201536 (Кран стреловой на базе автомобиля КамАЗ), страница 3

Определим опрокидывающий момент относительно центра тел качения ОПУ М, кН:

, (32)

где R_min = 5 м – минимальный вылет;

h₂ = 2 м;

h₃ = 15 м;

r = 1 м – расстояние от центра тяжести поворотной части крана до оси вращения;

кН.

Момент сопротивления вращению в период пуска относительно оси вращения:

М_вр = М_укл + М_тр + М_в + М_ин, (33)

где М_укл – момент сопротивления вращению от веса поворотной части крана и груза при нахождении крана на уклоне;

М_укл = (-G_пк*r + Q*R_min)*sin(α); (34)

М_укл = (112*1 + 196*5)*sin(1^о30^/) = 18,1 кН*м;

М_тр – момент сопротивления вращению от сил трения;

где μ = 0,005 – приведённый коэффициент трения качения для роликовых ОПУ;

k = 4 – коэффициент, зависящий от типа ОПУ;

D_ср = 1,1 м – средний диаметр дорожки катания;

θ = 55^о – угол между направлением реакции тела качения и плоскостью, перпендикулярной оси вращения;

М_в – момент сопротивления вращению от ветровой нагрузки;

М_в = W_гр*R_min + W_c*r_c + W^/_пк*r₁ + W^//_ПК*r₂, (35)

где W^/_пк = 127 кН – ветровая нагрузка на боковую часть крана, препятствующая вращению;

W^//_пк = 159 кН – ветровая нагрузка на боковую часть крана, способствующая вращению;

r_с = (L/2)*sin(φ_min) + f = 19/2*sin(15^о) + 2,5 = 5 м; (36)

r₁ = f/2 = 2,5/2 = 1,25 м;

r₂ = c/2 = 3/2 = 1,5 м;

М_в = 0,4*12,5 + 4,6*5 + 127*1,25 + 159*1,5 = 425,25 кН*м;

М_ин – момент сопротивления вращению от сил инерции;

, (37)

где n = 2,2 об/мин – частота вращения поворотной части крана;

t_n = β/3*n = 30/3*2,2 = 4,5 с – время пуска механизма вращения;

β = 30^о – наибольший допустимый угол поворота при пуске;

I = 550 кг/м² – момент инерции отдельных элементов поворотной части крана;

кН*м.

М_вр = 18,1 + 10,2 + 425,25 + 28,1 = 481,7 кН*м.

Тогда суммарный момент инерции от вращающихся частей 28пределяяется по формуле:

, (38)

где S = 4,5 м;

f = 2,5 м;

кН*м.

Рис. 5. Расчётная схема для определения момента сопротивления вращению от ветровой нагрузки

3.2 Выбор двигателя, редуктора и тормоза механизма вращения

Мощность электродвигателя механизма вращения

(39)

кН

По каталогу на двигатели выбираем двигатель MTВ 312-6. Его параметры:

Мощность на валу N_дв = 20 кВт (при ПВ = 15 %);

Число оборотов двигателя в минуту n =955 об/мин;

Максимальный крутящий момент M_max = 620 Н*м;

Момент инерции M_max = 0.5 кг*м²;

Масса m_дв = 280 кг.

Общее передаточное число механизма вращения:

, (40)

Рис. 6. Выбранный редуктор Ц2-200

Выбираем цилиндрический горизонтальный двухступенчатый редуктор Ц2-200. Первые ступени редуктора – раздвоенные шевроны, вторые – косозубые. Твёрдость рабочих поверхностей зубьев шестерён 40-45 HRC, колёс 260-290 HB. КПД редуктора η_редук = 0,96.

Таблица 3

Размеры редуктора Ц2-200

Соединительные муфты используют для постоянного соединения соосных валов с одновременной компенсацией их незначительных угловых и радиальных смещений и иногда – с улучшением динамических характеристик привода.

Выбираем зубчатую муфту с разъёмной обоймой (тип I) по ГОСТ 5006—83. Номинальный вращающий момент M_к = 1000 Н*м. Момент инерции = 0,05 кг*м³. Масса не более 6,7 кг.

Момент торможения на валу двигателя M_ст, Н*м:

M_ст = ; (41)

M_ст = Н*м,

Необходимый момент, создаваемый тормозом замедления и остановки:

, (42)

кгс*м.

Выбираем колодочный тормоз серии ТКТГ с электрогидравлическим толкателем типа ТГМ-80.

Обозначение тормоза ТКТГ-400М.

Тормозной момент = 150 дан*м (кгс*м).

Отход колодки = 1,4 мм.

Масса тормоза = 145 кг.

Тип толкателя – ТГМ-80.

Усилие = 80 дан (кгс).

Ход = 50 мм.

2. Расчёт механизма изменения вылета стрелы

4.1 Общий расчёт

Расчёт механизма изменения вылета стрелы заключается в определении длины стрелы, кратности стрелового полиспаста, выборе стальных канатов для полиспаста и растяжек, определении размеров блоков и барабана лебёдки, выборе электродвигателя, редуктора и тормоза.

Определим опрокидывающий момент при минимальном вылете М₀:

М_0ПР = Q_max* (R_min - b) + G_c* (L / 2* sin(φ_max) + f - b), (43)

где G_c = (0,05…0,06)*Q_max = 0,055*12 = 0,67 т – вес стрелы;

М₀ = 196000 * (5 – 3) + 0,385*(21/2 * 0,9962 + 1,2 - 3) = 24002 Н*м.

Рис. 7. Грузовая характеристика крана

Рис. 8. Схема стрелоподъёмного механизма при различных вылетах.

Рис. 9. Схема подвески стрелы

Определим ветровую нагрузку на груз:

W_гр = p*F_гр, (44)

где p – распределённая ветровая нагрузка на единицу расчётной площади груза, Н/м²;

p = q_o*k*c*γ*β, (45)

где q_o = 25 Н/м² – скоростной напор ветра на высоте 10 м от поверхности земли для умеренного характера ветра;

k = 1,32 – поправочный коэффициент возрастания скоростного напора, для h = 10…20 м;

с = 1,2 – аэродинамический коэффициент;

γ = 1,1 – коэффициент перегрузки;

β = 1 – коэффициент, учитывающий динамический характер приложения ветровой нагрузки;

p = 25*1,32*1,2*1,1*1 = 43,6 Н/м²;

F_гр = 12 м² – расчётная площадь груза для Q = 12т;

W_гр = 43,6*12 = 523,2 Н.

Определим ветровую нагрузку на стрелу:

W_с = p*F_с*K_спл, (46)

где p - распределённая ветровая нагрузка на единицу расчётной площади стрелы, Н/м²;

p = q_o*k*c*γ*β, (47)

где q_o = 25 Н/м² – скоростной напор ветра на высоте 10 м от поверхности земли для умеренного характера ветра;

k = 1,32 – поправочный коэффициент возрастания скоростного напора, для h =10…20 м;

с = 1,4 – аэродинамический коэффициент;

γ = 1,1 – коэффициент перегрузки;

β = 1 – коэффициент, учитывающий динамический характер приложения ветровой нагрузки;

p = 25*1,32*1,4*1,1*1 = 51 Н/м²;

F_с – наветренная площадь стрелы;

F_с = φ*F_б, (48)

где φ = 0,3 – коэффициент заполнения;

F_б = L*b_с = 1,9*0,4 = 0,76 м²,

где b_с = 0,4 – ширина стрелы;

F_с = 0,3*0,76 = 0,228 м²;

K_спл = 0,35 – коэффициент сплошности;

W_с = 51*0,228*0,35 = 4,1 кН.

Определим центробежную силу от массы груза:

, (49)

где n = 2,2 об/мин - частота вращения поворотной платформы крана;

R = 14 м - вылет;

Н.

Определим центробежную силу от массы груза:

, (50)

где r_c = 7 м - расстояние от оси вращения до центра тяжести стрелы;

Н.

Рис. 10. Многоугольник сил для определения S_nmax

Определим усилие в ветви стрелового полиспаста S_б, кН:

; (51)

кН.

Определим усилие в растяжке S_p, кН:

, (52)

где К = 2 – количество растяжек;

кН.

Определим скорость наматывания каната на барабан v_бс:

, (53)

где (Т₁-Т₂) = 0,7 м - величина сокращения стрелового полиспаста;

t_ив = 50 с - время изменения вылета;

м/с.

4.2 Выбор двигателя, редуктора и тормоза механизма изменения вылета стрелы

Мощность двигателя механизма изменения вылета N_дв, кВт определяется по формуле:

, (54)

где _бс = 0,014 м/с – установившаяся скорость изменения вылета;

η = 0,9314 – коэффициент полезного действия механизма.

кВт.

По каталогу выбираем двигатель MTКО11-6. Его параметры:

Мощность на валу N_дв = 1,1 кВт (при ПВ = 40 %);

Число оборотов двигателя в минуту n = 885 об/мин;

Максимальный крутящий момент M_max = 42 Н*м;

Момент инерции M_max = 0,02 кг*м²; масса m_дв = 47 кг.

Находим момент статического сопротивления при торможении механизма на валу двигателя M_ст, Н*м:

(55)

M_ст =31*0,35*0,9314/2*8,32 = 63,2 Н*м.

Выбираем цилиндрический горизонтальный двухступенчатый редуктор Ц2-200. Первые ступени редуктора – раздвоенные шевроны, вторые – косозубые. Твёрдость рабочих поверхностей зубьев шестерён 40-45 HRC, колёс 260-290 HB. КПД редуктора η_редук = 0,96.