Кран козловой ПТМ 00.000.ПЗ.

[pic] 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 :
|тип крана |без консолей | |грузоподъемность |50 тонн | |ширина обслуживаемой площадки |29 метров | |высота подъема грузов |20 метров | |скорость передвижения тележки | | |скорость передвижения крана | | |режим работы |4м |
4. Определение основных геометрических и массовых характеристик крана :
|параметры крана |расчётные значения для крана | |пролет |L=1,1B=32 | |м. | | |база |Б=0,25L=0,25*32=8 | |м. | | |габаритная длинна м. |l=1.15L=1.15*32=36.8 | |габаритная высота м. |h=1.4H=28 | |габаритная ширина м. |b=1.25Б=125*48=10 | |высота сечения моста м. |hm=0.1L=0.1*32=3.2 | |ширина сечения моста м. |bm=0.08L=0.08*32=2.56 | |размер жёсткой опоры м |lж=1.3hm=1.3*3.2=4.16 | |размер гибкой опоры м. |lг=0.25hm=0.25*3.2=0.8 | |общая масса крана т. |Gкр=0.25L[pic] | |масса тележки ,траверсы крюка |Gт=0.15Q=7.5 | |т. | | |масса подъемных лебёдок |Gпл=0.2Q=10 | |т. | | |масса тяговой лебёдки |Gтл=0.03Q=1.5 | |т. | | |масса ходовых тележек |Gхт=0.27(Gкр-Gт-Gпл-Gтл)=16.47 | |т. | | |масса металлоконструций |Gm=0.73(Gкр-Gт-Gпл-Gтл)=44.53 | |т. | | |масса гибкой опоры |Gго=0.29Gм/(1+L/H)=4.97 | |т. | | |масса жёсткой опоры |Gжо=2.5Gго=12.43 | |т. | | |масса моста |Gмот=Gм-Gго-Gжо=27.13 | |т. | | | | |
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: |наименование |масса | х | у | | | | | | | |Gx |Gy | |тележка с | |хт=(L-B)/2= |yт=(h+H)/2=24 |11.25 |180 | |траверсой |7.5 |1.5 | | | | |подъемные лебёдки| 10|х=0 |упл=h-hm= 24.8|0 |248 | |тяговая лебёдка | |х=0 |утл=h-hm/2=26.4 |0 |39.6| | |1.5 | | | | | |ходовые тележки | |ххт=L/2=16 |yхт=0.5 |263.52|8.24| | |16.47 | | | | | |гибкая опора | |xго=L=32 |yго=(h-hm)/2=12.4|159.04|61.6| | |4.97 | | | |3 | |жёсткая опора | |xжо=-lж/3=1.39|yжо=0.67(h-hм)=16|17.28 |205.| | |12.43 | |.53 | |5 | |мост | |хм=(L-lж)/2=13|ум=h-hm/2=18.7 |377.65|507.| | |27.13 |.9 | | |3 |
[pic] [pic]
Определение координат центра масс всего крана :
хк=828.74/80=10.36 ук=1250.31/80=15.63
5. Определение внешних нагрузок на кран.
5.1 Определение ветровых нагрузок (ГОСТ 1451-77) Для рабочего состояния: Wp=0.15*F*[pic]*c*n F-наветренная площадь [pic]-коэффициент сплошности с-аэродинамический коэффициент n-высотный коэффициент Площадь моста : Fm=lhm=36.8*3.2=117.76 m2 Площадь жёсткой опоры : Fжо=0.5lж(h-hm)=0.5*4.16*(28-3.2)=51.58m2 Площадь гибкой опоры : Fго=lго(h-hm)=0.8*(28-3.2)=19.84
Ветровая нагрузка в в рабочем состоянии |элемент| F | | n| | Wp| x | | Wpx | Wpy | | | |[pic] | |c | | |y | | | |мост |117.76|0.45 |1.37 |1.4 |15.25 |13.92 |18.70 |212.28|285.20| |ж.о. |51.58 |0.45 |1.25 |1.4 |6.1 |1.39 |16.53 |-8.50 |100.80| |г.о. |19.84 |0.45 |1.25 |1.4 |2.34 |32 |12.4 |80 |29 | |[pic][p| | | | |23.96 | | |283.78|415 | |ic] | | | | | | | | | | |груз | 25| 1 |1.25 |1.2 | | |24.8 | |139.50|
Поскольку опоры лежат в разных ветровых с мостом , то и значение n выбираем соответственно. Для нерабочего состояния : Wнр=0.7*F*[pic]*n*c*[pic]
[pic]Ветровая нагрузка в нерабочем состоянии : |элемент| F| | n| | Wнр | | | Wнрx| Wнрy | | | |[pic] | |c | |x |y | | | |мост |117.76|0.45 |1.37 |1.4 |78.26 |13.92 |18.70 |1089.4|1463.5| |ж.о. |51.58 |0.45 |1.25 |1.4 |31.28 |1.39 |16.53 |43.48 |488.55| |г.о. |19.84 |0.45 |1.25 |1.4 |12.03 |32 |12.4 |384.9 |149.18| | | | | | |121.57| | |1430.8|2101.5| |[pic] | | | | | | | | | |
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 : |движущаяся масса|сила инерции |координата силы|опрокидывающиймо момент | | |Р |у | | | кран |Рк=Gка=24 | | | | | |15.63 |375.12 | | груз |Ргр=Qа=15 | | 372| | | |24.8 | |
5.2.1. Горизонтальная инерционная нагрузка направленная поперёк подкрановых путей. Она возникает при разгоне и торможении тележки с грузом Рт=(Gт+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 Ргр=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 : [pic]уд=10Gк(Б/2соs[pic][pic]-yкsin[pic])+(10Q-Pгр)*(Б/2cos[pic]- yгsin[pic])=5062.94
для козловых кранов максимально допустимое [pic]=00101
Рассмотрим сумму опрокидывающих моментов для 1-го расчётного случая : [pic]опр=Pкук+Ргрупг+[pic]ру+Wгрупг=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 ( , ветровая нагрузка направлена в сторону движения крана .
Рассмотрим сумму удерживающих моментов :
[pic]=10[pic](Б/2соs[pic]-[pic]sin[pic])=3163.72 Рассмотрим сумму опрокидывающих моментов : ([pic]=[pic][pic]+([pic]y=790.12 Проверка устойчивости К=3163.72/790.12=4
Проверка устойчивости крана в нерабочем положении
Рассмотрим сумму удерживающих моментов : ([pic] =10[pic](Б/2cos(-[pic]sin()=3163.72 Рассмотрим сумму опрокидывающих моментов : ([pic]=([pic]y=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 : [pic] Для нерабочего состояния : [pic]
7.2. Расчётная нагрузка на одно колесо . Поскольку грузоподъёмность расчитываемого крана 50 т. , принимаем число колёс в каждой опоре равной 2 . [pic]
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 . [pic][pic]
где [pic] - контактное напряжение смятия mk - безразмерный коэффициент , зависящий от соотношения D/2r , по таблице принимаем 0.47 Принимаем сталь 40ХН с [pic]=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 :
[pic] [pic] -кратность полиспаста [pic]=5
[pic]- кпд одного блока [pic]=0.98
8.2. Усилие в ветви каната , навиваемой на барабан : [pic] z -число полиспастов z=2
[pic] -коэффициент грузоподъёмности , учитывающий массу грузозахватных элементов [pic]=1.1
8.3. Расчётная разрывная нагрузка : [pic] 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 : [pic] е- коэффициент пропорциональности в зависимости от режима работы е=25 Окончательно диаметр выбираем из стандарного ряда , ближайшее большее Dб=710
8.6. Рабочая длинна барабана с однослойной навивкой каната : [pic] а-число ветвей каната а=2 t-шаг винтовой нарезки , принимаемый в зависимости от диаметра барабана t=31.25
Полная длинна барабана : [pic] 8.8. Толщина стенки барабана :
Принимаем из условия [pic] Принимаем [pic]=27
8.9. Выбор материала барабана :
Напряжения сжатия равны : [pic] Напряжения , возникающие при изгибе : [pic] Напряжения , возникающие при кручении : [pic] Суммарные напряжения возникающие в теле барабана : [pic] Выбираем материал сталь 35Л у , которой предел прочности при изгибе [pic] [pic] Кз -коэффициент запаса прочности Кз=1.1 Следовательно нагрузки на барабан не превосходят допустимых .
8.10. Усилия в ветви каната , набегающей на барабан и закреплённой в нём : [pic] [pic] -коэффициент трения [pic]=0.12
[pic] -дуга охвата канатом барабана [pic]
8.11. Определение силы затяжения на одну шпильку :
[pic] z-число шпилек Сила затяжки на всё соединение : [pic] [pic] Число шпилек :z=4 Принимаем резьбу d=24 [pic] -коэффициент трения в резьбе [pic] Суммарное напряжение в теле шпильки : [pic] [pic]предел прочности [pic] -предел текучести Так как 146.96[pic]196 -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 23[pic]28
8.13. Частота вращения барабана : [pic]
8.14. Необходимая мощность механизма подъёма груза : [pic] [pic] -кпд механических передач [pic] -крутящий момент на барабане . [pic]
По таблицам принимаем двигатель типа МТКН 412-6 мощьность N=36 кВт , частота вращения n=920 об/мин , номинальный момент двигателя Mн=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 : [pic] По таблицам выбираем муфту с передаваемым моментом 710 Н , с тормозным барабаном Dt=710 , тип МЗ-2 , момент инерции J=0.05 кг[pic]м2
8.17. Подбор тормоза :
Расчётный тормозной момент : [pic] Кт-коэффициент запаса торможения Кт=1.75 Выбираем тормоз ТКГ-300 , тормозной момент 0.8 кН
8.18. Определение времени разгона механизма .
[pic] [pic]
8.20. Проверка тормоза по мощности трения . [pic] т.к. 0.3[pic]1.3 ,где 1.3-[pic]-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 : [pic]
Dk -диаметр ходового колеса f -коэффициент трения кочения f=0.0007 [pic] -коэффициент трения качения в подшипниках ходовых колёс r-радиус цапфы r=0.071 м
9.2. Сопротивление качению крана без груза : [pic] Kобщ -число колёс крана Кпр-число приводных колёс
9.3. Проверка коэффициента сцепления :
[pic] [pic] [pic]-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 : [pic]
xв -координата центра ветрового давления
9.5. Расчётная мощность одного двигателя : [pic] 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 : [pic] Необходимое передаточное отношение механизма передвижения крана : [pic] Расчётное передаточное отношение редуктора : [pic] iоп -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 :
[pic] Выбираем катки тележки - двухбордные колёса d=320 мм, ширина В=80 мм . Напряжение сжатия колеса при точечном контакте :
Выбираем материал сталь 40ХН , для которого [pic]=2200мПа
10.2. Общее сопротивление перемещения тележки : [pic] r-радиус цапфы r=32 мм
С учётом дополнительного сопротивления от натяжения грузового каната и провисания , тяговое усилие в канате : [pic] Расчётная разрывная нагрузка на канат : [pic] 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 : [pic] Принимаем Dтб=300 мм [pic] Частота вращения nтб=20.44 об/мин
10.4. Мощность приводного двигателя : [pic] [pic] -кпд механическое [pic]-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 : [pic] Принимаем редуктор ЦЗУ-160 , с передаточным отношением i=45 , крутящем моментом М=1000 Нм
10.6. Выбор муфты .
Крутящий момент на барабане : [pic] [pic] Принимаем муфту МЗ-1 , передаваемый момент М=0.2 кНм , диаметр тормозного барабана D=200 мм , момент инерции муфты J=0.032kH[pic]м
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[pic] Па , расчётное сопротивление R=240(10[pic]Па .
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 : [pic] [pic] От действия распределённой нагрузки : [pic] [pic] 11.2. Осевой момент сопротивления сечения : [pic] Осевой момент инерции : [pic] [pic] [pic]
11.3. Нормальные напряжения возникающие при изгибе балки моста : [pic] 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 fд=1/1000 или 32/32000 . Прогиб динамический : [pic],но [pic] где k-динамический коэффициент тогда : [pic] k=0 , k=8 ,т.к. при k=0 рассчёты не имеют смысла принимаем k=8.
12.2 Нормальные напряжения от прогиба при ударе :
[pic] т.к. [pic] 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.