Конструирование мостового однобалочного крана

 

 

3. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ.

 

3.1. Расчет механизма  подъема.

Исходные данные:

Масса груза mгр = 1600 кг;

Скорость подъема груза vгр= 0,25 м/с;

Высота подъема груза Н = 10 м;

Рисунок 9. Схама механизма подъема: а- схема полиспаста; б – схема привода.

 

Из рисунка следует, что ап=2, zк=1, t=0.

1. Вес груза:

Q = mгр × g = 1600×9.81=15696 Н = 15,7 кН;

2. Натяжение каната на барабане при подъеме:

3.  Натяжение каната на барабане при опускании:

где hбл-КПД блока.

4. – КПД полиспаста при подъеме:

5. Выбираем канат:

Где zр – запас прочности. Для режима 4 М zр= 5.

 

По каталогу выбираем канат ЛК-Р-6´19+10.с (ГОСТ 2688-80) с параметрами 8,3 - Г-Н-1960 с Fразр=40 кН.

6. Мощность электродвигателя:

где hм=0,85 – КПД механизма подъема.

Требуемая мощность электродвигателя для стандартной продолжительности включения:

По каталогу выбираем электродвигатель МТF 211-6 с параметрами:

Мощность при ПВ = 25% - 9 кВт;

Частота вращения вала электродвигателя n = 915 об/мин;

Момент инерции ротора Iр=0,115 кг×м2.

7.Диаметр и дина барабана, диаметр  блоков:

Dб= h1×d1=20×8,3 = 166 мм.

Принимаем Dб= 200 мм;

Длина барабана:

где Lк=Н×ап= 10×2=20 м=20×103мм;

t=1.1×8,3=9,13@10мм-шаг навивки;

мм;

8.Требуемое передаточное отношение  редуктора:

где nб – частота вращения барабана механизма подъема.

По каталогу выбираем редуктор Ц2-300 с передаточным отношением U = 19,88 и передаваемой мощностью Р = 20,6 кВт.

9. Расчет соединительной муфты.

Расчетный момент на муфте:

Мр= Мдв× к1×к2;

где Мдв – крутящий момент на валу электродвигателя;

Мдв=9550×Рдв/nдв=9550×9/915=93,9 Н×м;

к1=1,3 – коэффициент ответственности узла.

к2 = 1,2 – для режима 4 М.

Мр= 93,9× 1,3×1,2= 146,5 Н×м;

Выбираем шкив-муфту МУВП-4.

10. Расчет тормоза:

Расчетный тормозной момент

Мт= Мст×k;

Где k – коэффициент запаса торможения. Для режима 4М k=1,75;

Мст- статический момент при торможении;

Мт= 66,5×1,75= 116,2 Н×м;

Выбираем тормоз ТКГ – 200 с тормозным моментом 294 Н×м и регулируем его на момент 120 Н×м.

 

11. Проверка электродвигателя на нагрев.

Проверку двигателя на нагрев проведём по эквивалентному крутящему моменту из условия:

ТЭ  < Тдв.н.;

Где ТЭ – эквивалентный крутящий момент;

Тдв.н.- номинальный крутящий момент на валу электродвигателя.

Тдв.н.= 44,2 Н×м.

где Тст.под, Тст.оп – статический момент при подъеме и опускании j-го груза.

tр.j. – время разгона при работе с j –м грузом.

tу.под., tу.оп. – время установившегося движения при подъеме и опускании.

где Uм=Uр×ап = 19,88×2 = 39,76 – передаточное отношение механизма подъёма;

Принимаем, что за цикл работы производится 10 подъёмов-опусканий груза, тогда

Q1 = Qн = 15696 Н – 2 раза;

Q2 = 0,5Qн = 7848 Н – 3 раза;

Q3 = 0,095Qн = 3060  Н – 3 раза;

Q3 = 0,05Qн = 784,8 Н – 2 раза;

 

 

 

Таблица 2. Результаты расчета.

Параметр	Значение
	1Q		0,5Q		0,195Q		0,05Q
	Подъём	опускание	Подъём	опускание	Подъём	опускание	Подъём	опускание
Qj , Н	15696		7848		3060		784,8
hj, кН	0,88		0,52		0,4		0,32
Тст.j, Нм	44,8	34,7	37,9	10,26	19,24	3,07	6,17	0,63
Jгр.j, кг м2	0,0115		0,0097		0,0049		00,0016
Jмех.j, кг м2	0,1831		0,1813		0,1765		0,1732
tр.j , с	0,1168	0,0763	0,1106	0,0516	0,0962	0,0854	0,0878	0,0848
tу.j , с	24,9	20,99	24,9	20,99	24,9	20,99	24,9	20,99

 

Время разгона при подъёме и опускании:

где wдв.п.= wдв = p×n/30 = 3.14×915/30 = 95,77 с-1;

wдв.о.= 2wс - wдв = 2×104,7 – 95,77 = 121.48 с-1;

где wс = 2×p×f/Р = 2×3,14×50/3=104,7 с-1;

здесь Р = 3 – число полюсов электродвигателя.

ТП.СР. = 195 Н м – пусковой момент двигателя;

где , - моменты инерции муфты и тормозного шкива;

g = 1,15…1,2 - коэффициент, учитывающий момент инерции вращающихся частей.

Время установившегося движения при подъёме и опускании:

Где

НСР = 5…7 м – средняя высота подъема [1].

               

               

Окончательно рассчитываем эквивалентный момент:

Заданное условие выполняется, следовательно, двигатель перегреваться не будет.

 

3.2 РАСЧЕТ МЕХАНИЗМА ПЕРЕДВИЖЕНИЯ  КРАНА.

 

Исходные данные:

Mгр = 3200 кг;

Vкр= 0,6 м/с;

Lк = 12 м;

1. Определяем максимальные реакции на ходовых колесах мостового крана:

;

где Gкр – вес крана. Gкр – ориентировочно можно определить по формуле:

Gкр = 0,12 Q × Lк = 0,12×31392×12 = 45204 кН;

Z = 4 – число ходовых колес;

;

По максимальным реакциям подбираем двухребордные колеса:

К2РП-200-3 ОСТ24.090.09.-75. С диаметром Dхк = 200мм;

2. Определение сопротивления передвижению.

Полное сопротивление передвижения крана можно определить зависимостью:

W = Wт + Wукл +  Wв;

Где Wт – сила сопротивления, действующая на ходовых колесах;

Wукл = 0 – сила сопротивления от уклона,

  Wв- сила сопротивления от ветровой нагрузки;

;

где m - коэффициент трения качения; для рельс с плоской головкой и диаметра ходового колеса 200 мм  m=0,05 см.

f – приведенный коэффициент трения в подшипниках ходового колеса; Для радиальных шариковых подшипников f = 0,015.

d – диаметр цапфы подшипника.

d » 0,2…0,3 Dхк. = 0,05= 50мм;

Н;

3. Мощность двигателя, необходимая  для обеспечения движения со  скоростью v.

;

где с- количество двигателей в механизме передвижения;

кВт;

Выбираем электродвигатель 4АМ71В8У3 с мощностью Р=0,25кВт и частотой вращения n = 680 об/мин.

Момент инерции вала электродвигателя I = 0.0045 кг×м2

Передаточное число привода:

;

Выбираем редуктор Ц2-200 с передаточным числом U=12,41 и передаваемой мощностью 4,3 кВт.

4. Проверяем механизм передвижения  на возможность проскальзования  колес при пуске.

Условие, определяющее отсутствие буксования имеет вид:

;

-сцепной вес крана.

где kсц – коэффициент запаса сцепления, при нормальной работе без ветровой нагрузки принимается равным 1,2.

W-Wпр – сила сопротивления передвижению без учета трения в цапфах приводных колес.

j - коэффициент сцепления, для кранов, работающих в помещении       j =0,2.

После преобразования получим максимально допустимое значение ускорения при пуске, при котором обеспечивается заданный запас сцепления:

;

м/с2;

По найденному значению максимально допустимого ускорения найдем минимальное время пуска (в предположении линейной зависимости развития скорости во времени):

с;

Так как для разгона механизма передвижения при работе крана без груза требуется меньшая мощность, то максимально допустимое значение пускового момента следует определять при отсутствии груза.

;

где М’c – момент сопротивления передвижения крана без груза.

Н×м;

Фактический пусковой момент на валу электродвигателя:

Н×м;

Условие выполняется, следовательно, пробуксовки ходовых колес не будет.

5. Подбираем тормоз.

Максимально допустимое замедление при торможении:

;

 м/с2

 По найденному значению максимально  допустимого замедления найдем  минимальное время торможения:

с;

Необходимый момент торможения при движении крана без груза:

;

где М’c – момент сопротивления передвижения крана без груза.

После преобразований получим:

Выбираем тормоз ТКТ-100 и настраиваем его на момент 5 Н×м.

3.3. РАСЧЕТ МЕХАНИЗМА ПЕРЕДВИЖЕНИЯ  КРАНОВОЙ ТЛЕЖКИ.

1. Определяем максимальные реакции на ходовых колесах крановой тележки (рисунок 11):

Вертикальная реакция на каждом колесе:

Н;

Н;

По максимальным реакциям подбираем безребордные колеса:

К1РП-200-3 ОСТ24.090.09.-75. С диаметром Dхк = 200мм;

2.Определение сопротивления передвижению.

Полное сопротивление передвижения крана можно определить зависимостью:

W = Wт + Wукл +  Wв;

Где Wт – сила сопротивления, действующая на ходовых колесах;

Wукл = 0 – сила сопротивления от уклона,

  Wв- сила сопротивления от ветровой нагрузки;

Сучетом сопротивления от боковых колес, можно записать:

;

При

;

где m - коэффициент трения качения; для рельс с плоской головкой и диаметра ходового колеса 200 мм  m=0,03 см.

f – приведенный коэффициент трения в подшипниках ходового колеса; Для радиальных шариковых подшипников f = 0,015.

d – диаметр цапфы подшипника.

d » 0,2…0,3 Dхк. = 0,25×200=100мм;

Н;

3. Мощность двигателя, необходимая  для обеспечения движения со  скоростью v.

;

где с- количество двигателей в механизме передвижения;

кВт;

Выбираем электродвигатель 4АМ71В8У3 с мощностью Р=0,25кВт и частотой вращения n = 680 об/мин.

Момент инерции вала электродвигателя I = 0.0045 кг×м2

Передаточное число привода:

;

Выбираем редуктор ВКН-320 с передаточным числом U=16 и передаваемой мощностью 5,3 кВт.

4. Проверяем механизм передвижения  на возможность проскальзования  колес при пуске.

Условие, определяющее отсутствие буксования имеет вид:

;

-сцепной вес крана.

где kсц – коэффициент запаса сцепления, при нормальной работе без ветровой нагрузки принимается равным 1,2.

W-Wпр – сила сопротивления передвижению без учета трения в цапфах приводных колес.

j - коэффициент сцепления, для кранов, работающих в помещении       j =0,2.

После преобразования получим максимально допустимое значение ускорения при пуске, при котором обеспечивается заданный запас сцепления:

;

м/с2;

По найденному значению максимально допустимого ускорения найдем минимальное время пуска:

с;

Так как для разгона механизма передвижения при работе крана без груза требуется меньшая мощность, то максимально допустимое значение пускового момента следует определять при отсутствии груза.

;

где М’c – момент сопротивления передвижения крана без груза.

Н×м;

Фактический пусковой момент на валу электродвигателя:

Н×м;

Условие выполняется, следовательно, пробуксовки ходовых колес не будет.

5.  Так как фактическая скорость  передвижения крановой тележки  меньше, чем 0,5 м/с, то тормоз подбирать  нет необходимости.