Расчет и проектирование башенного крана г/п 16 т

Спецификация 3 ГУ.dwg

Расчет и проектирование башенного крана.docx

«Строительные краны»
Тема: «Расчет и проектирование башенного крана»
Руководитель проекта
(ученое звание степень должность Ф.И.О.)
(дата роспись руководителя)
Проект защищен с оценкой
Расчет основных массовых и геометрических характеристик
2 Основные геометрические параметры
3 Основные массовые параметры
4 Координаты центров масс стат. моменты инерции элементов крана
1 Определение ветровых нагрузок действующих на кран
2 Определение инерционных нагрузок
3 Определение центробежной нагрузки
4 Определение коэффициента устойчивости
5 Построение грузовой характеристики
Расчет и проектирование механизма подъема груза
1 Выбор кинематической схемы ГПМ
2 Расчет и выбор каната
3 Формирование крюковой подвески
4 Определение расчетных размеров блоков и барабана
5 Выбор схемы крепления концевой ветви каната на барабане
6 Определение параметров и выбор приводного электродвигателя
7 Выбор редуктора и соединительной муфты
8 Выбор тормоза и проверочный расчет его работоспособности
Расчет и формирование механизма изменения вылета
2 Определение натяжения расчального каната
3 Формирование стрелового полиспаста
4 Формирование стрелоподъемной лебедки
5 Расчет и выбор каната
6 Определение расчетных размеров блоков и барабана
7 Определение параметров и выбор приводного электродвигателя
8. Выбор редуктора и соединительных муфт
Расчёт и формирование ходовых тележек и механизма передвижения
2. Определение опорных нагрузок
3. Формирование механизма передвижения крана
4.Выбор схемы определение основных параметров передачи
8. Проверочные расчеты
Расчёт и формирование механизма вращения
1. Определение нагрузок и выбор опорно-поворотного круга
2. Расчет механизма вращения
Прочностные расчеты элементов ГПМ
1. Прочностной расчет барабана
2. Расчет оси барабана
3. Выбор опорных подшипников
4. Расчет крепления каната
5. Расчет крепления зубчатого венца ступицы к барабану
6. Расчет болтового крепления подшипника опоры
7. Расчет траверсы крюковой обоймы
8. Расчет щеки обоймы
9. Выбор опорных подшипников блоков
Список использованной литературы
Кран башенный с поворотной башней и подъемной стрелой предназначен для механизации монтажно-строительных работ при возведении жилых административных и промышленных зданий а также для погрузочно-разгрузочных работ.
Кран башенный с поворотной башней и подъемной стрелой представляет собой свободно стоящий полноповоротный передвижной стреловой кран состоящий из башни (колонны) стрелы ходовой рамы опорно-поворотного устройства кабины машиниста механизмов подъема груза изменения вылета и передвижения устройств безопасности (ограничителей грузоподъемности высоты подъема груза поворота и подъема стрелы). Всеми механизмами крана управляет машинист из кабины в которой размешена аппаратура управления.
Опорно-поворотное устройство механизмы подъема груза поворота и изменения вылета а также контргруз располагаются на ходовой тележке. Кабина расположена в верхней части башни.
Изменение вылета стрелы осуществляется ее подъемом.
Подъемная стрела трехгранной решетчатой конструкции. Пояса и раскосы выполнены из профильного проката. Башня состоит из секций четырехгранной решетчатой конструкции также выполненных из профильного проката.
Ходовая рама опирается на четыре приводные ходовые тележки. Ходовые тележки перемещаются по рельсовому крановому пути с помощью механизма передвижения крана.
ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ПРОЕКТА
определить геометрические и массовые характеристики крана;
определитьветровуюинерциальныеицентробежную нагрузки действующие на кран;
установить способность крана противодействовать опрокидывающим моментам в рабочем и нерабочем состояниях;
определитьопорныенагрузкидействующиенаходовую раму подобрать ходовые колеса;
определитьнагрузкииподобратькомплектующееоборудование механизма подъема;
определитьнагрузкииподобратькомплектующееоборудование механизма поворота подобрать опорно-поворотное устройство;
определитьнагрузкииподобратькомплектующееоборудование механизма изменения вылета;
определитьнагрузкииподобратькомплектующееоборудование механизма передвижения.1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Способ изменения вылета грузозахвата
Грузоподъемность при максимальном вылете Q1 т
Номинальный грузовой момент М тм
Грузоподъемность максимальная Q2 т
Вылет грузозахвата максимальный R1 м
Вылет грузозахвата на максимальной грузоподъемности R2 м
Высота подъема максимальная Н1 м
Высота подъема при максимальном вылете Н2 м
Глубина опускания при наименьшем вылете h1 м
Скорость подъема-опускания максимального груза Vгр мс
Скорость подъема-опускания грузозахвата Vгз мс
Скорость плавной посадки максимального груза Vпп мс
Средняя скорость изменения вылета Vив мс
Скорость передвижения крана Vкр мс
Частота вращения поворотной части крана nпч мин-1
Группа режима работы крана
РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ МАССОВЫХ И ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК
Устойчивость кранов оценивается коэффициентом запаса под которым понимают отношение суммарного момента сил Муд обеспечивающих устойчивость к суммарному моменту сил Мопр стремящихся опрокинуть кран. Минимальная величина коэффициента запаса устойчивости для всех положений и состояний крана по установленным нормам Кзу ≥ 1. Поэтому при проверке как грузовой так и собственной устойчивости определяется
фактическая величина Кф≥ 1 и условие устойчивости Кф≥ 1.
Грузоподъемность при максимальном вылете
Номинальный грузовой момент
Грузоподъемность максимальная
Вылет грузозахвата максимальный
Вылет грузозахвата на максимальной грузоподъемности
Высота подъема максимальная
Высота подъема при максимальном вылете
Глубина опускания при наименьшем вылете
Скорость подъема-опускания максимального груза
Скорость подъема-опускания грузозахвата
Скорость плавной посадки максимального груза
Средняя скорость изменения вылета
Скорость передвижения крана
Частота вращения поворотной части крана
2. Основные геометрические параметры
Наименование параметров
= 37 + 29 lg(M H1 103)
Высота ходовой рамы от головки рельса
Габаритная длина грузовой тележки
= (R1 - x1 - x2) соs
Сторона квадратного поперечного сечения башни
Расстояние от оси пяты стрелы до оси башни
Расстояние от оси вращения крана до оси башни
Угол наклона подъемной стрелы к горизонтали миниммальный
Угол наклона подъемной стрелы к горизонтали максимальный
Габаратная высота крюковой подвески
Радиус хвостовой части поворотной платформы
Радиус хвостовой контргрузной консоли
Высота от головки рельса до оси пяты стрелы
Высота оголовка башни от пяты стрелы
Высота поперечного сечения решетчатой стрелы
Основание поперечного сечения решетчатой стрелы
Диаметр опорно-поворотного круга
= A1 но не более 315 м
Кабина управления ширина
Кабина управления глубина
Кабина управления высота
Высота точки крепления подкоса к башне(от головки рельса)
3. Основные массовые параметры
Задача расчета включает определение вначале общей массы крана и его элементов а затем конструктивной массы краны как суммарной массы основных механизмов несущих металлоконструкций и уточнение общей массы. Расчёт выполняем в табличной форме.
Наименование элемента
Металлоконструкции кранов:
Неповоротная платформа
Механизм вращения крана
Механизм передвижения крана
Следует учитывать что определенные массы являются обобщенными и не отражают специфику каждого конкретного крана поэтому целесообразно корректировать их путем сопоставления с фактическими данными аналогов проектируемого крана и результатом расчета устойчивости
4. Координаты центров масс статические моменты инерции элементов крана.
Основная задача сформулирована в названии подраздела. Решается она путём определения и суммирования статических моментов отдельных элементов относительно оси абсцисс проходящей через головки рельс и оси ординат совпадающей с осью вращения крана. Моменты инерции определяются по известным зависимости из курса теоретической механики.
Исходные данные – массовые и геометрические показатели определены ранее (2.2) и (2.3). Расчёты выполнены в табличной форме.
Обозначение эл-та крана
Значение статического момента
Расчетная формула момента инерции эл-та крана Ji тм2
r2 = x1 + x2 + 05 L2 cos1
Механизм передвижения
Устойчивость кранов оценивается коэффициентом запаса под которым понимают отношение суммарного момента сил обеспечивающих устойчивость к суммарному моменту сил стремящихся опрокинуть кран. Минимальная величина коэффициента запаса устойчивости для всех положений и состояний крана по установленным нормам . Поэтому при проверке как грузовой так и собственной устойчивости определяется фактическая величина и условие устойчивости .
Задача расчета включает определение внешних нагрузок и фактических значений коэффициентов запаса устойчивости для рабочего и нерабочего состояния.
1. Определение ветровых нагрузок действующих на кран.
=125 Па – рабочее состояние; =450 Па – нерабочее состояние;
наветренная поверхность элемента крана;
коэффициент сплошности конструкции. Для сплошных конструкций
с – коэффициент аэродинамичности элемента;
- кабина груз противовес – с=12;
- рамы ходовая поворотная – с=14;
- ферма 3-гранная из профильного проката – с=20;
- ферма 4-гранная из профильного проката – с=22;
высотный коэффициент учитывающий учитывающий усиление силы ветра;
Значения коэффициента n при разных высотах
коэффициент учитывающий динамические качества конструкции крана и пульсацию ветровой нагрузки.
Количество ветровых зон:
Разбиваем кран на 10-метровые зоны:
Рис. 3.1. Эскиз крана с высотной разбивкой
Ветровые нагрузки на торцевую поверхность в рабочем и нерабочем состояниях
FV3=H5+H7-10(z-1))A1
F2=A2L2sin1=129sin5=176
ΣWw ΣWw ΣМw ΣМwiнр=305783 кНм
Ветровые нагрузки на боковую поверхность крана в рабочем состоянии
F4=06*( R5- x1)=65925
Инерционные нагрузки возникают при неустановившемся режиме движения.
Горизонтальная нагрузка от массы крана:
Горизонтальная нагрузка от массы груза:
Опрокидывающий момент:
Вертикальная нагрузка от массы груза:
Центробежная сила возникающая при вращении груза:
nпч – частота вращения поворотной части;
Коэффициент учитывающий отклонение груза от вертикали при его вращении:
Опрокидывающий момент от силы
Остальные центробежные силы и моменты от них можно не учитывать из-за их незначительной величины.
4 Определения коэффициента устойчивости.
Рис. 3.2. Расчетная схема башенного крана с поворотной башней
В рабочем положении:
Момент от конструктивной массы крана:
Момент от массы контргруза:
Моменты опрокидывающих сил:
Момент создаваемый весом груза относительно точки О1:
Момент создаваемый балластом:
– суммарный момент создаваемой ветровой нагрузкой;
момент центробежной силы;
– суммарный момент инерционных сил;
=142 – условие выполняется
В нерабочем состоянии
– суммарный опрокидывающий момент от ветровой нагрузки относительно точки О.
Условие устойчивости выполняется
5 Построение грузовых характеристик
График грузоподъемности строится по заданным значениям вылета грузового захвата R1 R2 и соответствующим ей грузоподъемности Q1 Q2 . Промежуточные значения в промежутке R1 – R2 принимаем с шагов в 2 метра.
Зависимость грузоподъемности от вылета
Рис.3.3. Грузовая характеристика
РАСЧЁТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕХАНИЗМА ПОДЪЁМА ГРУЗА
Задача раздела включает:
Определение силовых и кинематических параметров механизма выбор кинематической схемы подбор основного комплектующего оборудования а также грузонесущих захватных устройств.
Выбираем кинематическую схему ГПМ с частотным преобразователем.
Рис. 4.1. Схема ГПМ с частотным преобразователем
– электродвигатель; 2 – быстроходная муфта с тормозом; 3 – цилиндрический редктор; 4 – тихоходная муфта; 5 – барабан; 6 – частотный преобразователь; 7 – канат; 8 – полиспаст.
2 Расчёт и выбор каната
Расчетное разрывное усилие:
– расчетное разрывное усилие каната;
– табличное по ГОСТу разрывное усилие каната в целом;
– минимальный коэффициент использования каната (
Определяем усилие ветви грузового каната:
– максимальная грузоподъемность т;
– масса грузовой подвески т;
– кратность полиспаста;
– КПД полиспаста грузовой подвески;
Канат выбираем из условия .
Г-I-2000-ЛК-Р-6х19(1+6+66) + 1о.с. ГОСТ 2688-80 с параметрами:
3. Формирование крюковой подвески
Выбираем подвеску типа А.
Рис. 4.2. Схема крюковой подвески
– щека; 2 – блоки полиспаста; 3 – ось блоков полиспаста; 4 – траверса; 5 – крюк.
Крюковая подвеска подбирается по грузоподъемности кратности полиспаста и группы классификации режима работы.
По ГОСТ 6627-74 выбираем однорогий крюк №18 (тип А):
Упорный подшипник передающий нагрузку от крюка на опорную траверсу выбирается по статической нагрузке из условия:
– масса грузозахватных приспособлений т
Внутренний диаметр подшипника:
dкр – диаметр гладкой части хвостовика крюка
По ГОСТ 7872-89 подбираем подшипник 8316
4. Определение расчетных размеров блоков и барабана
Блоки и барабаны должны соответствовать требованиям ГОСТ правил ПБ-10-382 и другим нормативным документам. Изготавливаются литыми стальными сварными или сварно-литыми.
Рис. 4.3. Схема блока
– коэффициент выбора диаметров;
= 16 по таблице 2.4 учебного пособия для групп
Принимаем из типоразмерного ряда:
Рис. 4.4. Схема барабана
h – коэффициент пропорциональности;
мм- диаметр барабана
Выбираем из типоразмерного ряда
Канатоемкость барабана:
h – глубина опускания м.
Рабочая длина барабана:
a – число ветвей каната навиваемых на барабан (принимаем a=1);
m – число слоев навивки каната на барабан;
Полная длина барабана:
Так как m = 4 рассчитываем диаметр реборды:
Конструктивная длина барабана:
Высота от оси барабана до основания опоры:
Выбираем крепление накладками
Рис. 4.5. Схема крепление концевой ветви каната
– болт; 2 – планка; 3 – канат; 4 – барабан.
Число накладок должно быть 2 накладки устанавливаются с шагом 60.
dв dк –диаметр винта
– усилие в канате навиваемом на барабан
Принимаем количество накладок: 3.
6. Определение параметров и выбор приводного электродвигателя
Расчётная частота вращения барабана при подъеме максимального груза:
mср = m2 – среднее количество слоев навивки.
Статическая мощность электродвигателя:
Расчетная мощность с учетом заданной группы режима классификации (Kреж = 07):
Выбираем электродвигатель серии 4МТН 280S8:
B3 = B11 2 = 540 2 = 270 мм
Выбираем частотный преобразователь НСР4055
7. Выбор редуктора и соединительной муфты
Редуктор выбирается по передаточному числу моменту на тихоходном валу и допустимому числу оборотов быстроходного вала.
Передаточное отношение редуктора:
Выбираем редуктор Ц2-750(VI):
Проверка возможности одностороннего расположения барабана и электродвигателя:
Рис. 4.6. Схема компоновки механизма.
00 ≥ +05716+50=678 мм;
Фактическая скорость:
Муфту выбирают по диаметру соединяемых валов и проверяют по передаваемому моменту с учетом коэффициента запаса.
Выбираем муфту с тормозным шкивом МУВП – 10;
Диаметр расточек 90-80 мм
8. Выбор тормоза и проверочный расчет его работоспособности
Выбор тормоза производится по расчетному тормозному моменту из условия:
Диаметр шкива тормоза равняется диаметру шкива муфты = 500 мм
Выбираем тормоз ТТ – 500 (М=3200Нм)
По мощности трения и времени торможения :
a=015 мс2 – допустимое ускорение;
Условие выполняется.
По давлению в колодках тормоза.
Проверка возможности разгона двигателя под нагрузкой.
РАСЧЕТ И ФОРМИРОВАНИЕ МЕХАНИЗМА ИЗМЕНЕНИЯ ВЫЛЕТА
Вылет – линейный параметр крана под которым понимают расстояние по горизонтали от оси вращения поворотной части до вертикальной оси грузозахватного органа при установке крана на горизонтальной площадке.
Основная задача данного расчета включает:
- выбор способа и схемы изменения вылета (если не задан в задании) и подвески стрелы;
- определение внешних нагрузок и выбор расчального и стрелового канатов;
- формирования стреловой лебедки.
Q1=8 т – грузоподъемность на максимальном вылете
Sгр=Sб= 457 кН – рабочее натяжение грузового каната
Wгр =3906 кН- ветровая нагрузка на груз
P ингр.гор =132 кН – горизонтальная инерционная нагрузка на груз
P ингр.верт =132 кН – вертикальная инерционная нагрузка на груз
P цгр.=119 кН –центробежная нагрузка
Sp – Рабочее натяжение расчального каната
G2= 4095 т -Масса стрелы
2. Определение натяжения расчального каната
Натяжение в расчальном канате Sp определяем из ур-ия моментов внешних нагрузок Q1 P ингр.верт Sгр G2 и Pгз относительно т. О- оси пяты стрелы.
Рис. 5.1. Расчетная схема к определению усилий в расчальном канате.
Определяем моменты от действующих сил:
Момент M1 создаваемый весами груза грузовой подвески и вертикальной силой от груза:
Момент M2 от веса стрелы и стрелового полиспаста:
Момент M3 создаваемый ветровой центробежной и инерционной горизонтальной нагрузками на груз:
Момент M4 создаваемый ветровой центробежной и инерционной горизонтальной нагрузками на стрелу:
Момент M5 создаваемый натяжением грузового каната:
где значение угла можно вычислить по зависимости:
Момент M6 создаваемый расчалом:
Натяжение каната расчала Sp:
коэф. запаса принимаемый от режима работы
где Zв = 1 – число ветвей расчала.
3. Формирование стрелового полиспаста
Комплектование механизма изменения вылета стреловым полиспастом обязательна для кранов с подъемной стрелой. Кратность стрелового полиспаста определяется из условия целесообразности унификации стрелоподъемного и грузового канатов т.е. должно обеспечиваться условие:
Принимаем кратность полиспаста
Ход подвижной обоймы:
Длина расчала при макс.мин вылете:
Длина каната навиваемого на барабан стреловой лебедки:
4. Формирование стрелоподъемной лебедки
Для стрелоподъемной лебедки определим мощность привода:
Скорость навивки каната на барабан стреловой лебедки:
Время изменения вылета:
Натяжение стрелового каната (фактическое):
5. Расчет и выбор каната
Разрывное усилие в канате:
Для унификации подбираем тот же канат что и для грузоподъемного механизма 18Г-I-2000-ЛК-Р-6х19(1+6+66) + 1о.с. ГОСТ 2688-80с параметрами:
6. Определение расчетных размеров блоков и барабана
h2 – коэффициент пропорциональности;
7. Определение параметров и выбор приводного электродвигателя
Выбираем электродвигатель серии 4МТН 280S10:
Частота вращения 576 обмин
Частота вращения барабана при номинальной скорости изменения угла наклона стрелы:
8. Выбор редуктора и соединительных муфт
Редуктор выбирается по трем параметрам по условиям:
где МТ.Р.–табличный момент на тихоходном валу редуктора;
UP– табличные значения передаточного числа редуктора;
UPAC=– расчетное значение передаточного числа редуктора;
nPб–табличное допустимое число оборотов быстроходного вала редуктора;
Выбираем редуктор Ц2-650 исполнение (VI) ; .
Период включения 25%
КЗ=15 20 – коэффициент запаса.
Выбираем муфту МУВП-10
Выбираем тормоз ТТ – 500 (М=3200 Нм). Тормоз проверяют по параметрам тормозных шкивов быстроходной муфты и тормоза а также на работоспособность по мощности трения и удельным давлениям в колодках.
РАСЧЁТ И ФОРМИРОВАНИЕ ХОДОВЫХ ТЕЛЕЖЕК И МЕХАНИЗМА ПЕРЕДВИЖЕНИЯ
Задача расчета включает определение внешних нагрузок и распределение их по опорам а также подбор ходовых колес и определение их числа.
Рис. 6.1. Расчетная схема для расчёта и формирования ходовых тележек и механизма передвижения
– наибольшая и наименьшая грузоподъёмности крана
Ветровые нагрузки (рабочее состояние):
Ветровые нагрузки (нерабочее состояние):
Инерционный момент суммарный:
Момент от центробежной нагрузки:
Рис. 6.2. Расчетная схема для определения опорных нагрузок.
Согласно принятой методике определяем суммарные внешние нагрузки.
Вертикальная нагрузка (поворотная часть рабочее состояние):
Вертикальная нагрузка (неповоротная часть):
Суммарный момент воспринимаемый опорами в рабочем состоянии:
Момент от сил тяжести крана:
Принимаем опору B разгруженной.
В рабочем состоянии. При повороте на угол α=45°:
Примерно равно допускаем из-за погрешностей в расчете.
Количество колес на одной опоре:
Принимаем по 3 колеса под одной опорой диаметром Dк=630 мм шириной Bк= тип рельса КР-70 ширина головки рельса - 80 мм радиус головки рельса – 400 мм.
Общее сопротивление передвижению крана с грузом ровно:
где =0012- коэффициент сопротивления движению крана
Приведенная нагрузка на одну приводную тележку:
где-принятое (начальное) число приводных тележек;
Расчетный момент сопротивления передвижению:
Частота вращения колеса:
Расчетная мощность приводного двигателя ходовой тележки:
КПД цилиндрического редуктора
Выбираю электродвигатель 4MTF(H)132L6 N=55кВт n=915 обмин Mmax=135 Нм.
4 Выбор схемы определение основных параметров передачи.
Рис.6.4 Кинематические схема механизмов передвижения крана с использованием цилиндрического редуктора; 1- приводной двигатель; 2- быстроходная муфта; 3- тормоз; 4- редуктор; 5- рама; 6- ведущий вал; 7- ведущая шестерня 8- ведомое колесо;9- ходовое колесо.
Выбираем по трем параметрам: передаточному числу моменту на тихоходном валу Мтв и частоте вращения быстроходного вала.
Частота вращения вала:
Передаточное отношение:
Момент на тихоходном валу:
- предварительное значение передаточного числа открытой зубчатой пары.
Выбираю редуктор типа Ц2-350 Uр=4134; dб.в.=40мм
Определяем параметры открытой зубчатой пары.
Принимаем диаметр начальной окружности зубчатого колеса:
Модуль зацепления зубчатой пары:
Принимаем стандартный m=12 мм
Число зубьев ведомого колеса:
Выбор соединительных муфт
Производится по диаметрам соединяемых валов и проверяется по передаваемому моменту
Быстроходные валы: d двв=42 мм и d рв= 40 мм
Принимаю муфту МУВП-4; М=023 кНм; dнаим=24мм и dнаиб=40 мм DТ=200мм; ВТ=85 мм; IМ=0055кг·м2
Из условия отсутствия движения крана «юзом»:
где – коэффициент сцепления колес с рельсом;
– отношение числа ведущих колес к общему числу
Из условия заданной величины ускорения:
Для определения тормозного момента:
– коэффициент запаса торможения
- число приводных тележек;
- момент динамического нагружения действующий при нагружении крана
- суммарный момент инерции ротора электродвигателя и быстроходной муфты;
– коэффициент учитывающий влияние инерционных масс неучтенных в расчете.
Статическое сопротивление действующее при торможении крана:
Статический тормозной момент:
Расчетный тормозной момент:
Принимаем тормоз типа ТКГ-200; Мт=250 Нм; Dт=200 мм.
Рис. 6.4. Кинематическая схема механизма передвижения (приводной тележки ходовой).
– электродвигатель 4MTF(H)132L6 N=55кВт n=915 обмин; 2 – тормоз типа ТКГ-200 с муфтой МУВП-4; 3 – редуктор Ц2-350 Uр=4134; 4 – открытая зубчатая передача =292 Z1=17 Z2=50 m=12мм; 5 – ходовые колёса приводные – Dk=630 мм 6 – тихоходная муфта 7 – не приводное колесо.
5. Проверочные расчеты
N=55кВт n=915 обмин Mmax=135 Нм.
Проверка возможности трогания крана без груза(по сцеплению).
Статическое сопротивление крана передвижению без груза:
Сопротивление троганию крана без груза:
мс2- допустимое ускорение;
=02 – коэффициент трения в цапфах колес на подшипниках качения;
– отношение числа приводных колес к общему числу.
Трогание крана без пробуксовки обеспечивается если коэффициент сцепления:
- коэффициент сцепления колес с влажными рельсами;
Условие выполняется трогание крана без пробуксовки при отсутствии груза обеспечивается.
Проверка возможности разгона крана под нагрузкой
Разгон возможен при условии:
Максимальный момент двигателя
Момент статических сопротивлений:
Момент динамических сопротивлений:
Условие выполняется разгон крана с грузом обеспечивается.
Проверка возможности угона крана ветром нерабочего состояния
где - угонная сила;
условие (6.43) не выполняется угон невозможен. Не требуется установка противоугонных устройств.
РАСЧЁТ И ФОРМИРОВАНИЕ МЕХАНИЗМА ВРАЩЕНИЯ
Механизм вращения поворотной части крана состоит из двух взаимосвязанных устройств – опорно-поворотного круга (ОПК) одно из колец которого выполняется в виде зубчатого колеса (ведомый элемент) и собственно механизм вращения на выходном валу которого устанавливается ведущая шестерня находящаяся в постоянном зацеплении с зубчатым венцом.
Задача расчёта включает определение: общей нагруженности ОПК выбор его конструкции и типоразмера по типовым графикам; сопротивления вращению поворотной части крана мощности привода выбор схемы и механизма в целом.
В современных башенных кранах в основном применяются механизмы вращения в вертикальном исполнении с цилиндрическим или планетарным редуктором.
Выбираем кинематическую схему механизмов вращения крана с вертикальным расположением двигателя и планетарным редуктором.
Рис. 7.1. Кинематическая схема механизма вращения
Расчетная вертикальная нагрузка:
– коэффициент учитывающий динамичность нагружения;
-масса поворотной части крана.
Расчётная горизонтальная нагрузка:
- допустимый угол наклона ОПК.
От силы тяжести поворотной части крана:
От ветровой нагрузки на поворотную часть крана:
От ветровой нагрузки на груз:
высотная координата приложения ветровой нагрузки на груз относительно размещения ОПУ
Суммарный момент сопротивления вращению от сил трения воспринимаемый ОПК:
Выбираем по графику ОПК №9 ОСТ 22-1401-79 : диаметр по осям качения число зубьев модуль .
Расчетная мощность приводного электродвигателя определяется по суммарному моменту сопротивления вращению:
Момент сопротивления от сил трения в ОПК:
– суммарная вертикальная нагрузка на поворотную часть крана
- угол между направлением вертикальной нагрузкой и осью ролика
– приведенный коэффициент сопротивления вращению для роликовых кругов
Момент сопротивления вращению от уклона:
-допустимый уклон ОПК
Момент сопротивления вращению от ветровой боковой нагрузки:
Момент сопротивления вращению от инерционных сил:
где - суммарный момент инерции(т·м2)
- заданная частота вращения(мин-1)
= 4 6 с – время разгона(торможения)
Расчетная статическая мощности двигателя:
где =16 – коэффициент перегрузки двигателя;
= 1 – число механизмов поворота;
=085 – КПД механизма поворота.
С целью возможности использования унифицированных механизмов передвижения с планетарным редуктором принимаем к установке три механизма вращения второе исполнение с технической характеристикой: электродвигатель МТ-112-6 мощность Nдв=5 кВт частота вращения nдв=940 обмин редуктор 3-ех ступенчатый планетарный с передаточным числом Uр=258; тормоз 2-х колодочный с двумя короткоходовыми электромагнитами диаметр тормозного шкива – 200 мм электромагнит МО-100Б (2 штуки) масса 448кг Z=23 m=16.
Общее передаточное отношение механизма:
Передаточное число открытой пары:
Выходное зубчатое колесо должно иметь 23 зуба.
Для выбора тормоза определяется основной параметр – тормозной момент:
Определение тормозного момента механизма:
Двухколодочный стандартный тормоз типа ТКТ с тормозным шкивом диаметром D=200мм обеспечивает тормозной момент МТ=160 Нм при ПВ=40% т.е. удовлетворяет условиям работы.
ПРОЧНОСТНЫЕ РАСЧЕТЫ ЭЛЕМЕНТОВ ГПМ
Все исходные данные приняты из ранее выполненных расчетов силовых и кинематических параметров механизма и разрабатываемых чертежей
1 Прочностной расчёт барабана
Задачи расчёта: выбор материала и определение толщины стенки барабана.
Условие: барабан не имеющий внутренних рёбер без учёта влияния торцевых стенок ступиц допускается рассчитывать как цилиндрическую трубу нагруженную равномерно распределённой силой. являющейся следствием сгибания его натянутым канатом и в одном сечении сосредоточенной силой равной натяжению каната.
Рис. 8.1. Расчетная схема
Предварительно определяем толщину стенки барабана:
B – ширина площадки сжатия;
B= dk+(23)=18+(2..3)=20 мм
[сж] – допускаемое напряжение на сжатие.
(выбираем материал 09Г2С
Принимаем =20мм так как барабан стальной.
Осевой момент сопротивления кольцевого сечения:
где Rср средний радиус кольцевого сечения барабана. (R=(Dб-б)2)=(05-002)2=024
Напряжение от изгиба:
Полярный момент инерции:
Напряжение от кручения:
Эквивалентные напряжения в теле барабана в опасном сечении:
Допускаемый коэффициент запаса прочности:
Определяем критическую толщину стенок по условию потери устойчивости стенок:
где Eб – модуль упругости стали.
средний диаметр стенок барабана
Рис. 8.2 Схема нагружения оси
– барабан; 2 – фланец; 3 – зубчатый фланец барабана; 4 – зубчатый вал редуктора; 5 – полуось; 6 – подшипниковая опора; 7 – сплошная ось; 8 – ступицы.
Принимаем установку барабана на полуосях с линейными размерами:
L0=Lб+(150 200) мм (8.12)
L0 = 950 мм l1 = 120 мм l2 =200мм l4=90 мм
lс = (10 15)dc (8.15)
lс = (10 15)150=150 225 мм
Принимаем lс = 200 мм
Расстояние приложения силы Sб относительно опоры:
l3 =3dk +2dk +ф+l4 (8.16)
где фл – толщина фланца; фл=б
l3=318+ 218+20+90=200 мм
Тогда нагрузка от Sб на ступицы барабана:
Проверка: Pа +Pб = 5645+0=5645=Sб – верно
Рис. 8.3. Расчетная схема оси барабана
а – для сплошной оси; б – для полуоси.
Mб = 713012 = 086 кНм
Диаметр оси под ступицей при симметричном цикле нагружения:
Принимаем материал оси – сталь ст 45 с [-1]=664 МПа
Принимаем двухрядный шарикоподшипник 1518 ГОСТ 28428-90 d=90 мм и динамической грузоподъемностью С=71000 Н.
Расчетная долговечность:
где α показатель степени принимаемый для сферических подшипников α=3
Приведенная нагрузка^
Qпр =KmKд(XRKр +YA) (8.25)
Km =1 температурный коэффициент;
Kд =1 – коэффициент динамичности;
Kр – коэффициент учитывающий вращение колец. При вращающемся внутреннем кольце Kр =1
X и Y – коэффициенты приведения нагрузки: для радиальных подшипников X=Y=1
Qпр = 11131450=31450 Н
1761 часов > 3000 часов ( для режима работы М3) – условие выполнено
Принимаем крепление каната болтовыми накладками
Задачей расчета такого крепления является определение диаметра зажимных болтов и их числа.
Усилие вытягивающие канат из-под крепления по теореме Эйлера:
где =012-016 коэффициент трения между канатом и барабаном;
α =2 – угол обхвата рад.
Необходимая сила нажатия прижимных накладок:
где K1 – коэффициент запаса надежности крепления;
f =02 – приведенный коэффициент трения между канатом и накладкой.
Принимаем диаметр болта d1 =18 мм материал сталь ст.45 с пределом текучести Т=360 МПа.
Рис. 8.4 Схема крепления каната.
d* - длина каната выпускаемого из-под накладок.
Тогда допускаемое напряжение по растяжению:
где [n] – коэффициент запаса прочности.
Необходимое число болтов:
где l=20мм высота накладки.
В проекте принимаем для крепления каната к барабану пять одноболтовых накладок.
5. Расчет крепления зубчатого венца-ступицы к барабану
Задача расчета включает определение количества болтов при принятом материале.
Данное соединение крепится с болтами с натягом работающими на срез а также на растяжение и кручение от предварительной затяжки при сборке.
Рис. 8.5. Схема крепления зубчатого венца-ступицы к барабану
Диаметр окружности установки болтов принимаем из проекта:
- наружный диаметр зубчатого вала редуктора
Материал болтов – Ст45.
Примем число болтов по окружности: Z=6
Окружное усилие действующее на один болт:
Болты при установке с натягом работают на срез и их диаметр определится как:
коэффициент безопасности для кранов работающих с крюком
коэффициент нагрузки для группы режима работы М3
По ГОСТ 780570-70-70 принимаем болты М10
6. Расчет болтового крепления подшипниковой опоры
Условие расчета – обеспечить нераскрытие стыка и сдвига опоры по основанию после приложения внешней нагрузки в нашем случае – натяжение каната Sb.
h=016 м; b=04 м; L=034
Усилие Sb раскладываем по осям Y-Y:
Силу Р2 приводим к центру тяжести стыка в результате получаем момент:
Напряжения сжатия от действия момента:
где Кст – коэффициент запаса Кст=(13-20).
Усилие затяжки одного болта:
где Z=4 число болтов.
Рис. 8.6 Расчетная схема
Аналогично определяем усилие затяжки от растяжения силой Р1.
Общее усилие затяжки болтов из условия нераскрытия стыка:
Расчетное усилие с учетом крутящего момента при затяжке и жесткости стыкуемых деталей:
где 13 – коэффициент учитывающий действия крутящего момента;
Расчетный диаметр болта:
Принимаем 4 болта М22х100 ГОСТ Р ИСО 4014-2013.
Проверка возможности сдвига опоры по основанию. Условие невозможности сдвига:
где f=014 – коэффициент трения;
К=12 – коэффициент запаса трения.
Задача расчета заключается в проверке прочности ослабленного сечения испытывающего изгибные напряжения.
Рис. 8.7. Расчетная схема траверсы.
Размеры траверсы можно принять по выбранному типоразмеру или ориентировочным данным:
щ =14- толщина щеки;
Dm=Dn=140 мм –внешний диаметр подшипника;
Расчетная нагрузка с учетом инерции поднимаемого груза:
Qp=(Q2+G12)g+(Q2+G12) [a] кН(8.50)
Qp =(16+08) 981+(16+08) 015=16733 кН;
Наибольший изгибающий момент:
Момент сопротивления опасного (среднего) сечения:
Максимальное напряжение изгиба:
Коэффициент запаса предела текучести:
Задача расчета включает проверку на смятие (сжатие) листов щёк по диаметральной площади и ослабленного сечения I-I на растяжение.
Рис. 8.8. Расчётная схема щеки
щ =14 мм Вщ=180мм dо=100 мм Qр=16733кН
- предел текучести для стал ВСт5сп
- коэффициент запаса прочности;
- запас прочности обеспечивается
Среднее напряжение растяжения:
– условие прочности обеспечивается.
Принимаем по ГОСТ 813-75 шариковые радиально-упорные подшипники серии 46120 диаметром d=100 мм D=150 мм B=24 мм и динамической грузоподъемностью С=71500 Н.
где α показатель степени α=3
Qпр =KmKд(XRKр +YA) – приведенная нагрузка
Kр – коэффициент учитывающий вращение колец. Kр =1
5841 час > 3000 часов – условие выполнено
В ходе анализа проекта было установлено его соответствие всем ГОСТам и существующим техническим регламентам а также другим нормативным документам. Следует отметить что все расчеты производились по эмпирическим формулам точность которых не вызывает сомнения.
Параметры проектируемой машины а именно башенного крана с поворотным оголовком и подъемной стрелой соответствуют заданным параметрам из чего следует что данный кран пригоден для механизации монтажно-строительных работ при возведении жилых административных и промышленных зданий высотой до 50 метров с подъемом строительных элементов массой до 16 т а также для погрузочно-разгрузочных работ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Расчет и проектирование башенного крана М.А. Степанов Е.В. Кочетов М: «Типография МГСУ» 2010.
Подъемно-транспортные машины строительной промышленности А.А. Вайнсон М: «Альянс» 2009;
ГОСТ 2688-80 Канат двойной свивки типа ЛК-Р конструкции 6х19(1+6+66)+1 о.с. Сортамент.1980 г.
ГОСТ 6627-74 Крюки однорогие. Заготовки. Типы. Конструкция и размеры.1974 г.
ГОСТ 7872-89. Подшипники упорные шариковые одинарные и двойные. Технические условия.1989 г.
ОСТ 24.191.05-82 Блоки для стальных канатов. Конструкция и размеры.1982 г.

Спецификация 2 МИВ.dwg

Электродвигатель 4MTH 280S10
Г-I-2000-ЛК-Р-6х19(1+6+66) + 1о.с.
Двухрядный шарикоподшипник
Болт М36х140 ГОСТ Р ИСО 4014-2013
Гайка М36 ГОСТ 5915-70
Шайба 36Л ГОСТ 6402-70
Шайба С 36.37 ГОСТ 10450-78
Болт М22х100 ГОСТ Р ИСО 4014-2013
Гайка М22 ГОСТ 5915-70
Шайба 22Л ГОСТ 6402-70
Шайба С 22.37 ГОСТ 10450-78
Болт М5х30 ГОСТ Р ИСО 4014-2013
Шайба 5Л ГОСТ 6402-70
Шайба С 5.37 ГОСТ 10450-78
Болт М20х180 ГОСТ Р ИСО 4014-2013
Гайка М20 ГОСТ 5915-70
Шайба 20Л ГОСТ 6402-70
Шайба С 20.37 ГОСТ 10450-78
Болт М18х70 ГОСТ Р ИСО 4014-2013
Гайка М18 ГОСТ 5915-70
Шайба 18Л ГОСТ 6402-70
Шайба С 18.37 ГОСТ 10450-78
-6g х 120.109.40Х.26 ГОСТ 22034-76

2 Механизм изменения вылета.dwg

3 Грузозахватное устройство.dwg

Спецификация 1 БК.dwg

Пояснительная записка
Грузозахватное устройство
Грузоподъемный механизм
Механизм изменения вылета
Подвижная обойма полиспаста
Неподвижная обойма полиспаста
Механизм передвижения
Грузоподъемный канат
Г-I-2000-ЛК-Р-6х19(1+6+66) + 1о.с.
Опорно поворотный круг
ОПК №9 ОСТ 22-1401-79

1 Общий вид башенного крана.dwg

Кинематическая схема механизма
изменения вылета стрелы
Частотный преобразователь
Техническая характеристика крана
Номинальный грузовой момент
Грузоподъемность максимальная
Грузоподъемность при максимальном вылете
Вылет грузозахвата максимальный
Вылет грузозахвата минимальный
Высота подъема максимальная
Высота подъема при максимальном вылете
Глубина опускания при наименьшем вылете
Скорость подъема максимального груза
Скорость подъема-опускания грузозахвата
Скорость плавной посадки максимального груза
Средняя скорость изменения вылета
Скорость передвижения крана
Частота вращения поворотной части крана
Способ изменения вылета грузозахвата
Металлоконструкция башни
Группа режима работы крана
Кинематическая схема
Кинематическая схема грузоподъемного механизма
Грузовая характеристика крана