Козловой кран 40 т

Общий вид 1.dwg

Техническая характеристика
Высота подъёма груза
Продолжительность включения ПВ=40%
Технические требования
Необработанные поверхности должны быть
окрашены масляной краской.
Обработанные поверхности должны быть
смазаны маслом либо покрыты лаком.
Испытания крана на месте производится
после окончания монтажа и сдачи заказчику.

главная балка 1.dwg

Условное обозначение
Технические требования
Взаимное смещение поддержанного рельса
в стыках по высоте и в плане не должно
Зазоры между стыками не более 0.5 мм.

Жесткая опорА1.dwg

Условное обозначение
Технические требования
*Размеры для справок
Сварные швызачистить от шлака
Неуказанные предельные отклонения по

Эпюры.dwg

главная балка 2.dwg

Условное обозначение
Технические требования
Взаимное смещение поддержанного рельса
в стыках по высоте и в плане не должно
Зазоры между стыками не более 0.5 мм.

Общий вид2.dwg

Спецификация козловой кран.dwg

Спецификация гибкая опора.dwg

запискаБеляков.doc

Назначение машины краткое описание ее устройства и работ
Козловые краны являются одним из основных видов средств механизации перегрузочных и складских работ в различных отраслях народного хозяйства.
По назначению козловые краны разделяют на три основные группы: общего назначения или перегрузочные строительно-монтажные и специального назначения.
Перегрузочные краны эксплуатируют на открытых складах и погрузочных площадках обслуживаемых средствами наземного рельсового и безрельсового транспорта; грузоподъемность их обычно 32 50 т пролеты 10 40 м высота подъема в зависимости от условий загрузки-разгрузки транспортных средств или стабилизирования грузов 7 16 м.
Строительно-монтажные краны предназначены преимущественно для монтажа оборудования промышленных предприятий энергетических установок и сборных транспортных сооружений. Грузоподъемность этих кранов 300 400т пролеты 60 80 м и высота подъема 20 30 м. Краны рассчитаны на легкий режим работы; конструкция их часто обеспечивает быстрое перебазирование сборку в различных исполнениях с варьированием грузоподъемности пролета высоты подъема и т.п.
Краны специального назначения обслуживающие гидротехнические сооружения обеспечивающие секционную сборку судов и др. крайне разнообразны по конструкции и рабочему оборудованию; их параметры изменяют в самых широких пределах [1].
Независимо от типа козловые краны имеют мост (пролетное строение) опирающиеся на две опоры снабженный рельсо-колесными ходовыми частями. По мосту перемещается тележка.
В зависимости от конструктивной схемы моста различают консольные и бесконсольные краны. Возможность выхода грузовой тележки на консоль позволяет располагать под ней транспортные рельсовые и безрельсовые пути а площадку под пролетной частью моста использовать для устройства склада или технологического объекта. Помимо этого увеличивается общая площадь складирования.
Бесконсольные краны несколько проще по конструкции но размещение в пролете транспортных путей часто препятствует рациональной организации складов; снижается также безопасность лиц работающих на таких складах.
Краны могут иметь две жесткие или одну жесткую а другую гибкую опоры. Стойки жестких опор выполняют с увеличивающимися по высоте размерами сечения стоек. Такие краны характеризуются более плавным ходом их несущие конструкции в значительно меньшей мере подвержены колебаниям. Однако они весьма чувствительны к отклонениям крановых рельсовых путей и точности установки ходовых колес в горизонтальной плоскости. Превышение этих отклонений сверх предусмотренных нормативами величин приводит к быстрому износу реборд ходовых колес.
У кранов с одной жесткой а другой гибкой опорами стойки последней обладают весьма значительной по сравнению со стойками жесткой опоры податливостью иногда они крепятся к мосту с помощью шарниров. Такие
краны обычно могут перемещаться по путям отклонения рельсов которых в горизонтальной плоскости на 25-40% превышают предельно допустимые они также менее чувствительны к отклонениям в точности установки ходовых колес в горизонтальной плоскости. Однако у них как ходовые колеса так и рельсовый путь жесткой опоры испытывают осевые нагрузки в два-три раза превосходящие соответствующие нагрузки у кранов с двумя жесткими опорами.
Краны с одной жесткой а другой гибкой опорами часто испытывают медленно затухающие низкочастотные продольные колебания. Это неблагоприятно сказывается на точности работы крана и ухудшает условия работы крановщика.
У большинства кранов мост опирается на двухстоечные опоры через проемы которых груз транспортируют с консолей в пролет при этом максимальная длина груза определяется расстоянием между стойками опор.
У кранов с консольной грузовой тележкой и одностоечными опорами длинномерные грузы подаваемые под консоли разворачивают на весу на 90° и независимо от их длины беспрепятственно перемещают мимо опоры пролетной части. В случае необходимости груз снова можно развернуть на 90°.
В зависимости от расположения подъемного механизма относительно подтележечных путей различают краны с подвесными опорными и консольными грузовыми тележками. Краны с подвесными монорельсовыми грузовыми тележками наиболее просты по конструкции. Однако при работе повышенной а также средней интенсивности нижние ездовые полки монорельса отгибаются. Кроме того монорельсовые тележки не защищены от поперечного раскачивания.
Этих недостатков лишены краны с подвесными двухрельсовыми тележками которые однако характеризуются более сложной конструкцией.
Опорные грузовые тележки наиболее удобны в эксплуатации. Однако их можно применять только на обладающих сравнительно большой массой двухбалочных кранах или на неэффективных в ряде случаев бесконсольных кранах.
Краны выполняют с управлением с пола с помощью подвесного кнопочного пульта или из кабины. Краны с управлением с пола обычно имеют пролеты не более 16 м и оборудованы электрической талью. При пролетах до 16-25 м кабины обычно устанавливают на одной из опор или на мосту около опоры.
При больших пролетах краны предназначенные для перегрузочных работ должны снабжаться подвижными кабинами которые обычно перемещаются совместно с грузовыми тележками.
По способу монтажа различают самомонтирующиеся и несамомонтирующиеся краны. Большая часть кранов – самомонтирующиеся с осуществлением подъема моста в проектное (рабочее) положение путем по парного стягивания стоек опор.
По технологическому процессу различают крюковые краны для перегрузочных работ монтажные грейферные контейнерные строительные для обслуживания гидротехнических сооружений и судостроительные.
Токопровод для кранов выполняют обычно с помощью гибкого кабеля.
Ряд кранов снабжают автоматическими кабельными барабанами рассчитанными на наматывание 50-100 м кабеля. При расположении коробки питания в центре пути это обеспечивает перемещение крана на удвоенное расстояние. Для укладки кабеля вдоль путей устраивают деревянный лоток.
Такой же лоток предусматривают и при креплении конца кабеля непосредственно к конструкции крана. Токопровод перетаскиваемым по лотку кабелем достаточно надежен для относительно редко и на небольшие расстояния перемещающихся кранов (3-5 циклов в час при протяжении пути до 20-30 м).
При более интенсивной работе оболочка кабеля будет быстро изнашиваться. В ряде случаев для токопривода к крану можно использовать гирляндную подвеску кабеля. Петли кабеля крепят к петлям или кареткам перемещающимся по натянутым вдоль путей проволоке или тросу.
Крановые рельсовые пути должны устраиваться в соответствии с указаниями приведенными в эксплуатационной документации на кран. Проект крановых путей должен разрабатываться в каждом конкретном случае с учетом местных геологических условий. Рельсовые пути на земляном полотне следует ремонтировать и проверять не реже двух раз в год – в конце весны и в конце осени.
Краны изготовляют как правило для эксплуатации при температуре воздуха от плюс 40 до минус 40°С. Иногда нижний предел температуры ограничивают минус 20°С. Эксплуатация кранов при температурах ниже указанных в паспорте крана может быть допущена только при наличии разрешения завода-изготовителя при согласовании с органами Росгортехнадзора.
Так как для козловых кранов опасным является действие ветра вдоль подкрановых путей они обычно снабжаются ветроизмерительными приборами направленного действия – сигнализаторами давления ветра СДВ-М содержащий датчик и электронный сигнальный блок. После срабатывания датчика зажигается установленная на блоке лампа предварительной сигнализации; одновременно приводится в действие реле времени (12; 2 или 3 с) по истечении этого времени замыкается цепь устройств (звуковая сигнализация противоугонные захваты).
Противоугонные устройства должны предотвращать самопроизвольное движение крана и грузовой тележки при ветре давлением превосходящим допустимое для кранов рабочего состояния.
Для козловых кранов общего назначения можно выделить следующие основные группы этих устройств: стопоры ручные и приводные рельсовые захваты (автоматического и принудительного действия).
Устройства для гашения вибраций и защиты от нее целесообразны для всех видов кранов они повышают уровень комфортности оператора улучшают
условия управления краном и снижают нагруженность элементов
Рис. 1– Кран козловой
Монтаж самомонтирующегося козлового крана производят в следующем порядке:
мостовое строение 1 собирают на подставках на небольшом расстоянии от земли что облегчает производство монтажа;
поддерживающие ноги 2 соединяют шарнирами с мостом 1 и с балансирными тележками 4;
для подъема моста ноги соединяют полиспастами канаты которых закреплены на барабанах 5 стягивающих механизмов имеющих ручной привод;
когда мост занимает рабочее положение балансирные тележки 4 соединяют балкой 3 а полиспастная система разбирается [1].
Основные параметры крана. Выбор прототипа
где H – высота подъёма груза м ().
База тележки назначается из ряда: 10; 12; 29; 33 м.
Принимаем базу тележки
Высота пролетного строения фермерного типа м:
где L – пролёт крана м ().
Высота концевого сечения балки :
Ширина опоры вверху :
Ширина опоры внизу назначается из интервала 03 06 м.
Габаритная длина моста :
где – вылет консоли м:
Габаритная ширина крана :
Габаритные размеры тележки принимаются по ГОСТ 7352-81:
внутренний габарит тележки
наружный габарит тележки
высота ходовой тележки
По исходным данным и полученным размерам по ГОСТ 7352-81 «Краны козловые электрические. Типы основные параметры и размеры» выбран прототип: кран козловой электрический общего назначения с электрической талью грузоподъемностью 40 т ККТ-40.
Монтаж крана осуществляется монтажными электролебедками путем стягивания и поворотом опор относительно шарниров соединяющих опоры с пролетным строением крана [1].
Принимаем прототип крана: кран козловой электрический общего назначения с электрической талью грузоподъемностью 40 т ККТ-40.
[6]. Техническая характеристика крана представлена в таблице 1.
Таблица 1 – Техническая характеристика прототипа
Основные размеры крана представлены на рисунке 2.
Рис. 2 – Основные размеры козлового крана.
Конструкция сварной балки пролетом l=40 м. Балка нагружена равномерной нагрузкой от собственного веса q=035 Тм и двумя сосредоточенными грузами Р=35 Т (от веса тележки с грузом) которые могут перемещаться по балке.
Расстояние между осями тележки d=18 м; материал – сталь Ст. 3; допускаемое напряжение []р=16 кГмм2. Наибольший прогиб балки f от сосредоточенных грузов не должен превышать 1500 ее пролета.
Конструирование балки следует начать с определения расчетных усилий М и Q.
Построим линии влияния моментов чтобы знать их максимально возможные значения в разных сечениях балки.
В сечении Ордината линии влияния
Величина изгибающего момента от сосредоточенных сил:
Р – величина сосредоточенного груза.
В сечении при l=40 м и d=1.8 м
Определим изгибающие моменты от равномерно распределенной нагрузки:
Вычислим суммарные величины моментов в сечениях от сосредоточенных сил и равномерной нагрузки:
Таким образом расчетной величиной момента для балки является М=13685Тм=1368500 Нм.
Требуемый момент сопротивления балки для этого усилия равен:
Производим построение линии влияния поперечной силы:
в сечении х=0 ордината линии влияния Q0=1;
в сечении х=0.2l ордината линии влияния Q0=0.8
Определим расчетные усилия от сосредоточенных сил в каждом из указанных сечений того что одна из них располагается над вершиной линии влияния:
В сечении х=0 при l=40 м и d=1.8 м
Поперечные силы Q от собственного веса q равны;
Расчетные значения поперечных сил от сосредоточенных и равномерно распределенных нагрузок:
Требуемая высота балки из условий жесткости:
При этом h=0.053·3200=85.33 см.
Толщина вертикального листа:
Требуемая высота из условия наименьшего веса.
Принимаем высоту балки h=175 см
Высота вертикального листа hв=173 см
Момент инерции поперечного сечения сварной балки:
Момент инерции подобранного вертикального листа 1730×8 мм:
Требуемый момент инерции горизонтальных листов балки (поясов):
Сечение одного пояса балки:
Уточненное значение момента инерции подобранного поперечного сечения балки:
Наибольшее нормальное напряжение в крайнем волокне балки:
Касательное напряжение на уровне центра тяжести балки в опорном ее сечении:
где Q=12403 кГ – расчетная поперечная сила;
S – статический момент половины площади сечения относительно центра тяжести балки.
Эквивалентное напряжение:
где 1 – нормальное напряжение от М;
– касательное напряжение от Q;
где S=12.5·1·87=1087.5 – статический момент площади сечения горизонтального листа относительно центра тяжести;
где b – ширина пояса;
sГ – толщина горизонтального листа;
l0= 10÷20=1245 см – расстояние между закреплениями.
Зная функцию α по графику [12 с.315] определяем коэффициент =1.73
Момент инерции балки:
Найдем коэффициент φ:
устойчивость обеспечена
Устойчивость вертикального листа:
Привариваем к листу ребра жесткости. Расстояние между ними
Среднее касательное напряжение от поперечной силы:
Местное напряжение под сосредоточенной силой:
где z – условная длина на которой сосредоточенный груз распределяется в вертикальном листе;
где JП – момент инерции верхнего пояса с приваренным к нему рельсом;
где JП - момент инерции относительно оси а;
у – ордината центра тяжести сечения пояса и рельса;
Проверим правильность постановки ребер жесткости:
где – отношение большей стороны к меньшей; в принятой конструкции аhв=1.5;
d – наименьшая из сторон пластин (а или hв) заключенных между поясами и ребрами жесткости; В данном случае d=hв=173 см;
По графику определяем К1=8.6 [12 с.318]
Местная устойчивость вертикального листа:
Устойчивость в опорных сечениях:
Устойчивость обеспечена.
Определение значений координат центра масс крана и его элементов и их статических моментов.
Тележка с траверсой:
yжо=0.67(14-25)=7.71
хм=(25-3.25)2=10.875;
Определение координат центра масс всего крана:
хк=196.6331.25=6.29м ук=307.3231.25=9.8м
Определение внешних нагрузок на кран.
Определение ветровых нагрузок (ГОСТ 1451-77)
Для рабочего состояния:
где F-наветренная площадь
-коэффициент сплошности=045
с- аэродинамический коэффициентс=14
n-высотный коэффициент n=1.37 для моста и n=125 для остальных.
Площадь жёсткой опоры :
Площадь гибкой опоры :
Для того чтобы определить ветровую нагрузку действующую на груз примем
Определение инерционных нагрузок.
Инерционные нагрузки определяются для периодов неустановившегося движения крана разгона и торможения крана в целом его грузовой тележки а также механизма подъема. Для погрузочно-разгрузочных козловых кранов принимаем допустимое ускорение а=0.3мс2. Координату точки подвеса груза принимаем равной h поскольку грузовая тележка движется по верхней панели моста.
Определение инерционных нагрузок действующих в направлении подкрановых путей.
Определим движущую силу крана:
Координата силы y=6.
Опрокидывающий момент:
Определим движущую силу груза:
Координата силы y=115.
Горизонтальная инерционная нагрузка направленная поперёк подкрановых путей.
Она возникает при разгоне и торможении тележки с грузом:
Вертикальная инерционная нагрузка направленная поперёк подкрановых путей.
Она возникает при поднимании и опускании разгоне и торможении груза
Определение опорных давлений.
Для рабочего состояния :
Расчётная нагрузка на одно колесо.
Поскольку грузоподъёмность рассчитываемого крана 40 т. принимаем число колёс в каждой опоре равной 1.
Выбираем двухребордное колесо конического исполнения по ГОСТ 3569-74 с нагрузкой на рельс 370kHдиаметром D=710 мм шириной В= 100мм рельс КР-80 радиус r=400мм.
Выбор материала крановых колёс.
где - контактное напряжение смятия
mk - безразмерный коэффициент зависящий от соотношения D2r по таблице принимаем 0.47
Принимаем сталь 40ХН с =2200мПа.
1.Расчет рамы тележки
Рис.3. Расчетная схема рамы грузовой тележки
Характеристики сечений.
)Координаты центра тяжести:
)Моменты инерции относительно оси :
)Моменты сопротивления сечений изгибу:
Для верхних сжатых волокон:
Для низших растянутых волокон:
Для верхних волокон:
Для верхних волокон:
Для нижних волокон:
)Изгибающие моменты в сечениях:
)Напряжения изгиба в сечениях:
По рекомендации [2] расчёт будем вести для наиболее нагруженного опорного участка пролётной балки.
Сварной шов соединяет пояс и стенку балки. Проверяем его прочность по
где Q – наибольшая поперечная сила в рассматриваемом сечении Q==Н;
Sп – статический момент брутто пояса балки относительно её общей нейтральной оси м2;
– коэффициент принимаемый равным 1 для однопроходной автоматической сварки;
hш – толщина углового шва принимаемая равной катету вписанного в сечение шва равнобедренного треугольника hш =0005 м;
Статический момент пояса балки Sп м2 определится по формуле [1]
Sп=10012(045-0012)=53410-3 м2
Принимаем по аналогии с [1] m0=081
св=13778312553410-3 21000580310-4 =91632 Нмм2 ≤ 081150=1215 Нмм2– условие выполнено следовательно прочность шва обеспечена.
Проверка динамической жесткости моста
Проверку динамической жёсткости моста проводим по времени затухания колебаний порожнего моста крана.
Время затухания колебаний стальных крановых мостов соответствующее уменьшению амплитуды колебаний до 5% от первоначального значения приближённо определяется по формуле [1]
tз=540Т3 ≤ [tз]=12 – 15 с
Период собственных поперечных колебаний моста Т с определится по формуле
где м – парциальная частота собственных поперечных колебаний которая определится по формуле [1]
где mм – приведённая масса моста которая определится по формуле [1]
mм=(1g)(05Gпм+Gт.р.)
mм=(198)(0585000+46200)=9051 кг
tз=5400013=7 с ≤ [tз]=12 – 15 с – условие выполнено динамическая жёсткость моста удовлетворительна.
Требования предъявляемые к механизмам козлового крана
По условиям использования кран относится к группе машин универсального назначения используемых для работы на открытом воздухе в одну-две смены в повторно-кратковременном режиме.
Механизмы кранов характеризуются относительной продолжительностью включения когда время включения и время пауз регулярно чередуется.
Режим работы грузоподъемной машины циклический. Цикл состоит из перемещения груза по заданной траектории и возврата машины к исходному положению для нового цикла.
Группа режима работы крана по ГОСТ 25835-83 – М6 характеризуется следующими показателями:
коэффициент сменности работы крана – 2;
среднесуточное время работы (включения) механизма - 4÷10 часов.
Классификация режима работы электрооборудования по правилам Госгортехнадзора для М6 следующая:
режим работы механизма или электрооборудования – Т (тяжелый);
коэффициент использования крана по грузоподъемности Кгр – 075÷1;
ПВ (продолжительность включения)– 40 % ;
число включений в час среднее за смену – 240.
Так как кран работает на открытом воздухе среднесуточное изменение температуры может доходить до 30. Это приводит к выпадению на поверхности частей крана конденсата атмосферной влаги и соляного тумана. В смеси с производственной пылью конденсат вызывает снижение поверхностной изоляции между токоведущими частями и коррозию металлических деталей. Для обеспечения необходимой надежности электрооборудования оно должно отвечать следующим основным требованиям ГОСТ 15150-69:
температура окружающей среды – от -40 до+40;
относительная влажность воздуха - 95% при +20;
вибрация – частота 1-50Гц с ускорением 05g.
Для предохранения от воздействия неблагоприятных факторов внешней среды крановое электрооборудование должно быть достаточно защищенным размещаться в кожухах и оболочках с необходимой степенью защиты ГОСТ 14254-80.
Крановые электроприводы получают питание от трехфазной сети переменного тока. Основным напряжением для питания крановых механизмов является напряжение 380 В.
К козловому крану предъявляются следующие требования:
электропитание крана и тележки осуществляется с помощью гибкого кабеля;
для обеспечения достаточного запаса колес тележки с рельсами и исключение пробуксировки применены два привода передвижения тележки;
вся аппаратура управления размещена в герметизированном контейнере со степенью защиты от внешней среды ТР44;
электроприводы крана имеют глубокое регулирование скорости в связи с этим нагрузка тормозов минимальная;
резисторы выбраны из стандартных блоков Б6 и БК 12.
Для механизмов передвижения крана и тележки принята система с импульсно-ключевым регулированием обеспечивающая устойчивое регулирование скорости в двигательном и тормозных режимах в диапазоне 1:10. При этом обеспечивается снижение нагрузок на механические тормоза до минимума и точный вывод крюка на бункеры без дополнительного количества толчковых включений. Поскольку оперативным торможением является электрическое торможение противовключением механические тормоза имеют необходимые тормозные противоугонные моменты.
Защита главных электрических цепей крана осуществляется защитными устройствами с использованием автоматических включений с высокой коммутационной защитной способностью.
Системы с импульсно-ключевым регулированием имеют по технологическому процессу диапазон регулирования наилучшие экономические показатели.
Выбор системы управления крановыми двигателями
Под системой управления электроприводом подразумевается комплекс состоящий из преобразователя электрической энергии аппаратуры управления для коммутации тока в цепи электродвигателя орган ручного управления или автоматического (программного) контроля органа скоростного путевого или иного контроля а так же элементов защиты электрооборудования и механизма действующих в конечном счете на устройства отключения электропривода.
Аппаратура управления электропривода является комплексом включающим контактные и бесконтактные устройства коммутации в цепях электродвигателя преобразователей энергии и управления а так же элементы защиты электрических цепей.
Если контактные коммутационные элементы аппарата с непосредственно ручным приводом предназначаются для коммутации цепей главного тока то такое устройство называется силовым кулачковым контроллером а если эти элементы служат для коммутации цепей управления то такой аппарат называется командоконтроллером.
Система управления крановыми механизмами применяющаяся в данном козловом кране относится к категории устройств находящихся под непрерывным контролем оператора то есть в этой системе выбор момента начала операции скоростных параметров и момента окончания операции осуществляется лицом управляющим механизмом. В свою очередь система управления обеспечивает необходимую последовательность переключения для реализации желаемых скоростных параметров предотвращает при этом недопустимые перегрузки и обеспечивает необходимую защиту.
В нашем случае применяется крановый электропривод переменного тока: асинхронный двигатель с фазным ротором управляемый силовым контроллером (КС).
Расчет механизма подъема: Методическое пособие
Расчет грузозахватного устройства: Методическое пособие
Справочник по кранам: В 2т. Т. 2; Под ред. М.П. Александров
М.М. Гохберг – М:. Высш. шк. 1988
Подъемно транспортные машины: М.П. Александров – М:. Высш.
Расчет проектирование и изготовление сварных конструкций.
Г.А. Николаев – М.: Высш. школа 1971г.