Кран баштовий з неповоротною баштою і горизонтальною стрілою

Міністерство освіти і науки України Київський національний університет будівництва і архітектури Кафедра будівельних машин Розрахунково-пояснювальна записка до курсового проекту з дисципліни

" Вантажопідйомна та транспортуюча техніка"

Тема проекту: Кран баштовий з неповоротною баштою і горизонтальною стрілою Автор проекту:

студент групи БМО-32

Перловський В. В Керівник:

доц. Русан Ігор Володимирович Київ-2007

План Початкові дані

1. Загальний розрахунок крана

2. Загальний розрахунок механізму підйому

3. Загальний розрахунок механізму пересування

4. Загальний розрахунок механізму обертання

5. 3агальний розрахунок механізму підйому стріли

6. Загальний розрахунок механізму пересування вантажної лебідки

7. Розрахунок на міцність

Початкові дані

1. Загальний розрахунок крана Згідно з завданням обираємо тип крана по темі 4:

кран баштовий з неповоротною баштою і горизонтальною стрілою.

Орієнтовні розміри частин Габаритні розміри перерізу башти, м:

— квадрат зі стороною

=

=1,6

Габаритні розміри ґратчастої стріли, м:

— висота Висота від головки рейки до шарніру п’яти стріли, м

— горизонтальної:

h=29,58

Висота оголовка башти, м

Відстань від вісі башти до вісі п’яти стріли, м Розрахункова довжина противажної консолі від осі повертання крана до центру противаги:

Колія і база ходової частини крана, м Кут нахилу під'йомної стріли до горизонту, град: при A _max /А_min

Розрахункова довжина стріли, м

— горизонтальної

=17,82

Орієнтовний діаметр опорно-поворотного круга, м Визначення маси крана та його окремих елементів Загальна вага крана, кН Укрупнене розподілення загальної ваги крана, т :

Маса металоконструкції крана, т:

Маса механізмів крана: т

Визначення координат центра ваги крана Зведена таблиця для розрахунку положення центра ваги крана

1.

2.

2. Загальний розрахунок механізму піднімання вантажу Вихідні дані:

V=0.3 м/с

H=25 м

l₁=21

Q= 12,5

Вага номінального вантажу, кН

G=Qg

G =125

Складаємо кінематичну схему механізму та схему запасовки вантажного каната, Рис. Кінематична схема механізму підіймання вантажу Вважаємо, що кратність поліспаста m=4, кількість напрямлених блоків за схемою n_бл= 4

ККД поліспаста та загальний ККД канатно-блочної системи, де m = 4 n_бл= 4

з= 0.98 — ККД блока на підшипниках кочення ККД поліспаста

ККД канатно-блочної системи з_к.б =з_n?з^n бл з_к.б=0.89

Найбільший натяг канату, кН Необхідне розривне зусилля канату, кН, де n= 5.5 — запас міцності каната

S_роз=S• n

S_роз = 193,12

Вибираємо канат підвісний, ЛК-Р дротів з одним органічним осердям, діаметром d=21 мм, розривне зусилля якого при маркувальній групі 1372 МПа становить 194,5 кН Мінімально допустимі діаметри блоків та барабана, мм, (вибираємо з ряду нормальних лінійних розмірів найближчий більший діаметр блока, де e = 25 — коефіцієнт при d= 21)

D_min= d•(e-1)

D_min=504

Згідно з ГОСТ 6636–69 з ряду нормальних лінійних розмірів вибираємо діаметр блоків D_бл =560

Діаметр барабана в першому наближенні визначаємо з ряду нормальних лінійних розмірів, мм D =660

Середній діаметр каната на барабані, мм

D_c=D +d D_с=681

z₃= 2 — число запасних витків, z_k= 2 — число витків для кріплення канату притискною планкою.

Кількість витків нарізки барабана Довжина нарізаної частини барабана, мм, де крок нарізки барабана t_н= 24.19

L_нар=z•t_н

L_нар=1228,852 мм

отже барабан короткий Статична потужність двигуна при підйомі вантажу, кВт з_б= 0.98 — ККД барабана з_л= 0.93 — ККД двоступеневого редуктора Загальний ККД:

з₃= з_к-б?з_б?з_л

з_з= 0.81

Вибір електродвигуна:

Вибираємо електродвигун з фазним ротором серії МТН 711−10 з характеристиками :

ТВ = 60% N_дв=65 кВт

n_дв=592 хв^-1

J= 10,25кг•м²

m_{1 дв}= 1550 кг Кутова швидкість вала двигуна, с ^-1

Номінальний момент, Н•м Середній пусковий момент двигуна, Н•м, де ш=1.55

М_п.с= ш? М_н

М_п.с = 1625,95

Частота обертання барабана і розрахункове передаточне число редуктора Частота обертання барабана, хв.^-1

Передаточне число вантажної лебідки

і₃= 12,58

Статичний момент на валу гальмівного шківа при спусканні вантажу, Н• м з₃= 0.85

Гальмівний момент, Нм, де k_г=1.75

М_г=k_гМ_с1

М_г= 857,9

Вибір гальма:

Вибираємо гальмо ТКГ- 400 з гальмівним моментом 1500 Нм і діаметром гальмівного шківа D_г= 400 мм. Тип штовхача ТГН-80

Для з'єднання вала двигуна з валом редуктора вибираємо втулочно-пальцеву муфту № 4 з номінальним обертальним моментом 2000 Нм, діаметром гальмівного шківа D_г=400 мм і моментом інерції J_м =4.8 кгм²

Перевірка електродвигуна на тривалість пуску, с Що більше (1. .2) с Прискорення пуску, мс²

а_п = 0.23

Перевіряємо вибраний електродвигун на короткочасне перевантаження Таким чином вибираний електродвигун витримав первірку на час пуску і короткочасне первантаження.

Вибираємо редуктор:

Максимальний обертальний момент на тихохідному валу редуктора Приймаємо редуктор Ц2−650. Має передаточне число і обертальний момент режиму роботи М5 18. n_ш=8 с^-1. Перевіряємо найбільше консольне навантаження на тихохідний вал, яке для редуктора Ц2−650 =45. Найбільше зусилля в канаті, яке може передаватися на тихохідний вал при розміщенні каната на крюк барабана біля редуктора S=35.1 кН. Таким чином, редуктор Ц2−650 задовільня є вимагати навантаження.

Час гальмування механізму:

Шлях який проходить вантаж:

3. Загальний розрахунок механізму пересування крана

Q=12.5 т

m= 99,219 т

v_пер= 0,3 м/с

P_max= 273,7 кН

Найбільше навантаження на ходове колесо, кН

Вага вантажу що підіймається Вага крана:

Вибір діаметра ходового колеса за найбільшим навантаженням D_{х к} = 630 мм Коефіцієнт опору пересуванню з урахуванням тертя реборд об рейки w= 0.015 Опір від тертя у ходових частинах на прямолінійному відрізку шляху, кН

W_m = w• G_{к в} W_m =14.46

Ухил кранового шляху i=0.005

Опір пересуванню від ухилу шляху, кН

W_y= G_{к в}•I W_y=5.5 кН Опір пересуванню на криволінійних відрізках шляху, кН W_кв= W_m W_кв=16,42 кН

Cтатична складова сили вітру на кран з вантажем для II розрахункового випадку, кН

Р_вII^с =Р_IIп•F_н пв + Р _IIпп•F_н пп + Р _IIхв• F_н хв + Р _IIв • F_{н в}+Р _IIб• F_{н б}+ Р _IIс•F_{н_стр} + Р _IIkk•F_{н_кк} = 15,4 кН Динамічна складова сили вітру на кран з вантажем, кН Р _IIб• F_{н б}•0.11+ Р _IIс•F_{н_стр}•0.1 •Р _IIkk•F_{н_кк}•0.1+Р_IIп•F_н пв •0.12+ Р _IIпп • F_н пп•0.12 + Р _IIхв• F_н хв•0.12+ Р _IIв • F_{н в}•0.1 = 12,85 кН Сумарна сила вітру на кран з вантажем, кН для першого розрахункового стану

Р_II= Р_IIдс + Р _IIсc

Р_II =15,4+12,85=28,3 кН для другого розрахункового стану Р_вІ= 0,6• Р _IІв=0,6•28,3=16,98 кН Статичний опір пересуванню, кН

W_с=W_т+W_у +Р_ІІ+W_кр

W_с= 55,32

Статична потужність двигуна за сталого руху на підйом проти вітру з тиском Р_ІІ, кВт де z_п= 2 — кількість привідних візків

Вибір двигуна Вибираємо електродвигун з фазним ротором МТF 211−6 з характеристиками: потужність при ТВ=25% N_дв= 9.0 кВт, частота обертання двигуна n_дв= 915 хв ^-1, максимальний момент M_{mах дв} =191 Н•м, момент інерції ротора J_p = 0.115 кг•м², маса m_2дв=120 кг Кутова швидкість вала двигуна, с^-1

Номінальний момент, Н•м Середній пусковий момент двигуна, Н•м

М_пс = ш•М_н

М_пс= 145.67

Частота обертання ходового колеса, хв^-1

Загальне передаточне число механізму

Перевірка двигуна на час пуску, с, де момент інерції по номінальному обертальному моменту J_м=0.24 кг•м² z=2

Прискорення крана при пуску механізму пересування м•с^-2

Перевірка двигуна на короткочасне перевантаження Н• м м_{mах дв} >м_дв.т — нерівність задовольняється Кінематична схема механізму, враховуючи, що кожний привідний візок опирається на два колеса Рис. Кінематична схема механізма пересування крана Розбиття загального передаточного числа по ступенях, де число зубців зубчастого вінця z₂= 42 модуль m₀ = 10. Число зубців шестерні z₁= 22

Передаточне число редуктора Максимальний обертальний момент на тихохідному валу редуктора, Н•м

M_m =M_{max дв} • i_ред? з_ред M_m =7676 Н•м Вибираємо редуктор Ц2−350, який має передаточне число i_ред = 50,9 і обертальний момент на тихохідному валу М_т.р= 8,2 кН•м, частота обертання швидкохідного вала n_щр=16 с^-1

Найбільше консольне навантаження на тихохідний вал, (радіальна сила у зубчастої передачі)

де б=20° - кут зачеплення Найбільше консольне навантаження на тихохідний вал редуктора дорівнює 20 кН, таким чином редуктор Ц2−350 задовольняє вимогам.

Фактичне загальне передаточне число механізму

Розрахунковий гальмівний момент, Нм де час гальмування вважається приблизно таким самим, як і час пуску 6 с Вибір гальма: приймаємо ТКТ-200 з діаметром гальмівного шківа D_г = 200 мм і гальмівним моментом при ТВ=25% 160 Hм Запас зчеплення ходових колес з рейками при розгоні на підйом проти вітру, де м₀ = 0.12 — коефіцієнт зчеплення ходових колес з рейкам — сила інерції мас крана з вантажем, Н

— навантаження на привідні колеса Запас зчеплення ходових колес при гальмуванні під ухил за вітром, де

— сила інерції мас крана з вантажем при гальмуванні, Н

— статичний опір пересувабнню при гальмуванні, кН Момент на валу двигуна при буксуванні ходових коліс, Нм Порівнюємо максимальний момент двигуна, гальмівний момент і момент буксування. Найбільший з них як розрахунковий при розрахунках елементів механізму на міцність.

Приймаємо сполучну муфту для з'єднання валів двигуна і редуктора. Діаметр гальмівного шківа D_г = 200 мм номінальний обертальний момент М_н = 250 Н м гальмівний момент M_г =160 Нм, момент інерції J_м= 0.24 Нм², маса 13.5 кг

4. Загальний розрахунок механізму обертання Вихідні дані:

Q = 12.5 т

n_пов = 0,5 хв^-1

m_k = 99,219 т група режиму роботи крана 3 М Вага вантажу, що підіймається:

Вага крана:

Вага крана з вантажем:

Вертикальне навантаження на опорно-поворотний круг (вага поворотної частини крана з вантажем), кН, де

V _п= G_{к в}+G_нр + G_хв V_п = 1094,8−136,122−68,061=890,617

Сумарний перекидний момент, кНм М_п =?

М_п = 2566 кН•м Розрахункові значення перекидного моменту М і вертикального навантаження V, кН м М=1.2М_п М= 3079,2

V=1.2V_П V = 468,7

Вибираємо опорно-повортний круг № 10, діаметром D_к = 2650 мм, діаметром по осях роликів D_ор= 2407 мм Момент опору обертанню від сил тертя, кН•м М_тр = 0,5•w•V•D_c М_тр =6.76 кН•м Вітрові навантаження на елементи поворотної частини крана, Н:

Р_{II б}= Р_IIб•F_{н б}

Р_IIб= 7459,2

Башта Р_{II с}= Р_IIс •F_н стр

Р_{II с}= 3010,56

Стріла Р_{II kk} = Р_IIkk•F_{н kk}

Р_II kk = 642,6

кабіна керування Р_{II п}= Р_IIп•F_н пв

Р_{II п}=450

Противагу Р_{II в}= Р_IIв•F_{н в}

Р_{II в}=658,56

Максимальний момент від сил вітру, що діє на поворотну частину крана, кН•м

M_IImax=? Р_{II в}• M_IImax = 71,78

Середньоквадратичне навантаження від сили вітру, кН•м

М_Iв^max=0.6М_IImax

М_Iв^max = 0,6•71,78=43,068 кН•м Середньоквадратична величина моменту від крену, кН •м

M_ск кр =0.7•M _{кр_mах}

M_ск кр = 0,7•43,068=30,15 кН•м Середньоквадратична потужність двигуна, кВт де щ_пов — кутова швидкість повертання поворотної частини Вибір електродвигуна МТF 111−6

N_дв= 4.1 кВт

n_дв=870 хв^-1

М_{дв тaх}=137 Н•м J_р= 0.115 кг•м²

т_дв= 120 кг Кутова швидкість двигуна, с^-1

Номінальний момент, Н•м Середній пусковий момент, Н• м

М_пс = ш? М_н

М_пс = 69.79

Загальний передаточрний момент Момент інерції вантажу відносно центральної осі, кг•м²

J_ов = 152 373

Момент інерції вантажу відносно осі обертання крана, кг•м²

J_в= J_ов + Q•А²

J_в= 829 375

Момент інерції стріли відносно осі обертання крана, кг•м²

Момент інерцій поворотної платформи відносно осі обертання, кг•м² ,

де L= 7 м — довжина поворотної платформи Момент інерції поворотної частини крана, кг•м²

?J_i= 63 011

Момент інерції муфти граничного моменту, кг•м² J_м = 1.5, беремо орієнтовно на 50% більший, ніж момент інерції відповідної втулочно-пальцьової муфти з гальмівним шківом.

Перевірка двигуна на час пуску, с Кутове прискорення при обертанні поворотноїс частини, с^-2

що задовольняє вимогам [5`_п]=0.6 с^-2

Перевірка електродівигуна на короткочасне перевантаження, н•м де момент, який створюється відхиленням від вертикалі вантажних канатів Складаємо кінематичну схему редуктора і розбиваемо загальне передаточне число по ступеню Рис. Кінематичну схему редуктора Розбиття загального передаточного числа, де z₁= 21 z₂= 122 — число зубців роликового опорно-поворотного круга Передаточне число циліндричної зубчастої пари

Передаточне число редуктора i_ред= 50.94

Передаточне число конічної пари Максимальний обертальний момент на тихохідному валу редуктора, Н•м

M_{т_тах}= M_{дв_тах} •i_ред•з_ред M_{т_тах}=4074

Приймаємо редуктор Ц2−350

Гальмівний момент, Н•м

М_г=1.1•М_{дв тах}

М_г = 210.1

Приймаємо гальмо ТКТ-200 з гальмівним моментом М_г = 160 Н•м при ТВ=25%, діаметр гальмівного шківа D_г= 200 мм Розрахунковий момент для муфти граничного моменту, Н•м Час гальмування, с

5. Загальний розрахунок механізму піднімання стріли Вихідні дані:

Q =12.5 т

n_пов= 6,5

t_c=80 с Підьом стріли крана є робочою операцією

Швидкість зближення обойм стрілового поліспаста, м/с, д L_o= 22 L_п= 11,2- значення відстані між головами стріли і башти в 0 і 60 положенні

Максимальне зусилля в стріловому кінаті, Н Розрахункове розривне зусилля каната, кН

S_роз= S_стр•5

S_роз =57,8

Обираємо стальний канат подвійної завивки типу ЛК-Р, 6×19 дротів з одним органічним осердям, діаметром d_стр = 16,5 розривне зусилля якого при маркувальній групі 1568 МПа становить 121,5 кН Мінімальний діаметр блоків і барабана, мм

D_min =d_min•(16−1)

D_min =209

D_бл=220

Діаметр стрілового барабана в першому наближенні, мм

D_с= D_бл + D_стр

D_с =360+11=371

Кількість витків нарізки барабана

z₃=2

z_к = 2

Довжина нарізаної частини барабана, мм

L_нар=z•t

L_нар= 445,457

t=14.51- крок нарізки (статичне значення) Діаметр компенсаційного барабана, мм, де робочий шлях рухомої частини стрілового крана

L_р= L_o-L₂

L_р=3.89

Вертикальне переміщення вантажу зі стрілою з урахуванням його часткового опускання за рахунок зміни довжини відрізка каната між головками башти і стріли при припущенні, що вантажний канат закріплений на верхньому блоці башти

Середнє квадратичне зусилля в стріловому поліспасті, кН Таблиця

Середньоквадратична статична потужність двигуна, кВт Вибір електродвигуна: електродвигун з фазним ротором МТF312−6

М_дв=17,5 n_дв=950 М_дв тах = 471

J_м= 0.5 т _дв= 210

Кутова швидкість двигуна, с~¹

Номінальний обертальний момент двигуна, Н•м Середній пусковий момент двигуна, Н•м М_пс =шМ_н

М_пс= 405

Перевірка двигуна на час пуску при максимальному опорі підйому стріли, с де Момент інерції стріли, кг•м²

Середня кутова швидкість стріли, с^-1

в=1.05

Момент інерції стрілового пристрою при максимальному опорі підйому стріли Середня швидкість горизонтального переміщення вантажу, м/с

J_м=0,32 кг•м² — момент інерції втулочної муфти.

Максимальний момент підйому стріли відносно осі п’яти, Н•м М_тах=U_тах•r М_тах=489 340

Гальмівний момент для 4 випадків

— у робочому стані при запасі гальмування, k_г= 1.5 максимальний статичний момент відносно осі п’яти стріли

M_тах= (U₁ + U₂ + U₃)•5 M_тах=695 266,9 Нм

в неробочому стані при запасі гальмування k_г= 1.15, максимальний статичний момент Н•м М_тах= (U₁ + U₃)•5,69 М_тах=516 126

в робочому стані при запасуванні запасі гальмування к_г> 1, максимальний статичний момент Н• м ш_II= 1.2 M_тах= (ш_II•U₂ + U₁+U₃)• 5 M_тах=516 127

Час пуску при максимальному опорі підйому стріли, с Вибір гальма ТКГ- 300, має гальмівний момент 800 Н• м, і регулюємо це гальмо на момент 536 Н•м Момент інерції стрілового пристрою, зведений до вала двигуна при гальмуванні, Н•м

Час гальмування за максимального опору підйому стріли, с Максимальний статичний момент на валу двигуна при підйомі стріли, Н•м Динамічний момент за тих самих умов, Н•м М_дв mах= 1.25•(M_c +M _дин)

М_дв mах =1.25(235+33.12)=335.15

Вибраний електродвигун витримає короткочасне перевантаження Передаточне число стрілової лебідки

Перевірка двигуна на короткочасне перевантаження, кН•м М_т= М_дв mах •i_з?з_л•10^-3

М_т =7.52

Вибір редуктора Ц2−650 з передаточним числом редуктора і_ред = 24.9 і обертальним моментом на тихохідному валу редуктора 16.5 кН•м Перевірка міжцентрової відстані редуктора на достатність для одностороннього розміщення електродвигуна і барабана

b_з1 = 175 — половина ширини двигуна, мм Вибираємо втулочно-пальцеву муфту з діаметром гальмівного шківа D_г=300 мм і моментом інерції J_м = о.32

6. Загальний розрахунок механізму пересування вантажної лебідки Вихідні данні:

=25 м Група режиму роботи механізму 3 М Навантаження на ходові колеса:

Орієнтуємося на дані табл Д, 6 беремо діаметр ходових коліс 170 мм.

Визначаємо вітрове навантаження на каретку з вантажем для ІІ розрахункового стану:

Опір пересування від тертя:

Опір персування від ухилу стріли:

Додатковий опір в балках вантажопідємного каната, закріплений на вантажній каретці.

Статичний опір пересування для І розрахункового випадку:

Для ІІ розрахункового випадку:

Зобразимо схему:

Рис. Схема пересування вантажної лебідки.

Визначаємо зусилля в тяговому канаті позаду каретки:

Зусилля в тяговому канаті попереду каретки:

Зусилля в набіжній на барабан гілці тяговогоканата:

Зусилля в збіжній гілці тягового каната:

Статична потужність двигуна при сталому русі на підьом проти вітру.

Вибираємо електродвигун MTF 111−6:

Кутова швидкість двигуна:

Номінальний обертальний момент двигуна:

Номінальне зусилля в тяговому канаті:

Максимальне зусилля в тяговому канаті:

Потрібне розривне зусилля тяговогоканата розрахунку для двох випадків.

Вибираємо канат подвійної завивки типу ЛК-РО, 6×36, d=29мм, зусилля якого при маркірувальній групі 1862 МПа становить 484,0 кН.

Мінімальний діаметр блоків і барабана.

З ряду нормальних лінійних розмірів вибираємо діаметр блока. Діаметр тягового барабана:

Кількість витків нарізки барабана:

Визначаємо крок нарізки барабана:

Визначаємо довжину барабана, враховуючи, що він складається з двох частин, і нарізки різних напрямів:

Відношення. Барабан короткий. Складаємо схему тягової лебідки.

Рис. Схема тягової лебідки.

Обертальний момент на тихохідному валу редуктора:

За табл Д. 51 вибираємо редуктор типу Ц2−1000:

Перевіряємо достатність міжцентрової відстані редуктора:

Перевіряємо електродвтгун на час пуску:

Перевіряємо електродвигун на короткочасне перевантаження:

Вибраний електродвигу витримав первірку. Вважаємо, що час гальмування дорівнює тривалості пуску: t=3.57c і знайдемо необхідний для забезпечення такого часу гальмівний момент:

За табл Д. 48 вибираємо гальмо ТКТ-200

D_г=200 мм М_г=160

Муфта має номінальний момент 250 Н•м

7. Розрахунок на міцність Розрахунок на міцність барабана вантажної лебідки і вісі

Під дією натяга S навиваємого на барабан каната виникає радіальне навантаження стінок барабана де S — натяг канатау;

? — коефіціент зміцнення навантаження під впливом деформації канату і стінок барабану ;

n — кількість навивок на канат;

Канат по ГОСТ 2688–80:

d = 16.5 мм; F_к = 104,61 мм; S = 25.3 кН;

D_б = 360 мм; д = 25 мм; t = 20 мм;

W = 12 c^-1

Знаходимо:

Отже, барабан придатний для мого режиму роботи.

Розрахунок на міцність вісі

Крутний момент:

Кутова швидкість обертаного валу Матеріал вісі сталь 45, для цієї сталі по ГОСТ 1050–82 приймаємо

G₃ = 610 МПа

G_т=360 МПа М_кр = 5572 Н•м Допустима напруга на згин [G_n] = 85 Мпа:

Отже, діаметр вісі відповідає вимогам.

Перелік використаної літератури

1. Станевскій В.М. Методичні вказівки та завдання до курсового проекту з дисципліни «Підйомно-транспортні машини», Київ, КІБІ

2. Станевскій В. М. Розрахунок кранових механізмів. Київ, 1994 р.

3. Андрев В. М. Справочник конструктора машиностроителя. Атлас конструкций, Машиностроение, 1976 г.

4. Валінсол В.А. Підьомно-транспортні машини будівельной механіки, Атлас міра.

5. Киркач Н. Ф., Баласанян. Разчет и проектирование деталей машин. Харьков, 1991.