Мостовой кран

     4. Конструкторский  раздел

4.1. Расчет механизма  подъема груза.

    Дано:

      грузоподъёмность  т;

      скорость подъёма ;

      высота подъёма .

    

    

(рис. 1) 

    1. Грузоподъемная сила:      

      ,

    где - ускорение свободного падения.

    Получим:  

         2.  КПД полиспаста: 

     ,

    где - КПД блока на подшипниках качения; -кратность полиспаста; - число обводных блоков.

    Согласно  рекомендациям ВНИИПТМаш: «При малых  грузоподъёмностях (до 3 тонн) груз может  подвешиваться без полиспаста, либо на одном подвижном блоке; при грузоподъёмностях свыше 5 т обычно применяют сдвоенные полиспасты с кратностью, возрастающей от 2 до 4 при увеличении грузоподъёмности от 5 до 50 тонн».

    Получим КПД полиспаста для кратностей :

      

    3. Наибольшее натяжение  ветви каната, набегающего  на барабан

        

    где - число полиспастов.

    Для мостового крана  , т.е. оба конца каната закреплены на барабане - для строго вертикального подъёма груза выравнивания усилий на опоры барабана (рис. 2).

    Наибольшее  натяжение ветви каната, набегающей на барабан при подъёме груза:

           

         ;

    ; 

      Рис.2. Схемы полиспастов механизма подъема груза

     .

    Очевидно, что F_a уменьшается по мере увеличения кратности. 

    4. Выбор электродвигателя 

    Статическая мощность электродвигателя:

     ,

    где - предварительное значение КПД (для механизма подъёма с цилиндрическим редуктором).

     Вт.

    Выбираем  для легкого режима нагружения, ПВ=15%  и мощности Р<15 кВт электродвигатель серии 4MTКF. Технические данные двигателей принимаем:

    4MTКF112LВ4 ( кВт; р=4; m=63 кг; мм; об/мин; мм).

    4MTF132L6  ( кВт; р=6; m=104 кг; мм; об/мин; мм).

    где ( )- длина двигателя без посадочной части вала, мм.

    В литературе указана мощность P40  (при ПВ=40%). При ПВ=15% те же двигатели имеют большую мощность:

      кВт

    Имеем: кВт, т.е. мощность выбранных двигателей достаточна. 

    5. Угловая скорость электродвигателя

     ,

    Получим:

     рад/с,

     рад/с. 

    6. Разрывное усилие каната в целом

     ,

    где - минимальный коэффициент использования каната.

         По табл. П.1 (2. с.17) выбирают  для заданной группы классификации механизмов. Символ   означает смещение по таблице вверх и вниз на 1 и 2 шага.

    Согласно  «Правил…» [2, c.18] опускается изменение коэффициента выбора диаметра барабана , но не более чем на два шага по группе классификации в большую или меньшую сторону с соответствующей компенсацией путем изменения величины на то же число шагов в меньшую или большую сторону, поэтому введём ряд смещений: Тогда получим ряд значений: .

    Для группы классификации механизма  М2 имеем  . Получаем добавочные значения ; и разрывное усилие каната ( ) для кратностей , для основного и добавочных значений :

    

    

    

    

    

    

    

      

    

    

    

      

    7. Выбор типа каната 

    Мостовой  кран работает в относительно чистом, сухом помещении, следовательно, абразивный и коррозионный износ проволок каната незначителен. Поэтому выбираем канат типа ГОСТ 7668-80. Он имеет большое количество проволок малого диаметра и высокую усталостную износостойкость при перегибах на блоках.

    По  найденным значениям  находят значения диаметров каната и маркировочную группу, соответствующую условию прочности каната:

     ,

    где - разрывное усилие каната в целом.

    Имеем следующие значения диаметров каната (в скобках указаны маркировочные группы, МПа, разрывные усилия, ): 

      
 

    8. Минимальный диаметр барабана 

     ,

    где - коэффициент выбора диаметра барабана.

    По  табл. П.1 (2. с26) для заданной группы классификации механизмов получают основное значение . При определении минимального диаметра барабана для заданной группы классификации механизма М2 получим основное значение . При смещении по этой таблице вверх и вниз на один шаг имеем: ;   ;     .  Получим  , мм: 

    

    Примечание. ГОСТ 3241-80 «Канаты стальные. Технические условия», приводит ограничение: «Диаметр шейки барабана должен быть не менее 15 номинальных диаметров каната». В выводах по расчету вариант с h₁<15 может быть принят с пометкой «условно, до согласования с изготовителем каната».

      

    9. Расчетный диаметр барабана 

    Барабаны  диаметром меньше 140 мм исключаем  из дальнейших расчетов, т.к. наименьший из  выходных валов редукторов с частью зубчатой полумуфты, встраиваемый в барабан, имеет диаметр . Тогда диаметр охватывающей зубчатой обоймы составляет .

    Расчётный диаметр барабана мм, принимают из ряда : 100, 110, 125, 140, 160, 180, 200, 220, 250, 280, 320, 360, 400, 450, 500.

    Расчетный диаметр барабана ,мм:

    

    Барабаны  диаметром менее 140 мм исключены  т.к. будут иметь большую ступень. 

    10. Длина барабана с двусторонней нарезкой 

     ,

    где - шаг нарезки; a - кратность полиспаста; - диаметр каната; с - коэффициент длины средней части барабана, H - высота подъема.

             Принять:  для кратности , для кратности , для кратности а=3, для кратности . Длина барабана с двусторонней навивкой, мм:

      

    11. Проверка размеров барабана по условиям 

     ,   и

    При проводят простой расчёт барабана на сжатие. При проводят уточнённый расчёт барабана на сжатие и совместное действие напряжений изгиба и кручения, на устойчивость стенки. При необходимости усиливают барабан, вводят кольца жесткости в его полость (РТМ–24.09.21–76).

    Проверим  размеры барабана по условиям:

      

    Остаются  варианты кратностью a=2 с увеличенным барабаном на 2 и 3 шага 
 
 

    12. Угловая скорость барабана 

      рад/с,

      
 

    13. Выбор и расчет редуктора

    Выбираем  редуктор с зубчатой полумуфтой на выходном валу, т.к уменьшается габариты механической передачи. Это редукторы Ц2 (завод ПТО им. Кирова) специальные крановые и Ц2У (Ижевский редукторный завод) универсальные общемашиностроительного применения.

    Условие прочности:

     ,

    где – действующая радиальная нагрузка. Полагаем, что наибольшее усилие от левой ветви каната, набегающей на барабан,  действует на консоль выходного вала редуктора (рис. 2); F_y – допускаемая радиальная консольная нагрузка на выходном валу редуктора. Выбираем редукторы Ц2, т.к они более легче.

    Для полиспаста кратностью выберем редуктор Ц2-250, для которого условие выполняется с наименьшим запасом:

    

    Масса редуктора  Ц2-250  m=86 кг, КПД=0,96. 

    14. Передаточное число редуктора 

     ,

    Определим расчетное передаточное число редуктора  и округлим его до номинального значения:

    

    Вывод: требуется редуктор с передаточным числом много большим 50. На двухступенчатых  имеем U_max=50, а трехступенчатые редукторы не рекомендуются. 

    15. Грузовой момент на барабане 

     ,

    где – число полиспастов.

    Получим: (Н м) 
 

      

    16. Проверка редуктора по грузовому моменту

    Условие прочности редуктора:

     ,

    где – грузовой момент на барабане; – допускаемый крутящий момент на валу редуктора.

    Проверяем редуктор Ц2-250 для кратности  (рис. 2а). Допускаемый крутящий момент на валу редуктора Н·м.

 

=1984, =3400  =1,7/1 , Редуктор тип 250 Uн 50 

    17. Выбор тормоза 

    Статический момент на выходном валу редуктора при торможении

     ,

    где - КПД механизма, который можно принять равным КПД редуктора; - номинальное передаточное число редуктора.

    T_cpax=1984·0,95·0,99/50=37 Н×м 

    18. Тормозной момент, на который регулируют тормоз 

      

    где - коэффициент запаса торможения.

    Согласно  правилам ПБ . Тормоз выбирают по условию , где – максимальный тормозной момент по каталогу.