Кран козловой ПТМ 00.000.ПЗ.

МАДИ (ТУ)

Кафедра дорожно-строительных машин

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Кран козловой

ПТМ 00.000.ПЗ.

Студент: Степаненко А.С.

Руководитель: Шестопалов К.К.

Группа: 4ДМ2

МОСКВА 1995

Содержание

1 Введение

2 Назначение

3 Техническая характеристика

4 Описание

5 Расчёты

5.1 Расчёт устойчивости крана

5.2 Расчёт механизма подъема

5.3 Расчёт механизма перемещения крана

5.4 Расчёт механизма перемещения тележки

5.5 Расчёт металлоконструкции

6 Литература

1. Характеристика козловых кранов :

Козловые краны применяют для обслуживания открытых складов и погрузочных площадок, монтажа сборных строительных сооружений и оборудования , промышленных предприятии , обслуживания гидротехнических сооружений , перегрузки крупнотоннажных контейнеров и длинномерных грузов. Козловые краны выполняют преимущественно крюковыми или со специальными захватами.

В зависимости от типа моста , краны делятся на одно- и двухбалочные. Грузовые тележки бывают самоходными или с канатным приводом. Грузовые тележки двухбалочных кранов могут иметь поворотную стрелу.

Опоры крана устанавливаются на ходовые тележки , движущиеся по рельсам. Опоры козловых кранов выполняют двухстоечными равной жёсткости , или одну -жёсткой , другую -гибкой(шарнирной).

Для механизмов передвижения козловых кранов предусматривают раздельные приводы. Приводными выполняют не менее половины всех ходовых колёс.

Обозначение по ГОСТ : Кран козловой 540-33 ГОСТ 7352-75

2. Цель и задачи работы :

Цель настоящей работы-освоение основных расчётов грузоподъёмных машин на примере бесконсольного козлового крана общего назначения.

Непосредственные задачи работы :

1. Изучение конструкции козлового крана

2. Определение основных массовых и геометрических характеристик козлового крана

3. Определение внешних нагрузок на кран

4. Проверка устойчивости крана

5. Определение опорных давлений

6. Расчет и подбор механизмов подъема груза , передвижения тележки и крана.

3. Исходные данные для выполнения работы :

4. Определение основных геометрических и массовых характеристик крана :

Принятые значения дают вожможность определить координаты центров масс отдельных элементов и крана в целом , относительно оси абсцисс , проходящей через головни рельсов и оси ординат , проходящей через точку опоры на рельсы жёсткой опоры крана.

значение координат центра масс крана и его элементов и их статические моменты:

Определение координат центра масс всего крана :

х_к=828.74/80=10.36 у_к=1250.31/80=15.63

5. Определение внешних нагрузок на кран.

5.1 Определение ветровых нагрузок (ГОСТ 1451-77)

Для рабочего состояния:

W_p=0.15*F**c*n

F-наветренная площадь

-коэффициент сплошности

с-аэродинамический коэффициент

n-высотный коэффициент

Площадь моста :

F_m=lh_m=36.8*3.2=117.76 m²

Площадь жёсткой опоры :

F_жо=0.5l_ж(h-h_m)=0.5*4.16*(28-3.2)=51.58m²

Площадь гибкой опоры :

F_го=l_го(h-h_m)=0.8*(28-3.2)=19.84

Ветровая нагрузка в в рабочем состоянии

Поскольку опоры лежат в разных ветровых с мостом , то и значение выбираем соответственно.

Для нерабочего состояния :

W_нр=0.7*F**n*c*

Ветровая нагрузка в нерабочем состоянии :

5.1. Определение инерционных нагрузок.

Инерционные нагрузки определяются для периодов неустановившегося движения крана, рагона и торможения крана в целом , его грузовой тележки , а также механизма подъема. Для погрузочно-разгрузочных козловых кранов принимаем допустимое ускорение а=0.3м/с². Координату точки подвеса груза принимаем равной h, поскольку грузовая тележка движется по верхней панели моста.

Инерционные нагрузки , действующие в направлении подкрановых путей :

5.2.1. Горизонтальная инерционная нагрузка направленная поперёк подкрановых путей.

Она возникает при разгоне и торможении тележки с грузом

Р_т=(G_т+Q)a=(7.5+50)*0.3=17.25

5.2.2. Вертикальная инерционная нагрузка направленная поперёк подкрановых путей.

Она возникает при поднимании и опускании , раразгоне и торможении груза

Р_гр=1.1Qа=1.1*50*0.3=16.5

6. Проверка устойчивости крана в рабочем и нерабочем состоянии :

Устойчивость в рабочем состоянии оценивается коэффициентом , который определяется отношением удерживающего момента , создаваемого массовыми силами крана и груза с учётом влияния допустимого при работе уклона, к опрокидывающему моменту , создаваемому внешними нагрузками, отросительно ребра опрокидывания. это отношение во всех случаях должно быть не менее 1.15

Рассмотрим сумму удерживающих моментов для 1-го расчётного состояния :

_уд=10G_к(Б/2соs-y_кsin)+(10Q-P_гр)*(Б/2cos-y_гsin)=5062.94

для козловых кранов максимально допустимое =0⁰10¹

Рассмотрим сумму опрокидывающих моментов для 1-го расчётного случая :

_опр=P_ку_к+Р_гру_пг+_ру+W_гру_пг=1301.62

Проверка устойчивости К=5062.94/1301.62=3.9

Рассмотрим 2-ое расчётное положение :

Условия : кран движется под углом к горизонту с углом a , ветровая нагрузка направлена в сторону движения крана .

Рассмотрим сумму удерживающих моментов :

=10(Б/2соs-sin)=3163.72

Рассмотрим сумму опрокидывающих моментов :

е=+еy=790.12

Проверка устойчивости К=3163.72/790.12=4

Проверка устойчивости крана в нерабочем положении

Рассмотрим сумму удерживающих моментов :

е =10(Б/2cosa-sina)=3163.72

Рассмотрим сумму опрокидывающих моментов :

е=еy=2101.5

Проверка устойчивости К=3163.72/2101.5

7. Опредиление опорных давлений .

7.1 . Максимальная нагрузка на одну из четырёх опор :

Для рабочего состояния :

Для нерабочего состояния :

7.2. Расчётная нагрузка на одно колесо .

Поскольку грузоподъёмность расчитываемого крана 50 т. , принимаем число колёс в каждой опоре равной 2 .

Выбираем двухребордное колесо , конического исполнения по ГОСТ 3569-74 с нагрузкой на рельс 320kH,диаметром D=710 мм , шириной В= 100мм , рельс КР-80 , радиус r=400мм

7.3. Выбор материала крановых колёс .

где - контактное напряжение смятия

m_k - безразмерный коэффициент , зависящий от соотношения D/2r , по таблице принимаем 0.47

Принимаем сталь 40ХН с =2200мПа

8. Расчёт и подбор механизма подъёма груза .

8.1. Краткая характеристика и задачи расчёта .

Механизм подъёма груза предназначен для перемещения груза в вертикальном направлении . Он выбирается в зависимости от грузоподъёмности . Для нашего случая механизм включает в себя сдвоенный пятикратный полиспаст .

Привод механизма подъёма и опускания груза включает в себя лебёдку механизма подъёма . Крутящий момент , создаваемый электродвигателем передаётся на редуктор через муфту . Редуктор предназначен для уменьшения числа оборотов и увеличения крутящего момента на барабане .

Барабан предназначен для преобразованя вращательного движения привода в поступательное движение каната .

Схема подвески груза :

8.1. КПД полиспаста :

-кратность полиспаста =5

- кпд одного блока =0.98

8.2. Усилие в ветви каната , навиваемой на барабан :

z -число полиспастов z=2

-коэффициент грузоподъёмности , учитывающий массу грузозахватных элементов =1.1

8.3. Расчётная разрывная нагрузка :

К=5.5 коэффициент запаса прочности

8.4. Выбор каната по расчётному разрывному усилию :

Выбираем канат двойной свивки типа ЛК-РО конструкции 6*36 ГОСТ 7669-80 с разрывным усилием не менее 364.5 кН и диаметром d=27 мм

8.5. Конструктивный диаметр барабана :

е- коэффициент пропорциональности в зависимости от режима работы е=25

Окончательно диаметр выбираем из стандарного ряда , ближайшее большее D_б=710

8.6. Рабочая длинна барабана с однослойной навивкой каната :

а-число ветвей каната а=2

t-шаг винтовой нарезки , принимаемый в зависимости от диаметра барабана t=31.25

Полная длинна барабана :

8.8. Толщина стенки барабана :

Принимаем из условия

Принимаем =27

8.9. Выбор материала барабана :

Напряжения сжатия равны :

Напряжения , возникающие при изгибе :

Напряжения , возникающие при кручении :

Суммарные напряжения возникающие в теле барабана :

Выбираем материал сталь 35Л у , которой предел прочности при изгибе

К_з -коэффициент запаса прочности К_з=1.1

Следовательно нагрузки на барабан не превосходят допустимых .

8.10. Усилия в ветви каната , набегающей на барабан и закреплённой в нём :

-коэффициент трения =0.12

-дуга охвата канатом барабана

8.11. Определение силы затяжения на одну шпильку :

z-число шпилек

Сила затяжки на всё соединение :

Число шпилек :z=4

Принимаем резьбу d=24

-коэффициент трения в резьбе

Суммарное напряжение в теле шпильки :

предел прочности

-предел текучести

Так как 146.96196 -число шпилек удовлетворяет условию прочности .

8.12. Подбор крюка :

Выбираем подвеску крюковую крановую , грузоподъёмностью 50 т. по ГОСТ 24.191.08-87 , для средних условий работы , с пятью блоками , массой 1361 кг , типоразмер 5-50-710 под канат диаметра 2328

8.13. Частота вращения барабана :

8.14. Необходимая мощность механизма подъёма груза :

-кпд механических передач

-крутящий момент на барабане .

По таблицам принимаем двигатель типа МТКН 412-6

мощьность N=36 кВт , частота вращения n=920 об/мин , номинальный момент двигателя M_н=0.37 кНм

8.15. Выбор редуктора :

Принимаем редуктор цилиндрический вертикального исполнения ВКУ-765 , передаточное число i=71 , межосевое расстояние а=765 .

8.16. Выбор муфты :

Выбираем зубчатую муфту с тормозным барабаном . Передаваемый муфтой крутящий момент :

По таблицам выбираем муфту с передаваемым моментом 710 Н , с тормозным барабаном D_t=710 , тип МЗ-2 , момент инерции J=0.05 кгм²

8.17. Подбор тормоза :

Расчётный тормозной момент :

К_т-коэффициент запаса торможения Кт=1.75

Выбираем тормоз ТКГ-300 , тормозной момент 0.8 кН

8.18. Определение времени разгона механизма .

8.20. Проверка тормоза по мощности трения .

т.к. 0.31.3 ,где 1.3--допускаемая мощность торможения , значит тормоз подходит .

9. Расчет и подбор оборудования механизма перемещения крана.

Механизм передвижения крана служит для перемещения крана по рельсам . Кинематическая схема механизма :

1-двигатель

2-муфта

3-редуктор

4-тормоз

5-шестерни

6-ходовое колесо

9.1. Общее статическое сопротивление передвижению крана без груза :

D_k -диаметр ходового колеса

f -коэффициент трения кочения f=0.0007

-коэффициент трения качения в подшипниках ходовых колёс

r-радиус цапфы r=0.071 м

9.2. Сопротивление качению крана без груза :

K_общ -число колёс крана

К_пр-число приводных колёс

9.3. Проверка коэффициента сцепления :

-коэффициент сцепления колеса с мокрым рельсом

так как 3>1.2 , то по запасу сцепления механизм подходит

9.4. Суммарное статическое сопротивление передвижению жёсткой опоры :

x_в -координата центра ветрового давления

9.5. Расчётная мощность одного двигателя :

Выбираем двигатель MTF-111-6 , мощность N=4.1 кВт , частота вращения n=870 об/мин , момент инерции J=0.048 , максимальный момент М=85 Нм

9.6. Подбор редуктора .

Частота вращения колёс крана :

Необходимое передаточное отношение механизма передвижения крана :

Расчётное передаточное отношение редуктора :

i_оп -передаточное отношение открытой передачи

Выбираем редуктор горизонтального исполнения серии Ц2У-250 , с передаточным отношением i=40 .

9.7. Выбор тормоза механизма передвижения .

Выбираем тормоз типа ТКТ-200 , с тормозным моментом М=160 Нм

10. Расчёт и подбор механизма передвижения тележки .

Механизм передвижения тележки служит для перемещения по рельсам , положенной на балку моста , тележки , несущей на себе грузозахватное устройство . Перемещение тележки осуществляется при помощи канатного устройства , лебёдкой . Схема запасовки каната механизма перемещения тележки :

10.1. Ориентировочное значение нагрузки на каток тележки :

Выбираем катки тележки - двухбордные колёса d=320 мм, ширина В=80 мм .

Напряжение сжатия колеса при точечном контакте :

Выбираем материал сталь 40ХН , для которого =2200мПа

10.2. Общее сопротивление перемещения тележки :

r-радиус цапфы r=32 мм

С учётом дополнительного сопротивления от натяжения грузового каната и провисания , тяговое усилие в канате :

Расчётная разрывная нагрузка на канат :

к-коэффициент запаса к=5.5

Принимаем канат двойной свивки типа ЛК-РО конструкции 6*36 ГОСТ 7669-80 , диаметр каната d=11.5 мм , разрывное усилие 75.1 мПа

маркировочная группа 1764 мПа .

10.3. Диаметр тягового барабана и частота его вращения :

Принимаем D_тб=300 мм

Частота вращения n_тб=20.44 об/мин

10.4. Мощность приводного двигателя :

-кпд механическое

-кпд блока

n-число блоков n=3

Выбираем двигатель MTF-112-6 , мощность N=5.8 кВт , частота вращения n=915 об/мин , максимальный момент М=137 Нм , момент инерции J=0.064 кг....

10.5. Необходимое передаточное отношение механизма :

Принимаем редуктор ЦЗУ-160 , с передаточным отношением i=45 , крутящем моментом М=1000 Нм

10.6. Выбор муфты .

Крутящий момент на барабане :

Принимаем муфту МЗ-1 , передаваемый момент М=0.2 кНм , диаметр тормозного барабана D=200 мм , момент инерции муфты J=0.032kHм

10.7. Выбор тормоза .

Расчётный тормозной момент :

Выбираем тормоз ТТ-200 , тормозной момент 0.2 кНм

11. Расчёт металлоконструкции крана .

Принимаем : мост крана выполнен из двух коробчатых балок , по которым проложены рельсы грузовой тележки .

Принимаем высоту балок 0.75 м , ширину 0.05 м . Сталь горячекатанная . Модуль упругости Е=206*10 Па , расчётное сопротивление R=240*10Па .

Вес одной балки(распределённаянагрузка) 0.94 кН/мвес груза и

грузоподъемной тележки F=57.5 кН

11.1.Построение эпюр .

Реакции опор от действия груза :

F/2=28.75 кН

Воздействие от распределённой нагрузки :

ql/2=0.99*32/2=15.04 кН

Построение эпюр изгибающих момеитов .

От действий груза :

От действия распределённой нагрузки :

11.2. Осевой момент сопротивления сечения :

Осевой момент инерции :

11.3. Нормальные напряжения возникающие при изгибе балки моста :

так как расчётное сопротивление R=240 мПа , а напряжения , возникающие в балке 12.9 мПа , то прочность балки , при статическом приложении нагрузки , обеспечина .

12. Расчёт металлоконструкции при динамическом действии нагрузки .

12.1. Расчёт на ударное приложение нагрузки .

При расчёте , для его упрощения принимаем ряд допущении :

1. при ударной нагрузке в элементах конструкции возникают только упругие деформации и расчитываемая система является линейно диформируемой

2. сам удар считается неупругим

3. потеря части энергии на нагревание соударяющихся тел и местные деформации в зоне контакта не учитываются

Принимаем следующие условия расчёта :

груз весом 50кН падает с высоты на середину свободно лежащей балки моста пролётом l=32 м , расчётное сопротивление стали R=240 мПа ,

допустимая величина прогиба для козловых кранов с гибкой опорой f_д=1/1000 или 32/32000 .

Прогиб динамический :

,но

где k-динамический коэффициент

тогда :

k=0 , k=8 ,т.к. при k=0 рассчёты не имеют смысла принимаем k=8.

12.2 Нормальные напряжения от прогиба при ударе :

т.к.

то балка удовлетворяет условиям на прочность при ударе.

ЛИТЕРАТУРА

1. Курсовое проектирование грузоподъёмных машин . Ред . Козак С.А.

-М:Высш. шк., 1989.-319 с.

2. Справочник по кранам . Александров М.П.,Гохберг М.М., том 1,2.

-Л:Машиностроение ,1988.

3. Подъёмно-транспортные машины . Атлас конструкций .,под ред. Александрова М.П. и Решетникова Д.Н.-М.:1987.