Расчет механизма подъема в период неустановившегося

Движения.

 

       В пусковой период суммарный момент определяется по формуле /5/:

Мпуск = Мст + Мд.п. + Мд.в.,              (2.9.1.)

где Мст - статические момент, необходимый для преодоления веса груза и сопротивлений сил трения в звеньях механизма, Н*м;

Мд.п. - динамический момент, необходимый для преодоления сил инерции поступательно движущихся масс груза и подвески, Н*м;

Мд.в. - динамический момент, необходимый для преодоления сил инерции вращающихся масс механизма, Н*м.

       Статический момент на валу электродвигателя определяется по формуле /5/:

Мст = Мст.б. / (uо *  пр),                       (2.9.2.)

где Мст.б. - статический момент на барабане, Н*м;

uо - общее передаточное число механизма подъема груза;

 пр - КПД привода ( пр = 0, 8).

       Статический момент на барабане определяется по формуле /5/:

Мст.б. = Smax * Dб / 2                           (2.9.3.)

Мст.б. = 20162 * 0, 24 / 2 = 2419, 4 Н*м

Мст = 2419, 4 / (63, 2 * 0, 8) = 47, 85 Н*м

       Динамический момент сил инерции поступательно движущихся масс определяется по формуле /5/:

 

 

где  о - общий КПД;

tпуск - время пуска, с.

       Время пуска определяется по формуле /5/:

 

 

где  GD12 - сумма маховых моментов масс вращающихся на первом валу механизма, кг*м2;

 GD12 = GD2рот + GD2муф,

где GD2рот - маховый момент ротора двигателя (у нашего двигателя GD2рот = 1, 1 кг*м2);

GD2муф - маховый момент тормозной муфты (у нашей муфты GD2муф = 0, 44 кг*м2).

       Средний пусковой момент двигателя (Мдв.пуск.ср.) определяется по формуле /5/:

Мдв.пуск.ср. = (1, 5...1, 6) * 9560 * Nдв / rдв           (2.9.6.)

Мдв.пуск.ср. = 1, 6 * 9560 * 9 / 670 = 205, 5 Н*м

       Определяем время пуска по формуле 2.9.5.:

 

 

       Время пуска получилось несколько меньше рекомендуемого [tпуск] = 1...2 с, т.е. электродвигатель был выбран с некоторым запасом мощности.

       Определяем динамический момент сил инерции поступательно движущихся масс по формуле 2.9.4.:

 

 

       Динамический момент сил инерции вращающихся масс определяется по формуле /5/:

 

 

       Определяется суммарный момент в пусковой период по формуле 2.9.1.:

Мпуск = 47, 85 + 12, 6 + 62, 1 = 122, 55 Н*м

       В тормозной период суммарный момент определяется по формуле /5/:

Мторм = М ст + М д.п. + М д.в.,                 (2.9.8.)

где М ст - статический момент на валу тормоза от груза, Н*м;

М д.п. - динамический момент на валу тормоза для поглощения момента от сил инерции поступательно движущихся масс груза с подвеской, Н*м;

М д.в. - динамический момент на валу тормоза, необходимый для поглощения момента от сил инерции вращательного движения частей механизма при опускании груза, Н*м.

       Статический момент на валу тормоза от груза определяется по формуле /5/:

 

 

       Динамический момент на валу тормоза для поглощения момента от сил инерции поступательно движущихся масс определяется по формуле /5/:

 

 

где tторм - время торможения.

       Время торможения определяется по формуле /5/:

tторм = (120 * Sторм) / vгр,                               (2.9.11.)

где Sторм - величина тормозного пути, м;

vгр - скорость подъема груза, м/мин.

По табл. 2.1. /5/ выбираем для режима работы - легкий Sторм = vгр / 120.

tторм = (120 * vгр / 120) / vгр = 1 с

 

 

       Динамический момент на валу тормоза, необходимый для поглощения момента от сил инерции вращательного движения частей механизма при опускании груза определяется по формуле /5/:

 

 

       Определяется суммарный момент в тормозной период по формуле 2.9.8.:

Мторм = 60, 8 + 4 + 31, 1 = 65, 9 Н*м

 

Расчет и проектирование механизма поворота крана.

 

Выбор веса крана и определение веса противовеса.

 

       Противовес в полноповоротных кранах на колонне применяют для уменьшения момента, изгибающего колонну, и уменьшения горизонтальной силы, определяющей опорную нагрузку. Противовес устанавливают на поворотной части крана.

       Вес противовеса выбирают таким, чтобы при полной нагрузке крана на крюке колонна крана работала приблизительно на половину грузового момента в сторону груза, а при порожнем состоянии крана - на половину грузового момента в сторону противовеса.

       Определим составляющие веса металлоконструкции (рис. 3.1.1.):

       1) Вес стрелы, плечо стрелы /4/ (кН; м):

Gстр = Кстр * L  L;      lстр = 0, 6 * L,                  (3.1.1.)

где L - вылет стрелы, м.

Gстр = 2, 5 кН;      lстр = 0, 6 * 2, 5 = 1, 5 м

       2) Вес механизма подъема, плечо (кН; м) /4/:

Gпод = 0, 2 * Q * g; lпод = 0, 3 * L,                  (3.1.2.)

где Q - грузоподъемность крана, т.

Gпод = 0, 2 * 8 * 9, 8 = 15, 68 кН

lпод = 0, 3 * 2, 5 = 0, 75 м

       3) Вес механизма поворота, плечо (кН; м) /4/:

Gпов = 0, 1 * Q * g; lпов = 0, 2 * L,                  (3.1.3.)

Gпов = 0, 1 * 8 * 9, 8 = 7, 84 кН

lпов = 0, 2 * 2, 5 = 0, 5 м

       4) Вес платформы крана, плечо (кН; м) /4/:

Gпл = 1, 2 * (Gпод + Gпов); lпл = 0, 2 * L (3.1.4.)

Gпл = 1, 2 * (15, 68 + 7, 84) = 28, 2 кН

lпл = 0, 2 * 2, 5 = 0, 5 м

           

Расчетная схема крана.

 

 

Рис. 3.1.2.

1 - электродвигатель;

2 - муфта;

3 - червячная передача;

4 - открытая зубчатая передача;

5 - колонна.

5) Плечо центра тяжести противовеса (м) /4/:

lпр = 0, 4 * L                                 (3.1.5.)

lпр = 0, 4 * 2, 5 = 1 м

       При нагрузке на крюке примерно 0, 5*Q колонна крана не должна испытывать изгибающих напряжений, поэтому можно записать /4/:

Gпр * lпр + Gпод * lпод + Gпл * lпл + Gпов * lпов = Gстр * lстр + 0, 5 * Q * L * g

       Поэтому формула для расчета веса противовеса будет иметь вид /4/:

Gпр = (0, 5*Q*L*g + Gстр*lстр - Gпод*lпод + Gпл*lпл + Gпов*lпов) / lпр     (3.1.6.)

Gпр = (0, 5*9, 8*8*2, 5+2, 5*1, 5-15, 68*0, 75+28, 2*0, 5+7, 84*0, 5) / 1 = 72 кН

 

 

Расчет опорных нагрузок и опорно-поворотных узлов крана.

 

       Так как грузоподъемность крана у нас больше 2 т, то колонну необходимо вылить из стали, сварной из ферм или сконструированной из бесшовной толстостенной трубы.

       Под действием на полноповоротный кран внешних сил (рис.3.1.1.) в его опорах возникают вертикальные и горизонтальные реакции.

       Вертикальная нагрузка (V, кН) равна полному весу поворотной части крана с грузом /4/:

V = Q * g + Gстр + Gпод + Gпл + Gпов + Gпр          (3.2.1.)

V = 8 * 9, 8 + 2, 5 + 15, 68 + 28, 2 + 7, 84 + 72 = 204, 6 кН

       Расчетная высота колонны - расстояние (h, м) между верхней и нижней опорами колонны; ее выбирают из условия /4/:

h = min {3; 0, 5 * L}                     (3.2.2.)

h = 0, 5 * 2, 5 = 1, 25 м

       Горизонтальная реакция (Н, кН) в верхней и нижней опорах крана составляет /4/:

Н= (Q*L*g + Gстр*lстр - Gпр*lпр - Gпл*lпл - Gпод*lпод - Gпов*lпов) / h (3.1.6.)

Н= (8*2, 5*9, 8+2, 5*1, 5-72*1-28, 2*0, 5-15, 68*0, 75-7, 84*0, 5)/1, 25 = 78, 4 кН

       Диаметр сплошной колонны в опасном сечении (D, мм) из расчета на изгиб определяют по формуле /4/:

 

 

где [ u]к - допускаемое напряжение на изгиб для материала колонны; для сталей марок Ст4 и Ст5 [ u]к = 110 МПа.

 

 

       Верхнюю траверсу крана (рис. 3.2.1.) с гнездом для подшипников колонны изготовляют кованной из стали марки Ст4 или Ст5.

       Ориентировочную длину траверсы (lтр, мм) определяем по эмпирической формуле /4/:

lтр = 150 * L                                (3.2.5.)

Верхняя траверса полноповоротного крана.

 

 

Рис. 3.2.2.

lтр = 150 * 2, 5 = 375 мм

       Длину плеча шипа траверсы (аш.тр.) принимаем равной аш.тр. = 15 мм.

       Шипы траверсы работают на изгиб от нагрузок V/2 и Н/2, тогда изгибающий момент (Миз, Н*мм) составит /4/:

 

 

       Диаметр шипа траверсы (dш.тр., мм) принимают по условию /4/:

 

 

где [ из] - 110 МПа - допускаемое напряжение на изгиб для стали марки Ст5.

 

 

       Полученный диаметр округляем до ближайшей большей величины из ряда: ...40, 45, 50, 56, 63, 71, 80, 90...

       Принимаем диаметр шипа траверсы dш.тр. = 56 мм.

       Шипы траверсы проверяем на смятие их поверхностей соприкосновения с элементами металлоконструкции, на которые они опираются, по условию /4/:

 

 

где  - толщина листа для установки траверсы ( = 20...25 мм);

[ см] - 140 МПа - допускаемое напряжение смятия для стали марки Ст5.

 

 

       Условие на смятие выполняется.

       Толщину стенки поперечного сечения траверсы (а, мм) принимаем равной а = (0, 4...0, 6) * dш.тр. = 0, 5 * 56 = 28 мм.

       Находим размеры опасного сечения верхней траверсы крана, для этого принимаем колонну на подшипниках качения.

       Для верхнего опорного узла (рис..3.2.1.) в зависимости от расчетной вертикальной силы, равной 1, 25*V, подбираем упорный подшипник средней серии по условию 1, 25*V  С0.

1, 25 * V = 1, 25 * 204, 6 = 255, 75 кН

       По табл.2. /4/ выбираем подшипник 8314 (ГОСТ 6874-75), так как удовлетворяет нашему условию.

Размеры подшипника: d = 70 мм; D = 125 мм; Н = 40 мм; h = 12 мм; статическая грузоподъемность С0 = 292 кН; динамическая грузоподъемность С = 133 кН.

       Величину внутреннего диаметра (dрад, мм) радиального самоустанавливающего подшипника определяют по соотношению /4/:

dрад = dуп + (15...20),                                         (3.2.9.)

где dуп - диаметр внутренний упорного подшипника, мм.

dрад = 70 + 15 = 85 мм

       Затем по условию 1, 25 * Н  С0 подбираем шариковый или роликовый двухрядный сферический подшипник для восприятия горизонтальной нагрузки.

1, 25 * Н = 1, 25 * 78, 4 = 98 кН

       По табл.4. /4/ выбираем роликоподшипник радиальный сферический двухрядный 3517 (ГОСТ 5721-75), так как он удовлетворяет нашему условию.

Размеры подшипника: d = 85 мм; D = 150 мм; В = 36 мм; статическая грузоподъемность С0 = 133 кН; динамическая грузоподъемность С = 108 кН.

       Размеры опасного поперечного сечения траверсы (рис. 3.2.3.) при этом составляют: диаметр отверстия в траверсе Dотв = Dрад, ширина опасного сечения bтр = Dотв + 2 * а, высота траверсы hтр = 1, 5 * Dрад.

Dотв = Dрад = 150 мм

bтр = Dотв + 2 * а = 150 + 2 * 28 = 206 мм

hтр = 1, 5 * Dрад = 1, 5 * 150 = 240 мм

 

Расчет траверсы на прочность.

       Траверсу крана рассчитывают на изгиб от сил V и Н в опасном сечении (рис. 3.2.3.).

       Изгибающие моменты (Миз, Н*мм) в опасном сечении, т.е. посередине траверсы, определяют по формулам:

момент в вертикальной плоскости /4/:

Миз.в. = (103 * V * (lтр + aш.тр.)) / 4                           (3.2.10.)

момент в горизонтальной плоскости /4/:

Миз.г. = (103 * Н * (lтр + aш.тр.)) / 4                           (3.2.11.)

Миз.в. = (103 * 204, 6 * (375 + 15)) / 4 = 19948, 5 кН*мм

Миз.г. = (103 * 78, 4 * (375 + 15)) / 4 = 7644 кН*мм

 

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться: