Курсовой проект - Проектирование башенного крана - файл n9.doc

приобрести
Курсовой проект - Проектирование башенного крана
скачать (2979.5 kb.)
Доступные файлы (14):
n1.bak
n2.dwg
n3.dwg
n4.bak
n5.dwg
n6.bak
n7.dwg
n8.log
n9.doc2784kb.05.12.2010 20:43скачать
n10.doc854kb.05.12.2010 18:42скачать
n11.doc102kb.19.12.2010 20:03скачать
n12.doc103kb.19.12.2010 21:20скачать
n13.doc102kb.19.12.2010 21:16скачать
n14.doc105kb.19.12.2010 19:59скачать

n9.doc

2. РАСЧЕТ МЕХАНИЗМА ПЕРЕДВИЖЕНИЯ КРАНА
2.1. Исходные данные

вес груза Qг=120 кН; вес стрелы Qс=52,5кН; вес кабины Qк=30кН; вес башни Qб=195кН; вес балласта Qбал=510кН ; вес поворотной платформы Qпп=315кН ; вес неповоротной платформы Qнр=383кН. Скорость передвижения Vк=0,333м/с; база равна колее К=В-12.5м

2.2. Определение нагрузок на колеса и выбор колес

Рис.2.2.1.Схема для определения реакций в опорах
В стреловых поворотных кранах нагрузки на основании крана переменная и зави­сит не только от веса груза и частей крана, но и от положения поворотной части и от вы­лета стрелы. Нагрузка передается через четыре колеса, которыми кран опирается на путь. Башенные краны обычно работают в условиях, когда наблюдается неровности пути. В этом случае одна из опор крана теряет контакт с рельсом и тогда кран опирается только тремя колесами, /т.е. в трех точках/. Из практики использования башенных кранов из­вестно, что при низком качестве подкрановых путей кран в некоторые моменты при строго диаметральном расположении стрелы может опираться на две точки. Такой слу­чай считается недопустимым и обычно не рассчитывается.

Определяется равнодействующая всех вертикальных сил, приложенных к крану и в зависимости от положения стрелы определяется давления на колеса.

Равнодействующая вертикальных сил

120+52,5+30+195+510+

+315+383=1145,5кН

Определения опорных реакций. Обозначим сумму реакций в точках 3 и 4 через RA, а сумму реакций в точках 1 и 2 через RB.




кН

кН
Определяем расстояние от левых опор 3 и 4 до равнодействующей вертикальных сил:





м


м


м
м


кН

м
кН

кН

Из условия прочности подкранового рельса и допускаемых давлений на грунт на­грузка на одно ходовое колесо должно быть не более 220….270кН. Следовательно, при­нимаем в каждой опорной точке по два ходовых колеса с балансирной тележкой.Тогда нагрузки на одно колесо

кН

Расчетная нагрузка на колесо

Н

где Кд— коэффициент, учитывающий влияние вертикальной динамической нагрузки, возникающей вследствие неровностей крановых путей и стыков ; Кд принимается пол табл. 2.2.1.;

Кн— коэффициент неравномерности распределения нагрузки по ширине рельса: Кн=1,1 для рельсов с выпуклой головой и Кн=2,0 – для плоских рельсов
значения коэффициента Кд табл.2.2.1

V, м/мин

до 60

от 60 до 90

От 90 до 180

Кд

1,0

1,1

1,2

Дробная часть коэффициента Кд может быть уменьшена в 2 раза, если крановый путь выполнен без стыков или стыки заварены.

Принимаем колесо типа КУ при расчетной нагрузке 240 кН для ПВ=25% и скоро­сти передвижения крана VК=20м/мин.

Dk=500мм допускаемая нагрузка 266 кН – табл 2.2.2 и рельс типа КР 50 – табл. 2.2.3.



DK,мм

200

300

400

ПВ%

15

25

40

15

25

40

15

25

40

Скорость

качения,

м/мин

Допускаемая нагрузка в кН

20

31

27

23

101

88

75

183

159

135

30

26

23

19

98

85

72

177

154

131

50

22

19

17

91

79

67

156

136

114

100

18

16

14

75

65

55

128

111

95

Рельс:

основной

Р11,Р24

Р15,Р24

Р24,КР70

плоский

/ширина

мм/

35,50

40,50

50,60,70

DK,мм

500

600

700

20

306

266

226

452

393

334

475

413

351

30

280

243

206

410

357

303

425

380

314

50

240

209

178

348

303

258

362

315

268

100

194

169

144

280

244

207

293

255

216

Рельсы:

основной

КР70,80,100

КР70,80,100

КР70,100

плоский

60,70,80,100

60,70,80,100

70,100



Тип рельсов в зависимости от давления ходового колеса

Таблица 2.2.3

Тип головки рельса

Типоразмер рельса при давлении колеса, кН

50

100

160

200

250

350

500

800

Выпуклая

Р18

Р38

Р38

КР50

КР50

КР70

КР80

КР120

Плоская, ши­риной, м

40

50

60

60

70

80

80

100


При точечном контакте стального колеса с рельсом (цилиндрическое или коническое колесо и крановый рельс) эффективное напряжение определяется по формуле

где— коэффициент, зависящий от отношения (Rmin- меньший из радиусов,

Rmax-больший) определяется по табл. 2.2.4

— коэффициент, учитывающий влияние силы трения на работу колес (при легком режиме работы К=1, при среднем К=1,04….1,06; при тяжелом К=1,06…1,1;

— приведенный модуль упругости


где и - модули упругости материала колеса и рельса. При стальном колесе и рельсе =2,1·105 МПа
Значение коэффициента К Таблица 2.2.4



0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0



0,28

0,19

0,145

0,13

0,119

0,111

0,105

0,099

0,095

0,09


Радиус колеса =300мм, радиус сферы рельса КР =450мм табл.2.2.5




Рельсы крановые КР Таблица 2.2.5




Тип

рельсов

КР50

КР70

КР80

КР100

КР120

КР140

в ,мм

50

70

80

100

120

140

r , мм

6

6

8

8

8

10

R, мм

350

400

400

450

500

700





в, мм


подкрановые квадраты

40

50

60

70

80

100


;коэффициент К=1,08, К=0,111
МПа
Допускаемое напряжение =НВ==МПа

где НВ – твердость по Бринеллю табл.2.2.6
Приведенные модули упругости и допускаемые контактные напряжения

Таблица 2.2.6

Материал

Приведенный

модуль упругости, МПа

Твердость поверхности ободо /по Бринеллю/,НВ

Допускаемые контактные напряжения, МПа

при линейном контакте

при точечном контакте

Сталь 45

2,1·105

217

450

1100

350-450

750

1800

Сталь50Г

241

550

1300

350-450

850

2200

Сталь65Г

269

600

1400

350-450

850

2200

Сталь40ХН

255

550

1300

350-450

850

2200

Сталь 55Л

217

450

1100

350-450

750

1700

Сталь 33ХГС-Л

202

500

1200

350-450

800

2000

Чугун СЧ 15-32

1,25·105

163-229

250

600

Чугун СЧ 35-56

1,6·105

217-272

350

800


2.3. Определение сопротивлений передвижению крана.

При определении сопротивлений передвижению башенных кранов часто ограничиваются определением сопротивлений только от сил трения.

Однако, сопротивления, возникающие от ветровой нагрузки, достигают 1/3 величины сопротивлений от сил трения, а сопротивления, возникающие от инерционных сил нередко превышают сопротивления от сил трения. Поэтому, при расчетах следует учитывать все возможные сопротивления, т.е. создавать наихудшее положение для крана, которое возможно при его эксплуатации.

Сопротивление передвижению определяется как сумма сопротивлений трения, ветра и уклона:

Сопротивление от ветровой нагрузки ( м. раздел 5.1 части 1 Методического пособия по курсовому проектированию башенных кранов)



где ,


где — коэффициент трения скольжения =0,02

— коэффициент трения качения = 0,1см

— коэффициент, учитывающий трение реборд = 1,8

— средний диаметр двухрядного роликового подшипника 3618

(ГОСТ 5721-75) с допускаемой статистической нагрузкой 270 кН, внутренним диаметром 90мм, наружным- 190мм.

Сопротивление от сил инерции


Общее сопротивление передвижению крана в пусковой период



Мощность двигателя механизма передвижения
кВт

На башенных кранах целесообразно применять механизм передвижения крана с раздельным приводом, где устанавливают два двигателя с редукторами. Приводы размещают по диагонали для обеспечения сцепления колес с рельсами независимо от направления действия результирующего момента на кран.

Мощность двигателя

кВт

По каталогу крановых двигателей выбираем два асинхронных электродвигателя с фазовыми роторами MTF 211-6, N=9кВт, n=915мин-1 (?=95,77с-1), MH=94.1 H·м, Јp=0.107кг·м2.

Общее передаточное число механизма
,

где мин-1
Разбираем общее передаточное число по ступеням редуктор- зубчатая пара (рис.2.3.1)

Бывают следующие типы приводов передвижения крана.



Выбираем редуктор Ц2-250-19 с передаточными числами , способными передавать мощность 14,1кВт при 1000мин-1 входного вала.

Nдв=9кВт; n=915 об/мин

Mn=94.1 Нм


Тормоз тип

Mт= Нм;


2.4. Проверка выбранных двигателей по условию нагрева

Момент статистического сопротивления при перемещении крана с номинальным грузом, приведенный к валу двигателя.
Н·м

Максимальный момент

Загрузка двигателя при перемещении номинального груза

Пользуясь графиком рис.4.2.3.1 части 1 Методического пособия по курсовому проектированию башенных кранов при ?=0,72, находим относительное время пуска при пониженном напряжении

с

Время разгона при перемещении с номинальным грузом


где

Средний рабочий путь принимают в пределах (1/2….3/4)L общей длины путей крана : где L=50м- длина путей.

Среднее время рабочей операции


Отношение времени протекания пускового тока к среднему времени рабочей операции



По графику рис.4.2.2.1 части 1 Методического пособия по курсовому проектированию башенных кранов определяем вспомогательный коэффициент



Эквивалентная мощность



где мощность, определенная по моменту статистического сопротивления при перемещении крана с номинальным грузом



Находим необходимую номинальную мощность двигателя при ПВ=25%:



т.е. выбранные двигатели для механизма передвижения крана удолетворяют требованиям по нагреву.

2.5. Проверка двигателя по пусковому моменту

Условие правильности выбора двигателя по перегрузке



где





Коэффициент перегрузки двигателей при пуске


2.6.Выбор тормоза механизма передвижения башенного крана

Тормозной момент на валу двигателя


где соответственно моменты тормозные сил ветра, уклона, инерции масс крана, груза и привода и сил трения при неблагоприятном их сочетании:







где




Принимаем два тормоза ТКТ-200 с наибольшим тормозным моментом 157 Н·м, отрегулированных на расчетный тормозной момент.

3. РАСЧЕТ МЕХАНИЗМА ИЗМЕНЕНИЯ ВЫЛЕТА

3.1. Исходные данные

Грузоподъемность Qг=120 кН , вес стрелы Qс=52,5 кН, наибольший угол наклона ?=800 , длина стрелы Lс=18,7м , наибольший вылет А=23м. Расстояние от оси вращения крана до корневого шарнира X0=1,95м.Наименьший вылет Amin=4 м.

Высота расположения блоков стрелового полиспаста относительно корневого шарнира .Радиус грузового блока . Средняя скорость перемещения горизонтальной проекции груза при изменении вылета Vср=0.2м/с, ПВ=40%.

Расчетная схема для расчета механизма изменения вылета приведена на рис.3.2.1.


Диаметр обводных блоков d1= мм; d2= мм


Электродвигатель

Nдв= кВт; n= об/мин Mn= Нм

Муфта тип

Mпер.кр= Нм

Редуктор

Nбыстр.вал= кВт;

i= ;

Барабан

D= мм; L= мм;

Число слоев навивки


Рис.3.2.1. Схема определения усилия и кинематическая схема механизма изменения вылета
Среднеквадратичное усилие в стреловом полиспасте



где— усилие в стреловом полиспасте, определенные для положений стрелы через равные промежутки угла наклона;

— длины стрелового полиспаста на каждом промежутке (определяется графически по масштабу вычерченного механизма рис.3.2.2.).

Статистическое усилие в стреловом полиспасте определяется из условия равновесия моментов всех сил относительно корневого шарнира стрелы.


где — угол наклона стрелы;

— минимальное расстояние от корневого шарнира до линии действия усилия в полиспасте для различных положений стрелы;

— усилие в грузовом канате, приведенное к стреловому полиспасту


Рис.3.2.2. Схема определения длины стрелового полиспаста

Для определения рассмотрим рис.3.2.3. Усилие в стреловом полиспасте будет уменьшаться не только на величину усилия в грузовом канате, а дополнительно на часть его, обусловленную трением в блоке.



рис.3.2.3 Схема определения приводного усилия
Принимаем радиус грузового блока , диаметр оси блока , коэффициент трения в подшипниках блока

От усилия в грузовом канате на оси блока возникает реакция и момент трения


Реакция определяется по формуле (см.рис.3.2.3)

где при кратности полиспаста



Углы ; легко определить графически на рис.3.2.2

Окружное усилие на блоке

,

Для I-го положения:

;




Усилия для других положений приведены в табл.3.2.1.

Данные для расчета усилий в стреловом полиспасте

Таблица 3.2.1

Показатели

Значения для положений

I

II

III

IV

V

VI

VII

VIII

IX



0

10

20

30

40

50

60

70

80



21,5

20,5

19,52

18,41

17,34

16,24

15,22

14,22

13,5



5,21

5,6

5,9

6,23

6,29

6,11

5,074

5,07

4,16



463,7

343

369

346,4

299,6

282,1

253,5

237,7

186,6




Для определения мощности электродвигателя необходимо знать скорость сокращения полиспаста

где — величина сокращения полиспаста;

— величина изменения вылета стрелы;

—средняя скорость перемещения груза.

Используя рис.3.2.2 получаем







Мощность двигателя



Выбираем асинхронный электродвигатель МТН 412-6 с фазовым ротором: N=36 кВт , n=955 об/мин, (?=99,96 с-1), , ,
3.3. Расчет стрелового полиспаста

Задаемся кратностью полиспаста из расчета, чтобы усилие в канате не превышало 50 кН , т.е. чтобы получить наиболее часто применяемый диаметр каната.

При кратности полиспаста КПД полиспаста


Усилие в ветви каната

Разрывное усилие

Выбираем канат с разрывным усилием ГОСТ 2686-69при временном сопротивлении разрыву 1600Мпа (160 кгс/мм2).

Диаметр барабана при (см. табл.4.3 части 1 Методического пособия по курсовому проектированию башенных кранов).

Принимаем

Остальные размеры барабана и проверка его на прочность и устойчивость определяется по методике, приведенной в разделе 4 части 1 Методического пособия по курсовому проектированию башенных кранов.

Частота вращения барабана



Передаточное число редуктора



По каталогу выбираем редуктор Ц2-400 ,, способный передать при частоте вращения входного вала 1000 мин-1

3.4. Проверка двигателя на продолжительность времени пуска

Проверка двигателя на продолжительность времени пуска при минимальном и максимальном усилиях осуществляется по формуле



где — кинетическая энергия стрелы и груза;

— угловая скорость вращения стрелы, рад/с;







— скорость движения груза при подъеме стрелы или линейная скорость движения конца стрелы,




— статический момент:
при

при

— момент инерции вращающихся масс механизма изменения вылета крюка.

Время пуска при максимальном усилии в стреловом полиспасте



Согласно принятым нормам, время пуска при должно быть не более 5…6 с, при - не менее 1,0 с. Так как время пуска при минимальном усилии меньше допускаемого необходимо на валу двигателя установить маховик с моментом инерции


3.5. Проверка электродвигателя по пусковому моменту

Условия правильности выбора двигателя по пусковому моменту


где — максимальный момент на валу двигателя, определенный с учетом сил инерции.

Здесь — усилие в стреловом полиспасте с учетом сил инерции


Сила инерции груза при подъеме стрелы

Сила инерции стрелы


Максимальный момент

Коэффициент загрузки двигателя при пуске

3.6.Выбор тормоза

Тормоз должен удерживать стрелу в любом положении при действии статических и инерционных нагрузок.

Тормозной момент

,

где (см.табл.4.3.1 части I Методического пособия по курсовому проектированию башенных кранов);

— максимальный тормозной момент на валу тормоза, соответствующий .

Расчетный момент тормоза


Выбираем тормоз с электрогидротолкателем ТКТ-300 с максимальным тормозным моментом 800 Н·м , отрегулированный на расчетный тормозной момент.

Проверку тормоза производим на продолжительность торможения при действии максимального и минимального моментов, которая должна быть не менее 4…5 с при и не менее 1,5 с при

,

где — статистический момент.

При и
;
;
Тогда

;
;
где— момент инерции вращающихся масс с учетом маховика.

Условия продолжительности торможения при действии максимального и минимального моментов соблюдается.


5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ БАШЕННЫХ КРАНОВ

Коэффициенты грузовой и собственной устойчивости кранов определяется с возможным совмещением операций : подъема груза, поворота и передвижения крана, изменения вылета стрелы.

5.1. Исходные данные:

грузоподъемность при всех вылетах , вес стрелы , вес башни и кабины крановщика , вес балласта , вес поворотной платформы вес неповоротной платформы Вес крана полный Угол наклона для башенных кранов . - расстояние от оси вращения крана до центра тяжести подвешенного наибольшего рабочего груза на горизонтальной плоскости; - расстояние от плоскости , проходящей через ось вращения крана параллельно ребру опрокидывания, до центра тяжести подвешенного наибольшего груза при установке крана на горизонтальной плоскости. При расположении стрелы перпендикулярно ребру опрокидывания .

При расположении стрелы под углом 450 к ребру опрокидывания ; сила давления ветра на кран

сила давления ветра на груз . Размеры плеч приложения нагрузок при определении устойчивости крана показаны на рис.5.2.1.
5.2. Определение грузовой устойчивости башенного крана
Согласно Правилам Госгортехнадзора коэффициенты грузовой устойчивости определяются для положения, когда кран установлен на горизонтальной площадке и при этом не учитываются силы ветра и инерции.



где — восстанавливающий момент;

— опрокидывающий момент.

Расстояние от оси вращения крана до центра тяжести крана(горизонтальная координата)



Знак минус показывает, что центр тяжести смещен влево от оси вращения крана.

Расстояние от плоскости, проходящей через опорный контур, до центра тяжести крана.





рис 5.2.1. Схема определения координат центра тяжести крана в рабочем состоянии

Коэффициент грузовой устойчивости без учета дополнительных нагрузок и уклона пути



При окончательном расчете определяют коэффициенты грузовой устойчивости при статистических, ветровых, инерционных и центробежных сил.

Расчетные положения:

  1. Стрела крана расположена перпендикулярно ( в плане) к ребру опрокидывания, наклон и ветер в сторону груза.

  2. Стрела крана расположена под 450 (в плане) к ребру опрокидывания, наклон и ветер также в сторону груза. Расчетная схема для определения грузовой устойчивости приведена на рис.5.2.2.



рис.5.2.2. Расчетная схема определения коэффициента грузовой устойчивости

Окончательно коэффициент грузовой устойчивости определяется как частное от деления момента удерживающих сил, с учетом моментов сил инерции, центробежных и ветровых, на момент опрокидывающий.



Моментов удерживающих сил с учетом уклона пути в сторону груза (положение1)



Ввиду того, что база равна колее В=К все моменты, действующие на кран вдоль пути и поперек, будут одинаковы.

Для положения II:



Опрокидывающий момент от действия центробежных сил груза для всех расчетных положений



Момент сил инерции поднимаемого груза (положения 1):



положение II :



где — среднее время пуска механизма подъема.

Момент сил инерции массы груза при разгоне механизма передвижения (положение I):

поперек пути

вдоль пути и для положения II


где — время разгона механизма передвижения.

Момент сил инерции массы крана при разгоне механизма передвижения (положения I)

поперек пути

вдоль пути и для положения II


Момент сил инерции масс груза и стрелы в вертикальной плоскости при изменении вылета (положения I)

где приведенный вес стрелы к головке стрелы определяется из закона постоянства кинетической энергии стрелы



— соответственно скорости движения середины и конца стрелы при изменении вылета ;

— время пуска при максимальном усилии.


Положение II:



Момент сил ветра, действующих на кран для всех положений



Момент сил ветра , действующих на груз, для всех положений



Момент груза (положение I)



положения II:



Коэффициент грузовой устойчивости крана:

положения I:



вдоль пути



положения II:




5.3. Определение собственной устойчивости крана

В соответствии с Правилами Госгортехнадзора коэффициент собственной устойчивости (K2>1,15) определяют при следующих условиях : кран находится в нерабочем положении, груза на крюке нет, стрела максимально поднята вверх, уклон пути в направлении противовеса.

Расчетная схема для определения коэффициента собственной устойчивости приведена на рис .5.3.1.



Рис.5.3.1. Расчетная схема для определения коэффициента собственной устойчивости

Горизонтальная координата центра тяжести крана


Вертикальная координата центра тяжести крана



Наветренные площади: поворотной платформы балласта

Давление ветра на кран в нерабочем положении принимают по табл.5.3.1

Расчетное давление ветра в нерабочем положении

Таблица 5.3.1

Высота от поверхности земли, м

0….20

20….40

40…60


60…80

Расчетное давление, Н/м2

687

834

981

1177

Башня расположена на высоте от 0 до 40м. Среднее расчетное давление



Сила давления на башню

Сила давления на стрелу

Сила давления на платформу и балласт



Коэффициент собственной устойчивости



При коэффициенте устойчивости менее 1,15 необходимо найти конструктивный метод : увеличить или уменьшить вес балласта, увеличить расстояние от оси вращения крана до центра тяжести балласта, увеличить базу или колею крана с сохранением весовых данных .
Список литературы

Александров М.П. Подъемно-транспортные машины. — М: Высшая школа, 1979.

Базанов А.Ф. Подъемно-транспортные машины.- М: Изд. литературы по строительству, ,1969.

Вайнсон А.А. Подъемно- транспортные машины. — М: Машиностроение ,1975.

Иванченко Ф.К. Расчеты грузоподъемных и транспортирующих машин. Киев :Висша школа, 1978.

Неврозов Л.А. и др. Башенные краны. — М: Высшая школа,1979.

Неврозов Л.А. и др. Башенные краны. — М: Высшая школа, 1980.

Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации