Розрахунок Баштового крану

1.Розрахунок Баштового крану 
 

     1.1. Розрахунок механізму підйому 
 

     1.1.1. Кінематична схема механізму підйому :

     

     1.1.2. Вибір каната, діаметру барабана і блоків

     Вантажний канат вибирається по розривному зусиллю, яке визначається по формулі:

     

     де  F₀ – розривне зусилля каната, що приймається по сертифікату, Н;

     S_max – зусилля натягнення гілки каната, Н;

     n – коефіцієнт запасу міцності каната; n=5.5 [3. табл.. 11].

     Максимальне зусилля натягнення гілки каната визначається по формулі:

     

     де  Q – вага вантажу, що підіймається, вага вантажних канатів і захватного органу; Q=10000Н;

     z – кількість гілок, на яких підвішений вантаж; z=2

      

      

     h_п – ККД поліспасту;

     ККД поліспасту визначається по формулі:

     

     де h_б= 0,98 для блоків на підшипниках кочення;

     

     

     З додатку 2 по розривному зусиллю F₀ – підбирається сталевий канат подвійного звивання, типа ЛК-Р, конструкції 6´19 (1+6+6/6)+1 о.с. (ГОСТ 2688-80), діаметром d_k=22,5 мм, з розрахунковою межею міцності проволок s=180 МПа, площею перетину всіх проволок F_k=188 мм² і розривним зусиллям F₀=28100 Н [11].

     Діаметр блоку і барабана по центру намотуваного каната:

     

     де –е коефіцієнт, залежний від РР і типу вантажопідйомної машини; е=25 [3. табл.. 12].

     

     Діаметр блоку і барабана по дну канавки:

     

      

     _{Приймаємо діаметр блока  крюкової підвіски}

      

     Діаметр зрівнювального блоку: 
 

     Блоки виготовляють з чавуну СЧ15-32, СЧ18-36, стали 35Л, 45Л.

     1.1.3. Розрахунок вузла барабана

     Приймаємо барабан діаметром D_б=400 мм по дну канавки. Розрахунковий діаметр барабана по центру намотуваного каната Dо=405 мм.

     Довжина каната, намотуваного на одну половину барабана:

     

     де  Н – висота підйому; Н=20000 мм = 20м;

     u – кратність поліспасту; u=2

     

     Число робочих витків нарізки на одній  половині барабана:

     

     де  L_к – довжина каната, намотуваного на одну половину барабана;

     D_б – діаметр барабана; 

     Довжина нарізки на одній половині барабана:

     

     t_н – крок нарізки гвинтової лінії на барабані; t_н=26

     

     Загальна  довжина барабана визначається по формулі:

     

     Барабан з чавуну СЧ15-32 з межею міцності на стиснення s_В=686 МПа.

     Товщину стінки барабана визначають з розрахунку на стиснення по формулі:

     

     де  S_max – максимальне зусилля натягнення гілки каната;

     t_н – крок нарізки гвинтової лінії на барабані;

     

     де  к – коефіцієнт запасу міцності при розрахунку барабанів на міцність; k=4,25 [3. додаток 15]

     

     

     З умови технології виготовлення литих  барабанів товщина стінки їх не повинна  бути менше 12 мм і визначається по формулі:

     

     де  D_б – діаметр барабана

     

     Приймаємо товщину стінки барабана 14 мм.

     Момент  якій крутить, і що передається барабаном:

     

     де  S_max – максимальне зусилля натягнення гілки каната;

     D_б – діаметр барабана;

     

     2.1.4. Розрахунок кріплення каната до барабана

     Натягнення  каната перед притискною планкою  визначається по формулі:

     

     де  S_max – максимальне зусилля натягнення гілки каната;

     e – основа натурального логарифму;

     f – коефіцієнт тертя між канатом і барабаном; f=0,1¸0,16;

     a - кут обхвату канатом барабана; a=4p

     

     Сумарне зусилля натягнення болтів визначається по формулі:

     

     де  f₁ – приведений коефіцієнт тертя між планкою і барабаном, при куті заклинювання каната 2b=80°;

     

     a₁ – кут обхвату барабана канатом при переході від однієї канавки планки до іншої; a₁=2p

     

     Сумарна напруга в болті при затягуванні  кріплення з урахуванням розтягуючих  і згинаючих зусиль:

     

     де  n – коефіцієнт запасу надійності кріплення каната до барабана; n³1,5, приймаємо n=1,8;

     z – кількість болтів; z=2;

     P_u – зусилля, що згинає болти;

     

     d₁ – внутрішній діаметр болти М22, виготовленого зі сталі Ст3; d₁=18,753 мм [3.стр.68]

     

     Напруга, що допускається, для болта:

     

     

     2.1.5. Розрахунок вісі барабана

     Вісь  барабана виготовляють зі сталі 45 (ГОСТ 1050-74) з межею міцності s_в=600 МПа. 

  

    

     Реакції в опорах:

     

     

     Зусилля, діючі з боку маточин на вісь:

     

     

     Будуємо епюри згинаючих моментів:

     

     

     По  відомому згинаючому моменту приблизно  визначаємо діаметр вісі:

     

     де [s] – допустима напруга вигину для матеріалу вісі, для сталі 45 при 3-у режимі навантаженні [s]=60 МПа [3. додаток 18].

     

     Приймаємо діаметр осі d=120 мм.

     1.1.6. Потужність електродвигунів і вибір редуктора

     

     де  Q – номінальна вага вантажу, що підіймається, маса вантажних канатів та захватного органу, Q = 10000Н; V – швидкість підйому, V=0,6м/с

     h_м – загальне ККД механізму, h_м=0,85 [3. табл. ХХХIII.]

     

     Заздалегідь по каталогу вибираємо електродвигун  типа MTH 211-6, потужністю N=7 кВт, частотою обертання 920об/хв.

     Номінальний момент на валу двигуна:

     

     Відношення  максимального моменту до номінального:

     

     Відношення  мінімального моменту до номінального:

     

     Частота обертання барабана:

     

     де  U_п – кратність поліспасту; U_п=2;

     V – швидкість підйому; V=0,5м/с;

     D – діаметр барабана; D=0,6 м

     d_к – діаметр каната; d_к=0,0225 м

     Передавальне  число редуктора:

     

     По  каталогу вибираємо редуктор типа Ц2-500 з сумарною міжосьовою відстанню  500 мм, передавальним числом U_р=20, значенням потужності при легкому РР N=123 кВт, оборотами n=750 об/хв, з моментом що передається редуктором М_Т=5000 Нм, вал тихохідний під зубчату муфту [2. V.табл. 1.47.].

     Середній  момент двигуна в період пуску:

     

     Оскільки  М_{п ср}=3088 Н м < М_Т=5000 Н м, то редуктор задовольняє умовам перевантаження двигуна.

     Фактична  швидкість підйому вантажу:

     

     Статичний момент на валу двигуна при підйомі  номінального вантажу:

     

     де  S_п1 – зусилля в навиваємому на барабан канаті при підйомі вантажу; S_п1=16460 Н;

     а – число гілок, навиваємих на барабан; а=2;

     h_м – ККД механізму підйому, що приймається залежно від вантажу, що піднімається, по експериментальному графіку; h_м=0,85 [1. табл. II.1.7.]

     

     Зусилля в канаті, звиваємому з барабана, при опусканні вантажу:

     

     Статичний момент на валу двигуна при опусканні  номінального вантажу:

     

     Момент  інерції рухомих мас механізму, приведених до валу двигуна, при підйомі  вантажу:

     

     де  J_р.м. – момент інерції ротора двигуна; J_р.м.=1,172 кг м[5];

     d - коефіцієнт, що враховує моменти інерції мас деталей, що обертаються повільніше, ніж вал двигуна; d=1,2 ;

     m – вага вантажу, що піднімається; m=87500 Н;

     U_м – загальне передавальне число механізму:

     U_м=U_р´U=20´2=40;

     h_м – ККД механізму підйому; h_м=0,85 [1. табл. II.1.7.];

     R_б – радіус барабана по центру намотуваного каната; R_б=0,31125 м

     

     Час пуску при підйомі номінального вантажу:

     

     w - кутова швидкість двигуна;

     Час пуску при опусканні номінального вантажу: