Проектирование и расчет грузового крана КБ-309АХЛ

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Проектирование и расчет грузового крана КБ-309АХЛ

Моренов В.А.

Введение

Грузоподъёмные машины - машины циклического действия, предназначенные для подъёма и перемещения груза на небольшие расстояния в пределах определённой площади промышленного предприятия.

Грузоподъёмные машины весьма разнообразны по назначению, принципам действия и конструктивному исполнению.

По назначению грузоподъёмные машины условно разделяют на общего и специального назначения. Машины общего назначения являются универсальными. Их используют в производственных условиях для выполнения только подъёмно-транспортных операций. Специальные грузоподъёмные машины используют для подъёма и перемещения определённых видов грузов либо для выполнения подъёмно-транспортных операций при специальных технологических процессах.

Назначение.

Кран КБ-309АХЛ и его исполнения. Этот кран с максимальной грузоподъемностью 8 т. предназначен для механизации строительно-монтажных работ при возведении жилых, промышленных и административных зданий высотой до девяти этажей. Кран представляет собой мобильные самоходные полноповоротную машину на рельсовом ходу с поворотной башней и нижним расположением противовеса.

Кран КБ-309АХЛ: основное его исполнение снабжен подъемной стрелой, его модификации, а также некоторые исполнения КБ309АХЛ (04 и 05) - балочной стрелой с грузовой тележкой. КранКБ-309АХЛ - определённа работу в условиях низких температур (до -60 °С). Металлоконструкция крана КБ-309АХЛ выполнена из низколегированных сталей. Шкафы с электрооборудованием оснащены электрообогревателями.

Исходные данные на курсовой проект.

Таблица 1

Грузовой момент	120т*м
Вылет max	30 м.
Вылет при max грузоподъёмности	15м.
Вылет min	5.5м.
Грузоподъёмность при max вылете	3 т.
Грузоподъёмность max	8 т.
Высота подъёма при maxвылете	41 м.
Высота подъёма при minвылете	50 м.
Скорость подъёма груза	50 м/мин.
Скорость передвижения крана	15 м/мин.
Скорость передвижения тележки	20 м/мин.
Частота вращения	0,5 об/мин.
Масса конструктивная	50 т.
Масса общая (с баластом и противовесом)	80 т.
Тип стрелы б	балочная
Режим работы механизмов	4к 5к

1. Расчет механизма подъема груза

1.1 Выбор полиспастного механизма

Схема полиспастного механизма выбирается в зависимости от типа крана и его грузоподъемности Рис.1:

Рис. 1

1.2 Расчет и выбор стальных канатов

Максимальное усилие в ветви каната на барабан,

где - вес поднимаемого груза, Н;

q - вес грузозахватных устройств, Н;

- кратность полиспаста;

a- число, показывающее сколько ветвей каната одновременно навивается на барабан;

- КПД полиспаста

- КПД блока;

= 0,97 - 0,98 для блоков, установленных на подшипниках качения ;

КПД полиспаста

m - число отклоняющих роликов;

Расчетное разрывное усилие в канате

где k - коэффициент запаса прочности каната в зависимости от режима работы механизма, регламентированный Правилами Госгортехнадзора (таблица 2).

Таблица 2

Режим работы механизмов	Л	С	Т и ВТ
Коэффициент запаса прочности, k	5,0	5,5	6,0

Выбор стального каната.

По полученному разрывному усилию из таблиц ГОСТов на стальные канаты выбирают канат так, чтобы

Таблица 3

Тип каната	ЛК-Р;6*19; ГОСТ 2688-90
Маркировочная группа	(160) кгс/мм
Диаметр каната
Разрывное усилие	=246 (кН)

1.3 Определение основных размеров барабана.

Диаметр блока и барабана, измеряемый по центру каната.

где диаметр каната e - коэффициент, регламентируемый Правилами Госгортехнадзора в зависимости от типа грузоподъемной машины и режима ее работы (см. Таблицу 4). e = 18

Таблица 4

Тип грузоподъёмной машины	Привод	Режим работы	Значение
Краны башенные	Ручной Машинный -“- -“- -“-	- Л С Т ВТ	16 16 18 20 25

Диаметр барабана, измеренный по дну канавки.

По ГОСТ 22644-77 диаметр D округляется до ближайшего значения D, который принимается за диаметр по дну канавки для нарезных барабанов и за наружный - для гладких барабанов при многослойной навивке. Диаметр барабана по центру навиваемого каната, который и принимается для дальнейших расчетов:

Длина каната, навиваемого на барабан.

где Н - высота подъема груза, (м).

- кратность полиспаста

Рабочая длина барабана с учётом запасных витков.

Для нарезного барабана, при однослойной навивке каната на барабан:

Проверка жесткости барабана: ? 4;

= 4,56>4, => принимаем многослойную навивку каната.

Полная длина барабана.

Для барабана с многослойной навивкой каната:

где - рабочая длина барабана.

Определение толщины стенки барабана и проверка его на прочность.

Толщина стенки барабана определится из выражения:

Проверка стенки барабана на прочность:

<

где

допустимое напряжение на сжатие.

для Ст.35 Л

на 0,9%, что допустимо.

1.4 Расчёт крепления конца каната на барабане

Крепление конца каната на барабане с помощью прижимных планок применяются при однослойной навивке каната и нарезном барабане (Рис. 2).

Рис. 2

Усилие в месте крепления каната к барабану.

=0.1-0.16-коэф трения каната о поверхность барабана.

б= (3-4)р - угол обхвата барабана запасными витками каната.

Усилие, необходимое для затяжки болтов крепления каната.

Суммарное напряжение в каждом болте крепления определиться:

Н/мм2

-коэфф запаса надёжности крепления каната к барабану.

Z-число болтов по нормам Госгортехнадзора, должно быть не менее двух.

-внутренний диаметр резьбы болта. =13.835 мм.

= 100 Мпа, для Ст.3

1.5 Выбор и расчёт грузозахватного приспособления

Выбор крюка.

Крюки подбирают по заданной грузоподъемности в зависимости от вида привода и режима работы грузоподъемного механизма. Основные размеры крюка находятся по таблицам ГОСТа.

Q = 8000кг.

Таблица 5

Грузоподъёмность	Q = 8 т.
Материал	Ст. 20
Масса	M = 16,2(кг)
Тип	Б

Рис. 3

Проверка на прочность хвостовика крюка.

Хвостовик крюка в сечении A-A рассчитывается на растяжение:

где заданная грузоподъёмность, (Н)

внутренний диаметр резьбы, (мм)

для Ст.20

Проверка напряжений в сечении Б-Б.

Напряжение в точке 1:

где

расстояние от центра тяжести сечения до внутренних волокон сечения крюка в точке 1;

F - площадь сечения тела крюка в сечении Б-Б;

a - половина диаметра зева крюка

b - малое основание трапеции сечения Б-Б

К - коэффициент кривизны бруса, зависящий от формы сечения



радиус кривизны линии центров тяжести сечения Б-Б:

допускаемое напряжение на растяжение или сжатие для материала крюка (Ст. 20).

Напряжение в точке 2:

расстояние от центра тяжести до наружных волокон.

Расчёт траверсы крюковой подвески.

Рис. 4

Уравнение прочности при действии изгибающего момента в ослабленном сечении:

где

изгибающий момент в опасном сечении.

расчётная длина траверсы для нормальной подвески:

- наружный диаметр упорного подшипника

W - момент сопротивления ослабленного сечения траверсы

мм3

- допускаемое напряжение изгиба

В - ширина траверсы

диаметр хвостовика крюка.

Высота траверсы:

;

допускаемое напряжение изгиба

- предел выносливости,

- предел прочности материала траверсы

n = 3 - коэффициент запаса прочности

к = 1,3 - коэффициент концентрации напряжений,

- верно

Определение диаметра цапфы траверсы.

где изгибающий момент для нормальной подвески

Округляем

1.6 Определение мощности гидродвигателя для привода механизма подъёма груза

Определение статической мощности.

где

скорость подъема груза,

- КПД двигателя,

Выбор гидродвигателя.

Так как в последнее время на большинстве типов ГПМ устанавливается гидростанции, в частности это касается и автокранов, то выбираем гидродвигатель в качестве приводного механизма.

Рис. 5

Таблица 6

1.7 Определение передаточного числа редуктора механизма подъёма груза

- частота вращения барабана, (об/мин)

,

- кратность полиспаста

- скорость подъема груза

- диаметр барабана по центру навиваемого каната,

Выбор редуктора.

По ГОСТ выбран редуктор Ц2-500; Uр = 12,5; Мт= 16 кН;

Выбор и проверочный расчёт тормоза.

Определение необходимого тормозного момента.

- коэффициент запаса торможения, при ,

- статический тормозной момент, приведенный к валу

- общее передаточное число механизма

По ГОСТ выбран тормоз типа ТКГ-400 ((Нм); Dт = 400 (мм)) с двухштоковым электрогидротолкателем.

Проверочный расчёт тормоза.

По удельному давлению:

N -сила нажатия одной колодки, Н

- площадь колодки,

МПа - допускаемое удельное давление,

 момент, развиваемый тормозом

- коэффициент трения

(м) - диаметр тормозного шкива

ширина тормозной колодки,

- угол обхвата шкива тормозной колодкой,

Проверка тормоза на прогрев.

Проверка тормоза на нагрев:

р - удельное давление тормозной колодки на шкив

- окружная скорость тормозного шкива

Выбор соединительных муфт.

Муфты выбираются по наибольшему диаметру концов соединяемых валов и по крутящему моменту:

 - номинальный крутящий момент, передаваемый муфтой,

- коэффициент, учитывающий ответственность передачи,

- коэффициент условия работы муфты,

По ГОСТ выбрана муфта зубчатая с разъемной обоймой (тип 1).

,

.

Рис. 6

2. Расчёт механизма изменения вылета

2.1 Изменение вылета наклоном стрелы с помощью гидроцилиндров

Расчёт телескопической стрелы.

Телескопическая стрела может иметь 2 и более выдвижных секции, коробчатого сечения, сваренных из листов. Собственным весом секций пренебрегаем.

Рис. 7

Верхняя секция:

Сечение 1-1:

Наибольший изгибающий момент:

- вес поднимаемого груза,

- длина первой секции,

- угол наклона стрелы,

Наибольшая сжимающая сила:

,

Площадь поперечного сечения:

Момент сопротивления изгибу:

Наибольшее суммарное напряжение в сечении 1-1:

- допускаемое напряжение на изгиб для стали 10 ХСНД.

Нижняя секция:

Сечение 3-3:

Работает только на изгиб

Наибольший изгибающий момент:

Момент сопротивления изгибу:

Наибольшее суммарное напряжение в сечении 3-3:

2.2 Расчет механизма выдвижения стрелы

На рис. 8 представлена схема расположения гидроцилиндра внутри выдвижных секций стрелы.

Рис. 8

2.3 Расчет механизма изменения длины стрелы

(Н)

(Н)

(из табл.)

Определение усилия на штоке гидроцилиндра наклона стрелы.

где Sшт- усилие, действующее на шток гидроцилиндра

lц - расстояние от оси штока ГЦ до оси качания стрелы

lк - расстояние от линии действия силы Sk до оси качания стрелы

центробежная сила инерции от массы стрелы

внутренний диаметр гидроцилиндра

P - давление гидрожидкости

Принимаем

3. Расчёт механизма вращения крана

3.1 Выбор опорно - поворотного устройства

Исходя из геометрических размеров и нагрузок, воспринимаемых поворотным устройством выбран:

Однорядный роликовый опорно - поворотный круг с зубьями внутреннего зацепления № 5.

,

,

.

Рис. 9

Механизм вращения состоит из двигателя (электродвигатель или гидродвигатель), соединительной муфты, тормоза, червячного или зубчатого редуктора, открытой передачи наружного или внутреннего зацепления.

3.2 Определение общего момента сопротивления вращения крана

=550,29+8297,28+0,7(9984 + 30656,25) = 37295,74 (Нм)

где

- момент от силы трения в опорно-поворотных устройствах.

- момент от сил инерции.

- момент от крена крана.

- момент от воздействия ветровой нагрузки на элементы крана и груза.

0,7 - коэффициент, учитывающий не постоянное действие моментов и.

3.3 Определение моментов от сил трения

- средний диаметр круга по дорожке катания,

- приведенный коэффициент сопротивления вращения

e = 500(мм); т.к.

- суммарное давление на все ролики

V - вертикальная нагрузка на опорно-поворотное устройство



3.4 Определение момента сопротивления вращению от инерционных сил

частота поворота крана

с - время разгона двигателя механизма вращения при отсутствии ветра.

- сумма моментов инерции элементов крана и груза, приведенная к оси вращения.

- момент инерции от оси стрелы

- момент инерции от противовеса

(кг)

- расстояние от центра тяжести противовеса до оси вращения,

Определение момента от крена крана.

где

- угол наклона крана

Определение воздействия от ветровой нагрузки.

- ветровая нагрузка рабочего состояния на груз.

- ветровая нагрузка рабочего состояния на элементы крана.

где -распределенная ветровая нагрузка, Н/м2

- наветренная площадь груза, м2=10 м2 (смотри таблицу МУ к курсовой работе)

где q - динамическое давление (скоростной напор) выбирается по таблице из учебника М. М. Гохберг «Справочник по кранам. Том 1» ГОСТ 1451-77

q= 156Н/мм2,

k - коэффициент, учитывающий изменение динамического давления по высоте, k=1,

с - коэффициент аэродинамической силы, с=1,2,

n- коэффициент перегрузки для рабочего состояния, n=1

где - наветренная площадь стрелы, м2,

- коэффициент сплошности металлоконструкции, =1

Определение мощности двигателя привода механизма вращения крана.

где

-общий момент сопротивления вращению

- частота вращения крана

- КПД привода

Редукторы серии 700Т фирмы BonfiglioliTrasmitalприменяются для всех типов поворотных механизмов(на всех видах кранов, экскаваторах, спец. машин).

Технические характеристики этих редукторов.

- Крутящий момент (от 1000 до 70000 Нм)

- Передаточное отношение (3,4……..2000)

- Фланцевое соединение

- Выходное устройство: шлицевой вал или встроенный вал-шестерня

- Прочная конструкция

- Высокий максимальный крутящий момент

- Выходные валы с опорными подшипниками

Применяется с:

- Встраиваемым(картриджным) аксиально-поршневым гидромотором

- С гидравлическим героторным моторами

- С электромотором

Гидромотор комплектуется оп заказу:

- предохранительным клапаном

- тормозным клапаном

Гидравлический тормоз

Электрический тормоз (постоянного или переменного тока)

Рис. 10

гидравлический грузозахватный крюковой

Выбираем гидромотор типа 713T3N с характеристиками:

Максимальный крутящий момент, кНм - 55

Передаточные отношения 50 -300

Максимальная частота вращения, об/мин - 3000

Тормозной момент, кНм - 400-1000

Масса, кг - 300

Литература

1. Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «ПТМ». 4 выпуска. 1987 г.

2. Конспект лекций Коровина С.К. 2008 г.

3. М. М. Гохберг «Справочник по кранам. Том 1,2».

4. Ю. В. Наварский - Грузоподъемные машины 2006.

5. Журналы Cranes&Access.

6. Руденко. Грузоподъемные машины. Атлас конструкций

7. Материалы интернет сайтов

Размещено на Allbest.ru