4.5. Определение тормозного момента

Максимально допустимое замедление

. (4.17)

Время торможения.

(4.18)

Тормозной момент находят из уравнения моментов при торможении:

М_т+М^т_со=М^т_ин (4.19)

откуда

Мт = М^т_ин - М^т_со,

где М^т_{со -} - момент сопротивления передвижению тележки с грузом.

М^т_со = М`_с η₀,

где М`_с – приведенный момент сопротивления (см. формулу 4.2);

η₀ – КПД передачи, η₀ = 0,85 ÷ 0,9 (см. формулу 4.6)

М^т_ин – инерционный момент при торможении:

,

где t_т – время торможения, с.

По значению тормозного момента М_т и ПВ% подбирают тормоз типа ТКП.

4.6. Исходные данные для выполнения работы

№ варианта	Вес груза Q, кН	Скорость передвижения тележки Vт, м/мин	Режим работы крана
1	100	20	л
2	700	50	т
3	200	25	л
4	600	45	т
5	500	40	с
6	400	35	с
7	800	55	т
8	300	30	с
9	900	60	т
10	150	20	с
11	750	50	л
12	250	25	т
13	650	45	с
14	550	40	л
15	450	35	т
16	850	55	с
17	350	30	т
18	950	60	с
19	175	20	т
20	775	50	с
21	275	25	с
22	675	45	л
23	579	40	т
24	475	35	л
25	875	55	л
26	375	30	л
27	975	60	л
28	1000	65	с
29	90	20	т
30	80	20	т

Тема 5. Расчет механизмов поворота гпм (3 ч)

Общий расчет механизма поворота. Он заключается в определе­нии нагрузок на опоры поворотной части крана, в определении со­противлений вращению, выборе двигателя, редуктора, муфт, тор­моза и расчете конечного звена передачи — зубчатой, цевочной или канатной.

Момент сопротивления вращению поворотной части крана на валу двигателя в период пуска (разгона)

(5.1)

где Т_ин — момент сопротивления от сил инерции при пуске;

Т_укл — момент статического сопротивления от веса крана и груза относительно оси вращения крана при нахождении крана на уклоне;

Т_в — момент статического сопротивления от ветровой на­грузки относительно оси вращения крана;

Т_тр — момент статиче­ского сопротивления от сил трения относительно оси вращения крана;

u и η — передаточное отношение и к.п.д. механизма между осью поворота и валом двигателя.

Наибольший момент сопротивления (Нм) вращению от веса поворотной части крана и груза при нахождении крана на уклоне

(5.2)

где т_пов — масса поворотной части крана, кг: т_пов = т_цл + т_пв + т_б + т_с (соответственно масса поворотной платформы, противовеса с противовесной стрелой, башни, стрелы);

l_пов — расстояние от оси вращения крана до центра тяжести поворотной части кра­на, м;

l_пл, l_пd, l_б и l_с — соответственно расстояния от оси вращения крана до центра тяжести соответственно платформы, противовеса, башни и стрелы, м;

Q — масса груза при номинальной грузоподъемности, кг;

R — вылет крана, м;

α — угол наклона пути крана.

Наибольший момент сопротивления (Нм) вращению поворот­ной части крана от ветровой нагрузки относительно оси вращения крана

(5.3)

где —ветровые нагрузки на кран и груз, Н;

r_в — рас­стояние от оси вращения до центра тяжести площади наветренной поверхности крана, м.

Момент сопротивления (Нм) вращению поворотной части кра­на от сил трения относительно оси вращения крана

где F_i - опорные нагрузки (см. ниже), Н;

f_i - коэффициенты тре­ния;

r _i - радиусы действия сил трения опор поворотной части крана, м.

Статическая мощность (кВт) двигателя привода механизма по­ворота крана

(5.4)

где Т_с - момент статических сопротивлений вращению поворотной части крана относительно оси вращения крана, Нм;

n_пов - частота вращения поворотной части крана, мин^-1;

η - КПД привода механизма поворота.

Двигатель предварительно выбирают по статической мощности Рс, принимая при этом из каталога ближайший больший по мощно­сти. После определения необходимого пускового момента механиз­ма поворота определяют по этому моменту необходимую мощность двигателя при пуске Р_пуск. Необходимая номинальная мощность двигателя может быть определена из условия Р_дв ≥ k Р_пуск, где k — коэффициент, учиты­вающий допустимую перегрузку двигателя в период пуска (k = = 0,35...0,5). Затем двигатель проверяется согласно указаниям па­раграфа 1.7 [1 ].

Момент сопротивления (Нм) при торможении (тормозной мо­мент) механизма поворота крана на валу тормоза при неблаго­приятном сочетании нагрузок

(5.5)

где – момент сил инерции на валу двигателя при торможении;

—момент статических сопротивлений повороту вращающейся части крана на валу тормоза при торможении;

Предохранительная фрикционная муфта привода механизма по­ворота крана рассчитывается на момент

Где - момент, передаваемый двигателем предохранительной фрик­ционной муфте в период пуска механизма поворота.

Опорно-поворотное устройство кранов с расположением опор в вертикальной плоскости (рис. 5.1). Нагрузки:

на опоры А и С:

(5.6)

Рисунок 5.1. Расчетные схемы кранов:

а —с поворотной колонной; б —с неподвижной колонной

на опору B:

(5.7)

где Q - масса груза, кг;

т_с - масса стрелы (поворотной части крана без противовеса и противовесиой стрелы), кг;

т_пв — масса противовеса и противовесиой стрелы, кг;

l_с и l_пв — расстояния от оси вращения крана до центра тяжести соответственно стрелы и противовеса, м.

Массу противовеса для крана с постоянным вылетом стрелы можно принять

где φ = k_г/(k_г+1);

k_г — коэффициент использования крана по гру­зоподъемности (см. табл. 1.7 [1]).

Момент сопротивления (Нм) вращению от сил трения в этих опорах относительно оси вращения крана

(5.8)

где d_А, d_B, d_C, — диаметры цапф опор;

f_А, f_B, fd_C — коэффициенты трения в соответствующих опорах.

Если в опоре применяются опорные колеса (опора А, рис. 5.1 и 5.2), момент сопротивления вращению (Нм) относительно оси колонны в такой опоре при двух опорных колесах

где F_А - опорная нагрузка, Н [см. (5.6)];

β - угол между опорны­ми колесами;

D_A - диаметр круга катания в опоре, м;

D_к — диаметр колеса, м;

μ - коэффициент трения качения ролика по кругу ката­ния (по колонне): μ = 0,0003...0,0007 м;

d_к, - диаметр оси колеса;

f – приведенный коэффициент трения в подшипниках колеса.

В этой формуле знак плюс перед цифрой 1 при неподвижной колонне (внешняя опора), знак минус — при вращающейся колон­не (внутренняя опора).

Опорные колеса рассчитываются на контактную прочность.

При линейном контакте колеса с плоской опорной поверхностью катания (рельс с плоской головкой) контактные напряжения (Па)

При точечном контакте колеса с выпуклой опорной поверхностью катания (рельс с выпуклой.головкой)

где k_f — коэффициент, учитывающий влияние трения на работу опорных колес. При режимах работы: легком k_f = 1,0, среднем — k_f = 1,04... 1,06, тяжелом k = 1,06... 1,1; — расчетная нагрузка на колесо, Н:

k_н—коэффициент неравномерности распределения нагрузки по ширине рельса: для рельсов с плоской головкой k_н = 2, с выпуклой головкой — k_н = 1,1;

k_д — коэффициент динамичности, зависящий от скорости передвижения колеса v. При v (м/с) менее 1; 1... 1,5; 1,5...3; более 3 k_д соответственно равен 1,0; 1,1; 1,2; 1,3;

F — макси­мальная нагрузка на колесо при номинальных нагрузках на кран в рабочем состоянии, Н;

Е — приведенный модуль упругости мате­риала колеса и рельса. Па:

,

Е₁ и Е₂ — модуль упругости материала соответственно колеса и рельса, Па;

b — рабочая ширина головки рельса без учета закруг­лений, м;

R — радиус колеса, м;

k — коэф­фициент, зависящий от отношения R₂/R < 1;

R₁ — больший из ра­диусов колеса и скруг­ления (выпуклости) головки рельса, м;

R₂ — меньший из радиусов колеса и скругления головки рельса, м:

Рисунок 5.2. Расчетная схе­ма опорных нагрузок на катки крана с неподвиж­ной колонной

Рисунок 5.3. Расчетные схемы опорно-поворотного устройства: а — нагружения; б — опорного участка; в —для уста­новления расчетного пролета, определяющего опор­ные реакции

Допускаемые контактные напряжения [σ_Н] составляют 0,7...0,9 предела текучести материала колеса 25-10⁷...32-10⁷ Па.

Опорно-поворотные устройства кранов с расположением опор в горизонтальной плоскости (рис. 5.3). Все действующие на опорно-поворотные устройства силы можно свести к вертикальной силе F_в, приложенной по оси опорно-поворотного устройства, горизонталь­ной силе F_г, приложенной к опорным элементам по центру тяжести тел качения и к моменту М, определяемому из условия

где L и h — см. рис. 5.3.

Средняя нагрузка (H) на один опорный элемент в секторе с углом β опорно-поворотного устройства:

а) каткового (опорная реакция вертикальна)

(5.9)

б) шарикового или роликового (опорная реакция наклонена под углом у к вертикали)

(5.10)

где z' — число опорных элементов в секторе с углом β;

D_cp — диа­метр опорного круга по средней линии качения (диаметр беговой дорожки тел качения), м;

β — центральный угол между точками пересечения окружности диаметром D_cp с осями продольных (хреб­товых) балок рамы неповоротной части крана (см. рис. 5.3);

γ — угол наклона опорной реакции к вертикали.

Для опорно-поворотного устройства шарикового, роликового и многокаткового

где z — общее количество опорных элементов в опорно-поворотном устройстве (шариков, роликов, катков).

Для опорно-поворотного устройства с опорными колесами z' равно 2 или 4 (по два колеса на балансире).

Для опорно-поворотных устройств с кольцами из хромистой или марганцовистой стали, при твердости рабочей поверхности 47...55 HRC, со стандартными шариками или роликами (диаметр ролика равен его длине) предельная допустимая нагрузка (МН):

на шарик

;

на ролик

,

где d_m, d_p — диаметр соответственно шарика и ролика, м.

Момент сил трения (Нм) в шариковых и роликовых опорно-поворотных устройствах относительно оси вращения может быть принят равным

Момент сил трения (Нм) в опорно-поворотных устройствах многокатковых и с опорными колесами может быть принят равным

(5.11)

Примерная последовательность расчета механизма поворота:

1. определяются опорные нагрузки по (5.6), (5.7), (5.9), (5.10);

2. определяются моменты сопротивления вращению от уклона пути, ветровой нагрузки и сил трения по (5.2), (5.3), (5.8), (5.11);

3. определяется статическая мощность двигателя по (5.4) и выбирается двигатель;

4. определяется общее передаточное число привода u = n/n_пов и составляется кинематическая схема меха­низма;

5. определяется расчетная мощность редуктора по (1.101) или (1.102) [1];

6. определяются расчетные моменты соединительных муфт по (1.33) и (1.103) [1] и выбираются муфты (табл. Ш.5.1...111.5.9 [1]);

7. определяется время пуска (торможения) по (1.76) [1] и прове­ряется соответствие его данным табл. 1.21 [1];

8. определяется момент сопротивления вращению поворотной части крана на валу двигателя при пуске по (5.1);

9. определяется необходимая мощность двигателя при пуске согласно (5.4) при Т_с = Т_иуск и производится его проверка соглас­но пояснениям к формуле (5.4);

10. проверяется двигатель на нагрев (см. параграф 1.7 [1]);

11. определяется момент сопротивления на валу тормоза при торможении по (5.5) и выбирается тормоз по табл. Ш.5.П.. Ш.5.14 [1];

12. производится расчет на прочность отдельных элементов ме­ханизма (опорных колес, предохранительной фрикционной муфты и до.).