Безопасность грузоподъемных кранов. Буянов В.И., Королевцев В.А

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра пожарной и промышленной безопасности

БЕЗОПАСНОСТЬ ГРУЗОПОДЪЁМНЫХ КРАНОВ

Методические указания к выполнению курсового проекта для студентов 3-го курса специальности 280101 «Безопасность жизнедеятельности в техносфере»

Воронеж 2009

1

УДК 69.057 /075/+69.059.32/075/ ББК 33.5.7

Составитель:

В.И. Буянов

Рецензент:

В. А. Королевцев, доц. кафедры организации строительства, экспертизы

и управления недвижимостью ГОУ ВПО ВГАСУ

Печатается по решению редакционно-издательского совета Воронежского государственного архитектурно-строительного университета

Безопасность грузоподъемных кранов : метод. указания к выполнению курс. проекта для студ. спец. 280101 / Воронеж. гос. арх.-строит, ун-т ; сост.: В.И.Буянов. - Воронеж,

2009. – 34 с.

Приведены исходные данные и последовательность выполнения курсового проекта "Безопасность грузоподъемных кранов" на основании анализа причин аварий кранов и травматизма. Изложены расчетные и графические методы обеспечения безопасной эксплуатации кранов, система принудительного ограничения зоны работы кранов и способы закрепления башенных кранов.

Предназначены для студентов специальности 280101 «Безопасность жизнедеятельности в техносфере».

Ил. 21. Табл. 11. Библиогр.: 12 назв.

2

3

ВВЕДЕНИЕ

Дисциплина " Производственная безопасность" включает теоретический курс, практические занятия, лабораторные работы и курсовое проектирование. Изучение данной дисциплины позволит приобрести теоретические знания и практические навыки при разработке и оценке решений, закладываемых в проектах производства работ (ППР) в соответствии с требованиями безопасности, в том числе по вопросам обеспечения устойчивости грузоподъемных кранов.

Целью выполнения курсового проекта является закрепление лекционного материала, приобретение практических навыков по экспертизе аварий грузоподъемных кранов и связанного с ними производственного травматизма, а также обучение методам самостоятельной работы с нормативно-технической, справочной литературой и умению выполнять расчеты на безопасность.

Методические указания содержат необходимые исходные данные для выполнения курсового проекта по дисциплине "Производственная безопасность": тему проекта, данные о ветровых нагрузках, грунтах, технические параметры кранов, структуру проекта и требования к его оформлению.

1. ПОДГОТОВКА ИСХОДНЫХ ДАННЫХ ДЛЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

1.1.Задание и структура проекта

Вкачестве исходного материала для выполнения проекта используются статистические данные об авариях кранов и связанных с ними несчастными случаями на производстве.

Выбор индивидуального задания определяется следующим образом:

ü номер варианта и соответствующее грузоподъемное оборудование – по шифру зачетной книжки студента;

ü характеристики крана – по каталогу грузоподъемных машин; ü скоростной напор ветра – в зависимости от района строительства;

ü электропроводность грунта используется для расчета заземления; ü для расчета устойчивости откоса задаются характеристики грунта;

ü опасные зоны вблизи ЛЭП и при обрыве стропа определяются в зависимости от напряжения и габаритов груза соответственно.

Курсовой проект состоит из расчетно-пояснительной записки и графической части. Пояснительная записка в объеме 25...30 страниц машинописного текста выполняется

на листах формата А4 /297x210 мм/. Ссылки на источники указываются в квадратных скобках. Страницы должны быть пронумерованы.

Рисунки, таблицы и приложения имеют сквозную нумерацию. Расчетно-пояснительная записка должна включать: титульный лист, задание на про-

ектирование, содержание.

Восновном тексте выделяются:

üвведение (анализ причин аварий и травматизма при работе кранов);

üрасчет грузоподъемных кранов на устойчивость;

üопределение границ опасных зон при работе кранов;

üсистема принудительного ограничения зоны работы башенных кранов;

üспособы повышения устойчивости грузоподъемных кранов,

üбиблиографический список нормативной и учебной литературы.

Графическая часть курсового проекта выполняется на листе формата A3 (размером 297x420 мм) и содержит следующее материалы:

4

1.Грузовысотные характеристики кранов и расчетные схемы;

2.Схемы определения границ опасных зон вблизи траншей (котлованов), при обрыве стропов, вблизи ЛЭП, при работе двух башенных кранов на одном рельсовом пути, вблизи существующих зданий в стесненных условиях городской застройки.

3.Схемы и характеристики приборов безопасности на кранах (рис. П. 4).

4.Схему защитного заземления башенных кранов, а также автомобильных кранов при работе в охранной зоне ЛЭП (рис. П.3).

5.Графические материалы вариантов закрепления башенных кранов к каркасу строящегося здания, к фундаментной крестовине на анкерных болтах, к закладной секции башни, установки крана на фундаментной плите и с центральным балластом (рис. 5.1-5.4).

1.2.Анализ причин аварии кранов и травматизма

Вгородах Российской Федерации увеличиваются объемы строительства зданий и сооружений, а также капитального ремонта, реконструкции, разборки ветхих и аварийных зданий. Эти работы в основном производятся с применением башенных кранов в стесненных условиях городской застройки.

Стесненными условиями являются такие, когда в зоне работы башенных кранов находятся действующие здания и сооружения, дороги, тротуары и (или) другие башенные краны.

При эксплуатации башенных кранов требуются особые меры безопасности: выселение из зданий, дополнительные защитные устройства, системы ограничения зоны работы кранов и т. п.

На подконтрольных Ростехнадзору предприятиях и организациях эксплуатируется 719 564 подъемных сооружений, в том числе 250 462 крана.

В2005 году на подъемных сооружениях произошло 48 аварий с материальным ущербом около 60 млн рублей (рис. П.6-П.8).

Больше половины (59%) аварий произошло по техническим причинам, в основном изза неудовлетворительного состояния технических устройств (30%); из-за неисправности приборов безопасности (16%) и нарушения технологии производства работ (25%). Высоким остается количество аварий по организационным причинам (40%) (см. табл. 1.1).

Таблица 1.1

Распределение количества аварий по опасным факторам

В 2005 году при эксплуатации подъемных сооружений были смертельно травмированы 98 человек.

Самый высокий уровень смертельного травматизма составляет: на автокранах - 24 случая (24,5%), на мостовых кранах - 20 случаев (20%), на башенных кранах - 16 случаев (16%), на гусеничных кранах – 10 случаев (10%) и козловых кранах -10 случаев (10%).

2. РАСЧЕТ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ КРАНОВ НА УСТОЙЧИВОСТЬ

2.1.Автомобильные и гусеничные краны

Безопасная эксплуатация грузоподъемных механизмов при выполнении монтажных работ обеспечивается правильным выбором параметров кранов и их устойчивостью (прил. 2).

При расчетах кранов различают устойчивость грузовую, т. е. устойчивость крана от действия полезных нагрузок при возможном опрокидывании его вперед в сторону стрелы и груза, и собственную, т.е. устойчивость крана при отсутствии полезных нагрузок и возможном опрокидывании его назад, в сторону противовеса (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Расчетная схема устойчивости самоходного крана: а - с грузом, б - без груза

Грузовая устойчивость самоходного крана обеспечивается при условии

K1Mг≤Mn,

где К1 - коэффициент грузовой устойчивости, принимаемый для горизонтального пути без учета дополнительных нагрузок равным 1,4, а при наличии дополнительных нагрузок (ветра, инерционных сил) и влияния наибольшего допускаемого уклона пути - 1,15; Мг - момент, создаваемый рабочим грузом относительно ребра опрокидывания, Н·м; Мn - момент всех прочих (основных и дополнительных) нагрузок, действующих на кран относительно того же ребра с учетом наибольшего допускаемого уклона пути, Н·м.

Грузовой момент

Mг=Q(a-b),

где Q - вес наибольшего рабочего груза, Н; а - расстояние от оси вращения крана до центра тяжести наибольшего рабочего груза, подвешенного к крюку при установке крана на горизонтальной плоскости, м; b - расстояние от оси вращения до ребра опрокидывания, м.

Удерживающий момент, возникающий от действия основных и дополнительных нагрузок:

Мп= М´в-Му-Мцс-Ми -Мв,

где М´в - восстанавливающий момент от действия собственного веса крана:

М´в = G(b + c)cosα,

где G - вес крана, Н; с - расстояние от оси вращения крана до его центра тяжести, м; α- угол наклона пути крана, град (для передвижных стреловых кранов, а также кранов-экскаваторов

7

α=3° при работе без выносных опор и α=1,5° - при работе с выносными опорами; для башенных кранов α = 2° - при работе на временных путях и α=0° - при работе на постоянных путях); Му - момент, возникающий от действия собственного веса крана при уклоне пути:

My= Gh1 sinα,

где h1 - расстояние от центра тяжести крана до плоскости, проходящей через точки опорного контура, м; Мцс - момент от действия центробежных сил:

=Qn2 × а × h

Мцс (900 - n2 Н ) ,

где n - частота вращения крана вокруг вертикальной оси, мин-1; h - расстояние от оголовка стрелы до плоскости, проходящей через точки опорного контура, м; H - расстояние от оголовка стрелы до центра тяжести подвешенного груза (при проверке на устойчивость груз приподнимают над землей на 20..30 см); Ми - момент от силы инерции при торможении опускающегося груза:

Мц =Qv(a-b)/gt,

здесь v - скорость подъема груза (при наличии свободного опускания груза расчетную скорость принимают равной 1,5 м/с), м/с; g - ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2, t - время неустановившегося режима работы механизма подъема (время торможения груза), с; Мв - ветровой момент:

Мв=Мвк+Mвг=W· ρ+W1·ρ1,

здесь Мвк - момент от действия ветровой нагрузки на подвешенный груз; W - ветровая нагрузка, действующая параллельно плоскости, на которой установлен кран, на наветренную площадь крана, Па; W1-ветровая нагрузка, действующая параллельно плоскости, на которой установлен кран, на наветренную площадь груза, Па; ρ= h1 и ρ1= h - расстояния от плоскости, проходящей через точки опорного контура, до центра приложения ветровой нагрузки, м.

Коэффициент грузовой устойчивости крана, не предназначенного для перемещения с грузом, определяют по формуле

Если кран предназначен для перемещения с грузом, то при проверке грузовой устойчивости в направлении его движения учитывают зависимости c1v1h1/qt1 и Q1v1h1/ qt1, которые вычитаются из удерживающего момента.

Давление ветра на кран:

W = qnc F,

где F - наветренная поверхность крана, м2; qnc - статическая составляющая ветровой нагруз-

ки, H/м2, qnc = qo ·k·с, где q0 - скоростной напор, принимаемый в зависимости от района строи-

тельства в РФ (табл. 2.1), k - коэффициент, учитывающий изменение скоростного напора по высоте, принимаемый с учетом типа местности, с - аэродинамический коэффициент сопротивления: для сплошных балок и ферм прямоугольного сечения с = 1,49, для прямоугольных кабин машинистов, противовесов, оттяжек кранов и т.п. с = 1,2, для конструкций труб диаметром 170 мм с = 0,7, диаметром 140. ..170 мм с = 0,5.

8

Таблица 2.1

Скоростной напор ветра

При расчете грузовой устойчивости кранов давление ветра для большинства районов страны принимают: для самоходных стреловых кранов 250 Па, для высоких башенных монтажных кранов 150 Па.

Таблица 2.2

Коэффициент изменения напора ветра

Для кранов высотой 20...100 м (или устанавливаемых на высоте) расчетный напор определяют интерполяцией, причем общую высоту крана разбивают на зоны по 20 м, расчетный напор в пределах каждой зоны принимают постоянным и определяют по высоте средней точки зоны.

Наветренная поверхность крана F определяется площадью, ограниченной контуром крана F' и степенью заполнения этой площади элементами решетки:

F= F' ·α,

где α - коэффициент заполнения (для сплошных конструкций α =1, для решетчатых конст-

рукций α =0,3... 0,4).

Наветренную площадь груза определяют по действительной площади наибольших грузов, поднимаемых краном.

Устойчивость передвижных стреловых кранов без груза определяется уравнением собственной устойчивости:

к2М0<Му,

где k2 - коэффициент собственной устойчивости; Мо - момент, создаваемый ветровой нагрузкой, Н·м; Му - момент, возникающий от действия собственного веса крана при уклоне пути, Н·м.

Коэффициент собственной устойчивости, т.е. коэффициент устойчивости рабочего груза, в сторону, противоположную стреле:

k2 = G[(b -c) cos a - h1 sin a] / (w2r2 ) ³1,15,

где w2 - ветровая нагрузка, действующая параллельно плоскости, на которой установлен кран, на подветренную площадь крана при нерабочем состоянии, Па; ρ2 - расстояние от плоскости, проходящей через точки опорного контура, до центра приложения ветровой нагрузки, м.

9

2.2. Башенные краны

Устойчивость башенных кранов проверяют по тем же формулам, что и для самоходных кранов. Расчетная схема устойчивости башенных кранов приведена на рис. 2.2, технические параметры – в прил. 1.

Числовые значения коэффициентов грузовой и собственной устойчивости определяют при направлении стрелы, перпендикулярном линии опрокидывания, без учета действия рельсовых захватов.

Коэффициент собственной устойчивости крана определяют при наименьшем вылете крюка.

Рис. 2.2. Расчетная схема устойчивости башенного крана: а - с грузом, б - без груза

При ураганном ветре кран расчаливают или крепят грузовым полиспастом к якорю (рис. 2.3). При расчаливании крана уравнение устойчивости имеет вид

к2М0 ≤ My+S·r,

где к2 - коэффициент собственной устойчивости, принимаемый равным 1,15; Мо - момент, создаваемый ветровой нагрузкой, Н·м; Му - момент, создаваемый весом всех частей крана относительно ребра опрокидывания А с учетом уклона пути в сторону опрокидывания, Н·м; S - усилие в расчалках, Н; r - плечо усилия, м.

Рис. 2.3. Расчетная схема усилий в расчалках крана

10