Кран мостовой. Назначение крана, краткое описание его устройства и работы. Основные параметры крана. Выбор прототипа. Расчет механизма подъема груза. Расчет механизма передвижения крана

режиму работы крана, в наше случае режим работы 3М (Z_p=4.5 [ 3 ]).

 Н.

По справочнику [ 2 ] выбираем канат. Принимаем канат двойной свивки  типа: ЛК–О, 6х19 проволок с одним органическим сердечником по ГОСТ 3077 - 80. Диаметр каната (d_К) равен 13 мм, разрывное усилие F_ст = 81,1 кН.

       Условное обозначение принятого каната:

Канат-13-Г-II-Л-Н-1568ГОСТ 3077-80, где Г – канат грузового назначения;

I – марка проволок каната;

Л – левая свивка;

Н – нераскручивающийся канат;

1568 – маркировочная группа, МПА.

3.4 Определение размеров барабана

Исходя из рисунка (3.2) число ветвей каната навиваемых на барабан равно 2, то есть сдвоенный полиспаст.

Компоновка барабана приведена на рисунке (3.3).

Определим диаметр барабана навиваемого каната по наружной поверхности барабана (D_б), мм:

                                                 D_б = d_k×( h₁ – 1 ).                                          (3.4)

где h₁ – коэффициент выбора диаметра барабана, его выбирают по режиму работы (h₁=18 по ГОСТ 25835 [ 3 ]).

D_б = 13×(18 – 1) = 221 мм.

Полученное значение D_б округляют в большую сторону до стандартного значения из нормального ряда диаметров. Примем D_б равное 400 мм.

Диаметр конструктивно увеличен намного больше. Это сделано для того, чтобы не нарушить условие (3.15).

Рисунок 3.3 – Компоновка барабана

 

Диаметр по средней линии навиваемого каната (D), мм:

D = D_б + d_К.                                                 (3.5)

D = 400 + 13 = 413 мм.

Определим диаметр по средней линии верхнего слоя каната (D_m), мм:

D_m = D + 2d_К(m – 1),                                       (3.6)

где Z – число слоев навивки каната на барабан (примем Z = 1).

D_m = 413 + 2×13 (1 – 1) = 413 мм.

Вычислим диаметр реборды (D_рб), мм:

                                                 D_рб = D_m + 5d_К.                                            (3.7)

D_рб = 413 + 5×13 = 478 мм.

Толщину реборды () принимают конструктивно (L_рб = 8…12 мм), для барабанов с многослойной навивкой должно быть:

= 2L_рб.                                                  (3.8)

= 2× 10 = 20 мм.

Вычислим число рабочих витков каната на барабане (Z_p):

,                                                (3.9)

где Н – высота подъема груза, в нашем случае, она равна (Н=16 м).

Определим участок барабана, необходимого для закрепления каната (L_К), мм:

L_К = (3…4)×t,                                         (3.10)

где t – шаг навивки каната на барабан, для желобчатых барабанов, он равен:

t = d_к+ (2…3).                                         (3.11)

В формулу (3.11) значения надо подставлять в мм.

t = 13 + 3 = 16 мм.

По формуле (3.10) определим участок барабана необходимого для закрепления каната на барабане (L_К), мм:                                        

L_К = 4×16 = 64 мм.

Длина рабочей части барабана при однослойной навивке (L_р), мм:

.                                       (3.12)

где Z₃ – число запасных витков (Z₃ = 1,5…2 [ 3 ]).

 мм.

Вычислим полную длину двухканатного барабана (L_б), мм:

L_б = 2×(L_р + L_к) + L_н,                                  (3.13)

где L_н – длина ненарезанной части барабана, ее можно принять (L_н=150…200 мм [ 3 ]).

L_б = 2×(624 + 64) + 150 = 1526 мм.

Толщина стенки барабана (d₂) определяется по эмпирической зависимости (для стальных барабанов), мм:

d₂ = 0,01×D + 3 мм.                                      (3.14)

В формулу (3.13) следует подставлять значение в мм.

d₂ = 0,01·413 + 3 = 7 мм.

Принятый барабан проверяется на соотношение длины L_б и диаметра  D_б барабана. Рассчитанные параметры барабана  принимаются  окончательно,  если выполняется условие:

Lб  D_б 4,5.                                          (3.15)

1526 1800.

Условие (3.15) ненарушено.

Короткие барабаны, то есть барабаны с у которых выполняется условие (3.15) на прочность проверяют только по напряжениям сжатия.

                                            (3.16)

Условие (3.15) нарушено. Значить расчет надо вести для длинного барабана, длинные барабаны проверяют на напряжение с учетом деформации сжатия, изгиба и кручения.

При определении напряжений от изгиба принимаем барабан, как балку на двух опорах и нагруженную силой F_к ( на рисунке (3.4) показана схема нагружения барабана и эпюра моментов).

F_к – наибольшее натяжение каната рассчитанное в пункте (3.3), она равна (F_к=16683,67 Н16684 Н).

Алгоритм расчета балки (барабана):

1. Для начала необходимо определить не известные реакции, для этого находим сумму моментов относительно точек а и б:

Сумма моментов относительно точки а:

Рисунок 3.4 – Схема нагружения барабана

 R_a×1,526 - F_k×0,688 - F_k×0,838 = 0,

Н.

Сумма моментов относительно точки б:

 R_б×1,526 - F_k×0,688 - F_k×0,838 = 0,

Н.

Выполним проверку, найдем сумму всех сил относительно вертикальной плоскости:

 R_a+ R_б – F_k – F_k = 0,

16684+16684 – 16684 – 16684 = 0.

Как видно проверка сошлась. Силы друг друга уравновешивают. Значит расчет реакций выполнен верно.

Вычисляем наибольший момент (M_max) действующий на балку. Расчет по первому участку, см. рисунок (3.4):

M_I= R_a×0,688,

M_I= 16684×0,688=11478,6 Н×м.

Расчет по второму участку:

M_II= R_б×0,688,

 M_II= 16684×0,688=11478,6 Н×м.

Моменты найдены для двух участков, для третьего участка можно не искать, как видно из рисунка (3.4) можно соединить вершины найденных моментов. Это можно сделать потому, что силы (моменты) должны уравновешивать друг друга.

Вычислим напряжение сжатия () при однослойной навивке, МПа:

                                          (3.17)

где - допускаемое напряжение, его выбирают по марки материала из которого будет изготовлен барабан и по режиму работы ( при марки материала: Сталь20 (сталь выбрана конструктивно) и режиме работы 3М получим: =180 МПа [ 3 ]).

Определим момент сопротивления поперечного сечения барабана (W),мм³:

                                        (3.18)

 мм³.

Вычислим напряжение от изгиба (), МПа:

                                            (3.19)

где М_max – наибольший момент действующий на барабан, МПа (М_max=11478600 Н×мм).

МПа.

Определим крутящий момент на барабане (Т), для двухканатного барабана, Н×м:

Т=F_к×D.                                                   (3.20)

Т=16684×0,413=6890,5 Н×м =6890500 Н×мм.

Определим полярный момент сопротивления барабана (W_p), мм³:

                                           (3.21)

мм³.

Касательное напряжение при кручении барабана  МПа:

                                             (3.22)

 МПа.

Определяем приведенные напряжения  МПа:

                                                                                (3.23)

МПа.

Осталось сравнить приведенное напряжение  с допускаемым напряжением ([]):

                                             (3.24)

Как видно условие (3.24) не нарушено.

3.5 Определение потребной мощности. Выбор двигателя

Статическая мощность двигателя (P_ст), Вт:

                                              (3.25)

где КПД привода (предварительно можно принять равным 0,9 [ 3 ]).

Вт.

По справочнику [ 1 ], по потребной мощности (Р_сm) с учетом режима работы  3М  выбираем  крановый  электродвигатель с фазным ротором, имеющем характеристику, при ПВ = 40%:

·  P_дв  =  15 кВт – номинальная   мощность;     

·  n_дв = 705 об/мин  –  частота   вращения; 

·  I_p = 0,537 кг×м² – момент  инерции  ротора;

·  Т_дв.max = 657 Н×м – максимальный момент двигателя;  

·  d=65 мм – диаметр выходного вала;

·  MTH 411-8 – марка двигателя.

Эскизная компоновка двигателя показана на рисунке (3.5).

 

Номинальный момент двигателя Т_н , Н×м:

                                             (3.26)

 Н×м.

3.6 Кинематический расчет механизма

Частота вращения барабана n_б, об/с:

                                             (3.27)

об/с = 17,4 об/мин.

Рисунок 3.5 – Эскизная компоновка двигателя

Общее передаточное отношение (u ):

                                               (3.28)

С учетом требуемого передаточного числа ( u_рu ), частоты вращения вала (n_дв) и мощности редуктора ( P_р ) равная мощности двигателя