полно поворотный кран. вариант 5.2. 1. Обзор и анализ существующих конструкций 5 1 Обзор конструкций грузоподъемных машин 5

• Название: 1. Обзор и анализ существующих конструкций 5 1 Обзор конструкций грузоподъемных машин 5
• Анкор: полно поворотный кран
• Дата: 24.04.2022
• Размер: 2.25 Mb.
• Имя файла: вариант 5.2.docx
• Тип: Реферат; #493740
• страница: 3 из 4

2. Описание конструкции

Стальная конструкция крана состоит из опорной вертикальной рамы, на которой вертикально закреплена колонна с поворотной консолью, как у настенного поворотного крана. Механизм подъёма установлен на основании консоли, а направляющий блок каната — на конце консоли. Конструкция опорной рамы и ходовой части такая же, как у крана с неподвижной консолью (рис.2.1).



Рисунок 2.1 – Кран консольный на вращающейся колонне с переменным вылетом грузоподъемностью 5 т
Таблица 2.1 – Техническая характеристика крана

№ п/п	Параметр	Величина
1	Грузоподъемность, кН	73,5
2	Вылет, м	5
3	Высота подъема, м	5
4	Скорость подъема груза, м/мин	8
5	Скорость передвижения тележки, м/мин	12
6	Относительная продолжительность включение ПВ, %	15
7	Скорость поворота стрелы в об/мин	2

Рисунок 2.2 – Кинематическая схема подъёма:

1-электродвигатель, 2-соединительную эластичную муфту, 3- цилиндрическую зубчатую передачу, 4- барабан и 5 двухколодочный тормоз. Для ограничения высоты подъема крюка имеются конечный выключатель и ограничитель грузоподъемности.

3. Расчет основных параметров консольного крана

3.1. Расчет механизмов подъема

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

Грузоподъемность 7,5т = 7500 кг

Скорость передвижения V_гр = 0,133 м/с

Высота поднимания груза Н=6 м

Скорость крана V_т = 0,2 м/с

Перемещение тележки L = 5 м

Режим по ГОСТ 25835-83 4

ПВ-15%



Рисунок 3.1 – Механизм подъема груза

Из рисунка 3.1 следует, что а_п=2, z_к=2, t=1.

1. 
   Вес груза:
   

Q = m_гр  g = 75009.8=73500 Н; [1]

Подбор каната.

Рассчитаем натяжение каната на барабан при подъеме (опускании) груза.

Кратность полиспаста равна отношению числа ветвей каната на которые распределяется вес груза, к числу ветвей каната навиваемых на барабан.

a_n=2 – для сдвоенного барабана
Натяжение каната на барабане при подъеме:
F_б^п=Q*(1-ɳ_бл)/Z_к(1- ɳ_бл^аn) ɳ_бл^t [1]
Где Q – вес груза; ɳ_бл – КПД блока; Z_к – рядность полиспаста

F_б^п=73500*(1-0.98)/2*(1-0.98²)*0,98¹= 18939,39 Н

Натяжение каната на барабане при опускание:
F_б^оп= Q*(1-ɳ_бл)* ɳ_бл ^an-1+t/ Z_к(1- ɳ_бл^аn) [1]
F_б^оп=73500*(1-0.98)*0.98²/2*(1-0.98²)= 17825,6 Н

К.П.Д полиспаста при подъеме:
ɳ_п=(1- ɳ_бл^an)*ɳ_бл ^t/a_n*(1-ɳ_бл) [1]
ɳ_п=(1-0.98²)*0,98/2*(1-0.98)=0.97

Расчёт канатов на прочность производиться согласно правилам Госгортехнадзора. Расчётное разрывное усилие каната: произведение максимального усилия в канате на коэффициент запаса прочности не должно превышать разрывного усилия каната в целом F_o.

F_o F_max*Z_p
F_max- наибольшее статическое напряжение каната, z_р – запас прочности. для режима 4М z_р=7,10

F_o F_б^п* Z_p

F_o 18939*7,10

F_o 134469 Н

По каталогу выбираем канат ЛК-Р-6х19+10.с(ГОСТ 2688-80) с параметрами 16,5-Г-I-P-1570
Диаметр каната d_k=16,5 мм;

Разрывное усилие F_o=139 кН;

Расчет диаметра и длины барабана и диаметр блоков.
Д’_б=h₁*d_k
Где h₁=22,4 для режима работы 4М, h₂=25 – коэффициент выборки диаметра блока для режима 4М. [ГОСТ 25835-83]

Д’_б= 22,4*16,5=369,6 мм

Выбираем диаметр из стандартного ряда Д_б=420 мм

Должно выполняться соотношение между диаметром выбранного каната и диаметром блока крюковой подвески:
D’_б≥h₂* d_k
D’_б≥25*16,5

D’_б≥412,5 мм

Выбираем диаметр из стандартного ряда Д_бл=420 мм

Длина барабана при навивки каната в один слой:


Где L_к=На_п=5*2=10м= 10*10³ мм –рабочая длинна

t=1.116,5= 18,15 мм- шаг навивки

мм

Д’_б= Д_б+d_k
Д’_б=420+16,5=436,5 м
Подбор двигателя по каталогу

Мощность электродвигателя:

[1]
Где Q – вес груза; v_гр – скорость поднятия груза

ɳ_п=1- ɳ_бл^an/an*(1- ɳ_бл)
ɳ_п=1- 0,98²/2*(1- 0,98)= 0,99 – К.П.Д механизма подъема
Требуемая мощность электродвигателя для стандартной продолжительности включения:

Пересчитываем расчетную мощность на ближайшее значение номинальной продолжительностью включения ПВн=16%
[3]

Выбираем двигатель по каталогу MTF 311-6 с параметрами:

частотой вращения вала электродвигателя n= 945 об/мин

Мощность при ПВ=40% - Р= 11 кВт

Момент инерции ротора Iр=0,3180 кгм²



Рисунок 3.2 – Электродвигателя
Таблица 3.1 – Типоразмер электродвигателя

Эл.	b1	B10	B11	D1,D2	D20	D22	D24	h	H5	H31	L1, l2	L30
MTF 311-6	14	280	355	50	300	4х18	350	180	53.5	450	110	772

Подбор редуктора.

Для обеспечения заданной скорости подъема груза, V_гр, редуктор должен иметь передаточное число:


где n_дв - частота вращения двигателя, об/мин;

n_б - частота вращения барабана, об/мин;






Выбираем редуктор с передаточным числом Up= 80

Выбор передаточного механизма.

Момент на тихоходном валу:

М_тих=9550*Р_дв* U_р* ɳ_м/ n_дв [3]
М_тих= 9550*12,3* 81* 0,8/ 945=8098,2 Н*м
Принимаем типоразмер редуктора исходя из момента на тихоходном валу. По каталогу выбираем редуктор цилиндрический двухступенчатый тип 1Ц3У-200 номинальное передаточное отношение Uр= 80, номинальный крутящий момент на валу 2500 Н*м.



Рисунок 3.3 – Редуктор
Таблица 3.2 - Типоразмер редуктора 1Ц3У-200

Межосевое расстояние			L	L1	L2	L3	L4	L5	H	H1	H	A
Аwt	Awn	Awb
200	125	100	775	650	165	236	190	280	425	212	36	580

Таблица 3.3 – продолжение таблицы 3.2.

А1	B	B1	d
165	243	230	24

Подбор тормоза.

Расчетный тормозной момент:
М_т=k_т*М_с^оп

М_т=2*54,1=108,3 Н*м

Принимаем М_т=100 Нм при ПВн=40%

М_с^оп -статический момент груза при опускании, Н·м.;

(k_т≥1,5) -коэффициент запаса торможения, зависящий от режима работы (при тяжёлом режиме к_т = 2).

Статический момент груза при опускании:



Где Q – вес груза; Up – передаточное число


Выбираем тормоз ТКТ-160 с тормозным моментом 100 Нм


Рисунок 3.4 – Колодочный тормоз
Таблица 3.4 – Типоразмер колодочного тормоза ТКТ-160

L	l1	l2	B	b1	b2	b3	s1	H	h	A	a	D	d
398	300	195	130	70	65	-	4	218	100	110	15	100	13

Расчет соединительной муфты.

Расчетный момент на муфте:
M_p=k₁*k₂*M_max
M_p=1,3*1,3*124,7=210,8 Н*м

Где k₁-коэффициент ответственности механизма

k₁=1,3

k₂- подбирается в зависимости от режима работы

k₂=1,3 – для 4М
Максимальный момент на валу двигателя:
M_max=9550*Р_дв/n_дв
M_max=9550*12,3/945=124,7*м
Муфта упругая втулочная пальцевая с тормозным шкивом d=170 с моментом равным 450Н*м и расчетным моментом инерции Iм= 0,043 кг*м²


Рисунок 3.5 – муфта упругая втулочная пальцевая
Проверка электродвигателя на нагрев.

Проверку двигателя на нагрев проведём по эквивалентному крутящему моменту из условия:

М_ср < М_н.;

Где М_ср– средний крутящий момент;

М_.н.- номинальный крутящий момент на валу электродвигателя.

где М_ст.под, М_ст.оп – статический момент при подъеме и опускании j-го груза;

β=1, t_р.j. – время разгона при работе с j –м грузом.



Рисунок 3.3- График нагрузки механизма подъёма для режима 4М.

Принимаем, число подъемов (опускания) груза за условный период работы механизма равным 10, тогда число подъемов каждого веса груза в соответствии с усредненным графиком пропорционально относительно времени:

Q₁ = Q_н– 2 раз;

Q₂ = 0,75Q_н– 4 раз;

Q₃ = 0,195Q_н– 1 раз;

Q₄ = 0,05Q_н– 3 раза;
Натяжение каната при подъеме:
F_б^п=Q(1- ɳ_бл^an)/z_к(1- ɳ_бл^an) ɳ_бл^t
F_б2^п=55125(1-0.98²)/0,07762=28072 Н

F_б3^п=14332(1-0,98²)/0,07762=7298,7 Н

F_б4^п=3675(1-0,98²)/0,07762= 1871,5 Н
Натяжение каната при опускании:
F_б^оп=Q(1- ɳ_бл^an) ɳ_бл^t-1+an /z_к(1- ɳ_бл^an)
F_б^оп=55125*0,01921/0,0792=13370,6 Н

F_б^оп=14332*0,01921/0,0792=3476,35 Н

F_б^оп=3670*0,01921/0,0792=891,37 Н
Статистический момент сопротивления при подъеме груза:







Статистический момент при опускании груза:









Приведенный момент инерции при подъеме груза:

I_прⁿ= δ(I_р+I_м+I_тш)+
I_пр1ⁿ= 1,1(0,043+0,318)+

I_пр2ⁿ=0,3971+0,115 = 0,571

I_пр3ⁿ=0,3971+0,0299=0,571

I_пр4ⁿ=0,3971+0,0077=0,442

Приведенный момент инерции при опускании груза:

I_пр^оп= δ(I_р+I_м+I_тш)+
I_пр1^оп=0,3971+1.054 =1.451

I_пр2^оп=0,3971+0,0791=0,476

I_пр3^оп=0,3971+0,0205=0,4176

I_пр4^оп=0,3971+0,0053=0,4023

Время разгона при подъёме и опускании:



где _дв.п.= _дв = n/30 =3,14*945/30=98,9 с^-1

;

;

;

;
М_ср.п=ψ_ср*М_н=1
М_ср.п=0,85²* ψ_ср*М_н=0,85²*1,5*124,73=135,18

М_н=9550*P_дв/n_дв=9550*12,34/945=124,7
М_дв.изб^п=М_ср.п-М_с1^п
М_дв.изб1^п=135,18– 116,9 = 18,2 Нм

М_дв.изб2^п=135,18–191,4= -56,2Нм

М_дв.изб3^п=135,18– 58,95 = 76,2 Нм

М_дв.изб4^п=135,18– 24,56= 110,6 Нм
М_дв.изб^оп=М_ср.п+М_с1^оп
М_дв.изб1^оп=135,18+ 79,55 = 214,72 Нм

М_дв.изб2^оп=135,18+ 54,05 = 189,23 Нм

М_дв.изб3^оп=135,18+ 11,86 = 147,04 Нм

М_дв.изб4^оп=135,18+ 1,87 = 137,05 Нм


;

;

;

.
;

Таблица 3.5 - Результаты расчета.

Определяемая величина	Вес груза
	Q1=Qн	Q2=0,75Qн	Q3=0,195Qн	Q4=0,05Qн
Вес груза, Н	73500	55125	14332,5	3675
Натяжение каната при подъеме, Н	18939,4	28072	7298	1871,5
Натяжение каната при опускании, Н	134469,7	13370,6	3476,4	891,4
КПД механизма	0,97	0,97	0,97	0,97
Стат. Момент сопротивления при подъеме груза, Нм	116,9	191,4	58,9	24,5
Стат. Момент сопротивления при опускании груза, Нм	79,5	54,0	11,86	1,87
Привод. Момент инерции при подъеме груза, кг*м2	0,55	0,57	0,44	0,40
Привод. Момент инерции при опускании груза, кг*м2	1.45	0,476	0,417	0,402
Время разгона, с	3	1	0,57	0,36
Время торможения, с	0,66	0,248	0,28	0,29

Время среднее установившегося движения:



Где Нср = 0,8*Н= 0,8*5=4м/с







2[(116,97)²+(79,54)²]+4[(191,4)²+(54,05)²]+[(58,95)²+(11,86)²]+ +3[(24,56)²+(1,87)²]=203683,7 (Нм)²

Проверяем двигатель на нагрев:


√135,18*15 + 203683,7²*601,5/15+601,5 = 8102 Нм

Мср=8102 Нм < Мн

Заданное условие выполнено, двигатель перегреваться не будет.
Выбор крюковой подвески
Выбор типоразмера крюковой подвески производится по двум условиям.

Первое - грузоподъемность крюковой подвески не должна быть меньше заданной грузоподъемности, второе - режим работы крюковой подвески должен соответствовать режиму работы механизма.

По номинальной грузоподъёмности Q = 7,5 т выбираем крюк однорогий, тип А № 13 (ГОСТ 6627-74), который изготовлен из стали 20 и имеет резьбу шейки М20 (рис.3.4)

D=75 мм; S=55 мм; L=250мм; b=48мм; b₁=20мм; d=52мм; d₁=45



Рисунок 3.6 – подвеска крюковая

3.2. Расчет механизма перемещения
Масса тали грузоподъемностью 7,5 т составляет 460 кг.

Принимаем сопротивление передвижению тали с грузом 0,03…0,05 от силы тяжести груза и тали

W = 0,04(G_гр + G_т) = 0,04(20,25 + 7,5) = 1,11 кН.

Требуемая мощность электродвигателя

N_тр = W*v_т /η = 1,11*0,2 / 0,85 = 0,26 кВт,

где v_т = 0,2 м/с – скорость передвижения тали;

η = 0,85 – кпд механизма передвижения.

Принимаем фланцевый электродвигатель АРМ43-12 с номинальной мощностью N = 0,4 кВт (меньше в каталоге нет) при ПВ = 40%; n = 409 об/мин; I_р = 0,0017 кг*м²; масса m = 15,1 кг.

Кинематическая схема привода передвижения тали изображена на рис. 3.7.

Число оборотов ходовых колес

n_к = = 38,2 об/мин,

где D_к = 0,10 м – диаметр ходовых колес.





Рисунок 3.7 – Кинематическая схема привода передвижения тали

Механизм передвижения тали (рис.3.7) состоит из электродвигателя, редуктора, шестерни, цепи, и четырехколесной ходовой тележки. Электродвигатель подает вращение на редуктор, редуктор запускает шестерню, шестерня находиться в зацепе с шестернями тележки через цепную передачу.

Передаточное число редуктора

U = n_дв /n_к = 409 / 38,21 = 10,7,

в том числе U_б = 4,8; U_т = 10,7 /4,8 = 2,3.

Быстроходная ступень: m₁ = 1,0 мм;

z₁ = 17 зубьев, z₂ = 17*4,8 = 81,6 → 82 зуба;

d₁ = 1,0*17 = 17,0 мм, d₂ = 1,0*82 = 82 мм.

Тихоходная ступень: m₂ = 1,5 мм;

z₃ = 21 зуб, z₄ = 21*2,3 = 48,3 → 49 зубьев;

d₃ = 1,5*21 = 31,5 мм, d₄ = 1,5*105 = 72,5 мм.

Скорость перемещения тали v_т = 0,2 м/с или 0,2*60 = 12 м/мин, что меньше 32 м/мин.
Выбираем редуктор 1Ц2У-100 передаточное отношение 12,5



Рисунок 3.8 – Редуктор

Таблица 3.6 - Габариты и присоединительные размеры редуктора

Типоразмер	Awт	Awб	A	B	B1	H	H1	h	L	L1	L2	L3	L4	L5	d
1Ц2У-100	100	80	290	145	109	225	112	20	386	325	85	132	136	165	15

3.3. Расчет механизма поворота
Исходные данные:

Угловая скорость поворота w = 0,157 с^-1;

Вылет стрелы L= 5 м;

Высота подъема груза Н = 5 м;

Расстояние между опорами h = 3,59 м.

Расстояние b = (0,25…0,3) L=0,3×4=1,32 м.

Диаметры цапф под подшипники:

d₁ = d₂ = 0.07×h=0.07×3,59 = 0.251 м » 25,1 мм.

d₃ = (0.6…0.7) d₁ = 15,06 мм.



Рисунок 3.8 – Схема привода механизма крана

Электродвигатель 1 соединен с двухступенчатым и зубчатым редуктором 4 с помощью зубчатой муфты-тормозного шкива 2, на котором установлен нормально замкнутый тормоз 3. На выходном валу редуктора предусмотрена открытая зубчатая передача 5
Вес поворотной части:

G_пов = G_уд×Q×L

Где G_уд – удельный вес, принимается стандартным;

G_уд = 0,25 т/т×м Q – вес груза; L – длина балки.
G_пов = G_уд×Q×L = 0.25×7,5×4 = 7,5 т;
Вес противовеса примем из расчета компенсации опрокидывающего момента от поворотной части:

G_пов  b = G_пр  а;

Конструктивно принимаем а = 0,875, тогда

т;

Принимая, что противовес выполнен из бетона, находим требуемый объем и размеры:

м³;

Размеры плиты:

длина l₁=0,3 м,

ширина l₂=0,9 м,

высота l₃=0,55 м,

Реакции в подшипниках:



R_V = Q_гр+ G_пов + G_пр = 73500+7.5+3,97= 73511,74 Н;
Находим значение реакции R’_н:

_R’_н=
По статической грузоподъёмности подбираем подшипники:

• 
  Для верхней опоры – радиальный сферический № 1218 по ГОСТ 5721—57 с размерами d = 90 мм; D = 160 мм; В = 30 мм; статическая грузоподъёмность 52400 кН;
  
• 
  Для верхней опоры - Шариковый упорный однорядный подшипник по ГОСТ 6874 – 75 с размерами d = 25 мм, D = 47 мм, Н = 15 мм; статическая грузоподъёмность 41 кН;
  
• 
  Для нижней опоры – 8 радиальных шариковых № 208 по ГОСТ 8338 – 75 с размерами d = 40 мм, D = 80 мм, Н = 20 мм; статическая грузоподъёмность 15 кН;
  

Момент сопротивления повороту:
Т_с = Т_ТР + Т_В + Т_ИН;

Где Т_ТР – момент сопротивления сил трения;

Т_В – момент ветровой нагрузки (отсутствует);

Т_ИН – момент сил инерции;

Т_ТР = Т_ТР^в + Т_ТР^н;

Момент сил трения в нижней опоре:



Момент сил трения в верхней опоре:
Т_ТР =292 + 40,8 = 333 Н×м;
Момент сил инерции:

Т_ИН = J×e;
Где e - угловое ускорение;

e = [a]/L = 0.1/3,5 = 0,0267 с^-2;

здесь [a] – допускаемое ускорение;

J = g×J_пост = g×k×Sm_j×x_j;

Где g= 1,2…1,4 – коэффициент учета инерции вращающихся частей;

k = 1,3…1,4 – коэффициент приведения геометрических радиусов к радиусу инерции;

m_j – j-я масса; x_j – расстояние до центра тяжести j-й массы;
J = 1,2×1,3×(450×6²+400×1,05²+480×0,875²) = 26533,26 кг×м²;

Т_ИН = 26533,26×0,0267=708,4 Н×м;

Т_с = 59,3+ 708,4 = 767,7 Н×м;

Момент сил инерции, при пуске привода:



где: I_в- суммарный момент инерции масс груза, крана, механизма поворота, приведенной к оси вращения крана.

I_в=δ(I_тр+I_кр)= 1,2(9172,8+573,3)=11695кг*м*с²

I_тр= m_гр* А²=254,8*6²=9172,8 кг*м*с²

I_кр= m_кр* ε²= 254,8*1,5²=573,3 кг*м*с²

m_кр=G_кр/s =2500/9,81=254,8 кг*с*м*с²

ω_к - угловая скорость поворота

ω_к= π*n_кр/30= 3,14*1/30=0,105 рад/с

Расчетная мощность двигателя



где ψ_ср=1,5....1,8- средний коэф. перегрузки асинхронных двигателей с фазным ротором принимаем 1,65

По каталогу выбираем электродвигатель МТF 112-6 мощностью N=1,7 кВт при ПВ= 25%, n=910 мин^-1, М_{и мах}=4кг*с*м, I_р= 0,00216 кг*с*м*с²=0,021кг*м²

Общее передаточное число механизма поворота:

V_об=n/n_кр=910/1 =910

Принимаем передаточное число зубчатой передачи V_в=20, тогда передаточное число червячного редуктора



Выбираем стандартный редуктор РУУ- 160-40 и уточняем V_в

V_в=910/40=22.75

Проверку выбранного двигателя по условиям нагрева выполняем с использованием метода номинального режима работы.

Суммарный момент статического сопротивления повороту приведенный к валу двигателя:



Номинальный момент выбранного двигателя:



Коэф. загрузки двигателя при установившемся режиме:



При α=0,28 находим относительное время пуска t=1,2. Определяем время разгона привода при повороте крана с номинальным грузом:



где : Inp- суммарный момент инерции вращающихся масс механизма поворота крана, массы груза и массы вращающейся части крана, приведённый к валу двигателя



где:

I_мех - момент инерции вращающихся масс механизма поворота крана



I_гр- момент инерции массы груза, приведённой к валу двигателя



I _кр = момент инерции массы вращающейся части крана, приведенной к валу двигателя.



Тогда:



Время разгона привода:



Ускорение конца стрелы при пуске :



Время рабочей операции при среднем угле поворота а = 90° (1/4 оборота)



Определяем отношение



Находим



Необходимая мощность:



Эквивалентная мощность:



Номинальная мощность:



Следовательно, выбранный электродвигатель MTF 112-6

удовлетворяет условиям нагрева.

При перегрузке двигатель должен удовлетворять условию нагрева:



где:

М_л и М_н - пусковой и номинальный моменты двигателя.

Пусковой момент:



где:

М'_ст - суммарный статический момент сопротивления вращению

М_ддинамический момент от вращательно движущихся масс механизма и крана

М_д - динамический момент от вращательно движущейся массы груза



тогда 

Коэффициент перегрузки двигателя при пуске



Определение максимальной нагрузки в упругих связях механизма

поворота.

Максимальный момент в упругой связи в период пуска:



где :

 - статический момент сопротивления повороту, приведённый к валу двигателя.







Коэффициент динамичности:



Определение тормозного момента и выбор тормоза. Принимаем время торможения t_r = 6с,

Линейное замедление конца стрелы : а = ε_т-А = 0,021-6 = 0,105м/с²



Тормозной момент:









Тогда



Выбираем двух колодочный тормоз ТКТ - 200/100 с тормозным моментом Мт = 4 кгс-м, который обеспечивает торможение крана за более короткое время. Следовательно, его нужно отрегулировать на нужный тормозной момент.