2750

5. Расчет механизмов управления стрелой

5.1. Исходные условия для расчета механизма наклона стрелы

Наклон стрелы (изменение вылета) в автомобильном кране осуществляется перемещением штока гидравлического цилиндра. Из предыдущих расчетов используем следующие исходные данные:

Сила тяжести номинального груза Gгр – 245,2 кН; Усилие грузоподъемного каната Fф – 43 кН; Центробежная сила инерции груза Fцг – 1,24 кН; Сила давления ветра на груз Fвг – 41 кН;

Длина стрелы Lc – 20 м;

Сила тяжести стрелы Gc – 23,57 кН; Положение центра тяжести стрелы lgc – 10,35 м; Угол наклона стрелы к горизонту α = 75°; Центробежная сила инерции стрелы Fцс – 35 Н; Сила давления ветра на стрелу Fвс – 1,265 кН; Давление в гидросистеме p – 25 МПа;

Минимальная длина гидроцилиндра Lгц мин=2800 мм; Ход штока гидроцилиндра lш – 2,2 м;

Время полного изменения вылета tв – 60 c .

Расчетные геометрические параметры принимаем с общей схемы крана с учетом масштаба чертежа: к = 0,4 м; m = 1,16 м; r = 1,45 м.

5.2. Определение параметров гидроцилиндра наклона стрелы

Изменение вылета путем наклона стрелы в современном автомобильном кране осуществляется с помощью гидравлического цилиндра (жесткая подвеска стрелы). Выбор гидроцилиндра при принятом давлении в гидросистеме рассчитываем по усилию на его штоке, которое необходимо для подъема стрелы с грузом.

Усилие штока гидроцилиндра определяем из суммы моментов сил относительно опорного шарнира стрелы в соответствии с расчетной схемой на рис. 5.1.

- 43 ×1,16 =

1064 кН

1,45

Площадь поршня при механическом кпд гидроцилиндра ηмц= 0,95

Sп = Fгц/pηмц = 1064·10³/25·106·0,95 = 0,045 м2 .

52

Диаметр поршня гидроцилиндра

Расход гидравлической жидкости при изменении вылета при объемном кпд гидроцилиндра ηоц

Qв = Sп lш/tв ηоц = 0,045·2,2/60·0,99 = 0,0017 м³/с = 1,7 л/с

Максимальную мощность, потребляемую насосом при подъеме стрелы крана с учетом потерь давления в трубопроводе (∆р = 0,5 МПа) и кпд насоса η ≈ 0,9, определяем по формуле

N = (p+∆p)Q/η = (0,5+25)·106·0,0017/0,9 = 48 кВт

Конструкция гидроцилиндра представлена на рис. 5.3. Конструктивные размеры элементов гидроцилиндра принимаем на основе существующих типоразмеров гидроцилиндров (табл. П.12).

5.3. Расчет пальца крепления гидроцилиндра

Чертеж крепления штока гидроцилиндра к стреле показан на рис.5.3. (сечение Б – Б). Палец проверяем из условия прочности на изгиб. Расчетная схема пальца показана на рис. 5.2.

Fгц

R R

Мизг

а

Рис. 5.2. Расчетная схема пальца крепления гидроцилиндра

Расчетную длину а пальца определяем конструктивно. Она складывается из толщины проушины гидроцилиндра и суммарной толщины опорных кронштейнов стрелы. Толщину проушины штока принимаем по существующим типовым гидроцилиндрам. Ее приблизительно можно принять равной половине диаметра поршня гидроцилиндра. Толщина опорных проушин должна быть такой, чтобы удельные давления не превышали допускаемых. Для предваритель-

54

ного расчета величину а принимаем равной 240 мм. Величина момента, изгибающего палец

Миз = Fгц a/4 = 1064·0,24/4 = 63,84кН·м.

Необходимый момент сопротивления пальца, изготовленного из стали 45Х с термообработкой на улучшение и пределом текучести σт = 315 МПа.

W = Миз /0,6 σт = 63,84·103/ 0,6·315·106 = 0,34·10 -3 м3 .

Диаметр пальца с требуемым моментом сопротивления

Рис. 5.3. Чертеж механизма наклона стрелы

5.4. Исходные условия для расчета механизма телескопирования стрелы

При выдвижении (телескопировании) секций стрелы, расположенной под углом α к горизонту, учитываем следующие силы, которые обозначены на рис. 5.4. Эти силы определены ранее в результате расчета механизма подъема груза и общего расчета крана (табл.2.1…2.5). Неизвестные геометрические параметры принимаем по расчетной схеме крана с учетом масштаба чертежа.

55

Рис. 5.4. Расчетная схема определения усилий телескопирования стрелы

56

Сила тяжести груза на крюке Gгр = 0,2Qном = 45 кН;

Сила тяжести грузового полиспаста G11= 3,73 кН; Сила тяжести секций стрелы: G2= 7,53 кН;G3= 6,59 кН ;

Усилие грузоподъемного каната Fк= 0,2 Fф = 0,2 · 43 = 8,6 кН; Cила давления ветра на груз Fв гр = 0,2 FврQ = 0,42 кН;

Сила давления ветра на третью секцию стрелы Fв3= Fвр8-3 = 0,315 кН; Сила давления ветра на вторую секцию стрелы Fв2= Fвр8-2 = 0,47 кН; Расчетная длина секции 3 – l 3 = 6 м; осевые размеры сечения

h3×b 3= 0,28×0,21 м;

Расчетная длина секции 2 – l 2 = 7 м; осевые размеры сечения h2×b 2= 0,36×0,27 м;

База ползунов Бп2 =1,5 h3= 0,42 м; Бп1 =1,5 h2= 0,54 м.

Скорость выдвижения 3-ей секции стрелы Vm= 0,1 м/с.

5.5. Определение сил трения при выдвижении секций стрелы

Силы трения в ползунах секций 2 и 3 при коэффициенте трения f ≈ 0,1 определяем по формуле Fтр = 2(ΣM2-3·f/Бп), где ΣM2-3 – сумма моментов сил, действующих в стыке секций 2 и 3.

ΣМ2-3= 0,5G3l3cosα + Gгр(l3cosα + ksinα) + 0,5Fв3l3sinα + Fвгр(l3sinα – k cos α ) - Fфm = 0,5·6,59·6·0,259 + 45(6·0,259 + 0,4·0,966) + 0,5·0,315·6·0,966 +

+ 0,42(6·0,966-0,4·0,259) – 8,6 ·0,24 = 93,7 кН·м.

Fтр2-3 = 2(ΣMс3·f/Бп2) =2(93,7· 0,1 / 0,42) = 44,62 кН.

Усилие для выдвижения третьей секции

F3 = Gгр sin α + G3 sin α - Fв3 cos α + Fk + Fmр2-3 =

= 45·0,966 + 6,59·0,966 - 0,315·0,259 + 8,6 + 44,62 ≈ 103 кН.

Для выдвижения третьей секции используем сдвоенный канатный мультипликатор. Разрывное усилие канатов

Fразр=кзапF3/2=5·103/2 = 257,5 кН.

Для канатного мультипликатора применим канат типа ЛК-РО 6×36 22-Г-Л-О-Н-1764(180) – ГОСТ7668.

Момент сил, действующий в стыке секций 1-2

ΣМ1-2= 0,5G2l2cosα+0,5Fв2l2sinα + ΣМ2-3 = =0,5·7,53·7·0,259 + 0,5·0,47·7·0,966 + 93,7 = 102,115 кН·м.

57

Сила трения в стыке секций 1- 2

Fтр1-2=2(ΣMс3·f/Бп2)=2(102,115·0,1/0,54)=37,8 кН.

Усилие для выдвижения второй секции

F3 = G2 sin α - Fв2 cos α + F3 + F3 /ηкм=

=7,53·0,966 - 0,47·0,966 +103 +103/0,95 ≈ 218 кН.

5.6.Определение параметров гидроцилиндра телескопирования стрелы

Диаметр поршня гидроцилиндра для выдвижения второй секции

При скорости выдвижения головных блоков 0,1 м/с скорость штока гидро-

цилиндра телескопирования стрелы при использовании канатного мультипли-

катора с кратностью 2 будет Vш = 0,05 м/с.

Мощность, необходимая для выдвижения штока гидроцилиндра телеско-

пирования стрелы

58

Nтс = F3 Vш / ηгц = 218·0,05 / 0,95 =11,5 кВт.

Производительность насоса должна быть не менее

Пн = (πd2/4) Vш = (3,14*0,122/4)0,05 = 0,0006 м3/с = 0,6 л/с.

Конструкция гидроцилиндра для выдвижения второй секции стрелы при-

ведена на рис. 5.5, сборочный чертеж стрелы – на рис. 5.6.

Рис. 5.5. Сборочный чертеж гидроцилиндра выдвижения секций стрелы

Гидроцилиндр телескопирования секций стрелы должен обеспечивать длину перемещения штока не менее 8 м. Шток 1 выполнен из трубы, внутри которого проходит трубопровод 2. Шток проушиной А с помощью сферическо-

го подшипника крепится к первой (корневой) секции стрелы вблизи ее опорно-

го шарнира.

59