Расчет механизмов портального крана

PTM.dwg

Port_kran_1.doc

Расчет механизма поворота портального крана.
Механизмы предназначенные для поворота вращающейся части крана устанавливают либо на неповоротной части крана либо на его поворотной части. В первом случае колесо последней передачи выполненное в виде зубчатого венца или цевочного круга закрепляют на поворотной части крана. Во втором случае зубчатый венец или цевочный круг располагается на неповоротной части образуя в механизме планетарную передачу с двигателем на водиле которым здесь является поворотная часть крана.
Наибольшее распространение получили опорно-поворотные устройства на поворотном круге который может быть изготовлен в виде кругового рельса для перемещения поворотной части на катках или шарах или представлять собой двухрядный подшипник большого диаметра воспринимающий опрокидывающие моменты (шаровой погон).
Краны на колонне могут иметь различные конструктивные решения но принципиально различают конструкции на вращающейся или неподвижной колонне. Затраты энергии при производстве работ а следовательно и стоимость работ определяются сопротивлениями вращению что зависит в первую очередь от нагрузок в опорно-поворотном устройстве. Нагрузки определяются реакциями опор при работе крана и изменяются в зависимости от изменения вылета и массы перемещаемого груза.
По компоновке механизма вращения кранов (тележек) с электродвигателем могут быть с горизонтальным и вертикальным расположением двигателя.
Они обычно снабжены фрикционными муфтами предельного момента.
Механизм вращения с вертикальным расположением двигателя более компактен позволяет избежать конических червячных и др. передач имеющих малую надёжность или низкий КПД проще в обслуживании.
Частота вращения колонны:
Коэффициент перегрузки:
КПД механизма поворота:
Вес поворотной части:
Площадь поворотной части:
Средний радиус поворота крана:
При выборе двигателя механизма поворота следует иметь в виду что двигатель обладающий недостаточной мощностью будет иметь боьшое время разгона и снижать производительность крана. Слишком мощный двигатель будет при каждом пуске вызывать большие инерционные нагрузки которые вредно отразятся на металлоконструкции крана ( в первую очередь на стреловом устройстве) и приведут к расстройству и быстрому износу привода механизма поворота в особенности если иметь в виду реверсивность механизма поворота.
Выбор двигателя механизма поворота производится по среднеквадратичному моменту сил сопротивлений вращению поворотной части крана при повороте ее на 180 градусов без учета инерционных нагрузок.
а) Определим момент сил трения в опорно-поворотном устройстве от веса поворотной части крана с грузом подвеской и канатами. Его основной составляющей является суммарный момент трения в катках.
Для случая качения катков по неподвижной колонне:
Коэффициент трения в цапфе катка:
Наружный диаметр центров катков:
Коэффициент трения качения катка:
Определим минимальное требуемое количество катков:
Принимаем количество катков:
Сопротивление катка:
Момент сил трения в катках:
Момент сил трения в опорно-поворотном устройстве:
Наибольший момент от давления силы ветра:
Среднеквадратичный момент сил сопротивлений вращению поворотной части крана:
б) По среднеквадратичному моменту определяем среднеквадратичную мощность двигателя:
По ГОСТ 19523-81 выбираем крановый электродвигатель серии 4А закрытый обдуваемый защищенный: 4А180S4У3. Его характеристики:
Синхронная частота вращения:
Момент инерции ротора:
Пусковой момент двигателя:
Момент статических сопротивлений:
Выбираем втулочно-пальцевую муфту по ГОСТ 21424-75 передающую номинальный крутящий момент 210 кН.
Момент инерции муфты:
Двигатель проверяем по времени пуска и по среднему ускорению при пуске.
Маховый момент вращающихся масс механизма приведенный к валу двигателя:
Маховый момент вращающихся масс крана приведенный к валу двигателя:
Для равномерной передачи вращения берем двойной механизм.
Передаточное число механизма поворота:
Время пуска двигателя:
Время пуска не должно превышать 10 с так что выбранный двигатель вполне удовлетворяет условиям.
Момент создаваемый весом груза на тормозном валу:
Согласно Правилам Госгортехнадзора принимаем коэффициент запаса торможения
Тогда требуемый момент тормоза:
Выбираем два колодочных двухштоковых тормоза с гидроэлектротолкателем ТКТГМ-450В8. Диаметр тормозного шкива 450мм Наибольший тормозной момент:
Расчет механизма подъема крана
При расчете механизма подъёма груза прежде всего в зависимости от грузоподъёмности и типа ГПМ выбирают тип полиспаста: простой или сдвоенный. В поворотных кранах где существует направляющий блок чаще применяют одинарный полиспаст. А при непосредственной навивке на барабан (в козловых мостовых кранах) во избежание вращения груза при подъёме принимают сдвоенный полиспасты. При нагрузке на ветвь каната более 30 - 50 кН применяют полиспаст позволяющий применять меньший диаметр каната. В зависимости от принятого способа подвески захватного органа определяют нагрузку на ветвь каната рассчитывают и подбирают канат.
Скорость подъема груза:
Кратность полиспаста:
Высота подъема груза:
КПД канатной системы:
КПД механизма подъема:
Скорость опускания груза:
Определение усилия на канат:
Определение разрывного усилия:
По таблицам канатов принимая расчетное разрывное сопротивление []=160МПа
выбираем канат типа ТЛК-0 конструкции 6х37(1+6+15+15)+1 о.с. по ГОСТ 3079-80 диаметром dk=62мм маркировочной группы 1764 МПА сопротивление разрыву которого равно Fraz=2000kN.
Определение статической мощности двигателя:
По ГОСТ 19523-81 выбираем два крановых электродвигателя серии 4А (закрытый обдуваемый защищенный): 4А355М2У3. Его характеристики:
Время пуска не должно превышать 3-4 с так что выбраный двигатель вполне удовлетворяет условиям.
Проверка по среднему ускорению при пуске производится по формуле:
Для крюковых кранов среднее пусковое ускорение не должно превышать 0.2мс2 так что выбранный двигатель проходит по этому требованию.
Предварительный диаметр канатного барабана:
Выбираем колодочный двухштоковый тормоз с гидроэлектротолкателем ТКТГМ-450В8. Диаметр тормозного шкива 450мм Наибольший тормозной момент:
Определяем средний диаметр грузового барабана:
коэффициент пропорциональности установленный правилами Госгортехнадзора
Диаметр барабана измеренный по дну канавки:
Принимаем диаметр барабана по дну канавки:
Определяем частоту вращения барабана:
Передаточное число между барабаном и двигателем:
Выбираем редуктор цилиндрический горизонтальный двухступенчатый Ц2-500.
Передаточное отношение редуктора:
Частота вращения быстроходного вала:
Определяем число рабочих витков барабана:
Принимаем число запасных витков:
Число витков для закрепления каната на барабане:
Определяем число витков нарезной части барабана:
Принимаем число полных витков:
Шаг нарезки барабана:
Длина нарезной части барабана:
Полная длина барабана:
Толщину стенки барабана определяем из расчета на сжатие:
допускаемое напряжение на сжатие.
Принимаем толщину стенки барабана:
Расчет механизма передвижения портального крана.
Механизмы передвижения ГПМ предназначены для их перемещения а так же для горизонтального и слабонаклонного перемещения груза.
Краны перемещающиеся по рельсовому пути изготовляют четырёх и реже трёхопорными. Число колёс крана выбирают в зависимости от максимальной допустимой нагрузки на колесо и подкрановый путь.
Нужно помнить что жёсткое крепление колёс недопустимо так как при возможных неровностях рельса нагрузка на одно колесо превысит допускаемую что приведет к разрушению ходовой части.
Если не все колёса являются приводными то приводные колёса размещают равномерно под всеми опорами либо на диагонали опорного контура.
Если число колёс под опорой более одного то их объединяют системой балансиров. Длины тяг балансиров принимают из условия одинаковой вертикальной нагрузки на все колёса.
Механизмы передвижения кранов и тележек с центральным приводом бывают с тихоходным или быстроходным трансмиссионным валом.
Скорость передвижения крана:
КПД механизма передвижения:
Площадь подветренной части:
Сопротивление сил трения
-диаметр ходового колеса
-коэффициент трения качения
-диаметр цапфы колеса
-приведенный коэффициент трения
Сопротивление от уклона пути
Сила инерции при пуске
Сопротивление от ветровой нагрузки:
Суммарное сопротивление передвижению
Необходимая суммарная мощность привода
Так как приводных тележки четыре мощность каждого привода будет равна:
По ГОСТ 19523-81 выбираем крановый электродвигатель серии 4А закрытый обдуваемый защищенный: 4А160S2У3. Его характеристики:
Частота вращения приводного колеса:
Требуемое передаточное число механизма передвижения:
По ГОСТ 20373-80 выбираем редуктор цилиндрический горизонтальный двухступенчатый типа Ц2: Ц2-300.
Передаточное отношение:
Мощность на быстроходном валу:
Момент создаваемый весом крана с грузом на тормозном валу:
В данном проекте в результате проведенных расчетов были найдены оптимальные параметры проектируемого грузоподъемного оборудования с точки зрения соотношения потребляемой и затрачиваемой мощностей (другими словами с максимальным коэффициентом полезного действия) и оптимальными технологическими параметрами (скоростью и грузоподъемностью).
Дальнейшая оптимизация проектируемого перегрузочного оборудования может заключаться в анализе надежности и долговечности что требует наличия статистических данных на каждый из применяемых узлов (подшипники электродвигатели тормоза и т.д.). Помимо этого возможен анализ оптимальности компоновки узлов и агрегатов проектируемой машины металлоемкости и прочности металлоконструкций.
Примеры расчета кранов. Н.Г. Павлов; Ленинград
Машиностроение 1967г.
Справочник по расчетам механихзмов подъемно-транспортных
Кузьмин Ф.Л. Марон. Минск "Вышейшая школа" 1983г.
Детали машин. П.Г. Гузенков; Москва Высшая школа 1982г.
Детали машин. М.Н. Иванов; Москва; Высшая школа 1984г.
Конструирование узлов и деталей машин. Высшая школа. П.Ф. Дунаев О.П.Леликов.