2. Расчет механизмов передвижения

В самоходных тележках механизм передвижения имеет обычно две схемы, которые в настоящее время широко применяются (рис. 1,2),

Ходовые колеса, соединенные с приводом, являются приводными, а ос­тальные колеса - холостыми. В первой схеме вертикальные редукторы типа ВК и ВКУ-М, закрепляемые на вертикальной плите, располагаются посереди­не между приводными ходовыми колесами. Во второй схеме вертикальные навесные редукторы типа ЦЗВК и ЦЗВКФ располагаются сбоку от приводного ходового колеса. Первая схема более компактна по сравнению со второй, но имеет большее число элементов (в первой схеме четыре соединительные муфты, во второй схеме - две муфты).

1. Статические нагрузки на колеса

Вес номинального груза ра­вен Grp = 490,5 кН. Вес тележки определим по рекомендации [2, табл. 2.8]. Примем GT =132,4 кН. С учетом коэффициента неравномерности нагружения колес максимальная статическая нагрузка на одно колесо будет равно

Минимальная статическая нагрузка на одно колесо

2. Выбор колес.

По [2, табл. 2.11], используя значение , выбира­ем колесо диаметром D = 500 мм; .

3. Выбор колесных установок.

По диаметру колеса выбираем стан­дартные колесные установки (Прило­жение 8): приводную колесную уста­новку К2РП-500 исполнения 1 (один конец вала со шпонкой) и неприводную К2РН-500, имеющие параметры: D=500 мм; d=100 мм; В=100мм; mк.у.пр = 310,73 кг; mк.у.непр =295,89 кг; z_ре6 = 2. Форма поверх­ности катания - цилиндрическая. Тип подшипника - роликовый радиальный сферический двухрядный с симмет­ричными роликами.

4. Выбор подтележечного рельса

По [2, табл. 2.11] выбираем рельс КР-80 ГОСТ 4121-76 с выпук­лой головкой. Значение b равно 80 мм. Проверим соотношение ширины до­рожки катания колеса В и головки рельса b: В-b = 100 - 80 = 20 мм, что не меньше нормы, указанной в [2, табл. 2.11]. Другие параметры рельса: R = 400 мм; bосн=130 мм; у = 6,43 см; F = 81,13 см²; Jх = 1547 см⁴; m_пог =63,7 кг; l_мерн=9,0; 9,5; 10,0; 10,5; 11,0; 12,0; lнем =4...12м; мате­риал-сталь М62.

5. Сопротивление передвижению самоходной тележки

Сопротивление передвижению тележки с номинальным грузом W_CT, кH,

при установившемся режиме работы равно

где d=100 мм - диаметр цапфы колеса [8, т.2, табл. V.2.43]; D_K =500 мм- диаметр ходового колеса, выбранный по максимальной нагрузке; f=0,015 - коэффициент трения в опоре вала колеса [2, табл. 2.14]; - коэффициент трения качения колеса по рельсу [2, табл. 2.13]; К_р=2,5- коэффициент реборд, определяемый в основном трением реборд о головку рельса и трением элементов токосъемного устрой­ства [2, табл. 2.15]; сопротивление, создаваемое ук­лоном подтележечного или подкранового пути: ; - уклон рельсового пути для тележки [1, с.41]; W_в - сопротивление, создаваемое ветром, если кран уста­новлен на открытом воздухе.

6. Выбор электродвигателя и редуктора

Двигатель механизма передвижения обычно выбирается серии MTKF, МТКН [2,8] таким образом, чтобы отсутствовала пробуксовка ведущих колес незагруженной тележки, а коэффициент запаса сцепления должен быть не менее 1,2. Мощность двигателя N_CT, кВт, равна

где V_T - заданная скорость грузовой тележки, м/с;= 0,7..0,85 - общий КПД механизма передвижения [8, т.2, с.423].

При выборе электродвигателя должны соблюдаться некоторые условия:

• относительная продолжительность включения (ПВ) двигателя должна соответствовать относительной продолжительности включения механизма;

• номинальная мощность двигателя должна быть равна или несколько больше значения мощности .

Выбираем электродвигатель переменного тока МТКН 112-6 с параметрами: ;;; ; ;

Частота вращения колес, об/мин,

Передаточное число редуктора

В зависимости от конструкции грузовой тележки выбираем по каталогу ближайший по полученным данным редуктор ВКУ-765М с [2,8]. Так как расчетная вели­чина передаточного числа редуктора не совпадает с передаточным числом фактического редуктора, то фактическая частота вращения ходового колеса равна:

Фактическая скорость передвижения грузовой тележки равна, м/с

Погрешность выбора скорости передвижения тележки , м/с

Погрешность выбора скорости передвижения тележки не должна превышать ±15%. Требуемая мощность электродвигателя, кВт, определяется по формуле

При пуске электродвигателя максимальное допустимое ускорение ненагруженной тележки, при котором обеспечивается заданный запас сцепления ходового колеса с рельсом без пробуксовки, равно [1]

где - число приводных колес грузовой тележки; - общее число колес грузовой тележки; - коэффициент сцепления ходового колеса с рель­сом, зависит от места установки крана(в помещении) [1, с. 393]; - ускорение свободного падения, м/с².

Время пуска при максимальном ускорении, с

Момент сопротивления при передвижении грузовой тележки без груза, Нм,

Необходимый средний пусковой момент электродвигателя, Нм,

Фактический средний пусковой момент электродвигателя равен

где Ммах =155 Нм– максимальный момент выбранного электродвигателя, Нм;

Оценка среднепускового момента, необходимая для подбора электро­двигателя, возможна только при известном значении момента инерции Jдв

(куда должен входить и момент инерции муфты с тормозным шкивом), поэто­му вычисление требуемой мощности двигателя приходится производить с по­мощью формулы (4) и путем последовательных приближений, задаваясь вна­чале параметрами двигателя, подобранного по статической мощности с уче­том сопротивления передвижению грузовой тележки с номинальным грузом [1, с. 267].

Поэтому для точного подбора электродвигателя необходимо предвари­тельно выбрать муфту и тормоз.

7. Выбор муфты

В механизме передвижения грузовой тележки расчетный момент муфты определяем по формуле [2, т.2]

где - коэффициент, учитывающий степень ответственности соединения [2,т.2, табл. V.2.36]; - коэффициент режима работы [2, т.2, табл. V.2.37]; - коэффициент углового смещения, который должен учитываться в соответст­вии с ГОСТ 5006-83 для выбора зубчатых муфт [2,т.2, табл. V.2.38], а для ос­тальных типов соединительных муфт =1.

Необходимо учитывать максимальный кратковременный момент, разви­ваемый электродвигателем, не должен превышать двукратной величины Мрасч. По каталогу выбираем упругую втулочно-пальцевую муфту, соеди­няющую электродвигатель с редуктором, с тормозным шкивом соответствую­щим по диаметру выбранному тормозу. Муфта подбирается по валу электро­двигателя и быстроходному валу редуктора, а также по крутя-щеему моменту Мрасч. Муфта имеет следующие параметры J=0,32 кг·м²

Муфты типа МЗП или другого типа для соединения выходных концов редуктора с валами приводных колес рассчитываются аналогичным образом.

Муфты зубчатые (ГОСТ 5006-83) типа II

8. Определение тормозного момента

В основу определения тормозного момента положено обеспечение со­ответствующего запаса сцепления приводных ходовых колес с рельсами, т.е. отсутствие юза при торможении грузовой тележки, и расчет ведут для наибо­лее опасного случая - грузовая тележка без груза.

Максимально допустимую величину замедления при торможении грузо­вой тележки, м/с², определяют по формуле [1]

Время торможения равно

Уравнение моментов при торможении грузовой тележки без груза имеет вид

где Мт - необходимый тормозной момент, Нм; - момент сопротивления передвижению грузовой тележки без груза при торможении, Нм; -момент инерции вращающихся масс механизма при торможении, Нм; -момент инерции поступательно движущихся масс тележки при торможении, Нм; - момент сопротивления передвижению грузовой тележки при уклоне

подтележечных рельсов, Нм.

Так как при торможении грузовой тележки трения реборд может и не происходить, то коэффициент реборд Кр при определении принимаем равным единице.

Сопротивление передвижению при торможении равно

Уравнение моментов при торможении в развернутом виде

По каталогу на тормоза принимаем ближайший по полученным данным тормоз типа ТКГ-200. Применение тормозов с гидротолкателями обеспечивает более плавное торможение, что особенно важно в механизме передвижения.

Согласно Правилам Госгортехнадзора тормоза в механизмах передвижения устанавливаются в тех случаях, если:

- машина работает на открытом воздухе;

- машина, предназначенная для работы в помещении, передвигается по рельсам, уложенным на полу;

- машина (тележка), предназначенная для работы в помещении на надземном рельсовом пути перемещается со скоростью более 32 м/мин.

9. Проверочный расчет

Время разгона механизма передвижения до номинальной скорости можно принимать для кранов tp= 8...10 с, для тележек tp = 5...6 с или пользоваться данными [8, т.2 табл. VI.3.5].

Замедление «а» берется того же значения, что и значение ускорения j при разгоне. Этим закладываются одинаковые условия сцепления ходовых колес с рельсами при торможении и разгоне.

Теперь, когда известны все элементы лебедки механизма передвижения, подсчитаем необходимый пусковой момент двигателя, фактические время пуска и коэффициент запаса сцепления. Учтем момент инерции муфты, соединяющий электродвигатель и редуктор по уравнению

Фактическое время пуска равно

(20)

Фактический запас сцепления при пуске [1]

(21)

Ранее мы рассматривали наиболее опасный случай сцепления ходовых колес с рельсом, когда грузовая тележка передвигалась без груза. Теперь необходимо проверить движение грузовой тележки с номинальным грузом по уравнениям (12, 20 и 21).

При оценке уравнения (10) по отсутствию пробуксовки ходового колеса с рельсом, видно, что для кранов общего назначения получаются завышенные ускорения при пуске и поэтому при выборе электродвигателя при соответствующем значении относительной продолжительности включения необходимо выбирать мощность меньше расчетной статической мощности.

Для предотвращения буксования ведущих ходовых колес по рельсам в процессе пуска следует провести проверку выбранного электродвигателя (с учетом момента инерции соединительной муфты) по создаваемому им ускорению. С этой целью с помощью уравнения (20) определяют фактическое время пуска и по уравнению равномерно ускоренного движения - фактическое ускорение при движении тележки как с грузом, так и без груза.

Меньшие ускорения при пуске требуют меньшего момента электродвигателя и соответствующего снижения динамических нагрузок механизма передвижения и металлоконструкции крана. С уменьшением ускорений уменьшается также и амплитуда раскачивания груза на гибком грузовом элементе (канате), что приводит к упрощению технологических операций.

Для нормальной работы механизма передвижения фактическое ускорение не должно превышать допускаемого значения ускорения jmax по уравнению (10). В противном случае оказывается необеспеченным рекомендуемый запас сцепления К_сц и возможно пробуксование ходовых колес по рельсам.

10. Расчет узла приводных колес

Узел приводных колес необходимо рассчитывать по литературным источникам [2,6,7,8]. Колеса предварительно выбранной колесной установки К2РП-500 исполнения 1 проверяем на напряжения в контакте обода и рельса. Принимая материал колес сталь марки 70 Л (с закалкой до твердости 300... 350 НВ) и условия работы крана - на металлических опо­рах, определяем коэффициенты, входящие в формулу

k - коэффициент, зависящий от отношения радиуса закругления головки рельса r к диаметру колеса D

;

- коэффициент, учитывающий влияние касательной нагрузки на напряжение в контакте k1 = 1,05 при Vk < 2 м/с ;

-коэффициент динамичности пары «колесо – рельс», где а - коэффициент, зависящий от жесткости кранового пути, с/м рельсы на железобетонных балках

Контактные напряжения

Так как значение допускаемого на­пряжения при числе циклов нагружения для выбранного материа­ла колес в табл. 5.6 отсутствует, то допускаемые напряжения определяем по формуле (ОСТ 24.090.44-82)

Для литых колес полученное значение следует уменьшить на 4,0%: = 809-0,96 = 776 МПа.

Усредненная скорость движения тележки (при отношении времени не­установившегося движения к полному времени движения к = 0,26) равна

Полное число оборотов колеса за срок службы при машинном времени Тмаш=3200 ч (см. табл. 5.7)

Значение коэффициента определяем по таблице к формулев зависимости от отношения минимальной нагрузки на колесо к максимальной при 29,8/171,3=0,174

Приведенное число оборотов колеса за срок службы

Допустимое контактное напряжение определяем по формуле

Поскольку , условие прочности выполнено.

11. Расчет ходовых колес

Ходовые колеса следует рассчитывать по литературным источникам [2,6,7,8].