Определение внешних нагрузок на кран

5. Определение внешних нагрузок на кран.

5.1 Определение ветровых нагрузок (ГОСТ 1451-77)

Для рабочего состояния:

W_p=0.15*F**c*n

F-наветренная площадь

-коэффициент сплошности

с-аэродинамический коэффициент

n-высотный коэффициент

Площадь моста :

F_m=lh_m=36.8*3.2=117.76 m²

Площадь жёсткой опоры :

F_жо=0.5l_ж(h-h_m)=0.5*4.16*(28-3.2)=51.58m²

Площадь гибкой опоры :

F_го=l_го(h-h_m)=0.8*(28-3.2)=19.84

Ветровая нагрузка в в рабочем состоянии

элемент	F		n	c	Wp	x	y	Wpx	Wpy
мост	117.76	0.45	1.37	1.4	15.25	13.92	18.70	212.28	285.20
ж.о.	51.58	0.45	1.25	1.4	6.1	1.39	16.53	-8.50	100.80
г.о.	19.84	0.45	1.25	1.4	2.34	32	12.4	80	29
					23.96			283.78	415
груз	25	1	1.25	1.2			24.8		139.50

Поскольку опоры лежат в разных ветровых с мостом , то и значение n выбираем соответственно.

Для нерабочего состояния :

W_нр=0.7*F**n*c*

Ветровая нагрузка в нерабочем состоянии :

элемент	F		n	c	Wнр	x	y	Wнрx	Wнрy
мост	117.76	0.45	1.37	1.4	78.26	13.92	18.70	1089.4	1463.5
ж.о.	51.58	0.45	1.25	1.4	31.28	1.39	16.53	43.48	488.55
г.о.	19.84	0.45	1.25	1.4	12.03	32	12.4	384.9	149.18
					121.57			1430.8	2101.5

5.1. Определение инерционных нагрузок.

Инерционные нагрузки определяются для периодов неустановившегося движения крана, рагона и торможения крана в целом , его грузовой тележки , а также механизма подъема. Для погрузочно-разгрузочных козловых кранов принимаем допустимое ускорение а=0.3м/с². Координату точки подвеса груза принимаем равной h, поскольку грузовая тележка движется по верхней панели моста.

Инерционные нагрузки , действующие в направлении подкрановых путей :

движущаяся масса	сила инерции Р	координата силы у	опрокидывающиймо момент
кран	Рк=Gка=24	15.63	375.12
груз	Ргр=Qа=15	24.8	372

5.2.1. Горизонтальная инерционная нагрузка направленная поперёк подкрановых путей.

Она возникает при разгоне и торможении тележки с грузом

Р_т=(G_т+Q)a=(7.5+50)*0.3=17.25

5.2.2. Вертикальная инерционная нагрузка направленная поперёк подкрановых путей.

Она возникает при поднимании и опускании , раразгоне и торможении груза

Р_гр=1.1Qа=1.1*50*0.3=16.5

6. Проверка устойчивости крана в рабочем и нерабочем состоянии :

Устойчивость в рабочем состоянии оценивается коэффициентом , который определяется отношением удерживающего момента , создаваемого массовыми силами крана и груза с учётом влияния допустимого при работе уклона, к опрокидывающему моменту , создаваемому внешними нагрузками, отросительно ребра опрокидывания. это отношение во всех случаях должно быть не менее 1.15

Рассмотрим сумму удерживающих моментов для 1-го расчётного состояния :

_уд=10G_к(Б/2соs-y_кsin)+(10Q-P_гр)*(Б/2cos-y_гsin)=5062.94

для козловых кранов максимально допустимое =0⁰10¹

Рассмотрим сумму опрокидывающих моментов для 1-го расчётного случая :

_опр=P_ку_к+Р_гру_пг+_ру+W_гру_пг=1301.62

Проверка устойчивости К=5062.94/1301.62=3.9

Рассмотрим 2-ое расчётное положение :

Условия : кран движется под углом к горизонту с углом a , ветровая нагрузка направлена в сторону движения крана .

Рассмотрим сумму удерживающих моментов :

=10(Б/2соs-sin)=3163.72

Рассмотрим сумму опрокидывающих моментов :

е=+еy=790.12

Проверка устойчивости К=3163.72/790.12=4

Проверка устойчивости крана в нерабочем положении

Рассмотрим сумму удерживающих моментов :

е =10(Б/2cosa-sina)=3163.72

Рассмотрим сумму опрокидывающих моментов :

е=еy=2101.5

Проверка устойчивости К=3163.72/2101.5

7. Опредиление опорных давлений .

7.1 . Максимальная нагрузка на одну из четырёх опор :

Для рабочего состояния :

Для нерабочего состояния :

7.2. Расчётная нагрузка на одно колесо .

Поскольку грузоподъёмность расчитываемого крана 50 т. , принимаем число колёс в каждой опоре равной 2 .

Выбираем двухребордное колесо , конического исполнения по ГОСТ 3569-74 с нагрузкой на рельс 320kH,диаметром D=710 мм , шириной В= 100мм , рельс КР-80 , радиус r=400мм

7.3. Выбор материала крановых колёс .

где - контактное напряжение смятия

m_k - безразмерный коэффициент , зависящий от соотношения D/2r , по таблице принимаем 0.47

Принимаем сталь 40ХН с =2200мПа

8. Расчёт и подбор механизма подъёма груза .

8.1. Краткая характеристика и задачи расчёта .

Механизм подъёма груза предназначен для перемещения груза в вертикальном направлении . Он выбирается в зависимости от грузоподъёмности . Для нашего случая механизм включает в себя сдвоенный пятикратный полиспаст .

Привод механизма подъёма и опускания груза включает в себя лебёдку механизма подъёма . Крутящий момент , создаваемый электродвигателем передаётся на редуктор через муфту . Редуктор предназначен для уменьшения числа оборотов и увеличения крутящего момента на барабане .

Барабан предназначен для преобразованя вращательного движения привода в поступательное движение каната .

Схема подвески груза :

8.1. КПД полиспаста :

-кратность полиспаста =5

- кпд одного блока =0.98

8.2. Усилие в ветви каната , навиваемой на барабан :

z -число полиспастов z=2

-коэффициент грузоподъёмности , учитывающий массу грузозахватных элементов =1.1

8.3. Расчётная разрывная нагрузка :

К=5.5 коэффициент запаса прочности

8.4. Выбор каната по расчётному разрывному усилию :

Выбираем канат двойной свивки типа ЛК-РО конструкции 6*36 ГОСТ 7669-80 с разрывным усилием не менее 364.5 кН и диаметром d=27 мм

8.5. Конструктивный диаметр барабана :

е- коэффициент пропорциональности в зависимости от режима работы е=25

Окончательно диаметр выбираем из стандарного ряда , ближайшее большее D_б=710

8.6. Рабочая длинна барабана с однослойной навивкой каната :

а-число ветвей каната а=2

t-шаг винтовой нарезки , принимаемый в зависимости от диаметра барабана t=31.25

Полная длинна барабана :

8.8. Толщина стенки барабана :

Принимаем из условия

Принимаем =27

8.9. Выбор материала барабана :

Напряжения сжатия равны :

Напряжения , возникающие при изгибе :

Напряжения , возникающие при кручении :

Суммарные напряжения возникающие в теле барабана :

Выбираем материал сталь 35Л у , которой предел прочности при изгибе

К_з -коэффициент запаса прочности К_з=1.1

Следовательно нагрузки на барабан не превосходят допустимых .

8.10. Усилия в ветви каната , набегающей на барабан и закреплённой в нём :

-коэффициент трения =0.12

-дуга охвата канатом барабана

8.11. Определение силы затяжения на одну шпильку :

z-число шпилек

Сила затяжки на всё соединение :

Число шпилек :z=4

Принимаем резьбу d=24

-коэффициент трения в резьбе

Суммарное напряжение в теле шпильки :

предел прочности

-предел текучести

Так как 146.96196 -число шпилек удовлетворяет условию прочности .

8.12. Подбор крюка :

Выбираем подвеску крюковую крановую , грузоподъёмностью 50 т. по ГОСТ 24.191.08-87 , для средних условий работы , с пятью блоками , массой 1361 кг , типоразмер 5-50-710 под канат диаметра 2328

8.13. Частота вращения барабана :

8.14. Необходимая мощность механизма подъёма груза :

-кпд механических передач

-крутящий момент на барабане .

По таблицам принимаем двигатель типа МТКН 412-6

мощьность N=36 кВт , частота вращения n=920 об/мин , номинальный момент двигателя M_н=0.37 кНм

8.15. Выбор редуктора :

Принимаем редуктор цилиндрический вертикального исполнения ВКУ-765 , передаточное число i=71 , межосевое расстояние а=765 .

8.16. Выбор муфты :

Выбираем зубчатую муфту с тормозным барабаном . Передаваемый муфтой крутящий момент :

По таблицам выбираем муфту с передаваемым моментом 710 Н , с тормозным барабаном D_t=710 , тип МЗ-2 , момент инерции J=0.05 кгм²

8.17. Подбор тормоза :

Расчётный тормозной момент :

К_т-коэффициент запаса торможения Кт=1.75

Выбираем тормоз ТКГ-300 , тормозной момент 0.8 кН

8.18. Определение времени разгона механизма .

8.20. Проверка тормоза по мощности трения .

т.к. 0.31.3 ,где 1.3--допускаемая мощность торможения , значит тормоз подходит .

9. Расчет и подбор оборудования механизма перемещения крана.

Механизм передвижения крана служит для перемещения крана по рельсам . Кинематическая схема механизма :

1-двигатель

2-муфта

3-редуктор

4-тормоз

5-шестерни

6-ходовое колесо

9.1. Общее статическое сопротивление передвижению крана без груза :

D_k -диаметр ходового колеса

f -коэффициент трения кочения f=0.0007

-коэффициент трения качения в подшипниках ходовых колёс

r-радиус цапфы r=0.071 м

9.2. Сопротивление качению крана без груза :

K_общ -число колёс крана

К_пр-число приводных колёс

9.3. Проверка коэффициента сцепления :

-коэффициент сцепления колеса с мокрым рельсом

так как 3>1.2 , то по запасу сцепления механизм подходит

9.4. Суммарное статическое сопротивление передвижению жёсткой опоры :

x_в -координата центра ветрового давления

9.5. Расчётная мощность одного двигателя :

Выбираем двигатель MTF-111-6 , мощность N=4.1 кВт , частота вращения n=870 об/мин , момент инерции J=0.048 , максимальный момент М=85 Нм

9.6. Подбор редуктора .

Частота вращения колёс крана :

Необходимое передаточное отношение механизма передвижения крана :

Расчётное передаточное отношение редуктора :

i_оп -передаточное отношение открытой передачи

Выбираем редуктор горизонтального исполнения серии Ц2У-250 , с передаточным отношением i=40 .

9.7. Выбор тормоза механизма передвижения .

Выбираем тормоз типа ТКТ-200 , с тормозным моментом М=160 Нм

10. Расчёт и подбор механизма передвижения тележки .

Механизм передвижения тележки служит для перемещения по рельсам , положенной на балку моста , тележки , несущей на себе грузозахватное устройство . Перемещение тележки осуществляется при помощи канатного устройства , лебёдкой . Схема запасовки каната механизма перемещения тележки :

10.1. Ориентировочное значение нагрузки на каток тележки :

Выбираем катки тележки - двухбордные колёса d=320 мм, ширина В=80 мм .

Напряжение сжатия колеса при точечном контакте :

Выбираем материал сталь 40ХН , для которого =2200мПа

10.2. Общее сопротивление перемещения тележки :

r-радиус цапфы r=32 мм

С учётом дополнительного сопротивления от натяжения грузового каната и провисания , тяговое усилие в канате :

Расчётная разрывная нагрузка на канат :

к-коэффициент запаса к=5.5

Принимаем канат двойной свивки типа ЛК-РО конструкции 6*36 ГОСТ 7669-80 , диаметр каната d=11.5 мм , разрывное усилие 75.1 мПа

маркировочная группа 1764 мПа .

10.3. Диаметр тягового барабана и частота его вращения :

Принимаем D_тб=300 мм

Частота вращения n_тб=20.44 об/мин

10.4. Мощность приводного двигателя :

-кпд механическое

-кпд блока

n-число блоков n=3

Выбираем двигатель MTF-112-6 , мощность N=5.8 кВт , частота вращения n=915 об/мин , максимальный момент М=137 Нм , момент инерции J=0.064 кг....

10.5. Необходимое передаточное отношение механизма :

Принимаем редуктор ЦЗУ-160 , с передаточным отношением i=45 , крутящем моментом М=1000 Нм

10.6. Выбор муфты .

Крутящий момент на барабане :

Принимаем муфту МЗ-1 , передаваемый момент М=0.2 кНм , диаметр тормозного барабана D=200 мм , момент инерции муфты J=0.032kHм

10.7. Выбор тормоза .

Расчётный тормозной момент :

Выбираем тормоз ТТ-200 , тормозной момент 0.2 кНм

11. Расчёт металлоконструкции крана .

Принимаем : мост крана выполнен из двух коробчатых балок , по которым проложены рельсы грузовой тележки .

Принимаем высоту балок 0.75 м , ширину 0.05 м . Сталь горячекатанная . Модуль упругости Е=206*10 Па , расчётное сопротивление R=240*10Па .

Вес одной балки(распределённаянагрузка) 0.94 кН/мвес груза и

грузоподъемной тележки F=57.5 кН

11.1.Построение эпюр .

Реакции опор от действия груза :

F/2=28.75 кН

Воздействие от распределённой нагрузки :

ql/2=0.99*32/2=15.04 кН

Построение эпюр изгибающих момеитов .

От действий груза :

От действия распределённой нагрузки :

11.2. Осевой момент сопротивления сечения :

Осевой момент инерции :

11.3. Нормальные напряжения возникающие при изгибе балки моста :

так как расчётное сопротивление R=240 мПа , а напряжения , возникающие в балке 12.9 мПа , то прочность балки , при статическом приложении нагрузки , обеспечина .

12. Расчёт металлоконструкции при динамическом действии нагрузки .

12.1. Расчёт на ударное приложение нагрузки .

При расчёте , для его упрощения принимаем ряд допущении :

1. при ударной нагрузке в элементах конструкции возникают только упругие деформации и расчитываемая система является линейно диформируемой

2. сам удар считается неупругим

3. потеря части энергии на нагревание соударяющихся тел и местные деформации в зоне контакта не учитываются

Принимаем следующие условия расчёта :

груз весом 50кН падает с высоты на середину свободно лежащей балки моста пролётом l=32 м , расчётное сопротивление стали R=240 мПа ,

допустимая величина прогиба для козловых кранов с гибкой опорой f_д=1/1000 или 32/32000 .

Прогиб динамический :

,но

где k-динамический коэффициент

тогда :

k=0 , k=8 ,т.к. при k=0 рассчёты не имеют смысла принимаем k=8.

12.2 Нормальные напряжения от прогиба при ударе :

т.к.

то балка удовлетворяет условиям на прочность при ударе.

ЛИТЕРАТУРА

1. Курсовое проектирование грузоподъёмных машин . Ред . Козак С.А.

-М:Высш. шк., 1989.-319 с.

2. Справочник по кранам . Александров М.П.,Гохберг М.М., том 1,2.

-Л:Машиностроение ,1988.

3. Подъёмно-транспортные машины . Атлас конструкций .,под ред. Александрова М.П. и Решетникова Д.Н.-М.:1987.