МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА»
Институт транспортной техники и систем управления
Кафедра «Наземные транспортно-технологические средства»
ГРУЗОПОДЪЁМНЫЕ МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
Учебно-методическое пособие
к лабораторным работам
МОСКВА - 2020
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«РОССИЙСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ТРАНСПОРТА»
Институт транспортной техники и систем управления
Кафедра «Наземные транспортно-технологические средства»
ГРУЗОПОДЪЁМНЫЕ МАШИНЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
Учебно-методическое пособие
для направлений подготовки
23.05.01 «Наземные транспортно-технологические
средства»
23.03.03 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и
комплексов»
МОСКВА - 2020
УДК 621.86/.87
Г90
Грузоподъёмные машины и оборудование: Учебно-методическое
пособие к лабораторным работам. / Сладкова Л.А., Григорьев П.А., Крылов
В.В., Трошко И.В. – М.: РУТ (МИИТ), 2020. – 40 с.
Лабораторные
работы
являются
неотъемлемой
частью
компетентностных показателей по дисциплине «Грузоподъемные машины
и оборудование», позволяющие обучающемуся закрепить полученные на
лекциях знания, а преподавателю оценить уровень владения этими
знаниями. Проведение лабораторных испытаний позволит раскрыть
природу процессов, при взаимодействии выносных опор с грунтом,
протекающих при работе стреловых самоходных кранов. Пособие
ориентировано на специалистов и бакалавров Института транспортной
техники и систем управления по направлениям подготовки: 23.05.01.,
23.03.03.
Цель лабораторных работ:
- ознакомить обучающихся с устройством и основными техническими
характеристиками самоходных стреловых кранов на примере крана КС3577;
- изучить лабораторное оборудование, приборы и методику проведения
эксперимента;
- овладеть методикой планирования эксперимента;
- уметь обрабатывать результаты эксперимента;
- уметь составлять регрессионные модели и анализировать их.
Рецензенты: к.т.н., доцент кафедры «Строительные материалы и
технологии» РУТ (МИИТ), Кудрявцева В.Д.
© РУТ (МИИТ), 2020
Содержание
Введение……………………………………………………...
1 Техника безопасности при выполнении лабораторной
работы………………………………………………………
2 Требования к выполнению и оформлению
лабораторной работы
3 Список литературы, рекомендуемой для подготовки к
лабораторной работы…………………………….………..
4 Автокран КС-3577 (ИВАНОВЕЦ)
5 Лабораторная работа № 1
Теоретические исследования распределения усилий под
опорами
6 Лабораторная работа № 2
Экспериментальные исследования распределения
усилий под опорами
7 Лабораторная работа № 3
Экспериментальные исследования по определению
проседания опор
Библиографический список
3
4
5
7
9
10
14
19
31
39
Введение
Лабораторные работы являются неотъемлемой частью
компетентностных показателей по дисциплине «Грузоподъемные
машины и оборудование», позволяющие обучающемуся закрепить
полученные на лекциях знания, а преподавателю оценить уровень
владения этими знаниями.
Цель лабораторной работы:
- ознакомить обучающихся с устройством и основными
техническими характеристиками самоходных стреловых кранов
на примере крана КС-3577;
- изучить лабораторное оборудование, приборы и методику
проведения эксперимента;
- овладеть методикой планирования эксперимента;
- уметь обрабатывать результаты эксперимента;
- уметь составлять регрессионные модели и анализировать
их.
Методика выполнения лабораторной работы отличается по
структуре и содержанию в зависимости от направления
подготовки обучающихся.
Проведение лабораторных испытаний позволит раскрыть
природу процессов взаимодействия выносных опор кранов с
грунтом, возникающих при их работе.
4
1. Техника безопасности при выполнении
лабораторной работы
Перед выполнением лабораторной работы, обучающиеся
должны ознакомиться с требованиями техники безопасности.
Работа по технике безопасности заключается в соблюдении и
выполнении правил и норм по безопасности при работе с
лабораторным оборудованием.
Безопасность работы достигается:
- выполнением требований технической, эксплуатационной и
методической документации по организации и безопасному
проведению лабораторных работ на лабораторном оборудовании;
- соблюдением установленного порядка обучения,
инструктирования и допуска к выполнению лабораторных работ;
- оснащением рабочих мест обучающихся техническими
средствами, обеспечивающими безопасность проведения работ;
- умением оказать помощь пострадавшим.
Проведение инструктажа по безопасным приемам работы
при проведении лабораторных работ.
Инструктаж по общим положениям техники безопасности
проводит преподаватель, проводивший лабораторные занятия по
дисциплине «Грузоподъемные машины и оборудование».
В процессе инструктажа по общим положениям техники
безопасности обучающемуся необходимо разъяснить:
- правила поведения при выполнении лабораторной работы;
- порядок содержания и обслуживания места, отведенного
под лабораторную установку;
- правила поведения в создавшейся аварийной (нештатной)
ситуации;
- назначения и правила пользования средствами защиты.
Перед каждой лабораторной работой преподаватель
проводит инструктаж по технике безопасности в части,
касающейся непосредственной лабораторной работы: назначение
и правила обращения с материалами, инструментами,
аппаратурой, механизмами и машинами, используемыми в данной
лабораторной работе.
О проведении инструктажа при выполнении лабораторных
работ, делается запись в журнале по технике безопасности.
Каждый обучающийся расписывается о проведенном
5
инструктаже и принятой к исполнению инструкции по
технике безопасности.
Контроль за соблюдением требований норм и правил техники
безопасности
осуществляет
преподаватель,
проводящий
лабораторные занятия.
Общие требования безопасности труда при выполнении
лабораторных работ.
На обучающихся при проведении лабораторной работы
возможно действие следующих вредных и опасных факторов:
- движущиеся части механизмов;
- повышение напряжения электрической цепи, замыкание
которой может произойти через тело человека;
- недостаточная освещенность рабочего места;
- наличие острых кромок и заусенцев на лабораторном
оборудовании;
- незакреплённое лабораторное оборудование;
- возможность получения травмы от падения пригрузочных
масс.
При обнаружении неисправностей в лабораторном
оборудовании обучающийся обязан сообщить об этом
преподавателю, а тот, в свою очередь, заведующему лабораторией
(заведующему кафедрой).
При обнаружении неисправностей в лабораторном
оборудовании необходимо немедленно прекратить работу и
сообщить об этом преподавателю, а тот, в свою очередь,
заведующему лабораторией (заведующему кафедрой).
Перед началом работы необходимо:
- убрать предметы, мешающие проведению работы,
освободить доступ к лабораторной установке;
- убедиться в исправности лабораторного оборудования.
6
2. Требования к выполнению и оформлению
лабораторной работы
Выполнение лабораторной работы (ЛР) обучающийся
должен проводить во время занятий, отведенных сеткой
расписания. Отсутствие обучающегося на занятии по различным
причинам – болезни, прогулу и прочее – не освобождают его от
выполнения работы. Отработка лабораторной работы проводится
по договоренности с ведущим преподавателем в специально
отведенное время или во время часов самостоятельной
подготовки. Выполнение лабораторной работы отмечается
преподавателем, проводившим занятие, в журнале учета знаний и
посещаемости. Оценка за выполненную работу проводится по
результатам ее защиты преподавателю по пятибалльной шкале.
Критерием оценки знаний считается степень соответствия уровня
освоения
ими
материала
дисциплины
требованиям
квалификационных характеристик и умения творчески применять
полученные знания в практической работе (лабораторные
испытания).
Лабораторная работа выполняется под руководством
преподавателя группой обучающихся численностью не более 10-и
человек в соответствии с вариантом задания, определяемым ему
преподавателем.
Перед выполнением лабораторной работы обучающийся
должен знать теоретическую часть материала, по которому
проводится лабораторная работа. При подготовке к ЛР
обучающийся должен уметь пользоваться справочной, учебной
литературой, нормативными документами и электронными
учебниками, рекомендованными для выполнения ЛР.
Иллюстративный материал, таблицы и необходимые
заготовки для оформления лабораторной работы обучающийся
готовит предварительно во время самостоятельной подготовки к
занятию.
Отчет по лабораторной работе выполняется в отдельной
тетради, в соответствии с протоколами записей в соответствии с
требованиями, приведенными ниже.
7
Требования к оформлению тетради лабораторной работы.
Перед тем как приступить к оформлению протокола
лабораторной работы необходимо выполнять требования ГОСТ
2.105-95 [1].
Протокол лабораторной работы оформляется черными
(синими) чернилами в отдельной тетради, титульный лист которой
содержит сведения об обучающемся:
наименование дисциплины (Грузоподъемные машины и
оборудование);
фамилия, имя, отчество обучающегося (полностью);
номер учебной группы.
Схемы, графики и другой иллюстрационный материал
выполняются с соблюдением масштаба.
При проведении расчетов указываются размерности всех
величин.
При использовании формул следует записывать их сначала в
буквенных обозначениях, а затем подставлять в них свои числовые
значения.
Расчеты производить с точностью до двух знаков после
запятой.
Выполненная и оформленная лабораторная работа сдается
преподавателю на проверку. После чего она должна быть
защищена. Примерные вопросы для защиты приведены в конце
методического пособия. Результаты защиты заносятся в журнал
учета знаний и посещаемости обучающихся с отметкой в
протоколе лабораторной работу о ее выполнении и сдаче.
В случае замечаний со стороны преподавателя по вопросам
оформления протокола работы обучающийся должен внести
исправления и повторно представить работу преподавателю на
проверку.
Выполнение
лабораторной
работы,
связанной
с
обязательным применением ПК, проводится в компьютерных
классах.
Содержание отчета.
Отчет по лабораторной работе должен содержать:
1) Схемы экспериментальной установки с необходимыми
обозначениями и исходными данными;
2) Данные замеров и результаты их обработки;
8
3) Расчетные формулы с пояснением обозначений входящих
в них величин;
4) Экспериментальные и расчетные графики изменения
опорных давлений в зависимости от величин изменения
параметров трехфакторного эксперимента;
5) Выводы по работе.
3. Список литературы, рекомендуемой
для подготовки к лабораторным работам
а) Основная литература
1. КС-3577-4.00.000 ТО. Кран автомобильный КС-3577-4.
Техническое описание и руководство по эксплуатации.
2. ГОСТ 32579.1-2013 Краны грузоподъемные. Принципы
формирования расчетных нагрузок и комбинаций нагрузок. Часть
1. Общие положения. - М.: Стандартинформ, 2015. - 31 с.
3. Цытович, Н. А. Механика грунтов [Текст]: Крат. курс: [Учебник
для строит. спец. вузов] / Н. А. Цытович. - 3-е изд., доп. - М: Высш.
школа, 1979. - 272 с.
б) Дополнительная литература
4. ГОСТ 32579.2-2013 Краны грузоподъемные. Принципы
формирования расчетных нагрузок и комбинаций нагрузок. Часть
2. Краны стреловые самоходные. - М.: Стандартинформ, 2015. – 22
с.
5. ГОСТ Р 54769-2011 (ИСО 4304:1987) Краны грузоподъемные.
Общие требования к устойчивости. - М.: Стандартинформ, 2012. –
9 с.
6. ГОСТ 5180-2015 Грунты. Методы лабораторного определения
физических характеристик. - М.: Стандартинформ, 2019. – 20 с.
9
4. Автокран КС-3577 (ИВАНОВЕЦ)
Автокран – это неотъемлемая часть любых строительномонтажных или погрузо-разгрузочных работ в любой точке мира.
По данным авторов разработки автокрана КС-3577– «это не просто
техника для строительства или погрузки, но и основа
коммерческого успеха наших клиентов, своевременной сдачи
объектов…». Все модели автокранов «Ивановец» оснащены
электронными приборами, обеспечивающими их безопасную
работу.
Микропроцессорный
ограничитель
грузоподъемности,
позволяет следить за степенью загрузки КС-3577, длиной и
вылетом стрелы, высотой подъема оголовка стрелы. Он
показывает фактическую величину груза на крюке автокрана и
максимальную грузоподъемность на данном вылете, а также
автоматически по заданным координатам ограничивает зону
действия крана при работе в стесненных условиях или вблизи
линии электропередачи [2].
Общий вид крана представлен на рис. 1.
Рис. 1. Общий вид крана КС-3577
10
Автомобильный кран КС-3577, грузоподъемностью 14 т
предназначен для работы с обычными грузами, а
грузоподъемностью 10 т для работы с ядовитыми и
взрывоопасными грузами. Кран стреловой автомобильный
Ивановец грузоподъемностью 14 тонн предназначен для
погрузочно-разгрузочных и строительно-монтажных работ на
рассредоточенных объектах.
Крановая установка смонтирована на двухосном шасси
автомобиля МАЗ (МАЗ-6303A3). Ранее самоходный кран
монтировался на шасси МАЗ-63038 и МАЗ-630303-021-47. Малые
транспортные габариты и отличная маневренность позволяет в
первую очередь использовать его в стесненных условиях.
Привод механизмов крана – гидравлический от насоса,
приводимого в действие двигателем шасси. Гидропривод
обеспечивает легкость и простоту управления краном, плавность
работы механизмов, широкий диапазон рабочих скоростей,
совмещение крановых операций. Допускается работа на
сближенных опорах.
Стрела
автокрана
КС
3577
–
телескопическая
двухсекционная.
Выдвижение
секций
производится
гидроцилиндром.
Выдвижение
секций
производится
гидроцилиндром и полиспастами.
Характеристики автокрана «Ивановец» грузоподъемностью
14т с длиной стрелы – 14 м приведены в таблице 1 [3].
Таблица 1
Характеристики автокрана «Ивановец»
грузоподъемностью 14т с длиной стрелы – 14 м
Характеристика
1
Грузоподъёмность максимальная, т
Базовое шасси
Длина стрелы, м
Вылет стрелы от оси вращения, м
Максимальная высота подъёма крюка, м
Максимальная высота подъёма крюка с удлинителем, м
Масса груза, допустимая при выдвижение стрелы, т
Мощность двигателя, кВТ (л.с.)
Скорость подъема (опускания) груза, номинальная ,
м/мин:
11
Величина
2
14
МАЗ-533702
8-14
2,4-13,0
9,0-14,5
20,5
1,5
169 (230)
10,0
Продолжение таблицы 1
1
Скорость подъема (опускания) груза, увеличенная, м/мин:
Макс. скорость подъема (опускания) пустого крюка, м/мин:
Скорость посадки, м/мин
Частота вращения, об./мин
Грузовой момент, тм
Скорость передвижения крана своим ходом, км/ч
Масса крана в транспортном положении, т
Колесная формула автомобиля
Габариты крана, м (длина х ширина х высота)
Распределение нагрузки на дорогу, т.с.:
- через шины передних колес тележки
- через шины задних колес тележки
2
20,0
0,4-18
0,4
1
40
до 86
15,7
4х2
9,8х2,5х3,6
6,1
9,4
Габаритные размеры КС-3577 приведены на рис. 2.
Рис. 2. Габаритные размеры КС-3577
Грузовысотные
характеристики
автокрана
КС-3577
приведены на рис. 3.
Исходные данные к лабораторной работе
Исходные данные к лабораторной работе выбираются
студентом по выданному преподавателем варианту в соответствии
с таблицей 2. Расчетная величина груза определяется по
грузовысотной
характеристике
при
номинальной
грузоподъемности крана 14 т, определив предварительно вылет
12
стрелы. Например, при α=8°35´ и длине стрелы 8 м вылет равен 7
м, а грузоподъёмность крана равна 4,7 т (см. рис. 3).
Рис. 3. Грузовысотные характеристики автокрана КС-3577
Таблица 2
Исходные данные к работе
Грунт
α, °
β, °
х
у
y
1
10
0
Песок
2
15
10
Супесь
3
20
20
Песок
4
25
30
Супесь
5
30
40
Песок
6
35
50
Супесь
7
40
60
Песок
8
45
70
Супесь
9
50
80
Песок
0
55
90
Супесь
Примечание: Например, вариант 7х2у. В горизонтальной строке под
номером варианта 7 выбираем значения в столбцах, соответствующих х, а
в строке номером 2 – значения, соответствующие столбцам,
обозначенным у.
Вариант
13
5. Лабораторная работа № 1
Теоретические исследования распределения усилий под
опорами
(продолжительность работы 4 часа)
Цель работы: по исходным данным оценить распределение
усилий под выносными опорами крана.
Теоретические сведения.
Расчетная схема крана представлена на рис. 4.
Учитывая, что в процессе работы кран должен находиться
положении статического равновесия, для определения усилий
составим уравнения для пространственной системы.
Рис. 4. – Схема к определению усилий под опорами крана
Gп – вес противовеса; P – вес груза; G – вес шасси крана;
Gпов.ч. – вес поворотной части крана; Ri – реакции в опорах;
l – длина стрелы; a – база выносных опор; b – расстояние
между выносными опорами; a1 – расстояние от оси вращения
поворотной части до центра массы шасси крана; a2 –
расстояние от оси вращения поворотной части крана до оси,
проходящей через опоры R1 и R4; k – расстояние от оси
вращения поворотной части до центра массы противовеса
крана; α – угол наклона стрелы к горизонту (вылет стрелы);
β – угол отклонения стрелы от оси, совпадающей с продольной
осью крана
14
Для рассматриваемой системы будут иметь вид:
𝑥𝐵 = 0
𝑦𝐵 = 0
𝑅1 + 𝑅2 + 𝑅3 + 𝑅4 − 𝐺 − 𝑃 − 𝐺п − 𝐺пов.ч. = 0
𝑏
𝑏
𝑏
𝑃 ∙ 𝑙 𝑐𝑜𝑠 𝛼 𝑠𝑖𝑛 𝛽 − 𝐺п ∙ 𝑘 𝑠𝑖𝑛 𝛽 +𝑅1 ∙ + 𝑅2 ∙ − −𝑅3 ∙ −
2
2
2
𝑏
−𝑅4 ∙ −= 0
2
−𝑃 ∙ 𝑙 𝑐𝑜𝑠 𝛼 𝑐𝑜𝑠 𝛽 +𝐺п ∙ 𝑘 𝑐𝑜𝑠 𝛽 + 𝐺 ∙ 𝑎1 + 𝑅1 ∙ 𝑎2 +𝑅4 ∙ 𝑎2 −
−𝑅2 ∙ (𝑎 − 𝑎2 ) − 𝑅3 ∙ (𝑎 − 𝑎2 ) = 0
{
−𝑀𝐵 = 0
(1)
Решение первого, второго и шестого уравнений системы
уравнений (1) позволит получить:
𝑥𝐵 = 0
(2)
{ 𝑦𝐵 = 0
𝑀𝐵 = 0
Принимаем начальное проседание одной из опор в грунт,
например, первой 𝑅1 = 𝐴, величину которой принимаем по
допустимому значению, определяемому грузоподъемностью
крана. В свою очередь грузоподъемность определяется в
зависимости от вылета стрелы по грузовысотной характеристики
автокрана по рис. 4.
Тогда третье уравнение системы (1) будет иметь вид:
𝐴 + 𝑅2 + 𝑅3 + 𝑅4 = 𝐺 + 𝑃 + 𝐺п + 𝐺пов.ч.
Откуда:
(3)
𝑅2 = 𝐺 + 𝑃 + 𝐺п + 𝐺пов.ч. − 𝐴 − 𝑅3 − 𝑅4
Подставив (3) в четвертое уравнение системы (1), получим:
𝑏
𝑃 ∙ 𝑙 𝑐𝑜𝑠 𝛼 𝑠𝑖𝑛 𝛽 − 𝐺п ∙ 𝑘 𝑠𝑖𝑛 𝛽 + ∙ 𝐴 +
2
𝑏
+ (𝐺 + 𝑃 + 𝐺п + 𝐺пов.ч. − 𝐴 − 𝑅3 − 𝑅4 ) −
2
𝑏
𝑏
− ∙ 𝑅3 − ∙ 𝑅4 = 0 =>
2
2
𝑏
𝑏
𝑃 ∙ 𝑙 𝑐𝑜𝑠 𝛼 𝑠𝑖𝑛 𝛽 − 𝐺п ∙ 𝑘 𝑠𝑖𝑛 𝛽 + ∙ 𝐺 + ∙ 𝑃 +
2
2
𝑏
𝑏
+ ∙ 𝐺п + ∙ 𝐺пов.ч. − 𝑏 ∙ 𝑅3 − 𝑏 ∙ 𝑅4 .
2
2
Откуда:
15
𝑅3 =
𝑃 ∙ 𝑙 𝑐𝑜𝑠 𝛼 𝑠𝑖𝑛 𝛽 − 𝐺п ∙ 𝑘 𝑠𝑖𝑛 𝛽 𝐺 𝑃 𝐺п 𝐺пов.ч.
(4)
+ + + +
− 𝑅4
𝑏
2 2 2
2
Подставим выражение (4) в (3):
𝑃 ∙ 𝑙 𝑐𝑜𝑠 𝛼 𝑠𝑖𝑛 𝛽 − −𝐺п ∙ 𝑘 𝑠𝑖𝑛 𝛽 𝐺 𝑃
𝐴 + 𝑅2 +
+ + +
𝑏
2 2
𝐺п 𝐺пов.ч.
+ +
− 𝑅4 + 𝑅4 = 𝐺 + 𝑃 + 𝐺п + 𝐺пов.ч.
2
2
Откуда:
𝐺 𝑃 𝐺п 𝐺пов.ч. 𝑃 ∙ 𝑙 𝑐𝑜𝑠 𝛼 𝑠𝑖𝑛 𝛽 − 𝐺п ∙ 𝑘 𝑠𝑖𝑛 𝛽
𝑅2 = + + +
−
2 2 2
2
𝑏
−𝐴
Подставим (4) и (5) в пятое уравнение системы (1):
−𝑃 ∙ 𝑙 𝑐𝑜𝑠 𝛼 𝑐𝑜𝑠 𝛽 + 𝐺п ∙ 𝑘 𝑐𝑜𝑠 𝛽 + 𝐺 ∙ 𝑎1 + 𝑅1 ∙ 𝑎2 + 𝑅4 ∙ 𝑎2
−
𝐺 𝑃 𝐺п 𝐺пов.ч. 𝑃 ∙ 𝑙 𝑐𝑜𝑠 𝛼 𝑠𝑖𝑛 𝛽 − 𝐺п ∙ 𝑘 𝑠𝑖𝑛 𝛽
−( + + +
−
2 2 2
2
𝑏
− 𝐴) ∙ (𝑎 − 𝑎2 ) −
−(
(5)
𝑃 ∙ 𝑙 𝑐𝑜𝑠 𝛼 𝑠𝑖𝑛 𝛽 − 𝐺п ∙ 𝑘 𝑠𝑖𝑛 𝛽 𝐺 𝑃 𝐺п 𝐺пов.ч.
+ + + +
𝑏
2 2 2
2
− 𝑅4 ) ∙ (𝑎 − 𝑎2 ) = 0 =>
𝑃 ∙ 𝑙 𝑐𝑜𝑠 𝛼 𝑐𝑜𝑠 𝛽 − 𝐺п ∙ 𝑘 𝑐𝑜𝑠 𝛽 − 𝐺 ∙ 𝑎1
+
𝑎
(𝐺 + 𝑃 + 𝐺п + 𝐺пов.ч. )𝑎2
+𝐺 + 𝑃 + 𝐺п + 𝐺пов.ч. −
−𝐴
𝑎
Подставим выражение (6) в (4), определим:
𝑃 ∙ 𝑙 𝑐𝑜𝑠 𝛼 𝑠𝑖𝑛 𝛽 − 𝐺п ∙ 𝑘 𝑠𝑖𝑛 𝛽 𝐺 𝑃
𝑅3 =
+ + +
𝑏
2 2
𝐺п 𝐺пов.ч. 𝑃 ∙ 𝑙 𝑐𝑜𝑠 𝛼 𝑐𝑜𝑠 𝛽 − 𝐺п ∙ 𝑘 𝑐𝑜𝑠 𝛽 − 𝐺 ∙ 𝑎1
+ +
−
−
2
2
𝑎
(𝐺 + 𝑃 + 𝐺п + 𝐺пов.ч. )𝑎2
−𝐺 − 𝑃 − 𝐺п − 𝐺пов.ч. +
+ 𝐴 =>
𝑎
𝑃 ∙ 𝑙 𝑐𝑜𝑠 𝛼 𝑠𝑖𝑛 𝛽 − 𝐺п ∙ 𝑘 𝑠𝑖𝑛 𝛽
𝑅3 =
−
𝑏
𝑃 ∙ 𝑙 𝑐𝑜𝑠 𝛼 𝑐𝑜𝑠 𝛽 − 𝐺п ∙ 𝑘 𝑐𝑜𝑠 𝛽 − 𝐺 ∙ 𝑎1 𝐺 𝑃 𝐺п
−
− − − −
𝑎
2 2 2
𝑅4 =
16
(6)
(7)
𝐺пов.ч. (𝐺 + 𝑃 + 𝐺п + 𝐺пов.ч. )𝑎2
+
+𝐴
2
𝑎
В результате получим систему уравнений для определения
усилий в во всех опорах крана 𝑅1 , 𝑅2 , 𝑅3 и 𝑅4 :
𝑅1 = 𝐴
𝐺 𝑃 𝐺п 𝐺пов.ч.
𝑅2 = + + +
−
2 2 2
2
𝑃 ∙ 𝑙 𝑐𝑜𝑠 𝛼 𝑠𝑖𝑛 𝛽 − 𝐺п ∙ 𝑘 𝑠𝑖𝑛 𝛽
−
−𝐴
𝑏
𝑃 ∙ 𝑙 𝑐𝑜𝑠 𝛼 𝑠𝑖𝑛 𝛽 − 𝐺п ∙ 𝑘 𝑠𝑖𝑛 𝛽
𝑅3 =
−
𝑏
𝑃 ∙ 𝑙 𝑐𝑜𝑠 𝛼 𝑐𝑜𝑠 𝛽 − 𝐺п ∙ 𝑘 𝑐𝑜𝑠 𝛽 − 𝐺 ∙ 𝑎1
(8)
−
−
𝑎
𝐺 𝑃 𝐺п 𝐺пов.ч. (𝐺 + 𝑃 + 𝐺п + 𝐺пов.ч. )𝑎2
− − − −
+
+𝐴
2 2 2
2
𝑎
𝑃 ∙ 𝑙 𝑐𝑜𝑠 𝛼 𝑐𝑜𝑠 𝛽 − 𝐺п ∙ 𝑘 𝑐𝑜𝑠 𝛽 − 𝐺 ∙ 𝑎1
𝑅4 =
+𝐺+𝑃+
𝑎
(𝐺 + 𝑃 + 𝐺п + 𝐺пов.ч. )𝑎2
𝐺
+
𝐺
−
−𝐴
п
пов.ч.
{
𝑎
Распределение
усилий
под
опорами
является
параметрической функцией, зависящей от габаритных размеров
опорного контура. Равномерность распределения под опорами при
заданной грузоподъемности, определяется размерами a и b, т.е.
изменением площади опорной поверхности.
Полученные зависимости (8) для определения опорных
реакций (усилий под опорами) позволяют получить зависимости
для углов α и β при выборе рационального положения стрелы
крана, обеспечивающего горизонтирование платформы и
устойчивую работу самоходного крана при эксплуатации на
слабонесущих грунтах.
Таким образом, теоретические исследования распределения
усилий под опорами в зависимости от веса поднимаемого груза,
угла установки стрелы в вертикальной и горизонтальной
плоскостях позволяют установить неравномерность их
распределения.
Протокол лабораторной работы № 1.
Полученные результаты заносят в протокол (см. таблицу 2).
−
17
Таблица 2
Результаты эксперимента
Исходные данные.
Вес груза, т
Угол наклона стрелы к горизонту, α, град
Угол отклонения стрелы от продольной оси крана,
β, град
Допускаемая величина усилия под первой опорой,
А, кН
Расстояние между аутригерами, м:
a
b
Результаты расчета
Усилие под первой опорой, 𝑅1 , кН
Усилие под второй опорой, 𝑅2 , кН
Усилие под третьей опорой, 𝑅3 , кН
Усилие под четвертой опорой, 𝑅4 , кН
18
Величина
6.
Лабораторная работа № 2
Экспериментальные исследования распределения усилий
под опорами
(продолжительность работы 6 часов)
Цель работы: по исходным данным экспериментально
оценить распределение усилий под выносными опорами крана.
Планирование эксперимента.
Результаты теоретических исследований по оценке
распределения усилий под опорами, выявленные в первой части
лабораторной работы (см. лабораторную работу № 1), получены в
зависимости от угла наклона 𝛼 стрелы к горизонту (вылет стрелы),
угла отклонения 𝛽 стрелы от оси, совпадающей с продольной осью
крана и массы поднимаемого груза 𝐺.
Решение, полученное при выполнении лабораторной работы,
позволит в процессе экспериментальных исследований оценить
качественно и количественно величину изменения усилий под
опорами в зависимости от исходных данных. Кроме того,
проведенный эксперимент позволит выявить физическую природу
проседания аутригера в грунт.
Выходные параметры (усилие давления на грунт) 𝑃 можно
записать функционалом вида:
(9)
𝑃 = 𝑓 (𝛼, 𝛽, 𝐺 ).
Проводимый эксперимент является трехфакторным, где
входными параметрами будут вес поднимаемого груза, угол
отклонения стрелы крана к горизонту и угол поворота стрелы
крана в вертикальной плоскости. Трехфакторная модель будет
построена по серии параллельных опытов.
Сложность проведения экспериментальных исследований во
второй лабораторной работе состоит в незначительной разнице в
массе поднимаемого груза на модели. При пересчете на линейные
размеры сложно оценить с достаточной степенью точности
глубину проседания опор модели в грунт.
Описание экспериментальной установки.
В качестве прототипа для изготовления модели был принят
кран самоходный КС-3577-4-1 грузоподъемностью 14 т и длиной
стрелы 8 м. Из практики эксплуатации этого кранового
оборудования известно, что угол α в процессе работы изменяется
19
в зависимости от грузовысотных характеристик [3] крана от 8°35´
до 60°23´. Грузовысотная характеристика крана представлена на
рисунке 3.2. Угол 𝛽 – от 0 до 90о, а масса поднимаемого груза в
зависимости от угла от 0 до 14 т при 𝛼 = 60°23´ и от 0 до 4,7 т при
𝛼 = 8°35´ [3].
Для создания экспериментальной установки были выбраны
масштабы моделирования исходя из величины установочных
размеров под выносными опорами, т.е. масштаб моделирования 𝑘𝑙
линейных размеров равен:
𝑙𝑜 3950
(10)
𝑘𝑙 = =
= 31,6 ,
𝑙м
125
где 𝑙𝑜 и 𝑙м – линейные размеры оригинала и модели, мм, соответственно.
Тогда масштаб моделирования массы поднимаемого груза 𝑘𝑃
будет равен:
𝑚𝑜
𝑘𝑃 =
= 𝑘𝑙3 = 31,63 ,
(11)
𝑚м
где 𝑚𝑜 и 𝑚м – масса оригинала и модели, соответственно.
Масса поднимаемого груза на модели в соответствии с
выбранным масштабом моделирования определяли по формуле
(11). Результаты расчетов приведены в таблице 3.
Таблица 3
Масса поднимаемого груза на модели и оригинале
Определяемая
величина
Масса груза:
на модели, грамм
на оригинале, т
Угол наклона α стрелы к горизонту
α= 60°23´
α=8°35´
443,32
14,0
148,92
4,7
При
проведении
эксперимента
использовалось
сертифицированное измерительное и лабораторное оборудование
(см. таблица 4).
20
Таблица 4
Оборудование, используемое при проведении эксперимента
№
п/п
1
Оборудование
Назначение
Описание
2
3
1
Линейка – 300 д
ГОСТ 427-75 [4]
Определение
масштаба
моделирования
2
Измерение
Штангенциркуль
глубины просадки
ГОСТ 166-89 [5]
опоры
4
Визуальное
определение
измеряемых
значений
Визуальное
измерение
определяемых
значений
3
4
5
6
Определение
усилия от опоры
на грунт при
разных значениях
факторов
Весы
Определение
лабораторные
усилия от опоры
ГОСТ Р 53228на грунт при
2008 с точностью
различных
измерения 0,01 г
значениях
[7]
факторов
Нагружение
модели крана для
Разновесы
различных
вылетов стрелы
Модель крана,
изготовленная в
масштабе
1:31,6
Гиря массой 100 г
F1 ГОСТ OIML R
111-1-2009 [8]
Тарирование
весов
21
Визуальное
определение
измеряемых
значений
по электронным
показаниям
Оценка усилий в
опорах от веса
поднимаемого
груза
Снижение
погрешности
проводимого
эксперимента
Продолжение таблицы 4
1
2
7
Грузы
8
Уровень
строительный
УС1М-II ГОСТ
9416-83
[9]
3
4
Нагружение штампа
различными
Нагружение
грузами для
штампа
измерения глубины
просадки опоры
Установка
горизонтально
Горизонтирование
поверхности для
поверхности
проведения
установки крана
эксперимента
Экспериментальная установка (модель крана) выполнена (см.
рис. 5) в соответствии с выбранным масштабом моделирования.
а)
22
б)
Рис. 5. Экспериментальная установка (фото)
а) главный вид; б) вид сверху
Она содержит раму (платформу) 1 для обеспечения
требуемой жесткости выполненную сплошностенчатой. На раме
расположены в перпендикулярном к ней направлении две
поперечные балки 2 по концам которой размещены с соблюдением
линейного масштаба четыре выносные опоры 3. Высота выноса
опор регулируется гайками 4. Крановое оборудование (стрела 5)
размещается на поворотном круге 6, и на не защемленном конце
имеет кольцо 7 для крепления подвеса с грузом. Стрела 5 имеет
возможность поворота относительно вертикальной оси,
обеспечивая исследуемый фактор (𝛽) и изменения угла наклона к
горизонту – фактор (𝛼) за счет наличия шарнира 8.
Вес поднимаемого груза регулируется разновесами (см. рис.
6), подобранными с высокой степенью точности и
соответствующими весу моделируемого груза.
23
Рис. 6. Разновесы
Для обеспечения горизонтирования, кран устанавливался на
горизонтально расположенной плите, уровень которой
определялся при помощи прибора уровень строительный УС1М-II
(см. рис. 7).
Рис. 7. Горизонтирование поверхности стола с помощью
строительного уровня
На плите были выставлены весы с точностью измерения 0,01
грамм, показания которых предварительно обнулялись. Высокая
точность показаний весов определена большим коэффициентом
линейного моделирования. Для этого на их поверхности
вертикальными и горизонтальными линиями предварительно
были размечены точки приложения силы (места расположения
аутригеров модели), которые позволяли получить желаемый
результат (см. рис.8).
24
Рис. 8. Весы, с указанием места расположения аутригеров
модели
Проведение эксперимента.
Для получения воспроизводимых данных по каждому опыту
были проведены серии параллельных опытов (см. табл.), число
которых k = 5. Оценку воспроизводимости серии параллельных
опытов проводили по критерию Кохрена [10]:
𝑚𝑎𝑥 𝑆𝑗2
𝐺𝑝 = ∑𝑁
2
𝑗=1 𝑆𝑗
≤ [𝐺 ] ,
(12)
где 𝑚𝑎𝑥 𝑆𝑗2 – максимальная из оценок дисперсий параллельной
серии опытов.
Оценку дисперсии 𝑆𝑗2 для каждой серии параллельных
опытов определяем по формуле:
𝑘
1
2
𝑆𝑗2 =
∑(𝑦𝑗𝑖 − 𝑦̅𝑗 ) ,
𝑘−1
(13)
𝑖=1
1
∑𝑘𝑖=1 𝑦𝑗𝑖 –
𝑘
где 𝑦̅𝑗 =
среднее арифметическое значение функции
отклика при (𝑗 = 1, 2, … , 𝑘).
Оценку погрешности эксперимента проводим по формуле:
𝑆𝑦2
∑ 𝑆𝑗2
(14)
=
.
𝑁
Для оценки дисперсии среднего значения воспользуемся
зависимостью:
𝑆𝑦2
2
(15)
𝑆𝑦̅ =
.
𝑘
Результаты проведения эксперимента представлены в
табличном варианте (см. таблицу 5).
25
Таблица 5
Результаты проведения эксперимента
№
опыта Х1 (β),
°
1
2
3
4
5
60°23´
60°23´
60°23´
60°23´
60°23´
Факторы
Х2 (α), °
90°
90°
90°
90°
90°
Усилие под опорами
Y1 (P1), г Y2 (P2), г Y3 (P3), г Y4 (P4), г
Измер.
Измер.
Измер.
Измер.
Х1 (Р), г
величина величина величина величина
1 опыт
443,130
443,130
443,130
443,130
443,130
Оценка результатов эксперимента.
Среднюю величину оценок дисперсий по оценке
коэффициентов уравнения регрессии определим по формуле:
∑ 𝑆𝑖2
2
(16)
𝑆𝑦 =
.
𝑁
Среднеквадратическое
отклонение
величин
экспериментальных данных определим по формуле:
𝜎 = √𝑆𝑦2 .
(17)
Коэффициент вариации равен:
𝜎
𝑣= ,
(18)
𝑦̅𝑖
∑𝑦
где 𝑦̅ = 𝑖 – среднее значение исследуемого параметра;
𝑁
𝑦𝑖 – i-е значение исследуемого параметра.
Величину
относительной
ошибки
определим
по
зависимости:
𝑦𝑚𝑎𝑥 − 𝑦̅
𝜀=
.
(19)
𝑦𝑚𝑎𝑥
Обработку результатов эксперимента представим в виде
регрессионной зависимости, которая для трехфакторного
эксперимента имеет вид:
𝑌 = 𝑏0 + 𝑏1 𝑋1 + 𝑏2 𝑋2 + 𝑏3 𝑋3 + 𝑏12 𝑋1 𝑋2 + 𝑏13 𝑋1 𝑋3 +
(20)
+𝑏23 𝑋2 𝑋3 +𝑏123 𝑋1 𝑋2 𝑋3 ,
26
где 𝑏0 , 𝑏1 …. – коэффициенты уравнения регрессии.
Коэффициенты уравнения регрессии определим по
зависимостям [10]:
∑ 𝑦𝑗
(21)
𝑏0 =
,
𝑁
∑ 𝑥1𝑖 𝑦𝑗
(22)
𝑏𝑖 =
,
𝑁
∑ 𝑥𝑗𝑖 𝑥𝑗𝑚 𝑦𝑗
(23)
𝑏𝑖𝑚 =
,
𝑁
где 𝑖 ≠ 𝑚.
Перед определением коэффициентов уравнения регрессии
𝑏0 , 𝑏1 , 𝑏2 , … , 𝑏12 , … , 𝑏123 определим погрешности эксперимента по
следующему алгоритму:
- оценка однородных дисперсий
𝑁
1
𝑆𝑦2̅ =
∑ 𝑆𝑗2 ,
𝑁𝑘
𝑖=1
(24)
где 𝑁 – число опытов по матрице планирования: 𝑁 = 1 – при
заданных условиях эксперимента;
𝑘 – число параллельных опытов: 𝑘 = 5;
𝑖 и 𝑗 число параллельных опытов и опытов N по матрице
планирования, соответственно;
- значимость коэффициента определяем при помощи оценки
дисперсии:
2
𝑆
̅
𝑦
(25)
𝑆𝑏2 =
.
𝑁
По определению считается, что коэффициент уравнения
регрессии значим, если выполняется условие, приведенное ниже:
|𝑏| ≥ 𝑆𝑏 𝑡 ,
(26)
где t – критерий Стьюдента [10], при доверительной вероятности
0,95, числе степеней свободы 𝑓 = 𝑁 – 1 = 8 − 1 = 7.
В нашем случае 𝑡 = 2,36.
Значения величин погрешностей и коэффициентов
уравнения регрессии, полученные после расчетов, сводятся в табл.
6 и 7.
27
Таблица 6
Величины погрешностей
𝑁
Номер
опоры
∑ 𝑆𝑗2
𝑆у2
𝑆𝑦2̅
𝑆𝑏
𝑆𝑏 𝑡
t
𝑖=1
1
2
3
4
Таблица 7
Коэффициенты уравнений регрессии
Номе
р
опор
𝑏0
𝑏1
𝑏2
𝑏3
𝑏12
𝑏23
𝑏13
𝑏123
1
2
3
4
По зависимости (26) выявляются значимые коэффициенты
уравнения регрессии (см. табл. 8).
Таблица 8
Значимые коэффициенты уравнений регрессии
Номе
р
опоры
1
2
3
4
𝑏0
𝑏1
𝑏2
𝑏3
𝑏12
𝑏23
𝑏13
𝑏123
Уравнения регрессии, полученные по формуле (20)
позволяют оценить распределение усилий под опорами (см. табл.
28
9).
Таблица 9
Уравнения регрессии усилий в опорах крана
1
2
3
4
Проверку адекватности полученных уравнений регрессии
проверяли по критерию Фишера при доверительной вероятности
0,95, числе степеней свободы 𝑓1 = 𝑁 – 1 = 7 и 𝑓2 = 𝑁 – 𝐵.
Здесь 𝐵 – число значимых коэффициентов уравнения регрессии,
включая свободный член (см. таблицу 9).
Таблица 10
Коэффициенты уравнений регрессии
Номер
опор
1
2
3
4
В
N
f1
f2
[F]
𝐹𝑝
Сравнение полученных уравнений регрессии с результатами
теоретических исследований показали их адекватность с
доверительной вероятностью 0,95.
Оформление протокола осуществляется заполнением табл.
5…10.
Проведение эксперимента
Представим порядок проведения эксперимента по
определению изменения усилий (см. рис. 9) под каждой опорой
крана. Увеличение веса груза Р и угла наклона стрелы к горизонту
α ведут к увеличению усилий под всеми опорами. Изменение
положения стрелы крана по отношению ее положения в
29
пространстве β способствуют снижению усилий под опорами при
максимальном значении угла β. Изменение положения стрелы
крана по отношению положения ее в пространстве (угол β)
способствуют снижению усилий под 2-й опорой. Схема
расположения опор крана показана на рис. 9.
Рис. 9. Расположение опор крана
1-4 – опоры крана; 5 - кабина крана
Анализ уравнений регрессии
Представим порядок анализа уравнений регрессии, построив
графики изменения усилий (см. рис. 10) Для построения графиков
изменения усилий под опорами в трехмерном пространстве один
из факторов принимаем переменным, который изменяется от
максимального до минимального значения. Два других фактора
изменяются в пределах своих границ. Полученная графическая
интерпретация этого фактора представлена на рис. 10.
Рис.10. Изменение усилия Р в опорах в зависимости от угла
отклонения β стрелы от оси, совпадающей с продольной осью
30
крана (Х2), и массы поднимаемого груза G (Х3) при изменении
угла наклона α стрелы к горизонту (вылет стрелы) (Х1) от -1 до
1
7. Лабораторная работа № 3
Экспериментальные исследования по определению
проседания опор
(продолжительность работы 6 часов)
Цель работы: по исходным данным экспериментально
оценить величину проседания выносных опор крана.
Описание лабораторной установки.
Анализ уравнений регрессий показал, что для оценки
величины погружения ℎ опоры в грунт, необходимо
ориентироваться на граничные изменения усилий под опорами.
Оценим величину погружения плоского штампа в исследуемый
грунт в зависимости от величины прикладываемой нагрузки,
которая задана исходными данными. Размеры плоского штампа
выбираем, равными размерам опорной поверхности аутригеров,
выполненных на модели. Учитывая сложность измерения
величины проседания плоского штампа в грунт и для исключения
погрешности этих измерений, на боковой поверхности штампа
нанесем шкалу линейных измерений (см. рис. 15).
Для получения точных результатов аутригеры были
выполнены на 3D-принтере (см. рис. 11).
Выбор модели грунтов, соответствующих показателям
слабонесущих грунтов в зависимости от числа ударов
динамического плотномера конструкции ДорНИИ, проводили по
критерию Фруда (см. зависимость 27 [11]).
Масштаб моделирования числа ударов динамического
плотномера конструкции ДорНИИ определим:
𝐶𝛾
(27)
= const ,
𝑙
где С – число ударов динамического плотномера конструкции
ДорНИИ;
𝛾 – удельная масса грунта, 𝛾 = 1,8 т/м3;
𝑙 – линейный размер рабочего органа, м.
Перейдя от параметров оригинала к параметрам модели (см.
28), видно, что масштабный коэффициент числа С равен:
(28)
𝑘𝐶 = 𝑘𝑙 = 31,6.
31
Рис. 11. Аутригеры, изготовленные на 3D принтере
При
проведении
эксперимента
использовалось
сертифицированное измерительное и лабораторное оборудование
(см. таблицу 11).
Таблица 11
Оборудование, используемое при проведении эксперимента
№
п/п
1
Оборудование
Назначение
Описание
2
3
1
Штангенциркуль
ГОСТ 166-89 [5]
Измерение
глубины
просадки опоры
4
Визуальное
измерение
определяемых
значений
2
Модель крана,
изготовленная в
масштабе
1:31,6
3
Кюветы с
различными
видами грунтов
различной
влажности
Определение
усилия от опоры
на грунт при
разных значениях
факторов
Определение
Испытывалась
просадки опоры в просадка плоского
грунт с
штампа при
различными
различных
разновесами
значениях нагрузки
32
Продолжение таблицы 11
1
2
4
Муфельная печь
(Лабораторный
сушильный шкаф
ШС-3)
5
Гиря массой 100
г F1 ГОСТ OIML Тарирование весов
R 111-1-2009 [8]
6
Изучение
просадки опоры в
грунт при
различных
значениях
нагрузки
Плоский штамп с
различной
опорной
поверхностью
7
Грузы
8
Уровень
строительный
УС1М-II ГОСТ
9416-83
[9]
3
Определение
весовой
влажности грунта
по
ГОСТ
5180-2015 [6]
4
Производилась
сушка грунта при
t=105°C для
определения
влажности грунта
Снижение
погрешности
проводимого
эксперимента
Нагружение штампа
различными
Нагружение
грузами для
штампа
измерения глубины
просадки опоры
Установка
горизонтально
Горизонтирование
поверхности для
поверхности
проведения
установки крана
эксперимента
Металлические
Определение
бюксы для
весовой
определения
8
влажности грунта
весовой
по
ГОСТ
влажности грунта
5180-2015 [6]
33
Производилась
сушка грунта при
t=105°C для
определения
влажности грунта
При проведении эксперимента проводится оценка величины
проседания штампа в грунт в зависимости от прилагаемой
нагрузки
и
типа
выбранного
грунта
для
крана
модернизированного и существующей конструкции.
Для проведения эксперимента была подготовлена
лабораторная установка, состоящая из: штатива 1 с
установленным направляющим стержнем 2 на который нанесена
шкала 3 для оценки уровня просадки штампа; направляющей
втулки 4 с возможностью установки штампов различной площади;
грузов 5 различной массы для нагружения штампа; кюветов 6 с
грунтами,
обладающими
различными
механическими
характеристиками; ленты 7 для оценки эффективности
предлагаемого устройства. (см. рис. 12).
Рис. 12.Установка для определения глубины вдавливания
штампа
На штативе была закреплена отцентрованная направляющая
втулка (см. рис. 13), изготовленная также на 3D-принтере, по
внутреннему отверстию которой передавалось при помощи
пригрузочных элементов (рис. 14) вертикальное давление P
имитирующее усилие, которое может воспринимать опора крана
при различных комбинациях влияющих факторов.
Учитывая необходимость точности измерения величины
проседания штампа на направляющей с расположенным в нижней
34
части элементом аутригера, была нанесена разметка линейного
размера с точностью измерения 0,5 мм (см. рис. 15). По
внутреннему отверстию отцентрованной направляющей втулки
при помощи пригрузочных элементов передавалось вертикальное
давление P имитирующее усилие, которое может воспринимать
опора крана при различных комбинациях исследуемых факторов.
Во втором случае на исследуемые грунты накладывалась лента,
при этом опора на ней располагалась для самого неблагоприятного
случая нагружения (по краю ленты).
Рис. 12. Процесс
изготовления
направляющей втулки на
3D-принтер MAGNUM
CREATIVE 2 UNI
Рис. 13. Направляющая втулка
Рис. 14. Грузы
35
Рис. 15.
Рис.16. Емкости для определения
Приспособление для
весовой влажности грунта
измерения погружения
штампа
Исследования проседания штампа в грунт были проведены в
сравнительном варианте для базовой модели крана и крана
предлагаемой конструкции на запланированных типах грунтов.
Порядок проведения эксперимента.
Наглядность проведения экспериментальных исследований
приведена на рис. 17.
а)
г)
б)
д)
Рис 17. Исследование просадки опоры:
а), б), в) – без ленты; г), д), е) – с лентой.
36
в)
е)
Полученные значения (см. таблицу 12) позволят оценить
проседание выносных опор крана (аутригеров) в грунте.
Таблица 12
Результаты экспериментальных исследований по
определению глубины вдавливания плоского штампа в грунт от
величины усилия Р
Тип
Вид рабочего
грунта оборудовани
я
До модерн.
После
модерн.
22,9
0
Усилие вдавливания, Р, г
77,0 130,16 235,72 422,5
5
8
607,12
В таблице 12 вид рабочего оборудования «до модернизации»
предполагает кран самоходный в базовом исполнении, а «после
модернизации» – с подстилающей лентой. Результаты величины
погружения в зависимости от прикладываемой нагрузки
обработаем по методу наименьших квадратов с использованием
программы Microsoft Excel. Формат линии тренда зависимости h =
f(Р) дает наилучшие показатели при линейном распределении
результатов
экспериментальных
исследований,
о
чем
свидетельствует величина среднеквадратического отклонения R².
Результаты обработки представляются в формате таблице 13. В
таблице приведены примерные значения.
Таблица 13
Результаты обработки экспериментальных данных
№
Тип
Вид рабочего
Эмпирическая
Среднеквадратическое
п/п грунта оборудования зависимость h = f(Р)
отклонение R²
1 Песок
До модерн.
h = 0,012Р – 0,0846
0,941
сухой
2
После
h = 0,0039 Р + 0,624
0,886
модерн.
Графическая интерпретация результатов представлена на
рис. 18.
37
Рис. 18. Изменение просадки h штампа в грунт для различных
значений усилий Р вдавливания
Очевидно (см. рис. 18), что величина просадки аутригеров
модернизированного крана при работе на неустойчивых грунтах
ниже, чем у не модернизированного независимо от типа грунта.
Причем эта разница увеличивается с увеличением вдавливающей
силы, что характерно для большегрузных кранов. Для кранов
низкой грузоподъемности эта разница будет несущественна.
Результаты анализа приведены в табл. 14.
На основании анализа табл. 14 установим рациональность
применения предлагаемого модернизированного варианта в
зависимости от типа грунта и его влажности.
Состояние
оборудования
Показатели
просадки
штампа
Таблица 14
Результаты анализа просадки штампа в грунт в зависимости от
типа грунта и грузоподъемности крана
-до модерниз.
-после модерниз.
h, мм
Грузоподъемность, т
4,7
14
Тип грунта
Тип грунта
сухой
38
влажн.
сухой
влажн.
Разница, мм
Библиографический список
1. ГОСТ 2.105-95 ЕСКД. Общие требования к текстовым
документам (с Изменением N 1). - М.: Стандартинформ, 2011. – 39
с.
2. Технические
характеристики
автокрана
КС-3577
[Электронный
ресурс]//
https://grifon-kamaz.ru/stroitelnayatehnika/tehnicheskieharakteristiki-avtokrana-ks-3577.html,
свободный – (23.12.2019).
3. КС-3577-4.00.000 ТО. Кран автомобильный КС-3577-4.
Техническое описание и руководство по эксплуатации.
4. ГОСТ 427-75 Линейки измерительные металлические.
Технические условия. - М.: Стандартинформ, 2007. – 8 с.
5. ГОСТ 166-89 (ИСО 3599-76) Штангенциркули. Технические
условия. - М.: ИПК Издательство стандартов, 2003. – 25 с.
6. ГОСТ
5180-2015
Грунты.
Методы
лабораторного
определения физических характеристик. - М.: Стандартинформ,
2019. – 20 с.
7. ГОСТ Р 53228-2008 Весы неавтоматического действия. Часть
1. Метрологические и технические требования. Испытания (с
Изменением N 1). - М.: Стандартинформ, 2010. – 230 с.
8. ГОСТ OIML R 111-1-2009 Государственная система
обеспечения единства измерений (ГСИ). Гири классов E(1), E(2),
F(1), F(2), M(1), M(1-2), M(2), M(2-3) и M(3). Часть 1.
Метрологические
и
технические
требования.
М.:
Стандартинформ, 2012. – 111 с.
9. ГОСТ 9416-83 Уровни строительные. Технические условия. М.: ИПК Издательство стандартов. Технические условия, 1999. –
21 с.
10. Сладкова, Л.А. Конструирование и расчет наземных
транспортно-технологических машин: Учебное пособие / Л.А.
Сладкова, В.А. Сладков - М.: МГУПС (МИИТ), 2016. - 344 с.
11. Растегаев, И.К. Машины для вечномерзлых грунтов. / И.К.
Растягаев - М.: Машиностроение, 1986. - 216 с.
39
Учебно-методическое издание
Сладкова Любовь Александровна
Григорьев Павел Александрович
Крылов Вадим Викторович
Трошко Илья Васильевич
Грузоподъёмные машины и оборудование
Учебно-методическое пособие к лабораторным работам
по дисциплине «Грузоподъёмные машины и
оборудование»
________________________________________________________________________
Изд. № 76-20
Формат бумаги 60х84/16
Тираж 30 экз.
_____________________________________________________________
127994, Россия, г. Москва, ул. Образцова, дом 9, стр. 9.
УПЦ ГИ РУТ (МИИТ)
40