Проектирование козлового грейферного крана грузоподъемностью 10 тонн со снижением металлоемкости пролетной части

 

4. Сила сопротивления  перемещению материала по челюсти  и трения по ней:

где - первоначальное заглубление челюсти;

     - действительный угол наклона закрытого грейфера;

     - коэффициент, учитывающий степень заглубления и физико-механические зачерпываемого материала.

5. Обобщенный  параметр:

где - обобщенный коэффициент;

     - средний задний угол челюсти;

6. Аналитические  зависимости:

                   Т₁=0.295

                        Т₂=0.3

                      Т₃=0.1

                  А₃=0.07

                     А₄=0.08

                  А₅=0.15

3.2.7. Зачерпывающая способность грейфера по линейной нагрузке на кромке челюсти:

 

 

1. Наибольшая  нагрузка тяги челюстей:

где - усилие на головку грейфера;

       - вес зачерпнутого материала.

        2. Нагрузка, действующая на нижнюю траверсу грейфера:

       3. Вертикальная составляющая реакции в шарнирах челюсти:

      4. Горизонтальная составляющая силы сопротивления при зачерпывании:

    

    

    

     ;      ;    ;

     ;    ;    ;

    

      5. Вертикальная составляющая при зачерпывании:

      6. Реакция в шарнире:

      7. Общая сила сопротивления:

 

 

3.3. Расчет механизма передвижения тележки

 

3.3.1. Определение предварительной массы тележки

где т_г=10000кг – масса груза

1. Масса тележки  с грузом:

2. Вес тележки:

3. Вес груза:

4. Вес тележки  с грузом:

 

3.3.2. Выбор ходовых колес

1.Максимальная статическая нагрузка на ходовое колесо

где z=4 – количество ходовых колес;

     Примем  диаметр ходового колеса D_xk=320мм [3], с.319, диаметр внутреннего отверстия подшипника d=60мм. Выбираем рельс Р24 [3], с.325.

2. Расчет сопротивления  передвижению:

     Сила сопротивления передвижению тележки с грузом (при отсутствии уклона и ветра)

где µ=0.04 – коэффициент трения колеса по рельсу [4], с.260

      f=0.015 – коэффициент трения качения подшипника буксы [4], с.259

      к_р=2 – коэффициент сопротивления реборды [3], с.422.

3.3.3. Выбор электродвигателя

1. Мощность электродвигателя:

где V=0.63м/с – скорость передвижения;

      η=0.9 – КПД механизма передвижения;

     Выбираем  двигатель 4АС90LE6 со встроенным механическим тормозом [5],с.84, мощность Р_э=1.7кВт, тормозной момент Т_ТЭ=16Нм, частота вращения n_э=930об/мин, момент инерции J_э=0.0073кг×м², пусковой момент Т_п=33Нм.

2. Угловая скорость:

3. Минимальный  пусковой момент:

4. Номинальный  момент электродвигателя:

 

3.3.4. Выбор редуктора

1. Угловая  скорость ходового колеса:

где V=0.63м/с – скорость передвижения тележки;

       D_хк=0.32м – диаметр ходового колеса тележки.

2. Передаточное  число редуктора:

     Выбираем  навесной редуктор типа ВКН-420

 

3.3.5. Проверка двигателя по пусковому моменту

1. Динамический  момент сопротивления вращению  электродвигателя во время пуска:

где J₁ – момент инерции частей, вращающихся со скоростью вала электродвигателя;

2. Момент инерции:

:

где J_э=0.0073кг×м² – момент инерции электродвигателя;

     J_м=0.025кг×м² – момент инерции муфты, выбираем муфту МУВП

J₁=0.0073+0.025=0.032кг×м²

3. Коэффициент  полезного действия механизма:

где η_р=0.96 – КПД редуктора ВКН-420;

      η_м=0.98 – КПД муфты МУВП.

4. Время пуска  и торможения:

где а=0.25м/с² - допускаемое максимальное значение ускорения и замедления тележки [4], с.269.

Тогда:

        т.е.  T_nmin=26.4>22.13=T_Д условие пуска выполняется.

 

3.3.6. Коэффициент запаса сцепления приводных ходовых

колес с рельсом

где F_сц – сила сцепления приводных колес с рельсами;

      F_CT – сила статического сопротивления передвижению тележки без груза и без учета трения в подшипниках приводных колес;

     F_ДТ – сила динамического сопротивления передвижению тележки без груза;

  [к_сц]=1.2 – допускаемое значение коэффициента запаса сцепления [4], с.266.

где f_сц=0.12 – коэффициент сцепления приводного ходового колеса [4], c.266.

      Z_пр=2 – количество приводных колес.

Тогда:

     т.е. запас сцепления при пуске достаточен.

 

3.3.7. Расчет подшипников ходового колеса

Подшипники качения  ходового колеса должны выбираться по статической грузоподъемности или  по динамической приведенной нагрузке.

Расчет по динамической приведенной нагрузке:

где F_хк=3200кг – максимальное давление на колесо;

      К_хк=0.75 – коэффициент, учитывающий переменность нагрузки на колесо;

      γ=0.8 – коэффициент, учитывающий режим работы механизма передвижения.

Расчетный ресурс:

где п_ф – частота вращения ходового колеса,

      L_h=3500 – ресурс подшипников зависит от режима работы.

Динамическая грузоподъемность:

где α=3 – показатель степени

Выбираем шариковый  радиальный сферический двухрядный подшипник средней серии №3628, его статическая грузоподъемность 2700.

 

3.3.8. Расчет тормоза

1. Тормозной  момент:

где Т_ИН – момент инерции вращающихся и поступательно движущихся масс, приведенных к валу тормоза. Тормоз расположен на валу электродвигателя.

      Т_с – статический момент сопротивления движению тележки при торможении.

Тогда:

     т.е. встроенный  тормоз подходит.

 

3.4 Расчет механизма передвижения крана

 

3.4.1. Расчет сопротивления передвижению крана

 

1. Полное сопротивление движению:

где W_ТР – коэффициент сопротивления трения в ходовых частях, без учета трения торцов и ступиц, Н;

      W_УК – сопротивление от уклона подкрановых путей, Н;

      W_В =360000Н– сопротивление от действия ветровой нагрузки по паспорту.

 

2. Сопротивление  от трения при движении крана:

где µ=0.06 – коэффициент трения колеса по рельсу [4], с.260

      f=0.015 – коэффициент трения качения подшипника буксы [4], с.259

      к_р=2 – коэффициент сопротивления реборды [3], с.422

Сопротивление от уклона подкрановых путей:

где α=0.002 – коэффициент, учитывающий уклон рельсового пути [4], с.272

тогда полное сопротивление:

 

3.4.2. Коэффициент запаса сцепления приводных ходовых колес с рельсом

 

где F_сц – сила сцепления приводных колес с рельсами;

      F_CT – сила статического сопротивления передвижению тележки без груза и без учета трения в подшипниках приводных колес;

     F_ДТ – сила динамического сопротивления передвижению тележки без груза;

  [к_сц]=1.2 – допускаемое значение коэффициента запаса сцепления [4], с.266.

где f_сц=0.12 – коэффициент сцепления приводного ходового колеса [4], c.266.

      Z_пр=4 – количество приводных колес.

Тогда:

     т.е. запас  сцепления при пуске достаточен.

 

3.4.3. Выбор электродвигателя

1. Мощность электродвигателя:

где V_КР =1.16 м/с– скорость передвижения крана,

      η=0.9 – КПД механизма передвижения,

     W – полное сопротивление.

Выбираем двигатель  МТН411-8 [6], с.41, мощность Р_э=15 кВт, частота вращения п_э=705 об/мин, максимальный момент М_тах=580 Н·м, маховой момент ротора М_р=2.15 кг·м², масса т=280 кг.

2. Статический момент:

     

3. Минимальный пусковой момент:

4. Проверка двигателя по условиям пуска:

      

Условие пуска выполняется.

 

3.4.4. Выбор редуктора

1. Угловая скорость ходового колеса:

где V=1.16м/с – скорость передвижения крана;

       D_хк=0.56м – диаметр ходового колеса крана.

2. Передаточное  число редуктора:

где ω_э – угловая скорость электродвигателя

отсюда

     Выбираем  червячный редуктор типа РЦЧ-210, КПД=0.8, передаточное отношение U=20.

 

3.4.5. Выбор тормоза

Для разрабатываемого крана  принимаем тормоз ТГК-160. Тормозной  момент Т_Т=100Нм..

где µ=0.06 – коэффициент трения колеса по рельсу [4], с.260

      f=0.015 – коэффициент трения качения подшипника буксы [4], с.259

      к_р=1 – коэффициент сопротивления реборды [3], с.422

      d=15 cм – диаметр подшипникового колеса

1. Суммарное  давление ведущих колес на  рельсы:

На кране установлено 4 тормоза, по одному на привод.

2. Общий  тормозной момент:

3. Усилие  тормоза приведенное к валу  колес:

 

 

3.5. Металлоконструкция крана

Конструкция сварной  балки пролетом l=32 м. Балка нагружена равномерной нагрузкой от собственного веса q=0,35 Т/м и двумя сосредоточенными грузами Р=3,5 Т (от веса тележки с грузом), которые могут перемещаться по балке.

Расстояние между осями тележки d=1,8 м; материал – сталь Ст. 3; допускаемое напряжение [σ]_р=160 кГ/мм². Наибольший прогиб балки f от сосредоточенных грузов не должен превышать 1/500 ее пролета.

Конструирование балки следует начать с определения расчетных усилий М и Q.

 

 

1. Построим линии влияния моментов, чтобы знать их максимально возможные значения в разных сечениях балки.

В сечении                                    Ордината линии влияния

0,1l                                                M=0,09l=0,09·32=2,88

0,2l                                                M=0,16l=0,16·32=5,12

0,3l                                                M=0,21l=0,21·32=6,72

0,4l                                                 M=0,24l=0,24·32=7,68

0,5l                                                 M=0,25l=0,25·32=8,00

 

 

 

 

2. Величина изгибающего момента от сосредоточенных сил:

где у_i – ордината линии влияния;

     Р – величина сосредоточенного груза.

В сечении при l=32 м и d=1.8 м

 

        

 

 

 

 

3. Определим изгибающие моменты от равномерно распределенной нагрузки:

В сечениях