3.3.1 Особенности расчета мульдо-завалочного крана

Для повышения производительности работы и снижения времени цикла загрузки одной мульды в печь одновременно вклю­чается несколько механизмов, например, механизмы движения те­лежки и моста. В результате совместной работы на конструкцию тележки и мост в периоды неустановившихся движений воздействуют одновременно силы инерции от работающих механизмов. В уточнен­ных расчетах эти силы необходимо учитывать.

Расчет механизма вращения кабины. Силы, действующие на механизм вращения кабины, при совместной работе нескольких механизмов показаны на рис. 3.7. На рис. 3.7 приняты следующие обозначения: Р₁ — вес кабины с колонной и мульды с грузом; Р₂ — сила инерции массы кабины и колонны при разгоне или торможении тележки; Р₃ — сила инерции массы кабины и колонны при разгоне моста или торможении; Р₄ — сила инерции массы кабины и колонны при разгоне или торможении их вокруг оси колонны; Р_Ъ — центро­бежная сила, действующая на кабину и колонну; Р₀ — окружное усилие на зубчатом венце механизма вращения.

Предполагая равноускоренные движения при разгоне механиз­мов вращения, движения тележки и моста, можем определить сле­дующие силы:

где m_X — масса кабины с колонной и мульды с грузом; g — ускорение свобод­ного падения; v_T, v_M, t_T, t_M — скорости и время разгона (торможения) теле­жки и моста;

n_K и t_K — частота вращения и время разгона кабины; М_ДВ — крутя­щий момент двигателя механизма вращения колонны (кабины), приведенный при разгоне к оси колонны; i, η — передаточное отношение и КПД этого механизма.

Реакции в опорах колонны можно определить по формулам, приведенным в табл. 3.1 и по рис. 3.7, а.

Рис. 3.7. Схема сил, действующих на механизм вращения кабины мульдо-завалочного крана

Таблица 3.1

Реакции в подшипниках поворотной части главной тележки мульдо-завалочного крана

Следует заметить, что результирующие реакции на нижний и верхний подшипники можно определить графическим методом или по формулам:

Наибольший момент возникает при действии сил Р₂, Р₃, P₄ (см. рис.3.7, б):

Угол γ при котором возникает M_ИН.MАХ, можно определить, если приравнять к нулю производную от /И1Ш. При переменном значении угла γ

где j_М=v_M/t_M — среднее ускорение моста; j_T=v_T/t_T — среднее ускорение тележки. Максимальный крутящий момент в период разгона относительно оси колонны при совместной работе механизмов

где M_ДВ.ИН — момент от сил инерции, возникающий на палу двигателя при раз­гоне всех вращающихся его частей; М^’_ТР, M^”_TP, M^”’_TP — моменты от сил трения, возникающие в нижнем н верхнем подшипниках и подпятнике колонны; i — пе­редаточное отношение механизма вращения кабины; η — КПД механизма.

По значению момента М_mах определяют номинальную мощность двигателя. Ускорения моста и тележки в формуле приняты постоян­ными в предположении равноускоренного или равнозамедленного движений механизмов крана. При более уточненных расчетах сле­дует их значения определять по конкретным характеристикам элек­троприводов.

Поскольку момент М_mах есть максимальный момент, возника­ющий при вращении кабины, то по его значению определяют пуско­вую мощность двигателя, а по последней номинальную мощность.

Расчет мощности электродвигателя механизма подъема. При расчете мощности электродвигателя механизма подъема учитывают силы трения в верхнем и нижнем подшипниках колонны (см. рис. 3.7) и силу инерции при разгоне кабины, колонны, хобота, груза и дру­гих элементов вверх:

где а — ускорение кабины.

Суммарное натяжение подъемных канатов

Рис. 3.8. Схема подвеса рамы мундштука мульдо-завалочного крана и напольно-завалочпой машины и изменение момента вала кривошипа за один оборот

Мощность при пуске

где v_П — скорость подъема кабины, м/с; η — КПД механизма подъема.

Для механизма подъема с шатунным приводом требуется часть мощности для преодоления дополнительных сопротивлений, связан­ных с особенностями шатунного привода. Мощность двигателя в этом случае

Расчет мощности электродвигателя механизма качания. Этот механизм работает в напряженном режиме, поэтому его мощность определяют как среднеквадратичную с учетом температуры нагре­вания.

Из применяемых двух схем подвеса рамы мундштука более целе­сообразной (с точки зрения наименьшего значения крутящего мо­мента кривошипа механизма) является схема на рис. 3.8, а, на ко­торой Q — вес всех частей и груза, закрепленных на оси О.

Момент кривошипа определяют упрощенно без учета изменения плеч а, b, с и положения шатуна с мульдой при качании рамы. Принимая усилие Р, действующее со стороны шатуна на кривошип, с радиусом г постоянным за время одного оборота, находим крутя­щий момент на валу кривошипа

Закономерность изменения момента М за один оборот криво­шипа представлена синусоидой 2 (рис. 3.8, б). В начале движения кривошип находится в верхнем положении, угол поворота его φ=0. При повороте на угол π/2 возникает максимальный момент М₀. При этом хобот с мульдой занимает горизонтальное положение. При дальнейшем движении кривошипа вниз мульда поднимается в верхнее положение. Силы трения в механизме за первый полупериод синусоиды увеличивают момент кривошипа, который можно определить по формуле

При подъеме кривошипа вверх мульда опускается вниз. Силы трения снижают момент кривошипа до значения

Момент кривошипа с учетом сил трения изображен на рис. 3.8, б кривой t. Среднеквадратичный момент кривошипа за один оборот

Фактически механизм производит неполное качание мульды. Кривошип обычно незначительно отклоняется от горизонтального положения. Поэтому среднеквадратичный момент на кривошипе определяют по формуле

По этому выражению с учетом угловой скорости кривошипа и температуры нагрева определяют мощность электродвигателя.

Механизмы передвижения. Нагрузка на ходовые колеса тележки завалочного крана изменяется в зависимости от поворота кабины вокруг вертикальной оси. Обычно колеса тележки выполняют при­водными.

Механизмы передвижения тележки и моста мульдо-завалочного крана рассчитывают так же, как и для мостовых кранов. Однако при планировании шихты, когда хобот при помощи мульды проталки­вает шихту в глубину мартеновской печи, возникают большие на­грузки.

Силу X, находящуюся в печи скрапа, необходимую для расчета колонны на прочность и действующую на мульду, можно определить при статическом действии сил (см. рис. 3.4)

где P_CЦ — сила сцепления четырех приводных колес тележки; Р_СЦ=G_Tμ (здесь G_T — вес тележки вместе с весом груза; μ — коэффициент сцепления; μ=0,2-0,3).

Силу сопротивления № движению тележки определяют по формуле

(здесь w — коэффициент сопротивления движению).

Если сила X достигнет значения (см. рис. 3.4) и задние колеса начнут приподниматься, то резко уменьшится сила сцепления Р_СЦ.

Минимальное значение силы