Расчет башенного крана

Содержание

ВВЕДЕНИЕ 2

Исходные  данные 3

1 Расчет и  проектирование механизма подъема  груза. 4

1.2.  Выбор  схемы лебедки 5

1.3. Выбор  крюковой подвески 5

1.4. Выбор каната, блоков, полиспаста 6

1.5. Выбор  типа и расчет основных параметров  барабана 7

1.6. Выбор  электродвигателя, передачи, муфт 12

1.7. Выбор  тормоза 15

2 Расчет и  проектирование  механизма передвижения  крана. 18

2.1 Выбор кинематической схемы. 18

2.2 Определение  статических нагрузок на ходовые  колеса. 18

2.3. Выбор  колес, колесных установок и  рельсов 20

2.4. Определение  сопротивлений передвижению крана 21

2.5. Выбор  двигателя, передачи, муфт 24

2.6. Выбор  тормоза 26

Список использованной литературы 29

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Грузоподъемные машины  -  высокоэффективное средство комплексной  механизации и автоматизации  подъемно-транспортных, погрузочно-разгрузочных и складских работ. Применение таких  машин уменьшает объем использования  тяжелых ручных операций и способствует резкому повышению производительности труда. Автоматизация грузоподъемных машин позволяет включить ее в  поточную линию, а универсальность  использования – сделать составным  элементом гибкого автоматизированного  производства.

Грузоподъемные машины перемещают по пространственной трассе штучные  и сыпучие грузы, монтируют крупноблочные  промышленные и жилые здания, устанавливают  и монтируют оборудование промышленных предприятий, подают различные строительные материалы к месту их укладки, производят погрузочно-разгрузочные операции на складах строительных материалов, обслуживают производственные процессы в ремонтных и других цехах. Грузоподъемные машины являются машинами прерывного, (циклического) действия. В их рабочем  цикле периоды действия перемежаются с паузами.

Башенные  краны  перемещают  грузы  по  сложным  пространственным  траекториям. Благодаря  стреле, закрепленной  в  верхней  части  башни, они  имеют  большое  подстреловое  пространство, в котором размещается возводимое  здание  или сооружение.

 

 

Исходные данные:

Таблица 1.1 Исходные данные

№ п/п	Параметры	Значение
1	Тип крана	Башенный
2	Грузоподъемность, кН	50
3	Длина пролета (вылет), м	20
4	Высота подъема, м	40
5	Скорость подъема груза, м/с	0,6
6	Скорость передвижения крана, м/с	0,8
7	Скорость передвижения грузовой тележки (вылета), м/с	0,7
8	Вес крана, Т	28
9	Вес грузовой тележки, т	0,3
10	Группа режимов	1м
11	ПВ %	25

 

 

1 Расчет и проектирование механизма подъема груза.

Механизм подъема груза  с электроприводом состоит из электродвигателя, передаточного механизма, барабана, соединительных муфт, тормоза, опорных узлов, трособлочной системы, крюковой подвески или грузозахватного органа. Особенности механизмов подъема отдельных кранов заключаются в различии типа, типоразмера и компоновки названных узлов.

1.1 Выбор схемы запасовки грузового каната

Выбор схемы производится на основе анализа всех возможных  для данного крана схем. При  этом необходимо стремиться к тому, чтобы схема была простой, имела  небольшую длину каната, минимальное  число перегибов и, в то же время, отвечала требованиям работоспособности, надежности, безопасности.

Рис. 1.1. Схемы запасовки  грузовых  канатов: а, б, в – с одинарным, 2-х, 3-х и 4-х кратным полиспастом; г, д, е - сдвоенным 2-х, 3-х, и 4-х кратным полиспастом

 

Выбирается схема запасовки каната с одинарным 2-х кратным полиспастом.

1.2.  Выбор  схемы лебедки

Выбирая кинематическую схему, нужно стремиться к тому, чтобы  она была наиболее простой, компактной и имела минимально необходимое  количество элементов и в то же время отвечала существующим требованиям.

Рис. 1.2. Кинематические схемы механизма  подъема груза

Для рассчитываемого узла принимается кинематическая схема  согласно рис. 1. 2 пункт б.

      (1.1)

где D_бар - наибольший диаметр барабана;

 D_эл - наибольший габарит электродвигателя по ширине;

 z - расстояние между осями входного и выходного валов редуктора.

1.3. Выбор крюковой  подвески

Крюковые подвески служат для соединения грузозахватного  органа с канатом.

Грузозахватные органы предназначены  для захвата (застропки), надежного удержания, ориентирования и освобождения (отстропки) грузов при производстве погрузочно-разгрузочных операций.

По указанной в задании  грузоподъемности принимается крюковая подвеска 1-5-406 [1, c.279]

Таблица 1.2 Характеристики крюковой подвески

№ п/п	Характеристики	Значение
1	Типоразмер	1-5-406
2	Диаметр блоков, мм	406
3	Диаметр каната, мм	14…17
4	Грузоподъемность, кН	50
5	Режим работы	Л, С
6	Масса, кг	70,6

1.4. Выбор каната, блоков, полиспаста

Канаты предназначены  для подъема, опускания, удерживания  и перетягивания груза. Канаты бывают пеньковые, хлопчатобумажные, синтетические и стальные

Типоразмер каната определяется его диаметром и выбирается по справочникам в зависимости от разрывного усилия

(1.2)

где S_р - расчетное разрывное усилие каната;

 К - наименьший коэффициент запаса прочности, регламентируемый Правилами Госгортехнадзора; К = 3,35

S_max - максимальное рабочее натяжение ветви каната, навиваемой на барабан.

         (1.3)

где G_гр - вес поднимаемого груза; G_гр = 50кН

G_под - вес грузозахватного органа;

i_пол - кратность полиспаста; i_пол = 4

 h_пол - коэффициент полезного действия полиспаста; h_пол= 0,97

 а - число ветвей каната, навиваемых на барабан; а=1.

 

 

Выбирается канат ЛК З 6×19(1+6+6/6)+1 о.с. по ГОСТ 2688-80, диаметр 14 мм, маркировочная группа 1470 МПа.

Диаметр направляющих блоков по средней линии навиваемого  каната  принимают согласно правил устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов из соотношения

       (1.4)

где  D_бл - диаметр блока по средней линии навиваемого каната;

d_к -  диаметр каната;

 I - коэффициент, зависящий от выбора диаметра блока, I = 18

 

Принимаются стальные блоки  D_бл =320 [1.  с.287]

1.5. Выбор типа  и расчет основных параметров  барабана

Барабаны - это элементы грузоподъемных машин служащие для наматывания  гибкого органа и преобразования вращательного движения привода  в поступательное движение груза. Канатные барабаны по форме внешней поверхности  разделяют на цилиндрические, конические и коноидальные. Наибольшее распространение получили цилиндрические барабаны. Гладкие барабаны применяют для многослойной навивки каната при больших высотах подъема груза и необходимости уменьшить длину барабана по условиям компоновки. Однако у канатов, наматываемых на гладкие барабаны, появляются большие контактные напряжения в местах касания, происходит сплющивание каната при намотке в несколько слоев, что значительно снижает срок их службы. Поэтому на практике наибольшее распространение получили нарезные барабаны. Канавки их могут быть мелкими или глубокими. Мелкие канавки предпочтительнее, т.к. у них шаг нарезки  t_н  меньше, и, следовательно, меньше длина барабана при одинаковой канатоемкости. Однако глубокие канавки обеспечивают лучшее направление набегающего каната

Минимальный диаметр барабана, измеряемый по средней линии навитого каната D_бар, можно принимать на 15 % меньше диаметра блока

  (1.5)

 

Диаметр барабана по дну  канавок:

(1.6)

 

Полученное значение округляется  до ближайшего большего из нормального  ряда 160, 200, 250, 320, 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900 1000 мм.

 

       (1.7)

 

Минимальная длина  барабана для одинарного полиспаста, при навивке  каната в один слой:

     (1.8)

где  L_н - длина участка барабана для навивки каната в один слой с учетом участка для крепления каната и для неприкосновенных витков;

L_к - ширина реборды или гладкого ненарезанного участка;

L_о - длина среднего ненарезанного участка,

L_п - длина участка для крепления каната прижимными планками.

      (1.9)

где  Н - высота подъема  груза, Н=40000 мм ;

i_пол - кратность полиспаста, i_пол = 2;

 D_бар - диаметр барабана, D_бар =334 мм;

 z_н - количество неприкосновенных витков каната z_н =3;

 t_н - шаг нарезки.

t_н»(1,10¸1,23)d_к,      (1.10)

 

 

Толщина реборды:

       (1.11)

 

Принимается

Длина участка для крепления каната прижимными планками :

        (1.12)

 

Принимается

 

Расчет оси барабана сводится к определению диаметра ступицы  d_с  из условия работы оси на изгиб в симметричном цикле:

       (1.13)

где  М_и - изгибающий момент в расчетном сечении;

W - момент сопротивления  расчетного сечения при изгибе;

[s_-1] - допускаемое напряжение при симметричном цикле.

       (1.14)

где  s_-1 - предел выносливости материала оси, для стали 45  s_-1 = 257 мПа;

к_о - коэффициент, учитывающий конструкцию детали ,к_о = 2,5;

[n] - допускаемый коэффициент запаса прочности для группы режима работы 1М, [n] = 1,4.

 

Составляется компоновка и расчетная схема барабана (рисунок 1.2), определяются реакции опор R₁ и R₂ и изгибающие моменты под ступицами.

Рисунок 1.2 Расчетная  схема для определения изгибающих

моментов оси барабана. 
l₁ =120 мм, l₂ = 200 мм;  
l=L_п+l₁+l₂=1408+120+200=1728 мм

      (1.15)

     (1.16)

 

 

Диаметр вала:

       (1.17)

 

Принимается

Типоразмер подшипников  подбирается по внутреннему диаметру, который должен соответствовать  диаметру посадочной поверхности оси

      (1.18)

 

Выбирается подшипник  3535131 по ГОСТ 24696-81 со следующими характеристиками:

Диаметр внутренний d =130 мм

Диаметр внешний D= 200 мм

Грузоподъемность С (С₀)= 552000(500000) Н

Подшипник считается выбранным  правильно, если выполняется условие:

       (1.19)

где  С_ф - фактический коэффициент работоспособности;

С_расч - расчетный коэффициент работоспособности.

      (1.20)

где Q - нагрузка приведенная к условной радиальной, Н;

n - частота вращения барабана, об/мин;  h - число часов работы подшипника, h=5000.

      (1.21)

где  R - радиальная нагрузка действующая на один подшипник, R=24314 Н;

К_к - коэффициент вращения, К_к = 1  при вращении внутреннего кольца,  К_д = 1,2 -  динамический коэффициент;

К_т = 1 - температурный коэффициент.

 

Частота вращения барабана:

 (1.22)

где  V_гр - скорость подъема груза, V_гр=0,6 м/с = 36 м/мин;

i_пол - кратность полиспаста i_пол= 2;

D_бар - диаметр барабана , D_бар = 0,334 м

 

Вращающий момент на валу барабана:

       (1.23)

 

 

 

Условие выполняется.

1.6. Выбор  электродвигателя, передачи, муфт

 Выбор электродвигателя. Производится в зависимости от рода тока и номинального напряжения, номинальной мощности и частоты вращения, вида естественной характеристики двигателя и его конструктивного исполнения.

В подъемно-транспортных машинах  применяются специальные крановые и металлургические двигатели постоянного  тока серии Д и двигатели общепромышленного типа серии 2П, крановые и металлургические асинхронные двигатели переменного тока с фазным ротором серии МТF и МТН, а также крановые и металлургические двигатели с короткозамкнутым ротором серии МТКF и МТКН, а в приводах малой мощности асинхронные двигатели единой серии 4А с короткозамкнутым ротором.

Мощность двигателя:

     (1.24)

где  G - вес номинального груза и крюковой подвески G=50,691, кН;

V - скорость подъема груза, V=0,6 м/с;

h - к. п. д. механизма,  h =0,80.

 

Номинальная мощность двигателя  N_дв  может быть  принята на  20-30 % меньшей максимальной статической мощности.

      (1.25)

 

Принимается двигатель 4МТКМ 225М8

Таблица 1.3. Характеристики двигателя

№ п/п	Характеристика	Значение
1	Мощность, кВт	30
2	Число оборотов, об/мин	700
3	КПД, %	85
4	Отношение максимального  момента к пусковому	2,8
5	Момент инерции ротора, кгм2	0,95
6	Диаметр вала, мм	70
7	Масса двигателя, кг	355,5