Розрахунок Баштового крану

1.Розрахунок Баштового крану 
 

     1.1. Розрахунок механізму підйому 
 

     1.1.1. Кінематична схема механізму підйому :

     

     1.1.2. Вибір каната, діаметру барабана і блоків

     Вантажний канат вибирається по розривному зусиллю, яке визначається по формулі:

     

     де  F0 – розривне зусилля каната, що приймається по сертифікату, Н;

     Smax – зусилля натягнення гілки каната, Н;

     n – коефіцієнт запасу міцності каната; n=5.5 [3. табл.. 11].

     Максимальне зусилля натягнення гілки каната визначається по формулі:

     

     де  Q – вага вантажу, що підіймається, вага вантажних канатів і захватного органу; Q=10000Н;

     z – кількість гілок, на яких підвішений вантаж; z=2

      

      

     hп – ККД поліспасту;

     ККД поліспасту визначається по формулі:

     

     де hб= 0,98 для блоків на підшипниках кочення;

     

     

     З додатку 2 по розривному зусиллю F0 – підбирається сталевий канат подвійного звивання, типа ЛК-Р, конструкції 6´19 (1+6+6/6)+1 о.с. (ГОСТ 2688-80), діаметром dk=22,5 мм, з розрахунковою межею міцності проволок s=180 МПа, площею перетину всіх проволок Fk=188 мм2 і розривним зусиллям F0=28100 Н [11].

     Діаметр блоку і барабана по центру намотуваного каната:

     

     де –е коефіцієнт, залежний від РР і типу вантажопідйомної машини; е=25 [3. табл.. 12].

     

     Діаметр блоку і барабана по дну канавки:

     

      

     Приймаємо діаметр блока  крюкової підвіски

      

     Діаметр зрівнювального блоку: 
 

     Блоки виготовляють з чавуну СЧ15-32, СЧ18-36, стали 35Л, 45Л.

     1.1.3. Розрахунок вузла барабана

     Приймаємо барабан діаметром Dб=400 мм по дну канавки. Розрахунковий діаметр барабана по центру намотуваного каната Dо=405 мм.

     Довжина каната, намотуваного на одну половину барабана:

     

     де  Н – висота підйому; Н=20000 мм = 20м;

     u – кратність поліспасту; u=2

     

     Число робочих витків нарізки на одній  половині барабана:

     

     де  Lк – довжина каната, намотуваного на одну половину барабана;

     Dб – діаметр барабана; 

     Довжина нарізки на одній половині барабана:

     

     tн – крок нарізки гвинтової лінії на барабані; tн=26

     

     Загальна  довжина барабана визначається по формулі:

     

     Барабан з чавуну СЧ15-32 з межею міцності на стиснення sВ=686 МПа.

     Товщину стінки барабана визначають з розрахунку на стиснення по формулі:

     

     де  Smax – максимальне зусилля натягнення гілки каната;

     tн – крок нарізки гвинтової лінії на барабані;

     

     де  к – коефіцієнт запасу міцності при розрахунку барабанів на міцність; k=4,25 [3. додаток 15]

     

     

     З умови технології виготовлення литих  барабанів товщина стінки їх не повинна  бути менше 12 мм і визначається по формулі:

     

     де  Dб – діаметр барабана

     

     Приймаємо товщину стінки барабана 14 мм.

     Момент  якій крутить, і що передається барабаном:

     

     де  Smax – максимальне зусилля натягнення гілки каната;

     Dб – діаметр барабана;

     

     2.1.4. Розрахунок кріплення каната до барабана

     Натягнення  каната перед притискною планкою  визначається по формулі:

     

     де  Smax – максимальне зусилля натягнення гілки каната;

     e – основа натурального логарифму;

     f – коефіцієнт тертя між канатом і барабаном; f=0,1¸0,16;

     a - кут обхвату канатом барабана; a=4p

     

     Сумарне зусилля натягнення болтів визначається по формулі:

     

     де  f1 – приведений коефіцієнт тертя між планкою і барабаном, при куті заклинювання каната 2b=80°;

     

     a1 – кут обхвату барабана канатом при переході від однієї канавки планки до іншої; a1=2p

     

     Сумарна напруга в болті при затягуванні  кріплення з урахуванням розтягуючих  і згинаючих зусиль:

     

     де  n – коефіцієнт запасу надійності кріплення каната до барабана; n³1,5, приймаємо n=1,8;

     z – кількість болтів; z=2;

     Pu – зусилля, що згинає болти;

     

     d1 – внутрішній діаметр болти М22, виготовленого зі сталі Ст3; d1=18,753 мм [3.стр.68]

     

     Напруга, що допускається, для болта:

     

     

     2.1.5. Розрахунок вісі барабана

     Вісь  барабана виготовляють зі сталі 45 (ГОСТ 1050-74) з межею міцності sв=600 МПа. 

  

    

     Реакції в опорах:

     

     

     Зусилля, діючі з боку маточин на вісь:

     

     

     Будуємо епюри згинаючих моментів:

     

     

     По  відомому згинаючому моменту приблизно  визначаємо діаметр вісі:

     

     де [s] – допустима напруга вигину для матеріалу вісі, для сталі 45 при 3-у режимі навантаженні [s]=60 МПа [3. додаток 18].

     

     Приймаємо діаметр осі d=120 мм.

     1.1.6. Потужність електродвигунів і вибір редуктора

     

     де  Q – номінальна вага вантажу, що підіймається, маса вантажних канатів та захватного органу, Q = 10000Н; V – швидкість підйому, V=0,6м/с

     hм – загальне ККД механізму, hм=0,85 [3. табл. ХХХIII.]

     

     Заздалегідь по каталогу вибираємо електродвигун  типа MTH 211-6, потужністю N=7 кВт, частотою обертання 920об/хв.

     Номінальний момент на валу двигуна:

     

     Відношення  максимального моменту до номінального:

     

     Відношення  мінімального моменту до номінального:

     

     Частота обертання барабана:

     

     де  Uп – кратність поліспасту; Uп=2;

     V – швидкість підйому; V=0,5м/с;

     D – діаметр барабана; D=0,6 м

     dк – діаметр каната; dк=0,0225 м

     Передавальне  число редуктора:

     

     По  каталогу вибираємо редуктор типа Ц2-500 з сумарною міжосьовою відстанню  500 мм, передавальним числом Uр=20, значенням потужності при легкому РР N=123 кВт, оборотами n=750 об/хв, з моментом що передається редуктором МТ=5000 Нм, вал тихохідний під зубчату муфту [2. V.табл. 1.47.].

     Середній  момент двигуна в період пуску:

     

     Оскільки  Мп ср=3088 Н м < МТ=5000 Н м, то редуктор задовольняє умовам перевантаження двигуна.

     Фактична  швидкість підйому вантажу:

     

     Статичний момент на валу двигуна при підйомі  номінального вантажу:

     

     де  Sп1 – зусилля в навиваємому на барабан канаті при підйомі вантажу; Sп1=16460 Н;

     а – число гілок, навиваємих на барабан; а=2;

     hм – ККД механізму підйому, що приймається залежно від вантажу, що піднімається, по експериментальному графіку; hм=0,85 [1. табл. II.1.7.]

     

     Зусилля в канаті, звиваємому з барабана, при опусканні вантажу:

     

     Статичний момент на валу двигуна при опусканні  номінального вантажу:

     

     Момент  інерції рухомих мас механізму, приведених до валу двигуна, при підйомі  вантажу:

     

     де  Jр.м. – момент інерції ротора двигуна; Jр.м.=1,172 кг м[5];

     d - коефіцієнт, що враховує моменти інерції мас деталей, що обертаються повільніше, ніж вал двигуна; d=1,2 ;

     m – вага вантажу, що піднімається; m=87500 Н;

     Uм – загальне передавальне число механізму:

     Uм=Uр´U=20´2=40;

     hм – ККД механізму підйому; hм=0,85 [1. табл. II.1.7.];

     Rб – радіус барабана по центру намотуваного каната; Rб=0,31125 м

     

     Час пуску при підйомі номінального вантажу:

     

     w - кутова швидкість двигуна;

     Час пуску при опусканні номінального вантажу:

     

     Прискорення при пуску номінального вантажу, що піднімається:

     

     Середньоквадратичний  момент:

     

     де Stп – сумарний час пуску протягом одного циклу; Stп=41 с

     Stу – загальний час сталого руху; Stу=147 с;

     b - коефіцієнт, що враховує погіршення умов охолоджування під час пауз; b=0,85

     

     Еквівалентна  потужність по нагріву:

     

     Отже, вибраний двигун задовольняє умові  нагріву (Nэ £ Nн). 
 

     2.1.8. Розрахунок гальма 
 

     Гальмо  встановлюється на швидкохідному валу редуктора. Розрахунковий гальмовий  момент:

     

     де  kт – коефіцієнт запасу гальмування; kт=1,75 для легкого РР [3. табл.. 18];

     Мст.т – статичний момент на валу двигуна при гальмуванні:

     

     

     По  каталогу вибираємо гальмо двохколодочні  ТКГ-500м з найбільшим гальмовим  моментом 2500 Н м, відрегульований  на розрахунковий момент [2. табл. V.2.23.]. 
 
 
 
 

     2.1.9. Вибір сполучних муфт 
 

     Виходячи  з діаметру гальмового шківа між  двигуном і редуктором встановлюємо втулково-пальцеву муфту МУВП з гальмівним шківом Dт=400 мм, з найбільшим моментом, що передається, 8000 Н м [2. табл.. V.2.41.].

     Сполучна  муфта перевіряється по номінальному моменту:

     

     де  k1 – коефіцієнт, що враховує ступінь відповідальності муфти; k1=1,3 для механізму підйому [2. табл. V.2.36.];

     k2 – коефіцієнт, що враховує умови роботи; k2=1,2 [2. табл. V.2.37.]

     

     

     Між барабаном і редуктором встановлюємо зубчату муфту. Що крутить момент, що передається муфтою:

     

     де  Smax – максимальне натягнення гілки каната;

     hб – ККД барабана;

     

     З каталогу вибираємо стандартну зубчату  муфту №10 з модулем m=6мм, числом зубів z=56, шириною зуба b=40 мм, найбільшим моментом, що передається муфтою 50000 Н м [2. табл. V.2.39]. 
 

 

2.2. Розрахунок механізму пересування візка 
 

     2.2.1 Кінематична схема механізму пересування візка:

     

     2.2.2. Розрахунок опіру пересування візка:

     

     Q – номінальна маса вантажу, що піднімається, з урахуванням ваги захватного органу;

     Q=35000 кг;

     Gт – маса візка крана; Gт=53520 кг;

     Dк – діаметр ходового колеса візка;

     Dк=0,63 м, колесо двохреборне, з циліндровим профілем, ширина робочої доріжки 0,125 м [2. табл. V.2.43.];

     d – діаметр цапфи:

     d = (0,25 ¸ 0,30)Dк = (0,25 ¸ 0,30) 0,63 = 0,1 ¸ 0,11 = 0,102 м;

     Приймаємо d=0,102 м;

     f – коефіцієнт тертя в підшипниках коліс; f = 0,015; підшипник сферичний дворядний;

     m - коефіцієнт тертя кочення колеса по плоскій рейці; m = 0,06; колесо із сталі [2. VI.3.2.];

     kр – коефіцієнт, що враховує опір від тертя реборд коліс об рейки; kр = 1,5 [2. VI.3.3.];

     Wук – опір пересуванню від ухилу;

     

     a - розрахунковий кут підкранового шляху; a = 0,002 для шляхів, що укладаються на металевих балках;

      ,

     Wв – опір пересуванню від дій вітрового навантаження;

      ,

     rв – питоме вітрове навантаження;

      ,

     qo – швидкісний натиск вітру на висоті 10 м;

     

     V – швидкість вітру, V = 15 м/с;

      ,

     nв – коефіцієнт, що враховує зростання швидкісного натиску залежно від висоти установки крана над поверхнею землі (води); nв = 1,32;

     с – аеродинамічний коефіцієнт; с = 1,2 для коробчатих конструкцій;

     b - коефіцієнт динамічності, що враховує пульсуючий характер вітрового навантаження; b = 1

      ,

     F – навітряна площа конструкції візка і вантажу; F = 65 м2;

     

     

     Опір  пересуванню візка складає 34900 Н. 
 

     2.2.3. Потужність двигуна і вибір редуктора 
 

     Розрахунок  приведеного опору пересування  візка:

     

     де  Wст – статичний опір пересуванню візка;

     Gт – маса кранового візка;

     Q – Номінальна маса вантажу, що підіймається;

     а – середнє прискорення візка при пуске, а=0,25 м/с2;

     hм – загальне ККД механізму, hм = 0,9; [1. табл. II.1.7.]

     yср – середня кратність пускового моменту, yср = 2,0;

     

     Потужність  електродвигуна складає:

     

     Потужність  двигунів механізму пересування  візка складає 59,4 кВт, отже, один двигун має потужність N=14,85 кВт.

     Заздалегідь по каталогу вибираємо електродвигун  типа 4А160М6ОМ2, потужністю N=15 кВт, частотою обертання n=975 об/хв., w=102,5, моментом інерції ротора Jр=0,073 кг м. [5]

     Частота обертання колеса візка:

     

     Розрахункове  передавальне число редуктора:

     

     По  каталогу приймаємо редуктор типа ВКН-630 з передавальним числом U=100, виконання по схемі 2. [2. табл. V.1.51.]

     Фактична  частота обертання колеса:

     

     Фактична  швидкість пересування візка  з номінальним вантажем:

     

     Мінімальний час пуску двигуна ненавантаженого  візка:

     

     де  ап.мах – максимально допустиме прискорення ненавантаженого візка;

     

     де j - коефіцієнт зчеплення ведучого колеса з рейкою;

     j=0,12 для кранів, що працюють на відкритому повітрі [3. c. 110];

     

     

     Статистичний  момент опору пересуванню ненавантаженого  візка, приведений до валу двигуна:

     

     Момент  інерції рухомих мас візка, приведений до валу двигуна:

     

     де  Jр.м – момент інерції ротора двигуна;

     

     Визначимо середній пусковий момент двигуна для  розгону ненавантаженого візка  з умови відсутності пробуксовування  привідних коліс і наявності  необхідного запасу зчеплення:

     

     Розрахункова  потужність:

     

     Для приводу механізму пересування  візка остаточно вибираємо електродвигун 4А 160М6 ОМ2, з номінальнім моментом Мн= 147 Нм.

     Середній  пусковий момент:

     

     Фактичний час пуску двигуна навантаженого  візка:

     

     Фактичне  прискорення при розгоні ненавантаженого  візка:

       
 

     2.2.4 Розрахунок гальмівного моменту і вибір гальма: 

     При гальмуванні візка без вантажу  допустиме максимальне прискорення, при якому забезпечується запас  зчеплення коліс з рейками 1,2, визначається по формулі:

     

     Час гальмування візка без вантажу  виходячи з максимального допустимого  прискорення:

     

     Величина  гальмівного шляху, що допускається:

     

     Мінімальний допустимий час гальмування:

     

     Гальмівний  момент розраховується по наступній  формулі:

     

     

     

     

     

     

     Приймаємо колодочні гальма з гідротовкачем  типа ТТ з найбільшим гальмовим моментом 100 Н м, діаметром гальмового шківа  160 мм, шириною колодки 75 мм, тип гідротовкача ТЕГ-16 з тяговим зусиллям 160 Н. Гальма регулюється на необхідний гальмовий момент [2. табл. V.2.23.].

 

2.3. Розрахунок механізму пересування крана 
 

     2.3.1. Кінематична схема механізму пересування перевантажувача:

     

     2.3.2. Розрахунок опору пересуванню крана:

     

     Q – номінальна маса вантажу, що піднімається, з урахуванням ваги захватного органу; Q=35000 кг;

     Gк – маса крана з візком; Gк=430000 кг;

     Dк – діаметр ходового колеса крана; Dк=0,8 м, колесо двохреборне, з циліндровим профілем, ширина робочої доріжки 0,17 м [2. табл. V.2.43.];

     d – діаметр цапфи:

     d = (0,2 ¸ 0,25)Dк = (0,2 ¸ 0,25) 0,8 = 0,16 ¸ 0,2 = 0,18 м;

     Приймаємо d=0,18 м;

     f – коефіцієнт тертя в підшипниках коліс; f = 0,015; підшипник сферичний дворядний;

     m - коефіцієнт тертя кочення колеса по плоскій рейці; m = 0,06; колесо із сталі [2. VI.3.2.];

Розрахунок Баштового крану