Тележка мостового крана с двумя механизмами подъема (сборочный чертеж)

РАСЧЕТ МЕХАНИЗМА ПЕРЕДВИЖЕНИЯ ТЕЛЕЖКИ.

Схема привода механизма передвижения тележки представлена на рис. 1. Фланцевый электродвигатель 2 со встроенным тормозом, закреплённый на раме тележки 1 соединен с навесным редуктором 3, который передаёт крутящий момент промежуточному валу 4 через зубчатую муфту 5. На промежуточном валу 4 жестко закреплено колесо 6. Тележка передвигается по крановым рельсам моста 7.

Исходные данные:
• Грузоподъемность механизма главного подъёма mг=3 0000кг;
• Грузоподъемность вспомогательного механизма mв=5000 кг;
• Скорость передвижения тележки V=0,67 м/с (40м/мин);
Режим нагружения L2(умеренный);
• Продолжительность включения ПВ=40%;
• Класс использования механизмов М5.








Выбор ходовых колес:
Определение массы тележки:
На основании справочных данных (1) с. 32, т.2 масса тележки вычисляется как:


где 0,3 - коэффициент массы тележки;


Вес тележки без груза:




Вес тележки с грузом:
Масса тележки с грузом:

Вес тележки с грузом:


Давление на ходовое колесо:

z = 4 – количество ходовых колес.

согласно (1) т.2 с.319 примем ходовое колесо со следующими характеристиками (небольшой запас по давлению нужен на тот случай, если центр тяжести окжется не по центру тележки после проведения компоновки):


Таблица 1.
Характеристика ходового колеса.
Давление на ходовое колесо Св.5 до 10


Внешний диаметр Dxk,mm 320
Посадочный диаметр d,mm 60
Плечо трения качения
0,4
Диаметр реборды Dmax,mm 360


Выбор электродвигателя.

Расчет сопротивления передвижению тележки с грузом:
Сопротивление трения:

где
кр - коэффициент сопротивления реборды для троллейного токоподвода
кр = 2,5 из (1 )с.422

Сопротивление от уклонов крановых путей:

где
а =0,001 - предполагаемый уклон пути;

Полное статическое сопротивление передвижению крана с грузом:

Потребная мощность:

С учетом предварительного КПД:
, где
- КПД редуктора, муфты, подшипника.


Для классов использования не выше М6 (4М по обозначению 1992г) возможно использование общепромышленных двигателей с повышенным скольжением и со встроенным тормозом серии 4АСЕ, для избежания проскальзывания колес. Из (6) стр.85 выбираем двигатель со следующими характеристиками:


Тэд - номинальный момент электродвигателя;

Выбор редуктора.

Угловая скорость ходового колеса:




Передаточное число:
Для привода выбираем цилиндрический трехступенчатый вертикальный навесной редуктор типоразмера 1ЦЗУвк(ф), выпускаемый ОАО «Редуктор» г.Ижевск (характеристики редуктора берем из каталога данного предприятия).




Ближайшее к полученному передаточное число равно U =25. Условие, что разница не должна превышать 10%, выполняется:
Фактическая скорость тележки тогда составит: 
Проверка редуктора по грузовому моменту:



Эквивалентный момент редуктора на тихоходном валу:



где
кд - коэффициент долговечности;


- расчетный момент на тихоходном валу редуктора.

где
ко - коэффициент переменности нагружения;



где
zp - суммарное число циклов;
z0 =125-106 - базовое число циклов контактных напряжений.

где
zt - число циклов нагружения на тихоходном валу редуктора;
U т = 3,1 - передаточное число тихоходной ступени редуктора.

- частота вращения тихоходного вала редуктора.


машинное время работы механизма: t =12500 ч
Эквивалентный момент на тихоходном валу редуктора не превышает допускаемый крутящий момент редуктора ЩЗУвкф-125 равный Тд=500 Нм. Следовательно выбранный редуктор проходит по расчетному крутящему моменту. Масса редуктора равна 73 кг.

Проверка двигателя по пусковому моменту.

Динамический момент сопротивления вращению электродвигателя во время пуска:


где J1, - момент инерции частей, вращающихся на первом валу.


где Jмуф = 0,002 кг*м2 – момент инерции муфты.

 tn=V/a - время пуска (торможения). Согласно (1) т.2 стр.324 для грузоподъёмности 20000 кг и условий работы крана.

тогда

Пусковой момент двигателя равен М =63 Нм, следовательно условие пуска выполняется.

Коэффициент запаса сцепления:

Коэффициент запаса сцепления приводных колес с рельсом расчитываете: по следующей формуле:

где
[к]сц - допускаемый коэффициент сцепления.
Для помещений (без ветровых нагрузок) из (3) т.1 стр. 94 [к]сц =1,1.
Fcц - сила сцепления приводных ходовых колес с рельсом,

где
Ft=7,35-104H - вертикальная сила без груза;
ксц=0,2 коэффициент трения для кранов в помещении по сухим рельсам из (8) стр.12;
zпр=2 - количество приводных колес;
z=4 -общее количество колес.

Fcm - сила статического сопротивления перемещения тележки без груза и без трения в подшипниках приводных колёс,

где
Таким образом, коэффициент сцепления равен:
кр = 2 - коэффициент реборды.


Fдин - сила динамического сопротивления передвижения без груза,


Расчет соединительной муфты:

Расчетный момент муфты, стоящей на промежуточном валу между колесом и редуктором:

где
к1 = 1,3 - коэффициент, учитывающий степень ответственности механизма
М5 (7);
к2 = 1,2 - коэффициент, учитывающий режим работы L2 механизма (7).


Расчет тормозного момента:


Тормозной момент рассчитывается по следующей формуле:
где
Тин - момент инерции на валу электродвигателя,


Тс - статический момент на валу электродвигателя,

Таким образом, тормозной момент равен:

В электродвигателе 4АС112МАЕ6 тормоз может быть отрегулирован до 40 Нм следовательно он обеспечивает требуемый тормозной момент.



Определение наибольшего изгибающего момента балки от действия ходовых колес тележки.

Из расчета механизма передвижения тележки известно, что вес тележки с грузом равен:

Однако, из ходя из компоновки механизма видно, что вес распределен неравномерно между колесами тележки. Из измерений определим расстояния от центра тяжести тележки до опорных колес: а1 =1,7 м а 2=1,4 м.
Определим, как следует расположить тележку, что бы получить наибольший изгибающий момент (рис. 1).
Левая опорная реакция будет равна:

а изгибающий момент под первым колесом равен:


Для определения координаты х, соответствующую максимальному значению изгибающего момента, производную от этого момента по х необходимо приравнять к нулю:


откуда

а наибольший изгибающий момент:


Подставив численное значение пролета l = 22,5 получим:
x1= 10,4 м и М1mах = 1,3*106 Нм.
Выражение для момента представляет собой уравнение параболы, нулевые точки, которой
х0 = 0 и х0 = l – a1 = 20,8 м.
Аналогично, для второго колеса тележки рассмотрим положение, при котором оно располагается на расстоянии х от правой опоры В. Опорная реакция изгибающий момент будут равны:

После дифференцирования получим:

Таким образом, после подстановки численных значений получим:


Нулевые точки параболы х0 = 0 и х0 =1-а2 =21,1 м. Сравнивая значения выбираем наибольший изгибающий момент:

Определение вертикального момента сопротивления сечения балки моста.
Исходя из условия прочности при работе на изгиб для одной балки:



m - коэффициент условий работы (4) стр. 336.
где
m1 =0,75 - коэффициент, учитывающий степень ответственности элемента и возможные последствия при его разрушении;
т2 = 0,8 - коэффициент, учитывающий возможные повреждения элементов при транспортировке и монтаже;
т3 = 0,9 - коэффициент, учитывающий несовершенство расчёта.
Таким образом:


Определение предварительных параметров сечения.
Высоту балки коробчатого сечения принимают в пределах (4) стр. 356:

Примем предварительно h=1,4 м.
Ширину горизонтального листа балки из условий обеспечения горизонтальной жесткости принимают в пределах:

Предварительно примем ширину B=0,55 м.
Предварительно ширина листа s для полого прямоугольного сечения определяется по формуле (рис. 2):



Проверка устойчивости для полого прямоугольного сечения балки.

Гибкость определяется по формуле:
где

где

- коэффициент опоры (для одного жестко заделанного конца);
- коэффициент формы (при постоянном моменте инерции).

- радиус инерции для полого прямоугольного сечения.


Итак, гибкость равна:
 Для стали Ст.3 (9) стр. 410, следовательно, и формула Эйлера применима:

где
осевой момент инерции сечения.

расчетная сжимающая сила рассчитывается по формуле:

где
q=1,5 кН/м - распределённая нагрузка по металлоконструкции крана;
n = 1,1 - коэффициент, учитывающий вес рельса.


Таким образом, данным сечением устойчивость обеспечена.

Проверка на совместное действие сжатия и изгиба:


Расчет сечения главной балки моста на горизонтальные нагрузки.
За основную систему сил примем две полу рамы , в месте разреза прикладывается лишнее неизвестное х1 (рис. 3):



Неизвестные x1, ,являющиеся изгибающими моментами определяются из уравнения:

Для определения перемещений по способу Верещагина строим эпюры М от сосредоточенной нагрузки от колёс тележки (ускорение крана 0,2 м/с2):

  Неизвестные изгибающие моменты равны:



где

- отношение пролета главной балки к осевому расстоянию между ходовыми колесами концевой балки. Таким образом, получим:

Наибольшие изгибающие моменты (рис. 3):
По середине главных балок:


На концах главных балок

На концевых балках


Исходя из полученных значений, подбираются параметры сечений концевых балок, концов главной балки.
Произведем проверку сечения середины главной балки на горизонтальные нагрузки. Горизонтальный момент сопротивления сечения равен:

Требуемый момент сопротивления при действии горизонтального изгибающего момента:



Таким образом условие выполнено.
Нормальные напряжения в главной несущей балке.
Для верхних волокон:

= 1,1 – динамический коэффициент, учитывающий скорость крана (для 60-120 м/мин) (10) стр.105.
= 1,2 – динамический коэффициент, учитывающий режим эксплуатации (для среднего).

Для нижних волокон:


Динамические прогибы и нагрузки.
В качестве динамической схемы принимаем схему груз - упругая связь – мост.
Коэффициент динамичности:

где
t0 - время нарастания нагрузки на металлоконструкции моста,
Т - период колебаний металлоконструкции моста.

где
тк=3,11-105 Н - приведенная масса крана ;
тг = 2 *105Н - приведенная масса груза;


 - жесткость конструкции моста.

где






Время нарастания нагрузки на мост:


где
v0=0,15 м/с - скорость подъема груза;



- статическое удлинение каната;
где
lк=12 м - длина ветви каната;
z =8 - число ветвей полиспаста;
Fk = 104,61*10--6 м2 - площадь сечения проволок каната;