Мостовой кран грузоподъемностью 4 тонны

Спецификация.frw

ЧГУ.Д.КП.190109.65.0001.СБ
Кольцо уплотнительное
Крюк 12Б-1 ГОСТ 6627-74
Подшип. 8208 ГОСТ 7872-79
Шайба 6 3Х13 ГОСТ 6402-70
Подшип. 209 ГОСТ 8338-75

Механизм передвижения (А2).cdw

Механизм передвижения
Техническая характеристика
Скорость передвижения
тип. . . . . . . . . . . . . . . МТF 011-6
кВт . . . . . . . . . . . 1
тип . . . . . . . . . . . . . . . ВК-350
передаточное число . . . . . . . 14
тип . . . . . . . . . . . . . . ТКТ-200
тип . . . . . . . . . . . . . . . МЗ №1
тип . . . . . . . . . . . . . МУВП-Т200

Общий вид (А1).cdw

Техническая характеристика
т . . . . . . . . . 4
Высота подъема груза
Режим работы механизма . . . . . . 4М
подъема груза . . . . . . . . . . . . 12
передвижения тележки. . . . . . 40
передвижения моста . . . . . . . 80
Электродвигатель механизма:
тип . . . . . . . . . . . . . . МТF 311-8
кВт . . . . . . . . . . 7
передвижения тележки:
тип . . . . . . . . . . . . . . МТF 011-6
кВт . . . . . . . . . . 1
тип . . . . . . . . . . . . . . . . Ц2-300
передаточное число . . . . . . 32
тип . . . . . . . . . . . . . . . . ВК-350
передаточное число . . . . . . 14
тип . . . . . . . . . . . . . . . . Ц2-250
передаточное число . . . . . . 12
тип . . . . . . . . . . . . . . . ТКГ-200
тип . . . . . . . . . . . . . . . ТКТ-200
тип . . . . . . . . . . . . . . . . ТКТГ-200
м . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10"

Механизм подъема (А2).cdw

Высота подъема груза
м . . . . . . . . . 16
Техническая характеристика
Скорость подъема груза
тип . . . . . . . . . . . . . . . МТF 311-8
кВт . . . . . . . . . . . 7
тип . . . . . . . . . . . . . . . Ц2-300
передаточное число . . . . . . . 32
тип . . . . . . . . . . . . . . ТКГ-200

ГПМ.doc

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ 7
РАСЧЕТ МЕХАНИЗМА ПОДЪЕМА ГРУЗА 8
1. Выбор типа подвески. 8
1.1. Расчет канатов и блоков подвески
1.2. Выбор крюка .10
1.3. Расчет упорного подшипника и гайки крюка 10
1.4. Расчет элементов подвески .11
2. Расчет барабана 15
2.1. Расчет узла крепления каната .17
2.2. Расчет оси барабана .18
2.3. Расчет подшипников оси барабана .21
3. Расчет электродвигателя и редуктора 22
4. Расчет узла соединения редуктора с барабаном .24
5. Расчет и выбор муфт ..24
6. Расчет и выбор тормоза .25
7. Проверка электродвигателя по времени разгона 26
8. Компоновка механизма подъема ..28
РАСЧЕТ МЕХАНИЗМА ПЕРЕДВИЖЕНИЯ ТЕЛЕЖКИ
1. Определение сопротивления движению тележки .29
2. Выбор двигателя редуктора и муфт 31
3. Расчет и выбор тормоза 35
4. Проверка электродвигателя по времени разгона 34
5. Компоновка механизма передвижения тележки 36
КОМПОНОВКА ТЕЛЕЖКИ КРАНА
РАСЧЕТ МЕХАНИЗМА ПЕРЕДВИЖЕНИЯ КРАНА
1. Определение сопротивления передвижению крана 40
2. Выбор электродвигателя редуктора и муфт 41
3. Расчет и выбор тормоза .44
4. Проверка электродвигателя по времени разгона
5. Компоновка механизма передвижения крана .45
РАСЧЕТ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИИ МОСТА КРАНА
1. Проектировочный расчет .46
1.1. Выбор материала 46
1.2. Расчетные нагрузки 46
1.3. Расчет размеров поперечного сечения пролетных балок в
средней части пролета
1.4. Определение размеров поперечного сечения опорных
частей пролетных балок .52
1.5. Определение размеров поперечного сечения концевых
2. Проверочный расчет 54
2.1. Средняя часть пролетной балки .54
2.2. Ребра жесткости ..58
2.3. Проверка прочности опорного сечения пролетной балки 60
2.4. Проверка статической жесткости моста в вертикальной
2.5. Проверка динамической жесткости моста 62
-грузоподъемность: Q = 4 т;
-режим работы: 4М (средний);
-высота подъема груза: H = 16 м;
-скорость подъема груза: uг = 12 ммин = 02 мс;
-скорость передвижения тележки: uт = 40 ммин = 067 мс;
-скорость передвижения крана: uм = 80 ммин = 133 мс;
-длина пролета: Lп = 10 м.
-общий вид мостового крана;
-механизм передвижения тележки (общий вид);
-механизм подъема тележки крана (общий вид);
-конструкция крюковой подвески с ОГП.
РАСЧЕТ МЕХАНИЗМА ПОДЪЕМА ГРУЗА
Общий расчет механизма подъема груза включает выбор и расчёт крюка с подвеской полиспаста каната барабана двигателя редуктора муфт тормоза. Для этого необходимо составить его кинематическую схему.
Рис. 1 Схема механизма подъема
1. Выбор типа подвески
В мостовых кранах для обеспечения строго вертикального подъема груза применяются сдвоенные полиспасты у которых на барабан наматываются две ветви. Число ветвей каната на которых висит груз зависит от грузоподъемности крана. Так как грузоподъемность крана 4 т то принимаем сдвоенный полиспаст с кратностью iпл = 2 и непосредственном характере навивки каната на барабан.
Рис. 2 Схема полиспаста
При использовании полиспаста скорость движения каната будет больше скорости подъема груза:
где г = 02 мс – скорость подъема груза;
Максимальное усилие в канате в точке набегания его на барабан определяем по формуле:
где Q = 4000 кг – грузоподъемность;
z = 4 число ветвей на которых висит груз;
hпл = 099 – КПД полиспаста;
hнб = 1 – КПД неподвижного блока;
n = 1 – число неподвижных блоков.
Типоразмер каната выбирают исходя из следующих условий. Первое условие:
где Fразр расчетное разрывное усилие в канате;
kз = 55 – коэффициент запаса прочности для среднего режима работы.
где Dбл диаметр блока измеряемый по средней линии навитого каната (Dбл = Dбл0 + dк) мм;
dk – диаметр каната мм;
е = 25 коэффициент учитывающий допустимый перегиб каната.
Dбл0 диаметр блока по дну канавки;
Dбл = 265 + 11 = 276 мм.
Принимаем стандартное значение Dбл = 315 мм.
Канат выбираем из таблиц ГОСТ 2688-80 по ближайшему разрывному усилию: dк = 11 мм Fразр.к. = 62850 Н.
Канат двойной свивки ЛК–Р 6 × 19 (1+6+66) + 1 о. с. ГОСТ 2688 – 80
Рис. 3 Канат ЛК–Р 6 × 19 (1+6+66) + 1 о. с. ГОСТ 2688 – 80
Каждый блок устанавливается на двух радиальных подшипниках. Нагрузка на один подшипник при максимальном грузе:
где kд = 12 – динамический коэффициент;
ku = 135 – коэффициент вращения наружного кольца подшипника.
Так как кран работает с разными грузами расчет следует вести по эквивалентной нагрузке:
где kпр = 065 – коэффициент приведения для среднего режима работы.
Требуемая долговечность подшипника L (в млн. оборотов):
где Lh = 3500 ч – долговечность подшипника для среднего режима;
nбл – частота вращения блока мин-1:
Тогда расчетная динамическая грузоподъемность шарикового подшипника будет равна:
Выбираем шариковый радиальный однорядный подшипник (легкая серия диаметров 2 узкая серия ширин 0):
Подшипник 209 ГОСТ 8338 – 75: d = 45 мм D = 85 мм B = 19 мм С = 33200 Н С0 = 18600 Н.
Рис. 4 Подшипник 209
В мостовых кранах общего назначения применяются кованые однорогие крюки по ГОСТ 662774. Выбор крюка производим по заданной грузоподъемности и режиму работы. Так как ось блоков совмещена с траверсой крюка выбираем тип крюка с длинным хвостиком.
Заготовка крюка 12Б-1 ГОСТ 6627-74
Рис. 5 Крюк однорогий
1.3. Расчет упорного подшипника и гайки крюка
Поскольку вращение крюка является только установочным то расчет подшипника ведем по статистической грузоподъемности которая определяется по формуле:
где kД = 12 –динамический коэффициент;
Выбираем подшипник упорный шариковый одинарный серии диаметров 2 серии высот 0 исходя из расчетной нагрузки и диаметра хвостовика крюка:
Подшипник 8208 ГОСТ 787279: d = 40 мм D = 68 мм H = 19 мм Соа = 83000 Н.
Рис. 6 Подшипник 8208
Гайка крюка выполняется с уширением нижней части которая охватывает упорный подшипник. Наименьший диаметр гайки определим по формуле:
где d0 = 36 мм – диаметр резьбы хвостовика крюка;
Стопорение гайки осуществляется при помощи планки.
1.4. Расчет элементов подвески
Траверса подвески (рис. 7) работает на изгиб. Расчет траверсы ведем по двум опасным сечениям: в середине (А-А) и в месте изменения сечения (B-B).
Поскольку расчетная длина траверсы неизвестна то для предварительного расчета принимаем ее по аналогичным типовым подвескам. Для двухблочной подвески:
Рис. 7 Схема к расчету траверсы
Ширину траверсы принимаем: bтр = 82 мм.
Диаметр отверстия принимаем: dтр = 43 мм.
Длину средней части траверсы принимаем: b1 = 92 мм.
Максимальный изгибающий момент в сечении А-А определим по формуле:
где l – расчетная длина траверсы м.
Момент в сечении B-B будет равен:
Траверса из стали 45 с пределом выносливости s-1 = 250 МПа. Допускаемое напряжение для предварительного расчета определяется по формуле:
где K'0 = 23 – коэффициент учитывающий конструкцию детали;
[n] = 16 – допускаемый коэффициент запаса прочности для среднего режима работы механизма подъема.
Момент сопротивления в сечении А-А:
Момент сопротивления в сечении B-B:
Найдем минимальные значения h и d из условия прочности:
где М – момент действующий в расчетном сечении Н×м;
W – момент сопротивления расчетного сечения м3.
Принимаем d = 44 мм h = 56 мм.
Уточним параметр крюка l:
где Н – высота упорного подшипника мм.
Рис. 8 Укороченная крюковая подвеска
Барабан изготовлен из литого чугуна марки СЧ-15-32.
Минимальный диаметр барабана:
Принимаем Dб = 320 мм.
Размеры профиля канавок барабана:
r = 60 мм h = 35 мм t = 125 мм.
Толщина стенки при предварительном расчете может быть определена по формуле:
см = 164 мм > 12 мм.
Проверка толщины стенки на сжатие:
[sсж] = 1647 – допускаемое напряжение сжатия при коэффициенте запаса 425 относительно предела прочности sв = 700 МПа.
Длина барабана (рис. 1) при использовании сдвоенного полиспаста определяется по следующей формуле:
lp = - участок для навивки рабочей ветви каната
где Н – высота подъема груза Н = 16 м;
l0 = b – 2hmintgg средний участок барабана разделяющий правую и левую нарезки.
Принимая g = 60 и hmin = 700 мм определяем l0:
l0 = 185 – 2×700×tg60 = 38 мм.
lкр = 25×125 = 3125 мм.
lтр = 15×125 = 1875 мм.
Так как длина барабана удовлетворяет условию мм то дополнительной проверки стенок на изгиб и кручение не требуется.
2.1. Расчет узла крепления каната
Для уменьшения нагрузки на прижимные планки правилами предусматривается наличие запасных витков трения. Усилие в канате перед прижимной планкой:
где е – основание натуральных логарифмов;
f = 01 – коэффициент трения каната о барабан;
a угол обхвата барабана запасными витками каната рад ().
Рис. 9 Схема крепления каната на барабане
Усилие в одном болте находится по формуле:
где z – число болтов в накладке (принимаем z = 2);
f1 – приведенный коэффициент трения между канатом и накладкой с трапецеидальным сечением канавки ();
= 400 – угол наклона боковой грани канавки;
угол обхвата барабана витком крепления каната;
Принимаем Болт М12 и проверяем его на растяжение:
где 13 – коэффициент учитывающий кручение и изгиб болта;
kз = 18 – коэффициент запаса крепления;
Sб = 1131 – площадь сечения болта см2;
[sр] = 117 – допускаемое напряжение растяжения для Ст 3 МПа.
2.2. Расчет оси барабана
При зацеплении тихоходного конца вала выполненного в виде зубчатого венца с другим венцом укрепленным непосредственно на барабане крутящий момент передается через болты соединяющие венец-ступицу с обечайкой барабана и следовательно вал барабана работает только на изгиб.
Длину барабана принимаем l = Lб + (150 200) мм = 1150 мм. Нагрузка на барабан создается усилиями двух ветвей каната – 2 Fmax. Расстояние от ступиц до опор можно принять l1 = 120 мм l2 = 200 мм. Нагрузки на ступицы также не будут одинаковыми:
Материал оси барабана: Сталь 45. Предел выносливости s-1 = 260 МПа. Допускаемое напряжение при симметричном цикле:
Рис. 10 Расчетная схема оси барабана
Найдем реакции опор RA и RB (рис. 10):
Наибольший изгибающий момент в сечении под ступицей:
Момент сопротивления этого сечения Wст = 01dст3 см3. Из условия работы оси на изгиб в симметричном цикле:
минимальный диаметр ступицы:
Принимаем dст = 625 мм.
Наибольший момент для правой цапфы будет равен:
Момент сопротивления сечения цапфы: Wц = 01dц3 см3. Диаметр цапфы найдем из условия прочности.
Принимаем dц=40 мм. Принимаем диаметр левой цапфы равным диаметру правой цапфы для единообразия подшипников.
2.3. Расчет подшипников оси барабана
Для компенсации несоосности опор вал барабана помещаем на двухрядных сферических радиальных шариковых подшипниках ГОСТ 5720 – 75.
Эквивалентная нагрузка на правый подшипник равна:
где ku = 1 – коэффициент вращения;
kД = 12 – динамический коэффициент для механизмов подъема;
kпр = 065 – коэффициент приведения.
Требуемая долговечность подшипника L (в млн. оборотов) определяется по формуле:
где Lh = 3500 ч – долговечность подшипника для среднего режима работы;
nб – частота вращения барабана мин-1:
Тогда расчетная динамическая грузоподъемность подшипника будет равна:
Левый подшипник рассчитываем по статической грузоподъемности:
Оба сферических подшипника выбираем одинаковыми по ГОСТ 5720 – 75.
Подшипники 1508 ГОСТ 5720 – 75: d = 40 мм D = 80 мм B = 23 мм С = 22500 Н С0 = 9450 Н.
3. Расчет электродвигателя и редуктора
Статическая мощность при подъеме номинального груза:
где h0 = 085 – КПД механизма подъема.
В кранах общего назначения расчет двигателя можно с достаточной точностью вести по эквивалентной нагрузке.
где kпр = 065 – коэффициент приведения для среднего режима.
Рис. 11 Электродвигатель серии МТФ
Выбираем асинхронный трехфазный электродвигатель MTF 311-8 (МТФ 311-8) (рис. 11):
N = 75 кВт nдв = 695 мин-1 Mmax = 265 Н×м Jр = 11 кгсм2 (Маховый момент ротора) Jи = 0275 кг×м2.
Редуктор выбираем по статической мощности передаточному отношению частоте вращения вала двигателя и режиму работы.
Мощность редуктора определяется по формуле:
где kр = 1 – коэффициент запаса для редукторов типа Ц2.
Передаточное отношение:
Рис. 12 Редуктор Ц2 – 300
Выбираем редуктор Ц2 – 300 (рис. 12): ip = 3242 Nр = 104 кВт.
Рис. 13 Конструкции валов редуктора Ц2 – 300
Размеры конца вала редуктора Ц2 – 300 (рис. 13):
4. Расчет узла соединения редуктора с барабаном
В принятом соединении вала редуктора с барабаном крутящий момент передается через призонные болты установленные в отверстия без зазора. В этом случае болты работают на срез напряжение которого определяется по формуле:
где Рокр – усилие действующее по окружности установки болтов Н;
Zбп = 6 – число болтов;
d = 18 см – диаметр цилиндрической части призонного болта;
[t] – допускаемое напряжение среза МПа.
Диаметр окружности установки болтов принимаем Dокр = (13 14)D3
где D3 = 210 мм – диаметр окружности зубчатого венца вала редуктора;
Dокр = 13×210 = 273 мм.
где Мб крутящий момент на барабане Нм.
3 702 – условие выполняется.
5. Расчет и выбор муфт
Для соединения вала электродвигателя с валом редуктора необходимо выбрать муфту. Муфта выбирается по расчетному крутящему моменту:
где k1 = 13 – коэффициент учитывающий степень ответственности механизма;
k2 = 12 – коэффициент учитывающий режим работы.
МУВП 250353451У ГОСТ 2142493: Число пальцев – 6 Jм = 0039 кгм2;
МУВП 710451501У ГОСТ 2142493: Число пальцев – 8 Jм = 0064 кгм2.
6. Расчет и выбор тормоза
Тормоз устанавливается на быстроходном валу редуктора. Расчетный тормозной момент:
где kт = 175 – коэффициент запаса торможения для среднего режима.
Выбираем тормоз: ТКГ – 200 (рис. 14): Мт =250 Нм;
Рис. 14 Тормоз ТКГ – 200
7. Проверка электродвигателя по времени разгона
У механизма подъема груза фактическое время пуска при подъеме:
где = 11 125 – коэффициент учитывающий влияние вращающихся масс привода механизма (кроме ротора двигателя и муфты);
J – момент инерции ротора двигателя (Jи) и муфт (Jм) кгм2;
J = 0275 + 0103 = 0378 кг×м2
n = 695 мин –1 – частота вращения вала электродвигателя;
Тср.п средний пусковой момент двигателя Нм;
Для электродвигателей трехфазного тока с фазным ротором можно принимать
Тср.п = (15 16)Тном
Тср.п = 155103057 = 15974 Нм
Тс – момент статического сопротивления на валу двигателя при пуске Нм;
б = 094 – КПД барабана; пр = 09 – КПД привода барабана;
u – общее передаточное число привода механизма;
[tп] = 1 ÷ 2 c – допускаемое время пуска электродвигателя механизма подъема;
Условие выполняется а значит двигатель прошел проверку на время разгона.
8. Компоновка механизма подъема
Рис. 15 Компоновка механизма подъема
Крановая тележка (рис. 16) обычно устанавливается на четыре ходовых колеса два из которых являются приводными. Вращение колес происходит от электродвигателя через редуктор и трансмиссионные валы. Быстроходные валы электродвигателя и редуктора соединяются упругой муфтой на которой установлен тормоз; тихоходные валы соединяются зубчатыми муфтами.
Рис. 16 Кинематическая схема механизма передвижения
тележки с редуктором ВКН
1. Определение сопротивления движению тележки
Сопротивление передвижению моста крана с номинальным грузом Wк состоит из сопротивления в опорных ходовых колесах Wст сопротивления от возможного уклона подкрановых путей Wi и сопротивления от силы инерции при разгоне крана Wи.
Статическое сопротивление движению определяется по формуле:
где mT = 04Q – масса тележки кг;
f = 0015 – коэффициент трения в подшипниках колес;
m = 004 – коэффициент трения качения колеса см;
dц = 45 – диаметр цапфы колеса см;
Dk = 20 – диаметр колеса см;
kp = 25 – коэффициент учитывающий трение реборд о рельсы.
mT = 04×4000 = 1600 кг.
Нагрузка на одно колесо:
где kнк = 12 – коэффициент неравномерности распределения нагрузки на колеса;
Zк = 4 – число ходовых колес.
Сопротивление от уклона:
где i = 0002 – расчетный уклон пути.
Сила инерции при поступательном движении тележки с грузом:
где tр = 3 – время разгона тележки с;
Суммарное сопротивление передвижению при пуске крана:
WТ = Wст + Wi + (11÷13)Wи
WT = 1013 + 110 + 121251 = 2624 Н
2. Выбор двигателя редуктора и муфт
Необходимая мощность двигателя для механизма передвижения:
где uт = 067 – скорость тележки мс;
h0 = 085 – КПД механизма передвижения;
= 16 – средний коэффициент пусковой перегрузки электродвигателя.
Выбираем электродвигатель с фазным ротором МТF 011 – 6 (рис. 11).
Nдв. = 14 кВт (ПВ = 25 % );
Редуктор выбираем по передаточному числу мощности двигателя и режиму работы.
Мощность редукторов ВК:
где kр = 125 – коэффициент запаса для среднего режима работы.
где nk = 60uтpDk – частота вращения колеса мин-1.
Nk = 60067314×02 = 64 мин-1.
Выбираем редуктор ВК – 350 (рис. 17):
d1 (конец быстроход. вала) мм
Рис. 17 Редуктор типа ВК
Муфты выбираем по расчетным моментам:
Для тихоходного вала:
где k1 = 12 – коэффициент учитывающий степень ответственности механизма передвижения;
k2 = 12 – коэффициент учитывающий режим работы .
Выбираем зубчатую муфту МЗ №1: Мкр. = 710 Нм Jм = 006 кгм2.
Для быстроходного вала:
Выбираем МУВП – Т200 с тормозным шкивом Dт = 200 мм и номинальным крутящим моментом Мном = 125 Нм Jм = 0028 кгм2.
3. Расчет и выбор тормоза
Тормозной момент для механизма передвижения может быть вычислен по формуле:
где Мин – момент сил инерции поступательно и вращательно движущихся масс приведенный к валу двигателя Н×м;
Мс – момент сил сопротивления приведенный к валу двигателя Н×м.
Для тележки с грузом:
где ат = 05 – замедление при торможении мс2.
kин = 12 – коэффициент неучтенных инерционных масс.
Выбираем тормоз колодочный с электромагнитами переменного тока
ТКТ – 200 с тормозным моментом Мт = 160 Н×м (рис. 18).
Электродвигатель механизма передвижения проверяют по времени разгона тележки:
где Jр = 00216 кгм2 – момент инерции ротора;
Jм = 0028 кгм2 – момент инерции соединительной муфты;
d = 02 м – диаметр ходового колеса;
МПср – средний пусковой момент электродвигателя Нм;
где Мн – номинальный момент электродвигателя Нм;
где Nд = 1400 Вт – мощность электродвигателя;
nд = 885 мин –1 – частота вращения вала электродвигателя;
МПср = 16154 = 2464 Нм
МС – статический момент Нм;
[tр] = 15 ÷ 5 c – допускаемое время разгона электродвигателя механизма передвижения тележки;
tр = = 238 с ≤ [tр]
Следовательно двигатель прошел проверку на время разгона.
5. Компоновка механизма передвижения тележки
Рис. 19 Компоновка механизма передвижения тележки
Механизмы на раме тележки должны располагаться так чтобы обеспечить ее минимальные габариты и массу равномерную нагрузку на ходовые колеса при номинальном грузе на крюке. На приводные колеса нагрузка должна быть несколько большая чем на неприводные.
Определяем координаты центра тяжести тележки:
Рис. 20 Компоновка тележки крана
Определяем наибольшую высоту расположения подвески между барабаном и верхним блоком. В этом положении ось подвески находится от оси барабана на расстоянии:
Н = Нб + Нр + Н' + Нп
где Нб = 220 мм – высота расположения оси вала барабана над рамой тележки;
Нр = 200 мм – высота рамы тележки;
Н' ≥ 200 мм – расстояние от подвески в ее верхнем положении до металлоконструкции тележки (регламентируется «Правилами» ГГТН) принимаем
Нп = 200 мм – расстояние от оси до крайней верхней точки подвески;
Н = 220 + 200 + 230 + 200 = 850 мм
Определяем нагрузку на ходовые колеса тележки в порожнем состоянии и от веса груза. При этом с целью упрощения расчетов делаем ряд допущений – считают что все опоры тележки лежат в одной плоскости а рама представляет собой абсолютно жесткую конструкцию.
Перенеся силу тяжести порожней тележки в «точку центра тяжести» и уравновесив ее получают силу в точке симметрии рамы и момент. Раскладывая момент по продольной и поперечной плоскостям определяют нагрузки на ходовые колеса от веса порожней тележки:
Соответственно от веса груза:
где Gт = 16000 Н – вес порожней тележки;
G = 40000 Н – вес номинального груза;
Gп = 550 Н – вес подвески.
Статическая нагрузка на ходовые колеса в груженом состоянии:
Р1 = 5185 + 14057 = 19242 Н
Р2 = 3760 + 6218 = 9978 Н
Р'1 = 4240 + 14057 = 18297 Н
Р'2 = 3220 + 6218 = 9438 Н
1. Определение сопротивления передвижению крана
Статическое сопротивление движению:
где Gм – общий вес моста принимаем Gм = 32 т;
Dх.к. – диаметр ходовых колес моста крана Dх.к. = 320 мм;
d – диаметр цапфы ходового колеса d = 70 мм;
Ходовые колеса стальные рельс типа Р со скругленной головкой.
– коэффициент трения качения = 005 см;
f – коэффициент трения в подшипниках качения ходовых колес f = 0015;
kр – коэффициент трения реборд kр = 15;
где i = 00015 – расчетный уклон пути для мостовых кранов.
Сила инерции при поступательном движении крана с грузом:
где tр – время разгона крана tр = 5 8 с принимаем tр = 6 с;
Wк = Wст + Wi + (11÷13)Wи
Wк = 830 + 130 + 121951 = 3301 Н
2. Выбор электродвигателя редуктора и муфт
Необходимая мощность для механизма передвижения:
где uк = 133 – скорость передвижения крана мс;
h0 = 085 – КПД механизма передвижения крана;
= 16 – средний коэффициент перегрузки электродвигателей во время разгона;
Т.к. привод механизма передвижения крана раздельный то полученную расчетную мощность необходимо разделить на число приводных электродвигателей (2 эд).
Nдв. = 17 кВт (ПВ = 25 %);
Редуктор выбираем по передаточному числу мощности двигателя и режиму работы. Мощность редукторов Ц2:
где nk = 60uкpDk – частота вращения колеса мин-1.
nk = 60133314×032 = 796 мин-1.
Выбираем редуктор Ц2 – 250 (рис. 12): ip = 1241 Nр = 205 кВт.
Муфты механизма передвижения выбираем по расчетным моментам:
Выбираем зубчатую муфту МЗ №1: Мкр. = 710 Нм Jи = 0061 кгм2.
Выбираем МУВПТ200 с тормозным шкивом Dт = 200 мм Jм = 0076 кгм2 Мmax = 125 Нм.
Тормозной момент для механизма передвижения:
Для груженого крана:
где ат = 05 замедление при торможении мс2.
kин = 13 – коэффициент неучтенных инерционных масс.
Выбираем тормоз ТКТГ – 200 (рис. 21): Мт = 250 Н×м.
Рис. 21 Тормоз ТКТГ200
Электродвигатель механизма передвижения проверяют по времени разгона крана:
где Jр = 00216 кгм2;
где Nд = 1700 Вт – мощность электродвигателя;
nд = 850 мин –1 – частота вращения вала электродвигателя;
МПср = 16195 = 313 Нм
[tр] = 5 ÷ 8 c – допускаемое время разгона электродвигателя механизма передвижения крана;
tр = = 736 с ≤ [tр]
5. Компоновка механизма передвижения крана
Рис. 22 Компоновка механизма передвижения крана
1. Проектировочный расчет
1.1. Выбор материала
В качестве материала для основных расчетных (несущих) элементов металлоконструкции в соответствии с табл. 6.1 [4] (в зависимости от толщины проката и температуры эксплуатации крана) принимаем углеродистую сталь ВСт3сп5 по ГОСТ 380-71.
Напряженное состояние основного металла МПа в соответствии с табл. 6.7 [4] равны:
Растяжение сжатие изгиб R=210;
Смятие торцевой поверхности (при наличии пригонки) Rсм.т=320.
Напряженные состояния сварных соединений МПа в соответствии с табл. 6.8 [4]:
Для стыковых швов при работе на растяжение и сжатие Rсв=210;
При работе на срез Rсв.ср=130;
Для угловых швов при работе на срез Rу.ср=150.
1.2. Расчетные нагрузки
Расчетные нагрузки комбинации 1.1.А (прочность; положение тележки в середине пролета моста; работа механизма подъема груза) определяем в соответствии с табл. 6.13 [4].
Вес пролетной части моста принимают равномерно распределенным по пролету. Интенсивность распределенной нагрузки qн (кНм) от собственного веса пролетной части моста крана составит для каждой балки:
где kq=11 – коэффициент перегрузки для металлоконструкции;
Gм = 32 кН – вес пролетной части моста;
L = 10 м – длина пролета.
Вес привода механизма передвижения крана принимаем в соответствии с рекомендациями. Для крана с грузоподъемностью 4 тонны вес привода механизма передвижения ориентировочно равен 3 кН. С учетом коэффициента перегрузки kg = 12 для оборудования вес привода равен:
Вес кабины крана принимаем в соответствии с рекомендациями. Для крана с закрытой кабиной ее вес ориентировочно равен 12 кН. С учетом коэффициента перегрузки вес кабины равен:
Gк = 12×12 = 144 кН;
Вес тележки крана с учетом коэффициента перегрузки равен:
Gт = 11×16 = 176 кН;
Расчетный вес груза определяем по формуле:
где kQ = 135 – коэффициент перегрузки для крюковых кранов принимаемый в соответствии с ОСТ 24.090.72-83 по табл. 6.15 [4].
GQ = 135×40 = 54 кН;
Динамические нагрузки возникающие при работе механизма подъема можно рассчитать умножением расчетного веса груза на коэффициент динамичности Q:
GQ = 12×54 = 648 кН.
Рис. 23 Расчетная схема приложения вертикальных нагрузок
На рисунке q – распределенная нагрузка от собственного веса пролетной части моста; Gпр – вес привода механизма движения крана; Gк – вес кабины управления; Д1 Д2 – давление колес тележки на балку; ДR – равнодействующая давлений колес тележки.
Расчетное давление колеса тележки:
ДQi – давление от расчетного веса груза кН.
Принимаем что давление от веса тележки и веса груза равномерно распределено на 4 колеса тележки.
ДR = 2×206 = 412 кН;
При четырехколесной тележке наибольший изгибающий момент от подвижной нагрузки действует в сечении под колесом с давлением Д1 расположенным от опоры на расстоянии:
где b1 = 06 м – расстояние от равнодействующей давлений колес тележки ДR до давления ходового колеса на балку Д1;
z0 = 05×(10 – 06) = 47 м;
Для этого сечения суммарный изгибающий момент равен:
M1 = qL28 + ДR×(L – b1)24L + Gпр×a1 + Gк×a2×(L – b1)2L
где a1 = 1 м – расстояние от ходового колеса крана до центра тяжести механизма
a2 = 24 м – расстояние от ходового колеса крана до центра тяжести кабины
M1 = 176×1028 + 412×(10 – 06)24×10 + 36×1 + 144×24×(10 – 06)2×10 = 133 кНм;
1.3. Расчет размеров поперечного сечения пролетных балок в средней части пролета
Размеры поперечного сечения определяем из условия обеспечения прочности балки при действии нагрузок комбинации 1.1.А. Момент сопротивления балки при изгибе в вертикальной плоскости должен соответствовать условию:
где M1 – суммарный изгибающий момент в опасном сечении кН×м;
R – расчетное сопротивление материала при работе на изгиб МПа;
m0 – коэффициент неполноты расчета;
где рекомендуемые ВНИИПТМАШем коэффициенты m1 m2 m3 приведены в табл. 62 66 [4];
m1= 09 – коэффициент учитывающий ответственность рассчитываемого элемента;
m2 = 10 – коэффициент учитывающий отклонения в геометрических размерах
m3 = 085 – коэффициент учитывающий несовершенство расчета;
m0 = 09×10×085 = 0765;
Момент инерции сечения по условиям минимальной статической жесткости определяем по формуле:
где Е = 2105 – модуль упругости материала МПа;
Вт = 12 м – база тележки;
СМ – коэффициент жесткости моста определяемый по формуле:
где GQн и GТн – номинальный вес груза и тележки соответственно кН;
[fL] = – предельный относительный прогиб моста при действии
номинальной подвижной нагрузки принимаемый в соответствии с
ОСТ 24.090.72-83 по табл. 6.16 [4];
Высоту стенки при обеспечении заданной прочности определяем по формуле:
где 2 ≥ 0004 м – толщина стенки принимаем 2 = 0005 м;
Высоту стенки hf при обеспечении заданной жесткости определяем по формуле:
Определяющей является высота hs т.к. hs > hf поэтому принимаем высоту стенки h = 05 м.
Для балки оптимальной высоты соотношения размеров пояса и стенки должны отвечать условию:
Исходя из конструкторских соображений для уменьшения износа и расхода металла принимаем d1 = 0008 м h = 05 м. Тогда для обеспечения заданного момента сопротивления сечения найдем минимально необходимую ширину пояса балки:
H = 05 + 2×0008=0516 м;
В = = 025 м > = 02 м
Из технологических соображений расстояние между стенками b ³ 300 мм принимаем b = 03 м.
Тогда В = 03 + 20005 + 01 = 041 м.
Значение В округляем до ближайшего стандартного размера проката. Принимаем В = 04 м
Рис. 24 Поперечное сечение балки в середине пролета
Геометрические характеристики сечения:
Моменты инерции сечения:
J1y = 2×(d1×B312+d2×h×(b2+d2)2);
J1y = 2×(0008×04312+0005×05×(032+0005)2) = 205×10-4 м4;
Моменты сопротивления сечения:
W1y = 2×205×10-404 = 1025×10-3 м3;
F = 2×(05×0005+04×0008) = 00114 м2;
1.4. Определение размеров поперечного сечения опорных частей пролетных балок
Геометрические характеристики сечения.
Высота сечения главной балки у опоры принимается равной:
h0 = (06 07)0516 = 034 м.
Fоп = 2×0008×04 + 2×0005×034 = 001 м4;
Jоп.y = 2×(0008×04312 + 0005×034×(032 + 0005)2) = 167×10-4 м4;
Wоп.y = 2×167×10-404 = 835×10-4 м3;
Статический момент сечения:
Sоп.x = 04×0008×(0342+0008) + 2×0005×01722 = 7141×10-4 м3.
1.5. Определение размеров поперечного сечения концевых балок
Основные размеры сечения концевой балки определяем исходя из конструкторских соображений. Расчетная длина балки равная базе крана – 35 м.
Рис. 25 Поперечное сечение концевой балки
F2 = 2×0008×025 + 2×0005×034 = 7410-3 м4;
J2.y = 2×(0008×025312 + 0005×034×(0252 + 0005)2) = 783×10-5 м4;
W2.y = 2×783×10-5025 = 6264×10-4 м3;
S2.x = 025×0008×(0342 + 0008) + 2×0005×01722 = 5005×10-4 м3.
2. Проверочный расчет
2.1. Средняя часть пролетной балки
Прочность балки при ее общем изгибе в двух плоскостях проверяем на действие нагрузок комбинации 1.1.Б (прочность; положение тележки в середине пролета моста; движение крана).
Вертикальные динамические нагрузки возникающие при движении крана вследствие ударов на неровностях и стыках подкрановых рельсов учитываем введением в расчет коэффициента толчков yт определяемого по формуле:
где hc - высота ступеньки стыка рельсов принимается hc=3 мм;
a - коэффициент принимаемый по графикам в зависимости от скорости движения крана и парциальной частоты колебаний моста wм;
x - коэффициент зависящий от схемы крана и вида нагрузки. Для собственного веса моста двухбалочного четырехколесного крана:
где Bк = 35 м – база крана;
Lт = 16 м – колея тележки.
Для веса тележки двухбалочного четырехколесного крана значение x следует уменьшить в два раза для веса груза в четыре.
Парциальная частота собственных поперечных колебаний моста:
где Cм – коэффициент жесткости моста кНм;
mм – приведенная масса моста т.
Фактический коэффициент жесткости моста определяем по формуле:
Приведенную массу моста определяем по формуле:
где g – ускорение свободного падения;
Gп.м и Gт – вес пролетной части моста и тележки соответственно кН.
По графику при uк = 133 мс и w = 578 с-1 а = 01;
yт = 1 + 3×01×073 = 127;
yт.т = 1 + 3×01×0365 = 1135;
yт.Q = 1 + 3×01×0183 = 10675;
Тогда вертикальные нагрузки будут равны:
qн = 176×127 = 2235 кНм;
Gпр = 36×127 = 4572 кН;
Gк = 144×127 = 1829 кН;
Gт = 176×1135 = 20 кН;
GQ = 648×10675 = 6917 кН;
Д1 = Д2 = 204 + 69174 = 2229 кН;
ДR = 2×2229 = 44585 кН;
Определяем наибольший изгибающий момент:
M1y=2235×1028+44585×(10-06)24×10+4572×10+1829×24×(10-06)2×10=15163 кНм;
Горизонтальные инерционные нагрузки зависят от ускорения крана при разгоне или торможении и определяются по формуле:
где Pг.ин и P – горизонтальная и вертикальная инерционные нагрузки соответственно;
jk = 01 мс2 ускорение возникающее в период неустановившейся работы механизма передвижения.
Тогда при = 00102 горизонтальные инерционные нагрузки будут равны:
qн.г = 176×00102 = 0018 кНм;
Gпр.г = 36×00102 = 0037 кН;
Gк.г = 144×00102 = 0147 кН;
Gт.г = 176×00102 = 01795 кН;
GQ.г = 648×00102 = 0661 кН;
Д1.г = Д2.г = 017954 + 06614 = 021 кН;
ДR.г = 2×021 = 042 кН;
Рис. 26 Схема приложения горизонтальных нагрузок.
Суммарный горизонтальный изгибающий момент в расчетном сечении пролета определяем по формуле:
где J1y и J2y – моменты инерции соответственно пролетной и концевой балки относительно вертикальных осей;
Проверка прочности балки в средней части пролета при действии нагрузок комбинации 1.1.Б:
R – расчетное сопротивление материала при работе на изгиб МПа;
где m1 - коэффициент учитывающий ответственность рассчитываемого элемента m1=09;
m2 - коэффициент учитывающий отклонения в геометрических размерах конструкции m2=1;
m3 - коэффициент учитывающий несовершенство расчета m3=095;
s = = 7445106 Па = 7445 МПа
Rp=0855×210=1796 МПа;
s Rp следовательно прочность средней части балки при общем изгибе в двух плоскостях обеспечена.
2.2. Ребра жесткости
Ребра жесткости должны обеспечивать геометрическую неизменяемость поперечного сечения балки местную устойчивость стенок и сжатых поясов а также прочность рельса и пояса при местном воздействии давлений колес тележки. Вид ребер жесткости которыми может укрепляться балка зависит от гибкости ее стенки. Фактическая гибкость стенки пролетной балки в ее средней части Sс = 5005 = 100 160 следовательно стенка балки должна укрепляться поперечными основными ребрами жесткости. Диафрагмы будем выполнять из листового проката; в больших диафрагмах выполним вырезы в средней части.
Ширину выступающей части поперечного ребра определяем по условию:
bp ³ + 40 = 5667 мм;
Толщина поперечного ребра должна быть не менее:
dp ³ 566715 = 378 мм;
Момент инерции поперечного ребра относительно плоскости стенки должен быть не менее:
Jp ³ 3×05×00053 = 1875×10-7 м4;
Принимаем bp = 006 м; dp = 0004 м. Тогда его момент инерции относительно плоскости стенки равен:
Jp = = 2161×10-7 м4;
Проверку прочности поперечного ребра по условиям работы его верхней кромки на сжатие от местного давления колеса осуществляем по формулам:
где Д – давление колеса тележки;
spc – длина линии контакта рельса и пояса над ребром для железнодорожных рельсов spc = B;
B = 015 м – ширина подошвы для рельса Р 65;
R – расчетное сопротивление материала на сжатие;
z – расчетная зона распределения давления колеса по ребру:
где Jп Jpc – соответственно моменты инерции пояса и рельса относительно собственных нейтральных осей;
Из приложения для рельса Р 65: Jpc = 569 см4 = 569×10-6 м4;
Rp = 081×210 = 170 МПа;
sсж Rp следовательно прочность верхней кромки диафрагмы обеспечена.
Шаг основных поперечных ребер жесткости являющимися опорами для рельса определяем из условия прочности рельса:
[spc] – допускаемое напряжение рельса принимаем из приложения для рельса Р 65 [spc] = 210 МПа;
Для обеспечения прочности пояса балки при действии местных напряжений от давлений колес тележки принимаем конструктивно шаг поперечных ребер жесткости a1 = 35 м. В концевых частях балки ребра ставим в соответствии с необходимостью приварки фундаментов под привод механизма передвижения крана.
Рис. 28 Расстановка ребер жесткости
2.3. Проверка прочности опорного сечения пролетной балки
Прочность опорного сечения пролетной балки проверяем для случая действия нагрузок комбинаций 1.2.А и 1.2.Б (2 – положение тележки у торцевой балки).
Как видно из предыдущих расчетов вертикальные нагрузки комбинации 1.2.А будут такими же как и для комбинации 1.1.А а для комбинации 1.2.Б – как для комбинации 1.1.Б. При этом вертикальные нагрузки комбинации Б оказались больше чем комбинации А. В связи с этим опорное сечение пролетной балки проверяем только на действие более опасного случая – комбинации 1.2.Б.
Определим наиболее опасное с точки зрения максимальной поперечной силы в опорном сечении положение тележки на мосту.
При положении тележки у опоры А (см. рис. 23) реакции опор приводной пролетной балки равны:
Amax = + 4572 + + = 7155 кН
Bmin = + 4572 + + = 2281 кН
При положении тележки у опоры B:
Более опасным будет случай положения тележки у опоры А.
Проверку прочности опорного сечения допустимо проводить только по касательным напряжениям по формуле:
Rр = m0R = 063×210 = 1323 Мпа;
t m0R следовательно прочность опорного сечения обеспечена.
2.4. Проверка статической жесткости моста в вертикальной плоскости
Статическую жесткость моста в вертикальной плоскости оценивают по статическому прогибу балок в середине пролета при действии нагрузок комбинации III.1.В (III – деформативность В – статическое действие номинального груза). Прогиб каждой пролетной балки моста от действия подвижной нагрузки равен:
где ДR = 44585 кН – равнодействующая давлений колес тележки;
L = 10 м – длина пролета;
Bт = 12 м – база тележки;
где [fL] – предельный относительный прогиб принимаем [fL]=1700;
Тогда [fL]×L = = 00143 м = 143 мм
fb = = 00086 м = 86 мм
fb [fL]×L следовательно мост крана обладает достаточной жесткостью.
2.5. Проверка динамической жесткости моста
Проверку динамической жесткости моста проводим по времени затухания колебаний порожнего крана.
Период затухания колебаний определяем по формуле:
где м = 578 с-1 – парциальная частота собственных поперечных колебаний моста;
Время затухания колебаний моста:
tз = 540×01083 = 068 c [tз] = 1215 c;
Следовательно динамическая жесткость моста обеспечена.
Спроектировали и рассчитали мостовой кран грузоподъемностью 4 т.: произвели расчет механизмов подъема и передвижения тележки механизма передвижения крана и металлоконструкции крана (расчет пролетных и концевых балок крана на прочность установка ребер жесткости и расчет моста крана на жесткость).
Графическая часть включает общий вид мостового крана сборочный чертеж крюковой подвески с ОГП и рабочие чертежи механизма подъема груза и механизма передвижения тележки.
Александров М.П. Грузоподъемные машины: Учебник для вузов. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана – Высшая школа 2000. -552 с.
Кузьмин А.В. Марон Ф.Л. Справочник по расчетам механизмов подъемно-транспортных машин. – Минск: изд-во «Вышэйшая школа» 1983 351 с.
Герасимов С.В. Долотов А.М. Кулаков А.Н. Краткий справочник для расчета грузоподъемных машин. – Братск: ГОУ ВПО «БрГУ» 2009. – 103 с.
Казак С.А. Дусье В.Е. Кузнецов Е.С. Курсовое проектирование грузоподъемных машин: Учеб. пособие для студентов машиностр. спец. вузов.; М.: Высш. шк. 1989 г. - 319 с.: ил.
Руденко Н.Ф. Александров М.П. Лысяков А.Г. Курсовое проектирование грузоподъемных машин. Изд. 3-е переработанное и дополненное. М. изд-во «Машиностроение» 1971 464 с.
Подъемно-транспортные устройства: Методические указания к выполнению курсового проекта. –– Л.: СЗПИ 1985. — 49 с. 17 ил. 20 табл.