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

 

4. Вычислим суммарные величины моментов в сечениях от сосредоточенных сил и равномерной нагрузки:

Таким образом,  расчетной величиной момента для балки является М=97.65 Тм=976500 Нм.

5. Требуемый момент сопротивления балки для этого усилия равен:

6. Производим построение линии влияния поперечной силы:

  в сечении х=0, ордината линии влияния Q₀=1;

  в сечении х=0.1l, ордината линии влияния Q₀=0.9;

  в сечении х=0.2l, ордината линии влияния Q₀=0.8

  в сечении х=0.3l, ордината линии влияния Q₀=0.7;

  в сечении х=0.4l, ордината линии влияния Q₀=0.6;

  в сечении х=0.5l, ордината линии влияния Q₀=0.5;

 

7. Определим расчетные усилия от сосредоточенных сил в каждом из указанных сечений того, что одна из них располагается над вершиной линии влияния:

В сечении х=0   при l=32 м и d=1.8 м

 

В сечении х=0.1l                     

 

В сечении х=0.2l

В сечении х=0.3l

В сечении х=0.4l

В сечении х=0.5l

 

8. Поперечные силы Q от собственного веса q равны;

       

       

     

      

       

9. Расчетные значения поперечных сил от сосредоточенных и равномерно распределенных нагрузок:

10.  Требуемая высота балки из условий жесткости:

При этом h=0.053·3200=85.33 см.

 

11.  Толщина вертикального листа:

           

Примем S_в=8 мм.

12. Требуемая высота из условия наименьшего веса.

                                                         

                                [12, c.311]

               

Принимаем высоту балки h=175 см

Высота вертикального  листа h_в=173 см

13. Момент инерции поперечного сечения сварной балки:

                                                          

                              [12, c.311]

            

14. Момент инерции подобранного вертикального листа 1730×8 мм:

                                                            

                                 [12, c.312]

15.  Требуемый момент инерции горизонтальных листов балки (поясов):

16.  Сечение одного пояса балки:

                                             

                                     [12, c.312]

17. Уточненное  значение момента инерции подобранного  поперечного сечения балки:

18.  Наибольшее нормальное напряжение в крайнем волокне балки:

                                                

                                        [12, c.313]

19.  Касательное напряжение на уровне центра тяжести балки в опорном ее сечении:

                                                           

                                       [12, c.313]

где Q=12403 кГ – расчетная поперечная сила;

          S – статический момент половины площади сечения относительно центра тяжести балки.

20. Эквивалентное напряжение:

                                                        

                                 [12, c.313]

где σ₁ – нормальное напряжение от М;

       τ₁ – касательное напряжение от Q;

где S=12.5·1·87=1087.5 – статический момент площади сечения   горизонтального листа относительно центра тяжести;

отсюда

21. Вычислим функцию α:

где b – ширина пояса;

       s_Г – толщина горизонтального листа;

       l₀= 10÷20=1245 см – расстояние между закреплениями.

Зная функцию α по графику [12, с.315] определяем коэффициент ψ=1.73

22. Момент инерции балки:

23. Найдем коэффициент φ:

 устойчивость обеспечена

24. Устойчивость вертикального листа:

Привариваем к листу ребра жесткости. Расстояние между ними

Среднее касательное напряжение от поперечной силы:

25. Местное напряжение под сосредоточенной силой:

где z – условная длина, на которой сосредоточенный груз распределяется в вертикальном листе;

где J_П – момент инерции верхнего пояса с приваренным к нему рельсом;

где J^/_П - момент инерции относительно оси а;

      у – ордината центра тяжести сечения пояса и рельса;

26. Проверим правильность постановки ребер жесткости:

а)

б)

где ν – отношение большей стороны к меньшей; в принятой конструкции а/h_в=1.5;

       d – наименьшая из сторон пластин (а или h_в), заключенных между поясами и ребрами жесткости; В данном случае d=h_в=173 см;

в)

По графику определяем К₁=8.6 [12, с.318]

27. Местная устойчивость вертикального листа:

28. Устойчивость в опорных сечениях:

на опоре σ₁=0                                 

на опоре σ=0                              

Устойчивость обеспечена.

 

 

3.6. Электрическая часть

 

3.6.1 Выбор системы управления крановыми двигателями

Под системой управления электроприводом  подразумевается комплекс, состоящий  из преобразователя электрической  энергии, аппаратуры управления для коммутации тока в цепи электродвигателя, орган ручного управления или автоматического (программного) контроля, органа скоростного, путевого или иного контроля, а так же элементов защиты электрооборудования и механизма, действующих в конечном счете на устройства отключения электропривода.

Аппаратура управления электропривода является комплексом, включающим контактные и бесконтактные устройства коммутации в цепях электродвигателя, преобразователей энергии и управления, а так же элементы защиты электрических цепей.

Если контактные коммутационные элементы аппарата с непосредственно ручным приводом предназначаются для коммутации цепей главного тока, то такое устройство называется силовым кулачковым контроллером, а если эти элементы служат для  коммутации цепей управления, то такой аппарат называется командоконтроллером.

Система управления крановыми механизмами, применяющаяся в  данном козловом кране, относится к категории  устройств, находящихся под непрерывным  контролем оператора, то есть в этой системе выбор момента начала операции, скоростных параметров и момента окончания операции осуществляется лицом, управляющим механизмом. В свою очередь система управления обеспечивает необходимую последовательность переключения для реализации желаемых скоростных параметров, предотвращает при этом недопустимые перегрузки и обеспечивает необходимую защиту.

В нашем случае применяется крановый электропривод переменного тока: асинхронный двигатель с фазным ротором, управляемый силовым контроллером (КС).

 

3.6.2. Описание схемы

 Схема магнитного  контроллера обеспечивает автоматический  разгон, реверсирование, торможение  и ступенчатое регулирование  скорости. Управление осуществляется  с помощью командоконтроллеров,  имеющих по четыре фиксированных  рабочих положения подъема и спуска. На положениях подъема пуск и регулирование скорости осуществляется изменением сопротивлений резисторов, включенных в цепь обмотки ротора электродвигателя.

Первое положение, на котором реализуется минимальный  пусковой момент, служит для выбора слабины троса и подъема малых грузов на подвижной скорости (характеристика 1П) рис.1. Подъем с малой скоростью тяжелых грузов производится на втором положении (характеристика 2П). На третьем положении осуществляется первая ступень разгона электродвигателя (характеристика 3П), причем пусковой ток на этом положении меньше тока установки максимальных реле. Последние две ступени пуска осуществляются автоматически под контроллером реле времени РУ1, РУ2, характеристика 4П. На положениях спуска обеспечивается регулирование скорости двигателя в режимах: противовключения на первом и втором положениях (характеристики 1С^г и 2С^г). На четвертом положении предусмотрен режим силового спуска с полностью введенными в цепь ротора пусковыми ступенями резисторов; контроллеры замыкающей и поддерживающей лебедок сблокированы с помощью реле РН, что исключает возможность работы одним приводом в случае отключения нулевой защиты на другом (характеристика 4С^г). Первое и второе положение используется в основном для получения малых скоростей спуска грузов, близких к номинальному.

Ступени резисторов в  цепи ротора выводятся с помощью  контакторов ускорения КУ1-КУ4 и  контактора противовключения КП.

Рис.5.1. Механические характеристики электропривода механизма подъема с магнитным контроллером 

Режим (характеристика 3С^г) предназначен для получения малых скоростей при спуске легких грузов). Используя положение противовключения можно регулировать скорость спуска различных грузов (путем переключения рукоятки командоконтроллера между третьим, вторым и первым положениями) в пределах диапазона 4:1 – 3:1. Спуск с малой скоростью грузов, не преодолевающих трение в механизме, осуществляется путем переключения между третьим и четвертым положениями. Во избежание подъема на положениях торможения  противовключением двигатель при прямом ходе командоконтроллера включается только на третьем положении, когда подъем груза исключен.

Схема торможения собирается при включении контакторов КВ2, КН2 в цепи статора и контактора ускорения КУ1 в цепи ротора. Для  исключения одновременного включения контакторы торможения КО и противовключения КП, а также контакторы направления КН и КВ соответственно попарно механически сблокированы. В контроллерах с цепью управления на переменном токе эти контакторы сблокированы еще и электрически. При установке заведомо тяжелых грузов с тем, чтобы не получилось недопустимо большой скорости на третьем положении, можно сразу обеспечить включение первого или второго положения спуска, нажав педаль спуска тяжелых грузов НП.

В схеме магнитного контроллера предусмотрено (с помощью контактора КТ) включение электромагнитного тормоза ТМ для обеспечения механического торможения до полной остановки. При этом в схеме допускается применение тормозных магнитов переменного тока. В последнем случае выполняется форсировка включения тормоза, осуществляемая контактором КТ1 и реле РТ. Реле РТ настраивается на срабатывание при токе, равном номинальному току холодной катушки электромагнита тормоза при ПВ=40%. При переводе рукоятки командоконтроллера с положения спуска в нулевое положение (при нажатой педали на первом и втором положениях) или с четвертого (или третьего) положения спуска в нулевое, первое или второе положения (педаль НП – не нажата) обеспечивает наряду с механическим и электрическое торможение в течение времени, определяемого выдержкой времени реле РБ. На это время собирается схема, соответствующая второму положению спуска.

Во избежание чрезмерных скоростей в аварийных режимах  выдержка времени реле РБ должна быть не более 0,5 с. Для получения торможения (при ненажатой педали НП), соответствующего второму положению спуска, в предусмотрено включение в цепь катушки контактора КП размыкающих контактов ножного выключателя НП. Совмещение механического и электрического торможения повышает надежность и исключает просадку груза.