1.1 Краткое описание крана

Мачтово-стреловые краны применяются для монтажных работ в промышленном и гидротехническом строительстве, на сборке пролетных строений мостов и путепроводов. погрузочно-разгрузочных работах, а также на складах и используют для подачи строительных материалов на сооружаемых объектах.

В зависимости от способа закрепления мачты жесткими подкосами или вантами мачтово-стреловые краны разделяются на жестконогие, неполноповоротные и Байтовые, имеющие, как правило, полноповоротные стрелы.

По грузоподъемности мачтово-стреловые краны делятся на легкие - грузоподъемностью до 5 тс, средние - до 5-15 тс и тяжелые - до 15-60 тс.

Рисунок 1- Стационарные мачтово-стреловые краны:
а - вантовый; б - жестконогий подносный; 1 - шаровая опора; 2 - горизонтальные балки; 3 - подкосы; 4 - мачта; 5 -стрела; 6-стреловой полиспаст; 7-грузовой полиспаст; 8-ванты.

Вантовые мачтово-стреловые краны (рис.1,а) выпускаются грузоподъемностью свыше 40 тс. Решетчатая мачта 4 внизу опирается на шаровую опору 1, а вверху удерживается вантами (растяжками) 8. Ванты крепятся к втулке-пауку мачты и к якорям, установленным на поверхности земли. Стрела 5 шарнирно присоединена у пяты мачты и подвешена на стрелоподъемном полиспасте 6.

В опорном шарнире мачты вантового крана сосредоточивается нагрузка от веса поднимаемого груза, веса конструкций крана и натяжений вант. При этой нагрузке (суммарно до 100 г у 40-тонных вантовых кранов) легкий поворот мачты крана со стрелой обеспечивается ее конструкцией.

Конструкция опорного шарнира допускает перекос мачты, возникающий вследствие неравномерного натяжения вант при подъеме и повороте стрелы с грузом, и этим значительно разгружает мачту от изгибающих сил.

Машинное отделение крана размещается недалеко от мачты в отдельном помещении. Кран управляется одной многобарабанной или четырьмя однобарабанными лебедками. Канаты - грузоподъемный и стреловой - от лебедок через направляющие блоки и отверстие в шаровой опоре проходят к верхней части стрелы. Безопасная работа вантового мачтово-стрелового крана обеспечивается только при надежном креплении якорей и равномерном натяжении вант.

Якоря делают бетонные или деревянные (свайные или горизонтальные).

Вант должно быть не меньше четырех; при четырех вантах каждая из них рассчитывается на полное усилие.

Жестконогий мачтово-стреловый кран (рис.1,б) состоит из мачты 4, жестко опирающейся внизу на пяту 1. К последней прикрепляются две горизонтальные балки2. Мачта и горизонтальные балки соединены подкосами 3. В нижней части мачты шарнирно укреплена стрела 5, подвешенная на стреловом полиспасте 6. Груз поднимается полиспастом 7.

Угол поворота стрелы у подкосных мачтово-стреловых кранов не превышает 270°.

Преимущество мачтово-стрелового вантового крана заключается в простоте и надежности конструкции, недостаток -- в невозможности перемещения по фронту работ.

Грузоподъемность вантовых кранов обычно составляет 25---60 т, вылет стрелы до 30 м, угол поворота 360°.

При эксплуатации вантовых кранов необходимо следить за состоянием якоря и канатных оттяжек, исправностью тормозов, правильностью укладки грузового, стрелового канатов и пр. Конструкция крана должна быть надежно заземлена.

Исходные данные для проектирования механизма подъема мачтово-стрелового крана:

F = 25 кН - вес груза,

12 м/мин - скорость подъема груза,

Н = 19 м - высота подъема груза,

С - режим работы легкий.

1.2 Грузоподъемность, годовая производительность, временной ресурс машины

Грузоподъемность устанавливается по формуле:

(1.1)

где - максимальная масса поднимаемого груза,

- масса грузозахватного устройства.

При применении крюковой подвески массой последней можно пренебречь

(1.2)

Тогда грузоподъемность:

Часовая производительность определяется формулой:

(1.3)

где К - коэффициент нагружения,

- продолжительность цикла, .

Таблица 1 - Классы нагружения крановых механизмов

По таблице 1.1 находим: класс нагружения В2, коэффициент нагружения К = 0,2.

Определим временной ресурс машины:

 (1.4)

где - коэффициент годового использования механизма, ,

- коэффициент суточного использования механизма, ,

лет - срок работы машины, принимаем .

ПВ% = 25% для режима работы С.

Определим годовую производительность машины:

(1.5)

1.3 Схема запасовки каната и скорость его движения

Для выигрыша в силе при подъеме груза применяют полиспасты

Выбираем кратность полиспаста = 3 и вид барабана - одинарный.

Рисунок 2 - Схема запасовки каната

1.4 Определение КПД полиспаста

КПД полиспаста определяют с учетом конструкции опор блоков по формуле:

(1.6)

где = 0,99 - КПД одного блока на подшипниках качения.

.

1.5 Кинетическая схема механизма подъема груза

При составлении кинематической схемы механизма используем блок-схему, которая для канатного механизма подъема груза должна содержать: двигатель, как источник энергии, тормоз, рабочий орган (например, барабанно-полиспастный механизм), передачу между двигателем и рабочим органом для понижения частоты вращения двигателя и увеличения крутящего момента на рабочем органе. Реверсирование движения осуществляют обычно самим двигателем.

Рисунок 3 - Блок - схема механизма подъема.

Рисунок 4 - Механизм подъема груза:

1 - электродвигатель; 2 - муфта с электротормозом; 3 - редуктор;

1.6 Расчет рабочего органа машины

Максимальные расчетные усилия в ветви каната, навиваемой на барабан, определяется по формуле:

, (1.7)

где - масса поднимаемого груза, в том числе и масса грузозахватных механизмов или устройств, кг;

- ускорение свободного падения.

Таблица 2 - Массы крюковой подвески и грейфера

Массу крюковой подвески принимаю 140 кг:

тогда Q = 2500+ 140 = 2640 кг.

a) Выбор типа и диаметра каната, крюка и крюковой подвески

Тип и диаметр каната, согласно рекомендациям Гостехнадзора, выбираем по величине разрывного усилия F_P.

(1.8)

где К_К- коэффициент запаса прочности .

Таблица 3 - Запасы прочности и тормозного момента грузоподъемных машин

Для режима С получаем К_К = 5,5.

Выбираем канат двойной свивки типа ЛК-Р конструкции о.с. по ГОСТ 2688-80 с органическим сердечником, диаметр каната d_k = 9,9 мм, имеющий при маркировочной группе 1764 МПа разрывное усилие

53,45 кН, что больше требуемого.

Записываем условное обозначение выбранного каната грузового назначения марки I, оцинкованного по группе С; правой крестовой свивки, нераскручивающегося, маркировочной группы 1764 МПа:

Канат 9,9 - Г- С- Н- 1764 ГОСТ 2688-80.

б) Диаметр и длина барабана

По правилам Гостехнадзора наименьший допускаемый диаметр барабана или блока, огибаемого стальным канатом, имеет значение:

(1.9)

где D_Б - диаметр барабана, измеряемый по средней линии навитого каната,

d_k = 9,9 мм - диаметр каната,

= 25 - коэффициент, зависящий от типа ПТМ и режима работы (таблица 1.3).

.

Полученный диаметр D согласовывают с ГОСТ 6636-69, который рекомендует ряд размеров: 140, 160, 180, 200, 220, 240, 250, 260, 280, 300, 320, 340, 360, 380, 400, 420, 450, 480, 500, 530, 560, 630 и т.д.

В соответствии с ГОСТ 6636-69 принимаю

Количество витков, навиваемых на барабан, определяется по формуле:

(1.10)

где - высота подъема груза.

Ориентировочное значение длины барабана L_Б для одинарного полиспаста можно определить по формуле:

(1.11)

где мм - шаг нарезки канавки на барабане.

Длина двух ветвей каната:

(1.12)

Толщина стенки литого чугунного барабана, исходя из условий изготовления, приближенно определяется по эмпирической формуле:

в) Вращающий момент на барабане, обороты барабана

Вращающий момент на барабане Т_Б определяется по формуле для одинарного барабана:

(1.13)

Обороты барабана находим из следующих соотношений:

(1,14)

где ,

- зависимость угловой скорости от оборотов барабана.

Откуда следует

(1.16)

об/мин

г) Мощность на крюке, на барабане

Мощность на крюке крана определяется по формуле:

, кВт (1.17)

В нашем случае:

Определяем мощность на барабане лебедки для одинарного полиспата:

Выбираем номер крюка - 13, для которого грузоподъемность равна 6,3 т, что превышает заданную.

1.7 Подбор двигателя

Для подъемных механизмов кранов статическая мощность двигателя, необходимая для подъема номинального груза с заданной скоростью, является расчетной.

Время периода неустановившегося движения (разгон или торможение! строго ограничено и для механизма подъема составляет 1-3,5 сек.

Для привода крановых механизмов предназначены крановые и металлургические асинхронные электродвигатели трехфазного тока с короткозамкнутым ротором серии MTKF и МТКН и с фазовым ротором серий МТР и МТН.

Статическую мощность электродвигателя рассчитывают по формуле

(1.18)

где - ориентировочное значение КПД всего механизма подъема груза, на этом этапе принимаем

= 0,8 - 0,85.

По рассчитанному значению потребной мощности и заданному режиму работы механизма подбираю по каталогу ближайший по мощности двигатель (перегрузка допускается до 10%) и выписываю его характеристики.

Двигатель в период разгона способен создать повышенные величины крутящего момента, так называемый пусковой момент.

Принимаю двигатель серии МТКF и выписываю его параметры:

Тип двигателя: МТКF 211-6;

Режим работы ПВ: 25%;

Номинальная мощность Р_ДВ, кВт: 9;

Частота вращения n_ДВ, мин^-1: 840;

Максимальный момент М_max, Нм: 220;

Пусковой момент М_пуск, Нм: 210;

Момент инерции ротора J_P, кгм²: 0,11;

Масса, кг: 110.

мачтовый стрелковый кран грузоподъемность

Таблица 4 - Габаритные размеры, мм, двигателя.

1.8 Подбор редуктора

a) Выбор передачи

Общее передаточное число механизма определяется по формуле:

(1.19)

.

Принимаем .

б) Выбор стандартного редуктора

В зависимости от величины общего передаточного числа механизма, условий компоновки механизма выбирают тип и количество передач в механизме. Для получения наиболее высокого КПД механизма предпочтительнее закрытые передачи.

При этом должны соблюдаться условия:

Передаточное число подбираемого редуктора должно соответствовать передаточному числу проектируемого механизма. Допускается отклонение передаточного числа 7 %. Если отклонение передаточного числа превышает указанный предел, то выбирают редуктор с ближайшим большим значением U_ред. При этом уточняют частоту вращения барабана при стандартном редукторе

Определяем новый диаметр барабана

Принимаем новый диаметр барабана D_Б = 350 мм.

Табличное значение мощности выбранного редуктора должно быть равно или больше расчетного значения мощности двигателя (с запасом 5 - 10 %).

Частота вращения быстроходного вала редуктора должна быть равна частоте вращения ротора электродвигателя.

Режим эксплуатации редуктора должен соответствовать заданному режиму работы механизма.

Для выбранной компоновочной схемы механизма величина общего межосевого расстояния редуктора а₃ должна быть достаточной и должно выполняться условие

,

.

Выбираем редуктор Ц2-400, для которого условие компоновки будет выполнено .

Параметры редуктора Ц2-400:

Передаточное число - 16,3

Частота вращения быстроходного вала -

Передаваемая мощность - 46,5 кВт

Межосевое расстояние - 400 мм.

в) КПД редуктора

определяем по формуле:

(1.20)

- кпд закрытой зубчатой пары

- кпд для пары подшипников

Кинематическая схема редуктора Ц2 изображена на рисунке 6.

Рисунок 6 - Кинематическая схема редуктора типа Ц2