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

Подождите немного. Документ загружается.

Диаметр колеса выбираем из условия (1.56), где F

стmах

нахо-

дим из (1.57) при числе колес тележки n = 4, допустимой нагрузке

на одно колесо [F

кmax

] = 25 кН;

.кН5,22

7020

стmax

Выбираем ходовое колесо диаметром D

х.к

= 200 мм.

2. Определение сопротивлений передвижению тележки.

Сопротивление передвижению тележки мостового крана рассчи-

тываем по формуле (1.58), приняв коэффициент трения качения

колеса по рельсу µ = 0,4 мм, коэффициент трения в подшипниках

колес f = 0,15 и коэффициент дополнительных сопротивлений

доп

= 2,5 (центральный привод на ходовые колеса), при расчетном

диаметре цапф колес d

= (0,2…0,25) 200 = 40…50 мм, d

= 45 мм:

()

.кН5,85,2

200

4515,04,02

7020 =

⋅+⋅

+=W

3. Определение мощности двигателя. При предварительно

принятом значении КПД привода η

пр

= 0,85 и кратности средне-

го пускового момента двигателя по отношению к номинальному

≈ 2,5, требуемая мощность электродвигателя по формуле

(1.60)

.кВт2

5,285,0

5,05,8

дв

⋅

=Р

Выбираем крановый закрытый обдуваемый электродвигатель

с короткозамкнутым ротором МТКF 012-6 мощностью P

дв

= 2,7 кВт, частотой вращения n

дв

= 835 мин

–1

(при ПВ = 25 %).

4. Выбор редуктора. Частота вращения ходовых колес

.мин7,47

2,014,3

х.к

⋅

МЕХАНИЗМ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ

Требуемое передаточное число редуктора по формуле (1.31)

.5,17

7,47

835

р.тр

==и

Выбираем редуктор типоразмера Ц2У-160-16-12К-1-У2 (см.

прил. П3.3) с передаточным числом u

= 16.

Фактическая скорость тележки при

.м/с0,54м/мин8,322,02,5214,3

мин2,52

835

х.кк.фф

дв

к.ф

==⋅⋅=π=

===

Dnv

Уточняем значение мощности электродвигателя

.кВт18,2

5,285,0

54,05,8

дв.ф

⋅

=Р

5. Проверка электродвигателя на время разгона. Макси-

мально допустимое ускорение тележки рассчитываем по (1.63) ис-

ходя из условия, что кран работает в закрытом помещении (коэф-

фициент сцепления ходового колеса с рельсом ϕ = 0,2) и число

приводимых ходовых колес n

пр

= 2:

()

.м/с52,081,9

200

5,2

4515,04,02

200

15,0

2,1

2,0

max

⎥

⎦

⎤

⎢

⎣

⎡

⋅+⋅−

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

+=a

Минимально необходимое время пуска двигателя при полу-

ченном а

max

по (1.62)

= 0,54 / 0,52 = 1,04 с.

Принимаем фактическое время разгона массы тележки и груза

= 2 c (рекомендуемое t

= 6 с) и определяем среднее ускорение

по (1.61):

32,8 /(60 2) 0,27 м/с .а =⋅=

Найденное значение ускорения меньше допустимого [а] =

= 0,5 м/с

, следовательно, условие соблюдается.

Глава 1. ГРУЗОПОДЪЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА

6. Определение тормозного момента и подбор тормоза. Со-

гласно правилам Госгортехнадзора РФ тормоза в механизмах пе-

редвижения тележек нужно устанавливать при скорости переме-

щения тележки по рельсовому пути более 0,53 м/с. При v =

= 0,485 м/с тормоз устанавливать не нужно.

1.4. Механизм изменения вылета стрелы

Изменение вылета стрелы осуществляется:

1) перемещением грузовой тележки по горизонтальному или

наклонному поясу фермы стрелы;

2) изменением наклона стрелы крана в вертикальной плос-

кости;

3) выдвижением отдельных секций телескопически раздвиж-

ной стрелы;

4) изменением взаимного расположения отдельных секций

шарнирно-сочлененной стрелы.

При первом способе (рис. 1.21) тележка 1 включается в

замкнутую ветвь каната или цепи 2, приводимую в движение от

канатоведущего блока 3 (силой трения) или от цепной звездоч-

ки (посредством зацепления). Блок или звездочка вращаются от

Рис. 1.21. Схема поворотного крана с механизмом изменения

вылета при помощи тележки с канатной тягой

МЕХАНИЗМ ИЗМЕНЕНИЯ ВЫЛЕТА СТРЕЛЫ

тягового колеса 4 через соответствующую передачу вручную

или от электродвигателя. Канат 5 для подъема груза огибает

блоки 6 на тележке и подвижный блок 8 в крюковой обойме;

одним концом канат крепится к ферме (крепление 7), а другим –

наматывается на барабан механизма подъема груза. Механизм

подъема является совершенно самостоятельным, и подъем груза

может осуществляться независимо от того, движется тележка

или стоит неподвижно. Такой механизм изменения вылета ана-

логичен механизму передвижения.

В заданиях на курсовой проект в качестве механизма измене-

ния вылета принят механизм с канатным полиспастом, который по

конструкции аналогичен механизму подъема груза. Он включает

двигатель, редуктор, полиспаст, тормозное устройство.

Определение скорости навивки каната. Скорость изменения

вылета определяется как средняя скорость горизонтального пере-

мещения концевого блока стрелы от L

min

до L

max

за время, которым

необходимо задаться (рис. 1.22).

Предварительно взяв по чертежу расстояние между концом

стрелы и осью направляющего блока соответственно для нижнего

и верхнего l

положений стрелы, рассчитывают среднюю ско-

рость каната

c.к

= l

c.к

/t, (1.64)

где l

c.к

– длина наматываемого каната, равная ходу полиспаста:

c.к

= u

– l

); t – время перевода стрелы из положения наимень-

шего вылета в положение наибольшего вылета; u

– кратность

стрелового полиспаста.

Расчет сил и выбор каната. Расчетными нагрузками на

стреловой полиспаст являются веса поднимаемого груза и стре-

лы, ветровые нагрузки и силы инерции груза и стрелы, возни-

кающие при вращении поворотной части крана. Натяжение в по-

лиспасте F

определяют в положении стрелы, соответствующем

max

, и рассчитывают из условия равновесия всех сил, действую-

щих на стрелу. Моменты сил вычисляют относительно шарнира

стрелы (точки 0). Натяжение в полиспасте только от веса стрелы

и груза

Глава 1. ГРУЗОПОДЪЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА

,cos

cos

α+α=

GF (1.65)

где G и G

– вес соответственно поднимаемого груза и стрелы;

– длина стрелы (расстояние 0А); h – плечо действия силы в по-

лиспасте (длина перпендикуляра к оси полиспаста, опущенного

из точки 0); α – угол наклона стрелы при наибольшем вылете;

α = 12…20°.

Наибольшее натяжение каната на барабане по аналогии с

формулой (1.1) для механизма подъема

max

= F

/(u

где u

и η

– соответственно кратность и КПД стрелового полиспа-

ста; η

– КПД направляющего блока.

Выбор каната осуществляется в соответствии с разд. 1.1.1.

Выбор привода. Мощность двигателя при установившемся

движении определяется исходя из натяжения стрелового каната и

Рис. 1.22. Схема к расчету механизма изменения вылета шарнирно-

сочлененной стрелы, состоящей из отдельных секций

МЕХАНИЗМ ИЗМЕНЕНИЯ ВЫЛЕТА СТРЕЛЫ

min

A’

скорости его навивки на барабан. Условие выбора типа двигателя

приведены в разд. 1.1.3.

Расчет тормозного момента и выбор тормоза. Коэффициент

запаса торможения принимается K

= 1,75. Кроме того, тормоз

должен быть проверен на удержание стрелы в любом ее положе-

нии при ветре в нерабочем состоянии крана (при отсутствии гру-

за). В этом случае коэффициент запаса торможения должен быть

не менее K

≥ 1,25.

1.5. Металлоконструкции грузоподъемных машин

Металлоконструкции современных грузоподъемных машин

изготовляют, как правило, сварными из стальных листов, сортово-

го (полос, прутков, квадратов) и фасонного (уголков, швеллеров,

двутавров) прокатов, труб, гнутых профилей различных сечений.

Металлоконструкции грузоподъемных машин по схемам на-

гружения разделяют на мостовые (краны мостового типа) и кон-

сольные (краны стрелового типа).

К мостовым схемам относятся металлоконструкции мостовых

и козловых кранов, а также мостовых перегружателей. Основными

расчетными элементами у них являются пролетное строение (мост

крана), концевая балка и опоры.

К консольным схемам относятся металлоконструкции стрело-

вых стационарных и передвижных кранов (краны на колонне, кра-

ны-укосины, судовые, мачтовые, башенные, портальные и др.).

Основными расчетными элементами у них являются стрела, ко-

лонна (башня, мачта), опорная рама, каркас, портал. На башенных

кранах применяют прямые стрелы решетчатой, коробчатой и

трубчатой конструкции.

При расчете металлоконструкции учитываются все дейст-

вующие на нее нагрузки: постоянные и подвижные, инерционные

в вертикальной и горизонтальной плоскостях, ветровые, перенос-

ные, скручивающие, монтажные, транспортные и особые нагрузки,

учитывающие специфические условия эксплуатации грузоподъем-

ной машины [5, 16].

Глава 1. ГРУЗОПОДЪЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА

Элементы металлоконструкции рассчитывают на прочность,

устойчивость и выносливость. Определив действующие на метал-

локонструкцию крана нагрузки, составляют расчетную схему на-

гружения крана, на которой указывают точки приложения, значе-

ния и плечи действия нагрузок.

Расчленив схему нагружения на простые балки, стойки, рамы

(с учетом действующих на них сил), составляют расчетные схемы

соответствующих элементов металлоконструкции (балок, опор,

стрелы, рамы, порталов и др.).

Расчет выполняют по методу допускаемых напряжений или

предельному состоянию, при этом допускаемые напряжения или

расчетные сопротивления назначаются в зависимости от марки

стали, из которой изготовляется металлическая конструкция. Мар-

ка стали назначается в зависимости от условий эксплуатации кра-

на (температуры рабочей среды, режима работы). Для металлокон-

струкций грузоподъемных машин сталь должна быть пластичной,

иметь высокие пределы прочности, выносливости, хладноломко-

сти и обладать малой склонностью к старению, должна хорошо

свариваться.

При этом рекомендуется такая последовательность выполне-

ния расчетов.

1. С учетом опыта конструирования и анализа известных тех-

нических решений выбирают и обосновывают принципиальную

схему металлоконструкции.

2. Выполняют проектный расчет:

после выбора материала конструкции определяют расчетные

сопротивления основного металла, сварных швов и болтовых со-

единений;

составляют расчетные схемы приложения вертикальных

нагрузок, действующих на металлоконструкцию при работе

механизма подъема груза и определяют их значения;

определяют силы в несущих элементах конструкции графиче-

ски (построением диаграммы Кремоны) или аналитически (спосо-

бом Риттера). При этом для каждого элемента рассматривают наи-

более неблагоприятный случай приложения нагрузок. Построив

эпюры силовых факторов (изгибающих моментов, продольных и

МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИИ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН

поперечных сил, скручивающих моментов), выявляют наиболее

нагруженные (опасные) сечения;

по расчетному значению радиуса инерции сечения стержня

определяют оптимальные (по условию минимальности веса) раз-

меры поперечных сечений несущих элементов и выбирают по

стандартам и нормалям фактические геометрические характери-

стики;

проверяют выбранное сечение на прочность, статическую и

динамическую жесткость, устойчивость по силе, сжимающей

стержень.

При уточненном расчете производят проверку несущей спо-

собности конструкции.

3. Выполняют конструктивную разработку металлоконструк-

ции, проверяют прочность соединений элементов расчетом свар-

ных швов, монтажных стыков и других соединений.

Исследование несущей способности конструкции, выбор ра-

циональных параметров ее элементов на стадиях разработки эс-

кизного и рабочего проектов целесообразно выполнять на основе

математического моделирования, которое позволяет в результате

многовариантного расчета в короткие сроки изучить влияние раз-

личных факторов на параметры конструкции и найти их опти-

мальные технико-экономические значения.

Расчет даже несложных машиностроительных конструкций

является весьма трудоемкой задачей, так как при этом необходимо

решать систему уравнений с десятками, а иногда и сотнями неиз-

вестных, что возможно только на ЭВМ. При расчете и проектиро-

вании балочных элементов конструкций удобно воспользоваться

системами автоматизированного проектирования, например

АРМ Win Beam, Win Frame 3D, Win Structur 3D.

Сварные соединения конструкций должны быть равнопроч-

ными с основным материалом. В связи с этим ручную сварку эле-

ментов из малоуглеродистой стали нужно проводить электродами

марки не ниже Э42-А, а полуавтоматическую и автоматическую –

электродной проволокой Св-08А под слоем флюса. Для сварки

конструкций из низколегированных сталей применяют электроды

марки не ниже Э50-А и электродную проволоку марки Св-08ГА.

Глава 1. ГРУЗОПОДЪЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА

Конструктивные элементы и типы швов сварных соединений

должны соответствовать действующим стандартам, например

ГОСТ 5264–80 при ручной дуговой сварке, ГОСТ 8713–79 при по-

луавтоматической и автоматической сварке под флюсом и т.п.

Монтажные соединения рекомендуется выполнять на высоко-

прочных или чистых болтах.

1.6. Устойчивость кранов

Краны должны быть устойчивы при всех возможных случаях,

как во время работы, так и в перерывах. В некоторых кранах ус-

тойчивость обеспечивается расположением центра тяжести крана

достаточно низко между опорами (мостовые краны), в других –

конструкцией опор (консольные, стационарные консольно-

поворотные с вращающейся колонной). Существует большая

группа кранов, которые нуждаются в уравновешивании либо для

предотвращения опрокидывания (различные типы передвижных

кранов), либо для улучшения (облегчения, удешевления) конст-

рукции (стационарные консольно-поворотные краны с невращаю-

щейся колонной, краны на поворотном круге). Применяя противо-

весы у этих кранов, удается увеличить полезную грузоподъем-

ность при небольшом вылете стрелы, уменьшить базу ходовых

колес, момент, изгибающий колонну, и улучшить условия работы

фундамента.

Вес противовеса выбирают исходя из максимально возможной

разгрузки колонны крана от изгибающего момента. Для этого мо-

мент, изгибающий колонну при номинальной нагрузке крана,

должен быть равен по значению и противоположен по знаку мо-

менту, изгибающему колонну разгруженного крана (рис. 1.23):

(

)

прмпрмгр

aGbGaGbGLG −−=−+ (1.66)

Откуда вес противовеса

мгр

пр

bGLG

(1.67)

УСТОЙЧИВОСТЬ КРАНОВ

Рис. 1.23. Схема для определения веса противовеса

Приняв плечо а из конструктивных соображений, определяют

необходимый вес противовеса.

Для безопасной работы передвижных поворотных кранов не-

обходимо обеспечивать невозможность опрокидывания. Проверка

кранов на устойчивость производится как при рабочем положении

крана с грузом (грузовая устойчивость), так и при положении кра-

на без груза (собственная устойчивость) в условиях, когда дейст-

вующие на кран нагрузки имеют наиболее неблагоприятное соче-

тание в отношении опрокидывания крана.

Правилами Госгортехнадзора РФ предусмотрена нормативная

устойчивость, определяемая коэффициентом устойчивости. Коэф-

фициент грузовой устойчивости

,15,1

гр

вик

≥

−−

∑∑

MMM

(1.68)

где М

– момент, создаваемый весом частей крана и противовеса

относительно линии (ребра) опрокидывания с учетом возможного

угла наклона пути;

и и .гр и.к

ММ М∑= +

– суммарный момент отно-

сительно того же ребра опрокидывания, создаваемый силой инер-

ции груза М

и.гр

(при вращении, торможении в процессе опускания

и торможении при поступательном движении крана) и силой

Глава 1. ГРУЗОПОДЪЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА