Скачать

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 :


тип кранабез консолей
грузоподъемность50 тонн
ширина обслуживаемой площадки29 метров
высота подъема грузов20 метров
скорость передвижения тележки
скорость передвижения крана
режим работы

4. Определение основных геометрических и массовых характеристик крана :


параметры крана

расчётные значения для крана

пролет м.L=1,1B=32
база м.Б=0,25L=0,25*32=8
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

масса тележки ,траверсы крюка т.

Gт=0.15Q=7.5

масса подъемных лебёдок т.

Gпл=0.2Q=10

масса тяговой лебёдки т.

Gтл=0.03Q=1.5

масса ходовых тележек т.

Gхт=0.27(Gкр-Gт-Gпл-Gтл)=16.47

масса металлоконструций т.

Gm=0.73(Gкр-Gт-Gпл-Gтл)=44.53

масса гибкой опоры т.

Gго=0.29Gм/(1+L/H)=4.97

масса жёсткой опоры т.

Gжо=2.5Gго=12.43

масса моста т.

Gмот=Gм-Gго-Gжо=27.13



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 траверсой7.5

хт=(L-B)/2= 1.5

yт=(h+H)/2=24

11.25

180


подъемные лебёдки10х=0

упл=h-hm= 24.8

0248
тяговая лебёдка1.5х=0

утл=h-hm/2=26.4

039.6
ходовые тележки16.47

ххт=L/2=16

yхт=0.5

263.528.24
гибкая опора4.97

xго=L=32

yго=(h-hm)/2=12.4

159.0461.63
жёсткая опора12.43

xжо=-lж/3=1.39

yжо=0.67(h-hм)=16.53

17.28205.5
мост27.13

хм=(L-lж)/2=13.9

ум=h-hm/2=18.7

377.65507.3


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**c*n

F-наветренная площадь

-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

c

W

x

y

Wx

Wy

мост117.760.451.371.415.2513.9218.70212.28285.20
ж.о.51.580.451.251.46.11.3916.53-8.50100.80
г.о.19.840.451.251.42.343212.48029





23.96

283.78415
груз2511.251.2

24.8
139.50

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

Для нерабочего состояния :

Wнр=0.7*F**n*c*


Ветровая нагрузка в нерабочем состоянии :

элемент

F

c

Wнр

x

y

Wнрx

Wнрy

мост117.760.451.371.478.2613.9218.701089.41463.5
ж.о.51.580.451.251.431.281.3916.5343.48488.55
г.о.19.840.451.251.412.033212.4384.9149.18





121.57

1430.82101.5

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 Р

координата силы у

опрокидывающиймо момент

кран

Рк=Gка=24

15.63375.12
груз

Ргр=Qа=15

24.8372

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 :

уд=10Gк(Б/2соs-yкsin)+(10Q-Pгр)*(Б/2cos-yгsin)=5062.94


для козловых кранов максимально допустимое =00101


Рассмотрим сумму опрокидывающих моментов для 1-го расчётного случая :

опр=Pкукгрупг+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 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

mk - 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 Dб=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

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 :

-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 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 :

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


8.17. Подбор тормоза :


Расчётный тормозной момент :

Кт-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 :


Dk -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 :

Kобщ -число колёс крана

Кпр-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 :


xв -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 :

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 :


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 Dтб=300 мм

Частота вращения nтб=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 fд=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.