Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Башенный кран с вращаюшееся башней

ВВЕДЕНИЕ

Большое значение для народного хозяйства России в 21 веке имеет повышение технического уровня и качества выпускаемой продукции, улучшение её эксплуатационных свойств, повышение единичных мощностей машин, в т.ч. и башенных кранов, предназначенных для промышленного и жилищного строительства.

Башенные краны получили широкое распространение практически во всём мире. Они нашли применение в жилищном, гражданском и промышленном строительстве при возведении как одноэтажных из кирпича, так и высотных полносборных зданий.

Широкое распространение в строительстве башенные краны получили в результате следующих преимуществ перед другими кранами.

1.По сравнению с козловыми кранами они позволяют обслуживать большой фронт работ, равный двойному вылету крана, не требуют устройства кранового пути с двух сторон здания, более просто монтируются и легче перевозятся со стройки на стройку.

2.По сравнению со стреловыми кранами они имеют большее подстреловое пространство, могут быть размещены в непосредственной близости от возводимого здания, позволяют обслуживать здания, имеющие значительные размеры по высоте и ширине.

В настоящем пособии приводятся примеры расчёта элементов башенных кранов. Уделено внимание определению мощности приводов, расчёту деталей башенных кранов на прочность и выносливость.

Расчёты выполнены в принятой системе единиц “СИ” по методике, разработанной ВНИИПТмаш с учётом многолетнего труда краностроительных заводов по использованию электрооборудования в современном краностроении. В пособии приведены данные современных ГОСТов и нормалей, Правил Госгортехнадзора, а также другие справочные материалы, необходимые для расчётов и проектирования башенных кранов.

Все расчёты выполнены в соответствии с курсом “Подъёмно- транспортные машины” для механических специальностей и могут быть использованы при выполнении курсового и дипломного проектирования реальной машины.

КЛАССИФИКАЦИЯ БАШЕННЫХ КРАНОВ

Башенным краном называют кран со стрелой, закреплённой в верхней части вертикально расположенной башни.

По типу применяемых стрел краны разделяют на три основные группы: с подъёмной (рис.1,а), с балочной (рис.1,б) и с шарнирносочленённой стрелой (рис.1,в).

По конструкции башен краны разделяют на краны с неповоротной (рис.1,г) и краны с поворотной башней (рис.1,д).

Кран с вращающейся башней состоит (рис.2, а) из неповоротной рамы 1, поворотной платформы 2, башни 3 с кабиной крановщика 4, стрелы 5, подстрелка 6. На поворотной платформе расположены балласт 7 и механизмы: подъёма груза 8, поворота 9, изменения угла наклона стрелы (на схеме не показан).

Башенный кран с невращающейся башней (рис.2, б) состоит из башни 3 с кабиной крановщика 4, портала 1 с балластами 2, стрелы 5 с грузовой тележкой 6, противовесной консоли 12, на которой расположены механизмы: подъёма груза 8, передвижения грузовой тележки 9, поворота крана 7 и балласта 11.

Рис.1. Классификация башенных кранов

Рис. 2: Схемы башенных кранов.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ КРАНА И МАСС МЕХАНИЗМОВ И УЗЛОВ

Исходные данные для расчёта крана с вращающейся башней:

Грузоподъёмность G=4 Мг;

Высота подъёма H=65 м;

Максимальный вылет L=22м;

Наибольший угол подъёма стрелы 70^°;

Скорость подъёма Vг=28 м/мин;

Частота вращения башни 1 мин^-1;

Скорость передвижения крана Vп=0,5 м/с;

Средняя скорость перемещения горизонтальной проекции груза Vср=0,32 м/с;

Режим работы – средний, ПВ=25%;

Кран работает на открытой площадке.

Основные ориентировочные размеры, массы механизмов и узлов башенных кранов приведены в табл. 1 и 2.

Ориентировочные размеры металлоконструкций башенных кранов

Таблица 1

Параметр

Значения для кранов

С поворотной башней

С поворотной головкой

Габаритные размеры поперечного сечения башни:

Квадрат со стороной

Труба с наружным диаметром

а_б=(0,9¼1,1)×

D_б=(0,9¼1,1)×

а_б=(0,9¼1,1)×

D_б=(0,9¼1,1)×

Габаритные размеры поперечного сечения стрелы (в среднем сечении):

решетчатой, подъёмной с концевым блоком– прямоугольник с отношением высоты к основанию 1,3¼1,5 и основанием;

решетчатой, горизонталь-

ной с подвижной грузовой кареткой, квадрат или треугольник углом вниз, высотой

а_с=(0,9¼1,1)×

h_c=(0,9¼1,1)×

трубчатой с концевым блоком и развилкой у пяты на расстоянии ~1/3 длины стрелы, труба наружным диаметром

трубчатой, горизонталь-

ной с подвижной грузовой кареткой,труба наружным

диаметром

D_c=(0,9¼1,1)×

Высота от головки рельса до пяты стрелы:

при подъёмной стреле

при горизонтальной стреле

Высота головки башни (от центра пяты стрелы до центра верхних блоков): большие значения относятся к кранам большой грузоподъёмности

Расстояние от оси вращения крана до оси башни

h=H

h=H+

h_гол=(0,8¼1,2)×

x_б=(1,1¼1,2)×

Расстояние от оси вращения башни до оси пяты стрелы

X_о=

+0,2

Расчётная длина противовесной консоли от оси вращения крана до центра противовеса

L_п.к.=(0,9¸1,1)×

Длина распорки (подстрелка) от оси вращения крана до оси блока (большие значения для кранов меньшей грузоподъёмности)

L_р=(0,11¸0,16)×H

Колея и база ходовой части крана

Угол наклона b подъёма стрелы к горизонту

К=В=(0,95¸1,05)×

Расчётная длина стрелы:

подъёмной

горизонтальной

L_c=

L_с.г.=L-x_б-x_o-

L_c=

L_с.г.=L-x_o-

Ориентировочный диаметр опорноповоротного круга

Ширина поворотной платформы

Радиус хвостовой части поворотной платформы

но не более

Примечание: — высота подъема при максимальном вылете, м ;

— наибольший вылет, м ;

— грузоподъемность, Мг.

Параметр

Формула для кранов

С поворотной башней

С поворотной головкой

Общий вес крана:

с подъемной стрелой

с горизонтальной стрелой

Укрупненное распределение общего веса крана:

металлоконструкций

механизмы и электрооборудования

балласт и контргруз (противовес)

Металлоконструкции крана с подъемной стрелой:

стрела

башня

поворотная платформа

неповоротная рама

консоль противовесная

портал

—

Металлоконструкции крана с горизонтальной стрелой :

стрела

башня

поворотная платформа

неповоротная рама

консоль противовесная

портал

—

Механизмы крана с подъемной стрелой:

подъема груза

изменения вылета стрелы

вращения крана

передвижения крана

грузовой полиспаст и крюк

стрелоподъемный полиспаст

ходовые колеса и тележки

кабина управления

Механизмы крана с горизонтальной стрелой:

подъема груза

изменения вылета

передвижения каретки на стреле

вращения крана

передвижения крана

грузовой полиспаст и крюк

стреловой полиспаст

каретка грузовая

ходовые тележки и колеса

кабина управления

балласт (противовес)

Примечание: Q=вес крана; G=грузоподъемность, Мг; L-максимальный вылет ;

H- высота подъема наибольшая, м

По табл. 1и 2 определяем основные размеры крана и веса отдельных его элементов, необходимых для расчета. Недостающие размеры принимаем после конструктивной проработки (рис. 3). Вычисления сводим в табл. 3.

Таблица 3: Размеры крана и вес его элементов.

Расчет

Принятое значение

Расстояние от оси вращения до центра тяжести поворотной платформы (конструктивно), а₁

То же от оси вращения крана до Ц.Т. башни и кабины крановщика

То же от оси вращения крана до Ц.Т. стрелы,

Вес поворотной платформы и всех механизмов, находящихся на ней

Вес неповоротной платформы с механизмами и ходовыми тележками

Рис. 3: Схема для определения действующих нагрузок.

4. РАСЧЕТ МЕХАНИЗМА ПОДЪЕМА

Принимаем кратность простого полиспаста (рис. 4) (см. табл.4).

Таблица 4: Значение кратности полиспаста.

Характер навивки на барабан

Тип полиспаста

Значение кратности при грузоподъемности в

до 1

2—6

10—15

20—30

Через направляющий блок

простой

сдвоенный

1;2

—

2;3

3;4

2;3

4;5

—

Рис. 4: Схема механизма подъема.

Канат выбирается по разрывному усилию с учетом коэффициента запаса прочности, который принимается по табл. 5

Коэффициент запаса прочности

Таблица5

Тип крана

Тип привода и режим работы

Грузовые и стреловые

ручной машинный

легкий

средний

тяжелый

весьма тяжелый

4,0

5,0

5,5

6,0

Вес поднимаемого груза:

Кратность запасовки палиспаста U=2 (значение кратности выбираем по таблице рис.4 на стр.15 «Методические указания для расчета ГПМ»)

КПД палиспаста:

n – число блоков

Усилие в канате:

Находим канат с допустимым разрывным усилием (ГОСТ 3070-74):

выбирается в зависимости от режима работы по таблице 5 стр.15 методического указания. Принимаем 5,5 для среднего режима работы.

Параметры каната ТК 6x19:

Диаметр каната: 16 мм;

Диаметр 6 проволок: 1,05 мм;

В слоях 108 проволок диаметр 1,00;

Расчетная площадь сечения всех проволок: 90,02 мм;

Расчетная масса 1000 м смазанного каната: 882,5 кг.

Минимальный диаметр блоков и барабана:

мм

где коэффициент, принимаемый по табл.6

Наименьшие допускаемые значения коэффициента

Таблица 6

Тип машины

Привод

Режим работы

Краны стреловые

а/механизмы подъема груза и стрелы

Ручной

—

Машинный

ВТ

По методическому указанию «Гибкие связи» находим стандартный размер барабана блока. Принимаем: мм

Длина каната:

Добавляем 4…5 м. Принимаем длину каната м

Длина барабана при однослойной навивке:

Ввиду того, что длина барабана получилась очень большой, принимаем навивку каната на барабан в два слоя. Общая длина каната во всех i слоя навивки

Учитывая неравномерность навивки, вводится коэффициент неравномерности

Тогда расчетная длина каната

Число витков в одном слое

витков

Кроме этого два витка- количество запасных витков, четыре витка- для закрепления каната. На каждый слой дополнительно приходится по три витка, т.е. . Барабан принимаем гладкий, поэтому

где — запасное расстояние от последних витков каната до конца барабана.

Принимаем

Количество рабочих витков

Общее число витков

где — минимальное количество запасных витков (по Правилам Госгортехнадзора );

— количество витков для закрепления каната на барабане.

Толщина стенок барабана определяется согласно условию деформации сжатия

где - для Ст25Л

Из условий технологии изготовления толщина стенок должна быть не менее 12 мм и может быть определена по формулам:

для чугунных ;

для стальных .

Принимаем

Ввиду того, что длина барабана более трех диаметров, производится проверка толщины стенок барабана от одновременного действия сжатия, кручения и изгиба. Расчет производится по формуле

где — изгибающий момент;

— осевой момент сопротивления сечения

МПа

где L_расч – длинна рабочих витков (без учета витков для крепления)

L_бар – длинна барабана

l₂ –

l₀ – расстояние от последнего крепежного витка, до первого рабочего витка

l₁ – расстояние от наружной стенки барабана, до первого витка крепления барабана

Напряжения кручения

— полярный момент сопротивления

Напряжение сжатия

Проверка толщины стенки барабана из условия устойчивости

По заданной грузоподъемности для среднего режима работы , ПВ=25% выбираем крюк однорогий №16 типа Б ГОСТ 6627-74.

Расчет элементов крюковой подвески (см. методическое пособие «Мостовые краны», раздел 3.2.)

4.1. Расчет мощности двигателя и выбор редуктора

Мощность двигателя при подъеме номинального груза

где — КПД механизма подъема груза, принимаемый по табл. 7

К.П.Д. основных крановых механизмов

Таблица 7

Наименование элементов

при опорах

скольжения

качения

Открытые зубчатые передачи:

цилиндрические

конические

0,93…0,95

0,92…0,94

0,95…0,96

0,93…0,95

Блоки и барабаны для стальных канатов

0,94…0,96

0,96...0,98

Механизмы подъема груза:

c цилиндрическими колесами

с червячной передачей

0,75…0,80

0,80…0,85

0,65…0,75

Механизмы передвижения:

с цилиндрическими колесами

с червячной передачей

0,75…0,85

0,80…0,90

0,65…0,75

Механизмы поворота:

с передачей зубчатыми колесами

с червячной и зубчатой передачей

0,70…0,80

0,75…0,85

0,50…0,70

Выбираем электродвигатель асинхронный типа МТВ 412-8: , частота вращения

Номинальный момент

Скорость наматывания каната на барабан

Частота вращения барабана

Расчетное передаточное число редуктора

Выбираем редуктор РМ-650 с передаточным числом

Фактическая скорость подъема груза

Величина предельного момента, передаваемого редуктором

где — табличное значение мощности, передаваемой редуктором;

— кратность пускового момента редуктора табл. 8

Значение кратности пускового момента

Таблица 8

Режим работы	Л	С	Т	ВТ
	1,25	1,6	2,0	2,5

Средний пусковой момент электродвигателя

4.2. Проверка электродвигателя по нагреву

4.2.1. Проверка по среднеквадратичному моменту.

Статистические моменты, развиваемые электродвигателем в течение цикла загрузки, определяется при подъеме и опускании грузов, среднее значение которых приближенно принимают:

Режим работы	Нагрузка
легкий
средний
тяжелый
весьма тяжелый

Усилие в канате при подъеме груза (разд. 4)

То же при опускании

Статический момент при подъеме груза

То же при опускании груза

Для груза 0,5 Q

Значение к.п.д. принимается по экспериментальному графику рис.6.

Рис. 6: КПД механизма подъема в зависимости от загрузки.

Расчет для груза сведены в табл.9.

Момент инерции, приведенный к валу двигателя при подъеме груза

где и — моменты инерции ротора двигателя и муфты;

— масса поднимаемого груза, кг;

— общее передаточное число;

— коэффициент, учитывающий моменты инерции масс деталей, вращающихся медленнее, чем вал двигателя.

Моменты инерции для остальных масс приведены в табл.9.

Время пуска привода

где знак “-” соответствует пуску при подъеме груза, знак “+” – при опускании.

Для груза

Для остальных грузов (см. табл. 9).

Результаты расчета механизма подъема

Таблица 9

Показатели

Груз

Грузоподъемность

4000

2000

1000

Усилие в канате:

при подъеме груза, Н

при опускании груза, Н

21538

19620

10769

9810

5384,5

4905

К.п.д. механизма

0,85

0,8

0,7

Статический момент, Н·м

при подъеме груза

при опускании груза

285

188

151

88,3

67,3

55,2

Приведенный момент инерции, кг·м²

То же при опускании груза

1,3

1,28

1,18

1,16

1,15

1,13

Время пуска, с, при:

подъеме груза

опускании груза

0,8

0,45

0,4

0,3

Среднеквадратичный момент, эквивалентный по нагреву действительному переменному моменту в течении цикла

где — суммарное время пуска, с;

— общее время установившегося движения, с;

— коэффициент, учитывающий ухудшение условий охлаждения при пуске и торможении

— коэффициент, учитывающий ухудшение условий охлаждения во время пауз. Принимают для открытых и защищенных двигателей с вентилятором на валу;

— для закрытых двигателей с ребрами и внешним обдувом; — для закрытых двигателей.

Время установившегося движения

Для строительных кранов принимают средние рабочие пути: подъема механизма передвижения , механизмов передвижения тележки механизма поворота - 90⁰

Механизмы подъема работает по графику (рис 7).

Рис. 7: График загрузки механизма подъема.

Рабочее время

Время пауз за цикл работы при ПВ=25%

Эквивалентная мощность по нагреву

Мощность, необходимая для подъема груза (см.4.1)

Среднее время пуска, привода механизма подъема груза

Среднее время рабочей операции

Отношение

По графику рис .8 находим .

Рис. 8: График влияния пусковых режимов на эквивалентную мощность:

А- механизмы перемещения мостов кранов, тележек, поворота стреловых кранов;

Б- механизмы передвижения крюковых кранов ;

В- механизмы подъема.

Для среднего режима работы эквивалентная мощность двигателя

где — коэффициент, принимаемый в зависимости от режима работы по табл. 10.

Таблица 10: Значение коэффициента К.

Режим работы

легкий

средний

тяжелый

весьма тяжелый

0,5

0,75

1,0

1,5

0,35

0,5

0,75

1,0

4.2.3. Проверка двигателя с использованием метода номинального режимам работы

Проверка по этому методу производится тогда, когда отсутствует достоверный график работы механизма.

Мощность двигателя при подъеме груза (см. раздел 4).

Крутящий момент на валу двигателя при подъеме номинального груза

Номинальный момент выбранного двигателя

Коэффициент перегрузки

Используя величину перегрузочной способности двигателя

По графику рис. 9 находим относительное время пуска

Время разгона при подъеме номинального груза

Находим отношение

По графику рис. 8 находим значение

Требуемая мощность при ПВ=25%

4.3. Выбор тормоза

Расчетный тормозной момент

где: — коэффициент запаса торможения (табл. II);

Значение коэффициента Таблица 11

Тип механизма

Режим работы

С ручным приводом

С машинным приводом

—

Легкий

Средний

Тяжелый

Весьма тяжелый

1,5

1,75

2,0

2,5

По расчетному тормозному моменту выбирается тормоз ТКТ-300 с тормозным моментом отрегулированный на расчетный тормозной момент.