Снесарев-Тибанов-Зябликов - Расчет механизмов кранов (1994)

Московский Государственный Технический Университет им. Н. Э. Баумана

Г.А. Снесарев В.П. Тибанов В.М. Зябликов

Расчет механизмов кранов

Издательство МГТУ им. Баумана

1994

Московский Государственный Технический Университет им. Н.Э. Баумана

Г.А. Снесарев В.П. Тибанов В.М. Зябликов

РАСЧЕТ МЕХАНИЗМОВ КРАНОВ

Утверждено редсоветом МГТУ в качестве учебного пособия

Под редакцией Д.Н. Решетова

Издательство МГТУ им. Баумана

1994

2

ВВЕДЕНИЕ

Устойчивый ритм любого производства обеспечивается согласованной и безотказной работой разнообразных подъемнотранспортных машин и механизмов (ПТМ и М). В подготовке инженеров выполнение домашних заданий и курсового проекта по ПТМ и М преследует двоякую цель. Объекты ПТМ и М, во-первых, очень удобны для практического использования полученных ранее знаний из общенаучного и общеинженерного циклов (физики, теоретической механики, сопротивления материалов, детали машин и др.) и, во-вторых, при курсовом проектировании ПТМ и М решают комплексную задачу конструирования, так как объектом проектирования является не отдельный узел, как в деталях машин, а машина в целом.

В пособии использованы практические инженерные расчеты механизмов ПТМ и М (механизмы подъема груза, передвижения и поворота) с небольшими упрощениями в некоторых особо сложных случаях.

Грузоподъемность является основным параметром грузоподъемной машины (ГПМ). В соответствие с этой системой единиц МКГС, много лет действовавшей, в отечественной практике, под грузоподъемностью понимали силу тяжести (вес) поднимаемого груза, на подъем которого рассчитана ГПМ. После введения международной системы единиц СИ килограмм (кг) стал единицей массы, а за единицу силы был принят ньютон (Н), и для сохранения количественных значений грузоподъемностей и паспортных данных ГПМ под грузоподъемностью в ГОСТ 1575-81 стали понимать массу поднимаемого груза (кг).

Физический смысл грузоподъемности – сила FQ, на преодоление которой рассчитана ГПМ, и поэтому правильнее ее измерять в ньютонах (Н). Величину, характеризующую способность ГПМ преодолевать силу (вес груза, сопротивление вытаскиванию свай из грунта и др.) называют также грузоподъемной или подъемной силой. В случае подъема свободного груза FQ=g*Q (Н), где g=9,81м/c2 – ускорение свободного падения: Q – масса поднимаемого груза, кг.

3

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Создание грузоподъемной машины начинают с генеральной компоновки (разработки эскиза общего вида), которая включает в себя: 1) разработку схемы крана; 2) выбор типа и главных размеров металлоконструкции [I]; 3) размещение механизмов; 4) выбор типов приводов механизмов. Далее конструируют и рассчитывают отдельные механизмы с учетом взаимного влияния всех частей крана, начиная с того механизма, для которого имеется в задании наибольшая исходная информация – обычно это механизмы подъема.

Перед разработкой механизмов передвижения и поворота необходимо проработать металлоконструкцию, чтобы определить ее основные размеры и массу главных частей [I].

При расчетах следует правильно использовать единицы измерения величин.

Основные величины и их единицы измерения:

1.1Режимы эксплуатации

Взависимости от режима эксплуатации определяют коэффициент запаса прочности каната, коэффициент запаса торможения, отношение

диаметра барабана и блока к диаметру каната, допускаемые

напряжения в металлоконструкции и механизмах.

Группу режима работы механизма (1M…6M) по ГОСТ 25835-83 принимают (табл. 1) в зависимости от машинного времени работы

4

механизма t0 и коэффициента эквивалентности КНЕ, который учитывает переменность нагрузки:

где Ti – текущая нагрузка(момент, сила); Tmax – наибольшая нагрузка нормально протекающего технологического процесса;

ti – время нагрузки Ti; t0 – машинное время работы.

При заданных группе режима работы и машинном времени работы механизма t0 KHE находят по табл. 1.

Машинное время работы t0 и коэффициент эквивалентности КНЕ различных механизмов одного и того же крана могут быть разными.

Если расчетные коэффициенты и допускаемые напряжения в зависимости от режимов даны по правилам Гостехнадзора, то для перехода к группам режима по ГОСТ 25835-83 используют табл. 2.

Относительная продолжительность включения (см. табл. 2) где tраб – время работы; tпауз – время пауз в цикле работы.

5

1.2. Расчетные нагрузки подшипников качения

Подшипники опор поворотной части металлоконструкций, подъемных стрел, подпятники крюков и подшипники ручных механизмов рассчитывают на статическую грузоподъемность при действии наибольшей нагрузки.

PrE =(XVFr +YFα )KБγ,

Эквивалентную динамическую радиальную нагрузку для расчета подшипников ходовых колес определяют по формуле

где Fr и Fa – радиальная и осевая нагрузка на подшипник, найденные при действии наибольшей нагрузки на колесо: Fa=0,1Fr; КБ=1.3 – коэффициент безопасности;

–коэффициент эквивалентности, учитывающий переменность нагрузки (FQ–вес груза; G0–вес крана или тележки.)

PrE = ( XVFr + YFα )K Б ,

Эквивалентную динамическую нагрузку для остальных подшипников рассчитывают по формуле

где FrE=Frmax*KHE и FaE=Fa max*KHE – эквивалентные радиальная и осевая нагрузка на подшипник.

Коэффициенты эквивалентности КНЕ рассчитываемых механизмов приведены ниже. Наибольшие нагрузки Frmax и Fa max для механизма подъема определяют при действии веса номинального груза на максимальном вылете стрелы; для механизмов передвижения и поворота – при действии максимального вращающегося момента двигателя.

6

Ресурс подшипников Lk должен составлять не менее половины машинного времени работы механизма t0.п

1.3Коэффициенты полезного действия

Вмеханизмах в качестве опор используют подшипники качения. КПД таких механизмов с учетом потерь в опорах следующие:

ηц.п. = 0,93 – периодически смазываемая цепная передача; ηо.п. = 0,95 – открытая зубчатая пара; ηц. = 0,99 – закрытая цилиндрическая пара; ηк. = 0,98 – закрытая коническая пара;

ηч. = 0,9 – (I-u/200) – закрытая червячная пара, где u – передаточное число (u>1);

ηбл. = 0,97 – канатный блок;

ηбар. = 0,98 – барабан;

ηм. = 0,99 – муфта;

В значениях КПД барабанов и блоков учтены также потери на перегиб каната.

1.4 Электропривод

Тип двигателя

При номинальной мощности Pн двигателя менее 1,4кВт или при управлении с пола применяют двигатели типа 4АС (трехфазные асинхронные повышенного скольжения); при мощности Рн>= 1,4кВт и при управлении из кабины – крановые двигатели типа MTF или MKTF.

Для привода механизма подъема электротали при установке внутри барабана используют встроенные двигатели типа 4АСВ, в остальных случаях – двигатели типа 4АС.

Применение для кранов трехфазных асинхронных двигателей единой серии 4А основного исполнения и с повышенным пусковым моментом во всех случаях недопустимо.

Синхронная частота вращения nc=1000об/мин является наиболее рациональной и предпочтительной; nc=750об/мин допустима в крайнем случае, если расчетное передаточное отношение превышает передаточное отношение стандартных приводов; nc=1500об/мин

7

используют редко, но имеется тенденция ее более широкого применения.

Где Jпр.п. – приведенный к валу электродвигателя момент инерции при пуске (его определение по механичезмам дано ниже), кг*м2; nн=nдв

– номинальная частота вращения электродвигателя (по каталогу), об/мин; Tн = 9550Pн/nн – номинальный момент двигателя, Н*м; Рн – номинальная мощность двигателя при ПВ = 40%; tп.о. – относительное время пуска:

Для двигателей с короткозамкнутым ротором (4АС, MKTF) tп.с. =α + m2,5m

Для двигателей с фазовым ротором (MTF)

Здесь m = Tmax/Tн – кратность максимального момента двигателя, принимается по каталогу; α=Pст/Рм – коэффициент загрузки двигателя по мощности (Рст - статическая мощность установившегося движения).

Расчет на нагрев Двигатели выбирают с учетом ПВ. При выполнении курсового

проекта и домашних заданий не требуется рассчитывать из на нагрев.

1.5 Гидропривод Рабочее давление гидропривода выбирают по табл. 3.

8

Расход жидкости при подаче жидкости:

Со стороны поршня

V ж = πD4 2 − υ ;

Со стороны штока

V ж = π (D 24− d 2 )− υ ;

Где υ - скорость движения поршня.

Гидродвигатели Высокооборотные гидродвигатели компактны и дешевы. Однако

при их использовании необходимо применять редуктор для понижения частоты вращения. Тихоходные высокомоментные гидродвигатели тяжелее и дороже высокооборотных, но позволяют исключить редуктор и поэтому предпочтительнее.

Для механизмов поворота неполноповоротных кранов целесообразно использовать неполноповоротные лопастные гидродвигатели или гидроцилиндры, приводящие в движение рейку и

9

находящееся с ней в зацеплении зубчатое колесо, соединенное с поворотной частью крана.

Гидродвигатель при заданном давлении р выбирают по крутящему моменту Т и частоте вращения вала n.

Насосы Насос может обслуживать один или несколько цилиндров и

гидродвигателей. Последовательная работа механизмов позволяет уменьшить расход жидкости Vж, производительность насоса Vмас, размеры насоса и двигателя. В этом случае насос выбирают по давлению р и тому цилиндру или гидродвигателю, для которого требует наибольший расход жидкости по условию Vмас>=1,1Vж. Остальные механизмы при этом будут работать со скоростями, большими расчетных. Если это недопустимо, то следует увеличивать диаметр цилиндра, который приобретает избыточное усилие, или применить регулируемый насос. Необходимо учитывать, что регулируемый насос существенно дороже нерегулируемого.

Системы управления Управление подачей жидкости осуществляется либо

непосредственно с помощью трубопроводного крана, либо дистанционно золотниками, имеющими электромагнитный привод. При избыточном давлении часть масла сбрасывается в бак через предохранительный клапан.

Двигатель гидронасоса Статическая мощность, кВт

где p-давление, МПа; Vнас – производительность насоса, м3/c;

η=0,9 – КПД.

Выбор двигателя проводят по условию: у выбранного в соответствии с ПВ двигателя Pдв>=Pст.

10