Кран г/п 10 тонн

ВВЕДЕНИЕ
Значительный спрос на автомобильные краны объясняется их
многочисленными преимуществами перед другими кранами, такими как:
высокие транспортные скорости;
мобильность и маневренность;
малые габариты;
простота и легкость в управлении;
проезд к месту работы даже в условиях бездорожья, не требующий
прокладки специальных путей;
современные средства безопасности.
Автомобильные краны выполняют в виде оборудованной выносными
опорами ходовой рамы, закрепляемой на шасси автомобиля вместо
кузова. На раме установлено опорно- поворотное устройство, а на нем
поворотная часть крана со стрелой, механизмами и кабиной управления.
С номинальным грузом автомобильные краны могут работать только
при установке на выносные опоры. Без установки выносных опор
допустимая грузоподъемность крана резко снижается, а работа крана
допустима
только
при
включении
стабилизаторов,
выключающих
рессорную подвеску заднего моста.
Решетчатые стрелы автомобильных кранов выполняют так же, как
и стрелы самоходных кранов других типов, т.е. удлиненными, с гуськами и
в
башенно-стреловом
невелики,
поэтому
исполнении.
Размеры
автомобильные
краны
рабочего
оборудования
непосредственно
в
строительном процессе участвуют редко, только при строительстве
небольших зданий и монтаже конструкций и оборудования небольших
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
6
масс и габаритов. Основная область использования автомобильных
кранов - это погрузо-разгрузочные работы и вспомогательные операции
на монтажных работах.
Основное силовое оборудование автокранов – двигатель
автомобиля. При включении трансмиссии крановых механизмов,
трансмиссия автомобиля отключается.
В ходе данного курсового проекта необходимо спроектировать
автомобильный
кран
грузоподъёмностью
10
т
с
электроприводом
механизмов и гибкой подвеской стрелы.
1
РАСЧЕТ И ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ КРАНА
1.1
Расчет и выбор размерных и весовых параметров
Параметры проектируемого крана назначаются на основании
обобщения параметров существующих кранов (кранов-прототипов).
Кран-прототип выбирается по следующим заданным параметрам
проектируемого крана:
Qн.б. – наибольшая грузоподъемность, кН;
Rн.б. - наибольший вылет крана, м;
Hн.б. - наибольшая высота подъема груза, м.
Наиболее близкие характеристики, по отношению к
характеристикам проектируемого крана, имеет кран-прототип СМК10 /1/:
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
7
Qн.б. =10 т;
Rн.б. =10,5 м;
Hн.б. =11 м
Параметры крана СМК-10 приведены в таблице 1.
Таблица 1 - Параметры стрелового крана СМК-10
№
Параметры и показатели
Значения
1
Вылет, м наибольший
9,5
2
Наибольшая высота подъема, м
10,5
3
Наибольший вес поднимаемого груза на
100
наименьшем вылете, кН
4
Rн.б. ⁄Rн.м.
5
База выносных опор, м:
2,4
'
Поперечная k , м
4,4
Продольная Б' , м
4,02
6
Радиус хвостовой части rхв. , м
2,4
7
Колея К, м
1,9
База Б, м
3,85
8
Габариты поворотной платформы:
Длина lпл. , м
2,8
Ширина bпл. , м
2,5
Высота hпл. , м
1,0
Продолжение таблицы 1
9
Расстояние от земли до оси пяты стрелы y, м
2,4
10
Координаты оси вращения х, м
2,2
11
Вес крана Gкр. , кН
145
12
Вес опорной части G0 , кН
65
13
Параметры стрелового устройства, м
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
8
А
0
Д
1,1
В
1,7
Е
1,5
R0
0,6
Схема стрелового самоходного крана приведена на рисунке 1.
Дальнейшие расчеты проводятся согласно методике /1/.
Требуется построить схему стрелового устройства. Схема
стрелового устройства приведена на рисунке 2
Длина стрелы lc,, м., проектируемого крана определяется по
формуле
lс =√(Hн.б. -y) 2 +(Rн.м. -R0 ) 2 +1 ,
где lс. - длина стрелы, м;
y - расстояние от земли до оси пяты стрелы (рисунок 2), м;
R0 - расстояние от оси вращения крана до оси пяты стрелы, м;
Rн.м. - наименьший вылет крана, м;
Hн.б. - максимальная высота подъема груза по заданию, м.
Значение Нн.б. выбирается из исходных данных, а значение
остальных величин выбираются из таблицы 1.
Для автомобильных кранов максимальный вес поднимаемого груза, в
зависимости от вылета определяется по формуле
'
'
Qн.б. ≈aĤGкрĤ0,5Ĥk /(RН.М.-0,5Ĥk ).
Находим наименьший вылет крана
'
a∙Gкр ∙0,5∙k
'
Rн.м. ≈
+0,5∙k ,
Qн.б.
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
9
Рисунок 1 - Схема стрелового самоходного крана
где a=0,46 - числовой коэффициент /1/;
Qн.б. =100 кН – наибольший вес поднимаемого груза..
Значения остальных величин назначаются из таблицы 1.
Тогда
Rн.м. ≈
0,46∙145∙0,5∙4,4
+0,5∙4,4=3,67≈3,7 м,
100
По формуле (1) находится длина стрелы
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
10
lс =√(10,5-2,4) 2 +(3,7-0,6) 2 +1=10,01 м.
Поскольку стреловые самоходные краны имеют переменный по
вылету вес поднимаемого груза, необходимо определить вес груза на
любом вылете от наименьшего до наибольшего, то есть построить
грузовую характеристику крана.
Диапазон изменения вылета стрелы ∆, м, определяется по формуле
∆=Rн.б. -Rн.м. ,
Тогда
∆=10,5-3,7=6,8 м.
В результате получается шесть положений стрелы, с шагом
изменения вылета, равным 1,35 м.
вычисляется вес груза для шести положений стрелы. Результаты
расчетов приведены в таблице 2.
Таблица 2 - Зависимость грузоподъемности от вылета стрелы
Изм.Лист
R, м
3,7
5,1
6,45
7,8
9,15
10,5
Q, кН
99,48
50,6
34,52
26,2
21,11
17,67
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
11
Ннб
Rнм
Rнб
О4
О3
E
О2
О1
R0
D
B
y

R
О5
О5
A

н

нм  б 



Ннм
lc

О4
Рисунок 2 - Схема стрелового устройства
1.2
Расчет устойчивости
После определения основных параметров крана необходимо
проверить его грузовую и собственную устойчивость.
1.2.1 Расчет грузовой устойчивости
Грузовая устойчивость рассчитывается при работе крана с грузом
на максимальном вылете, при стреле, перпендикулярной ребру
опрокидывания (продольной оси крана). При этом уклон местности и
ветровая нагрузка рабочего состояния способствуют опрокидыванию
крана. Учитывается возможность совмещения операций подъема и
опускания груза с поворотом крана.
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
12
При расчете грузовой устойчивости должно выполняться
условие/1/
kгр =(M - ∑ Mин - ∑ Mв )/Mгр ≥1,15,
G
где kгр - коэффициент грузовой устойчивости;
MG - момент, создаваемый весом частей крана и противовеса
относительно ребра опрокидывания;
∑ Mин - суммарный момент сил инерции элементов крана и груза
при вращении крана и торможении опускаемого груза;
∑ Mв - суммарный момент, создаваемый ветровой нагрузкой
рабочего состояния, действующей перпендикулярно ребру
опрокидывания и параллельно плоскости, на которой работает кран,
на подветренную площадь крана и груза;
Mгр - момент, создаваемый весом номинального груза
относительно ребра опрокидывания.
Для дальнейших расчетов требуется построить расчетную схему.
Схема для расчета грузовой устойчивости крана приведена на рисунке
3.
Определяются веса составных частей крана.
а) вес стрелы Gc , кН
Gc =gс ∙ Lc ,
где gс =1 кН/м- погонный вес стрелы.
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
13
Рисунок 3 - Схема для расчета грузовой устойчивости крана
Тогда
Gc =1∙10,1=10,1кН .
б) вес поворотной части Gп , кН, рассчитывается по формуле
Gп =Gкр -(Gс +G0 +Gпр ) ,
где G0 - вес опорной части крана.
Значения G0 , Gкр , назначаются из таблицы 1.
Тогда
Gп =145-(10,1+65)=69,9 кН .
Определяется абсцисса «С», м., центра тяжести поворотной части
без груза относительно оси вращения (рисунок 1) по формуле
C=(Gc ∙(R0 +0,5lc ∙cos φн.м. )-Gп ∙aп -Gпр ∙aпр )/G
кр
,
где φн.м. - угол наклона стрелы к горизонту на максимальном
вылете.
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
14
Значение косинуса угла наклона стрелы к горизонту на
максимальном вылете находится по формуле
cos φн.м. =(Rн.б. -R0 )/lc .
Тогда
cos φн.м. =(10,5-0,6)/10,01=0,98.
Находим расстояние от оси вращения до центра тяжести
поворотной части по формуле
aп =0,5∙ρ∙k' ,
где ρ≈(0,8-0,9)( - для автомобильных кранов,
k'=4,4 м .
Тогда
aп =0,5∙0,8∙4,4=1,76 м .
По формуле (3) получим
С=10,1Ĥ(0,6+0,5Ĥ10,1Ĥ0,98)-69,9Ĥ1,76)/145=-0,44 м.
Ордината центра тяжести h1 , м, крана без груза относительно
опорной поверхности находится по формуле
h1 =Gc ∙(y+0,5∙lc ∙ sin φн.м. )+Gпр ∙hпр +G0 ∙h0 +Gп ∙hп )/Gкр ,
(4)
где y=2,4 м;
hп =(2…3,5)∙h0 м;
h0 =(0,62…1,0) м.
Тогда
hп =2∙0,8=1,6 м.
По формуле (4) получим
h1 =(10,1(2,4+0,5Ĥ10,1Ĥ0,1989)+65Ĥ0,8+69,9∙1,6/145=1,367 м.
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
15
Определяется опрокидывающий момент Мгр. , кНĤм, создаваемый
весом груза относительно ребра опрокидывания
'
Мгр =Qн.м. ∙((Rн.б. +h3 ∙ sin α) -0,5k ) ,
(5)
где h3 =y+lс ∙ sin φн.м ;
α=1,5°-для автомобильных кранов при работе с выносными
опорами.
Тогда
h3 =2,4+10,1∙00,1989=4,4 м.
Находим опрокидывающий момент
Мгр =17,67∙((10,5+4,4 ∙ sin 1,5°) -0,5∙4,4)=148,7 кН∙м.
Определяется удерживающий момент МG , кНĤм, от веса частей
крана и противовеса относительно того же ребра по формуле
'
MG =Gкр ∙ ((0,5∙k ±С)-h1 ∙ sin α ) кН∙м ,
(6)
знак минус подставляется при положительном значении «C».
Следовательно,
MG =145∙((0,5∙4,4-0,44)-1,367∙ sin 1,5 °)=250,05 кН∙м.
Определяется опрокидывающий суммарный момент от сил инерции
при вращении и торможении груза ∑ Mин , кНĤм, по формуле
'
Qн.м. ∙n 2 ∙Rн.б. ∙h3 Qн.м. ∙ϑгр ∙((Rн.б. +h3 ∙ sin α)-0,5k )
+
,
∑ Mин =
10∙t
900-n 2 ∙ h3 ⁄sin α
где n - частота вращения крана, об⁄мин;
𝛼гр - скорость подъема груза, м⁄с;
t=(1…2) c - время пуска подъема груза.
Тогда
∑ Mин =
17,674∙1,1 2 ∙10,5∙4,4
900-1,1 2 ∙ 4,4⁄sin 1,5 °
+
17,674∙0,1∙((10,5+4,4∙ sin 1,5°)-0,5∙4,4)
10∙1,5
= 1,132 кН∙м.
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
16
Определяется опрокидывающий момент ∑ Mв , кНĤм, от ветра
рабочего состояния по формуле
∑ Mв =Mвгр +Mвкр ,
(7)
где Mвгр - момент от действия ветра на груз;
Mвкр =Mвпл +Mвс - момент от действия ветра на кран;
Mвпл - момент от действия ветра на поворотную часть крана;
Mвс - момент от действия ветра на стрелу.
В свою очередь
Mвгр =qв.р. ∙c∙n∙Fг ∙kc ∙h3 ,
(8)
где qв.р. =125 мПа - давление ветра рабочего состояния по
ГОСТ1451-77 на высоте до 10 метров над поверхностью земли;
c - коэффициент динамики аэродинамической силы;
n=1 - коэффициент изменения динамического давления ветра по
высоте;
Fг - наветренная площадь груза, м 2 , в зависимости от
максимальной грузоподъемности определяется по таблице 3;
kc =(0,3÷0,4) - коэффициент сплошности для решетчатых стрел.
Для листовых kc =1.
Таблица 4 - Зависимость наветренной площади груза в
зависимости от веса
Q,кН
32
50
63
100
160
200
250
Fг,м
5,6
7,1
8,0
10
14
16
18
Mвгр =125∙1,9∙1∙10∙0,35∙4,4=3,77 кН∙м.
При определении давления ветра на груз последний
рассматривается поднятым в крайнее верхнее положение, т.е. на
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
17
высоту Hн.м. , а сила ветра приложена в точке его подвеса на высоте h3 ,
согласно рисунку 3. Тогда найдем момент от действия ветра на
поворотную платформу Mвпл
Mвпл =qв.р. ∙c∙n∙Fпл ∙kс ∙h2 , кН∙м,
(9)
где qв.р. =125 Па.;
c=1,2;
kс =1.
На основании данных таблицы 1, находим наветренную площадь
поворотной платформы
Fпл. =hпл. ∙bпл. =1∙2,5=2,5 м 2 .
При h2 ≤10 м, коэффициент n=1.
По данным таблицы 1 находим h2
h2 = hпл. ⁄2+y = 1⁄2 +2,4=2,9 м.
По вышеперечисленным данным вычисляем
Mв.пл =125∙1,2∙1∙2,5∙1∙2,9=1,08 кН∙м.
Для определения величины Mвс стрела, начиная с уровня земли,
рассекается через каждые десять метров.
Момент от ветра на каждый участок, кНĤм, находится по формуле
с
Mвс =qв.р. ∙c∙n∙вс ∙lуч ∙ sin φ∙kс ∙hуч, кН∙м
(10)
где lс - длина основной стрелы без вставок, м;
hуч. - высота центра площади каждого участка от уровня земли,
м;
с
lуч - длина участка стрелы, м.
вс ≈( вкорн. +вверш. )⁄2 - средняя ширина стрелы в плане;
вкорн. =(0,1)lс =0,1∙10,1=1,01 м. - ширина корневой части стрелы;
вверш. =(0,05)∙lc =0,05∙10,01=0,505 м. - ширина стрелы в вершине;
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
18
следовательно
вс ≈(1,01+0,505)/2=0,757 м.
с
Значения величин hуч. и lуч выбирается из приложения А.
Тогда, по формуле (10) получим
Mвс =125∙1,9∙1∙0,757∙10,01∙0,1989∙0,35∙3,45=0,44 кН∙м
Момент от действия ветра на кран
с
пл
Mвкр =Мгр
в + Мв + Мв
следовательно
Mвкр =2,838+1,08+0,44=4,358 кНĤм.
Грузовая устойчивость, на основании вышеперечисленных
вычислений, равна
kгр =(250,05-1,132-4,358)/148,7=1,64 кН∙м.
Условие грузовой устойчивости
kгр ≥1,15.
Следовательно, условие грузовой устойчивости выполняется.
1.2.2 Расчет собственной устойчивости
Расчет производится для крана без груза при минимальном вылете
стрелы, с уклоном в сторону противовеса, при ветре нерабочего
состояния, действующим в сторону опрокидывания.
При расчете собственной устойчивости должно выполняться
следующее условие
kсоб. = MG ⁄Mвкр ≥1,15 ,
где kсоб. - коэффициент собственной устойчивости;
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
19
MG - удерживающий момент от собственного веса кран;
Mвкр - опрокидывающий момент от ветра нерабочего состояния
на кран.
Для дальнейших расчетов требуется построить расчетную схему.
Схема для расчета собственной устойчивости крана приведена на
рисунке 4.
Удерживающий момент от собственного веса MG , кНĤм,
находится по формуле
MG =Gкр. ((0,5∙k±C)-h1 ∙ sin α).
Величина h1 определяется по формуле (4), где вместо 𝜑н.м.
учитывается 𝜑н.б.
'
h1 = (10,1∙(2,4+0,5∙10,1∙ sin 72,5° )+65∙0,8+69,9∙1,6)⁄145=1,63 м.
Рисунок 4 - Схема для расчета собственной устойчивости крана
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
20
Опрокидывающий момент Mвкр , кНĤм, действующий на кран
от ветра нерабочего состояния, определяется по формуле
Mвкр =Mвпл +Mвс
Определяем абсциссу С, м, центра тяжести поворотной части
крана без груза относительно оси вращения по формуле
C=(Gс. Ĥ(R0+0,5ĤlcĤcos𝜑н.б. ) -Gп ∙aп )/ Gкр. ,
тогда
C=((10,1(0,6+0,5Ĥ10,1Ĥcos72,5°)-69,9Ĥ1,76)/145=-0,7 м.
Следовательно, получим
MG =145∙((0,5∙1,9-0,7)-1,63∙ sin 3° ) =24,07 кН∙м .
Значения Mвпл , кНĤм, определяем по формуле (9), но qв.н. =450 Па
Mв.пл =450∙1,2∙1∙2,5∙1∙2,9=3,915 кН∙м.
Определяем давление ветра на стрелу по формуле (10), но
qв.н. =450 Па
С учетом вышеприведенных пояснений определяются составные
части и момент от действия ветра на стрелу
Определяем давление ветра на первый участок стрелы
с
Mв1
=450∙1,9∙1∙0,757∙7,95 sin 72,5° ∙0,35∙6,15=10,52 кН∙м .
Определяем давление ветра на второй участок стрелы
с
Mв2
=450∙1,9∙1,25 ∙0,757∙2,15 sin 72,5° ∙0,95∙0,35∙10,95=6,33 кН∙м .
Следовательно,
с
с
+Mв2
= 10,52+6,33=16,85 кН∙м.
∑ Mвс = Mв1
Находим момент от действия ветра на кран по формуле
Mвкр =Mвпл + ∑ Mвс =3,915+16,85=20,765 кН∙м.
Тогда по условию
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
21
kсоб. =MG /Mвкр =24,07/20,765=1,159≈1,16
Условие собственной устойчивости
kсоб. ≥1,15.
Полученное значение коэффициента собственной устойчивости
удовлетворяет заданному условию.
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
22
2 РАСЧЕТ МЕХАНИЗМА ПОДЪЕМА ГРУЗА
2.1 Выбор полиспаста
Для стреловых самоходных кранов, в основном, применяются
одинарные полиспасты с навивкой на барабан одного конца каната
(второй конец крепиться в вершине стрелы или на крюковой подвеске).
Схема запасовки грузового каната приведена на рисунке 5.
Кратность полиспаста mгр выбирается из таблицы 5.
Таблица 5
Вес груза,кН
До 10
20-60
100-150
150-300
Кратность mгр
1;2
2;3
3;4
4;6
Так как наибольший вес груза составляет 100 кН, то выбираем
кратность полиспаста mгр =4, обеспечивающую в данном случае
условие
20≤Sк ≤40 кН,
где Sк – среднее усилие в канате, возникающее в процессе работы
крана, кН.
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
23
Рисунок 5 - Схема запасовки грузового каната
2.2 Выбор схемы механизма
В стреловых и самаходных кранах с индивидуальным
электроприводом применяются лебедки с непосредственным
соединением барабана с редуктором.
Выбираем П-образную схему механизма, как самую компактную.
Схема грузовой лебедки представлена на рисунке 6.
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
24
Рисунок 6 - Схема грузовой лебедки
2.3 Расчет и выбор каната
Определяем максимальное натяжение каната при набегании на
барабан Smax , кН, по формуле
z
Smax = Qн.б. ⁄(mгр. ∙𝜂п ∙𝜂о.б.
) кН,
где Qн.б. - вес груза, кН;
mгр. -кратность грузового палиспаста;
𝜂п -КПД палиспаста;
𝜂о.б. -КПД отклоняющих блоков.
Расчитываем КПД канато-блочной системы по формуле
z
𝜂к.б.с. =𝜂п ∙𝜂о.б.
где 𝜂п -КПД полиспаста;
𝜂о.б. -КПД отклоняющих блоков;
z-число отклоняющих блоков.
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
25
Коэффициент полезного действия полиспаста вычисляется по
формуле
mгр. -1
2
𝜂п = (1+ηбл. +ηбл.
+...+ηбл.
)⁄mгр
Принимаются блоки на подшипниках качения, при нормальных
условиях работы. Тогда КПД блока принимается равным 𝜂бл. =0,98. С
учетом этого КПД полиспаста равен
𝜂п = (1+0,98+0,98 2 +0,98 3 )⁄4=0,97 .
Находим КПД канато-блочной системы
𝜂к.б.с. =0,97∙0,98=0,95.
Следовательно
Smax=100/(4∙0,95 )=26,3 кН.
Согласно правилам Ростехнадзора по разрывному усилию канат
выбирается из условия
Sр. ≥ Smax. ∙nк. ,
Где nк -коэффициент запаса прочности каната. При заданном
режиме работы nк =5,5;
Sр. -разрывное усилие в канате.
Тогда
Sр. ≥ 26,3∙5,5=144,65 кН.
Выбираем канат двойной свивки типа ЛК-О (dк =16,5 мм.)
конструкции 6х19(1+9+9)+1о.с. (применительно к ГОСТ 3077-69).
2.4 Расчет барабана и блоков
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
26
Как правило, барабаны грузовых лебедок выполняют с ручьями для
лучшей укладки каната, а в кранах со сменным стреловым
оборудованием и с многослойной навивкой.
Диаметр блока и барабана Dб по дну канавки, мм.
Dб ≥dк ∙(e-1),
где dк - диаметр выбранного каната, мм;
e - коэффициент, зависящий от типа крана и режима работы.
Принимается е=18 /3/.
Тогда
Dб =16,5∙(18-1)=280 мм
принимаем Dб =280 мм.
Пологая, что количество слоев навивки каната nн =1, определяем
диаметр барабана по центру канатов в наружном слое
D=Dб. +dк. ∙(2∙nн. -1),
откуда
D=280+16,5∙ (2∙1-1) =296,5 мм.
Длина нарезной части барабана
Lн. = ((Hн.б ∙mгр. +π∙D∙Z1 )∙tк )⁄(π∙nн. ∙( nн. ∙dк. +D)∙μ),
Где Hн.б. =10,5 м. - максимальная высота подъема груза по заданию;
mгр. =4 - кратность полиспаста;
Z1 =2 - число запасных витков каната;
tк =0,019 м -шаг нарезки навивки /9/;
𝜇=0,9 - коэффициент неплотности навивки.
Тогда
Lн. = ((10,5∙4+π∙0,2965∙2)∙0,019)⁄(π∙1∙(1∙0,0165+ 0,2965)∙0,9)=0,942 м.
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
27
Полученная длина нарезанной части барабана, не
удовлетворяет условию /1/
𝐿 ≤ 800 мм.
Следовательно, необходимо применить многослойную навивку
каната на барабан, то есть принять nн.=2
Lн. = ((10,5∙4+π∙0,2965∙2)∙0,019)⁄(π∙2∙(2∙0,0165+ 0,2965)∙0,9)=0,408 м.
Конструкцию барабана изготавливают двухребордным для
предотвращения схода каната с барабана в крайних положениях. Эскиз
барабана представлен на рисунке 7.
Рисунок 7 - Эскиз барабана
Толщина реборд tр.
tр. =1,5∙tк. , мм ,
где tк. =19 мм. - шаг навивки каната,
следовательно
tр. =1,5∙19=28,5 мм.
Диаметр реборды Dр. , мм, определяется по формуле
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
28
Dр. =D+3∙dк. , мм
откуда
Dр. =296,5+3∙16,5=346 мм.
2.5 Выбор двигателя
В стреловых самоходных кранах применяются электродвигатели
крановые с фазовым ротором типа MTF или MTH по ГОСТ 185-70, а при
постоянном токе типа Д по ГОСТ184-71.
Статическая мощность механизма при подъеме номинального
груза N, кВт, определяется по формуле
N= (Qн.б. ∙𝜗гр. )⁄𝜗м. ,
где Qн.б. =100 кН.- максимальный вес груза;
𝜗гр. =0,1 м/с- скорость подъема груза;
𝜂м. =0,85 - КПД механизма подъема.
Следовательно
N= (100∙0,1)⁄0,85=11,76 кВт.
Из /2/ выбераем электродвигатель по условию
Nном. ≈N,
где Nном. - номинальная мощность выбранного двигателя.
Параметры выбраного двигателя:
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
29
Тип - МТВ 311-6;
Nном. =11 кВт ;
nдв. =950 об/мин -частота вращения вала;
Mmax. =320 Н∙м. -максимальный крутящий момент;
Jmax. =0,225 кг∙м2 . -маховой момент;
B4 =176мм ; L=748 мм ; l=110 мм ; d=50 мм.
2.6 Выбор редуктора
Частота вращения барабана nб. , об/мин, определяется по формуле
nб. = (υгр. ∙mгр. ∙60)⁄(π∙D),
где υгр. =0,1 м⁄с ;
D=0,296 м.-диаметр барабана по средней линии навитого
каната.
Тогда
nб. = (0,1∙4∙60)⁄(π∙0,296)=25,8 об⁄мин .
Передаточное отношение механизма
i= nдв. ⁄nб. ,
где nдв. =950 об/мин.
Тогда
i= 950⁄25,8=36,82 .
Исходя из мощности двигателя N, частоты вращения nдв. ,
передаточного чила механизма
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
30
i и режима работы выберается редуктор механизма подъема по
условиям
а)iред. ≈i;
б)Nред. ≥N,
где iред. - фактическое передаточное отношение редуктора;
Nред. - фактическая мощность на быстроходном валу при
заданном режиме работы.
Из /2/ выбираем редуктор Ц-2 300, исполнение 3.
Техническая характеристика редуктора Ц-2 300 исполнение 3:
Передаточное число i=32,42;
допускаемая мощность Nред. при ПВ=25%-11,6 кВт;
допускаемая частота вращения nред. -1000 об.⁄мин.;
межцентровое расстояние редуктора [А]=300 мм.
Редуктор проверяется по условию
А≥(0,5∙Dр. +В4 +20),
где А-меж осевое расстояние редуктора, мм;
Dр. -диаметр реборды, мм;
В4 -габарит двигателя по ширине, мм.
Тогда
А≥(0,5∙346 +176+20)=369 мм.
А≈[A].
Условие не выполняется, следовательно необходимо принять меры
по уменьшению диаметра реборды. Уменьшаем Dб. на 15% т.е. на 42
мм, следовательно Dб.. =238 мм., следовательно Dр.=2 мм.
Тогда
А≥(0,5∙337 +176+20)=364,5 мм.
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
31
Условие не выполняется, следовательно выбираем редуктор Ц2-350.
А≈[A].
Техническая характеристика редуктора Ц-2 350 исполнение 1:
Передаточное число i=32,42;
допускаемая мощность Nред. при ПВ=25%-21,8 кВт;
допускаемая частота вращения nред. -1000 об.⁄мин.;
межцентровое расстояние редуктора [А]=350 мм.
Так как изменился диаметр барабана, необходимо заново
рассчитать длину нарезанной части барабана
Lн. = ((10,5∙4+π∙0,2875∙2)∙0,019)⁄(π∙2∙(2∙0,0165+ 0,2875)∙0,9)=0,460 м.
2.7 Расчет тормоза
В механизмах подъема применяются нормально-замкнутые
колодочные тормоза.
Расчетный тормозной момент определяется по формуле
р.
Mт.
=km. ∙Mст.т ,
Где km. =1,75 - коэффициент запаса торможения.
Статический момент на валу двигателя при торможении Mст.т. ,
кНĤм, находится по формуле
Mст.т. =(Qн.б. ∙D∙𝜂м. )⁄(2∙iред. ∙mгр. ) ,
откуда
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
32
Mст.т. =(100∙0,287∙0,85)⁄(2∙32,42∙4)=0,094 кН∙м .
Тогда
Mт.р. =1,75∙0,094=0,165 кН∙м.
Из /2/ выбирается тормоз по условию
Mт. ≥ Mт.р.,
где Mт. - тормозной момент выбранного тормоза.
Тип тормоза: ТТ-200 с электрогидротолкателем;
Mт. =200 Н ∙м - тормозной момент;
Dт. =200 мм - диаметр тормозного шкива
2.8 Выбор тормозной муфты
Чаще всего в механизмах подъема груза применяются втулочнопальцевые муфты типа МУВП, с тормозным шкивом на одной из
полумуфт со сторны редуктора.
Муфта выбирается по диаметру шкива тормоза и среднему
пусковому моменту двигателя.
Для соединения вала двигателя с быстроходным валом редуктора
выбирается муфта типа МУВП-4 из /2/.
Параметры выбранной муфты:
Dт. =200 мм- диаметр тормозного шкива;
Jм. =0,055 кг∙м 2 - момент инерции (с тормозным шкивом);
Mmax. =0,23 кН∙м- наибольший момент передоваймый муфтой.
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
33
2.9 Проверка выбранного электродвигателя
Выбранный электродвигатель проверяют по следующим условиям:
а) На среднее ускорение при пуске
aф. ≤ [ a ] ,
где aф. -фактическое среднее ускорение при пуске, м⁄с2 ;
[a]=(0,6…0,8) м⁄с 2 -допускаемое ускорение.
Фактическое среднее ускорение при пуске находим по формуле
ф.
ф.
aф. = 𝜐гр. ⁄tп. ,
ф.
где 𝜐гр. - фактическая скорость подъема груза;
ф.
tп. - фактическое время пуска.
ф.
Фактическая скорость подъема груза 𝜐гр. , м/с, находим по формуле
ф.
𝜐гр. = (𝜐гр. ∙i)⁄iред. ,
откуда
ф.
𝜐гр. = (0,1∙35,75)⁄32,42=0,11 м⁄с.
ф.
Найдем фактическое время пуска tп. , с, по формуле
ф.
tп. =
ωдв.
Mп -Mст.
ф. 2
∙[1,2∙(Jдв. +Jм. )+
Qн.б. ∙(𝜐гр. )
ω2дв. ∙q∙ηм.
],
где 𝜔дв. - угловая скорость вращения двигателя 1⁄с;
Mст. - статический момент на валу двигателя при подъеме
груза, Н·м;
Qн.б. - наибольший вес поднимаемого груза;
Mп - средний пусковой момент двигателя;
Jдв. - момент инерции якоря двигателя, кг∙м2 ;
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
34
Jм. - момент инерции муфты, кг∙м2 .
Угловая скорость вращения двигателя рассчитывается по формуле
ωдв. = ω∙nдв. ⁄30 ,
откуда
ωдв. = ω∙950⁄30=99,48 1⁄с.
Статический момент Mст. , кНĤм, на валу двигателя при подъеме
груза определяется по формуле
Mст. = Qн.б. ∙D⁄2∙iред. ∙mгр. ∙ηм ,
Где D - диаметр барабана по центру навитого каната.
Откуда
Mст. = 100000∙0,287⁄2∙32,42∙4∙0,85=130,41 Н∙м.
Средний пусковой момент двигателя
Mп = 1,55∙9550∙Nном. ⁄nдв. ,
Где nдв. - частота вращения двигателя;
Nном. - номинальная мощность двигателя.
Тогда
Mп = 1,55∙9550∙11⁄950=171,39 Н∙м ,
по выше приведенным расчетам получим
ф.
tп. =
99,48
100000∙(0,11) 2
∙[1,2∙(0,255+0,055)+
]=0,848 с.
171,39-130,4
99,48 2 ∙9,81∙0,85
Фактическое среднее ускорение при пуске
aф. = 0,11⁄0,848=0,129 м⁄с2 .
б) Проверка по пусковому моменту.
Условие правильности выбора двигателя
ψ= Mп. ⁄Mном. ≤ [ ψ ] ,
где [ψ] - допускаемая кратность среднепускового момента;
Mном. - номинальный момент двигателя, Н∙м;
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
35
Mп. - пусковой момент на валу двигателя, Н∙м.
Найдем номинальный момент двигателя Mном. , НĤм, по формуле
Mном. = 9550∙Nном. ⁄nдв. ,
следовательно,
Mном. = 9550∙11⁄950=110,58 Н∙м .
Пусковой момент на валу двигателя Mп. , НĤм, определяется по
формуле
Mп. =Mст. +M'g +M''g , Н∙м ,
где Mст. - статический момент на валу двигателя, Н∙м;
M'g - динамический момент от поступательно
движущегося груза, Н∙м;
M''g - динамический момент от вращающихся масс
механизма, Н∙м.
Динамический момент от поступательно движущегося груза M'g ,
НĤм, находим по формуле
ф.
2
2
M'g = Qн.б. ∙D 2 ∙π∙nдв. ⁄(4∙iред. ∙mгр.
∙ηм. ∙30∙tп. ) ,
откуда
M'g = 100000∙0,287 2 ∙π∙950⁄(4∙32,42 2 ∙42 ∙0,85∙30∙0,848)=16,95 Н∙м.
Динамический момент от вращающихся масс механизма M''g , НĤм,
определяем по формуле
ф
M''g = 1,2∙(Jдв. +Jм. )∙π∙nдв. ⁄(30∙ tп ) ,
откуда
M''g = 1,2∙(0,255+0,055)∙π∙950⁄(30∙ 0,848)=31,677 Н∙м.
Тогда
Mп. =171,4+16,95+31,677=220,027 Н∙м.
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
36
Фактическая кратность среднепускового момента
ψ=220,027/110,57=1,989.
Допускаемая кратность среднепускового момента
[ψ]= Mп.ср. ⁄Mном ,
где Mп.ср. - средний момент двигателя в период пуска, Н∙м;
Mном. =110,57 Н∙м - номинальный момент двигателя.
Средний момент двигателя в период пуска
Mп.ср. = (Mmax. +1,1∙Mном. )⁄2 ,
Где Mmax. =320 Н∙м - максимальный момент двигателя.
Тогда
Mп.ср. = (320+1,1∙110,58)⁄2 =220,81 Н∙м .
Тогда допускаемая кратность среднепускового момента равна
[ψ]= 220,81⁄110,58=1,99.
ψ≤[ ψ ] .
Условие выполняется, следовательно выбранный двигатель
подходит.
2.10 Прочностной расчет
2.10.1 Расчет стенки барабана
Исходя из технологии изготовления, минимальная толщина стенки
δс. , для чугунных барабанов определяется по зависимости /1/
δс. =0,02∙Dб. +(0,6…1),
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
37
где Dб. - диаметр барабана по дну канавки.
Тогда
δс. =0,02∙23,8+0,8=1,27 см ,
Примем толщину стенки барабана δс. =1 см.
В качестве материала выбираем серый чугун СЧ-40. Временное
сопротивление при сжатии 𝜎в. для СЧ-40 равно 400 МПа, /4/.
Напряжение сжатия в стенке барабана определяется по формуле
σсж. = (ε∙ψ∙Smax. )⁄(10 6 ∙δс. ∙tк. )≤ [σсж. ] ,
где 𝜀 - коэффициент, учитывающий ослабление навитых слоев
каната, вследствие его поперечного упругого сжатия. В данном случае
ε = 0,7 так, как nн. =2 /1/;
ψ=0,75 - коэффициент, учитывающий ослабление натяжения
каната ранее навитых витков каната в одном ряду вследствие
сжатия барабана;
Smax. - максимальное натяжение каната на барабане, Н;
δс. - толщина стенки барабана, м;
tк. - шаг навивки каната, м;
[σсж. ] - допускаемое напряжение сжатия, мПа /4/;
причем должно соблюдаться условие из /1/
𝜎сж. ≤[σсж. ].
Допускаемое напряжение сжатия [σсж. ], мПа, определяется по
формуле
[σсж. ]=σт. /5,
откуда
[σсж. ]=400/5=80 МПа.
Тогда
σсж. = (0,7∙0,75∙26300)⁄(10 6 ∙0,01∙0,019)= 72,671 мПа
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
38
Условие соблюдается, следовательно барабан обладает
достаточной прочностью.
2.10.2 Расчет оси барабана
Расчетная схема барабана показана на рисунке 8. Расчет проводим
для двух случаев нагружения барабана:
а) канат находится в крайнем левом положении;
б) канат находится в крайнем правом положении.
Рисунок 8 - Расчетная схема оси барабана
Рассмотрим случаи положения каната на барабане:
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
39
а) Канат находится в крайнем левом положении, определяется
реакции в опоре В. Для этого составляем сумма моментов
относительно точки В
∑ MB =0 ,
Реакция в опоре А находится по формуле
RA = Smax. ∙(l-lA )⁄l ,
l, lA и lВ -смотрим приложение Б.
Следовательно,
RA = 26300∙(0,570-0,060)⁄0,570=23,531 кН .
Находим момент по формуле
MA =RA ∙lA ,
следовательно,
MA =23,531∙0,06=1,412 кН∙м.
б) Канат находится в крайнем правом положении, определяется
реакция в опоре А. Для этого составляем сумму моментов
относительно точки А
∑ MА =0 ,
Реакция в опоре В находится по формуле
RВ = Smax. ∙(l-lВ )⁄l ,
следовательно
RB = 26300∙(0,570-0,070)⁄0,570=23,07 кН .
Находим момент по формуле
MВ =RВ ∙lВ
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
40
следовательно,
MB =23,07∙0,07=1,615 кН∙м.
Расчёт оси на прочность ведётся по максимальному
значению изгибающих ось моментов MA и MB
Mmax. =1,615 кН∙м.
Диаметр оси d, мм, в опасном сечении рассчитывается по условию
Mmax. ∙10 3
d ≥√
мм ,
0,1 ∙ [σ]
3
где [σ] - допускаемое напряжение при изгибе с учётом
концентрации, Н/мм 2.
Допускаемое напряжение при изгибе с учётом концентрации
рассчитывается по формуле
[σ]= 0,43∙σв. ⁄(kэ ∙n) ,
где σв. - предел прочности материала, Н/мм 2;
kэ - коэффициент концентрации напряжений при изгибе, можно
принять kэ =2;
n=1,6 - коэффициент запаса прочности /1/.
Для изготовления оси выбираем сталь 40 по ГОСТ 8479 -74 с
пределом прочности σв. =590 мПа /5/, тогда
[σ]= 0,43∙590⁄(2∙1,6)=79,3 мПа.
Следовательно,
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
41
1,615 ∙10 3
d ≥√
=61,37 мм.
0,1 ∙ 79,3
3
Принимаем d=65 мм.
2.10.3 Выбор подшипников оси барабана
Ось барабана устанавливается на ролико- или шарикоподшипники
радиальные сферические двухрядные.
В соответствии с рисунком 8, подшипник опоры А вставляется в
выточку тихоходного вала редуктора. Поскольку ось барабана
вращается относительно вала редуктора, то
подшипник опоры А выбираем по статической грузоподъёмности Сст.
из условия
Сст. ≥kб. ∙RА ,
где Сст. – статическая грузоподъемность подшипника, Н;
kб. =1,2 – коэффициент безопасности /1/.
Тогда
[Сст. ]≥1,2∙23,531=27,299 кН.
Выберем подшипник №1610 по ГОСТ 28428-90 из /6/. Подшипник
средней широкой серии диаметров.
Параметры подшипника:
диаметр внутреннего кольца d=50 мм;
диаметр наружного кольца D=110 мм;
ширина в=40 мм;
статическая грузоподъемность подшипника С ст.=26500 Н;
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
42
динамическая грузоподъемность подшипника С дин.=64000 Н.
Следовательно
Сст. ≥ [Сст. ].
Условие статической грузоподъемности не выполняется, возьмем
роликоподшипник.
Выберем подшипник №3610 по ГОСТ 5721-75 из /6/. Подшипник
средней широкой серии диаметров.
Параметры подшипника:
диаметр внутреннего кольца d=50 мм;
диаметр наружного кольца D=110 мм;
ширина в=40 мм;
статическая грузоподъемность подшипника Сст. =101000 Н;
динамическая грузоподъемность подшипника Сдин. =150000 Н.
Следовательно
Сст. ≥ [Сст. ].
Условие статической грузоподъемности выполняется.
Для внешней опоры В подшипник в целях унификации принимаем
аналогичным подшипнику внутренней опоры и проверяем по условиям
/1/
Сдин. ≥Ср.,
Сст. ≥kб. ∙RВ ,
где Сдин. - динамическая грузоподъемность, Н;
Ср. - расчетная динамическая грузоподъемность, Н.
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
43
Расчетная динамическая грузоподъемность определяется по
формуле
m
Ср. =P∙ √L ,
где P - динамическая приведенная нагрузка, Н;
L - долговечность подшипника, мил. циклов;
m=3,3 - для роликоподшипников /1/.
Долговечность подшипника рассчитывается по формуле
L= 60∙n∙T⁄10 6 ,
где T=3500 часов - номинальная долговечность подшипника;
n - частота вращения барабана, об/мин.
Частота вращения барабана рассчитывается по формуле
ф.
n= 60∙𝜐гр. ∙mгр. ⁄(π∙D) ,
откуда
n= 60∙0,11∙4⁄(π∙0,238)=35 об⁄мин.
Тогда
L= 60∙35∙1000⁄10 6 =7,35 млн. циклов.
Динамическая приведенная нагрузка Р, Н, рассчитывается по
формуле
P=Pэкв. ∙kб. =φэкв. ∙RВ ∙kб. , кН ,
где φэкв. ≈0,43 –коэффициент эквивалентности /1/.
Откуда
P=0,43∙23,07∙1,2=10,931 кН.
Расчетная динамическая грузоподъемность
3,3
Ср. =10,931∙ √7,35=20 кН,
Условие по динамической грузоподъемности выполняется.
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
44
2.10.4 Расчет крепления каната к барабану
При многослойной навивки узел крепления не должен находиться на
рабочей поверхности барабана. Выбираем крепления каната к барабану
при помощи клина /4/. Эскиз клина представлен на рисунке 9.
Рисунок 9 - Параметры клина
где А1 =40 мм - ширина клина;
В1 =18 мм - высота клина;
L1 =125 мм - длина клина;
h=4 мм - глубина канавки.
2.10.5 Расчет элементов крюковой подвески
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
45
По данным /2/, в зависимости от веса поднимаемого груза и схемы
запасовки грузового каната, выбирается крюковая подвеска (обойма)
по условию
Qоб. ≥Qн.б. ,
где Qоб. - грузоподъемность крюковой обоймы, кН.
Из /2/ выбираем крюк №18 с параметрами:
Qн.б. =100 кН – грузоподъемность крюка;
dр. =М56 мм - диаметр резьбы;
dхв. =60 мм - диаметр хвостовика.
По /5/ выбирается типоразмер упорного подшипника крюка по
условию
[Сст. ]≥kб. ∙Qн.б. ,
где kб. =1,2 - коэффициент безопасности /1/,
Сст. – статическая грузоподъемность упорного подшипника, Н.
Статическая грузоподъемность упорного подшипника находится
по условию
[Сст. ]≥1,2∙100000=120000 Н.
Выбираем подшипник №8312 H по ГОСТ 78722-89.
Параметры подшипника:
D=110 мм - диаметр наружного кольца;
d=60 мм - диаметр внутреннего кольца;
Сст. =176 кН - статическая грузоподъемность.
Высота гайки крюка H2 , см, определяется по формуле
Н2 =1,2∙dр.
где dр. - наружный диаметр резьбы.
Тогда
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
46
Н2 =1,2∙56=67,2 см.
Высота гайки Н2 принимается равной 70 мм.
Наружный диаметр гайки определяется по формуле
Dг. =1,8∙dр ,
откуда
Dг. =1,8∙56=100,8≈100 мм.
Для изготовления траверсы крюка возьмем сталь 20 ГОСТ 8479-70 с
σт. =215 мПа /4/.
Траверсу рассчитывают на изгиб при допущении, что действующие
на нее силы сосредоточенные. Эскиз траверсы крюка представлен на
рисунке 10.
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
47
Рисунок 10 - Эскиз траверсы крюка
где D=110 мм; b=170 мм; d2 =45 мм. - определяются после выбора
крюковой обоймы /2/;
размеры l=200 мм, l1 =180 мм - назначаются конструктивно.
Максимальный изгибающий момент Mи. в сечении А-А (рисунок 10),
кН∙м
Mи. = kб. ∙Qн.б. ∙l1 ⁄4 ,
где kб. =1,2.
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
48
Тогда
Mи. = 1,2∙100000∙18,2⁄4 =54600 Н∙см.
Требуемый момент сопротивления среднего сечения траверсы
W= Mи. ⁄ [𝜎] ,
где [𝜎] - допускаемое напряжение на изгиб, Н∙см.
Допускаемое напряжение на изгиб рассчитывается по формуле
[σ]= σт ⁄n ,
где n=1,6 - коэффициент запаса.
Откуда
[σ]= 21500⁄1,6=13437 Н/см 2,
тогда
W= 54600⁄ 13437=40,63 см 3 .
Момент сопротивления среднего сечения, ослабленного отверстием
рассчитывается по формуле
2
W= (b1 -d3 )∙h ⁄6
где d3 =dхв. +0,5=6+0,5=65 см;
b1 =D+2=11+2=13 см.
Необходимая высота траверсы рассчитывается по формуле
h = √ 6∙W⁄(b1 -d3 ) ,
тогда
h =√6∙40,63⁄(13-6,5) =6,12 см.
Изгибающий момент M'и. в сечении В-В (рисунок 10), кН∙м,
вычисляется по формуле
l1 b
M'и. = kб. ∙Qн.б. ∙ ( - )⁄2 ,
2 2
тогда
M'и. = 1,2∙100000∙ (
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
18,2 17
- )⁄2=36000 Н∙см .
2
2
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
49
Минимальный диаметр цапфы траверсы
3
d2min. = √M'и. ⁄(0,1 ∙[σ]) ,
откуда
3
d2min. = √36000⁄(0,1∙13437) =2,99 см,
d2min. не должен превышать ранее выбранный диаметр d2 .
d2min. ≤4,5 см.
Следовательно условие выполняется.
Для изготовления щек крюковой обоймы выберем сталь 20 ГОСТ
8479-70 с σт. =215 мПа.
Расчет сводится к нахождению толщины щек. Эскиз щек крюковой
обоймы представлен на рисунке 11.
Рисунок 11 - Эскиз щек крюковой обоймы.
На основании данных /2/ принимаем l=40 мм; L=165 мм.
Площадь поперечного сечения щеки находится по формуле
F= Qн.б. ⁄2 [σ ] ,
где [𝜎] - допускаемое напряжение на разрыв, Н∙см.
Допускаемое напряжение на разрыв
[σ ]= σв ⁄n ,
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
50
Где n=1,6 – коэффициент запаса.
Откуда
[σ ]= 21500⁄1,6=13437 Н⁄см 2 ,
тогда
F= 100000⁄2∙13437=3,72 см 2 .
Толщина щек δщ.
δщ. = F⁄(L-dп. ) ,
где L=16,5 см - ширина щеки назначается конструктивно;
dп. =8,5 см. - диаметр пальца.
Откуда
δщ. = 3,72⁄(16,5-8,5)=0,47 см.
Принимаем δщ. =1 см.
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
51
3 МЕХАНИЗМ ИЗМЕНЕНИЯ ВЫЛЕТА
3.1 Выбор схемы механизма изменения вылета (МИВ)
Лебедки МИВа рассматриваемого крана по конструкции аналогичны
грузоподъемной лебедке.
МИВ включает в себя следующие основные элементы: лебедку,
стрелоподъемный полиспаст и двуногую (А-образную) стойку.
Стрелоподъемный полиспаст состоит из блоков, находящихся на
оси двуногой стойки, подвижной и неподвижной обоймы, 2-х
канатных тяг, соединяющих неподвижную обойму с вершиной стрелы.
Барабан лебедки МИВа изготавливают двухребордной, нарезной и
многослойной навивкой.
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
52
Примем кратность стрелового полиспаста mстр=6. Схема
запасовки стрелового каната представлена на рисунке 12.
Рисунок 12 - Схема запасовки стрелового каната
Расчетная схема стрелового устройства для определения усилий в
стреловом полиспасте представлена на рисунке 13.
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
53
Рв
г
О4
Sстр
тгр
Sгр
О5
lc
тстр
hг
с
в
Р
hcтр
E
О2
О1
Rc
A
j
hгр
hc
Н
Gc
R0
D
B
R
О4
О3
y
Q
Рисунок 13 - Расчетная схема стрелового устройства
3.2 Определение усилий в стреловом полиспасте
Рассмотрим схему стрелового устройства, показанную в
приложение В.
В приложение В обозначено:
Sстр. - усилие в стреловом полиспасте, кН;
Pв.г. - сила ветра на груз, кН;
Pв.с. - сила ветра на стрелу, кН;
z
Sгр. = Smax. ⁄ηоб.
- усилие в канате грузоподъемного полиспаста, кН;
hгр. - расстояние от корня стрелы до длины действия усилия в
грузовом полиспасте, м;
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
54
hстр. - расстояние от корня стрелы до длины действия усилия в
стреловом полиспасте, м.
Согласно схеме, приведенной в приложении В, статическое усилие
Sстр. в стреловом полиспасте определяем из условия равновесия
моментов всех действующих на стрелу сил относительно ее
корневого шарнира О1 , т. е.
Sстр. = (Q∙(R-R0 )+Gс. ∙Rс. -Sгр. ∙hгр. +Pв.г. ∙hг. +Pв.с. ∙hс. )⁄hстр ,
Поскольку грузоподъемность крана по вылету переменна Q=f(R),
переменным будет и усилие в стреловом полиспасте.
Находим усилие Sгр. , кН, в грузовом канате по формуле
Sгр. = Q⁄(mгр. ∙ηп. ) ,
где Q - вес груза на данном вылете, кН;
ηп. = 0,95 - КПД грузоподъемного полиспаста.
Значения Sгр. , в зависимости от вылета приведены в таблице Г.1
(Приложение Г).
Определим силу ветра на груз Pв.г. , кН, по формуле
Pв.г. =0,6∙qв.р. ∙c∙n∙Fг. ∙kс ∙10 -3 , кН.
Определим силу ветра на стрелу Pв.с. , кН, по формуле
Pв.с. =0,6∙qв.р. ∙c∙n∙вс. ∙lс. ∙ sin φ ∙kс ∙10 -3 , кН.
Значения qв.р. ; c; n; Fг. ; kс ; вс. ; ∙lс. - определяются также, как при
расчете на грузовую устойчивость.
Значения hгр. ; hс. ; hг. ; Rс. ; hстр. Sстр. и углы наклона стрелы 𝜑, по
приложению Г.
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
55
Значения Pв.с. и Pв.г. в зависимости от вылета приведены в таблице
Г.1 (Приложение Г).
График зависимости усилия в стреловом полиспасте от вылета
Sстр. =f(R), (Приложение Г).
3.3 Расчет каната стрелового полиспаста
Канат подбирается из условия
Sразр. ≥ Sрасч ,
Где Sрасч. - расчетное разрывное усилие в канате, кН.
к.
Усилие в канате стрелового полиспаста Sстр.max
, кН, идущем на
барабан определяется по формуле
к.
Sстр.max
= Sстр. ⁄(mстр. ∙ηп. ) ,
где ηп. =0,95 - КПД стрелового полиспаста.
Тогда
к.
Sстр.
= 139,1⁄(6∙0,95)=24,4 кН.
Расчетное разрывное усилие в канате
к.
Sрасч. =Sстр.max
∙n ,
Где n=5,5 - коэффициент запаса /1/.
Тогда
Sрасч. =24,4∙5,5=134,2 кН.
Выбираем канат ЛК-О по ГОСТ 3077-69 dк. =16,5 мм,
конструкции 6х19(1+9+9)+1о.с. Sраз. =146 кН.
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
56
3.4 Расчет канатов тяг
Канат тяг выбирается из условия
к.
Sразр. ≥ Sстр.max
∙n ⁄2 ,
к.
где Sстр.max
- максимальное усилие в стреловом полиспасте;
n=3,5 - коэффициент запаса /4/.
Тогда
Sразр. ≥ 24,4∙3,5 ⁄2 =42,7 кН.
Выбираем канат ТК по ГОСТ 3070 -74 dк. =9,7 мм, конструкции
6х19(1+6+12)+1о.с. ; S=44 кН. σ=1600 мПа.
3.5 Выбор электродвигателя МИВа
Так, как натяжение стрелового полиспаста изменяется по
вылету, то мощность механизма рассчитывается по
эквивалентному, среднеквадратичному усилию
∑6i=1 (S2стр.i ∙lni )
ср.
Sстр. =√
∑ lni
,
где i=1…6 номер положения стрелы;
Sстр. - усилие в стреловом полиспасте на i-том вылете, кН;
li - длина стрелового полиспаста на i-том вылете. Длины li
находятся из расчетной схемы, представленной в приложении В.
Тогда
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
57
110,6
ср.
Sстр.
=√
2
∙12,225+86,47 2 ∙11,55+87,2 2 ∙12,025+90,6 2 ∙10,575+121,5 2 ∙10,125+139,1
73,93
Среднеквадратичную мощность двигателя определим по формуле
/1/.
ср.
Nср. = Sстр.
∙𝜐к ⁄(ηмех. ∙mстр. ) ,
где ηмех. =0,85 - КПД механизма /1/;
𝜐к = mстр. ∙(lmax. -lmin )⁄tв. - скорость навивки стрелового каната на
барабан, м/с;
lmax. и lmin - длины стрелового полиспаста на максимальном
и минимальном вылетах, м;
tв. =45 c - время изменения вылета по заданию.
Найдем скорость навивки стрелового каната на барабан
υк = 6∙(12,225-9,675)⁄45=0,34 м⁄с .
Тогда
Nср. = 118,965∙0,34⁄(0,85∙6)=7,93 кВт.
Из таблицы /2/ выбираем электродвигатель по условию
Nном. ≥Nср.
Выбираем двигатель MT 211-6. Параметры выбранного
двигателя:
N=7,5 кВт- номинальная мощность;
n=935 об./мин.- частота вращения вала;
Mmax. =195 Нм – максимальный крутящий момент;
iрот. =0,115 кг∙м 2 - маховый момент;
d=35 мм – диаметр вала;
B4 =137 мм - габарит электродвигателя по ширине.
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
58
3.6 Расчет размеров барабана
Для определения канатоемкости барабана необходимо
дополнительно построить крайнее положение стрелы и вычислить
м
длину полиспаста lп. в этом положении.
Длина каната, наматываемого на барабан, определим по формуле
м
Lк. =(lп. -lnmin )∙mстр ,
тогда
Lк. =(12,675-9,675)∙6=18 м.
Определяем диаметр блоков и барабана по дну канавки по формуле
Dб ≥dк ∙(e-1) ,
тогда
Dб =16,5∙(18-1)=280,5 мм.
Принимаем Dб =280 мм.
Диаметр барабана по центру каната в наружном слое
рассчитывается по фориуле
D=Dб. +dк. ∙(2∙nн. -1) ,
тогда
D=280+16,5∙(2∙1-1)=296,5 мм.
Длина нарезной части барабана Lн. , мм, определяется по формуле
Lн. = ((Lк. +π∙D∙Z1 )∙tк )⁄(π∙nн. ∙( nн. ∙dк. +D)∙μ) ,
где Lк. -длина каната наматываемого на барабан.
Следовательно
LH =
(18+3,14∙0,2965 ∙1,5 )∙0,016
=0,44м.
3,14∙1∙(1∙0,0165+0,296,5)∙0,9
Толщина реборд tр. определим по зависимости
tр. =1,5∙tк. , мм ,
тогда
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
59
tр. =1,5∙16=24мм.
Диаметр реборды определим по формуле:
Dр. =D+3∙dк. , мм ,
следовательно
Dр. =296,5+3∙16,5=346 мм.
3.7 Выбор редуктора
Условия работы и тип редуктора МИВа аналагичны редуктору
механизма подъема груза.
Передаточное отношение механизма определим по отношению
i= nдв. ⁄nб ,
где nб = 𝜐к ∙60⁄(π∙D)-частота вращения барабана, об/мин;
nдв. -частота вращения двигателя, об/мин.
Тогда
nб = 0,34∙60⁄(π∙0,2965)=25,76 об/мин,
следовательно
i= 935⁄25,76=36,3.
Выбираем редуктор Ц2-250 /2/ с iред. =41,34; N=7,3 кВт;
n=1000 об./мин.
Проверяем выбранный редуктор по условию
A≥(0,5∙Dр. +B4 +20)
тогда
A≥(0,5∙346+60+20)=253 мм.
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
60
Условие не выполняется, следовательно необходимо принять меры
по уменьшению диаметра реборды. Так как взяли однослойную навивку,
то можно уменьшить высоту реборды на dк. , тогда Dр. =329,5.
Схема стреловой лебедки представлена на рисунке 14.
Рисунок 14 - Схема стреловой лебедки
Действительная скорость подъема стрелы находится по формуле
𝜐ф. = 𝜐к. ∙i⁄(mстр. ∙iред. ) ,
тогда
𝜐ф. = 0,34∙36,3⁄(6∙41,34) =0,058 м/с.
Фактическое время изменения вылета определяется по формуле
ф.
tв. = (lmax. -lmin )⁄𝜐ф. ,
откуда
ф.
tв. = (12,225-9,675)⁄0,058 =43,9 ,
тогда
45-43,9
∙100%=2,4%.
45
3.8 Расчет тормоза
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
61
Тормоз МИВа выбирается по условию /1/
кат.
Mт.
≥Mст. ∙kт =
Sстр.max. ∙D∙ηмех.
∙kт , Н∙м ,
2∙iред. ∙mстр.
где kт - коэффициент запаса торможения /3/;
кат.
Mт.
- табличное значение тормозного момента, Н∙м.
Тогда
кат.
Mт.
=
139,1∙0,2965∙0,85
∙1,75=123 Н∙м.
2∙41,34∙6
Из /2/ выбираем тормоз ТТ-200. Параметры тормоза:
Mт. =200 Н∙м - тормозной момент;
Dт. =200 мм.- диаметр тормозного шкива.
3.9 Выбор муфты
Для соединения вала двигателя с быстроходным валом
редуктора выбираем муфту типа МУВП по условию
кат.
Mт.
≥k∙(1,5…1,6)∙Mном ,
где k=1,8 - коэффициент запаса /1/;
Mном - номинальный момент двигателя, Н∙м;
кат.
Mт.
- табличное значение максимального момента,
передаваемого муфтой, Н∙м.
Найдем номинальный момент двигателя
Mном. = 9550∙Nном. ⁄nдв ,
тогда
Mном. = 9550∙7,5⁄935=76,6 Н∙м.
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
62
Следовательно,
кат.
Mт.
≥1,8∙1,55∙76,6=213,7 Н∙м.
Из /2/ выбираем муфту типа МУВП. Параметры выбранной муфты:
табличное значение максимального момента Mкат.
т. =230 Н∙м;
диаметр тормозного шкива Dт. =200 мм;
момент инерции муфты Jм. =0,055 кг∙м2 .
3.10 Проверка выбранного электродвигателя
Электродвигатель проверяется при максимальном и минимальном
усилии в стреловом полиспасте.
Продолжительность времени пуска, при максимальном и
минимальном усилиях, в стрелоподъемном полиспасте вычисляется по
формуле
ф.
tп. =
2∙E
1,2∙(Jдв. +Jм. )∙ωдв.
+
,
ωдв. ∙ηмех. ∙(Mп.ср. -Mст. )
Mп.ср. -Mст.
где Е - кинетическая энергия стрелы, Н∙м;
Mп.ср. =(1,5…1,6)∙Mном. - средний пусковой момент двигателя, Н∙м;
Jдв. и Jм. - моменты инерции якоря двигателя и муфты, кг∙м2 ;
ωдв. = π∙nдв. ⁄30 - угловая скорость вращения двигателя, 1⁄с;
Mном. = 9550∙Nном. ⁄nдв. - номинальный момент двигателя, Н∙м.
Находим угловую скорость вращения двигателя ωдв. , 1/с, по формуле
𝜔дв. = π∙920⁄30 =96,29 1⁄с.
Номинальный момент двигателя
Mном. = 9550∙7,5⁄935 =76,6 Н∙м.
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
63
Средний пусковой момент двигателя
Mп.ср. =1,55∙76,6=118,74 Н∙м.
Проводится проверка электродвигателя при максимальном усилии
в стреловом полиспасте по условию
ф.
tп. ≤5…6 с.
ф.
При этом в выражении для tп. подставляется значение
кинетической энергии стрелы определяемое по формуле
2
Gс. ∙lс. ∙ωc2 Qн.м. ∙𝜐с.2
E=
+
,
6∙g
2∙g
ф.
где ωс. = (φн.б. -φн.м. )∙π⁄(180∙tв. )-частота вращения стрелы, рад/с;
ф.
tв. -фактическое время изменения вылета, с;
Gс. -вес стрелы, Н;
g- ускорение силы тяжести;
ф.
𝜐с. = (Rн.б. -Rн.м. )⁄tв. -скорость изменения вылета, м/с;
Qн.м. -вес поднимаемого груза на максимальном вылете, кН;
Mст. = Sстр.max. ∙D⁄(2∙mстр. ∙iред. ∙ηмех. )-статический момент на валу
двигателя, Н∙м.
Частота вращения стрелы определяется как
ωс. = (72,5-11,5)∙π⁄(180∙43,9)=0,024 1/с.
Скорость изменения вылета вычисляется как
𝜐с. = (10,5-3,67)⁄43,9=0,15 м/с.
Статический момент на валу двигателя находится как
Mст. = 139100∙0,2965⁄(2∙6∙41,34∙0,85)= 97,8 Н∙м.
Кинетическая энергия стрелы вычисляется как
10,1∙10,1 2 ∙0,024 2 17,67∙0,15 2
E=
+
=30,25 Н∙м.
6∙9,81
2∙9,81
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
64
Продолжительность времени пуска при максимальном усилии в
стрелоподъемном полиспасте равно
ф.
tп. =
2∙30,25
1,2∙(0,017+0,115)∙97,91
+
=0,775 с.
97,91 ∙0,85∙(118,74-97,8)
118,74-97,8
ф.
Условие tп. ≤5…6 с. выполняется.
Проводится проверка электродвигателя при минимальном усилии в
стрелоподъемном полиспасте по условию
ф.
tп. ≥1 с.
ф.
При этом в выражении для tп. подставляется значение
кинетической энергии стрелы определяемое по формуле
2
E= Gс. ∙lс. ∙ω2c ⁄(6∙g) ,
откуда
E= 10,1∙10,01 2 ∙0,024 2 ⁄(6∙9,81) =10,02 Н∙м .
ф.
Так же в формулу для определения tп. подставляется значение Mст.
определяемое по формуле
Mст. = Sстр.min. ∙D⁄(2∙mстр. ∙iред. ∙ηмех. ) ,
Где Sстр.min. = Gс. ∙Rс. ⁄hстр. -усилие в стреловом полиспасте на вылете
Rн.м.
Тогда
Sстр.min. = 10,01∙1,5⁄2,775=5459 Н ,
следовательно
Mст. = 5459 ∙0,2965⁄(2∙6∙41,34∙0,85)= 3,83 Н∙м.
Продолжительность времени пуска при минимальном усилии в
стрелоподъемном полиспасте равно
ф.
tп. =
Изм.Лист
№ докум.
2∙10,02
15,5
+
=0,137 с .
97,91∙0,85∙(118,74-3,83) 118,74-3,83
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
65
ф.
Условие tп. ≥1 с не выполняется необходимо предусмотреть
конструктивные меры, предохраняющие стрелу от запрокидывания.
4 РАСЧЕТ МЕХАНИЗМА ВРАЩЕНИЯ
Механизм вращения стреловых самоходных кранов состоит из
приводного узла и опорно-поворотного устройства (ОПУ) и
располагается на поворотной части крана. Последняя шестерня в
кинематической цепи привода входит в зацепление с зубчатым
венцом,
закрепленным на не поворотной части крана.
При работе механизма вращающаяся шестерня обкатывает
неподвижный зубчатый венец, увлекая за собой поворотную
платформу.
Поворотный узел включает в себя электродвигатель, тормоз и
редуктор (планетарный) или мотор редуктор.
ОПУ применяются в виде шариковых или роликовых опорноповоротных кругов.
4.1 Расчет нагрузок и выбор опорно-поворотного круга
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
66
Определяется расстояние rп. от оси вращения до центра тяжести
поворотной части нагруженного крана на минимальном вылете
rп. =
Qн.б. ∙Rн.м. +0,5∙Gс. ∙(lс. ∙ cos φн.б. +R0 )-Gп. ∙aп.
,
Gкр. +Qн.б. -G0
где Gкр. ; Gс. ; Gп. ; G0 ; aп. - значения, рассчитанные в разделе 1.
Тогда
100∙3,67+0,5∙10,1∙(10,1∙ cos 72,5° +0,6)-69,9∙1,76
rп. =
=1,46м.
145+100-65
Определяем вертикальную нагрузку на ОПУ по формуле
V=Qн.б. +Gс. +Gп ,
тогда
V=100+10,1+69,9=180 кН.
Определяем неуравновешенный момент Mопр. , действующий на ОПУ
по формуле
Mопр. =Qн.б. ∙Rн.м. +Gс. ∙aс. -Gп. ∙rп ,
где aс. =R0 +0,5∙lс. ∙ cos φн.б. - расстояние от оси вращения крана до
центра тяжести стрелы.
Находим расстояние от оси вращения крана до центра тяжести
стрелы по формуле
aс. =0,6+0,5∙10,01 cos 72,5° =2,115 м.
Тогда
Mопр. =100∙3,67+10,01∙2,115-69,9∙1,46=286,3 кН∙м.
Из /2/ выбираем опорно-поворотный круг по условию
кат.
Vкат. ≥V и Mопр.
≥Mопр. .
Данные условия удовлетворяют характеристики опорноповротного круга №4:
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
67
Vкат. =320 кН - наибольшая вертикальная нагрузка;
кат.
Mопр.
=584 кН∙м – кратковременный опрокидывающий момент;
Dопк =1460 мм - диаметр по оси качения шариков.
Определяем суммарное нормальное давление на тела качения ОПК
по формуле
∑𝑁=
V
(1cos β
φ2
90
°
+
8∙rп. ∙ sin φ2
π∙Dопк
),
где cos β =45° -угол контакта тел качения.
Так как
φ2 = cos-1 (
Dопк
1,46
) = cos-1 (
) =76°.
4∙rп.
4∙1,46
Следовательно
N=
180
76° 8∙1,46∙ sin 76°
(1- ° +
) =669,6 кН.
cos 45°
π∙1,46
90
4.2 Расчет сопротивлений вращения в ОПУ
Наибольший момент сопротивления вращению определяется по
формуле
Mсопр. =Mтр. +Mв. +Mкр. +Mи. ,
где Mтр. - момент сопротивления от трения, кН∙м;
Mв. - момент ветровой нагрузки на поворотную часть с грузом,
кН∙м;
Mкр. - момент сопротивления вращению от крена, кН∙м;
Mи. - момент сопротивления от сил инерции при разгоне
поворотной части, кН∙м.
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
68
Момент сопротивления от трения определяется по формуле
Mтр. =0,5∙Dопк ∙μ∙ ∑ N ,
где μ=0,01 - коэффициент трения в подшипнике.
Тогда
Mтр. =0,5∙1,46∙0,01∙669,6=4,88 кН∙м.
Момент ветровой нагрузки на поворотную часть с грузом
находится по формуле
Mв. =Pв.г. ∙Rн.м. +Pв.с. ∙aс. -P'в.п. ∙aп. +P''в.п. ∙ R0 ⁄2.
Сила ветра на стрелу Pв.с. , кН, при n=1
2
Pв.с. =0,6∙qв.р. ∙c∙n∙0,04∙lс. ∙kс ∙10 -3 .
откуда
Pв.с. =0,6∙125∙1,9∙1∙0,04∙10,01 2 ∙0,4∙10 -3 =0,232 кН.
Сила ветра на заднюю часть поворотной платформы находится
по формуле
P'в.п. =0,6∙qв.р. ∙c∙n∙hпл. ∙rхб ∙kс ∙10 -3 ,
тогда
P'в.п. =0,6∙125∙1,2∙1∙1∙2,4∙1∙10 -3 =0,216 кН.
Сила ветра на переднюю часть поворотной платформы
определяется по формуле
P''в.п. =0,6∙qв.р. ∙c∙n∙R0 ∙hпл. ∙kс ∙10 -3 ,
тогда
P''в.п. =0,6∙125∙1,2∙1∙0,6∙1∙1∙10 -3 =0,054 кН.
Сила ветра на груз Pв.г. =1,192 кН.
Следовательно
Mв. =1,125∙3,67+0,232∙2,115-0,216∙1,76+0,054 ∙ 0,6⁄2 =4,4 кН∙м.
Момент сопротивления вращению от крена
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
69
Mкр. =Mопр. ∙ sin α ,
где α=1,5° ;
Mопр. =286,3 кН∙м.
Откуда
Mкр. =286,3 ∙ sin 1,5°=7,49 кН∙м.
Момент сопротивления от сил инерции при разгоне поворотной
части считается по формуле
Mи. = J∑ ∙ωк ∙10 -3 ⁄tп. ,
где ωк = 2∙π∙n⁄60 - частота вращения поворотной части крана, 1⁄с;
tп. =4…10 - минимально допустимое время пуска, с.
Суммарный момент инерции вращения стрелы, противовеса и
поворотной платформы:
J∑ =Jс. +Jгр. +Jпр. +Jп. ,
где Jс. - момент инерции вращения стрелы, кг∙м 2 ;
Jгр. - момент инерции вращения груза, кг∙м 2 ;
Jп. - момент инерции вращения поворотной платформы, кг∙м 2 .
Момент инерции вращения стрелы:
2
Jс. = Gс. ∙(Rн.м.
+Rн.м. ∙R0 +R02 )⁄(3∙g) ,
тогда
Jс. = 10100∙(3,67 2 +3,67∙0,6+0,6 2 )⁄(3∙9,81)=5550 кг∙м 2 .
Момент инерции вращения груза находится по формуле
2
Jгр. = Qн.б. ∙Rн.м.
⁄g ,
тогда
Jгр. = 100000∙3,67 2 ⁄9,81=137297 кг∙м 2 .
Момент инерции вращения поворотной платформы вычисляется
по формуле
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
70
Jп. = Gп. ∙aп.2 ⁄g ,
тогда
Jп. = 69900∙1,76 2 ⁄9,81=21503,2 кг∙м 2 .
Суммарный момент инерции вращения стрелы, противовеса и
поворотной платформы вычисляется как
J∑ =5550+137297+21503=164350 кг∙м 2 .
Частота вращения поворотной части крана рассчитывается по
формуле
ωк = 2∙π∙n⁄60 ,
где n - частота вращения крана по заданию;
ωк = 2∙π∙1,1⁄60 =0,115 1⁄с .
Определяем момент сопротивления от сил инерции при разгоне
поворотной части
Mи. = 164350 ∙0,115 ∙10 -3 ⁄7=2,2 кН∙м .
Следовательно
Mсопр. =4,88 +4,4 +7,44 +2,2=18,92 кН∙м.
4.3 Расчет привода механизма
Определим среднеквадратичную мощность двигателя Nск. , кВт,
потребную при установившемся движении, кране и ветре рабочего
состояния по формуле
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
71
Nск. =
Mтр. +0,7∙(Mкр. +Mв. )
∙n,
9,55∙ηмех.
где ηмех. =0,8 - КПД механизма вращения;
n - заданная частота вращения, об/мин.
Тогда
Nск. =
4,88 +0,7∙11,84
∙1,1=1,72 кВт.
9,55∙0,8
Задаемся числом зубьев шестерни тихоходного вала редуктора
Zшт. =(12…19), обегающей зубчатый венец ОПК.
Zшт. =14.
Определим расчетное передаточное отношение открытой
зубчатой передачи по формуле:
iо.з. = Zопк ⁄Zшт ,
где Zопк - число зубьев на венце опорно-поворотного круга. По /2/
для ОПК №4 Zопк =90
Тогда
iо.з. = 90⁄15=6.
Находим требуемую частоту вращения тихоходного вала
редуктора
треб.
nт.х. =iо.з. ∙nк ,
где nк. - частота вращения крана по заданию, об/мин.
Тогда
треб.
nт.х. =6∙1,1=6,6 об/мин.
Выбираем мотор-редуктор типа МПО2-26 по условиям
ред.
треб.
кат.
Nред.
≥1,4∙kр ∙Nск. ; nт.х. ≈nт.х. ,
кат.
где Nред.
- табличное значение мощности, передаваемой мотор-
редуктором, кВт;
kр =0,8 - коэффициент режима работы;
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
72
ред.
nт.х. - табличное значение частоты вращения
тихоходного вала мотор-редуктора, об/мин.
Откуда получим
Nред. =1,4∙0,8∙1,72 =1,926 кВт.
Из /7/ выберем мотор-редуктор АО2-31-4 со следующими
параметрами:
Nдв. =2,2 кВт; iред. =208; nред. =7 об.⁄мин.; Jдв. =0,01 кг∙м 2 ; nдв. =1430 об.⁄мин.
Определяется тормозной момент механизма вращения на валу
электродвигателя
Mт. =(Mи. +Mв. +Mкр. -Mтр. )∙
ηмех.
iред. ∙iо.з.
+
1,2∙(Jдв. +Jм. )∙nдв.
,
9,55∙tп.
где iред. - передаточное отношение мотор-редуктора;
iо.з. - передаточное отношение открытой зубчатой передачи;
Jдв. и Jм. - моменты инерции вращения якоря двигателя и
муфты, кг∙м 2 .
Предварительно задается что
Jм. = Jдв. ⁄4= 0,01⁄4=0, 0025 кг∙м 2 .
Тогда получим
Mт. =(2200+4400 +7440-4880)∙
0,8
1,2∙(0,01+0,0025)∙1430
+
=6,765 Н∙м.
216,66∙6
9,55∙7
Из таблиц /2/ подбираем тормоз типа ТКТ по условию
кат.
Mт.
≥Mт.
Из таблиц выбираем тормоз ТКТ-100;
кат.
Mт.
=20 Н∙м; Dт. =100 мм.
4.4 Проверка электродвигателя
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
73
На фактическое время пуска по условию
tф. =
2
[1,2∙(Jдв. +Jм. )+ (Jс. +Jгр. +Jпр. +Jп. )⁄((iред. ∙iо.з. ) ∙ηмех. )]∙nдв.
9,55∙[(Mп.ср. - (Мтр. +Mв. +Mкр. )⁄(iр. ∙ iо.з. ∙ηмех. )]
≤ [tп. ] ,
где Mп.ср. =0,8∙ψmax. ∙9550∙ Nдв. ⁄nдв. - средний пусковой момент
двигателя, Н∙м;
ψmax. = Mmax. ⁄Mном. - максимальная кратность пускового
момента;
[tп. ]=4…10 с - допускаемое время пуска.
Тогда
Mп.ср. =0,8∙2,2∙9550∙ 2,2⁄1430=25,85 Н∙м.
Фактическое время пуска
[1,2∙(0,01+0,0025)+ (164350)⁄((208∙6) 2 ∙0,8)]∙1430
tф. =
=2,65 с.
9,55∙[(15,28 - (4880+4400+7440)⁄(208∙ 6∙0,8)]
Условие tф. ≤ [tп. ] выполняется.
Проверка на кратковременную нагрузку, в момент преодоления
порыва ветра максимальной силы рабочего состояния при наличии
крена и отклонения груза от ветра осуществляется по условию
max.
Mдв.
> (Mтр. + Mв. ⁄0,6+ Mкр. +Mα1 )⁄(iр. ∙iо.з. ∙ ηмех. ),
где Mα1 =Qн.б. ∙Rн.м. ∙ tan 𝛼1
α1 - угол отклонения груза от вертикали;
tan α1 =0,025∙ωс ∙Rн.м. .
Тогда
tan α1 =0,025∙0,115∙3,67=0,01 ,
следовательно
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
74
Mα1 =100∙3,67∙0,01=3,67 кН∙м,
Откуда
max.
Mдв.
> (4880+ 4400⁄0,6+ 7440+3670 )⁄(208∙6∙ 0,8)=15,269 Н∙м.
Номинальный момент двигателя
Mном. = 9550∙(Nном. ⁄nдв. )=9550∙ (2,2⁄1430 )=14,7 Н∙м ,
Тогда
max.
Mдв.
=2,2∙Mном. =2,2∙14,7=32,34 Н∙м.
max.
Условие Mдв.
>15,269 выполняется.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Согласно заданию был спроектирован автомобильный кран с гибкой
подвеской стрелы. Рассчитана грузовая и собственная устойчивость,
из которых следует, что данный кран устойчив и может работать на
открытой местности.
Рассчитан механизм подъема груза, выбрана схема механизма из
условий компактности, простоты обслуживания и изготовления. По
заданной грузоподъемности подобраны и рассчитаны элементы
крюковой подвески. Проведены проверки правильности выбора
электродвигателя, муфты, редуктора, тормоза.
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
75
Рассчитан механизм изменения вылета. Осуществлены проверки
редуктора и электродвигателя.
Рассчитан механизм вращения крана. Выбраны опорно-поворотный
круг, мотор-редуктор. Проведена проверка электродвигателя
Спроектированный автомобильный кран грузоподъёмностью 10 т,
устанавливается на базе автомобиля МАЗ 533702-280.
Все проверки сошлись. Спроектированный кран работоспособен.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
76
1. Расчёт стреловых самоходных кранов. Методические указания к
выполнению курсового проекта по дисциплине «Подъёмнотранспортные машины».Сост.: Позынич К.П.-Хабар.политехн.инт,1982г.-35с.
2. Вайнсон А.А.Подъёмно-транспортные машины строительной
промышленности: Атлас конструкций.-2-е изд.,перераб. и доп.-М.:
Машиностроение, 1976г.-151с.:ил.
3. Александров М.П., Гохберг М.М., Ковин А.А. и др. Справочник по
кранам:В 2 Т. /Под общ. ред. Гохберга М.М.-Л.: Машиностроение.
Ленинград. Отделение, 1988г. Т.2-559с.:ил.
4. Александров М.П., Гохберг М.М., Ковин А.А. и др. Справочник по
кранам:В 2 Т. /Под общ. ред. Гохберга М.М.-Л.: Машиностроение.
Ленинград. Отделение, 1988г. Т.1-536с.:ил.
5. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3
Т.-6-е изд., перераб. и доп.-М.: Машиностроение, 1982г. Т.1-736с.:ил.
6. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3
Т.-6-е изд., перераб. и доп.-М.: Машиностроение, 1982г. Т.2-584с.:ил.
7. Краузе Г.Н., Кутилин Н.Д., Сыцко С.А. Редукторы: Справочное
пособие. -2-е изд., перераб. и доп.- М.: Машиностроение. Ленинград.
отделение, 1972г.-144с.:ил.
8. Вайнсон А.А. Строительные краны. М.: Машиностроение, 1969488с.ил.
Изм.Лист
№ докум.
Подпись Дата
КП.120960012.00.00.00 ПЗ
Лист
77