f_0^min=f_0/C=0,0014/2,5=0,0057
Сопротивления трения в неприводных колесах:
W_т^нк=W_т-P_пр∙f_0^min=40,069-934,934∙0,0057=34,726 кН
Сила инерции поступательно движущихся масс:
F_и=(m_кр+Q)∙v_пр/t_р =(270+16)∙0,4/3=38,133 кН
Тяговое усилие:
F_т=W_т^нк+F_вI+W_ук+F_и=34,726+20,22+7,343+38,133=100,422 кН
Коэффициент запаса:
K_з=F_сц/F_т =140,24/100,422=1,397>1,1
3.10 Определение тормозного момента и выбор тормоза
Нагрузка ветра на кран:
F_вII=p_II∙УA_н=250∙134,8=33,7 кН
Где,
p_II=250 – распределенная ветровая нагрузка.
Сопротивление трения:
W_т^min=W_т/C=40,069/2,5=16,027 кН
Статический момент при торможении:
М_ст^т=(F_вII+W_ук-W_т^min)/Z_э ∙D_к/2∙1/U_об ∙з=(33,7+7,394-16,027)/4∙0,56/2∙1/49,48∙0,846==40,323 Нм
t_т=3 с – время торможения
Динамический момент при торможении:
М_дин^т=1/t_т ∙[9565∙((m_кр+Q)∙V_п^2∙з)/(Z_э∙n_д )+(1,2∙(〖GD〗_р^2
+〖GD〗_м^2 )∙n_д)/375]
М_дин^т=1/3∙[9565∙((270+16)∙〖0,4〗^2∙0,846)/(4∙675)+(1,2∙(〖10,788〗^2+〖12,553〗^2 )∙675)/375]=62,52 Нм
Тормозной момент:
М_тор=М_ст^т+М_дин^т=40,323+62,52=102,843 Нм
3.11 Выбор предохранительных и вспомогательных устройств
Рельсовый захват наиболее распространенный тип противоугонного устройства портальных кранов. Конструкция рельсового захвата должна допускать закрепление крана на всем пути перемещения. Клещевые захваты имеют ручной или машинный привод. Ручные захваты имеют эксцентриситетовые губки. Винт стягивающий рычаги захватов расположен выше.
Буфера. Служат буфера для смягчения ударов об ограничительные упоры самих кранов и их перемещающихся элементов.
Деревянные буфера (из дуба, бука или клена) применяются только при малых скоростях и грузоподъёмностях.
4. Расчет механизма поворота
4.1 Определение момента сил сопротивления повороту
Максимальный грузовой момент, действующий на кран:
M_гр^max=g∙Q∙L_max=9,81∙16∙32=5021 кНм
Момент от силы тяжести, создаваемый массой поворотной части, относительно нижней опоры колонны:
M_mпч=g∙m_пч∙l_пч=9,81∙220∙1,4=3021 кНм
Где:
l_пч – расстояние от центра тяжести поворотной части до оси вращения, м;
m_пч – масса поворотной части, т (из аналога).
Реакция опоры:
H=(M_гр^max+M_mпч)/h=(5021+3021)/5,85=1375 кН
Где,
h – расстояние между опорами колонны, м.
Суммарная нагрузка на передние колеса:
∑P=H/cosб=1375/cos0,15=1375 кН
Коэффициент сопротивления движению:
f_0=(м∙d/D_к +(2∙k)/D_к )∙c=(0,02∙100/500+(2∙0,6)/500)∙2,5=0,016
Где,
м – коэффициент трения в цапфах колес (м=0,02);
d – диаметр цапфы, мм (d=100 мм, из аналога);
D_к – диаметр колес, мм (D_к=500 мм, из аналога);
k – коэффициент трения качения (k=0,6);
c – коэффициент, учитывающий дополнительные сопротивления в ступицах конических колес (с=2,5, для подшипников скольжения).
Сопротивление трения в верхней опоре
W_m^в=∑P∙f_0=1375∙0,016=21,995 кН
Момент сил трения в верхней опоре
M_m^в=W_m^в∙D_р/2=21,995∙3,7/2=40,69 кНм
Где,
D_р – диаметр кругового рельса, м (из аналога).
Сила тяжести поворотной части крана с грузом и грузозахватным устройством:
V=g∙(m_пч+Q)=9,81∙(220+16)=2314 кН
Момент сил трения в нижней опоре (пяте):
M_m^н=H∙м∙d_ср1/2+V∙м∙d_ср2/2=1375∙0,02∙(0,265 )/2+2314∙0,02
∙0,540/2=16,141 кНм
Где,
d_ср1 – средний диаметр радиального подшипника, м (d_ср1=0,265 м, из аналога);
d_ср2 – средний диаметр упорного подшипника, м (d_ср2=0,540 м из аналога).
Момент сил трения:
M_m=M_m^в+M_m^н=40,69+16,141 =56,831 кНм
Момент от поворотной нагрузки на поворотную часть крана:
M_в1=p_1∙(A_н1∙L_max+A_н2∙r_х+A_н3∙r_c-A_(н4∙) r_мо-A_н5∙r_пр ) 〖∙10〗^(-3)==150∙(14∙32+10,5∙22,6-30∙8,5-39,5∙1,3-4,8∙3,6)∙〖10〗^(-3)==130,751 кНм
Где,
p_1 – распределенная ветровая нагрузка на единицу площади, Па (p_1=150 Па);
L_max – расстояния от центра парусности груза, м (L_max=32 м);
r_х – расстояния от центра парусности хобота, м (r_х=22,6 м);
r_c – расстояния от центра парусности стрелы, м (r_c=8,5 м);
r_мо – расстояния от центра парусности машинного отделения, м (r_c=1,3 м);
r_пр – расстояния от центра парусности противовеса, м (r_пр=3,6 м).
Горизонтальная сила в результате отклонения грузовых канатов от вертикали:
F_б1=g∙Q∙tgб_1=9,81∙16∙0,035=5,479 кН
Где,
б_1 – угол отклонения грузовых канатов от вертикали (б_1=2°).
Момент, вызванный отклонением грузовых канатов от вертикали:
M_б1=F_б1∙L_max=5,479∙32=175,344 кНм
Момент сил сопротивления повороту:
M=M_m+M_в1+M_б1+M_и=56,831+130,751+175,344+0=362,925 кНм
Момент от крена M_и при отклонении оси поворота от вертикали у портальных кранов сравнительно не велик, и им можно пренебречь.
4.2 Определение потребной мощности электродвигателя
КПД механизма:
з=з_р∙з_оп=0,94∙0,95=0,893
Где,
з_р – КПД редуктора (для редуктора Ц2 з_р=0,94);
з_оп – КПД открытой зубчатой передачи (з_оп=0,95).
Среднеквадратичное значение момента от ветровой нагрузки на поворотную часть крана:
M_в1^ск=0,7∙M_в1=0,7∙130,751=91,525 кНм
Потребная мощность электродвигателя:
N=(M_m+M_в1^ск+M_б1+M_и^ск)/(9,55∙з)∙n_кр=((56,831+92,995+175,344+0))/(9,55∙0,893)∙1,55=58,833 кВт
По N_рас и по 〖ПВ〗_к подбираем двигатель серии МТН 612 – 8 с параметрами (по 8, стр. 220):
Скорость вращения ротора: n_д=575 об/мин;
КПД двигателя: з_д=0,902;
Максимальный вращающий момент: M_(д_max)=3200 Нм;
Момент инерции ротора двигателя: I_р=5,2 кг∙м^2;
Масса двигателя: m_дв=1070 кг;
Мощность: N_н=60 кВт;
Кратность среднего пускового момента: л_п=1,6;
С коническими концами валов.
Номинальный момент двигателя:
M_н=9550∙N_н/n_д =9550∙60/575=996,522 Нм
4.3 Проверка двигателя на кратковременную допустимую перегрузку
Горизонтальная сила в результате отклонения грузовых канатов от вертикали:
F_б2=g∙Q∙tgб_2=9,81∙16∙0,105=16,492 кН
Где,
б_2 – угол отклонения грузовых канатов от вертикали (б_1=6°).
Момент, вызванный отклонением грузовых канатов от вертикали:
M_б2=F_б2∙L_max=16,492∙32=527,748 кН
Момент от поворотной нагрузки на поворотную часть крана:
M_в2=p_2∙(A_н1∙L_max+A_н2∙r_х+A_н3∙r_c-A_(н4∙) r_мо-A_н5∙r_пр ) 〖∙10〗^(-3)==250∙(14∙33+10,5∙22,6-30∙8,5-39,5∙1,3-4,8∙3,6)∙〖10〗^(-3)==217,918 кНм
Где,
p_2 – распределенная ветровая нагрузка на единицу площади, Па (p_1=250 Па).
Общее передаточное число механизма:
U_об=n_дв/n_кр =575/1,55=370,968
Максимальный момент сопротивления на валу электродвигателя:
M_сопр^max=(M_m+M_в2+M_б2+M_и)/(U_об∙з)=(56,831+217,918+527,748+0)/(370,968∙0,893)=2,422 кНм
Проверка:
0,8∙M_д^max≥M_сопр^max
0,8∙3200≥2422
2560≥2245
4.4 Выбор редуктора и муфты предельного момента
Выбираем редуктор Ц2 – 750, (по 4, стр. 218) с параметрами:
Передаточное число редуктора: U_р=50;
Межосевое расстояние: a_щ=750 мм.
Передаточное число открытой передачи:
U_оп=U_об/U_р =370,968/50=7,419≈9
Компоновка одноступенчатая, диаметр первой шестерни равен d_ш=500 мм, следовательно, диаметр колеса:
d_к=U_оп∙d_ш=9∙500=4500 мм
Модуль открытой передачи принимаем m_оп=15, следовательно, число зубьев шестерни и колеса равно:
Z_ш=d_ш/m_оп =500/15=33,333
Принимаем Z_ш=34
Z_к=Z_ш∙U_оп=34∙9=306
Принимаем Z_к=306
Расчетная мощность, подводимая к редуктору:
N_расч^ред=N_н∙√(〖ПВ〗_ф/(ПВ_кат^ред ))=60∙√((40%)/(100%))
=37,947 кВт
4.5 Расчет многодисковой муфты предельного момента
Момент, на который рассчитана муфта
M_муф=1,8∙M_ном∙U_м∙з_м=1,8∙996,522∙1∙1=1794 Нм
Где,
U_м – передаточное отношение муфты (U_м=1, т.к. муфта предельного момента вмонтирована в МУВП);
з_м – КПД муфты (з_м=1, т.к. муфта предельного момента вмонтирована в МУВП).
R_1=(1,2∙d_км)/2=(1,2∙140)/2=84 мм
Где, d_км –диаметр кожуха муфты, мм.
R_2=(0,8∙D_к)/2=(0,8∙370)/2=148 мм
Где, D_к –диаметр внутренней полости тормозного шкива МУВП, мм.
Средний радиус, на котором приложена сила трения между дисками
R_ср=(R_1+R_2)/2=(84+148)/2=116 мм
Задаемся материалом трущихся пар – Чугун-Чугун, с параметрами:
Коэффициент трения между дисками: м_тр=0,1;
Число трущихся пар: i_тр=6.
Необходимое усилие, сжимающее диски:
M_муф=F∙м∙i∙R_ср
Откуда:
F=M_муф/(м∙i∙R_ср )=1794/(0,1∙6∙0,116)=25,772 кН
Проверка:
q=F/(р∙(R_2^2-R_1^2))≤[q]
q=25775/(3,14∙(〖148〗^2-〖84〗^2))=0,552≤0,6
Где, [q] – допускаемое удельное давление между тормозной обкладкой и металлическим диском при густой смазке ([q]=0,6 по 4, стр. 276).
4.6 Определение тормозного момента, выбор и расчет тормоза
Тормозной момент:
M_тор=1,5∙М_ном=1,5∙996,522=1494,828 Нм
Выбираем колодочный педальный тормоз на основе ТКГ – 400, диаметр шкива 400 мм, с параметрами.
5. Расчет устойчивости крана
5.1 Определение грузовой устойчивости крана
Сила инерции:
F_и1=Q∙V_п/t_(т_кр) =16∙1,4/1,25=17,92 кН
Где, t_(т_кр) – время торможения крана, с.
Момент инерции груза:
M_и1=F_и1∙(L_max-0,5∙L_кол )=17,92∙(32-0,5∙10,5)=479,36 кНм
Момент инерции поворотной части крана:
Вес стрелы:
G_ст=g∙m_ст=9,81∙16,4=160,835 кН
Где, m_ст – масса стрелы, т (m_ст=16,4).
Сила инерции поворотной части:
F_и2=G_ст∙V_п/(3∙t_(т_кр) )=160,835∙1/(3∙1,25)=60,045 кН
Момент инерции груза:
M_и2=F_и2∙(L_max-0,5∙L_кол )=60,045∙(32-0,5∙10,5)=1606 кНм
Момент от сил инерции портала:
F_и3=V∙V_кр/t_(т_кр) =16∙0,4/1,25=897,5 кН
Момент от сил инерции портала:
M_и3=F_и3∙h=5251 кНм
Момент инерции центробежной силы:
F_иц=(g∙Q∙n_кр^2∙L_max)/(900-n_кр^2∙H_п )=(9,81∙16∙〖1,55〗^2∙32)/
(900-〖1,55〗^2∙40)=15,006 кН
Момент от центробежной силы:
M_иц=F_цс∙h_бл=15,006 ∙25=375,152 кНм
Где, h_бл – высота концевого блока стрелы, м.
Ветровая нагрузка на груз:
F_(в_гр)=(p_2∙A_н1)/1000=3,5 кН
Ветровой момент:
M_в=F_(в_кр)∙h_кр+F_(в_гр)∙h_г=33,7 ∙18+3,5∙22=683,6 кНм
Где,
h_кр – высота центра тяжести крана, м (h_кр=18 м);
h_г – высота центра тяжести груза, м (h_г=22 м).
Момент от силы тяжести крана:
M_g=g∙m_кр∙[(0,5∙L_кол+l_0 )∙cosб_у-h_0∙sinб_у ]==9,81∙270 ∙[(32-0,5∙10,5)∙1-0,026]=16480 кНм
Момент от силы тяжести груза:
M_Q=g∙Q∙(L_max-0,5∙L_кол )=9,81∙18 ∙(32-0,5∙10,5)=4188 кНм
Коэффициент грузовой устойчивости: