Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

ves_kurs / theory

.pdf
Скачиваний:
41
Добавлен:
21.03.2016
Размер:
11.39 Mб
Скачать

ЛЕКЦИЯ 15. МЕХАНИЗМЫ ПОДЪЕМА КРАНА

15.1 Схемы механизмов подъема крана

Механизм подъёма предназначен для подъема и опускания груза на необходимую высоту и удержания груза на требуемой высоте.

Механизм подъёма включает в себя (рис.15.1): двигатель, передаточный механизм (редуктор или редуктор и открытую передачу), тормоз, грузовой барабан, блоки, тяговой орган (чаще всего стальной канат) и грузозахватное устройство (крюк, грузовая подвеска, грейфер и т.п.).

Входящие в состав кранов механизмы подъёма грузов (грузовые лебедки) подразделяются на грейферные и крюковые. Конструктивное исполнение крюковых лебедок может быть самым различным в зависимости от количества барабанов и передаточных устройств.

Рис.15.1-Схемы одномоторных крюковых лебедок а), б) – однобарабанные лебёдки; в) – двухбарабанная лебёдка;

1 – электродвигатель; 2 – тормоз; 3 – редуктор; 4 – барабан; 5 - открытая передача.

Грейферные лебёдки (рис.15.2)всегда двухбарабанные Эти лебёдки различают одномоторные и двухмоторные. Они позволяют получить различные сочетания вращения барабанов, что необходимо для обеспечения работы грейфера. В грейферных лебёдках кранов один барабан является замыкающим, а второй поддерживающим, аналогично и называются лебёдки – одна замыкающая, а вторая - поддерживающая.

Рис.15.2-Схемы грейферных (двухбарабанных) лебёдок а) – одномоторная; б) – двухмоторная;

1 – барабан; 2 – открытая передача; 3 – соединительная муфта с тормозным шкивом; 4 – редуктор; 5 – двигатель.

15.2 Расчет мощности и выбор электродвигателя

Работа подъемного механизма характеризуется повторно - кратковременным режимом. Каждый цикл можно разбить на три периода: разгон, установившееся движение, торможение.

181

В период разгона мощность двигателя расходуется как преодоление статических сопротивлений, так и на преодоление инерционных (динамических) сопротивлений. Расчет потребной мощности двигателя ведется только по статическим сопротивлениям. Динамические сопротивления учитываются только при проверке двигателя на пусковую перегрузку.

Мощность, потребная для преодоления статических сопротивлений, определя-

ется по формуле:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

N

Q

H

g

n

,

 

 

 

 

 

(15.1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

общ

 

 

 

 

 

 

 

 

где: Q

 

- грузоподъемность крана, т;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

H

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

- скорость подъема груза, м/с;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- КПД механизма подъема.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

общ

 

 

 

 

 

 

бл

 

 

 

,

(15.2)

 

 

 

 

 

 

n

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

общ

 

 

пол

 

 

 

 

бар

 

ред

 

 

Для грейферных кранов с двумя независимыми лебедками мощность электродвигателя одной лебедки принимается равной:

N N

2

1

0,6N

,

(15.3)

Электродвигатель выбирается по статической мощности по каталогу, с учетом величины относительной продолжительности включения (ПВ%).

15. 3 Расчет передаточного числа и выбор редуктора

Рассчитывается требуемое общее передаточное число привода:

 

 

 

 

i

 

 

n

ДВ

i

 

i ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

П

 

n

 

Р

О

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Б

 

 

 

где

i

O

- передаточное число открытой передачи;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

P

- передаточное число редуктора;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

n

ДВ

- частота вращения вала электродвигателя, об/мин;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(15.4)

n

Б

 

- частота вращения барабана, об/мин ,

 

nБ

 

60 п

,

(15.5)

(Dбар dк )

 

 

 

 

 

 

Редуктор выбирается из соответствующего справочника по ближайшему значению требуемого передаточного числа и мощности выбранного электродвигателя.

Определяется тип редуктора, марка, исполнение и др. показатели.

По передаточному числу выбранного редуктора устанавливаются фактическая частота вращения барабана и скорость подъёма груза.

15.3 Выбор тормоза и соединительной муфты

Тормозной момент, по которому выбирается тормоз из каталога, определяется:

182

где

КТ 1,5

2,5

 

работы механизма;

 

 

а (1или 2)

МТ

КТ

QH g(Dбар dк ) общ

,

(15.6)

2 а iО

 

 

 

 

-коэффициент запаса торможения, зависящий от режима

количество лебедок механизма подъема.

Для механизма подъема выбирается тормоз закрытого типа с электогидротолкаелем, являющийся наиболее надежным в эксплуатации.

Соединительная муфта выбирается по величине диаметра тормозного шкива по рекомендациям справочной литературы (в соответствии с передаваемым крутящим моментом).

ЛЕКЦИЯ 16. МЕХАНИЗМЫ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ И ПОВОРОТА КРАНА

16.1 Механизмы передвижения крана

16.1.1 Классификация

Перемещение грузоподъёмной машины в целом обеспечивается механизмом передвижения. Механизмы передвижения выполняются для перемещения по рельсовому, безрельсовому или канатному пути. По рельсовому пути передвигаются мостовые, козловые, башенные, портальные и ряд других грузоподъёмных машин. Канатный путь имеют тележки кабельных и мостокабельных кранов. Безрельсовый путь используется стреловыми кранами на автомобильном, пневмоколесном, гусеничном ходу.

Передвижение по рельсовому пути осуществляется одним из двух типов ме-

ны

вые

Рис.16.1-Компоновочные схемы ходовых тележек а) – жесткое крепление колес; б) – шарнирное крепление колес.

В портальных кранах в составе одной балансирной тележки может быть несколько приводных колес.

16.1.2 Определение нагрузок на опоры крана В общем виде нагрузка на одну опору крана может быть определена (рис.16.2)

по формуле:

Р

1

 

 

V

 

G

НЧ

i

4

 

 

 

 

 

 

S2t0

S

2Cos 2Sin

S в

,

(16.1)

 

 

где: G

НЧ

– вес неповоротной части крана (портала), приложенный в центре ее

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

тяжести, кН;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V G

ПЧ

G

ГР

– вес поворотной части крана и груза, приложенный в точке

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Е,

(G

ПЧ

G

КР

G

НЧ

) кН;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

0

 

– смещение шарнира крепления стрелы относительно центра портала,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

м;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

M=V·ℓ – момент, создаваемый силой тяжести поворотной части крана,

включая груз, кН·м;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G

 

 

– плечо приложения суммарной вертикальной нагрузки, м;

 

 

 

 

 

 

i

 

 

i

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

V

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

– угол между осью Х и положением стрелы (при S в, 45˚).

 

 

 

 

Следует учитывать, что P P

min

при знаке «-» (на опоре Д) и P P

max

при

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

 

i

 

 

знаке «+» (на опоре В), согласно схемы на рис. 16.

Рисунок.16.2-Схема к расчету нагрузок на опоры крана

16. 1.3 Расчет числа колес и их диаметра Количество ходовых колес на одной опоре крана определяется с учетом мак-

симальной нагрузки, приходящейся на опору и допускаемой нагрузки на одно колесо:

 

 

 

 

P

max

,

(16.2)

 

Z

'

 

 

P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где

Р – допускаемая нагрузка на одно колесо, зависящая от типа рельсов и

шпального основания; Р 200 500 КН .

Если в результате расчетов получится дробное значение колес, то оно округляется в большую сторону Z .

Число приводных колес определяется из условия отсутствия буксования их при пуске и движении крана против ветра и вверх по уклону.

Чтобы не допустить буксования необходимо соблюдать условие.

184

 

 

 

 

F

СЦ

Р

W

 

Р

,

 

 

 

 

 

 

КПР

 

 

ОБ

 

КПР

 

где F – сила сцепления приводных колёс с рельсом, КН

 

 

СЦ

– коэффициент сцепления приводных колес с рельсом;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

– коэффициент трения между колесом и рельсом;

 

Р

КПР

– суммарная нагрузка на приводные колеса, кН;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

W

 

– общее сопротивление передвижению крана, кН.

 

 

ОБ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тогда, введя коэффициент запаса К 1,1 1,2, получим:

 

 

 

 

 

 

 

Р

 

 

W

 

 

К ,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОБ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

КПР

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СЦ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчетное количество приводных колес определяется по формуле:

Z

 

 

Р

КПР

,

 

 

 

 

 

 

 

 

ПР

 

min

 

 

 

 

Р

 

 

 

 

 

К

 

(16.3)

(16.4)

(16.5)

При расчете ходовых колес определяют их диаметр, устанавливают ширину поверхности дорожки качения.

Диаметр колеса, м:

где

К

б

0,1 1,3

 

 

 

 

 

К

 

Р

экв

 

 

D

 

 

б

К

 

 

 

 

 

 

 

 

К

 

В q

,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(16.6)

– коэффициент, учитывающий

влияние динамических

нагрузок и зависящий от скорости движения;

Рэкв

К

– эквивалентная нагрузка на колесо, т.е. скорректированная макси-

мальная нагрузка на

работы Р

экв

j

Р

max

К

К

 

К

 

коэффициент, учитывающий переменность нагрузки и режимы

, j

0,95 0,98 ;

К

 

В – ширина головки рельса, см;

q 500 600 – допускаемое давление, зависящее от материала колеса,

Н/см.

После расчета диаметра колеса он уточняется по ГОСТ (в большую сторону).

16.1.4 Расчет сопротивлений передвижению и мощности привода При передвижении крановых тележек по рельсовому пути сопротивление пе-

редвижению определяется как сумма сопротивлений:

- от трения в ходовой части

W

;

 

 

ТР

 

- от уклона пути - W

;

 

 

У

 

 

 

-от силы давления ветра - WВ ;

-силы инерции при неравномерности движений - Wи :

185

W

W

W

ОБ

ТР

У

W

В

 

W и

,

(16.7)

Сопротивление трения зависит от нагрузки на ходовые колеса, диаметра колес и их цапф, коэффициентов трения:

 

 

 

 

 

 

d

Ц

2 f

W

G

 

G

 

 

 

 

КР

Г

 

 

 

ТР

 

 

 

D

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

К

К

Р

 

,

(16.8)

где G

 

и G

Г

- вес крана и вес груза, кН;

 

 

 

 

 

КР

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,01

- коэффициент трения в подшипниках качения;

 

f

0,05 - коэффициент трения качения колеса по рельсу;

 

D

, d

 

- диаметры колеса и его цапфы, см;

 

 

 

 

К

 

Ц

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

К

Р

1,1 1,5 - коэффициент, учитывающий трение в ребордах и ступицах

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

колес.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сопротивление от уклона пути:

 

Sin G

 

 

 

i ,

 

 

 

 

 

 

W G

КР

G

Г

КР

G

Г

(16.9)

 

 

 

 

 

У

 

 

 

 

 

где - угол наклона пути, град;

 

 

 

 

 

 

i

- уклон пути

i

0,001 0,003

,

(16.10)

В суммарное ветровое сопротивление входит сопротивление от воздействия

ветра на конструктивные элементы крана - W

 

 

и на груз -

W

, т.е.

 

КР

 

 

 

 

 

 

Г

 

W

W

 

W

 

;

 

 

 

 

В

КР

 

Г

 

 

 

 

 

W

Р

В

F

К

СП

,

 

(16.11)

В

 

Hi

 

 

 

 

 

где

Р

В

 

- ветровое давление на единицу расчетной наветренной площади эле-

мента конструкции;

 

 

К

СП

- коэффициент сплошности (для сплошных поверхностей

 

 

 

 

 

механизмов

К

СП

0,8 1, для решетчатых ферм К

СП

0,2 0,6 );

 

 

 

 

К

СП

 

1

, для

FHi

- расчетная наветренная площадь.

Расчетную наветренная площадь груза определяют по фактическим данным

или ориентировочно, в зависимости от его массы:

 

Масса груза, т …

5,0;

10,0;

16,0;

20,0;

25,0

Площадь груза, м² …

7,1;

10,0;

14,0;

16,0;

18,0

Сопротивление от сил инерции определяются:

 

 

 

 

Wи

 

mКР mГР пер ,

(16.12)

 

 

 

 

t p

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где mКР и mГР - соответственно масса крана и груза;

 

пер

- скорость передвижения крана (тележки); м/сек;

 

 

 

 

 

 

 

 

t p - время разгона механизма до минимальной скорости, которое не должно превышать для кранов 8 – 10 сек, а для тележек 5 – 6 сек.

186

Статическая мощность двигателей, при установившемся движении против ветра и преодолении уклона пути, для кранов, работающих на открытых площадках, определяется, кВт:

 

 

 

 

W

 

пер ,

(16.13)

 

N

 

 

об

 

 

СТ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

об

 

 

где об - общий КПД механизма передвижения (в предварительных расчетах

можно принимать

0,7 0,85).

 

 

об

 

 

 

 

 

 

 

Для кранов, работающих нагрузки при разгоне крана.

N

СТ

 

внутри помещений,

 

W

1,3W

 

пер ,

 

ТР

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

об

 

 

 

 

 

 

 

 

учитываются динамические

(16.14)

где

1,6

- средний коэффициент перегрузки электродвигателей во время

разгона.

Абсолютное большинство портальных кранов имеют индивидуальные независимые приводы, устанавливаемые на каждой опоре портала. В этом случае при выборе электродвигателя суммарную мощность повышают на 25% и от нее принимают

1/4, т.е.

N

 

1,25N

СТ

 

1 4

 

4

 

 

 

 

,

(16.15)

При установке приводов на двух опорах мощность каждого электродвигателя принимается равной 60% от суммарной мощности.

По рассчитанной таким образом мощности выбирается электродвигатель по каталогу. Статическую мощность необходимо пересчитывать с учетом фактического значения относительной продолжительности включения электродвигателя (ПВ%).

Выбор электродвигателя производится из условия:

где

кВт ;

 

N

ном

N

расч

,

(16.16)

 

 

 

Nном

- номинальная мощность электродвигателя (каталожное значение),

N расч - расчетная мощность на валу электродвигателя, кВт.

 

 

 

 

ПВ

 

N

 

N

 

ф

расч

ПВ

э

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

к

,

(16.17)

где ПВф - фактическое (заданное или расчетное) значение относительной про-

должительности включения механизма, %; ПВкэ - каталожное или стандартное значение относительной продолжитель-

ности включения электродвигателя, ближайшего по значению к

ПВф

.

16.1.5 Выбор редуктора Стандартный редуктор выбирается из справочника по передаваемой мощно-

сти, равной мощности приводного электродвигателя, и требуемому общему передаточному числу, которое находится из выражения:

187

где

n

60

пер

/ D

к

 

К

i

n

ДВ

/ n

,

об

 

к

 

- частота вращения ходового колеса, об/мин.

(16.18)

Передаточное число открытой передачи

i

oп

 

находится как отношение общего

передаточного числа к передаточному числу выбранного стандартного редуктора

i

 

i

 

об

i

оп

 

 

 

 

 

ред

,

(16.19)

Мощность, передаваемая открытой зубчатой передачей, должна быть не менее мощности редуктора.

16.1.6 Выбор тормоза и соединительной муфты Для выбора тормоза определяется величина тормозного момента:

М

Т

 

 

W

W

W

'

D

 

 

 

У

В

ТР

К

об

 

 

 

 

2 i

 

 

 

 

 

 

об

 

 

К

Т

 

, Н·м,

(16.20)

К

Р

 

Сопротивление трения корректируется на величину коэффициента 1,1 1,5, учитывающего трения реборд колес о рельсы:

W

'

W

/ К

,

(16.21)

ТР

ТР

Р

 

 

По величине диаметра тормозного шкива и диаметра выходного вала редуктора выбирается соединительная муфта.

16.2 Механизмы поворота крана

16.2.1 Конструкция стреловых систем Стреловые системы поворотных кранов предназначаются для изменения по-

ложения груза относительно оси вращения крана.

Стреловые системы подразделяются на две группы: стреловые системы с горизонтальным перемещением груза и с негоризонтальным перемещением груза при изменении вылета стрелы.

Стреловые системы с горизонтальным перемещением груза (рис 16.3) при изменении вылета стрелы можно подразделить на две принципиальных конструктивных группы:

Прямые качающиеся стрелы с уравнительными устройствами и шарнирно – сочлененные системы с хоботами.

При изменении вылета прямых качающихся стрел точка подвеса груза (концевые блоки) перемещаются по дуге окружности. Горизонтальность перемещения груза достигается введением в стреловую систему специальных уравнительных устройств: уравнительные полиспасты, уравнительные барабаны и уравнительные блоки.

Изменения высоты подвеса груза у прямых стрел с уравнительными блоками достигается изменением длины подъемного каната между грузовым барабанам и

188

концом стрелы за счет перемещения уравнительного блока 2 при изменении вылета стрелы.

Рисунок 16.3-Стреловая система с прямой стрелой с уравнительным блоком 1 – лебедка; 2 – уравнительный блок; 3 – тяга; 4 – стреловой блок;

5 – стрела; 6 – рейка; 7 – коромысло.

Стреловые системы в виде шарнирно – сочлененной укосины (рис. 16.4) представляют собой шарнирный четырехзвенник, подвижными звеньями которого является стрела, хобот и оттяжка хобота.

Рисунок 16.4-Шарнирно – сочлененная стреловая система с прямым хоботом 1 – лебедка; 2 – рейка; 3 – коромысло; 4 – оттяжка; 5 – хобот;

6 - грузовой канат; 7 – стрела.

Необходимая траектория движения концевых блоков хобота достигается за счет подбора соответствующих размеров звеньев (укосины с прямым хоботом).

Стреловые системы с негоризонтальным перемещением груза применяются в основном в мобильных кранах: автомобильных, пневмоколесных, гусеничных, железнодорожных.

16.2.2. Механизмы изменения вылета стрелы Механизмы изменения вылета (рис.16.5) могут иметь жесткую или гибкую

связь со стреловым устройством.

Полиспастный механизм изменения вылета не обеспечивает жесткой связи стрелы с металлоконструкцией поворотной части, он прост по устройству и в эксплуатации, поэтому применяется в мобильных кранах.

Механизм изменения вылета у портальных и плавучих кранов должен иметь жесткую связь со стрелой, поэтому для портальных и плавучих кранов основными типами является реечный, винтовой, секторно – кривошипный и гидравлический механизмы.

На современных портальных кранах наибольшее распространение получили реечные механизмы изменения вылета (41%), винтовые (33%), реже применяются

189

полиспастные (20%). Винтовые механизмы изменения вылета применяют на судовых кранах, секторные на плавучих кранах грузоподъемностью 5 т, полиспастные – на плавучих кранах большой грузоподъемности и на судовых кранах.

Рисунок 16.5-Типы механизмов изменения вылета стрелы а) реечный механизм; б) винтовой механизм; в) секторный механизм;

г) секторно – кривошипный механизм; д) кривошпно – шатупный механизм; е) гидравлический механизм.

16.2.3. Расчет механизмов изменения вылета стрелы Статическая мощность электродвигателя механизма изменения вылета стрелы

находится по формуле:

где

U

СР.КВ

 

N

 

 

U

 

 

 

 

 

СР.КВ

i

 

 

 

 

 

 

 

СТ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

(16.21)

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

- среднеквадратичное усилие в соединительном звене (рейке,

винте, штоке гидроцилиндра, полиспасте), кН;

 

0

- общий КПД механизма изменения вылета (для предварительных

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

расчетов может быть принят равным 0,8 – 0,9;

 

i

 

- скорость рейки, хода винта,

штока гидроцилиндра или стягивания

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

обоймы полиспаста, м/с :

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

(16.22)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

i

t

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

где - рабочий ход рейки, винта, штока, м;

 

 

 

t

0

- время перевода стрелы из одного крайнего положения в другое, с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

t

 

 

R

max

R

min ,

(16.23)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ив

 

 

 

где Rmax и Rmin - максимальный и минимальный вылет стрелы, м;ив - скорость изменения вылета стрелы, м/с.

Среднее квадратичное усилие в рейке (винте и др.) определяется по формуле:

190

Соседние файлы в папке ves_kurs