Расчет поворотного крана на неподвижной колонне

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

3.2. 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. 3.2.1.

Нижняя опора 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

Схема опасного поперечного сечения траверсы.

Рис. 3.2.3.

Пренебрегая в запас надежности расчета площадью средней частью (bтр -

2 * а) поперечного сечения, получаем для него значения моментов

сопротивления (W, мм):

относительно горизонтальной центральной оси Х-Х /4/:

Wх = (а * hтр2) / 3 (3.2.12.)

относительно вертикальной центральной оси Y-Y /4/:

Wy = [a* (4 * а2 - 6 * a - bтр + 3 * bтр2) * hтр] / (3 * bтр)

(3.2.13.)

Wх = (28 * 2402) / 3 = 537600 мм3

Wy = [28* (4 * 282 - 6 * 28 - 206 + 3 * 2062) * 240] / (3 * 206) = 1042100

мм3

Максимальное напряжение от изгиба в опасном сечении траверсы не

должно превышать допускаемого, т.е. должно выполняться условие /4/:

?из = Миз.в. / Wх + Миз.г. / Wу ? [?из] (3.2.14.)

?из = 19948500 / 537600 + 7644000 / 1042100 = 44 МПа ? [?из] = 110 МПа

Нижний опорный узел полноповоротного крана.

Нижняя опора крана (рис. 3.2.2.) состоит из группы роликов,

укрепленных на поворотной части крана и имеющих цилиндрическую или

бочкообразную форму. Для регулирования зазоров ролики ставят на

эксцентричные поворотные втулки.

Колонна в месте обкатки роликов имеет приваренное и обточенное

кольцо, диаметр которого несколько больше, чем расчетный диаметр колонны

(D), принимаем D0 = D + (20...25) = 207 + 23 = 230 мм.

Определяем конструктивные размеры.

Диаметр ролика определяется по соотношению /4/:

dр = (0,4...0,5) * D0 (3.2.15.)

dр =0,5 * 230 = 115 мм

Диаметр оси ролика определяется по соотношению /4/:

d0 = (0,25...0,35) * dр (3.2.16.)

d0 =0,32 * 115 = 37 мм

Длина оси ролика l0 ? dр =115 мм.

Угол между работающими в паре роликами ?1 = 50...600, принимаем ?1 =

600.

Радиус рабочей контактной поверхности роликов /4/:

r = (2,0...2,5) * dр (3.2.17.)

r = 2 * 115 = 230 мм

Ширина рабочей части ролика определяется по формуле /4/:

bp = 1,5 * d0 (3.2.18.)

bp = 1,5 * 37 = 55,5 мм

Ось ролика изготовляется из стали марки 45.

Диаметр оси можно определить из расчета на изгиб.

На рис. 3.2.2. видно, что cos (?1/2) = Н / (2 * N), откуда сила,

передаваемая каждым из роликов на колонну определяется по формуле /4/:

N = (103 * Н) / (2 * cos (?1/2)) (3.2.19.)

N = (103 * 78,4) / (2 * cos (60/2)) = 45264 Н

Ось ролика рассматривают как балку на двух опорах, нагруженную

равномерно распределенной по длине N.

Принимают l1 = l0 - 12 мм = 115 - 12 = 103 мм (при толщине листа ?1 =

12 мм), тогда изгибающий ось ролика момент будет определяться по формуле

/4/:

Миз = (N / 2) / (l0 / 2 - l1 / 2) (3.2.20.)

Миз = (45264 / 2) / (115 / 2 - 103 / 2) = 718566 Н*мм

Диаметр оси ролика определяется по формуле /4/:

где [?из] = 140 МПа - допускаемое напряжение для стали марки 45.

Проверяем ось ролика на удельное давление по условию /4/:

q = N / (d0 * l1) ? [q], (3.2.22.)

где [q] = 12 МПа - допускаемое удельное давление с учетом малых скоростей

скольжения.

q = 45264 / (37 * 103) = 11,9 МПа ? [q] = 12 МПа

Условие выполняется.

Для приближенных расчетов рабочей поверхности роликов можно применить

расчет по среднему условному давлению между роликом и колонной /4/:

р = N / (dр * bр) ? [р], (3.2.23.)

где [р] = 13 МПа - допустимое давление при твердости контактных

поверхностей не менее НВ 200.

р = 45264 / (115 * 55,5) = 7 МПа ? [р] = 13 МПа

Прочность рабочих поверхностей ролика и обода колонны проверяют на

эффективные напряжения смятия (?эф , МПа), которые при точечном контакте и

расчете по методу профессора В.С. Ковальского должны отвечать условию /4/:

где К? - коэффициент зависящий от вылета стрелы, определяется по формуле

/4/:

где - отношение вылетов стрелы, причем в числителе - меньший, а в

знаменателе - больший из радиусов 0,5 * D0 = 0,5 * 230 = 0,115 м и r = 0,23

м.

Кf - коэффициент, учитывающий влияние силы трения (для режима работы -

легкий Кf = 1,0);

Е - приведенный модуль упругости для стали (Е = 0,211 МПа);

F = 1,1 * N = 1,1 * 45264 = 49790 Н - приведенная расчетная нагрузка;

[?эф] - допускаемые эффективные напряжения, для стали марки 45 [?эф] =

690 МПа.

Определяем эффективные напряжения смятия по формуле 3.2.24.:

Условие на эффективные напряжения выполняется.

3.3. Расчет моментов сопротивления вращению

в опорно-поворотных узлах крана.

3.3.1. Моменты сопротивления от сил трения.

При установке опор колонны на подшипники качения (рис. 3.2.1.) момент

от сил трения в радиальном подшипнике (от силы Н) составляет /4/:

Мтр.рад. = Fтр.рад. * r1 = f' * H * (dрад / 2) , (3.3.1.1.)

где f' = 0,02...0,03 - приведенный к цапфе коэффициент трения в подшипнике

качения;

dрад - внутренний диаметр радиального подшипника, мм.

Мтр.рад. = 0,02 * 78,4 * (85 / 2) = 66,6 Н*м

Момент от силы трения в упорном подшипнике (от силы V) определяется

по формуле /4/:

Мтр.уп. = Fтр.уп. * r2 = f' * V * (dуп / 2) , (3.3.1.2.)

где dуп - внутренний диаметр упорного подшипника, мм.

Мтр.уп. = 0,02 * 204,6 * (70 / 2) = 143,2 Н*м

Момент от сил трения в комбинированной опоре (радиальный и упорный

подшипники) определяется по формуле /4/:

Мтр.к = Мтр.рад. + Мтр.уп. (3.3.1.3.)

Мтр.к = 66,6 + 143,2 = 209,8 Н*м

Момент от сил трения в нижней (роликовой) опоре определяется по

формуле /4/:

где fк - коэффициент трения качения ролика по колонне (fк = 1 мм);

f - коэффициент трения оси ролика (f = 0,08...0,10).

Общий момент сопротивления вращению от сил трения равен сумме

моментов от сил трения в верхней нижней опорах крана /4/:

Мтр = Мтр.в.оп. + Мтр.н.оп. (3.3.1.5.)

Мтр = 209,8 + 774 = 983,8 Н*м

3.3.2. Момент сопротивления от ветровой нагрузки.

Максимальный момент от сил ветра определяется по формуле /4/:

Мв.max = рв * (Агр * L + Астр * ?стр * lв.стр.) - рв * Акр * ?кр * lв.кр. ,

(3.3.2.1.)

где рв - динамическое давление ветра; при скорости ветра 15 м/с его

принимают равным 160 Па;

Агр - наветренная площадь груза (по табл. 5. /4/ Агр = 9 м2);

Акр - наветренная площадь со стороны противовеса, м2;

Астр - наветренная площадь со стороны груза, м2;

?стр - коэффициент сплошности стрелы (?стр = 0,6);

?кр - коэффициент сплошности, учитывающий пустоты фермы;

lв.стр. - расстояние от центра давления ветра на стрелу до оси вращения

крана, м, принимают lв.стр. = 0,6 * L;

lв.кр. - расстояние от центра давления ветра на кран со стороны

противовеса до оси вращения крана, м.

При монтаже противовеса из железобетонных плит с основанием 2500Ч800

мм и удельном весе железобетона 23,55 кН/м3 для поворотного крана с

противовесом составляющую Акр * ?кр * lв.кр. можно определить по

эмпирической формуле /4/:

Акр * ?кр * lв.кр. = 0,045 * Gпр * lпр (3.3.2.2.)

Наветренную площадь стрелы (Астр , м) с учетом имеющихся в стреле

двух плоскостей ферм, расположенных друг от друга на расстоянии, равном

высоте фермы стрелы h, можно рассчитать по формуле /4/:

Астр = 1,5 * Lстр * h , (3.3.2.3.)

где Lстр - длина стрелы крана, м;

h - высота фермы, м; принимаем h = (0,05...0,10) * Lстр .

Длина стрелы крана определяется по формуле /4/:

Lстр = (L - 0,6) / cos? , (3.3.2.4.)

где ? - угол наклона стрелы.

Lстр = (2,5 - 0,6) / 1 = 1,9 м

Высоту фермы принимаем h = 0,05 * Lстр = 0,05 * 1,9 = 0,095 м.

Упрощая формулу 3.3.2.1. получаем /4/:

Мв.max = рв * (Агр * L + 1,5 * Lстр * h * ?стр * 0,6 * L) - рв * 0,045 *

Gпр * lпр

Мв.max = 160 * (9 * 2,5 + 1,5*1,9*0,095*0,6*0,6*2,5) - 160 * 0,045 * 72 * 1

= = 3120,6 Н*м

Среднеквадратический момент сопротивления от ветровой нагрузки

следует принимать по формуле /4/:

Мв.ск ? 0,7 * Мв.max (3.3.2.5.)

Мв.ск = 0,7 * 3120,6 = 2184,4 Н*м

3.4. Выбор электродвигателя.

3.4.1. Расчет необходимой мощности двигателя.

Статическая мощность двигателя определяется по формуле /4/:

Nдв = [(Мст + ? * ?кр.пов * Е) * wкр] / (1000 * ? * ?м),

(3.4.1.1.)

где Мст - статический момент сопротивления повороту при разгоне, Н*м;

Мст = Мтр + Мв.max (3.4.1.2.)

? - коэффициент, учитывающий инерцию быстро вращающихся частей механизма

(? = 1,2...1,4);

?кр.пов - момент инерции медленно поворачивающихся масс крана, кг*м2;

определяется по формуле /4/:

?кр.пов = [103*(g*Q*L2 + Gкр * lкр2 + Gстр * lстр2 + Gпр * lпр2)] / g ,

(3.4.1.3.)

где Gкр - вес металлоконструкции, кН;

lкр - плечо центра тяжести металлоконструкции крана относительно оси

поворота.

Е - ускорение при разгоне, с -2; определяется по формуле /4/:

Е = nкр / (9,55 * tразг) , (3.4.1.4.)

где nкр - частота вращения поворота крана (nкр = 2 об/мин);

tразг - время разгона (пуска) механизма, с; для механизма поворота

определяется по формуле /4/:

tразг = (60 * [?]) / (? * nкр) , (3.4.1.5.)

где [?] - рекомендуемый нормами Госгортехнадзора угол поворота стрелы крана

с неизменяемым вылетом во время разгона, рад; для режима работы - легкий

[?] = ? / 12.

wкр - угловая скорость вращения крана, с -1; определяется по формуле

/4/:

wкр = (? * nкр) / 30 (3.4.1.6.)

? - среднепусковая кратность перегрузки двигателей с фазовым ротором

типа MTF и MTH (? = 1,5...1,6);

?м - КПД привода поворота; ?м ? 0,7 при наличии в механизме редуктора и

пары цилиндрических зубчатых колес.

Определяем статический момент сопротивления повороту при разгоне по

формуле 3.4.1.2.:

Мст = 983,8 + 3120,6 = 4104,4 Н*м

Вес металлоконструкции определяется по формуле /4/:

Gкр = Gстр + Gпод + Gпов + Gпл (3.4.1.7.)

Gкр = 2,5 + 15,68 + 7,84 + 28,2 = 54,2 кН

Плечо центра тяжести металлоконструкции крана относительно сои

поворота определяется по формуле /4/:

lкр = 0,3 * L (3.4.1.8.)

lкр = 0,3 * 2,5 = 0,75 м

Определяем момент инерции медленно поворачивающихся масс крана по

формуле 3.4.1.3.:

?кр.пов = [103 * (9,8 * 8 * 2,52 + 54,2 * 0,752 + 2,5 * 1,52 + 72 * 12)] /

9,8 = 61032 кг*м2

Определяем время разгона (пуска) механизма по формуле 3.4.1.5.:

tразг = (60 * ? / 12) / (? * 2) = (60 * 3,14 / 12) / (3,14 * 2) = 2,5 с

Определяем ускорение при разгоне по формуле 3.4.1.4.:

Е = 2 / (9,55 * 2,5) = 0,08 с -2

Определяем угловую скорость вращения крана по формуле 3.4.1.6.:

wкр = (3,14 * 2) / 30 = 0,2 с -1

Определяем мощность двигателя по формуле 3.4.1.1.:

Nдв = [(4104,4 + 1,4 * 61032 * 0,08) * 0,02] / (1000 * 1,6 * 0,7) = 1,95

кВт

Двигатель выбираем по табл. 6П. /2/ по условию Nдв ? Nдв.каталога .

Выбираем двигатель MTF 011-6: N = 2 кВт; n= 800 об/мин; маховый

момент ротора GDр2 = 0,085 кг*м2.

3.4.2. Проверка работы двигателя в период пуска.

Время разгона для механизма поворота определяется по формуле /5/:

где uм - общее передаточное число привода механизма поворота;

Мдв.пус.ср. - средний пусковой момент электродвигателя, Н*м;

SG1D12 - сумма маховых моментов масс ротора электродвигателя и тормозной

муфты, кг*м2.

Передаточное число механизма поворота определяется по формуле /4/:

uм = n1 / nкр , (3.4.2.2.)

где n1 - частота вращения электродвигателя, об/мин.

uм = 800 / 2 = 400 об/мин

Средний пусковой момент электродвигателя определяется по формуле /5/:

Мдв.пус.ср. = (1,5...1,6) * Мном = (1,5...1,6) * 9560 * Nдв / n1

(3.4.2.3.)

Мдв.пус.ср. = 1,55 * 9560 * 2 / 800 = 37 Н*м

Так как тормоз для механизма еще не выбран, можно принимать GDмуф2 =

(0,2...0,4) * GDр2 .

GDмуф2 = 0,3 * 0,085 = 0,0255 кг*м2

Определяем время разгона для механизма поворота по формуле 3.4.2.1.:

Проверка удовлетворяет условиям пуска.

Касательное ускорение головки стрелы крана и груза в период разгона

должно отвечать условию /4/:

а = vстр / tразг = (2 * ? * L * nкр) / (60 * tразг) ? [a] = (0,3...0,7)

м/с2 , (3.4.2.4.)

где [а] - допускаемое значение касательного ускорения головки стрелы крана

и груза в период разгона.

а = (2 * 3,14 * 2,5 * 2) / (60 * 8) = 0,1 м/с2 ? [a] = (0,3...0,7) м/с2

Условие выполняется.

3.5. Составление кинематической схемы.

3.5.1. Определение общего передаточного числа механизма.

Общее передаточное число привода механизма поворота (рис.3.1.2.)

определяется по формуле /4/:

uм = n1 / nкр , (3.5.1.1.)

где n1 - частота вращения электродвигателя, об/мин.

nкр - частота вращения крана, об/мин.

uм = 800 / 2 = 400 об/мин

Передаточное число разбиваем на две ступени:

1-я ступень - червячный редуктор с горизонтальным червячным колесом и

встроенной муфтой предельного момента;

2-я ступень - открытая зубчатая передача.

Принимаем передаточное число редуктора uред = 40; две зубчатые

открытые передачи, у которых uо.п.1 = 2; uо.п.2 = 5.

uм = uред * uо.п. (3.5.1.2.)

uм = 40 * 2 * 5 = 400 об/мин

3.5.2. Расчет эквивалентных моментов на валах.

Угол поворота крана за время пуска механизма определяется по формуле

/4/:

?0пуск = (360 * nкр * tпуск) / 120 , (3.5.2.1.)

где nкр - частота вращения крана, об/мин;

tпуск - время пуска, с.

?0пуск = (360 * 2 * 8) / 120 = 480

Время торможения крана определяется по формуле /4/:

tторм = (2 * [?]) / wкр = (60 * [?]) / (? * nкр) , (3.5.2.2.)

где [?] - допускаемый угол торможения для кранов; для режима работы -

легкий [?] = 150 = ? / 12 (/10/).

tторм = (60 * 3,14 / 12) / (3,14 * 2) = 2,5 с

Угол поворота крана при установившемся движении определяется по

формуле /4/:

?0уст = 1800 - (?0пуск + ?0торм), (3.5.2.3.)

где 1800 - угол поворота крана за время одного цикла.

?0уст = 1800 - (48 + 15) = 1170

Время поворота крана при установившемся движении определяется по

формуле /4/:

tуст = (60 * ?0уст) / (360 * nкр) (3.5.2.4.)

tуст = (60 * 117) / (360 * 2) = 9,75 с

Полное время поворота на 1800 (цикла) определяется по формуле /4/:

Тц = tразг + tуст + tторм (3.5.2.5.)

Тц = 8 + 9,75 + 2,5 = 20,25 с

Доли времени работы передач механизма по периодам от времени цикла

определяются по формулам /4/:

?1 = tпуск / Тц ; ?2 = tуст / Тц ; ?3 = tторм / Тц ;

(3.5.2.6.)

?1 = 8 / 20,25 = 0,395

?2 = 9,75 / 20,25 = 0,481

?3 = 2,5 / 20,25 = 0,123

Момент, действующий на зубчатое колесо, неподвижно закрепленное на

колонне, в период пуска определяется по формуле /4/:

Мк.пуск = Мдв.пуск.ср. * uм * ?м (3.5.2.7.)

Мк.пуск = 37 * 400 * 0,7 = 10360 Н*м

Момент, действующий на колесо в период установившегося движения

определяется по формуле /4/:

Мк.уст = Мст = Мтр + Мв.ск (3.5.2.8.)

Мк.уст = 983,8 + 2184,4 = 3168,2 Н*м

Момент, действующий на колесо в период торможения определяется по

формуле /4/:

Мк.торм = М'ин + Мв.max - Мтр , (3.5.2.9.)

где М'ин - момент сил инерции на оси поворота крана при торможении.

Момент сил инерции на оси поворота крана при торможении определяется

по формуле /4/:

где ?1 - коэффициент, учитывающий инерцию медленно вращающихся частей

механизма поворота (?1 = 1,1...1,2);

?1 = ?рот + ?муф - момент инерции ротора двигателя и муфты, кг*м2; до

подбора муфты можно принимать ?1 = (1,4...2,0) * ?рот .

Момент инерции ротора берем из справочника /16/.

?рот = 0,021 кг*м2

Момент инерции ротора двигателя и муфты будет равен:

?1 = 1,7 * 0,021 = 0,0357 кг*м2

Определяем момент сил инерции на оси поворота крана при торможении по

формуле 3.5.2.10.:

Определяем момент Мк.торм по формуле 3.5.2.9.:

Мк.торм = 5481 + 3120,6 - 983,8 = 7617,8 Н*м

Эквивалентный момент на зубчатом колесе с допустимой погрешностью

определяется по формуле /4/:

Мк.экв = ?1 * М3к.пуск + ?2 * М3к.уст + ?3 * М3к.торм

(3.5.2.11.)

Мк.экв = 0,395*103603 + 0,481*(3168,2)3 + 0,123*(7617,8)3 = 7983,7

Н*м

Эквивалентный момент на шестерне последней открытой передачи

определяется по формуле /4/:

Мш.экв = Мк.экв / (uо.п. * ?о.п.), (3.5.2.12.)

где ?о.п. - КПД открытой зубчатой передачи (?о.п. = 0,95).

Мш.экв = 7983,7 / (10 * 0,95) = 840,4 Н*м

Эквивалентный момент на червяке определяется по формуле /4/:

Мч.экв = Мк.экв / (uм * ?м) (3.5.2.13.)

Мч.экв = 7983,7 / (400 * 0,7) = 28,5 Н*м

3.5.3. Выбор червячного редуктора.

В механизме поворота крана за расчетную рабочую нагрузку принимают

эквивалентный момент на червяке (Мч.экв , Н*м).

Расчетная мощность на быстроходном валу редуктора определяется по

формуле /4/:

Nрасч = Мч.экв * n1 / 9550 (3.5.3.1.)

Nрасч = 28,5 * 800 / 9550 = 2,4 кВт

Выбор необходимого типоразмера редуктора проводят по условию /4/:

К * Nрасч ? Nред. табл * (n1 / nвл), (3.5.3.2.)

где nвл - частота вращения червяка, об/мин;

n1 - частота вращения ротора электродвигателя, об/мин;

К - коэффициент, принимаемый в зависимости от режима работы; при режиме

работы - легкий К = 0,40 /4/.

По табл. 6. /4/ выбираем Чог-125.

Техническая характеристика: nвл = 1000 об/мин; Nред = 2,8 кВт; ?ред =

0,74.

Габаритные и присоединительные размеры редуктора Чог-125 показаны в

табл. 7. /4/.

Проверяем по условию 3.5.3.2.:

0,4 * 2,4 ? 2,8 * (800 / 1000)

0,96 ? 2,24

Этот редуктор нас удовлетворяет.

3.5.4. Расчет открытой зубчатой передачи.

Расчет открытой зубчатой передачи производится по той же методике,

что и при механизме подъема груза.

uо.п. = 10 - передаточное число открытой зубчатой передачи.

1) Назначаем материал: для шестерни выбираем сталь марки 35ХГСЛ

(улучшение, HB1 = 220), для колеса - сталь марки 35ГЛ (улучшение, HB1 =

190).

2) Определяем модуль зацепления из условия прочности зубьев на изгиб

по формуле 2.3.1. (Z1 = 20 - число зубьев шестерни).

Для этого определим сначала допускаемое напряжение на изгиб по

формуле 2.3.3.

Средняя твердость НВ = (190+220) / 2 = 205.

Предел выносливости зубьев при изгибе для выбранной марки стали ?Flim

b = 1,8 * НВ = 1,8 * 205 = 369 Мпа.

Допускаемое напряжение на изгиб будет равно:

[?F] = (369 * 1 * 1) / 2 = 199,5 МПа

Определяем модуль зацепления:

По СТ СЭВ310-76 полученное значение модуля зацепления округляем до

ближайшего стандартного значения по табл. 8. /4/; m = 7 мм.

3) Расчет геометрических размеров шестерни и колеса.

Делительные диаметры определяются по формулам 2.3.4.:

d1 = m * z1 = 7 * 20 = 140 мм

d2 = m * z2 = m * z1 * uо.п. = 7 * 20 * 10 = 1400 мм

Диаметры вершин зубьев определяются по формулам 2.3.5.:

dа1 = d1 + 2 * m = 140 + 2 * 7 = 157 мм

dа2 = d2 + 2 * m = 1400 + 2 * 7 = 1414 мм

Диаметры впадин зубьев определяются по формулам 2.3.6.:

df1 = d1 - 2,5 * m = 140 - 2,5 * 7 = 122,5 мм

df2 = d2 - 2,5 * m = 1400 - 2,5 * 7 = 1382,5 мм

Ширина венца колеса и шестерни определяются по формулам 2.3.7.:

b2 = ?bd * d1 = 0,5 * 140 = 70 мм

b1 = b2 + (2...5) = 70 + 4 = 74 мм

Межосевое расстояние определяется по формуле 2.3.8.:

аw = 0,5 * (d1 + d2) = 0,5 * (140 + 1400) = 770 мм

4) Определяем окружную скорость по формуле 2.3.9.:

v = (? * d1 * nш) / (60 * 1000) = (3,14 * 140 * 800) / (60 * 1000) = 5,9

м/с

Назначаем 8-ю степень точности изготовления.

5) Проверочный расчет на изгибочную прочность у основания зубьев

шестерни выполняем по условию 2.3.10., где КFV = 1,58 по табл.2.7. /7/:

Условие на изгибную прочность выполняется.

6) Определяем внутренние диаметры ступиц: для шестерни по формуле

2.3.11.; для колеса по формуле 2.3.12.:

Наружные диаметры ступиц у торца для стальных колес определяются по

формуле 2.3.13.:

для шестерни dст = 1,6 * dв1 = 1,6 * 65 = 104 мм

для колеса dст = 1,6 * dв2 = 1,6 * 138 = 221 мм

Длина ступиц определяется по формуле 2.3.14.:

для шестерни lст = 1,2 * dв1 = 1,2 * 65 = 78 мм

для колеса lст = 1,2 * dв2 = 1,2 * 138 = 166 мм

Толщина обода колеса определяется по формуле 2.3.15.:

D2 = 2,5 * m = 2,5 * 7 = 17,5 мм

Толщина диска колеса определяется по формуле 2.3.16.:

С = 3 * m = 3 * 7 = 21 мм

3.6. Подбор соединительной и предохранительной муфт.

После начала торможения кран мгновенно остановиться не может. В этом

случае должно срабатывать предохранительное устройство - иначе произойдет

поломка механизма. В качестве предохранительного устройства применяют муфту

предельного момента фрикционного типа.

Расчетный момент предохранительной фрикционной муфты определяется по

формуле /4/:

Ммуф.фр. =1,2 * Мпуск * uред * ?ред , (3.6.1.)

где Мпуск - пусковой момент электродвигателя (для нашего двигателя Мпуск =

40 Н*м по табл. 6П. /2/).

Ммуф.фр. =1,2 * 40 * 40 * 0,74 =1314 Н*м

Расчетный момент для выбора соединительной муфты между двигателем и

редуктором определяется по формуле /4/:

Ммуф.с. =К1 * К2 * (Мст * ?м) / uм , (3.6.2.)

где К1 - коэффициент, учитывающий степень ответственности механизма;

определяется по табл. 9. /4/ (при режиме работы - легкий К1 = 1,4);

К2 - коэффициент, учитывающий режим работы механизма, определяется по

табл. 9. /4/ (при режиме работы - легкий К2 = 1,1);

Мст - статический момент, приведенный к валу двигателя, Н*м;

определяется по формуле /4/:

Мст = (Мтр + Мв.ск) / (uм * ?м), (3.6.3.)

Мст = (983,8 + 2184,8) / (400 * 0,7) = 11,3 Н*м

По формуле 3.6.2. расчетный момент соединительной муфты будет равен:

Ммуф.с. =1,4 * 1,1 * (11,3 * 0,7) / 400 = 0,03 Н*м

По табл. 11П. /2/ выбираем втулочно-пальцевую муфту с тормозным

шкивом.

Техническая характеристика: крутящий момент не более 2000 Н*м;

маховый момент GD2муф = 2,05 кг*м2; диаметр тормозного шкива Dт = 300 мм;

ширина тормозного шкива Вт = 145 мм.

3.7. Выбор тормоза и его расчет.

Тормоз в механизме поворота служит для гашения сил инерции

вращающихся масс крана, а также момента от ветровой нагрузки. Силы трения в

опорах способствуют торможению.

Тормозной момент определяется по формуле /5/:

По табл.12П. /2/ выбираем двухколодочный пружинный тормоз типа ТКТ-

300/200 с короткоходовым электромагнитом МО-200Б. Табличный момент этого

тормоза равен 240 Н*м при ПВ - 40%, у нас же ПВ %. Тормозную ленту для

обкладок выбираем типа А (по ГОСТ 1198-78), тормозной шкив - стальное

литье.

Техническая характеристика: Dт = 300 мм; Вт = 145 мм; а1 = 190 мм; а2

= 430 мм; Вк = 140 мм; Мя = 3,6 Н*м; е = 40 мм; ? = 5,50; Мэм = 40 Н*м.

Производим расчет тормоза по той же методике, что и в механизме

подъема груза.

Определяем силу трения между колодкой и шкивом по формуле 2.8.3.:

Fторм = Мторм / Dт = 111 / 0,3 = 370 Н

Определяем усилие прижатия колодки к тормозному шкиву по формуле

2.8.4.:

N = Fтр / f = 370 / 0,37 = 1000 Н

Определяем длину дуги колодки при угле обхвата тормозного шкива

колодкой ? = 700 по формуле 2.8.6.:

Lк = (? * Dт * ?) / 360= (3,14 * 0,3 * 70) / 360 = 0,183 м

Проверяем колодки на удельное давление по условию 2.8.5.:

р = N / (Bк * Lк) = 1000 / (0,14 * 0,183) = 39032 Па = 0,04 МПа,

что меньше 0,3 МПа - допускаемого значения для выбранных материалов.

Определяем окружную скорость на ободе шкива по формуле 2.8.9.:

v = (? * Dт * nдв) / 60 = (3,14 * 0,3 * 800) / 60 = 12,56 м/с

Определяем расчетную скорость на ободе шкива по формуле 2.8.8.:

vр = с0 * v = 1,15 * 12,56 = 14,4 м/с

Проверка колодки на нагрев по удельной мощности трения по формуле

2.8.7.:

А = p * vр * f = 0,4 * 14,4 * 0,37 = 0,2 МН/м*с ? [А] = 1,5...2,0 МН/м*с

Расчет рабочей пружины тормоза.

Рабочее усилие в главной пружине определяется по формуле 2.8.10.:

Fгл = N * a1 / a2 + Mяк / е + Fbc

Fгл = 1000 * 0,19 / 0,43 + 3,6 / 0,04 + 40 = 571,9 Н

Расчет пружины производим по расчетной силе Fр с учетом

дополнительного сжатия по формуле 2.8.11.:

Fр = Fгл * К0 = 571,9 * 1,3 = 743,5 Н

Определяем диаметр проволоки для главной пружины из расчета на

деформацию кручения по формуле 2.8.12.:

Из ряда диаметров по ГОСТ 13768-68 на параметры витков пружин

принимаем dпр = 6 мм.

Средний диаметр пружины D = с * dпр = 6 * 6 = 36 мм.

Обозначение пружины: 60С2А-Н-П-ГН-6,0 ГОСТ 14963-69.

Для определения числа рабочих витков задаемся длиной Нd и шагом рd

пружины в рабочем (сжатом) состоянии:

Нd = (0,4...0,5) * Dт = 0,45 * 300 = 135 мм

рd = (1,2...1,3) * dпр = 1,2 * 6 = 7,2 мм

Число рабочих витков определяем по формуле 2.8.14.:

n = (Hd - dпр) / рd = (135 - 6) / 7,2 = 17,9

Величину n округляем до целого числа, т.е. n = 18.

Определяем жесткость пружины по формуле 2.8.13.:

Z = (G * dпр4) / (8 * D3 * n) = (8 * 104 * 64) / (8 * 363 * 18) = 27,4 Н/мм

Определяем длину нагруженной пружины по формуле 2.8.15.:

Н0 = Нd + (1,1...1,2) * Fp / Z

Н0 = 135 + 1,15 * 743,5 / 92,6 = 144 мм

Сжатие пружины при установке ее на тормозе:

Н0 - Нd = 144 - 135 = 9 мм

Угол поворота якоря электромагнита (?) для магнита ? = 5,50;

переведем в радианы:

? = (5,5 * 2 * ?) / 360 = (5,5 * 2 * 3,14) / 360 = 0,096 рад

Определяем дополнительное сжатие пружины по формуле 2.8.18.:

h = ? * е = 0,096 * 40 = 3,84

Определяем максимальное усилие в пружине при ее дополнительном сжатии

по формуле 2.8.17.:

Fмакс = Fгл + Z * h = 571,9 + 92,6 * 3,84 = 927,5 Н

Определяем наибольшее напряжение в пружине по формуле 2.8.16:

?макс = (8 * D * Fмакс * К) / (? * dпр3)

?макс = (8 * 36 * 927,5 * 1,24) / (3,14 * 63) = 380 МПа ? [?] = 400 МПа

Определяем отход колодок от шкива по формуле 2.8.19.:

? = (а1 / (2 * а2)) * h = (190 / (2 * 430)) * 3,84 = 0,85 мм

Отход колодок от тормоза регулируется в пределах от 0,5 до 0,8 мм.

Проверочный расчет электромагнита.

Работа электромагнита Wэм тормоза должна быть больше работы

растормаживания Wр .

Определяем работу электромагнита тормоза по формуле 2.8.20.:

Wэм = Мэм * ? = 40 * 0,096 = 3,84 Н*м

Определяем работу растормаживания колодок по формуле 2.8.21:

Wр = (2 * N * ?) / (0,9 * ?)

Wр = (2 * 1000 * 0,8) / (0,9 * 0,95 * 103) = 1,9 Н*м

Wэм > Wр , следовательно электромагнит подходит.

3.8. Расчет на прочность отдельных элементов крана.

3.8.1. Колонна крана.

Колонна крана, на которой расположена поворачивающаяся часть

металлоконструкции полноповоротного крана изготавливается из стали Ст5

(рис.3.8.1.).

Схема колонны крана.

рис.3.8.1.

Фундаментная плита.

рис.3.8.4.

Диаметр кованной колонны в опасном сечении (D, мм) определяют по

формуле /4/:

где [?из] - допускаемое напряжение на изгиб для стали марок Ст4 и Ст5;

[?из] = 110 МПа.

Результирующее напряжение в опасном сечении колонны с учетом изгиба и

сжатия должно отвечать условию /4/:

?рез = [(106 * H * h) / W + (103 * V) / А] ? [?], (3.8.1.2.)

где W - момент сопротивления поперечного сечения колонны, мм3;

А - площадь поперечного сечения колонны, мм2;

[?] - допускаемое нормальное напряжение, МПа (для режима работы - легкий

[?] = 160 МПа).

Колонна имеет сплошное сечение диаметром D, поэтому:

W = (? / 32) * D3 (3.8.1.3.)

А = (? / 4) * D2 (3.8.1.4.)

Определяем момент сопротивления поперечного сечения колонны по

формуле 3.8.1.3.

W = (3,14 / 32) * 2073 = 870343 мм3

Определяем площадь поперечного сечения колонны по формуле 3.8.1.4.:

А = (3,14 / 4) * 2072 = 33636 мм2

Проверяем на результирующее напряжение по формуле 3.8.1.2.:

?рез = [(106 * 78,4 * 1,25) / 870343 + (103 * 204,6) / 33636] = 119 МПа ?

[?]

?рез = 119 МПа ? [?] = 160 МПа

Горизонтальная стрела прогиба колонны (У, мм) определяется по формуле

/4/:

У = (Н * h13) / (3 * E * Iп), (3.8.1.5.)

где h1 - расстояние от верхней опоры колонны до места ее заделки; принимаем

h1 =1200 * h = 1200 * 1,25 = 1500 мм;

Е - модуль нормальной упругости материала колонны; для стальных колонн Е

= 210 кПа;

Iп - момент инерции поперечного сечения колонны, м4; для сплошного

сечения определяется по формуле /4/:

Iп = D / 64 (3.8.1.6.)

Iп = 207 / 64 = 3,2 м4

Прогиб будет равен:

У = (78,4 * (1,5)3) / (3 * 210 * 3,2) = 0,131 м = 131 мм

Отношение максимального прогиба колонны к вылету стрелы определяется

из условия /4/:

УL = У / (103 * L) = 131 / (103 * 2,5) = 0,0524

3.8.2. Хвостовик колонны.

Нижний конец колонны - хвостовик.

Задаемся размерами хвостовика, исходя из следующих рекомендаций:

длина хвостовика lхв = 1,35 * D = 1,35 * 207 = 279 мм;

? = 0,06 * lхв = 0,06 * 279 = 16,74 мм;

диаметр хвостовика d = D - 2 * ? = 207 - 2 * 16,74 = 173,5 мм;

h0 = (1,3...1,4) * D = 1,3 * 207 = 269 мм.

Цилиндрический хвостовик колонны (рис.3.8.1.) вставляют в сварную

раму. Вертикальную силу V, в этом случае, воспринимает кольцевой выступ.

Хвостовик рассчитываем на смятие от силы F, возникающей между

хвостовиком и рамой от момента, изгибающего колонну.

Необходимо, чтобы выполнялось условие прочности /4/:

?см = F / (? * d) = (106 * H * h) / (? * d * h0) ? [?см],

(3.8.2.1.)

где ? - толщина листа сварной рамы, мм; принимают ? = 20...30 мм;

[?см] - допускаемое напряжение для материала рамы ([?см] = 120...140

МПа).

?см = (106 * 78,4 * 1,25) / (30 * 173,5 * 269) = 70 МПа ? [?см]

Условие прочности выполняется.

3.8.3. Фундамент крана.

Фундамент предназначен для восприятия всех действующих на кран

нагрузок, передачи их на грунт и обеспечения устойчивости крана.

Максимальные суммарные напряжения на подошве фундамента не должны

приводить к разрушению грунта под ним, а минимальные суммарные напряжения

должны быть больше нуля, чтобы не происходило раскрытия стыка и перекоса

крана. Соответствующие условия при действии в плоскости подошвы

вертикальных сил V1, веса фундамента Gф и момента М= Н * h = 78,4 * 1,25 =

98 кН можно записать в виде /4/:

?max = ?v + ?м ? [?'см]; ?min = ?v - ?м > 0, (3.8.3.1.)

где [?'см] - допускаемые напряжения смятия для грунта, МПа, выбираемые по

табл.11. /4/.

Равномерно распределенные между фундаментом и грунтом напряжения

смятия от сил V1 и Gф определяются по формуле /4/:

?v = (V1 + Gф) / b2 , (3.8.3.2.)

где V1 - вертикальная сила, действующая на фундамент, кН;

Gф - вес фундамента, кН;

b - сторона квадрата фундамента; принимаем b = 2,5 м.

Напряжения от момента М определяются по формуле /4/:

?м = М / Wп , (3.8.3.3.)

где Wп - момент сопротивления подошвы фундамента относительно оси,

перпендикулярной плоскости действия момента М, м3.

Поскольку напряжения ?м неодинаковы, в расчет следует принимать

максимальное напряжение изгиба на подошве фундамента, которое получается,

когда стрела крана совпадает по направлению с диагональю основания

фундамента. При этом момент сопротивления Wп минимален и составляет:

Вес колонны вместе с фундаментной плитой определяется по формуле /4/:

Gкол = 2 * g * ?ст * (? * D2) / (4 * 106) * h, (3.8.3.5.)

где ?ст - объемный вес стали (?ст = 7,85 т/м3).

Gкол = 2 * 9,8 * 7,85 * (3,14 * 2072) / (4 * 106) * 1,25 = 6,5 кН

Сила инерции опускаемого груза при торможении определяется по формуле

/4/:

Fин = Q * vгр / (60 * tторм), (3.8.3.6.)

где vгр - скорость движения груза при опускании м/мин.

Fин = 80 * 5 / (60 * 2,5) = 2,7 кН

Вертикальная сила, действующая на фундамент, определяется по формуле

/4/:

V1 = g * Q + Gкр + Gстр + Gпр + Gкол + Fин (3.8.3.7.)

V1 = 9,8 * 8 + 54,2 + 2,5 + 72 + 6,5 + 2,7 = 216,3 кН

Вес фундамента определяется по формуле /4/:

Gф = g * ?бет * b2 * hф , (3.8.3.8.)

где ?бет - объемные вес бетона (?бет = 2 т/м3);

hф - глубина заложения фундамента; принимаем hф = 1,5 м.

Gф = 9,8 * 2 * (2,5)2 * 1,5 = 183,75 кН

По формуле 3.8.3.2. определяем напряжения смятия от сил V1 и Gф:

?v = (216,3 + 183,75) / (2,5)2 = 64 кПа = 0,064 МПа

По формуле 3.8.3.3. определяем напряжения от момента М:

?м = 98 / 1,9 = 51,6 кПа = 0,052 МПа

По формуле 3.8.3.1. определяем суммарные напряжения:

?max = 0,064 + 0,052 = 0,116 МПа

?min = 0,064 - 0,052 = 0,012 МПа

Условия выполняются.

По табл.11. /4/ выбираем песок влажный, у которого [?'см] = 0,1...0,2

МПа.

Для обеспечения нераскрытия стыка между подошвой фундамента и грунтом

принимают ?v = 1,25 * ?м , тогда условие прочности грунта под фундаментом

можно записать в виде /4/:

?max = 2,25 * ?м = 2,25 * (Н * h) / (0,12 * b3) ? [?'см],

откуда размер подошвы фундамента (b, м) задаваясь видом грунта будет

определяться /4/:

Следовательно, b = 2,5 м нас удовлетворяет.

3.8.4. Фундаментная плита.

Фундаментная плита (рис 3.8.4.) необходима для прочного и жесткого

закрепления колонны крана на фундаменте. Она состоит из ступицы, в

расточенное гнездо которой устанавливают хвостовик колонны, и 4-х, 6-ти или

8-ми радиальных лап, на концах которых размещают фундаментные болты.

Чтобы верхнее основание фундамента не выкрашивалось, лапы плиты не

должны доходить до края фундамента на 200...400 мм, т.е. расчетная длина

лап L1 = b/2 - (200...400) = 2500 / 2 - 300 = 950 мм.

Задаемся поперечным сечением, принимая симметричное сечение из двух

швеллеров.

Число лап у плиты принимаем z = 6/

При достаточной жесткости плиты считают, что вертикальная сила,

прижимающая лапы плиты к фундаменту, распределена между болтами равномерно

и при числе болтов z составляет (в Н) /4/:

Fv = (103 * SV) / z, (3.8.4.1.)

где SV - суммарная осевая вертикальная сила, которая определяется по

формуле /4/:

SV = V1 - Gф (3.8.4.2.)

SV = 216,3 - 183,75 = 32,55 кН

Fv = (103 * 32,55) / 6 = 5425 кН

Нагрузка в болтах от опрокидывающего момента М при условии, что

основание плиты остается плоским при работе крана, создает опрокидывающее

или прижимающее усилие (Fм, Н), максимальное значение которого для плиты с

числом лап z = 6 определяется по формуле /4/:

Fм.max = SМиз / (3 * lл), (3.8.4.3.)

где lл - расстояние от оси колонны до центра фундаментного блока, м;

SМиз - суммарный изгибающий момент, Н*м.

Расстояние от оси колонны до центра фундаментного блока принимают lл

= Lл / 1000 - 0,12 = 950 / 1000 - 1,12 = 0,83 м.

Суммарный изгибающий момент определяется по формуле /4/:

SМиз = 103 * Н * h + Fм.max (3.8.4.4.)

SМиз = 103 * 78,4 * 1,25 + 3120,6 = 101120,6 Н*м

Fм.max = 101120,6 / (3 * 0,83) = 40610,7 Н

Наибольшее результирующее усилие, которым лапа плиты отрывается от

фундамента определяется по формуле /4/:

Fотр = Fм.max - Fv (3.8.4.5.)

Fотр = 40610,7 - 5425 = 35185,7 Н

Для обеспечения нераскрытия стыка фундаментные болты должны быть

предварительно затянуты усилием, которое определяется по формуле /4/:

Fзат = К * (1 - ?) * Fотр , (3.8.4.6.)

где К - коэффициент запаса, учитывающий непостоянство внешней нагрузки (К =

1,8...2,0);

? - коэффициент, учитывающий податливость при отсутствии в стыке мягких

прокладок (? = 0,2...0,3).

Fзат = 1,8 * (1 - 0,2) * 35185,7 = 50667,4 Н

Расчетная нагрузка на наиболее загруженный фундаментный болт

определяется по формуле /4/:

Fрасч = 1,3 * Fзат + ? * Fотр (3.8.4.7.)

Fрасч = 1,3 * 50667,4 + 0,2 * 35185,7 = 72905 Н

Внутренний диаметр болта (в мм) определяется по формуле /4/:

где [?р] = 60 МПа - допускаемое напряжение растяжения в болте.

По таблице резьб наружный диаметр резьбы принимаем равным 39 мм.

Наибольшая сила, которой лапа плиты прижата к фундаменту определяется

по формуле /4/:

Fл.max = Fм.max + Fv (3.8.4.9.)

Fл.max = 40610,7 + 5425 = 46035,7 Н

С учетом предварительной затяжки болта давление между опорной

поверхностью лапы и фундаментом проверяют по условию /4/:

р = (Fл.max + ? * d12 * [?р] / 4) / Аоп ? [р], (3.8.4.10.)

где Аоп - опорная площадь лапы, мм2;

[р] - допускаемое напряжение смятия фундамента; для бетонного фундамента

[р] = 2,0...2,5 МПа.

Принимаем сварную лапу в виде квадрата; сечение лапы из двух

швеллеров №24 и устанавливаем их с зазором 40 мм. Получаем опорную площадь

лапы в виде квадрата со стороной а = 2 * 90 + 40 = 220 мм.

Тогда давление между опорной поверхностью лапы и фундаментом будет

равным:

р = (46035,7 + 3,14 * 392 * 60 / 4) / 2202 = 2,4 МПа ? [р] = 2,0...2,5 Мпа.

Условие выполняется.

Проверяем лапу на изгиб в сечении примыкания ее к ступице

фундаментной плиты по условию /4/:

?из = Миз.max / Wл = (Fл.max * bл) / Wл ? [?из], (3.8.4.11.)

где bл - плечо действия силы Fл.max относительно расчетного сечения, мм;

принимают bл = l1 - D0 = 830 - 207 = 327 мм;

Wл - момент сопротивления расчетного поперечного сечения лапы , мм3 (для

швеллера №24 Wл = 289 см3);

[?из] - допускаемое напряжение на изгиб, МПа; для стали марки Ст3 [?из]

=120 МПа.

?из = (46035,7 * 623) / 289000 = 99 МПа ? [?из] = 120 МПа

Условие на изгиб выполняется.

3.9. Проверка устойчивости крана на колонне.

Безопасность работы грузоподъемного крана должна обеспечиваться

достаточной устойчивостью его против опрокидывания. Различают два вида

проверки крана на устойчивость: грузовую и собственную. Грузовую

устойчивость крана проверяют на возможный случай опрокидывания крана в

сторону подвешенного груза, а собственную - на случай опрокидывания крана в

сторону противовеса.

Коэффициент грузовой устойчивости определяется по формуле /4/:

Кгр = SМг.к. / Мгр , (3.9.1.)

где для этих условий моменты определяются по формулам /4/:

Мгр = 103 * g * Q * (L - b / 2) (3.9.2.)

SМг.к. = 103 * [Gпр * (lпр + b / 2) + Gкр * (lкр + b / 2) + (Gкол + Gф) *

(b / 2) - Gстр * (lстр - b / 2) - Fин * (L - b / 2)] - Мв.р.с. ,

(3.9.3.)

где Мв.р.с. - момент от максимальной ветровой нагрузки рабочего состояния;

принимаем Мв.р.с. = 3 * Мв.max = 3 * 3120,6 = 9361,8 Н*м.

Мгр = 103 * 9,8 * 8 * (2,5 - 2,5 / 2) = 98000 Н*м

SМг.к. = 103 * [72 * (1 + 2,5 / 2) + 54,2 * (0,75 + 2,5 / 2) + (6,5 +

183,75) * (2,5 / 2) - 2,5 * (1,5 - 2,5 / 2) - 2,7 * (2,5 - 2,5 / 2)] -

9361,8 = 494838,2 Н*м

Определяем коэффициент грузовой устойчивости по формуле 3.9.1.:

Кгр = 494838,2 / 98000 = 5

Коэффициент собственной устойчивости крана определяется по формуле

/4/:

Ксоб = SМп.к. / Мв.н.с. , (3.9.4.)

где Мв.н.с. - момент от ветровой нагрузки нерабочего состояния, рв.н.с. =

650 Па.

Для этих условий моменты определяются по формулам /4/:

SМг.к. = 103 * [Gстр * (lстр + b / 2) + (Gкол + Gф) * (b / 2) + Gкр * (b /

2 - lкр) - Gпр * (lпр - b / 2)] , (3.9.5.)

Мв.н.с. ? 1,25 * Мв.р.с. ? 3,75 * Мв.max. (3.9.6.)

SМг.к. = 103 * [2,5 * (1,5 + 2,5 / 2) + (6,5 + 183,75) * (2,5 / 2) + 54,2 *

(2,5 / 2 - 0,75) - 72 * (1 - 2,5 / 2)] = 289775 Н*м

Мв.н.с. = 3,75 * 3120,6 = 11702,25 Н*м

Определяем коэффициент собственной устойчивости крана по формуле

3.9.4.:

Ксоб = 289775 / 11702,25 = 24,8

По правилам Госгортехнадзора значения коэффициентов грузовой и

собственной устойчивости должны быть не менее 1,15.

Правила Госгортехнадзора наши коэффициенты значительно превышают

минимальную допустимую величину запаса.

Заключение.

В курсовом проекте произвели расчет поворотного крана на неподвижной

колонне и получили следующие данные:

1) Механизм подъема груза:

двигатель МТКН 311-8, мощностью 9 кВт; редуктор двухступенчатый с

передаточным числом 28; барабан механизма подъема вращения с частотой 10,6

мин-1; канат 15,0 -Г-I-С-Н-1568-ГОСТ 2688-80; кратность полиспаста - 2;

полиспаст сдвоенный; тормоз ТКТ-200 с электромагнитом МО-200Б.

Двигатель и барабан расположены по разные стороны от редуктора,

двигатель соединен с быстроходным валом редуктора упругой втулочно-

пальцевой муфтой; тихоходный вал соединен с барабаном упругой втулочно-

пальцевой муфтой.

2) Механизм поворота крана:

двигатель MTF 011-6, мощностью 2 кВт, соединен упругой втулочно-пальцевой

муфтой с червячным редуктором Чог-125; выходной вал редуктора соединен с

открытой зубчатой передачей, передаточное число которой - 10; передаточное

число механизма поворота - 400; частота вращения крана 2 мин-1; кран

установлен на подшипниках качения; на верхней опоре подшипник 8314, на

нижней опоре расположена группа роликов, укрепленных на поворотной части

крана.

Литература.

1. Подъемно-транспортные машины лесной промышленности. Расчет и

проектирование механизма подъема груза. Методические указания по курсовому

проектированию для студентов всех видов обучения и факультета повышения

квалификации (специальности 0901, 0902, 0519). - Л.: 1986.

2. Подъемно-транспортные машины лесной промышленности. Расчет и

проектирование механизма подъема груза. Приложения и методические указания

по курсовому проектированию для студентов всех видов обучения и факультета

повышения квалификации (специальности 0901, 0902, 0519). - Л.: 1986.

3. Курсовое проектирование по деталям машин и подъмно-транспортным

машинам. Методические указания и задания к проектам и работам для студентов-

заочников технических специальностей высших учебных заведений /

П.Г.Гузенков, А.Г.Гришанов, В.П.Гузенков. - М.: Высшая школа, 1990.

4. Подъемно-транспортные машины лесной промышленности. Расчет и

проектирование механизма поворота грузоподъемных кранов. Методические

указания по курсовому проектированию для студентов всех видов обучения и

факультета повышения квалификации (специальности 26.01, 26.02, 17.04). - С.-

Пб.: 1993.

5. Работа подъемно-транспортных машин в период неустановившегося

движения. Методические указания по выполнению курсовых проектов и работ по

подъемно-транспортным машинам для студентов всех видов обучения

(специальности 0901, 0902, 0519). - Л.: 1983.

6. В.Н.Кудрявцев. Курсовое проектирование деталей машин. - Л.:

Машиностроение, 1984.

7. П.Ф.Дунаев, О.П.Леликов. Конструирование узлов и деталей машин. -

М.: Высшая школа, 1985.

8. П.Г.Гузенков. Детали машин. - М.: Высшая школа, 1982.

9. Л.Я.Перель, А.А.Филатов. Справочник: подшипники качения. - М.:

Машиностроение, 1992.

10. Е.К.Грошцев и др. Подъемно-транспортные машины. Учебное пособие

по курсовому проектированию грузоподъемных машин (кранов) для

специальностей 0901, 0902, 0519. - Л.: 1971.

11. Н.Г.Павлов. Примеры расчетов кранов. - Л.: Машиностроение, 1967.

12. Н.Ф.Гуденко и др. Курсовое проектирование грузоподъемных машин. -

М.: Машиностроение, 1971.

13. Б.А.Таубер. Подъемно-транспортные машины. - М.: Экология, 1991.

14. М.Н.Иванов. Детали машин. - М.: Высшая школа, 1985.

15. М.П.Александров. Подъемно-транспортные машины. - М.: Высшая

школа, 1985.

16. М.М.Гонберг. Справочник по кранам. В 2-х томах. - Л.:

Машиностроение, 1988.

17. Детали машин. Атлас конструкций. - М.: Машиностроение, 1979.

18. Подъемно-транспортные машины. Атлас конструкций. - М.:

Машиностроение, 1987.

Страницы: 1, 2, 3