Московский государственный технический университет

им. Н.Э. Баумана

Калужский филиал

В.А. Ермоленко расчёт механизма подъёма груза мостового крана

Методические указания

Москва

Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана

2004

УДК 621.86

ББК 39.9

Е74

Рецензент:

канд. техн. наук, доцент Т.А. Никольская

Утверждено методической комиссией КФ МГТУ им. Н.Э. Баумана (протокол №10 от 21.02.03)

Е74 Ермоленко В.А. Расчёт механизма подъёма груза мостового крана: Методические указания. — М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. — 40 с.

Методические указания основываются на материалах ИСО 4301/1, предусматривают многовариантный подход к расчёту механизма подъёма груза для традиционной тележки опорного типа. Приложения включают необходимый справочный материал.

Рекомендуется в качестве методического пособия для студентов, обучающихся по специальности 170900 «Подъёмно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование».

УДК 621.86

ББК 39.9

© Ермоленко В.А., 2004

© Издательство МГТУ

им. Н.Э. Баумана, 2004

Введение

Изложены методика и расчёт механизма подъёма груза мостового (козлового) крана общего назначения.

Цель расчёта — выбрать кратность полиспаста, размеры барабана, редуктор, двигатель и тормоз так, чтобы получить тележку с наименьшей колеёй, а механизм подъёма — с наименьшей массой. В последнем случае имеем возможность увеличить грузоподъёмность крана.

Оптимальный вариант может быть найден расчётом для трех кратностей полиспастов (равных 2, 3, 4^) и пяти барабанов: основного диаметра, уменьшенных на 1 и 2 шага и увеличенных на 1 и 2 шага. Итого 15 вариантов расчёта. Это легко реализуется на ЭВМ (программа имеется на кафедре К3-КФ). При ручном многовариантном расчёте студент может быть освобождён от одного из листов графической части курсового проекта.

Если не ставится задача оптимизации решения, то удовлетворительный результат может быть достигнут расчётом одного из вариантов, например для кратности полиспаста равной 3. Если длина барабана превысит 6 его диаметров, следует уменьшить кратность до значения равного 2 и (или) увеличить диаметр барабана на 1 (2) шага, после чего повторить расчёт.

Методика расчёта механизма подъёма груза мостового (козлового) крана общего назначения

Задание. Спроектировать механизм подъёма груза мостового крана общего назначения.

Дано: грузоподъёмность высота подъёма скорость подъёма режим нагружения L2 (умеренный); группа классификации механизма М3; по ИСО 4301/1 дана схема тележки (рис. 1).

Рис. 1. Схема тележки с механизмом подъёма груза

1. Выбор каната и барабана

1.1. Находим грузоподъёмную силу по формуле

(1)

где — ускорение свободного падения.

Получим

1.2. Определяем КПД полиспаста по следующей формуле:

(2)

где — КПД блока на подшипниках качения; — кратность полиспаста; — число обводных блоков (для мостового и козлового крана ).

Согласно рекомендациям ВНИИПТМаш [1, с.84] при малых грузоподъёмностях (до 3-х тонн) груз может подвешиваться без полиспаста либо на одном подвижном блоке; при грузоподъёмностях свыше 5 т обычно применяют сдвоенные полиспасты с кратностью, возрастающей от 2 до 4 при увеличении грузоподъёмности от 5 до 50 т.

Получим КПД полиспаста для кратностей по формуле (2):

1.3. Рассчитываем наибольшее натяжение ветви каната, набегающего на барабан при подъёме груза, по формуле

(3)

где — число полиспастов. Для мостового (козлового) крана т.е. оба конца каната закреплены на барабане для строго вертикального подъёма груза и выравнивания усилий на опоры барабана (рис. 2).

а

б

в

Рис. 2. Схемы полиспастов механизма подъёма груза: а — б — в —

По формуле (3) получим:

1.4. Разрывное усилие каната в целом определяется по формуле

, (4)

где — минимальный коэффициент использования каната.

По табл. П.1 [2, с.17] выбирают для заданной группы классификации механизмов. Символ означает смещение по таблице вверх и вниз на 1 и 2 шага.

Согласно «Правил...» [2, с.18] допускается изменение коэффициента выбора диаметра барабана но не более чем на два шага по группе классификации в большую или меньшую сторону, с соответствующей компенсацией путем изменения величины (см. табл. П.1) на то же число шагов в меньшую или большую сторону, поэтому введём ряд смещений:

Тогда получим ряд значений:

Для группы классификации механизма М3 имеем (Приложение 1). С учётом допущения «Правил...» получаем добавочные значения: Разрывное усилие каната ( ) для кратностей для основного и добавочных значений получим по формуле (4):

1.5. Выбираем тип каната. Мостовой кран работает в относительно чистом, сухом помещении, следовательно, абразивный и коррозионный износ проволок каната незначителен. Поэтому выбирают канат типа ГОСТ 7668-80. Он имеет большое количество проволок малого диаметра и высокую усталостную износостойкость [3, с.24].

Для козлового крана, работающего на открытом воздухе, при наличии пыли и влаги следует выбирать канат типа ГОСТ 2688-80 с малым количеством проволок большого диаметра. Абразивная и коррозионная износостойкость этого каната выше, но усталостная износостойкость ниже, чем у каната

Применение канатов типа ЛК-Р ГОСТ 2688-80 является предпочтительным при диаметрах 14 мм и менее. В электрических талях при диаметре 6 мм и более должны использоваться канаты типа ЛК-РО ГОСТ 7668-80 [3].

По найденным в пункте 1.4 значениям находят значения диаметров каната (Приложение 2) и маркировочную группу, соответствующую условию прочности каната:

(5)

где — разрывное усилие каната в целом (по каталогу).

По табл. П.4 (Приложение 2) имеем следующие значения диаметров каната (в скобках указаны маркировочные группы (МПа) и разрывные усилия :

1.6. Минимальный диаметр барабана определяется по формуле

, (6)

где — коэффициент выбора диаметра барабана.

По табл. П.1 [2, с.26] для заданной группы классификации механизмов получают основное значение При смещении по этой таблице вверх на два шага и вниз на два шага находят значения где

При определении минимального диаметра барабана по табл. П.1 для заданной группы классификации механизма М3 получим основное значение При смещении по этой таблице вверх и вниз на два шага имеем: По формуле (6) получим мм:

1.7. Определяем расчётный диаметр барабана. Барабаны диаметром меньше 100 мм исключаем из дальнейших расчётов, так как наименьший из выходных валов редукторов с частью зубчатой полумуфты, встраиваемой в барабан, имеет диаметр [5, с.30]. Тогда диаметр охватывающей зубчатой обоймы составляет Конструктивно трудно перейти от большего диаметра зубчатой обоймы к меньшему диаметру барабана, если их отношение свыше (рис. 4, б).

При расчёте без помощи ЭВМ можно исключить барабаны диаметром меньше 160 мм. Тогда Ступень барабана высотой 25% легко выполнима. Она может быть без уклона (см. Приложение 6) или с уклоном (рис. 4, б). Расчётный диаметр барабана принимают из ряда [10, с.29]: 100; 110; 125; 140; 160; 180; 200; 220; 250; 280; 320; 360; 400; 450; 500.

Расчётный диаметр барабана , мм:

Барабаны диаметром менее 160 мм исключены, так как будут иметь большую ступень.

Примечание. ГОСТ 3241-80 «Канаты стальные. Технические условия» приводит ограничение: «Диаметр шейки барабана должен быть не менее 15 номинальных диаметров каната». В выводах по расчету вариант с может быть принят с пометкой «условно, до согласования с изготовителем каната». Можно заранее отбросить значения

1.8. Длина барабана с двусторонней нарезкой определяется по формуле

, (7)

где — шаг нарезки; a — кратность полиспаста; — диаметр каната; с — коэффициент длины средней (не нарезанной) части барабана; H — высота подъёма.

Руководствуясь [1, с.85], можно принять: для кратности для кратности для кратности для кратности Длина барабана с двусторонней навивкой вычисляется по формуле (7):

1.9. Проверим размеры барабана по условиям

(8)

(9)

При проводят простой расчёт барабана на сжатие. При проводят уточнённый расчёт барабана на сжатие и совместное действие напряжений изгиба и кручения на устойчивость стенки. При необходимости усиливают барабан, вводят ребра жесткости в его полость (РТМ-24.09.21–76).

Если оба условия не выполняются, то вариант с этой кратностью полиспаста отбрасывают. Если все варианты не проходят по условиям (8) и (9), то переходят на меньшую кратность или увеличивают диаметр барабана до следующего значения из ряда

Проверим размеры барабана по условиям (8), (9):

Варианты непригодны; варианты и принимаем (с уточнённым расчётом барабана).

Остаются варианты кратностью с увеличенным на 1 и 2 шага барабаном.

1.10. Определим угловую скорость барабана:

рад/с; (10)