1.СТАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ БАШЕННОГО КРАНА Цель статического расчета - определение

башенного крана,
внешних нагрузок, устойчивости и опорных давлений.
1.1.Расчет параметров башенного

крана на ЭВМ по программе BKRNC1.
По исходным данным КП производится расчет геометрических размеров и массы основны узлов крана; расчет центра тяжести крана, контргруза и балласта.
1.2. Расчет ветровой нагрузки крана в рабочем и нерабочем состоянии.
По геометрическим параметрам крана и заданным значением скоростного напора ветра производится расчет ветровой нагркзки по программе BKRNC2.[4;c.52-59].
ПРИМЕЧАНИЕ: Разделы статического расчета с п 1.1 по п 1.6 выполняются в
ходе проведения Лабораторной работе № 1 (см.методические указания к комплекту лабораторных работ). К заголовкам п.1.1 и п.1.2 прикладываются тексты распечатки результатов расчета по ПО BKRNC1 и BKRNC2., которые выводятся
на диск С: с расширением REZ.
1.3. Расчет инерционных нагрузок крана.
Расчет инерционных сил производится с учетом величины допустимого ускорения при пуске и торможении механизмов, определяемого в зависимости от максимальной грузоподъемности крана:

движении.
1.3.1 Сила инерции при торможении опускающегося груза

1.3.2 Сила инерции, действующая на груз при торможении крана

1.3.3 Сила инерции, действующая на контргруз и балласт
при торможении крана

(кран типа ПГ)

1.3.4. Сила инерции, действующая на кран при торможении крана

вращении поворотной части

крана

где

коэффициент, учитывающий

возрастание радиуса положения груза под действием центробежной силы.

Максимальный радиус вылета крюка, м.

1.4. Расчет устойчивости крана в рабочем состоянии

Характеристика расчетных условий: кран движется под уклон с грузом
на максимальном вылете, механизм передвижения тормозится,
тормозится опускающийся груз, учитывается центробежная сила,
действующая на груз в момент, когда стрела расположена вдоль рельсов;
на торцевую часть крана и груз действует ветер рабочего состояния.
Рассматривается возможность опрокидывания крана в сторону стрелы.

Расчет моментов ветровой нагрузки и инерционных сил
Момент ветровой нагрузки на

кран и груз

(см.расчет BKRN2)

Суммарный момент инерционных сил

Моменты инерционных сил:

где

тяжести противовеса
кран ПГ
кран ПБ
Момент силы тяжести балласта

увеличением базы крана и
увеличением массы противовеса. Последнюю рекомендацию можно
принять только

с учетом обеспечения устойчивости в нерабочем
состоянии крана. Это особенно важно учитывать при расчете
устойчивости крана типа ПБ.

1.5. Расчет устойчивости крана в нерабочем состоянии

Характеристика расчетных условий: кран с выключенными механизмами
без груза на крюке стоит неподвижно на рельсовом пути с уклоном в
сторону противовеса. На кран действует ветер нерабочего состояния со
стороны стрелы. Рассматривается возможность опрокидывания крана
относительно задних колес в сторону противовеса.
Устойчивость нерабочего состояния можно обеспечить за счет увеличения базы крана или балласта ( только для крана ПГ).

крюка(см.расчет BKRN2)
1.5.2. Момент силы тяжести крана относительно задних

колес
при минимальном вылете крюка

1.5.3. Момент силы тяжести контргруза и балласта

кран ПГ

кран ПБ

вылете крюка
кран ПГ
кран ПБ
Если условие устойчивости не выполняется

необходимо увеличить
базу крана, а для крана типа ПГ – массу балласта.

1.6. Корректировка параметров крана с целью обеспечения устойчивости
в рабочем и нерабочем состоянии.
Производится корректировка массы контргруза, балласта и базы с
целью обеспечения устойчивости крана.
При построении графика грузоподъемности крана необходимо
пересчитать моменты, связанные с измененными параметрами крана.

результатов расчета устойчивости.
График строится

с учетом фактической расчетной величины
коэффициента запаса устойчивости рабочего состояния
и измененных параметров крана.

Расчетная формула графика грузоподъемности:

Значения величины радиуса вылета принимаются в диапазоне от
минимальной величины до R1. Число точек графика принять не менее 10.

для кранов с БС.

с высокой жесткостью опорной рамы крана и изменяющейся
податливости рельсового пути

четырехточечная опорная конструкция
крана может рассматриваться как статически определимая трехточечная.
Расчетная схема приведена на рис.1.2.
На схеме приняты следующие обозначения: R- равнодействующая
вертикальных сил, приведенная к центру опорной площадки,
М – приведенных момент горизонтальных и вертикальных сил,
Vi , Hi – i-я вертикальная и горизонтальная сила, A, B, C, D – опорные точки,
Yi , ri – координаты линии действия внешних сил, B, K – база и колея крана,
1, 2 – расчетные положения стрелы крана.

1.8.1. Расчет опорных давлений в рабочем состоянии крана

Равнодействующая вертикальных сил

Приведенный момент внешних сил

при диагональном положении стрелы (лин.2)
(1.26)
1.8.2 Расчет опорных давлений при нерабочем

состоянии крана

Расчет ведется по формулам 1.25 и 1.26 с учетом изменения
Равнодействующей силы и приведенного момента.

Равнодействующая вертикальных сил

Приведенный момент

кран ПГ

Кран ПБ

определяется типом привода: нерегулируемый привод
от односкоростного двигателя 3-х фазного переменного

тока; привод от односкоростного двигателя с частотным регулированием. Последний является наиболее перспективным и широко применяется на башенных кранах(рис.2.1).

Рис.2.1 Схема механизма подъема груза

Расчетное натяжение каната определяется с учетом кратности полиспаста,

которая принимается в зависимости от максимальной грузоподъемности.

Грузоподъемность, Мг

Кратность

КПД

До 1

1 - 2

1 – 0,96

1,25 – 6,3

2 - 3

0,96 – 0,94

8 - 16

3 - 4

0,94 – 0,92

20 - 32

5 - 6

0,9 – 0,885

32 - 40

6 - 8

0,885 – 0,85

Таблица 2,1 Кратность и КПД полиспаста

Расчетное статическое натяжение каната

(2.1)

Расчетное разрывное усилие каната (условие прочности на разрыв)

(2.2)

Условие долговечности каната

Канат выбирается по расчетному разрывному усилию[5;с.245-249].

(2.3)

величины отношения диаметров.
Таблица 2.2 Коэффициент запаса разрывного усилия и

допустимого соотношения диаметров

ОБОЗНАЧЕНИЯ

РЕЖИМ РАБОТЫ МЕХАНИЗМА

Группа режима по ГОСТ25835=83

1М

2М, 3М

4М

5М

6М

Режим работы по Госгортехнадзору

Ручной

Л

С

Т

ВТ

ПВ%

--

15

25

40

60

К

4

5

5,5

6

6

Е=D/d

18

20

25

30

35

После выбора каната необходимо из таблицы ГОСТ выписать следующие данные:
Диаметр каната, разрывное усилие, показатель удельной прочности, структуру каната и ГОСТ.

– с однослойной и многослойной навивкой, в – схема действующих

сил и моментов(к расчету на прочность).

барабана
(2.5)
высота подъема груза(м) и кратность полиспаста,
диаметр
конструкции барабана и каната, мм,
число

запасных витков и число

слоев навивки,

шаг навивки, мм.

Расстояние между опорами корпуса барабана зависят от конструкции:

однослойный барабан

, многослойный

2.Прочностной расчет барабана

Расчет ведется с учетом действия напряжений изгиба, сжатия и кручения

Расчетное эквивалентное напряжение в середине пролета барабана

(2.6)

Напряжения изгиба, сжатия и кручения

(2.7)

(2.8)

Поправочный коэффициент

каната прижимными планками: а – схема крепления,

б – установка конструкции прижимной планки на нарезном барабане.

(2.9)

наличии 1,5 – 2 запасных витков натяжение каната в месте

крепления
каната будет меньше за счет действия сил трения между канатом и поверхностью барабана.
Расчетное усилие на месте крепления составит величину

(2.10)

угол обхвата барабана n запасными витками каната,

коэффициент трения(большее значение - необработанная

поверхность барабана, а меньшее – после механической обработки,

основание натурального логарифма.

Расчетная величина силы трения между канатом и барабаном

(2.11)

Необходимое число накладок

(2.12)

диаметр витка каната
(2.14)
Крутящий момент на барабане
Число оборотов барабана
(2.15)
2.4. Расчетная

мощность и параметры двигателя лебедки[4;с.235-239].

(2.16)

Таблица 2.4 Коэффициент режима работы

ОБОЗНАЧЕНИЯ

ГРУППА РЕЖИМА

КР

механизм

кран

0,7

0,8

1,05

1,3

1М – 3М

4М

5М

6М

1К -- 3К

4К – 5К

6К – 7К

8К

4MTH7 и т.п. Табличное значение мощности при
заданном ПВ% должно быть

равно или больше расчетной величины. Если в таблице
yет данных для двигателя при ПВ=15% , а есть для ПВ25% можно определить
Мощность , которую обеспечит двигатель с ПВ25% в режиме ПВ15%:

(2.17)

2.5 Расчетное обоснование и выбор редуктора

Принимаем редуктор типа Ц2.

При выборе редуктора необходимо выполнить условия:

МР>МБ, UT>UР, nP~nН..

Расчетное передаточное число редуктора

(2.18)

Необходимое межцентровое расстояние редуктора

(2.19)

B3 – габаритный радиус двигателя, мм.

Уточненное значение скорости подъема груза

(2.20)

конструкцию
выходного вала редуктора. Скоростная упругая муфта выбирается с учетом
Диаметров

соединяемых валов и расчетного крутящего момента.
Расчетный крутящий момент скоростной муфты:

(2.21)

2.7 Расчетное обоснование выбора тормоза

2.7.1 Расчетный тормозной момент

(2.22)

Таблица 2.5 Коэффициент запаса тормозного момента

Группа режима

nT

1M – 3M

4M

5M – 6M

1,5

1,75

2,0

Из каталога тормоза необходимо выписать: диаметр шкива, момент инерции шкива, ширину тормозной колодки, тип тормоза[5;с.274-286].

режима
Z
1M – 3M
4M
5M – 6M
10
18
36
Таблица 2.7 Допускаемая мощность трения
DT, мм
[NTP],кВт
100
200
320
400
500
0,5
0,85
1,75
2,5
3,5
Мощность

трения

Контактное напряжение смятия тормозной накладки

(2.24)

Условие контактной прочности

(2.25)

пуска
(2.26)
Фактическое время пуска
(2.27)
Приведенный момент инерции механизма подъема
(2.28)
Приведенный момент внешних сопротивлений

при пуске

(2.29)

Пусковой момент равен максимальному моменту двигателя.

крюковой подвески
2.9.1 Определение параметров крюка для максимальной грузоподъемности.
2.9.2 Определение параметров

блока по диаметру каната.

2.9.3 Определение параметров упорного подшипника[2;c.247-248].

2.9.4 Определение размеров траверсы крюка.

Высота сечения траверсы: h=L- L1- L2 – 10мм ; пролет LT=(4 – 5) d;

ширина траверсы в середине пролета b = D+ 20 мм.

Момент сопротивления изгибу траверсы

W=[(b – d) h2]/6

Нормальное напряжение изгиба траверсы

(2.30)

L

L1

L2

кинематической схемы механизма изменения вылета.
С целью повышения

точности позиционирования груза и экономии энергии привод тяговой лебедки каретки производится от двигателя трехфазного переменного тока с частотным регулированием (рис.3.1)

Рис.3.1 Схема механизма изменения вылета крюка с грузовой кареткой

и обоснование размера опорных колес каретки
(3.1)
расчетная масса груза, каретки и

крюковой подвески, т

3.2. Сопротивление движению каретки по стреле крана

(3.2)

угол наклона стрелы крана

коэффициент сопротивления движению колес каретки,

КПД грузового полиспаста, WГ – ветровое давление на груз, Н

(3.3)

скоростной напор рабочего состояния крана,

Коэффициент сплошности и высоты,

коэф.аэродинамичн.

нагрузка каната
(3.5)
Канат выбирается по каталогу согласно ГОСТ
Долговечность каната обеспечивается при

условии

(3.6)

коэффициент допустимого соотношения диаметра барабана и каната,
зависящий от режима работы механизма (см.раздел 2).

3.6 Расчет крутящего момента и частоты вращения барабана.

3.4 Расчет размеров тягового барабана с учетом долговечности каната.

3.5 Расчет барабана на прочность.

3.7 Расчет мощности привода тяговой лебедки и выбор двигателя.
при легком режиме работы и ПВ=15%[4;c.235-239].

3.8 Расчетное обоснование выбора редуктора при ПВ=15%[5;c.218-224]

3.9 Расчетное обоснование и выбор тормоза при ПВ=15%[5;c.274-286].

Методика расчета по п.3.4 – 3.9 аналогична принятой в разделе 2.

ПРИМЕЧАНИЕ:

в зависимости от количества колес ходовой тележки(см.раздел 1)
(4.1)
Z – количество

колес ходовой тележки опоры крана.

По таб.4.1 и величине нагрузки определяется диаметр колеса и тип рельса.

Количество приводных и не приводных тележек определяется в зависимости
от грузового момента крана М.

В зависимости от диаметра колеса D по таб. 4.2 и 4.3 определяются размеры
приводных и не приводных двухребордных колес. По таб.4.4 и типу рельса
определяются параметры поперечного сечения.

4.2.Расчет сопротивления движению крана:
с грузом на крюке(к расчету мощности привода)

(4.2)

без груза на крюке (режим пуска)

(4.3)

движение под уклон с грузом на крюке (режим торможения)

(4.4)

Чаще применяются балансирные тележки.

кН
коэффициент удельных сопротивлений движению,

коэфф.трения качения при
коэфф.трения качения при
коэфф.трения

качения при

коэфф.трения качения при

коэфф. трения в подшипнике колеса,

учет трения в ребордах колес.

ПРИМЕЧАНИЕ: Величина ветровой нагрузки на кран и груз определяется
в программе BKRN2, а ветровое давление на груз следует
принять по данным тягового расчета грузовой каретки.

движется на подъем
(4.6)
кран движется под уклон(режим торможения)
(4.7)
4.4 Расчет крутящего момента

колеса тележки
при движении с грузом на подъем

(4.8)

4.5 Расчет частоты вращения колеса тележки

(4.9)

4.6 Расчет мощности и выбор двигателя привода тележки[4;c.235-239]

(4.10)

режима при ПВ=15%. Выписываются параметры двигателя.
4.7 Расчетное обоснование параметров открытой

зубчатой
передачи тележки.

По таб.4.2 определяется число зубьев и модуль зубчатого колеса:m, ZK

Принимаем число зубьев шестерни ZШ=17 – 21.

Определяем передаточное число открытой передачи

(4.11)

Расчетная величина межцентрового расстояния открытой передачи

и принимаем окончательную величину из ряда рекумендуемых значений:
150, 180, 210, 225, 240, 270, 300, 315, 360. 420, 450, 480, 500, 540, 570 и .т.п

4.8 Расчет общего передаточного числа механизма тележки и редуктора

Общее передаточное число механизма

(4.12

(4.13)

Передаточное число редуктора

(4.14)

валу редуктора
(4.15)
При выборе редукторо нужно принять условие:
(4.16)
4.10 Определить параметры

скоростной упругой муфты с тормозным шкивом

4.11 Проверка возможности трогания крана без проскальзывания колес по
рельсу

Расчетное ускорение пуска привода механизма передвижения

(4.17)

Время пуска привода

(4.18)

Приведенный момент внешней нагрузки

(4.19)

Приведенный момент инерции привода

(4.20)

силы сцепления приводных колес крана с рельсом
(4.22)
4.14 Расчет коэффициента запаса

сцепления

(4.23)

4.15 Проверка возможности угона крана ветром нерабочего состояния

(4.24)

Тормозная сила противоугонных захватов

(4.25)

4.16 Расчетный тормозной момент по условию сцепления колес[5;c.274-286]

(4.26)

Момент тормоза при ПВ=15%

(4.27)

уклона и ветрового давления, б – конструктивная схема механизма.
5.РАСЧЕТ МЕХАНИЗМА

ПОВОРОТА БАШЕННОГО КРАНА[5;c.441-445]

(т)
5.1 Расчетное обоснование параметров ОПУ
5.1.2 Горизонтальная ветровая нагрузка рабочего состояния
(bkrn2)
(5.2)
5.1.3

Опрокидывающий момент ветра, действующий на ОПУ

кран ПГ/БС

(5.3)

кран ПГ/ПС

кран ПБ/БС

кран ПБ/ПС

(5.4)

ордината центра ветрового давления рабочего состояния на торец крана, м.

5.1.4 Момент силы тяжести груза, действующий на опу

(5.5)

масс поворотной части крана, м
5.1.6 Cуммарный опрокидывающий момент, действующий на

ОПУ

(5.7)

1.2 – коэффициент динамичности нагрузки ОПУ

5.1.7 Выбор № и определение параметров ОПУ.
№ ОПУ выбирается в зависимости от V, M и H. по графику.
По таблице и № определяются следующие величины: диаметр дорожки
катания роликов-D1, диаметр делительной окружности зубчатого колеса – d,
ширина зуба колеса – b, число зубьев – z, модуль – m, угол наклона ролика

окружная нагрузка зубчатого колеса -

5.2 Момент сопротивления повороту

5.2.1 Момент сопротивления от уклона опорной площадки

(5.8)

поворотной части крана
(5.9)
5.2.3 Момент от действия сил

инерции при пуске привода поворота

(5.10)

время пуска до установившейся частоты вращения.

Момент инерции поворотной части крана с грузом на крюке(bkrn1)

(5.11)

5.2.4 Момент от сил трения в ОПУ

при условии

при условии

(5.12)

коэфф. трения для роликов.

перегрузки момента двигателя,
Число механизмов поворота и КПД механизма.
5.4 Тип и

параметры двигателя при ПВ15%.

5.5 Расчетное обоснование параметров механизма поворота

Передаточное число механизма поворота

(5.15)

Передаточное число открытой передачи и редуктора

(5.16)

Расчетный тормозной момент и параметры тормоза

(5.17)