Снесарев-Тибанов-Зябликов - Расчет механизмов кранов (1994) (Г.А. Снесарев, В.П. Тибанов, В.М. Зябликов - Расчет механизмов кранов)

Московский Государственный Технический Университетим. Н. Э. БауманаГ.А. Снесарев В.П. Тибанов В.М. ЗябликовРасчет механизмов крановИздательство МГТУ им. Баумана1994Московский Государственный Технический Университетим. Н.Э. БауманаГ.А. Снесарев В.П. Тибанов В.М. ЗябликовРАСЧЕТ МЕХАНИЗМОВ КРАНОВУтверждено редсоветом МГТУв качестве учебного пособияПод редакцией Д.Н. РешетоваИздательство МГТУ им.

Баумана19942ВВЕДЕНИЕУстойчивый ритм любого производства обеспечиваетсясогласованной и безотказной работой разнообразных подъемнотранспортных машин и механизмов (ПТМ и М). В подготовкеинженеров выполнение домашних заданий и курсового проекта поПТМ и М преследует двоякую цель. Объекты ПТМ и М, во-первых,очень удобны для практического использования полученных ранеезнаний из общенаучного и общеинженерного циклов (физики,теоретической механики, сопротивления материалов, детали машин идр.) и, во-вторых, при курсовом проектировании ПТМ и М решаюткомплекснуюзадачуконструирования,таккакобъектомпроектирования является не отдельный узел, как в деталях машин, амашина в целом.В пособии использованы практические инженерные расчетымеханизмов ПТМ и М (механизмы подъема груза, передвижения иповорота) с небольшими упрощениями в некоторых особо сложныхслучаях.Грузоподъемностьявляетсяосновнымпараметромгрузоподъемной машины (ГПМ). В соответствие с этой системойединиц МКГС, много лет действовавшей, в отечественной практике,под грузоподъемностью понимали силу тяжести (вес) поднимаемогогруза, на подъем которого рассчитана ГПМ.

После введениямеждународной системы единиц СИ килограмм (кг) стал единицеймассы, а за единицу силы был принят ньютон (Н), и для сохраненияколичественных значений грузоподъемностей и паспортных данныхГПМ под грузоподъемностью в ГОСТ 1575-81 стали понимать массуподнимаемого груза (кг).Физический смысл грузоподъемности – сила FQ, на преодолениекоторой рассчитана ГПМ, и поэтому правильнее ее измерять вньютонах (Н). Величину, характеризующую способность ГПМпреодолевать силу (вес груза, сопротивление вытаскиванию свай изгрунта и др.) называют также грузоподъемной или подъемной силой.

Вслучае подъема свободного груза FQ=g*Q (Н), где g=9,81м/c2 –ускорение свободного падения: Q – масса поднимаемого груза, кг.31. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯСоздание грузоподъемной машины начинают с генеральнойкомпоновки (разработки эскиза общего вида), которая включает в себя:1) разработку схемы крана; 2) выбор типа и главных размеровметаллоконструкции [I]; 3) размещение механизмов; 4) выбор типовприводов механизмов. Далее конструируют и рассчитывают отдельныемеханизмы с учетом взаимного влияния всех частей крана, начиная стого механизма, для которого имеется в задании наибольшая исходнаяинформация – обычно это механизмы подъема.Перед разработкой механизмов передвижения и поворотанеобходимо проработать металлоконструкцию, чтобы определить ееосновные размеры и массу главных частей [I].При расчетах следует правильно использовать единицыизмерения величин.Основные величины и их единицы измерения:сила- Н (кН);длина- мм (м);механическое.

напряжение, давление- Мпа (Н/мм2);масса- кг (т);время- с (мин, ч);частота вращения- об/мин;скорость- м/мин;наработка- ч (млн. циклов).1.1 Режимы эксплуатацииВ зависимости от режима эксплуатации определяют коэффициентзапаса прочности каната, коэффициент запаса торможения, отношениедиаметра барабана и блока к диаметру каната, допускаемые3⎛ Ti ⎞ t i⎟⎟⎝ max ⎠ t 0напряжения в металлоконструкции и механизмах.Группу режима работы механизма (1M…6M) по ГОСТ 25835-83принимают (табл. 1) в зависимости от машинного времени работыК НЕ =3∑ ⎜⎜ T4механизма t0 и коэффициента эквивалентности КНЕ, которыйучитывает переменность нагрузки:где Ti – текущая нагрузка(момент, сила); Tmax – наибольшая нагрузканормально протекающего технологического процесса;ti – время нагрузки Ti; t0 – машинное время работы.При заданных группе режима работы и машинном времениработы механизма t0 KHE находят по табл.

1.Таблица 1KHE0,50,630,81,05001M1M1M2M10001M1M2M3Mt0, ч40002M3M4M5M20001M2M3M4M80003M4M5M6M160004M5M6M6M315005M6M6M6MМашинное время работы t0 и коэффициент эквивалентности КНЕразличных механизмов одного и того же крана могут быть разными.Если расчетные коэффициенты и допускаемые напряжения взависимости от режимов даны по правилам Гостехнадзора, то дляперехода к группам режима по ГОСТ 25835-83 используют табл. 2.Таблица 2Группа режимаРежим по правиламГостехнадзораПВ, %ПВ=t рабt цикла1М2М3М4МЛС16(15)25⋅ 100 % =t рабt раб+ t пауз5М6МТР40⋅ 100 %Относительная продолжительность включения (см. табл.

2)где tраб – время работы; tпауз – время пауз в цикле работы.51.2. Расчетные нагрузки подшипников каченияПодшипники опор поворотной части металлоконструкций,подъемных стрел, подпятники крюков и подшипники ручныхмеханизмов рассчитывают на статическую грузоподъемность придействии наибольшей нагрузки.PrE = ( XVFr + YFα ) K Бγ ,Эквивалентную динамическую радиальную нагрузку для расчетаподшипников ходовых колес определяют по формулегде Fr и Fa – радиальная и осевая нагрузка на подшипник, найденныепри действии наибольшей нагрузки на колесо: Fa=0,1Fr; КБ=1.3 –коэффициент безопасности;⎡⎤⎢⎥⎥11⎢γ =3 ⎢1+⎥ =0,8...0.922⎢ ⎛⎞1⎟⎥⎜1+⎢ ⎜ (1+ FQ G0)3 ⎟⎥⎠⎦⎣ ⎝–коэффициент эквивалентности, учитывающий переменностьнагрузки (FQ–вес груза; G0–вес крана или тележки.)PrE = ( XVF r + YFα ) K Б ,Эквивалентную динамическую нагрузку для остальныхподшипников рассчитывают по формулегде FrE=Frmax*KHE и FaE=Fa max*KHE – эквивалентные радиальная иосевая нагрузка на подшипник.Коэффициенты эквивалентности КНЕ рассчитываемыхмеханизмов приведены ниже.

Наибольшие нагрузки Frmax и Fa max длямеханизма подъема определяют при действии веса номинального грузана максимальном вылете стрелы; для механизмов передвижения иповорота – при действии максимального вращающегося моментадвигателя.6Ресурс подшипников Lk должен составлять не менее половинымашинного времени работы механизма t0.п1.3 Коэффициенты полезного действияВ механизмах в качестве опор используют подшипники качения.КПД таких механизмов с учетом потерь в опорах следующие:ηц.п. = 0,93 – периодически смазываемая цепная передача;ηо.п. = 0,95 – открытая зубчатая пара;ηц. = 0,99 – закрытая цилиндрическая пара;ηк.

= 0,98 – закрытая коническая пара;ηч. = 0,9 – (I-u/200) – закрытая червячная пара, где u –передаточное число (u>1);ηбл. = 0,97 – канатный блок;ηбар. = 0,98 – барабан;ηм. = 0,99 – муфта;В значениях КПД барабанов и блоков учтены также потери на перегибканата.1.4 ЭлектроприводТип двигателяПри номинальной мощности Pн двигателя менее 1,4кВт или приуправлении с пола применяют двигатели типа 4АС (трехфазныеасинхронные повышенного скольжения); при мощности Рн>= 1,4кВт ипри управлении из кабины – крановые двигатели типа MTF или MKTF.Для привода механизма подъема электротали при установкевнутри барабана используют встроенные двигатели типа 4АСВ, востальных случаях – двигатели типа 4АС.Применение для кранов трехфазных асинхронных двигателейединой серии 4А основного исполнения и с повышенным пусковыммоментом во всех случаях недопустимо.Синхронная частота вращения nc=1000об/мин является наиболеерациональной и предпочтительной; nc=750об/мин допустима вкрайнем случае, если расчетное передаточное отношение превышаетпередаточное отношение стандартных приводов; nc=1500об/мин7используют редко, но имеется тенденция ее более широкогоприменения.tп =πJ пр .п ⋅ nн30Tнt п .о .Время пуска (разгона), с,tп.с.

=1;0,75(m −α)Где Jпр.п. – приведенный к валу электродвигателя момент инерциипри пуске (его определение по механичезмам дано ниже), кг*м2; nн=nдв– номинальная частота вращения электродвигателя (по каталогу),об/мин; Tн = 9550Pн/nн – номинальный момент двигателя, Н*м; Рн –номинальная мощность двигателя при ПВ = 40%; tп.о. – относительноевремя пуска:Для двигателей с короткозамкнутым ротором (4АС, MKTF)2,5tп.с.

= α +m mДля двигателей с фазовым ротором (MTF)Здесь m = Tmax/Tн – кратность максимального момента двигателя,принимается по каталогу; α=Pст/Рм – коэффициент загрузки двигателяпо мощности (Рст - статическая мощность установившегося движения).Расчет на нагревДвигатели выбирают с учетом ПВ. При выполнении курсовогопроекта и домашних заданий не требуется рассчитывать из на нагрев.1.5 ГидроприводРабочее давление гидропривода выбирают по табл. 3.Таблица 3P, МПа (Н/мм2)6,3101625Предпочтительными являются давления, равные 10 и 1 Н/мм2.Цилиндры стандартизированы, их диаметры D следует выбиратьпо ГОСТ 6636-80, обычно d≈0,7D (Рис. 1)8FСила, развиваемая гидроцилиндром при подаче жидкости:Со стороны порншяπD 2= ρF = ρVжπ44(D2− d2Со стороны штока)Расход жидкости при подаче жидкости:Со стороны поршняπD 2=−υ;4Vж =π (D− d242)− υ ;Со стороны штокаГде υ - скорость движения поршня.ГидродвигателиВысокооборотные гидродвигатели компактны и дешевы.

Однакопри их использовании необходимо применять редуктор для понижениячастоты вращения. Тихоходные высокомоментные гидродвигателитяжелее и дороже высокооборотных, но позволяют исключитьредуктор и поэтому предпочтительнее.Длямеханизмовповоротанеполноповоротныхкрановцелесообразноиспользоватьнеполноповоротныелопастныегидродвигатели или гидроцилиндры, приводящие в движение рейку и9находящееся с ней в зацеплении зубчатое колесо, соединенное споворотной частью крана.Гидродвигатель при заданном давлении р выбирают покрутящему моменту Т и частоте вращения вала n.НасосыНасос может обслуживать один или несколько цилиндров игидродвигателей.

Последовательная работа механизмов позволяетуменьшить расход жидкости Vж, производительность насоса Vмас,размеры насоса и двигателя. В этом случае насос выбирают подавлению р и тому цилиндру или гидродвигателю, для котороготребует наибольший расход жидкости по условию Vмас>=1,1Vж.Остальные механизмы при этом будут работать со скоростями,большими расчетных.