Розрахунок Баштового крану

Зм.

Арк.

№ докум.

Підпис

Дата

Арк.



ДП7.090214-01137622 ПЗ2





1.Розрахунок Баштового крану





1.1. Розрахунок механізму підйому





1.1.1. Кінематична схема механізму підйому :



1.1.2. Вибір каната, діаметру барабана і блоків

Вантажний канат вибирається по розривному зусиллю, яке визначається по формулі:



де F0 – розривне зусилля каната, що приймається по сертифікату, Н;

Smax – зусилля натягнення гілки каната, Н;

n – коефіцієнт запасу міцності каната; n=5.5 [3. табл.. 11].

Максимальне зусилля натягнення гілки каната визначається по формулі:



де Q – вага вантажу, що підіймається, вага вантажних канатів і захватного органу; Q=10000Н; 

z – кількість гілок, на яких підвішений вантаж; z=2 

 

 

п – ККД поліспасту;

ККД поліспасту визначається по формулі:



де б= 0,98 для блоків на підшипниках кочення;





З додатку 2 по розривному зусиллю F0 – підбирається сталевий канат подвійного звивання, типа ЛК-Р, конструкції 619 (1+6+6/6)+1 о.с. (ГОСТ 2688-80), діаметром dk=22,5 мм, з розрахунковою межею міцності проволок =180 МПа, площею перетину всіх проволок Fk=188 мм2 і розривним зусиллям F0=28100 Н [11].

Діаметр блоку і барабана по центру намотуваного каната:



де –е коефіцієнт, залежний від РР і типу вантажопідйомної машини; е=25 [3. табл.. 12].



Діаметр блоку і барабана по дну канавки:



 

Приймаємо діаметр блока крюкової підвіски 

 

Діаметр зрівнювального блоку:





Блоки виготовляють з чавуну СЧ15-32, СЧ18-36, стали 35Л, 45Л.

1.1.3. Розрахунок вузла барабана

Приймаємо барабан діаметром Dб=400 мм по дну канавки. Розрахунковий діаметр барабана по центру намотуваного каната Dо=405 мм.

Довжина каната, намотуваного на одну половину барабана:



де Н – висота підйому; Н=20000 мм = 20м;

u – кратність поліспасту; u=2



Число робочих витків нарізки на одній половині барабана:



де Lк – довжина каната, намотуваного на одну половину барабана;

Dб – діаметр барабана;



Довжина нарізки на одній половині барабана:



tн – крок нарізки гвинтової лінії на барабані; tн=26



Загальна довжина барабана визначається по формулі:



Барабан з чавуну СЧ15-32 з межею міцності на стиснення В=686 МПа.

Товщину стінки барабана визначають з розрахунку на стиснення по формулі:



де Smax – максимальне зусилля натягнення гілки каната;

tн – крок нарізки гвинтової лінії на барабані;



де к – коефіцієнт запасу міцності при розрахунку барабанів на міцність; k=4,25 [3. додаток 15]





З умови технології виготовлення литих барабанів товщина стінки їх не повинна бути менше 12 мм і визначається по формулі:



де Dб – діаметр барабана



Приймаємо товщину стінки барабана 14 мм.

Момент якій крутить, і що передається барабаном:



де Smax – максимальне зусилля натягнення гілки каната;

Dб – діаметр барабана;



2.1.4. Розрахунок кріплення каната до барабана

Натягнення каната перед притискною планкою визначається по формулі:



де Smax – максимальне зусилля натягнення гілки каната;

e – основа натурального логарифму;

f – коефіцієнт тертя між канатом і барабаном; f=0,10,16;

 - кут обхвату канатом барабана; =4



Сумарне зусилля натягнення болтів визначається по формулі:



де f1 – приведений коефіцієнт тертя між планкою і барабаном, при куті заклинювання каната 2=80;



1 – кут обхвату барабана канатом при переході від однієї канавки планки до іншої; 1=2



Сумарна напруга в болті при затягуванні кріплення з урахуванням розтягуючих і згинаючих зусиль:



де n – коефіцієнт запасу надійності кріплення каната до барабана; n1,5, приймаємо n=1,8;

z – кількість болтів; z=2;

Pu – зусилля, що згинає болти;



d1 – внутрішній діаметр болти М22, виготовленого зі сталі Ст3; d1=18,753 мм [3.стр.68]



Напруга, що допускається, для болта:





2.1.5. Розрахунок вісі барабана

Вісь барабана виготовляють зі сталі 45 (ГОСТ 1050-74) з межею міцності в=600 МПа.









Реакції в опорах:





Зусилля, діючі з боку маточин на вісь:





Будуємо епюри згинаючих моментів:





По відомому згинаючому моменту приблизно визначаємо діаметр вісі:



де [] – допустима напруга вигину для матеріалу вісі, для сталі 45 при 3-у режимі навантаженні []=60 МПа [3. додаток 18].



Приймаємо діаметр осі d=120 мм.

1.1.6. Потужність електродвигунів і вибір редуктора



де Q – номінальна вага вантажу, що підіймається, маса вантажних канатів та захватного органу, Q = 10000Н; V – швидкість підйому, V=0,6м/с

м – загальне ККД механізму, м=0,85 [3. табл. ХХХIII.]



Заздалегідь по каталогу вибираємо електродвигун типа MTH 211-6, потужністю N=7 кВт, частотою обертання 920об/хв.

Номінальний момент на валу двигуна:



Відношення максимального моменту до номінального:



Відношення мінімального моменту до номінального:



Частота обертання барабана:



де Uп – кратність поліспасту; Uп=2;

V – швидкість підйому; V=0,5м/с;

D – діаметр барабана; D=0,6 м

dк – діаметр каната; dк=0,0225 м

Передавальне число редуктора:



По каталогу вибираємо редуктор типа Ц2-500 з сумарною міжосьовою відстанню 500 мм, передавальним числом Uр=20, значенням потужності при легкому РР N=123 кВт, оборотами n=750 об/хв, з моментом що передається редуктором МТ=5000 Нм, вал тихохідний під зубчату муфту [2. V.табл. 1.47.].

Середній момент двигуна в період пуску:



Оскільки Мп ср=3088 Н м < МТ=5000 Н м, то редуктор задовольняє умовам перевантаження двигуна.

Фактична швидкість підйому вантажу:



Статичний момент на валу двигуна при підйомі номінального вантажу:



де Sп1 – зусилля в навиваємому на барабан канаті при підйомі вантажу; Sп1=16460 Н;

а – число гілок, навиваємих на барабан; а=2;

м – ККД механізму підйому, що приймається залежно від вантажу, що піднімається, по експериментальному графіку; м=0,85 [1. табл. II.1.7.]



Зусилля в канаті, звиваємому з барабана, при опусканні вантажу:



Статичний момент на валу двигуна при опусканні номінального вантажу:



Момент інерції рухомих мас механізму, приведених до валу двигуна, при підйомі вантажу:



де Jр.м. – момент інерції ротора двигуна; Jр.м.=1,172 кг м[5];

 - коефіцієнт, що враховує моменти інерції мас деталей, що обертаються повільніше, ніж вал двигуна; =1,2 ;

m – вага вантажу, що піднімається; m=87500 Н;

Uм – загальне передавальне число механізму:

Uм=UрU=202=40;

м – ККД механізму підйому; м=0,85 [1. табл. II.1.7.];

Rб – радіус барабана по центру намотуваного каната; Rб=0,31125 м



Час пуску при підйомі номінального вантажу:



 - кутова швидкість двигуна;

Час пуску при опусканні номінального вантажу:



Прискорення при пуску номінального вантажу, що піднімається:



Середньоквадратичний момент:



де tп – сумарний час пуску протягом одного циклу; tп=41 с

tу – загальний час сталого руху; tу=147 с;

 - коефіцієнт, що враховує погіршення умов охолоджування під час пауз; =0,85



Еквівалентна потужність по нагріву:



Отже, вибраний двигун задовольняє умові нагріву (Nэ  Nн).





2.1.8. Розрахунок гальма





Гальмо встановлюється на швидкохідному валу редуктора. Розрахунковий гальмовий момент:



де kт – коефіцієнт запасу гальмування; kт=1,75 для легкого РР [3. табл.. 18];

Мст.т – статичний момент на валу двигуна при гальмуванні:





По каталогу вибираємо гальмо двохколодочні ТКГ-500м з найбільшим гальмовим моментом 2500 Н м, відрегульований на розрахунковий момент [2. табл. V.2.23.].











2.1.9. Вибір сполучних муфт





Виходячи з діаметру гальмового шківа між двигуном і редуктором встановлюємо втулково-пальцеву муфту МУВП з гальмівним шківом Dт=400 мм, з найбільшим моментом, що передається, 8000 Н м [2. табл.. V.2.41.].

Сполучна муфта перевіряється по номінальному моменту:



де k1 – коефіцієнт, що враховує ступінь відповідальності муфти; k1=1,3 для механізму підйому [2. табл. V.2.36.];

k2 – коефіцієнт, що враховує умови роботи; k2=1,2 [2. табл. V.2.37.]





Між барабаном і редуктором встановлюємо зубчату муфту. Що крутить момент, що передається муфтою:



де Smax – максимальне натягнення гілки каната;

б – ККД барабана;



З каталогу вибираємо стандартну зубчату муфту №10 з модулем m=6мм, числом зубів z=56, шириною зуба b=40 мм, найбільшим моментом, що передається муфтою 50000 Н м [2. табл. V.2.39].






2.2. Розрахунок механізму пересування візка





2.2.1 Кінематична схема механізму пересування візка:



2.2.2. Розрахунок опіру пересування візка:



Q – номінальна маса вантажу, що піднімається, з урахуванням ваги захватного органу;

Q=35000 кг;

Gт – маса візка крана; Gт=53520 кг;

Dк – діаметр ходового колеса візка;

Dк=0,63 м, колесо двохреборне, з циліндровим профілем, ширина робочої доріжки 0,125 м [2. табл. V.2.43.];

d – діаметр цапфи:

d = (0,25  0,30)Dк = (0,25  0,30) 0,63 = 0,1  0,11 = 0,102 м;

Приймаємо d=0,102 м;

f – коефіцієнт тертя в підшипниках коліс; f = 0,015; підшипник сферичний дворядний;

 - коефіцієнт тертя кочення колеса по плоскій рейці;  = 0,06; колесо із сталі [2. VI.3.2.];

kр – коефіцієнт, що враховує опір від тертя реборд коліс об рейки; kр = 1,5 [2. VI.3.3.];

Wук – опір пересуванню від ухилу;



 - розрахунковий кут підкранового шляху;  = 0,002 для шляхів, що укладаються на металевих балках;

,

Wв – опір пересуванню від дій вітрового навантаження;

 ,

в – питоме вітрове навантаження;

,

qo – швидкісний натиск вітру на висоті 10 м;



V – швидкість вітру, V = 15 м/с;

,

nв – коефіцієнт, що враховує зростання швидкісного натиску залежно від висоти установки крана над поверхнею землі (води); nв = 1,32;

с – аеродинамічний коефіцієнт; с = 1,2 для коробчатих конструкцій;

 - коефіцієнт динамічності, що враховує пульсуючий характер вітрового навантаження;  = 1

,

F – навітряна площа конструкції візка і вантажу; F = 65 м2;





Опір пересуванню візка складає 34900 Н.





2.2.3. Потужність двигуна і вибір редуктора





Розрахунок приведеного опору пересування візка:



де Wст – статичний опір пересуванню візка;

Gт – маса кранового візка;

Q – Номінальна маса вантажу, що підіймається;

а – середнє прискорення візка при пуске, а=0,25 м/с2;

м – загальне ККД механізму, м = 0,9; [1. табл. II.1.7.]

ср – середня кратність пускового моменту, ср = 2,0;



Потужність електродвигуна складає:



Потужність двигунів механізму пересування візка складає 59,4 кВт, отже, один двигун має потужність N=14,85 кВт.

Заздалегідь по каталогу вибираємо електродвигун типа 4А160М6ОМ2, потужністю N=15 кВт, частотою обертання n=975 об/хв., =102,5, моментом інерції ротора Jр=0,073 кг м. [5]

Частота обертання колеса візка:



Розрахункове передавальне число редуктора:



По каталогу приймаємо редуктор типа ВКН-630 з передавальним числом U=100, виконання по схемі 2. [2. табл. V.1.51.]

Фактична частота обертання колеса:



Фактична швидкість пересування візка з номінальним вантажем:



Мінімальний час пуску двигуна ненавантаженого візка:



де ап.мах – максимально допустиме прискорення ненавантаженого візка;



де  - коефіцієнт зчеплення ведучого колеса з рейкою;

=0,12 для кранів, що працюють на відкритому повітрі [3. c. 110];





Статистичний момент опору пересуванню ненавантаженого візка, приведений до валу двигуна:



Момент інерції рухомих мас візка, приведений до валу двигуна:



де Jр.м – момент інерції ротора двигуна;



Визначимо середній пусковий момент двигуна для розгону ненавантаженого візка з умови відсутності пробуксовування привідних коліс і наявності необхідного запасу зчеплення:



Розрахункова потужність:



Для приводу механізму пересування візка остаточно вибираємо електродвигун 4А 160М6 ОМ2, з номінальнім моментом Мн= 147 Нм.

Середній пусковий момент:



Фактичний час пуску двигуна навантаженого візка:



Фактичне прискорення при розгоні ненавантаженого візка:







2.2.4 Розрахунок гальмівного моменту і вибір гальма:



При гальмуванні візка без вантажу допустиме максимальне прискорення, при якому забезпечується запас зчеплення коліс з рейками 1,2, визначається по формулі:



Час гальмування візка без вантажу виходячи з максимального допустимого прискорення:



Величина гальмівного шляху, що допускається:



Мінімальний допустимий час гальмування:



Гальмівний момент розраховується по наступній формулі:













Приймаємо колодочні гальма з гідротовкачем типа ТТ з найбільшим гальмовим моментом 100 Н м, діаметром гальмового шківа 160 мм, шириною колодки 75 мм, тип гідротовкача ТЕГ-16 з тяговим зусиллям 160 Н. Гальма регулюється на необхідний гальмовий момент [2. табл. V.2.23.].


2.3. Розрахунок механізму пересування крана





2.3.1. Кінематична схема механізму пересування перевантажувача:



2.3.2. Розрахунок опору пересуванню крана:



Q – номінальна маса вантажу, що піднімається, з урахуванням ваги захватного органу; Q=35000 кг;

Gк – маса крана з візком; Gк=430000 кг;

Dк – діаметр ходового колеса крана; Dк=0,8 м, колесо двохреборне, з циліндровим профілем, ширина робочої доріжки 0,17 м [2. табл. V.2.43.];

d – діаметр цапфи:

d = (0,2  0,25)Dк = (0,2  0,25) 0,8 = 0,16  0,2 = 0,18 м;

Приймаємо d=0,18 м;

f – коефіцієнт тертя в підшипниках коліс; f = 0,015; підшипник сферичний дворядний;

 - коефіцієнт тертя кочення колеса по плоскій рейці;  = 0,06; колесо із сталі [2. VI.3.2.];

kр – коефіцієнт, що враховує опір від тертя реборд коліс об рейки; kр = 1,5 [2. VI.3.3.];

Wук – опір пересуванню від ухилу:



 - розрахунковий кут підкранового шляху;  = 0,002 для шляхів, що укладаються на металевих балках зі залізобетонним фундаментом;



Wв – опір пересуванню від дій вітрового навантаження;



в – питоме вітрове навантаження;



qo – швидкісний натиск вітру на висоті 10 м;

,

V – швидкість вітру;

V = 15 м/с для регіону міста Іллічівськ;



nв – коефіцієнт, що враховує зростання швидкісного натиску залежно від висоти установки крана над поверхнею землі (води);

nв = 1,32;

с – аеродинамічний коефіцієнт;

с = 1,2 для коробчатих конструкцій;

 - коефіцієнт динамічності, що враховує пульсуючий характер вітрового навантаження;

 = 1;



F – навітряна площа конструкції крана і вантажу;

F = 270 м2;





Опір пересуванню крана складає 1067 кН.





2.3.3. Потужність двигуна і вибір редуктора





Розрахунок приведеного опору пересування крана:



де Wст – статичний опір пересуванню візка;

Gт – маса крана, Gт =430000 кг;

Q – Номінальна маса вантажу, що підіймається;

а – середнє прискорення крану при пуске, а=0,1 м/с2;

м – загальне ККД механізму, м = 0,9; [1. табл. II.1.7.]

ср – середня кратність пускового моменту, ср = 2,0;



Потужність електродвигуна складає:



Потужність двигунів механізму пересування крана складає 163,3 кВт, отже, один двигун має потужність N=20,4 кВт.

Заздалегідь по каталогу вибираємо електродвигун типа 4А200L8OM2, потужністю N=22 кВт, частотою обертання n=730 об/хв, =76,41; моментом інерції ротора Jр=0,18 кг м, з номінальним моментом Мн=288 Н м [5].

Частота обертання колеса крана:



Розрахункове передавальне число редуктора:



Розрахункова потужність редуктора:







По каталогу приймаємо редуктор типа ВКН - 630 з передавальним числом U=125, виконання по схемі 2 [2. табл. V.1.51.].

Фактична частота обертання колеса:



Фактична швидкість пересування крана з номінальним вантажем:



Мінімальний час пуску двигуна ненавантаженого крана:



де ап.мах – максимально допустиме прискорення ненавантаженого крана;



де  - коефіцієнт зчеплення ведучого колеса з рейкою;

=0,12 для кранів, що працюють на відкритому повітрі [3. c. 110];





Статистичний момент опору пересуванню ненавантаженого крана, приведений до валу двигуна:



Момент інерції рухомих мас крана, приведений до валу двигуна:



де Jр.м – момент інерції ротора двигуна;



Визначимо середній пусковий момент двигуна для розгону ненавантаженого крана з умови відсутності пробуксування привідних коліс і наявності необхідного запасу зчеплення:



Розрахункова потужність:



Для приводу механізму пересування візка остаточно вибираємо електродвигун 4А 200L8 ОМ2.

Середній пусковий момент:



Фактичний час пуску двигуна навантаженого крана:



Фактичне прискорення при розгоні ненавантаженого крана:







2.3.4. Розрахунок гальмового моменту і вибір гальма





При гальмуванні крана без вантажу допустиме максимальне прискорення, при якому забезпечується запас зчеплення коліс з рейками 1,2, визначається по формулі:



Час гальмування крана без вантажу виходячи з максимального допустимого прискорення:



Величина гальмового шляху, що допускається:



Мінімальний допустимий час гальмування:



Гальмовий момент розраховується по наступній формулі:













Приймаємо колодочні гальма з гідротовкачем типу ТТ з найбільшим гальмовим моментом 200 Н м, діаметром гальмового шківа 200 мм, шириною колодки 95 мм, тип гідротовкача ТЕГ-25 з тяговим зусиллям 250 Н. Гальма регулюється на необхідний гальмовий момент [2. табл. V.2.23.].