Автомобильный кран

Фактическое время пуска  при подъеме груза

где  d =1,17 – коэффициент, учитывающий влияние вращающихся масс привода механизма (кроме ротора двигателя и муфты);

I – момент инерции ротора двигателя (I_р) и муфты (I_м);

I = I_р +I_м=0.452+0.15=0.467  кг×м²;

h_м = 0,85 – КПД механизма.-

Для уменьшения динамических усилий принимаем t_п равным 2с

19. Определяем ускорение при пуске механизма с учетом фактической скорости груза:

 м/c²,

  Для дальнейших расчетов принимается значение [a] = 0,2 м/c².

20. Определяем момент статического сопротивления на тормозном валу при торможении (тормозной момент):

 Н×м

где  h_Т =0,85 – КПД привода от вала барабана до тормозного вала;

u_t =37,17 – общее передаточное число между тормозным валом и валом барабана.

Момент, создаваемый тормозом, выбираем из условия:

 Н×м

где  k_т =1,75 – коэффициент запаса торможения, при умеренном режиме работы.

По величине расчетного момента, развиваемого тормозом, выбираем соответствующий тормоз – ТКГ-300 с номинальным тормозным моментом =800 Н×м, m=100 кг.

21. Определяем время торможения при опускании груза:

где  [t_Т] = 1.0 с – допустимое время торможения, при скорости подъема груза при

 < 0,2 м/с.

22. Определяем длину пути торможении при равномерно замедленном движении:

s = 0,135 × 0.25 / 2 =0,017 м £ [s_max],

где s_max= /1,7=0,135/1.7=0,079 м – наибольшая допускаемая длина пути торможения механизма подъема груза.

23. Определяем замедление при торможении механизма:

a =

/ t_Т=0,135/0.25=0,54 м/с² £ [a],

где  [a] – допустимое замедление при торможении; в зависимости от назначения крана [a] £ 0,1…0,8 м/с².

 

2. Расчёт механизма изменения  вылета стрелы наклоном стрелы

Рассчитать изменение вылета стрелы можно аналогично башенному крану с помощью наклона стрелы.

 

1. Определяем необходимые данные для расчёта:

Грузоподъёмность на мин. вылете Q=16 т., макс. вылет Q=2.8 т. Масса стрелы m_c=0,770 т. Длина стрелы L_c=10 м. Длина стрелового полиспаста при макс. вылете L_max=13 м., угол наклона стрелового полиспаста δ₁=5º.

При мин. вылете: угол наклона стрелового полиспаста δ₂=51º,L_min=11м. Пропорциональный эскиз основных частей и размеров крана приведен на рис. 2.

 

 

 

 

Кратность грузового полиспаста =4, его КПД =0,91.

 

Нагрузки от ветрового напора:

На стрелу: =q·k_h·c·n·A=125·1,11·1,4·4=777 Н,

где q =125 Па – динамическое давление ветра;

k_h =1,11– коэффициент, учитывающий изменение динамического давления по высоте h над поверхностью земли;

с =1,14 – коэффициент аэродинамической силы;

n =1 – коэффициент перегрузки;

На груз: = q·k_h·c·n·A=125·1,11·1,2·14=2331 Н.

Время перевода стрелы из крайнего нижнего  в крайнего верхнее положение  t=40 c. Частота вращения поворотной платформы n_пов=0.25 min^-1

2. Определяем усилие в стреловом полиспасте, инерционными силами пренебрегаем.

 

При мин. вылете:

=

=

=181707 Н;

При макс. вылете:

=

=

Н

2. Определяем усилия в ветви каната:

При мин. вылете:

= Н;

При макс. вылете:

= Н;

Среднее расчётное усилие в канате:

= Н;

3. Определяем ход стрелового полиспаста:

ΔL= L_max-L_min=13-11=2 м.

4. Длина каната навиваемого на барабан:

l_k= ΔL·

=2·4=8 м.

Средняя скорость навивки  на барабан:

υ_k= l_k/t=8/40=0,2 м/с.

5. Необходимая мощность двигателя:

P_c=(F^с_б.ср.· υ_k)/(10³·η)=(29341·0,16)/(1000·0,85)=6,5 кВт,

где η=0,85 (ориентировочно);

По [13] выбираем электродвигатель 4А132М8Y3, P=5.5 кВт, при n=720min^-1, I_p=0.006

6. Разрывное усилие каната:

F=F^c_б.max·k=49920·5.5=274560 H;

По [13] выбираем канат двойной свивки типа ЛК-Р конструкции 8х19(1+6+6/6)+1 о.с. по ГОСТ 7670-80, маркировочная группа 1764 МПа, разрывное усилие не менее 279000Н, диаметр 23.5 мм. Исходя из того, что диаметр каната определяет размеры блоков и барабана, величина его выбирается минимально возможной.

D= d_k·е=22,5·18=423 мм;

Минимальный диаметр  барабана D_бар=0,85·423=360 мм;

Из стандартного ряда выбираем барабан БК-335 Ø=335 мм.

7. Рабочая длина барабана:

L_б=( l_k·t)/3,14·(d·D_б)=(8 ·0,026)/3,14·(0,0235+0,335)=0,19 м,

где t=0,026 м - шаг канавок на бар.

8. Частота вращения барабана:

n_б=(60· υ_k)/(3,14· D_бар)=(60·0,2)/(3,14·0,335)=11.4 мин^-1

9. Пробуемое передаточное число механизма:

u=n/ n_б=720/11.4=63,2.

9. Расчётная мощность для выбора редуктора:

P_p=6,5 кВт;

Выбираем редуктор КЦ2-500 u_p=73, P=6.5.

11. Фактическая частота вращения барабана:

n^ф_б=n/u_p=975/73=13,1 мин^-1

12. Фактическая скорость навивки на барабан:

υ^ф_к=(3,14·D· n^ф_б)/60=0,22 м/с.

По [13] эта скорость отличается от стандартной на 10 %, что допустимо.

13. Фактическое время перевода стрелы из крайнего нижнего в крайнее верхнее положение:

t^ф_с=l_k/ υ^ф_к=8/0,22=36,4 с.

14. Номинальный момент двигателя:

T_ном=9550·(Р/n)=9550·(5.5/720)=72,9 Н·м

15. Максимальный статический момент двигателя:

T^max_c=(

max·D)/(2· u_p·0,85)=(49920·0,335)/(2·73·0,85)=124,8 Н·м;

По этому моменту  выбираем соединительную муфту, и определяем расчетный момент муфты T_м= T^max_c·1,4·1,2=226,5 Н·м.

16. Минимальный статический момент двигателя:

T^min_c=(

min·D)/(2· u_p·0,85)=(8761·0,335)/(2·73·0,85)= 23,7 Н·м;

Средний пусковой момент двигателя:

T_ср.п.=((φ_max+ φ_min)/2)· T_ном =((2.2+1.3)/2)72,9=127,6 Н·м;

Выбираем муфту №1 с T_н=500 Н·м, I_m=0,125 кг·м².

17. Моменты инерции:

Ротора двигателя: I=I_p+I_m=0,006+0,125=0,131 кг·м²;

Вращающихся масс относительно оси вращения корневого шарнира стрелы:

I_вр.выл.=m_c((R²+Rr+r²)/3)+QR²=770((10²+10·4+4²)/3)+16000·10²=1640040кг·м².

18. Передаточное число:

u=(n·t_пер.)/(9,55·Ɵ_с)=(720·36,4)/(9,55·1,17)=2345,6,

Ɵ_с=1,17 рад – макс. отклонение стрелы от вертикали.

19. Время пуска:

При макс. усилии в полиспасте:

T_c= T^max_c

t_п= с,

где η= η₀ η_б η_пр.=0,93·0,94·0,9≈0,8;

При мин. усилии в полиспасте:

T_c= T^min_c

t_п= с.

Что примерно соответствует  данным по [13].

20. Статический момент при торможении при максимальном вылете стрелы:

T^т_{c наиб.}=(

max·z·D·η)/2u_p=(49920·0,335·0,8)/2·73=91.6 Н·м;

Требуемый тормозной  момент:

T_T= T^т_{c наиб} ·k_T=91.6·1,5=137.4 Н·м,

где k_T=1,5 коэф. запаса торможения по [13].

Выбираем по [13] колодочный тормоз ТКП-300/200 с D=300 мм. и T_н=240 Н·м;

21. Минимальный тормозной момент:

T^т_{c мин.}=(

мин·z·D·η)/2u_p=(8761·0,335·0,8)/2·73=16,1 Н·м;

22. Время торможения:

При макс. усилии в полиспасте:

t_т= с;

При мин. усилии в полиспасте:

t_т= с.

23. Проверяем правильность выбора двигателя по пусковому моменту:

T_max=T_{c max}=124,8 Н·м < T_ср.п =127,6 Н·м.

 

3. Расчёт механизма поворота

1. Масса крана 21,8 т. определяем массу противовеса с помощью отношения масс элементов крана:

m_к.гр.=7412 кг;

массу поворотной платформы  с механизмами:

m_пл.=2180 кг;

Общая масса поворотной части крана:

m_пов.= m_с.+m_к.гр.+m_пл.=770+7412+2180=10362 кг;

Плечи сил l₁=4,2 м; l₃=3,3 м; l₄=2,8м; l₅=1.4 м; r₂=0,22 м;  Сила тяжести платформы действуем вдоль оси опорно-поворотного круга. Расчётная схема крана приведена на рис. 4.

 

 

 

 

 

 

2. Общая сила тяжести поворотной платформы:

F_пов= m_пов·g=10362·9.81=101651H;

Суммарная вертикальная нагрузка на опорный круг:

F_c≈ F_пов·m_г. · g=101,6·16·9,81=15963 Н,

где m_г=16 т. – масса груза.

3. Плечо приложения этой силы (условно):

l≈(( m_г. l₁+ m_c. l₃- m_к.гр l₄- m_пл. l₅)g)/ F_c=

=(( 16· 4,2+ 0.77· 3,3- 7,4·2,8- 2,2·1,4)9,81)/ F_c=0,03 м,

где m_г.=16 т – расчетная грузоподъёмность при мин. вылете.

4. Наибольший момент, действующий на опорно-поворотный круг:

T_max= F_c ·l=15963·0,03 =478.9 kH·м;

По [3] выбираем роликовый однорядный опорно-поворотный круг №5 с внутренним зацеплением, воспринимающий момент 580 kH·м, вертикальную нагрузку 800 kH, горизонтальную 100 kH. D=1600 мм, по центру роликов

D_кр=1315 мм. масса 145 кг.

5. Статическую мощность находят по формуле:

T_ст=(0,025· T_max+0,005· D_кр· F_c)/sin φ_k=

=(0,025· 478.9+0,005· 1,315· 15963)/sin φ_k=1,23 kH·м;

6. Определяем моменты сопротивления повороту от ветровых нагрузок рабочего состояния. Разрешенное давление ветра по [3] q_p=125 Па. По [13] наветренная площадь груза А_гр.=20 м²;

Сила ветра действующая  на груз:

F_в.гр.= q_p·k_выс·с·n· А_гр =125·1·1,2·1.2·14=2520 Н.

7. Расчетная площадь стрелы:

А_стр.=А_c·k_спл=5.5·0,3=1,7 м²,

где k_спл=0,3 – коэф. сплошности;

Сила ветра, действующая на стрелу:

F_в.стр= q_p·с·А_стр=125·1,8·1,7=383 Н.

8. Момент сопротивления от поворота стрелы:

T_в.пов.= F_в.гр· l₁+ F_в.стр· l₃=2520·4,2+383·3,3=11848 Н·м;

При работе с номинальным  грузом момент сопротивления повороту от ветрового давления на груз:

T_в.гр=q_p·c·A_гр·l_{1 min}=125·1,2·14·4 = 8400 Н·м,

где l_{1 min}=4 м – минимальный вылет.

9. Момент

T_в.гр< F_в.гр· l₁; 8400<2520·4,2,

Поэтому расчётный момент T_в.пов=11,8 кН·м.

10. Момент сопротивления вращения от  крена крана:

Т_у= T_max·sin a_y= 8,1 кН·м,

где а_у – угол крена 1º.

11. Определяем время пуска (торможения):

t_п= t_т=0,105·n_кр·( l₁/а)=0,105·1,3·4,2/0,2=2,9 с,

где [а]=0,2 м/с² – допуст. ускорения;

Берем время пуска 2,9 с.

12. Суммарный момент инерции масс поворотной платформы:

I_пл=1,2(m_г.·l²₁+ m_с.·(l_c/3)·((3r₂+2l₃)/(2r₂+ l₃))sinα_б+m_к.гр.l²₄+m_плl²₅)=

=1,2(16000·4,2²+ 770_.·(10/3)·((3·0,22+2·3,3)/(2·0,22+ 3,3))0,17+7412·2,8²+2180·1,4²)

=213700 кг·м²

13. Момент от сил инерции:

T_ин=0,105(I_пл/t_п)n_кр=0,105(213700 /2,9)1.3=10059Н·м;

14. Среднеквадратичная мощность:

P_ск=(Т_ст+0,7(T_в.пов.+Т_у))/(9550η_м)= (1,23+0,7(11848_.+8.1))/(9550·0,7)=1.3 кВт,

где η_м=0,7 – кпд механизма.

15. Мощность необходимая для поворота крана:

P_пов= ((Т_ст +T_в.пов+1,2 Т_ин)/(9550·φ_ср.п.η_м)) n_кр=

=((1,23 +11848+1,2·10059)/(9550·1,45·0,7))1,3=3,2 кВт,

где φ_ср.п=1,45 – коэф. перегрузки.

По [13] выбираем электродвигатель 4А112МВ8У3 P= 3.0кВт, n=700 мин^-1, I_р=0,0025 кг·м²;

16. Передаточное отношение механизма при планетарном движении ведущей шестерни:

u_м=n₁/ n_кр=700/1,3=538,5;

Принимаем редуктор с передаточным числом u_p=236 и открытую пару с передаточным числом 2,2.

17. Фактическое передаточное число механизма поворота:

u_м.ф=u_pu_оп=236·2,2=519,2.

 

18. Фактическая частота вращения:

n_кр.ф.=n₁/ (u_м.ф+1)=700/(519,2+1)=1,35 мин^-1.

19. Угол отклонения груза от вертикали:

α_откл=arctg(F_в.гр/m_гg)= arctg(8400/16000·9,81)=0,93º.

20. Момент сопротивления повороту от отклонения груза на макс. выл.: