана на рис. 1.

Рис. 1
Рис. 1

Цифрами обозначены части крана, о которых далее пойдет речь: 1 – собственно башня, 2 – противовес (контргруз), 3 – поворотная площадка, 4 – стрела, 5 – грузовая тележка (каретка).

Все БК можно разделить на три вида: стационарные, передвижные, самоподъемные. Отдельно рассматривать каждый вид не имеет смысла, важной деталью является расположение поворотной площадки – наверху она находится (как на рис. 1), или внизу (в этом случае стрела поворачивается вместе с башней).

Сформулируем основные требования, необходимые для успешной работы БК:
1. Первое, что бросается в глаза при виде БК – это его высота и, следовательно, высокий центр тяжести, что при малой площади опоры означает состояние неустойчивого равновесия. Однако кран не падает, а значит он устойчив! Это и будет первым требованием – обеспечение устойчивости.
2. Далее, на основание крана приходится огромная нагрузка, складывающаяся из собственно башни, противовеса, стрелы и поднимаемого груза. Из этого утверждения следует требование высокой прочности конструкции.

Начнем со второго требования.
Прежде всего, БК должен выдерживать собственный вес и вес поднимаемого груза в состоянии покоя. Для этого необходимо создать прочные вертикальные балки. Примеры структуры таких балок приведены на рис. 2. Количество вариаций перемычек огромное.

Рис. 2
Рис. 2

Однако этого недостаточно – при работе кран поворачивает стрелу с грузом и противовес, так что при начале поворота и его завершении башня крана скручивается из-за инерции движущихся масс. Ключевой момент в создании прочной башни – использование диагональных связей (раскосов) в обеих плоскостях совместно с горизонтальными связями. При использовании односторонних диагональных связей (рис. 3 слева) прочность будет зависеть от направления поворота стрелы (это может быть и незаметно – все зависит от размеров и массы крана), поэтому лучше использовать пересекающиеся раскосы (рис. 3 справа).

Рис. 3
Рис. 3

Существует большое количество типовых конструкций балок и ферм, которые можно найти в литературе по прикладной механике и сопротивлению материалов.

Главный помощник при проектировании ферм с раскосами – это теорема Пифагора. Приведем табличку для некоторых длин балок, образующих прямоугольные треугольники, в порядке возрастания меньшего катета (приведены сразу длины балок, а не длины сторон образуемых треугольников, последняя колонка – меньший из углов образуемого треугольника):

4 5 6 36.87 (как раз изображен на рис. 3)
6 13 14 22.62
7 9 11 36.87
9 16 18 28.07
10 13 16 36.87
11 25 27 22.62
13 17 21 36.87

Ну и далее таблицу можно продолжать до бесконечности, но на практике редко нужно создавать такие большие треугольники. Количество треугольников можно увеличить, добавив «почти прямоугольные»:

С погрешностью по длине гипотенузы меньше 0.125%:
10 20 22 25.35
14 20 24 34.38
15 18 23 39.48

С погрешностью по длине гипотенузы меньше 0.25%:
7 18 19 19.44
11 16 19 33.69
12 14 18 40.24

С погрешностью по длине гипотенузы меньше 0.5%:
8 12 14 32.47
9 10 13 41.64

Перейдем ко второму условию – обеспечению устойчивости.

Согласно учебнику по физике, для повышения устойчивости необходимо понизить центр тяжести и увеличить площадь опоры. Снижения центра тяжести можно добиться добавлением грузов в основание башни крана (на рис. 4 слева – балласт реального крана, служащий одновременно противовесом стрелы, справа – балласт из батарейных блоков в модели БК из Лего), а также по возможности низким расположением тяжелых элементов, таких как моторы и батарейные блоки.

Рис. 4
Рис. 4

Второе решение – увеличение площади опоры – не всегда возможно по конструктивным, или, в случае модели, по эстетическим соображениям (когда важно соблюдение пропорций). Следует также помнить, что БК должен устанавливаться на ровную площадку. Для передвижных БК это требование должно выполняться для всей траектории перемещения.

Следующим слабым местом при обеспечении устойчивости является поворотная площадка. Если груз на ней размещен неравномерно относительно оси поворота, то она наклоняется, что, в свою очередь, приводит к наклону стрелы для БК с площадкой наверху, или всей башни (!) для БК с площадкой внизу. Для устранения перекоса необходимо, во-первых, по возможности сбалансировать подвижную часть относительно оси поворота и, во-вторых, увеличить площадь опоры поворотной части – второе условие особенно важно для кранов с поворотной площадкой внизу. Хорошим решением является добавление роликов по периметру площадки, создающих подобие подшипника (см. рис. 5).

Рис. 5
Рис. 5

Балансировка стрелы и противовеса является сложной задачей, так как необходимо учитывать постоянную массу (стрела) и переменную массу (поднимаемый груз). Противовес можно разбить на два – стационарный, компенсирующий массу стрелы, и подвижный – компенсирующий массу поднимаемого груза и подобно каретке двигающийся по стреле противовеса. Такая система реализована на самом большом БК К-10000 (рис. 6).

Рис. 6
Рис. 6


Выполнение всех этих условий позволит построить башенный кран большой высоты с солидной грузоподъемностью!

Поделиться |

Голосование
?
Ваша оценка
(6)
0.0
Голосовать могут только зарегистрированные пользователи.

4469 просмотров