XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Крановые инновации, что нам ждать завтра?
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
ВВЕДЕНИЕ
Я интересуюсь техникой, в том числе строительными башенными кранами из-за их внушительных размеров. (Рисунок 1 Приложения. Башенный кран).
Башенный кран является неотъемлемым элементом современного города. Этих великанов не заметить невозможно, они возвышаются над жилыми домами везде, где идет строительство. Они - незаменимые помощники строителя, ведь именно с помощью них происходит основной монтаж строительных конструкций. Это процесс очень важен - он задает ритм и определяет последовательность остальных видов работ на строительной площадке.
Я был удивлён, когда узнал, что башенный кран может быть высотой более 200 метров! Иметь вылет стрелы 80 метров, и поднимать груз 75 тонн! Такую громадину можно в разобранном виде доставить на стройку на грузовых автомобилях и собрать за несколько дней. А после завершения строительства так же быстро разобрать, чтобы перевезти на новое место.
Конечно, из кабины крана открывается впечатляющий вид! (Рисунок 2 Приложения. Вид из кабины башенного крана). Но не всякий человек может работать крановщиком. Он должен соответствовать медицинским требованиям и не бояться высоты. Кран раскачивается при работе, когда поднимает груз, при перемещении стрелы и даже от сильных порывов ветра. В этих условиях нужно точно управлять им. На крановщика, к тому же, ложится большая ответственность за безопасность людей.
К сожалению, иногда случаются аварии. Мой папа рассказал, что несколько лет назад у них возле работы из-за неисправности упал башенный кран. Крановщик погиб. (Рисунок 3 Приложения. Авария башенного крана).
Сейчас в строительных кругах обсуждается вопрос перевода башенных кранов на дистанционное управление с земли. Это одна из инноваций, направленная на увеличение безопасности. Так же увеличится количество людей пригодных к работе на башенном кране. Но, находясь на земле, невозможно уследить за всеми перемещениями груза. Для этого придётся использовать систему видеонаблюдения.
Мне захотелось проверить, удобно ли управлять башенным краном с использованием дистанционного управления и дисплея или очков виртуальной реальности? Что при этом чувствует человек?
Гипотеза: Предположим, что управлять башенным краном с использованием дистанционного управления и системы видеонаблюдения удобно и безопасно.
Цель проекта:
изготовить модель башенного крана с дистанционным управлением, и научиться им управлять.
Задачи проекта:
исследовать информацию о современных башенных кранах;
развить интерес к инженерно-техническому творчеству;
разобраться в устройстве башенного крана;
приобрести детали для изготовления модели
собрать модель башенного крана с дистанционным управлением и видеонаблюдением
обобщить, проанализировать, оформить полученную информацию и представить результаты проектной работы.
Методы исследования: изучение информации о современных башенных кранах в Интернете, сравнение, наблюдение.
Объект исследования: башенные краны.
Предмет исследования: возможности башенных кранов с дистанционным управлением.
Актуальность проектной работы: Применение дистанционного управления башенным краном позволяет увеличить безопасность работы крановщика. Работа станет комфортнее, не нужно каждый раз забираться в кабину на несколько десятков или сотен метров в высоту. Упрощается и станет дешевле сертификация крана в Ростехнадзоре.
Практическую значимость данной работы я вижу в том, чтобы разобраться в устройстве и изготовить модель башенного крана.
Социальная значимость проекта. Дистанционная система управления делает работу крановщика безопаснее. Снижаются медицинские ограничения к крановщику, смогут работать люди с боязнью высоты.
ГЛАВА I. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.
История подъёмных механизмов
Самыми первыми техническими механизмами по подъему и перемещению грузов, к помощи которых стал прибегать человек, были рычаги и пандусы (Рисунок 4 Приложения. Применение рычагов и пандусов для поднятия грузов). Пандус представлял собою разновидность наклонной плоскости, по которой перемещение даже крайне тяжелых грузов становилось возможным.
Прекрасными образцами технической мысли средневековых инженеров являлись стационарные портовые краны, работающие от силы ступального колеса. Впервые подобные краны появились в 13 веке во Фландрии (Голландия), Германии и в Англии. Это были мощные сооружения, оснащенные не одним, а двумя ступальными колесами диаметром не менее 6,5 метров. Наиболее мощные портовые краны были построены в доках Лондона в 1850-х годах (Рисунок 5 Приложения. Портовый кран со ступальными колёсами.).
Со времен возникновения самых ранних цивилизаций вплоть до наступления индустриальной революции, рабочие для подъема предметов при возведении строительных объектов использовали лишь силу своих мышц.
20-й век окончательно поставил краны на первую ступень в ряду строительных механизмов для работы с грузами. Высотные объекты и жилые здания теперь строят с помощью башенных кранов.
В итоге на сегодняшний день мы бок о бок живем с подъемной техникой, которая поражает и восхищает своей мощностью и возможностями.
Что такое башенный кран?
В строительстве крупных масштабов, когда возводят высотные здания и нужно осуществлять подъем, перемещение тяжелых грузов, невозможно обойтись без башенного крана (Рисунок 6 Приложения. Башенный кран). Так он называется потому, что несущая опора этой грузовой техники напоминает конструкцию башни, все элементы которой выполнены из металла.
Основные типы конструкций башенных кранов и их устройство.
Существуют различные виды башенных кранов – каждый из них позволяет осуществлять строительство того или иного объекта. Наиболее распространенные строительно-монтажные, используются как для строительства жилых домов, так и промышленных объектов (Рисунок 7 Приложения. Устройство башенного крана). Более мощные – промышленные и специальные краны.
Есть у этих технических устройств и еще одна особенность: они способны сами себя строить. Когда высоты этого гиганта начинает не хватать, он сам поднимает наверх очередной пролет для своей башни, рабочие устанавливают его, и крановая конструкция как чулок наползает на новый пролет, поднимая стрелу выше.
Современные требования
Что же требуют строители от башенного крана? По мнению одного из самых опытных экспертов Санкт-Петербурга, заслуженного строителя Пётра Николаевича Толстолуцкого: Строителям нужен НАДЕЖНЫЙ кран. Кран – это «сердце» стройки: встал кран – и все встало, стоят бригады, стоят и крутят бетон миксеры, стоят неразгруженные машины, волнуются заказчики, срываются сроки. Конечно же строителям важна и стоимость крана. Стоимость владения, срок окупаемости выходят на первое место.
Ещё одно важное преимущество системы дистанционного управления в снижении стоимости сертификации крана в Ростехнадзоре, и соответственно в снижении стоимости работы крана.
ГЛАВА II. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ.
Выбор комплектующих
Башенный кран сложное устройство. Моя модель будет состоять из следующих частей: стрелы, по которой двигается каретка, контрстрелы с противовесом, башни, электромоторов и шестерён. Необходимо установить видеокамеру. Для облегчения выбора комплектующих я составил следующую таблицу:
Таблица 1. Выбор комплектующих модели башенного крана.
|
Детали |
Достоинства |
Недостатки |
Cтоимость |
|
Металлический конструктор |
Высокая прочность |
Сложность сборки, отсутствуют необходимые шестерни. Придётся докупать многие детали. |
Средняя |
|
Конструктор Lego Technic |
Собирать удобно. Красивый результат. Уже имеются электромоторы и шестерни. |
Деталей хватает только для изготовления стрелы, остальное придётся покупать. |
Высокая |
|
Комплектующие из магазина стройматериалов |
Можно сделать произвольную конструкцию |
Высокая сложность изготовления. |
Низкая |
|
Объединить Lego и детали из строительного магазина |
Снижение стоимости, сложные части сделать из Lego, остальные купить в строительном магазине. |
Увеличение сложности, по сравнению с изготовлением только из Lego |
Средняя |
В результате я решил стрелу и управление башенным краном сделать из деталей Lego Technic, а башню из полипропиленовой трубы. Это не сильно увеличит сложность сборки, но существенно снизит стоимость (примерно на 7000-10000 руб).
Сборка макета башенного крана
Как и планировал, стрелу я собрал из деталей Lego, по аналогии с настоящим башенным краном. Установил моторы, шестерни, сделал поворотный механизм, каретку.
При сборке я столкнулся с несколькими техническими проблемами, которые пришлось решить. Стрела сначала была недостаточно жёсткая, сильно изгибалась, я усилил её (Рисунок 8 Приложения. Сборка стрелы башенного крана). Под нагрузкой шестерни плохо зацеплялись и проскальзывали, я переделал конструкцию, закрепил валы шестерён более надёжно.
Установил на своё место видеокамеру с радиопередатчиком. Мой предыдущий проект был посвящён сборке квадрокоптера. Поэтому я использовал эти детали такие же, как и для квадрокоптера. От того проекта у меня используются виртуальные очки и монитор.
Стрелу с поворотным механизмом я закрепил на башне из полипропиленовой трубы (Рисунок 9 Приложения. Макет башенного крана).
Фундамент крана сделан из панели ДСП. Башня к ней крепится с помощью металлических уголков и деревянной бобышки, которую я выточил в школе на токарном станке во время урока технологии.
Эксперимент по дистанционному управлению краном.
Я поставил кран на пол, одел виртуальные очки и попробовал управлять краном. Я ощутил себя на месте машиниста башенного крана. Так же через видеокамеру я увидел самого себя, это было неожиданно и интересно.
Эксперимент заключался в том, что нужно было имитировать работу крановщика. Поднять груз и переместить на нужное место. Передвинуть каретку в нужное место и опустить крюк оказалось не очень сложно, получилось почти сразу. А при повороте стрелы я почувствовал небольшое головокружение, но быстро и с этим освоился. За короткое время я научился вполне уверенно управлять своим макетом башенного крана, перемещать груз и не сталкиваться с препятствиями (Рисунок 10 Приложения. Эксперимент с макетом башенного крана).
Из эксперимента можно сделать вывод, что дистанционное управление достаточно удобное решение.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, башенный кран, представленный в данном проекте, является инновационным решением поставленных задач.
Я достиг цели проекта. Изготовил модель башенного крана с дистанционным управлением, и научился им управлять
Выполнил все задачи, которые поставил перед собой в начале работы:
исследовал информацию о современных башенных кранах, оказывается это незаменимое устройство на многих стройплощадках;
развил интерес к инженерно-техническому творчеству, мне пришлось решить несколько технических проблем, о которых раньше не знал;
разобрался в устройстве башенного крана, его основных узлов;
были приобретены недостающие детали;
собрал модель башенного крана с дистанционным управлением и видеонаблюдением, а так же научился им управлять;
обобщил, проанализировал, оформил полученную информацию и представил результаты проектной работы.
Моя гипотеза подтвердилась. При выполнении работы я пришёл к выводу, что управлять башенным краном с использованием дистанционного управления и системы видеонаблюдения удобно и безопасно.
ИСТОЧНИКИ
Башенные краны 8 тонн // URL: zen.yandex.ru/media/id/5e9d5069dd625f3a39c002be/bashennye-krany-8-tonn-5ff72341bb14d54ffb98b84bzen.yandex.ru/media/id/5e9d5069dd625f3a39c002be/bashennye-krany-8-tonn-5ff72341bb14d54ffb98b84b
Башенные краны: раздвигая границы возможного // URL: https://os1.ru/article/24317-tendentsii-v-razvitii-bashennyh-kranov-bashennye-krany-razdvigaya-granitsy-vozmojnogo-ch-4
Вести: На северо-востоке Москвы упал башенный кран // URL: https://www.vesti.ru/amp/article/1391594
Возможности и принцип работы башенного крана // URL: https://avtokrany.guru/vidy/bashennyj-kran
Из кабины крановщика // URL: https://pikabu.ru/story/iz_kabinyi_kranovshchika_3106042?cid=42204804
История создания подъемного крана // URL: https://enki.ua/articles/istoriya-sozdaniya-podemnogo-krana-64
Основные типы конструкций башенных кранов и их устройство // URL: https://daraja.ru/ustroystvo-bashennogo-krana/
Техно magazine: Описание, область применения, классификация башенных кранов// URL: https://t-magazine.ru/pages/tower-cranes/
Экскаватор Ру: Помощники высокого ранга: башенные краны // URL: https://exkavator.ru/lifting/news/inf_news/~id=139962
ПРИЛОЖЕНИЕ
Рисунок 1. Башенный кран
Рисунок 2. Вид из кабины башенного крана.
Рисунок 3. Авария башенного крана.
Рисунок 4. Применение рычагов и пандусов для поднятия грузов
Рисунок 5. Портовый кран со ступальными колёсами.
Рисунок 6. Башенный кран.
Рисунок 7. Устройство башенного крана.
Рисунок 8. Сборка стрелы башенного крана.
Рисунок 9. Макет башенного крана.
Рисунок 10. Эксперимент с макетом башенного крана.