Расчет механизма подъема груза, его функциональные особенности. Выбор двигателя и редуктора, его обоснование и определение основных параметров. Вычисление механизма передвижения грузовой тележки и крана. Металлоконструкция моста рассчитываемого крана.
Крутящий момент, создаваемый электродвигателем передается на редуктор через муфту. Принимаем канат по ГОСТ 2688 - 80 двойной навивки типа ЛК-Р конструкции 6х19 (1 6 6/6 1 о.с) диаметром 15 мм имеющий при маркировочной группе проволок 1596 МПА разрывное усилие F=140000 Н. z1 - число запасных (неиспользуемых) витков на барабане до места крепления: (z1=1,5…2) z2 - число витков каната, находящихся под зажимным устройством на барабане: z2=3…4. Приняв в качестве материала барабана чугун марки СЧ 15-32 (dв=650 Мпа, [dсж]=130 МПА) найдем напряжения сжатия стенки барабана: dсж=Fб/t[dсж] = 16414/0,017*0,016 = 61,34<130 МПА где: Fб - усилие в канате, Н; Тормоз выбираем по моменту.
Введение
Мостовые краны применяют для обслуживания закрытых складов и помещений, промышленных предприятии, обслуживания гидротехнических сооружений, перегрузки крупнотоннажных контейнеров и длинномерных грузов. Мостовые краны выполняют преимущественно крюковыми или со специальными захватами.
В зависимости от типа моста, краны делятся на одно- и двухбалочные. Грузовые тележки бывают самоходными или с канатным приводом.
Для механизмов передвижения мостовых кранов предусматривают раздельные приводы. Приводными выполняют не менее половины всех ходовых колес.
Механизм подъема груза предназначен для перемещения груза в вертикальном направлении. Он выбирается в зависимости от грузоподъемности.
Привод механизма подъема и опускания груза включает в себя лебедку механизма подъема. Крутящий момент, создаваемый электродвигателем передается на редуктор через муфту. Редуктор предназначен для уменьшения числа оборотов и увеличения крутящего момента на барабане.
Барабан предназначен для преобразования вращательного движения привода в поступательное движение каната.
Усилие в канате набегающем на барабан, H: Fб=Q/zunh0=65000/2*2*0,99=16414 Н где: Q=65000 - номинальная грузоподъемность крана, Н;
z =2 - число полиспастов в системе;
un=2 - кратность полиспаста;
h0 - общий КПД полиспаста и обводных блоков;
Поскольку обводные блоки отсутствуют, то h0=hп=(1 - NБЛUП)/un(1-hбл)=(1-0,982)/2*(1-0,98)=0,99
Расчетное разрывное усилие в канате при максимальной нагрузке на канат Fk=Fб=12386,36 Н и k=6,0
F?Fk*k=16414*6,05=98484 Н
где: Fk - наибольшее натяжение в канате (без учета динамических нагрузок), Н;
k - коэффициент запаса прочности (для среднего режима работы k=6,0).
Принимаем канат по ГОСТ 2688 - 80 двойной навивки типа ЛК-Р конструкции 6х19 (1 6 6/6 1 о.с) диаметром 15 мм имеющий при маркировочной группе проволок 1596 МПА разрывное усилие F=140000 Н.
Требуемый диаметр барабана по средней линии навитого стального каната, мм
D?d*e=15*20=300 где: d - диаметр каната е - коэффициент зависящий от типа машины, привода механизма и режима работы машины механизма.
Принимаем диаметр барабана D=360 мм.
Расчет узла барабана
Длина каната навиваемого на барабан с одного полиспаста при z1=2 и z2=3, м: Lk=H*Uп p*D(z1 z2)=6,0*2 3,14*0,26 (2 3)=24,1
где: Н - высота поднимаемого груза;
Uп - кратность полиспаста;
D - диаметр барабана по средней линии навитого каната;
z1 - число запасных (неиспользуемых) витков на барабане до места крепления: (z1=1,5…2) z2 - число витков каната, находящихся под зажимным устройством на барабане: z2=3…4.
Рабочая длина барабана, м: Lб=Lk*t/p*m (m*d D)*j=16,71*0,013/3,14*1 (1*0,0115 0,26)=0,252 где: Lk - длина каната, навиваемого на барабан;
t - шаг витка;
m - число слоев навивки;
d - диаметр каната;
j - коэффициент не плотности навивки; для гладких барабанов;
Полная длина барабана, м: L=2Lб l=2*0,252 0,2=0,7
Где l - длина гладкого участка между нарезанными участками, l = 200 мм.
Толщина стенки литого чугунного барабана должна быть, м: dmin=0,02Dб (0,006…0,01)=0,02*0,36 0,01=0,016 м
Принимаем d=18 мм.
D1=D - d=0,36 - 0,018=0,282 м.
Приняв в качестве материала барабана чугун марки СЧ 15-32 (dв=650 Мпа, [dсж]=130 МПА) найдем напряжения сжатия стенки барабана: dсж=Fб/t[dсж] = 16414/0,017*0,016 = 61,34<130 МПА где: Fб - усилие в канате, Н;
t - шаг витков каната на барабане, м;
[dсж] - допускаемое напряжение сжатия для материала барабана;
Номинальная мощность двигателя принимается равной или несколько меньше статической мощности. Из таблицы III.3.5 выбираем крановый электродвигатель с фазным ротором MTF - 411 - 6 имеющим ПВ=25% номинальную мощность Рном=22 КВТ и частоту вращения n=935 мин-1. Момент инерции ротора Ip=0,225 кг*м2 максимальный пусковой момент двигателя Тмах=320 H*м.
Общее передаточное число привода механизма: U=n/nб=935/19,1=48,9
Расчетная мощность редуктора на быстроходном валу, КВТ: Рр=кр*Р = 22 КВТ где: кр - коэффициент, учитывающий условия работы редуктора;
Р - наибольшая мощность передаваемая редуктором при нормально протекающем процессе работы механизма.
Из таблицы III.4.2 по передаточному числу и мощности выбираем редуктор цилиндрический, двухступенчатый, горизонтальный, крановый типоразмера Ц2 - 350 с передаточным числом Up =50 и мощностью на быстроходном валу при среднем режиме работы Рр = 24 КВТ при ПВ = 25%
Момент статического сопротивления на валу двигателя в период пуска
Номинальный момент на валу двигателя Н*м: Тном=9550Р/n=9550*22/935=225
Расчетный момент для выбора соединительной муфты, Н*м: Тм=Тмном*k1*k2= 225,0 *1,3*1,2=324,3
Выбираем по таблице 5.9 втулочно-пальцевую муфту №1 с тормозным шкивом диаметром Dt=200 мм, и наибольшим передаваемым крутящим моментом 500 Н*м.
Момент инерции муфты Ім=0,125 кг*м2. Момент инерции ротора и муфты
I=Ip Im=0,225 0,0125=0,35 кг*м2
Средний пусковой момент двигателя при y=1,4, Н*м: Тпуск=Тср.п=(ymax ymin)*Тном/2=(2,23 1,4)*142,9/2=260 где: ymax=Tmax/Тном= 2,23 ymin - минимальная кратность пускового момента электродвигателя: ymin=1,1…1,4
Тмах - максимальный пусковой момент двигателя, Н*м, Тном - номинальный момент двигателя, Н*м, Время подъема и опускания груза тп=(d*I*n/9,55 (Тср.п-Тс)) 9,55*Q*v2/n((Тср.п-Тс)*h=(1,1*0,35*935/9,55 (407,8-207,94)) 9,55*6500*0,182/935 (407,8-207,94)=0,62 где: Тср.п - средний пусковой момент двигателя, Н*м
Тс - момент статического сопротивления соответственно на валу двигателя при пуске.
Фактическая частота вращения барабана по формуле, мин-1: nбф=n/up=935/50=19,12
Вычисляем максимально допустимое ускорение грузовой тележки при пуске в предположении, что ветровая нагрузка Fp=0, м/с2 amax=[(zпр((j/kj) (f*dk/dц))/z) - (2m f*dk) kp/Dk)*g=(2 ((0,12/1,1) (0,02*0,05/0,36))/4-(2*0,0006 0,02*0,072)*2,5/0,25)*9,81=0,46 м/с2 где: zпр - число приводных колес;
z - общее число ходовых колес;
j - коэффициент сцепления ходовых колес с рельсами: при работе на открытом воздухе j=0,12 f - коэффициент трения (приведенной к цапфе вала) в подшипниках опор вала ходового колеса m - коэффициент трения качения ходовых колес по рельсам м;
dk - диаметр цапфы вала ходового колеса, м: kp - коэффициент, учитывающий дополнительное сопротивления от трения реборд ходовых колес
Средний пусковой момент двигателя, Н*м: Тср.п=(1,5…1,6)*Тном=1,5*22,8=34,2
Наименьшее допускаемое время пуска по условию сцепления, с: тдоп=v/amax=0,1/0,46=0,2
Момент статических сопротивлений при работе тележки без груза Н*м: Тс=F’перdц/2uph=639*0,25/2*40*0,85=2,34
Fпер`=Rpmg (fdk 2 м) Dk=2.5*3500*9.81 (0.02*0.05 2*0.0006)/0.25=639
Момент инерции ротора двигателя Ір=0,02 кг*м2 и муфты быстроходного вала Ім=0,018
I=Ip Im=0,02 0,018=0,038 кг/м2
Фактическое время пуска механизма передвижения тележки с грузом, с: тп.г=(d*I*n/9,55 (Тср.п-Тс)) 9,55*(Q mt)*v2/n((Тср.п-Тс)*h тп.г =(1,2*0,038*835/9,55 (34.2-7.4)) 9,55*(6500 2500)*0,0752/835 (34.2-7.4)*0,85=1.4
Фактическое ускорение грузовой тележки без груза, м/с2 аф=Vпер/тп=0,27/1,3=0,2
Проверяем суммарный запас сцепления. Для этого найдем: А) суммарную нагрузку на привод колеса без груза, Н: Fпр=m*zпр*g/z=3500*2*9,81/4=17500
Б) суммарную нагрузку на привод колеса с грузом, Н: Fпр=m*zпр*g/z=(2500 5000)*2*9,81/4=57500
В) сопротивление передвижению грузовой тележки без груза, Н: F’пер=kp*m*g (f*dц 2m)/Dk=2,5*3500*9,81*(0,02*0,05 2*0,0006)/0,25=639
C) сопротивление передвижению грузовой тележки с грузом, Н: F’пер=kp*m*g (f*dц 2m)/Dk=2,5*(3500 8000)*9,81*(0,02*0,05 2*0,0006)/
Определение тормозных моментов и выбор тормоза. Максимальное допустимое замедление грузовой тележки при торможении, м/с2: амахт=((zпр((j/kj) - (f*dц/Dk))/z) (2m f*dц)/Dk)*g=((2 ((0,15/1,2) - (0,02*0,05/0,25))/4) (2*0,0006 0,02*0,05)/0,25)*9,81=0,66 м/с2
По таблице принимаем амахт=0,15 м/с2
Время торможения грузовой тележки без груза, с: tt=Vфпер/амахт=0,27/0,15=1.8 с.
Сопротивление при торможении грузовой тележки без груза, Н: Ftpt=mg (f*dk 2m)/Dk=2500*9,81 (0,02*0,05 2*0,0006)/0,25=230 H.
Момент статических сопротивлений на тормозном валу при торможении грузовой тележки, Н*м.
Тст=Fttp*Dk*h/2*up=420*0,25*0,85/2*40=0.7
Момент сил инерции при торможении грузовой тележки без груза, Н*м: Тинт=(d*I*n/9,55*tt) 9,55*m*v2*h/n*tt=(1,2*0,038*835/9,55*1.8) 9,55*3500*0,272*0,85/835**1.8=3,45 где: тт - время торможения механизма, с: Расчетный тормозной момент на валу тормоза, Н*м:
Трт=Тинт - Тст=3,45 - 0.7 =2.75
Из таблицы III 5.13 выбираем тормоз типа ТКГ - 160 с диаметром тормозного шкива Dt=160 мм и наибольшим тормозным моментом Тт=100 Н*м, который следует отрегулировать до Тт=41 Н*м.
Минимальная длина пути торможения, м: S=V2/R=0,272/1,25=0,058
Фактическая длина пути торможения, м: Sф=0,5*v*tt=0,5*0,27*1.8=0.243 >1 м
Условие соблюдается
4. Расчет механизма передвижения крана
Механизм передвижения крана служит для перемещения крана по рельсам.
Рекомендуемый диаметр ходовых колес Dk=720 мм.
Коэффициент качения ходовых колес по рельсам m=0,0006 м. Коэффициент трения в подшипниках качения ходовых колес f=0,02.
Диаметр вала цапфы ходового колеса, мм: dц=0,2*720=144. Примем также кр=2,5
Общее сопротивление передвижению крана, Н: Fпер=Ftp=kp(m Q) g(fdц 2m)/Dk=2,5 (12000 6500)*9,81 (0,020*0,14 2*0,0006)/0,720=2725
Статическая мощность привода при h = 0,85, КВТ: Pc=Fпер*vпер/103*h=2725*0.14/1000*0,85=0.9 где: Fпер - сопротивление передвижению крана, кг;
vпер - скорость передвижения крана, м/с;
h - КПД механизма
Из таблицы III.3.5 выбираем крановый электродвигатель MTF - 011 - 6 имеющим ПВ=15% номинальную мощность Рном=2 КВТ и частоту вращения n=720 мин-1. Момент инерции ротора Ip=0,048 кг*м2.
Требуемое передаточное число привода: U=n/nk=710/14=49,8
Поскольку в приводе механизма перемещения крана должно быть установлено два одинаковых редуктора. Выбираем редуктор типа ВКН - 420 передаточное число up=50 и Рр=2,8 КВТ.
Номинальный момент передаваемый муфтой двигателя, Н*м
Тм=Тс=FПЕРDК/2uph=2725*0,720/2*50*0,85=23
Расчетный момент для выбора соединительной муфты, Н*м: Тм=Тмном*k1*k2=23*1,2*1,2=33,2
Выбираем по таблице III.5.6 втулочно - пальцевую муфту c крутящим моментом 63 Н*м с диаметром D=100 мм, Момент инерции муфты, кг*м2: Ім=0,1*m*D2=0,1*2*0,1=0,002
Фактическая скорость передвижения крана, м/с: vперф=vпер*u/up=0,14*48,4/50=0,129
Т.к. мостовой кран работает в закрытом помещении то ветровая нагрузка Fp=0, м/с2 amax=[(zпр((j/kj) (f*dk/Dk))/z) - (2m f*dk) kp/Dk)*g=(2 ((0,12/1,1) (0,02*0,144/0,720))/4- (2*0,0006 0,02*0,144)*2,0/0,720)*9,81=0,66 где: zпр - число приводных колес;
z - общее число ходовых колес;
j - коэффициент сцепления ходовых колес с рельсами: при работе на открытом воздухе j=0,12 f - коэффициент трения (приведенной к цапфе вала) в подшипниках опор вала ходового колеса m - коэффициент трения качения ходовых колес по рельсам м;
dk - диаметр цапфы вала ходового колеса, м: kp - коэффициент, учитывающий дополнительное сопротивления от трения реборд ходовых колес
Средний пусковой момент двигателя, Н*м: Тср.п=(ymax ymin)*Тном/2=(2,25 1,1)*43,98/2=93,66 где: ymin - минимальная кратность пускового момента электродвигателя: ymin=1,1…1,4
Наименьшее допускаемое время пуска по условию сцепления, с: тдоп=v/amax=0,32/0,66=0,48
Момент инерции ротора двигателя Ір=0,048 кг*м2 и муфты быстроходного вала Ім=0,002
I=Ip Im=0,048 0,002=0,050 кг/м2
Фактическое время пуска механизма передвижения без груза, с: тп=(d*I*n/9,55 (Тср.п-Тс)) 9,55*Q*v2/n((Тср.ПТС)*h=(12*0,05*870/9,55 (36,76-19,6)) 9,55*12000*0,142/870 (36,76-19,6)*0,85=3,1 с
Фактическое ускорение крана без груза, м/с2 аф=Vпер/тп=0,32/3,2=0,103<amax=0,66 м/с2
Проверяем суммарный запас сцепления. Для этого найдем: А) суммарную нагрузку на привод колеса без груза, Н: Fпр=m*zпр*g/z=12000*2*9,81/4=58860
Б) сопротивление передвижению крана без груза, Н: F’пер=kp*m*g (f*dц 2m)/Dk=2*12000*9,81*(0,02*0,144 2*0,0006)/0,720== 1137,96
Определение тормозных моментов и выбор тормоза. Максимальное допустимое замедление крана при торможении, м/с2: амахт=((zпр((j/kj) - (f*dц/Dk))/z) (2m f*dц)/Dk)*g=((2 ((0,12/1,1) - (0,02*0,144/0,720))/4) (2*0,0006 0,02*0,144)/0,720)*9,81=0,571
По таблице принимаем амахт=0,15 м/с2
Время торможения крана без груза, с: tt=Vфпер/амахт=0,32/0,15=2,13
Сопротивление при торможении крана без груза, Н: Ftpt=mg (f*dц 2m)/Dk=12000*9,81 (0,02*0,144 2*0,0006)/0,720=667,18
Момент статических сопротивлений на тормозном валу при торможении крана, Н*м: Тст=Fttp*Dk*h/2*up=667*0,720*0,85/2*50=4,08
Момент сил инерции при торможении крана без груза, Н*м: Тинт=(d*I*n/9,55*tt) 9,55*m*v2*h/n*tt=(1,2*0,05*870/9,55*2,13) 9,55*12000*0,142*0,85/870*2,13=3,495 где: тт - время торможения механизма, с: Расчетный тормозной момент на валу тормоза, Н, м: Трт=Тинт - Тст=7,99-4,08=3,01
Из таблицы III 5.13 выбираем тормоз типа ТКТ - 100 с диаметром тормозного шкива Dt=100 мм и наибольшим тормозным моментом Тт=11 Н*м, который следует отрегулировать до Тт=3,01 Н*м.
Минимальная длина пути торможения, м: S=V2/R=0,322/0,9=1,1
Фактическая длина пути торможения, м: Sф=0,5*v*tt=0,5*0,32*2,13=0,346
Металлоконструкция моста рассчитываемого крана из двух главных балок прямоугольной формы, сваренных из стального листа. Главные балки прикреплены к концевым, в которые вмонтированы ходовые колеса моста. Кроме того, к мосту крепят вспомогательные поперечные и продольные балки, на которых размещен механизм передвижения крана. Мост оборудуют перилами и настилом. В торцах концевых балок устанавливают буфера.
Исходные данные: длина моста L = 12,5 м; Материал моста ВМ СТЗ кп (ГОСТ 380-71).
Реакции в опорах: Ra= Rб= (Р*А 1 Р*А 2)/А=(2875*9,81*5,55 2875*9,81*6,45) 12=28203 Н
Р - нагрузка на рельс
Р=(2500 6500)/4=2875 кг
Изгибающий момент
Мизг = Ra *(А/2 - В/4) = 2875*(10/2 -0,9/4)=147360 Н*м
