Степыгин В.И., Чертов Е.Д., Елфимов С.А. Проектирование подъемно-транспортных установок

Подождите немного. Документ загружается.

где момент от груза на тормозном валу

ст.т

= GD

мех

/(2u

мех

) =

= 70⋅10

⋅334⋅10

⋅0,85/(2⋅63) = 158 Н⋅м.

Рассчитанное время торможения при опускании груза t

полу-

чилось меньше рекомендуемого времени разгона [t

] = 1...2 c, сле-

довательно, регулировку тормоза на больший тормозной момент

не проводят.

10. Расчет крепления каната к барабану. Крепление ка-

ната к барабану осуществляем накладными планками (см.

рис. 1.14).

Силу, воспринимаемую узлом крепления каната, определяем

по формуле (1.46):

,кН3,5/6,18

410

π⋅,

F е

где коэффициент трения на соприкасающихся поверхностях де-

талей крепления каната f = 0,1; угол обхвата барабана канатом

α = 4π.

Силу затяжки болтов находим по формуле (1.47):

()

.кН5,261,02/3,5

=⋅=F

Предварительно приняв диаметр болта d

≈ t = 16 мм (М16) и

число болтов z

= 4, находим суммарное напряжение, возникающее

в болтах крепления каната, по формуле (1.48):

.МПа120

161,04

16103,55,1

1614,3

105,263,1

сум

⋅⋅

⋅⋅⋅

⋅

⋅⋅

=σ

Допускаемое напряжение для материала болта (сталь 35)

[σ]

сум

= 0,6σ

= 0,6·320 = 192 МПа.

Поскольку

[]

сум

σσ< , условие прочности выполняется.

МЕХАНИЗМ ПОДЪЕМА ГРУЗА

1.2. Механизм поворота крана

Механизм поворота крана служит для вращения металлокон-

струкции крана и груза и состоит из двух взаимосвязанных эле-

ментов: механизма вращения и опорно-поворотного устройства. В

современных конструкциях поворотная часть крана выполнена в

виде подшипника (подпятника) большого диаметра. Одно из колец

подшипника (внутреннее или наружное) крепят на неповоротной

раме крана, второе – на поворотной.

Механизм вращения может располагаться как на поворотной,

так и на неповоротной части крана и выполнен по стандартной ки-

нематической схеме: двигатель – тормоз – редуктор – приводная

шестерня. В кранах-штабелерах подвесного или опорного типа ме-

ханизм поворота размещается на кольцевой поворотной платформе.

На предприятиях пищевой промышленности для обслужива-

ния оборудования и аппаратов применяют консольные поворотные

краны. Наиболее часто используемые в этих кранах принципиаль-

ные схемы механизмов поворота приведены на рис. 1.17.

1.2.1. Выбор конструкций опор поворотной части

В стационарных кранах с вращающейся колонной (рис. 1.17, б)

и в настенных кранах (рис. 1.17, а), а также в верхних опорах ста-

ционарных кранов на неподвижной колонне следует использовать

радиальные сферические двухрядные подшипники качения, чтобы

избежать последствий перекосов колонны крана в опорах при мон-

таже. В качестве нижней опоры в стационарных кранах на непод-

вижной колонне используют обойму с горизонтальными роликами.

Подбор подшипников производится по статической грузо-

подъемности

> P

экв

. (1.51)

Эквивалентная нагрузка для опорных подшипников колонны

экв

= Р

прив

γ,

где γ = 0,8...0,92 – коэффициент эквивалентности.

Глава 1. ГРУЗОПОДЪЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА

Рис. 1.17. Основные схемы механизмов поворота

консольных кранов

Если опорно-поворотное устройство выполнено в виде ко-

лец большого диаметра (1…3 м) с телами качения, то диаметр

шариков или роликов определяют на основании теории кон-

тактных напряжений при допускаемых напряжениях, зависящих

от твердости и износостойкости материала беговых дорожек.

При выполнении колец из стали с повышенной твердостью до

47…55 HRC и стандартных шариках или роликах, допускаемое

напряжение для шариков σ

см

= 2250 МПа, для роликов σ

см

= 1500 МПа. Исходя из этого при диаметре шарика d

(м) и d

= l

(диаметр ролика равен его длине, м) можно определить пре-

дельно допустимые нагрузки (МН): на шарики Р

= 45 d

; на

ролики Р

= 30 d

1.2.2. Выбор привода и тормоза

Момент поворота Т

зависит от моментов: сил трения в опорах

(верхней и нижней), ветровой нагрузки рабочего состояния (если

кран работает на открытом воздухе) и сил инерции медленно по-

ворачивающихся частей крана, груза и вращающихся частей меха-

низма поворота.

Мощность двигателя

cкp

дв

пp п

ηψ

P =

(1.52)

МЕХАНИЗМ ПОВОРОТА КРАНА

где ω

кр

– угловая скорость крана; η

пр

– предварительное значение

КПД механизма; η

пр

= 0,8...0,9; если предполагается использовать в

механизме червячную передачу, то η

пр

= 0,75...0,85.

Привод механизма поворота может быть механический,

гидравлический или ручной. Передаточные механизмы пово-

ротных кранов разнообразны и включают: редукторы – червяч-

ные (не самотормозящие), цилиндрические, планетарные; от-

крытые передачи и муфты предельного момента. Общее переда-

точное число механизма вращения получается большим (поряд-

ка 200...1000), поэтому большинство механизмов вращения

включает червячный, волновой или планетарный редуктор и

открытую зубчатую пару с большим передаточным числом

(10...25). При большом диаметре вместо зубчатого выполняется

цевочное колесо; число зубьев шестерни для цевочного зацеп-

ления принимается 9...12.

Мощность выбранного электродвигателя должна быть больше

расчетной. Рекомендации по выбору типа двигателя рассмотрены

в разд. 1.1.3.

Передаточное число механизма разбивается на передаточные

числа редуктора u

и открытых ступеней u

от

. Принцип выбора ре-

дуктора (за исключением планетарных) тот же, что и в механизме

подъема груза.

Часто привод механизма поворота представляет собой блок,

состоящий из вертикального фланцевого двигателя и состыкован-

ного с ним планетарного редуктора с вертикальным тихоходным

валом, на конце которого насажена шестерня. В этот блок встроен

электромагнитный тормоз (см. прил. П7).

Открытую передачу обычно конструируют одноступенчатой.

Определение основных параметров открытой зубчатой передачи

проводиться по методике, известной из курса «Детали машин».

При встроенном в двигатель тормозе проверяется его тор-

мозной момент. Если окажется, что тормозной момент встроен-

ного тормоза меньше необходимого, то от данной схемы привода

следует отказаться. В этом случае выбирают унифицированный

вертикальный тормоз аналогично описанному в механизме подъ-

ема груза.

Глава 1. ГРУЗОПОДЪЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА

Поверочный расчет механизма поворота заключается в про-

верке времени разгона и торможения двигателя.

Допустимые время t

пуска двигателя и торможения t

для ме-

ханизма поворота определяют из рекомендуемого тормозного пу-

ти, соответствующего углу поворота стрелы β за время пуска

(торможения); β = 15° при группах режимов работы М1...М5;

β = 20° при группах режимов работы М6...М7; β = 30° при группе

режима работы М8:

= 60 β /(π n

), (1.53)

где n

– номинальная частота вращения стрелы, мин

-1

Замедления при торможении по абсолютному значению равны

ускорениям при пуске, а следовательно, моменты инерции и напря-

жения в элементах крана при пуске и торможении одинаковые.

1.3. Механизм передвижения

Механизмы передвижения делятся на две группы: двусторон-

ние, когда приводные колеса располагаются с обеих сторон грузо-

подъемной машины, и односторонние, когда приводные колеса

передвигаются по одному рельсу. К первой группе относятся, на-

пример, механизмы передвижения мостовых и козловых кранов и

их тележек. Вторая группа включает механизмы передвижения

консольных и велосипедных кранов, а также некоторые типы ба-

шенных кранов.

Двусторонние механизмы передвижения делят на трансмис-

сионные и механизмы с независимыми приводами.

Механизмы передвижения мостов могут быть с быстроходным

и тихоходным валами. При быстроходном вале электродвигатель 2

устанавливается на середине моста (рис. 1.18). На одном конце его

вала закрепляется шкив 1 тормоза. Два редуктора 6 при помощи ва-

лов-вставок 7 и зубчатых муфт 8 соединены с валами приводных

ходовых колес 9. Длинные быстроходные валы 4, отдельные секции

которых соединены муфтами 3, опираются на подшипники 5, уста-

новленные на металлоконструкции моста крана.

МЕХАНИЗМ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ

Такая конструкция имеет значительный недостаток, связанный

с необходимостью динамической балансировки валов-вставок.

Схема механизма передвижения моста с тихоходным валом

приведена на рис. 1.19. Вал электродвигателя 1 соединен муфтой 2

с выходным валом редуктора 3, установленным вместе с двигате-

лем на середине моста. Валы приводных ходовых колес 6 соеди-

нены с выходным валом редуктора тихоходным валом 4, концы

которого соединены зубчатыми муфтами 5. Шкив 7 тормоза уста-

навливается на втором конце вала двигателя.

Механизм передвижения с независимым приводом состоит из

двух частей, не соединенных между собой механической связью

(рис. 1.20). Каждая часть такого механизма имеет свой электро-

двигатель 1, тормоз 2 и редуктор 3, вал которого соединен с валом

одного или нескольких ходовых колес 4, расположенных с одной

стороны грузоподъемной машины. В настоящее время механизмы

с независимым приводом получают все большее применение в

грузоподъемных машинах различных типов.

Механизмы передвижения тележки, как правило, имеют цен-

тральный привод с тихоходным трансмиссионным валом. Пред-

почтительно расположение редуктора посередине между привод-

ными колесами. Число ходовых колес тележек зависит от грузо-

подъемности (до 160 т обычно четыре колеса).

1.3.1. Выбор диаметров ходовых колес,

цапф к ним и типа рельса

Вес крановых тележек можно принимать:

при легких и средних режимах (М1...М6)

= (0,25...0,35)G; (1.54)

при тяжелых и весьма тяжелых (М7 и М8)

= (0,4...0,5)G. (1.55)

Выбор колеса осуществляется из условия

ст max

≤ [F

к max

], (1.56)

где F

ст max

– максимальная статическая нагрузка на одно колесо;

Глава 1. ГРУЗОПОДЪЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА

Рис. 1.18. Механизм передвижения с быстроходным

трансмиссионным валом

Рис. 1.19. Механизм передвижения с тихоходным валом

Рис. 1.20. Механизм передвижения с независимым приводом

МЕХАНИЗМ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ

ст max

= (G

+ G)/n; (1.57)

n – число колес тележки; [F

к max

] – допустимая нагрузка на одно

колесо, приведенная ниже.

к max

], кН....................................... 25...50 50...100 100...200

Диаметр колеса D

х.к

, мм................ 200; 250 320; 400 400; 500

Типоразмер рельса......................... Р24 Р43; КР70 Р43; Р50; КР70

Для крановых тележек используются цилиндрические колеса,

опирающиеся на крановые рельсы.

Крановые ходовые колеса выполняют литыми из стали 40Л

или 55Л, двухребордными, чтобы избежать возможного схода те-

лежки или крана с рельсов. Ходовые колеса рассчитывают по кон-

тактным напряжениям в зоне контакта колеса с рельсом. Диамет-

ры цапф выбирают из расчета на изгиб, подшипник скольжения –

на удельное давление, подшипники качения – на статическую гру-

зоподъемность. При группах режимов работы М6–М8 рекоменду-

ется применять сферические роликоподшипники.

1.3.2. Определение сопротивлений

передвижению тележки и выбор привода

Для передвижения тележки необходимо преодолеть моменты

трения в цапфах ходовых колес, трения качения ходовых колес по

рельсам и трения реборд и ходовых колес о рельсы. Сопротивление

тдоп

х.к

2µ

() ,

WGG k

(1.58)

где G

и G – вес соответственно тележки и номинального груза;

µ – коэффициент трения качения колеса по рельсу; в проектных

расчетах можно принять µ = 0,4...0,5; f – приведенный коэффици-

ент трения в подшипниках колес; при использовании шариковых

и роликовых радиальных подшипников f = 0,15; k

доп

– коэффици-

ент дополнительных сопротивлений, определяемых в основном

трением реборд о головку рельса; при центральном приводе k

доп

= 2,5, при раздельном k

доп

= 1,1; D

х.к

– диаметр ходового колеса,

мм; d

– диаметр цапфы вала (оси) колеса.

Глава 1. ГРУЗОПОДЪЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА

Если проектируется механизм передвижения с неунифициро-

ванной сборочной единицей (колесная установка), то предвари-

тельно можно принять

= (0,20…0,25)D

х.к

. (1.59)

Необходимая мощность двигателя

ппр

дв

ψη

(1.60)

где v – скорость передвижения; η

пр

– предварительное значение

КПД механизма привода передвижения (η

пр

= 0,8...0,85); ψ

– от-

ношение среднего пускового момента двигателя к номинальному.

Выбор серии двигателя производится аналогично рекомендо-

ванному для механизма подъема.

Условия выбора типа двигателя следующие:

1) ПВ

дв

должна соответствовать ПВ механизма (указана в за-

даниях);

2) Мощность выбранного электродвигателя должна быть

больше расчетной.

В механизмах передвижения тележек, как правило, использу-

ют вертикальные крановые редукторы типов ВК, ВКУ-М, закреп-

ляемые на вертикальной плите, и типов ЦЗвк, ЦЗвкФ – навесные

[13, 14]. Выбор типоразмера редуктора осуществляется по методи-

ке, изложенной для механизмов подъема груза.

После выбора редуктора и расчета открытой зубчатой переда-

чи (если она имеется в кинематической схеме привода) необходи-

мо определить фактическое передаточное число u

мех

, действитель-

ную скорость передвижения v

пер

и фактический КПД механизма

мех

. После определения η

мех

следует уточнить значение мощности.

1.3.3. Проверка электродвигателя на время

разгона и торможения

Фактическое время пуска двигателя определяется из условия от-

сутствия пробуксовывания ведущих ходовых колес тележки во время

МЕХАНИЗМ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ

разгона тележки с грузом. Рекомендуемое время разгона t

≤ 6 с. По

найденному времени разгона следует вычислить среднее ускорение

()

;м/с5,060/

≤= tvа ; (1.61)

= v/a

max

, (1.62)

где максимально допустимое ускорение тележки

()

2,1

х.к

доп

х.к

пр

max

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

+µ−

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

(1.63)

пр

– число приводных ходовых колес; n

– общее число ходовых

колес; ϕ – коэффициент сцепления ходового колеса с рельсом; для

кранов, работающих в закрытом помещении, ϕ = 0,2.

Если условие а ≤ а

mах

не выполняется, то выбирают двигатель

меньшей мощности. Повторная проверка не требуется.

Согласно правилам Госгортехнадзора РФ тормоза в механиз-

мах передвижения тележек нужно устанавливать при скорости пе-

ремещения тележки по рельсовому пути более 0,53 м/с.

Время торможения должно быть примерно равно времени

пуска: t

≈ t

. Если время торможения получается значительно

больше времени разгона, то необходимо увеличить расчетный

тормозной момент путем регулировки замыкающей пружины тор-

моза или выбора тормоза большего типоразмера.

1.3.4. Пример расчета механизма передвижения

Задание. Рассчитать механизм передвижения тележки мосто-

вого крана (по исходным данным примера разд. 1.1.7). Скорость

передвижения тележки v = 0,5 м/с.

1. Выбор диаметра ходовых колес. Вес тележки при группе

режима работы М6 по (1.54)

= (0,25...0,35) 70 = 17,5...24,5 кН.

Принимаем вес тележки G

= 20 кН.

Глава 1. ГРУЗОПОДЪЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА