Кран мостовой. Механизм подъёма груза

Министерство образования Российской Федерации

Санкт-Петербургский институт машиностроения

(ЛМЗ - ВТУЗ)

Кафедра «Теория механизмов и детали машин»

По дисциплине: «Подъемно-транспортные устройства»

КРАН МОСТОВОЙ. МЕХАНИЗМ ПОДЪЁМА ГРУЗА

Содержание:

Задание

1. Механизм подъема груза

1.1 Общие сведения

1.2 Выбор кратности полиспаста

1.3 Выбор диаметра каната

1.4 Определение диаметра блока

1.5 Выбор электродвигателя

1.6 Определение диаметра барабана и его частоты вращения

1.7 Выбор редуктора

1.8 Выбор тормоза

1.9 Выбор муфты

1.10 Проверка двигателя по времени пуска

1.11 Проверка тормоза по времени пуска

2. Механизм передвижения тележки

2.1 Определение диаметра ходовых колес тележки

2.2 Определение сопротивления трению в ходовых колесах тележки

2.3 Выбор электродвигателя

2.4 Выбор редуктора

2.5 Выбор муфты с тормозным шкивом

2.6 Выбор тормоза

2.7 Проверка электродвигателя по условию пробуксовки

2.8 Проверка тормоза

3. Механизм передвижения крана

3.1 Определение нагрузки на ходовые колеса крана

3.2 Определение диметра ходовых колес крана

3.3 Определение сопротивления трению в ходовых колесах при движении крана

3.4 Выбор электродвигателя

3.5 Выбор редуктора

3.6 Выбор муфты с тормозным шкивом

3.7 Проверка тормоза

4. Металлоконструкция крана

4.1 Расчет главных балок моста

4.2 Определение прогиба главной балки от массы тележки с номинальным грузом

4.3 Определение устойчивости стенок

Задание

Вариант 17

Грузоподъёмность крана: 8 т;

Скорость подъёма груза: 30 м/мин.;

Высота подъёма груза: 18 метров;

Режим работы: Средний.

1. Механизм подъема груза

1.1 Общие сведения

В мостовых, козловых и др. кранах механизм подъёма груза размещён на крановой тележке. Схема механизма подъёма кранов общего и специального назначения зависит от типа грузозахватного устройства, массы груза, высоты подъёма и т. д.

Схема механизма подъёма груза позволяет производить блочную сборку узлов с использованием стандартных элементов: электродвигателя, тормоза с тормозной муфтой, редуктора, барабана и подвески. Эта схема наиболее распространена при серийном производстве, она является типовой для кранов малой и средней грузоподъёмности.

1.2 Выбор кратности полиспаста

Для выигрыша в тяговом усилии в механизмах подъёма используют полиспаст. Для принятой схемы механизма подъёма следует выбирать тип полиспаста по схеме навивки каната на барабан и его же запрессовки.

Для избежания смещения груза при его подъёме-спуске, а так же для равномерного нагружения опоры барабана применяют сдвоенные полиспасты. При использовании таких полиспастов на барабан наматывается сразу две ветви каната. В зависимости от грузоподъёмности крана выбирают кратность полиспаста. Из таблицы 1 методических указаний: i=2.

1.3 Выбор диаметра каната

Для механизмов подъёма груза в качестве тягового органа применяют стальные канаты. По правилам Госгортехнадзора канат выбирают по разрывному усилию.

, Кн

кН

, кН кН

S- запас прочности каната при тяжёлом режиме работы.

Зная разрывное усилие по таблице 3 м. у. выбираем диаметр каната dк = 14 мм.

1.4 Определение диаметра блока

Наименьший допустимый диаметр впадины канавки блока определяют по условию

, мм

где: - диаметр блока, мм;

- коэффициент, определяемый характеристикой режима работы механизма:

при среднем режиме = 25;

Принимаем Dбл = 340 мм

1.5 Выбор электродвигателя

В механизмах подъёма обычно применяют крановые электродвигатели с фазовым ротором серий MTF, MTH. Необходимую мощность электродвигателя при установившемся режиме определяют, кВт:

,

где: - КПД полиспаста,

= 0,99;

- КПД редуктора, принимают:

0,95;

- КПД барабана, принимают:

0,98.

Выбираем двигатель МТН 611-10

= 575 об/мин; Тmax = 2300 Н•м; Iя = 4,25 кг•м2

Масса = 860 кг

1.6 Определение диаметра барабана и его частоты вращения.

В крюковых кранах общего назначения принимают однослойную навивку каната на барабан цилиндрической формы. Канавки, в которые укладывается канат, не только обеспечивают правильную кладку каната, но и позволяют снизить контактные напряжения между ними и барабаном в результате увеличения площади контакта. С учётом этого наименьший допустимый диаметр барабана определяют по формуле:

Диаметр барабана выбираем 300 мм

Частота вращения барабана

Количество витков на барабане определяют

,

где: - высота подъёма груза, м, H = 18 м;

- количество запасных витков принимают:

= 2;

- количество витков для крепления канатов, в зависимости от вида крепления принимают:

= 2.

Принимаем

Полная длина , мм, нарезанной части барабана для одного каната

,

где: - шаг нарезки витка барабана, мм, принимают

, мм

Для сдвоенного полиспаста при сходе с барабана ветви каната располагают сим-метрично относительно середины барабана, габаритную длину барабана, мм, находят

, мм,

Толщину стенки барабаны, мм, находят исходя из технологии отливки

Расчет подшипника, находящегося в опоре вращения

,

где: - динамическая грузоподъёмность подшипника, кН, табл.5, табл.6;

- эквивалентная нагрузка, кН:

, кН

- отношение, зависящее от частоты вращения

= 3,42

Выбираем подшипник:

№ 3610

d = 50 мм

D = 110 мм

B = 40 мм

С = 103 кН

С0 = 98,4 кН

d2=57

Подшипник, находящийся в полости тихоходного вала редуктора

Проверочный расчет подшипника определяют;

,

где: - статическая грузоподъёмность подшипника, кН, табл.5, табл.6;

- коэффициент нагрузки, определяемый в зависимости от режима работы механизма: при легком режиме

=1,3;

- расчетная нагрузка, кН:

, кН

№ 3610, Со=98,4, С=103

Внешний диаметр подшипника, находящийся в полости тихоходного вала редуктора, определяется по диаметру выточки под подшипник на зубчатом венце вала редуктора. При - втулка.

1.7 Выбор редуктора

Общее передаточное число редуктора:

Редуктор выбирают по крутящему моменту на тихоходном валу с учетом передаточного числа , частоты вращения быстроходного вала и режима работы.

Необходимый статический момент , кН, на тихоходном валу редуктора определяют:

, кН

Выбираем редуктор Ц2 - 350

Uр = 10; D = 250 мм; d2 = 110 мм.

1.8 Выбор тормоза

Тормозной момент механизма согласно правилам Гостехнадзора при условии надежного удержания груза номинальной массы в подвешенном состоянии с определенным запасом торможения:

,

где: - тормозной момент тормоза, Нм;

- коэффициент запаса торможения в зависимости от режима работы механизма:

при среднем режиме

=1,75;

- момент статического сопротивления на тормозном валу при торможении, Нм

По приложению 4 выбираем тормоз ТКТГ - 400М:

Тт = 1500 Н•м; Dт = 400 мм. T min = 0.4 c. T max = 1.5 c

1.9 Выбор муфты

Для соединения валов электродвигателя и быстроходного вала редуктора , для механизмов подъёма груза применяются втулочно-пальцевые муфты с тормозным шкивом.

Муфту выбирают по условию:

,

где: - максимальный момент муфты, кН

- максимальный момент электродвигателя, кН,

= 2300 кН

= 5500 кН

, мм		D1	l2	d1	JM	Масса
мм	нм	мм	мм	мм	кг.м2	кг
400	5500	250	150	70	2,25	125

1.10 Проверка двигателя по времени пуска

Допускаемое время пуска для механизмов подъёма должно находиться в пределах 0,5...2,0 сек.

1.11 Проверка тормоза по времени торможения

Время торможения механизма подъёма при условии, что груз находится в середине пролета крана, при его опускании определяют:

,

где: - момент инерции механизма подъёма крана при торможении, :

,

что удовлетворяет условию 0,4<0,5<1,5 сек.

2. Механизм передвижения тележки

В современных кранах механизмы передвижения тележки обычно имеют привод с центральным расположением редуктора, реже используют привод с навесным редуктором.

Механизм смонтирован на раме, опирающейся через буксы на два ведомых и два ведущих колеса.

2.1 Определение диаметра ходовых колес тележки

Диаметр хордовых колес определяют по максимальной нагрузке на колесо:

,

где Q - грузоподъемность крана т;

- масса тележки т;

= 2.5 т - по графику 2 методических указаний.

- количество колес тележки = 4

В зависимости от скорости движения тележки, режима работы и по условию

Рнагр ? Р?нагр; по таблице 1 находим

- диаметр ходовых колёс Dк = 250 мм,

- диаметр цапфы dц = 50 мм,

- тип рельса Р15.

2.2 Определение сопротивления трению в ходовых колесах при движении тележки

Усилие необходимое для передвижения тележки при установившемся движении определяют:

где g = 9 81 м/сІ;

- диаметры колес и цапф тележки мм;

= 250 мм; = 50 мм

- коэффициенты трения качения и трения в цапфах оси;

=0.4; =0,1(Скольжение)

- коэффициент учитывающий потери на трение в ребордах.

=2,5

2.3 Выбор электродвигателя

Мощность, необходимая для передвижения тележки с грузом при установившемся движении:



Выбираем двигатель типа MTKF11-6:

Р = 2.2 кВт; nдв= 883 об/мин, Тmax = 67 Н•м, Iя = 0,028 кг•м2.

2.4 Выбор редуктора

Для механизма передвижения тележек применяют вертикальные редуктора типа ВК. Их выбирают по передаточному числу U?р, мощности Р? и режиму работы.

;

;

По таблице 3 выбираем редуктор ВК - 550:

2.5 Выбор муфты с тормозным шкивом

Для механизма передвижения применяют зубчатые муфты с тормозными шкивами. Их выбирают по диаметру вала редуктора, при условии:

, d1=40

где Тmax.дв. - максимальный момент электродвигателя (табл. 4)

;

;

0,5 кН•м >0,08 кН•м.

Выбираем

Dт = 160 мм, Iм =0,06 кг•м2

2.6 Выбор тормоза

Выбираем тормоз по диаметру муфты.

Dт = 160 мм

Тормоз: ТТ - 160

2.7 Проверка электродвигателя по условию пробуксовки

В период пуска механизма передвижения колеса, взаимодействуя с рельсами, приводят в движение тележку. Для нормальной работы необходимо, чтобы приводные колёса перекатывались по рельсам без проскальзывания (пробуксовки).

Работа в период пуска без проскальзывания приводных ходовых колёс обеспечивается при коэффициенте запаса сцепления Ксц ? 1,2

;

Сила сцепления:

Полное статическое сопротивление передвижения без груза

Сопротивление от трения в опорах

Сопротивление от сил инерции поступательно движущихся масс

Номинальный момент электродвигателя:

, Нм

Средний пусковой момент электродвигателя:

Статический момент сопротивления:

Время пуска:

Ускорение при пуске тележки без груза:

;

Коэффициент запаса сцепления:

2.8 Проверка тормоза

В механизмах передвижения тормоз проверяют по условию, что при торможении колеса тележки не передвигаются по рельсам юзом:

,

где: - тормозной момент тормоза;

- момент буксования при движении юзом.,

Требуется ослабить тормозную пружину.

3. Механизм передвижения крана

В мостовых кранах механизмы передвижения с раздельным приводом применяют в пролётах более пятнадцати метров.

3.1 Определение нагрузки на ходовые колеса моста крана

Пролёт: 20 м;

Скорость крана: 80 м/мин.

Gкр=18т, Втел=1.5

Нагрузка на ходовые колеса крана зависит от положения тележки на мосту. Максимальная нагрузка возникает на тех колесах, которые расположены в концевой балке, где в данный момент находится тележка с грузом номинальной массы.

3.2 Определение диаметра ходовых колес крана

Диаметр ходовых колес определяют по максимальной нагрузке на колесо:

,

где: nхк- количество ходовых колес крана, при нагрузке менее 45 тонн, равное 4.



В зависимости от скорости движения колес крана, режим работы и по условию

Рнагр ?Р?нагр

По таблице 1 выбираем

- диаметр ходовых колес Dk =400мм,

- диаметр цапфы dц =80мм,

- тип рельса Р38,

3.3 Определение сопротивления трению в ходовых колесах при движении крана

Условие, необходимое для движения крана при неустановившемся движении:

3.4 Выбор электродвигателя с раздельным приводом

Мощность необходимая для передвижения моста крана с грузом:

По каталогу (прил.1)выбираем двигатель МТКF 21-6

nдв = 910 об/мин; Тмах = 160 Н•м; I = 0,065 кг•м2. Масса = 80кг Р=6,3 кВт

3.5 Выбор редуктора

Редуктор выбирают по крутящему моменту на тихоходном валу с учётом передаточного вала и режима работы. Необходимый момент на тихоходном валу редуктора:

Общее передаточное число редуктора:

,

где: - частота вращения колеса:

об/мин

Из методических указаний выбираем редуктор Ц2-300

3.6 Выбор муфты с тормозным шкивом

Муфту с тормозным шкивом выбирают по табл. [4], по условию

Тmax м ТВ,

где: Тmax м - максимальный момент муфты;

Подбираем муфту

Dt = 160 мм; = 40 мм.

Выбираем тормоз: TT-160

3.7 Проверка тормоза

В механизмах передвижения крана тормоз проверяют по условию, что при торможении колеса крана не передвигаются по рельсам юзом, т.е. выполняется условие:

Тм ? Тбукс

где: Тм - тормозной момент;

Тбукс - момент буксования при движении юзом.

4. Металлоконструкция крана

К металлоконструкциям мостовых кранов относятся мосты, состоящие из балок, опор со стойками, и т.д. Все краны имеют вспомогательные металлоконструкции - ограждения, площадки обслуживания. Тип моста определяется конструкцией грузовой тележки . При использование опорной тележки мост выполняют двухблочным, а тележка перемещается по рельсам, смонтированными на верхних поясах балок.

Крановые металлоконструкции в настоящее время выполняют из углеродистой стали обыкновенного качества по ГОСТ 380-71 с ограниченным содержанием серы. Мосты обычно состоят из 2 балок и 2 концевых балок , в которых установлены ходовые колеса моста. Балки имеют, как правило ,коробчатое сечение ,что обеспечивает их достаточную жесткость как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях ,кроме того ,мосты с коробчатым сечением более просты в изготовление и позволяют широко применять автоматическую или полуавтоматическую сварку.

Основные размеры конструкций крана:

Необходимая высота в среднем сечение Н (мм)

Высота сечения концевой балки у опоры Н1 (мм)

Длина скобы балки l (мм)

Для обеспечения достаточной жесткости при кручение ширину балки по осям вертикальных мостов выбирают по формуле:

Базу крана (расстояние между осями ходовых колес в концевой балке) принимают

4.1 Расчет главных балок моста

Расчет главных балок моста производится на статистическую прочность при подъеме с земли свободно лежащего груза, при резком торможение груза , при неподвижном кране.

Номинальные напряжения в сечение моста при расположении тележки по середине пролета.

у u = Mmax /Wx ? [ у ]м

[у]м - допускаемое напряжение для стали []м = 140 Н/мм2

Mmax - максимальный изгибающий момент, Нм

Wx - момент сопротивления сечения относительно оси Х

Максимальный изгибающий момент, действующий на 1 балку

Момент сопротивления определяют

где - момент инерции всего сечения, мм4

Момент инерции горизонтальных поясов, мм4

Момент инерции вертикальных стенок, мм4

где -толщина листа, мм

Толщина листов балки находят

= Н / 200 = 1660 / 200 =8,3 мм

но при этом толщине должна быть не менее 5 мм, причем толщина верхнего листа пояса

1= + (1 - 2) = 8.3+2=10.3 мм.

4.2 Определение прогиба главной балки от массы тележки с номинальным грузом.

lпр < [lпр ]

где

- допустимый прогиб главной балки, мм

- прогиб главной балки, мм

мм

4.3 Определение устойчивости стенок

Для обеспечения устойчивости боковых стенок в балке между ними установлены поперечные листы.

S = у кр/ у м? [S]

S = 157.5 / 140 = 1.4 ? [ S]

[S] = 1,3- допустимый запас устойчивости

у м - номинальное напряжение;

у кр = 63000 (/ h1)2 102 = 63000(8.3/1660) 2 102=157.5 Н/мм2

h1 - высота диафрагмы; h1=1660 мм

Для увеличения устойчивости и для уменьшения напряжений, возникающих в верхнем листе, под катком тележки лист усилен дополнительными ребрами h1=1350 мм

Принятое наименьшее расстояние между ребрами l= 1000 мм