Башенные краны

1. Задание на разработку курсового проекта

 
 
 

 

  
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Схема грузоподъёмной машины 
 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 
 

Башенные краны 
 

Башенные краны относятся к передвижным стреловым кранам и представляют собой Г- образные свободно стоящие поворотные конструкции, у которых стрелы прикреплены к верхней части.

Они являются наиболее распространенными грузоподъёмными  машинами, применяемыми  в промышленном, гидротехническом, энергетическом и гражданском строительстве, на открытых складах, полигонах и при строительстве судов. Грузоподъёмность башенных кранов колеблется в пределах (1-80 т), максимальный вылет до 45м, высота подъёма груза (5-100м), частота вращения (0,2-0,7 об/мин).

     Преимущество  подъемных стрел заключается  в сравнительно малом их весе и  размерах, меньшей трудоемкости монтажа  и перевозки. Краны с подъемными стрелами наиболее распространены в строительстве. Недостатком подъемных стрел является то, что для изменения вылета крюка нельзя горизонтально переместить груз, поэтому необходимо производить поворот и передвижение крана: Стрелы бывают подвесные, подвесные с гуськом, подвесные со стойками, молотовидные. Больше всего из них распространены подвесные подъемные стрелы. Так же, как и башни, стрелы изготовляют из уголков или труб большого диаметра. Решетчатые конструкции из труб легки, прочны, способны выдерживать большие ветровые нагрузки. Балочные стрелы бывают подвесные и молотовидные. Последние менее распространены из-за довольно значительного веса и больших габаритов. Нижний пояс подвесной балочной стрелы представляет собой двутавровую балку, по которой перемещаются катки грузовой тележки, необходимой для подвешивания и перемещения грузов.

     Важный  элемент башенного крана —  ходовая рама для передачи действующих нагрузок на крановые пути. У кранов с неповоротными башнями ходовые рамы выполнены в виде закрытого шатрового или открытого П-образного портала. У большинства кранов, имеющих неповоротную башню, ходовая рама — шатровая, выполненная в форме усеченной пирамиды. В кранах с поворотными башнями действующие на кран нагрузки передаются на ходовую раму

     через опорно-поворотное устройство, размещенное в верхней части рамы, и с нее — на крановые пути. Через опорно-поворотное устройство у мобильных кранов башня соединена с ходовой рамой. Само по себе опорно-поворотное устройство необходимо для обеспечения вращения поворотной части башенного крана относительно неповоротной части и для передачи нагрузок с поворотной части на неповоротную. Это устройство расположено на поворотной платформе крана.

Применяемые для  оснастки башенных кранов стальные канаты должны обладать прочностью, долговечностью, не сплющиваться и не раскручиваться во время работы. В обязанности машиниста башенного крана входит постоянный контроль за состоянием канатов и браковка их при увеличенном числе обрывов проволок, приходящихся на один шаг сивки. Для определения шага свивки на поверхность одной пряди (в месте наибольшего числа обрывов проволок) наносят метку, от которой отсчитывают по длине каната число прядей по сечению каната (обычно равно 6), на следующей пряди (седьмой по счету) наносят вторую метку. Расстояние между метками равно шагу свивки. Стальной канат подлежит браковке, если: число обрывов проволоки, приходящееся на один шаг свивки, превышает значения, установленные нормами (10% общего числа проволок); оборвана одна из прядей; в результате защемления или удара на нем образовались смятые участки. Полиспаст состоит из системы нескольких подвижных и неподвижных блоков, соединенных канатом. Полиспаст позволяет получить большой выигрыш в тяговом усилии благодаря уменьшению скорости подъема груза. Барабан грузоподъемного механизма имеет форму полого цилиндра, его поверхность для лучшей укладки и меньшего износа каната имеет винтовые канавки. Муфты служат для соединения вращающихся валов; тормоза — для удержания механизмов в заданном положении и полной их остановки. Механизм передвижения в башенных кранах на рельсовом ходу обеспечивает перемещение крана по крановым путям. Для равномерного распределения нагрузки на колеса крана их объединяют в балансирные ходовые тележки. Кран, опирающийся только на 4 колеса, оборудован одним механизмом передвижения с приводом на два колеса. Ведущие ходовые тележки крана, имеющего 8 и более колес, оборудованы индивидуальным приводом. На раме ведущей ходовой тележки размещен двигатель, зубчатый редуктор, передающий вращение на ходовые колеса. На торцах рамы размещены противоугонные устройства, которые при их опускании могут прочно закрепить кран на рельсах. Когда кран находится в нерабочем состоянии, захваты препятствуют угону крана ветром. На одной из тележек закреплен конечный выключатель ограничителя пути перемещения крана. В конце кранового пути ставится выключающая линейка, при наезде на которую срабатывает конечный выключатель, останавливая движение крана. Тележечные лебедки служат для перемещения грузовой тележки по балочной стреле. Все механические части башенного крана имеют электрический привод. К оборудованию электропривода крана относятся асинхронные электродвигатели, аппараты управления электродвигателями, регулирования их скорости, управления грузами, электро- и механической защиты, различные приборы для переключений и контроля в силовых цепях и цепях управления. Кроме того, на башенных кранах установлено многочисленное вспомогательное оборудование: светильники, прожекторы, приборы для электрообогрева, звуковой сигнализации. Электрический ток подается к электрооборудованию крана по кабелю и приводам. Управляют электродвигателями крана (включают, регулируют скорости, останавливают, изменяют направление движения) с помощью силовых и магнитных контроллеров.

Для обеспечения  безопасной эксплуатации башенные краны  снабжены следующими предохранительными устройствами: ограничителями конечных положений механизмов, ограничителями грузоподъёмности и грузового момента, анемометрами(измерителями скорости ветра с включением звуковых и световых сигналов), тупиковыми упорами на подкрановых путях, рельсовыми захватами, звуковыми сигналами и световым табло, указывающими крайние положения рабочих органов. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Расчёт  механизма подъёма груза. 
 

3.1 Расчёт тягового  и грузозахватного органа. 
 

Кратность полиспаста а=2

Число направляющих блоков f= 6

                                                    q= 9,81 м/с²

                                                             Q= 6500 кг

                                                     η= 0,975 

Определяем максимальное натяжение каната, набегающего на барабан при подъёме груза:

                 

Определяем разрывное  усилие в канате:

заданный режим  крана T, тогда K=5,5

 

Назначаем тип  каната по ГОСТ 7668-80: канат двойной, свивки типа ЛК-Р0 конструкции

Временное сопротивление  разрыву проволок -1568 Мпа для которого d= 11,5мм=0,0115 м.

Определяем диаметры барабана и блока:

ℓ= 25 – коэффициент по нормам ГосТехнадзора.

 D₂=ℓ∙d= 288 м.

Принимаем D_δ= 330 мм.

                     D_бл= 330 мм.

Тогда

D₂=350 мм.

Выбираем крюковую подвеску у которой Q_п= 215 кг.

                                                                        ℓ₀= 170 мм.

Определяем натяжение  каната у барабана при навивке  и сбеге крана:

Делаем проверку: S_разр. ≥ К∙S_δ

                                        67000 H ≥ 66601,4 Н

и устанавливаем, что величина разрывного усилия в  канате нами выбрано правильно.

Определяем длину  каната, навиваемого на барабан:

Где z₁=2 – число запасных витков на барабане.

       Z₂=3 – число витков каната под запасным устройством

Определяем шаг  витков навивки каната на барабане:

              t_в= d + 0,02 = 0,0135 м.

Для заданного  крана выбираем барабан и определяем его рабочую длину:

 

Назначаем материал барабана Ст17×СНД

Определяем допускаемое  напряжение на сжатие:

Определяем толщину  стенки барабана:

Проверяем стенку барабана на прочность:

         

Условие прочности  соблюдено

Назначаем материал болта для крепления каната к  барабану Ст3

[δ_Р]= 115 МПа = 115000000 Па

и определяем наружный диаметр резьбы этого болта:

d₀ ≥ 2t_в-d = 0,0155 м.

В качестве расчётного выбираем наиболее распространённую схему  крепления каната к барабану с  помощью двух планок, каждая из которых  снабжена одним болтом с резьбой  М16 и изображаем сечение узла крепления  с необходимыми размерами.

Определяем усилие растяжения болта:

 

Проверяем напряжение в болте:

  60031333 Па < 115000000 Па 

и устанавливаем, что условие прочности соблюдено.

3.3 Выбор электродвигателя, редуктора и муфт. 

Выбираем кинематическую схему механизма подъёма груза.

Определяем общий  КПД привода:

Определяем статическую  мощность электродвигателя V_гр=0,507 м/с.

Выбираем электродвигатель типа МТВ611-10

Масса 860 кг; для которого:  n = 575 об/мин, мощность N₁= 45 кВт.

f = 0,432 кг∙м∙с²

Находим угловую  скорость вращения вала электродвигателя:

Находим угловую  скорость вращения барабана:

 
Определяем передаточное число редуктора:

Выбираем редуктор типа Ц2-400

N = 55 кВт

i = 9,8

n = 600 об/мин

Разница в передаточном числе – 6,11%

Определяем моменты  статического сопротивления при  подъёме и спуске грузе:

 

Находим номинальный  момент на валу электродвигателя:

Находим пусковой момент:

 

Ψ_max=2,15        Ψ_min=1,1

Определяем расчётный  момент для выбора соединительной муфты: 

М_м=К₁∙К₂∙М₁= 1457,35 Н∙м

К₁= 1,3   К₂= 1,5

Выбираем муфту  типа МУВП – 9 с тормозным шкивом массой 57 кг.

и величиной  J_м= 4,300 кг∙м²

определяем момент инерции масс, вращающиеся на быстроходном валу:

J₁=J_я+J_м= 4,240 + 4,300 = 8,540 кг∙м²

Время пуска:

 

 

Проверяем ускорение пуска электродвигателя при подъёме груза:

j < [j]= 0,2 м/с² 

0,813 м/с² >0,2 м/с²

Следовательно, необходимо произвести регулировку  времени пуска. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3.4 Проверка электродвигателя на нагрев.

В таблицу 1 заносим  результаты: