Наименование
показателя
|
Обозна-чение
|
Едини- ца
|
Результаты расчета при массе
поднимаемого груза, кг
|
8000
|
4000
|
1600
|
400
|
КПД
Натяжение каната у барабана при подъеме груза
Момент при подъеме груза
Время пуска при подъеме
Натяжение каната у барабана при опускании груза
Момент при опускании груза
Время пуска при опускании
|
h
Fб
Тс
tп
Fcоп
Tсоп
tоп
|
-
Н
Н*м
С
Н
Н*м
с
|
0,85
19818
183,94
1,14
19423
140
0,09
|
0,8
9909
97,902
0,34
9711
70
0,11
|
0,65
3963
45,52
0,27
3884,8
28
0,13
|
0,5
990
14,45
0,22
971
6,9
0,14
|
В
таблице избыточный момент при опускании груза – сумма среднего пускового момента
двигателя и момента статических сопротивлений механизма при опускании груза.
Средняя
высота подъема груза составляет 0,5…0,8 номинальной высоты Н=9м. Примем
Нср=0,8*Н=0,8*9=7,2 м.
Время
установившегося движения, с:
ty=Нср/vг=7,2/0,194=37,11
Сумма
времени пуска при подъеме и опускании груза за цикл работы механизма, с:
åtп=1,14+5*0,34+1*0,27+3*0,22+0,09+5*0,11+1*0,13+3*0,14=4,96
Общее
время включений двигателя за цикл с:
åt=2(1+5+1+3)*ty+åtп=2*10*37,11+4,96=747,16
Среднеквадратичный
момент Н*м
Тср== (252,942*4,96+(1832+5*972+452+3*142+1402+5*702+282+3*6,92)/747,16)=52,3
где: åtп – общее время пуска механизма в разные периоды работы с различной
нагрузкой, с;
åТ2сty – сумма произведений квадрата моментов статических сопротивлений движению
при данной нагрузке на время установившегося движения при этой нагрузке.
åt – общее время включения электродвигателя за
цикл, с.
Среднеквадратическая мощность двигателя, кВт;
Рср=Тсрп/9550=52,3*935/9550=5,12
кВт
где: Тср – среднеквадратичный момент преодолеваемый
электродвигателем.
Во избежание перегрева электродвигателя необходимо,
чтобы
развиваемая двигателем
среднеквадратичная мощность удовлетворяла условию Рср £ Рном 13 £ 5,12 – условие соблюдается
Момент
статического сопротивления на валу двигателя при торможении механизма, Н*м:
Тс=Fб*z*Dбг*hб*hт
/2uт
=19818*2*0,4*0,98*0,85/2*50,94=129,63
где: hт –
КПД привода от вала барабана до тормозного вала;
uт – общее передаточное число между тормозным валом и валом барабана.
Необходимый по
нормам Госгортехнадзора момент, развиваемый тормозом при kт=1,75*Тт=1,75*129,63=226,852 Н*м.
Из таблицы III.5.11
выбираем тормоз ТКТ – 300/200 с тормозным моментом 240 Н*м, диаметром
тормозного шкива Dт=300 мм. Регулировкой можно получить требуемый тормозной
момент Тт=240 Н*м.
У механизма
подъема груза фактическое время торможения при опускании, с:
tп=(d*I*n/9,55(Тт-Тс))+9,55*Q*v2/n((Тт-Тс)*h= =(1,1*0,35*935/9,55(226-129))+(9,55*8000*0,1942*0,85/935(226-129)=0,41
Для
среднего режима работы находим путь торможения механизма подъема груза, м:
S=vгф/1,7=0,194/1,7=0,11
Время
торможения в предположении что скорости подъема и опускания груза одинаковы, с:
tтmax=S/0,5vгф=0,11/0,5*0,194=1,17>tт=0,54
Замедление
при торможении, м/с2:
ат=vгф/tт=0,194/0,41=0,47
Расчет механизма передвижения крана.
Механизм передвижения
крана служит для перемещения крана по рельсам.
Найдем
рекомендуемый диаметр ходовых колес Dк=720 мм.
Коэффициент качения
ходовых колес по рельсам m=0,0006 м.
Коэффициент трения в подшипниках качения ходовых колес f=0,02.
Диаметр вала
цапфы ходового колеса, мм:
Dк=0,2*720=144. Примем также kр=2,5
Общее
сопротивление передвижению крана, Н:
Fпер=Fтр=kp(m+Q)g(fdk+2m)/Dk=2,5(22000+8000)*
9,81(0,020*0,14+2*0,0006)/0,720=4087,5
Статическая
мощность привода при h = 0,85, кВт:
Pc=Fпер*vпер/103*h=4087*1,6/1000*0,85=7,693
где: Fпер – сопротивление передвижению крана, кг;
vпер – скорость передвижения крана, м/с;
h - КПД механизма
Т.к
привод механизма передвижения крана раздельный, то выбираем двигатель приблизительно
в два раза по мощности меньше расчетной. Из таблицы III.3.5
выбираем крановый электродвигатель MTF – 111 – 6 имеющим ПВ=25% номинальную мощность
Рном=4,1 кВт и частоту вращения n=870 мин-1. Момент инерции ротора Ip=0,048
кг*м2.
Номинальный
момент на валу двигателя Н*м.
Тном=9550Р/n=9550*4,1/870=44,7
Частота
вращения вращения ходового колеса (мин-1):
nб=60vпер/p*Dк=60*1,6/3,14*0,720=42,16
где: vпер – скорость передвижения крана;
Dк –
расчетный диаметр колеса, м.
Требуемое
передаточное число привода:
U=n/nк=870/42,46=20,48
Поскольку в приводе
механизма перемещения крана должно быть установлено два одинаковых редуктора.
Выбираем редуктор типа ВК – 475 передаточное число up=19,68 и Pр=8,3 кВт.
Номинальный
момент передаваемый муфтой двигателя, Н*м
Тм=Тс=FперDк/2uрh=2043*0,720/2*19,68*0,85=43,98
Расчетный
момент для выбора соединительной муфты, Н*м:
Тм=Тмном*k1*k2=43,98*1,2*1,2=62,3
Выбираем
по таблице III.5.6 втулочно – пальцевую муфту c
крутящим моментом 63 Н*м с диаметром D=100 мм,
Момент
инерции муфты, кг*м2:
Iм=0,1*m*D2=0,1*2*0,1=0,002
Фактическая
скорость передвижения крана, м/с:
vперф=vпер*u/up=1,6*20,48/19,68=1,66 – отличается от стандартного ряда на допустимую
величину.
Примем
коэффициент сцепления ходовых колес с рельсами j=0,12
коэффициент запаса
сцепления kj=1,1.
Вычисляем
максимально допустимое ускорение крана при пуске в предположении, что ветровая
нагрузка Fp=0, м/с2
amax=[(zпр((j/kj)+(f*dk/Dk))/z)-(2m+f*dk)kp/Dk)*g=
=(2((0,12/1,1)+(0,02*0,144/0,720))/4-
-(2*0,0006+0,02*0,144)*2,0/0,720)*9,81=0,66
где: zпр- число приводных колес;
z –
общее число ходовых колес;
j - коэффициент сцепления ходовых колес с рельсами: при
работе на открытом воздухе j=0,12
f – коэффициент трения (приведенной к цапфе
вала) в подшипниках
опор вала ходового колеса
m -
коэффициент трения качения ходовых колес по рельсам м;
dk – диаметр цапфы вала ходового колеса, м:
kp – коэффициент, учитывающий дополнительное
сопротивления от трения реборд ходовых колес
Средний пусковой момент
двигателя, Н*м:
Тср.п=(ymax+ymin)*Tном/2=(2,25+1,1)*43,98/2=93,66
где: ymin-
минимальная кратность пускового момента электродвигателя:
ymin=1,1…1,4
Наименьшее
допускаемое время пуска по условию сцепления, с:
tдоп=v/amax=1,66/0,66=2,515
Момент статических сопротивлений при работе крана без
груза, Н*м:
Момент инерции
ротора двигателя Iр=0,048 кг*м2 и муфты быстроходного вала Iм=0,002
I=Ip+Iм=0,048+0,002=0,050 кг/м2
Фактическое время пуска механизма передвижения без
груза, с:
tп=(d*I*n/9,55(Тср.п-Тс))+9,55*Q*v2/n((Тср.пТс)*h=
=(12*0,05*870/9,55(93,66-52,6))+9,55*11000*1,662/870(93,66-
52,6)*0,85=7,95 с
Фактическое
ускорение крана без груза, м/с2
аф=Vпер/tп=1,66/7,95=0,208<amax=0,66 м/с2
Проверяем
суммарный запас сцепления. Для этого найдем:
А) суммарную
нагрузку на привод колеса без груза, Н:
Fпр=m*zпр*g/z=2*22000*2*9/4=107910
Б)
сопротивление передвижению крана без груза, Н: F’пер=kp*m*g(f*dk+2m)/Dk=2*22000*9,81*(0,02*0,144+2*0,0006)/0,720=
= 2445,96
Определим
фактический запас сцепления:
kj=Fпр*j/F’пер+mg((a/g)-zпр*f*dk/z*Dk)=
=107910*0,12/2445,96+22000*9,81((0,208/9,81)-2*0,02*0,144/4*0,72)=1,34>1,2
Определение
тормозных моментов и выбор тормоза. Максимальное допустимое замедление крана
при торможении, м/с2:
amaxт=((zпр((j/kj)-(f*dk/Dk))/z)+(2m+f*dk)/Dk)*g=((2((0,12/1,1)-(0,02*0,144/0,720))/4)+(2*0,0006+0,02*0,144)/0,720)*9,81=0,571
По таблице
принимаем амахт=0,15 м/с2
Время
торможения крана без груза, с:
tt=Vфпер/амахт=1,66/0,15=11,06
Сопротивление
при торможении крана без груза, Н:
Fтрт=mg(f*dk+2m)/Dk=22000*9,81(0,02*0,144+2*0,0006)/0,720=1222,98
Момент
статических сопротивлений на тормозном валу при торможении крана, Н*м:
Тст=Fттр*Dk*h/2*up=1222,98*0,720*0,85/2*19,68=19,01
Момент сил инерции при торможении крана без груза,
Н*м:
Тинт=(d*I*n/9,55*tт)+9,55*m*v2*h/n*tт=
=(1,2*0,05*870/9,55*11,06)+9,55*22000*1,662*0,85/870*
*11,06=51,63
где: tт- время торможения механизма, с:
Расчетный
тормозной момент на валу тормоза, Н,м:
Трт=Тинт
– Тст=51,63-11,06=40,57
Из таблицы III 5.13
выбираем тормоз типа ТКГ – 160 с диаметром тормозного шкива Dт=160 мм и наибольшим тормозным моментом Тт=100
Н*м, который следует отрегулировать до Тт=41 Н*м.
Минимальная
длина пути торможения, м:
S=V2/R=1,662/0,9=3,06
Фактическая длина пути торможения, м:
Sф=0,5*v*tт=0,5*1,66*11,06=9,17
Расчет механизма передвижения грузовой
тележки.
Найдем
рекомендуемый диаметр ходовых колес Dк=360 мм.
Коэффициент качения
ходовых колес по рельсам m=0,0006 м.
Коэффициент трения в подшипниках качения ходовых колес f=0,02.
Диаметр вала
цапфы ходового колеса, мм:
Dк=0,2*360=72 Примем также kр=2,5
Общее
сопротивление передвижению крана, Н:
Fпер=Fтр=kp(m+Q)g(fdk+2m)/Dk=2,5(3200+8000)*
9,81(0,02*0,072+2*0,0006)/0,36=2014,31
Статическая
мощность привода при h = 0,85, кВт:
Pc=Fпер*vпер/103*h=2014*0,63/1000*0,85=1,49
кВт.
где: Fпер
– общее сопротивление
передвижению тележки, Н;
vпер – скорость передвижения грузовой тележки,
м/с;
h - КПД механизма
Из
таблицы III.3.5 выбираем крановый электродвигатель MTF –
011-16 имеющим ПВ=25% номинальную мощность Р=1,7 кВт и частоту вращения n=835
мин-1. Момент инерции ротора Ip=0,02 кг*м2.
Номинальный
момент на валу двигателя Н*м:
Тном=9550Р/n=9550*1,7/835=19,44
Частота
вращения вращения ходового колеса (мин-1):
nб=60vпер/p*Dк=60*0,63/3,14*0,36=32,89
где: vпер – скорость передвижения тележки м/с;
Dк –
расчетный диаметр колеса, м.
Требуемое
передаточное число привода:
U=n/nк=835/32,89=25,38
Поскольку в приводе
механизма перемещения крана должно быть установлено два одинаковых редуктора.
Выбираем редуктор типа ВК – 475 передаточное число up=29,06 и Pр=8,1 кВт.
Номинальный
момент передаваемый муфтой двигателя, Н*м:
Тм=Тс=FперDк/2uрh=2014,31*0,36/2*29,06*0,85=14,67
Расчетный
момент для выбора соединительной муфты, Н*м:
Тм=Тмном*k1*k2=14,47*1,2*1,2=21,12
Выбираем
по таблице III.5.6 втулочно – пальцевую муфту c
крутящим моментом 31,5 Н*м с диаметром D=90 мм.
Момент инерции муфты, кг*м2:
Iм=0,1*m*D2=0,1*2*0,09=0,018
Фактическая
скорость передвижения тележки, м/с:
vперф=vпер*u/up=0,63*25,38/29,06=0,55 – отличается от стандартного ряда на допустимую
величину.
Примем
коэффициент сцепления ходовых колес с рельсами j=0,12
коэффициент запаса
сцепления kj=1,1.
Вычисляем
максимально допустимое ускорение грузовой тележки при пуске в предположении,
что ветровая нагрузка Fp=0, м/с2
amax=[(zпр((j/kj)+(f*dk/Dk))/z)-(2m+f*dk)kp/Dk)*g=
=(2((0,12/1,1)+(0,02*0,072/0,36))/4-
-(2*0,0006+0,02*0,072)*2,5/0,36)*9,81=0,46 м/с2
где: zпр- число приводных колес;
z –
общее число ходовых колес;
j - коэффициент сцепления ходовых колес с рельсами: при
работе на открытом воздухе j=0,12
f – коэффициент трения (приведенной к цапфе
вала) в подшипниках
опор вала ходового колеса
m -
коэффициент трения качения ходовых колес по рельсам м;
dk – диаметр цапфы вала ходового колеса, м:
kp – коэффициент, учитывающий дополнительное сопротивления
от трения реборд ходовых колес
Средний пусковой момент
двигателя, Н*м:
Тср.п=(1,5…1,6)*Tном=1,5*19,44=29,16
Наименьшее
допускаемое время пуска по условию сцепления, с:
tдоп=v/amax=0,55/0,464=1,185
Момент статических сопротивлений при работе тележки
без груза Н*м:
Тс=F’перDк/2uрh=575*0,36/2*29,0,6*0,85=4,150
Момент инерции
ротора двигателя Iр=0,02 кг*м2 и муфты быстроходного вала Iм=0,018
I=Ip+Iм=0,02+0,018=0,038 кг/м2
Фактическое время пуска механизма передвижения тележки
с грузом, с:
tп.г=(d*I*n/9,55(Тср.п-Тс))+9,55*(Q+mт)*v2/n((Тср.п-Тс)*h=
=(1,2*0,038*835/9,55(29,16-14,67))+9,55*
*(8000+3200)*0,552/835(29,16-14,67)*0,85=5,42
Фактическое
время пуска механизма передвижения тележки
без груза, с:
tп.г=(d*I*n/9,55(Тср.п-Тс))+9,55*mт*v2/n((Тср.п-Тс)*h=
=(1,2*0,038*835/9,55(29,16-4,150))+9,55*
*3200*0,552/835(29,16-4,150)*0,85=2,3
Фактическое
ускорение грузовой тележки без груза, м/с2
аф=Vпер/tп=0,55/2,3=0,23
Проверяем
суммарный запас сцепления. Для этого найдем:
А) суммарную
нагрузку на привод колеса без груза, Н:
Fпр=m*zпр*g/z=3200*2*9,81/4=15696
Б) суммарную
нагрузку на привод колеса с грузом, Н:
Fпр=m*zпр*g/z=(3200+8000)*2*9,81/4=54936
В)
сопротивление передвижению грузовой тележки без груза, Н:
F’пер=kp*m*g(f*dk+2m)/Dk=2,5*3200*9,81*(0,02*0,072+2*0,0006)/0,36=
= 575,5
C) сопротивление передвижению грузовой тележки
с грузом, Н:
F’пер=kp*m*g(f*dk+2m)/Dk=2,5*(3200+8000)*9,81*(0,02*0,072+2*0,0006)/
/0,36=2014
Определим
фактический запас сцепления:
kj=Fпр*j/F’пер+mg((a/g)-zпр*f*dk/z*Dk)=
=15696*0,15/575,5+3200*9,81((0,23/9,81)-2*0,02*0,072/4*0,36)=1,2
Определение
тормозных моментов и выбор тормоза. Максимальное допустимое замедление грузовой
тележки при торможении, м/с2:
amaxт=((zпр((j/kj)-(f*dk/Dk))/z)+(2m+f*dk)/Dk)*g=((2((0,15/1,2)-(0,02*0,072/0,36))/4)+(2*0,0006+0,02*0,072)/0,36)*9,81=0,66
м/с2
По таблице
принимаем амахт=0,15 м/с2
Время
торможения грузовой тележки без груза, с:
tt=Vфпер/амахт=0,55/0,15=3,66
с.
Сопротивление
при торможении грузовой тележки без груза, Н:
Fтрт=mg(f*dk+2m)/Dk=3200*9,81(0,02*0,072+2*0,0006)/0,36=230,208 H.
Момент
статических сопротивлений на тормозном валу при торможении грузовой тележки,
Н*м.
Тст=Fттр*Dk*h/2*up=230,208*0,36*0,85/2*29,6=1,189
Момент сил инерции при торможении грузовой тележки без
груза, Н*м:
Тинт=(d*I*n/9,55*tт)+9,55*m*v2*h/n*tт=
=(1,2*0,038*835/9,55*3,66)+9,55*3200*0,552*0,85/830*
*3,66=3,6
где: tт- время торможения механизма, с:
Расчетный
тормозной момент на валу тормоза, Н*м:
Трт=Тинт
– Тст=3,6 – 1,89 =1,77
Из таблицы III 5.13
выбираем тормоз типа ТКГ – 160 с диаметром тормозного шкива Dт=160 мм и наибольшим тормозным моментом Тт=100
Н*м, который следует отрегулировать до Тт=41 Н*м.
Минимальная
длина пути торможения, м:
S=V2/R=0,552/1,7=0,17
Фактическая длина пути торможения, м:
Sф=0,5*v*tт=0,5*0,55*3,66=1,0065 >1м
Выбор приборов безопасности
Ограничители
высоты подъема грузозахватного устройства.
В качестве
исполнительных устройств этих ограничителей применяют преимущественно рычажные
и шпиндельные конечные выключатели.
В мостовых и козловых
кранах с приводными грузовыми тележками, а так же в стреловых кранах с
подъемной стрелой при использовании рычажных выключателей к его рычагу крепят
штангу которая может перемещаться в направлении движения рычага выключателя и
удерживать рычаг в устойчивом положении при замкнутых контактах.
Движение штанги в
боковом направлении ограничено направляющей. При подходе к крайнему верхнему
положению обойма грузового крюка поднимает штангу, которая воздействует на
рычаг конечного выключателя, отключает привод механизма подъема груза.
Упоры и буфера.
Тупиковые упоры,
установленные на концах рельсового кранового пути, предназначены для
ограничения пути передвижения крана.
Стационарный упор для
рельсовых путей козловых кранов грузоподъемностью 8-15 т листовой стальной щит
усиленный средними и боковым ребром.
Щит и ребра приварены к
основанию. Снизу в щите имеется вырез, обеспечивающий установку упора под
рельсами. К щиту болтами прикреплен амортизатор. Основание упора крепится на
деревянных шпалах рельсового пути костылем, а ребро направлено к рельсу.
Буфера предназначены
смягчения возможного удара грузоподъемной машины об упоры. Они могут быть
выполнены эластичными, пружинными, пружинно – фрикционными и гидравлическими. В
зависимости от установки буфера они могут быть подвижными, неподвижными, и
комбинированными. На грузовых тележках кранов подвижные буфера закреплены на
боковых сторонах рамы. Эти буфера перемещаются при работе крана вместе с
крановым мостом и грузовой тележкой.
ЛИТЕРАТУРА
1. Справочник по
расчетам механизмов подъемно – транспортных машин. А.В. Кузьмин, Ф.Л. Марон.
Высшая школа, 1983 г.
2. Справочник по кранам.
Александров М.П., Гохберг М.М., том 1,2. -Л: Машиностроение,1988.
3. Подъёмно-транспортные
машины. Атлас конструкций., под ред. Александрова М.П. и Решетникова
Д.Н.-М.:1987.