Расчет башенного крана

 

Номинальный момент двигателя:

       (1.26)

где N_н – номинальный момент двигателя, N_н=30 кВт;

η_дв – КПД двигателя, η_дв = 0,85

 

Выбор передачи. В качестве передачи в механизме подъема груза используется открытая зубчатая передача, стандартные цилиндрические или червячные редукторы, или комбинация из стандартного редуктора и открытой передачи.

В механизмах подъема груза  применяются двух-  или трехступенчатые редукторы Ц2У, Ц2Н, Ц3У или ГК

Типоразмер редуктора  подбирается по требуемому передаточному  числу и передаваемой мощности

Требуемое передаточное число:

(1.27)

 

Допустимый момент для выбранного редуктора на тихоходном валу валу должен быть не менее крутящего момента на валу барабана.

Принимается редуктор Ц2У400.

Таблица1. 4. Характеристика редуктора

№ п/п	Характеристика	Значение
1	Передаточное отношение	10
2	Частота вращения входного вала об/мин	1500…500
3	Номинальный крутящий момент на выходном валу, Н∙м	14000
4	Межосевое расстояние, мм	400
5	Диаметр быстроходного вала, мм	60
6	Диаметр тихоходного вала, мм	140
7	КПД, %	97
8	Масса, кг	940

 

Фактическая скорость подъема  груза:

      (1.28)

 

Выбор муфт. В агрегатированных системах для соединения валов электродвигателей с быстроходными валами редукторов и их тихоходных валов с барабанами,  ходовыми колесами и другими сборочными единицами используют различные муфты. В таких соединениях муфты должны обеспечить не только передачу заданного крутящего момента, но и иметь возможность компенсировать различного рода смещения геометрических осей соединяемых валов.

Для соединения вала двигателя  с валом редуктора применяется  упругая втулочно-пальцевая муфта. Для соединении тихоходного вала редуктора с валом барабана используется зубчатая муфта.

Принимается муфта упругая  втулочно-пальцевая с тормозным  барабаном по ГОСТ  21424-93 со следующими характеристиками:

Таблица 1.5 Характеристики МУВП с тормозным барабаном

№ п/п	Характеристика	Значение
1	Диаметр соединяемых валов, мм	60
2	Номинальный крутящий момент, Нм	1000
3	Диаметр тормозного барабана, мм	300
4	Масса, кг	21,93

 

Принимается муфт а зубчатая по ГОСТ 50895-96 со следующими характеристиками:

Таблица 1.6 Характеристики зубчатой муфты

№ п/п	Характеристика	Значение
1	Диаметр соединяемых валов, мм	140
2	Номинальный крутящий момент, Нм	25000
3	Частота вращения не более, об/мин	35
4	Масса, кг	100

1.7. Выбор тормоза

В грузоподъемных механизмах для замедления скорости опускания  груза и удержания его в  подвешенном состоянии применяются  тормоза и остановы. По правилам Госгортехнадзора механизмы подъема  груза и изменения вылета стрелы должны оборудоваться нормально  замкнутыми тормозами с автоматическим управлением. Для получения минимальных  габаритов тормоза его устанавливают  на быстроходном валу, где наименьший крутящий момент. Часто вместо тормозного шкива используют одну из полумуфт соединения вала электродвигателя с редуктором

Типоразмер тормоза выбирают по каталогу в зависимости от расчетного тормозного момента:

       (1.29)

где  Т_тк - каталожное значение тормозного момента; 

Т_тр - расчетный крутящий момент на валу тормоза

       (1.30)

где  К_т - коэффициент запаса торможения, принимается К_т= 1,5; 

Т_ст - статический крутящий момент при торможении, создаваемый весом номинального груза на валу, на котором устанавливается тормоз.

      (1.31)

где  G - вес номинального груза, G=50000 Н;

D_бар - диаметр барабана по средней линии навивки каната, D_бар=0,334 м;

h_max - к.п.д. механизма, подсчитанный по максимальным значениям к.п.д. отдельных участков кинематической схемы,

U_max - передаточное число механизма,  .

h_max = h_пол × h_бл × h_ред     (1.32)

h_max =0,97∙0,97∙0,97=0,91

U_max = U_ред × i_пол      (1.33)

U_max=10∙2=20

 

 

Принимается тормоз ТКГ-300 со следующими характеристиками:

 

Таблица 1.7 Характеристики тормоза

№ п/п	Характеристика	Значение
1	Диаметр тормозного шкива	300
2	Тормозной момент максимальный, Нм	800
3	Тип привода	ТЭ-50МВ
4	Номинальное усилие толкателя, Н	500
5	Ход штока, мм	65
	Время наложения колодок, с	0,35
5	Масса, кг	55

 

 

2 Расчет и проектирование  механизма передвижения крана.

Механизм передвижения предназначен для передвижения крана к объекту  или в его пределах. В зависимости  от устройства опорной части механизмы  передвижения делятся на рельсовые, безрельсовые и канатные.

Башенный кран оборудован рельсовым механизмом передвижения с раздельным приводом.

2.1 Выбор кинематической схемы.

Принимается кинематическая схема, наиболее часто применяемая  на башенных кранах.

Рисунок 2.1. Кинематическая схема механизма передвижения крана.

1 - двигатель; 2 - упругая втулочно-пальцевая  муфта; 3 - редуктор; 4 - рама балансира; 5 - ходовое колесо; 6, 7 - колесо и  шестерня открытой зубчатой передачи; 8 – тормоз

Число ходовых колес принимается  равным 8.

2.2 Определение статических нагрузок на ходовые колеса.

Рисунок 2.2 Схема к расчету  нагрузок на опоры крана.

Нагрузка на одну опору  крана:

  (2.1)

где G_нч – вес неповоротной части крана

V – вес поворотной части крана и груза, приложенный в точке Е

t₀- смещение шарнира крепления стрелы относительно центра портала, t₀ =1 м;

M – момент, создаваемый силой тяжести поворотной части крана, включая груз, кН·м;

φ – угол между осью Х  и положением стрелы, φ = 45⁰;

S – база крана, S = 2,5 м

B – колея крана, В=2,5 м

G_нч =0,3G_кр       (2.2)

где G_кр – вес крана, G_кр = 28000∙9,8=274,4 кН

G_нч =0,3∙274,4=82,32 кН

 

где G_т – вес тележки, G_т = 300∙9,8=2,94 кН

G_пч – вес поворотной части крана

 

        (2.3)

где l – плечо приложения нагрузки

        (2.4)

 

где l_пч – расстояние от оси вращения до центра масс поворотной части крана, принимается l_пч = 2,5 м

 

 

По схеме наиболее нагруженной  является опора в точке В.

 

Нагрузка приходящаяся на одно колесо:

       (2.5)

2.3. Выбор колес, колесных установок и рельсов

Типоразмер ходовых колес  определяется их диаметром, который  принимается  в зависимости от максимальной статической нагрузки от веса груза и металлоконструкции крана, приходящейся на одно колесо и  определенной в пункте 2.2.

Принимается колесо крановое двухребордное  К2Р-500 диаметром D_к = 500 мм,

Со следующими характеристиками:

Таблица 2.1 Характеристики кранового  колеса

№ п/п	Характеристика	Значение
1	Диаметр поверхности катания  мм	440
2	Диаметр внешний, мм	550
3	Ширина поверхности катания, мм	100
4	Ширина колеса, мм	150
5	Ширина ступицы, мм	135
6	Диаметр отверстия под  вал, мм	115
7	Масса, кг	145

 

Принимается рельс Р50 ГОСТ 7174-75 со следующими характеристиками:

Рисунок 2.3 Рельс Р50 ГОСТ 7174-75. Размеры профиля.

Проверяется отношение ширины дорожки катания колеса и номинальной  ширины головки рельса:

       (2.6)

где В – ширина катания колеса, В = 100 мм

b – номинальная ширина головки рельса, b = 70 мм

 

Условие выполняется.

2.4. Определение  сопротивлений передвижению крана

Полное сопротивление W (кН) передвижению крана в период разгона, приведенное к ободу колеса:

W = W_тр + W_у + W_в + W_ин + W_гиб   (2.7.)

где W_тр - сопротивление, создаваемое силами трения;

 W_у сопротивление, создаваемое уклоном подтележечного или подкранового пути;

W_в - сопротивление, создаваемое ветром, если тележка (кран) работает на открытом воздухе;

W_ин - сопротивление, создаваемое инерцией вращающихся и поступательно движущихся масс тележки или крана;

W_гиб - сопротивление, создаваемое раскачиванием груза на гибкой подвеске.

Сопротивление, создаваемое  силами трения:

    (2.8)

где m - коэффициент трения качения колеса по рельсу, m=0,6 мм

 f - приведенный коэффициент трения скольжения в подшипниках колес, f=0,020

k_доп - коэффициент дополнительных сопротивлений, определяемых в основном трением реборд о головку рельса и трением элементов токосъемного устройства, k_доп=1,1

G_т, G_кр, G_гр - соответственно вес тележки, крана и номинального груза, кН;

D - диаметр ходового колеса, D=500 мм;

d_ц - диаметр цапфы вала (оси) колеса, d_ц=115 мм.

 

 Сопротивление W_у (кН),  создаваемое допустимым уклоном подкранового пути:

 W_у = a (G_кр + G_гр)      (2.9)

где a - допустимый уклон рельсового пути, a » 0,001;

 G_кр, G_гр - вес крана и груза.

W_у = 0,001 (274,4 + 50)=0,324 кН

Сопротивление, создаваемое  ветром W_в (кН), определяется для кранов, работающих на открытом воздухе по формуле:

W_в = P_в × F × K_д × K_р      (2.10)

где Р_в - удельное давление ветра рабочего состояния, для Дальневосточного региона принимается равным 0,25 кН/м²;

F - площадь подветренной  стороны; 

К_д - коэффициент, учитывающий порывы ветра (К_д=1,1¸1,3);

К_р - коэффициент решетчатости конструкции (К_р=0,3¸1).

Площадь подветренной стороны:

       (2.11)

где а – ширина башни, принимается а=1,5 м

b – высота стрелы принимается b =1 м.

l_б – высота башни, принимается равной высоте подъема, l_б=40 м

l_c – длина стрелы, l_c=20 м

 

W_в = 0,25× 80 × 1,1 × 0,4=8,8 кН

Сопротивление, создаваемое  силами инерции:

W_ин = d × m_пост × а    (2.12)

где  d - коэффициент, учитывающий инерцию вращающихся частей механизма d = 1,25,

m_пост - масса поступательно движущегося объекта (крана), m_пост=33 т;

 а - ускорение при  разгоне, а=0,15 м/с²,

W_ин = 1,25 × 33× 0,15=6,19 кН

Сопротивление, создаваемое  раскачиванием груза на гибкой подвеске:

W_гиб = G_гр × tgb     (2.13)

где b - угол отклонения груза от вертикали, b » 2 а/g = 0,03

W_гиб = 49 × 0,03=1,47 кН

W = 2,5 + 0,324 +8,8 + 6,19 + 1,47=19,3 кН

2.5. Выбор  двигателя, передачи, муфт

Необходимая мощность привода:

       (2.14)

где W - суммарное сопротивление  передвижению крана, W=19,3 кН;

V_кр - скорость передвижения крана, V_кр =0,8 м/с;

 h_пр - к.п.д. механизма принимается h_пр = 0,82;

y_n.ср - кратность среднепускового момента двигателя по отношению к номинальному, y_n.ср = 1,5

 

Двигатель выбирается из условия:

       (2.15)

где z_пр – число приводов, принимается, z_пр = 4

 

Принимается конический мотор-редуктор BAUER GEAR  BK-60-54HU/DSE11MP4/ES070A9 со следующими характеристиками:

 

 

 

Таблица 2.2 Характеристика электродвигателя

№ п/п	Характеристика	Значение
1	Мощность двигателя, кВт	4
2	Частота вращения двигателя, об/мин	1420
3	Передаточное число редуктора	22
4	Номинальный крутящий момент, Нм	1730
5	Тип тормоза	Встроенный, дисковый
6	Номинальный тормозной момент, Нм	70
7	Масса, кг	130

Передаточное число открытой зубчатой передачи:

        (2.16)

где n_дв - число оборотов двигателя, n_дв=1420;

U_ред - число оборотов ходового колеса, U_ред=32

 

Принимается U_оп = 2

Число зубьев z₁ принимается равным 17.

Диаметр зубчатого колеса d_н.к = 440 мм

Количество зубьев колеса: