Методическое пособие 791

Рис. 6.3. Схема крана для определения его центра тяжести (М. 1:150)

91

											Таблица 6.1
					Определение координат центра тяжести крана
элемента№ на рис. 2						Массаm	тяжестиСила G	,м	,м	момент.Статичпо оси Х М	момент.Статичпо оси Y М
								Координатацентра потяжестиоси Х: Х	Координатацентра потяжестиоси Y: Y
						т ,	кН	i	i	м · кН	м · кН
										i,	i,
		Наименование				i	, g ·			Х ·	Y
		элементов крана					i			i	·
							m=			G=	G=
											i
							i			х ст	y ст
1		Ходовые тележки				3,6	35,3	0	0,3	0	11,772
2		Ходовая рама				6,3	61,8	0	0,6	0	56,5
3		ОПУ				0,9	83	0	0,75	0	9,195
Суммарные параметры						10,8	106			0	77,47
неповоротных частей
4		Платформа поворотная				5,4	53	-1,0	1,1	-83,38	91,72
5		Контргруз				31,5	309	-3,25	2,2	956,47	647,46
6		Лебедка стреловая				1,35	13,24	-2,56	1,88	-37,66	27,655
7		Лебедка грузовая				1,35	13,24	-2,04	1,8	-30	26,48
8		Механизм поворота				0,45	4,4	-1,4	2,1	-5,49	8,23
9		Башня				14	137,34	1,4	18,55	175,8	2329,3
10		Оголовок				3,5	34,35	0,94	34,5	41,5	1522,8
	Стрела			горизонтальная		3,5	34,35	13	32,6	510,12	1279,22
11
12		Стойка распорная				0,45	48	-1,9	32	-9,31	156,8
13		Кабина управления				1,35	13,24	1,5	31	14,715	304,11
14		Полиспаст грузовой				0,2	1,96	25	30	55	66
15		Грузовая каретка				0,4	3,92	25	32,5	110,25	143,325
16		Лебедка тяговая				0,6	5,9	4,3	32,5	26,66	201,5
17		Полиспаст стреловой				0,24	2,35	-3,60	10	-15,9	44,1
Сумма пово-					Вылет макс.					-204,2	6848,7
ротных частей						64,2	629,8
крана
Суммарные					Вылет макс.					-204,2	6926,17
параметры						75	735,75
крана

Полученные координаты центров тяжести крана и его поворотной части представлены в табл. 6.2.

Таблица 6.2

Координаты центров тяжести крана и его поворотной части

Координата Хцтп	Х		М х	/ G = -		Координата Уцтп	У		М у		/ G =
поворотной части		цтп	ст п		н	поворотной части		цтп	ст п		п
крана	204,2/629,8 = - 0,324 м					крана	6848,7/629,8 = 10,9 м
Координата Хцтк		Хцтк Мстх			к / Gн =	Координата Уцтк	Уцтк Мсту			к / Gн =
всего крана	-204,2/735,75 = - 0,277 м					всего крана	6926,17/735,75 = 8,679 м

92

	6.6. Проверка устойчивости крана против опрокидывания
	Проверка устойчивости крана против опрокидывания производится после определения
координат центра тяжести крана. Проверку проводим в полном соответствии с методикой,
изложенной ранее в разделе 5.6 в примере расчета крана с неповоротной башней. Для пояс-
нения расчетов по определению ветровых и инерционных сил в настоящем разделе приведе-
ны шаблоны таблиц ветровых (табл. 6.3) и инерционных (табл. 6.4) сил, действующих на
кран. Показан пример определения				этих сил на один из элементов крана. Для примера вы-
бран контргруз.
	Устойчивость крана должна быть проверена при подъеме испытательного груза, при
действии рабочих нагрузок, при действии максимального ветра нерабочего состояния (соб-
ственная устойчивость крана).
									Таблица 6.3
	Определение фронтальных сил ветра рабочего состояния при q = 125 Па
					Коэффициент сплошности, ψ				,м
				2					ЦТ узла
				= b·h, м				·ψ·n·с, Н		Н·м
	Наименование									i,
										·у
	узлов
				б				ф	i	ф
	крана							·S		=F
								= q		вк
риспозна№2..		Ширинаузламb,	Высотаузламh,	контурнаяФронтальная площадьS		Коэффициентвысотыn,	Аэродинамический Коэффициентс,	ф	Координатау	Фронтальныймоментветра М
								Фронтальнаяветрасила F
1	Ходовые тележки
2	Ходовая рама
3	ОПУ
4	Платформа поворотн.
5	Контргруз	6,0	1,9	11,4	1	1	1,2	1770	2,2	3894
6	Лебедка стреловая
7	Лебедка грузовая
8	Механизм поворота
	Башня 1
9	Башня 2
	Башня 3
10	Оголовок
11	Стрела балочная
12	Стойка распорная
13	Кабина управления
14	Полиспаст грузовой
15	Грузовая каретка
16	Лебедка тяговая
17	Полиспаст стреловой
Сумма фронтальных сил
ветра
Силы давления ветра				6	1,0	1,55	1,2	1395	30	41850
на груз

93

								Таблица 6.4
		Определение инерционных сил и моментов
на.поз№рис. 2			узлаМассаm	вращенияРадиус массцентраузла r	,H	Координатау тяжестиузла, м	Опрокидывающий центробежныхмомент Мсил	Опрокидывающий силмоментинерции М
					Центробежнаясила Fинерции
			i	i	i	центра	y	i
			кг ,	м ,	ω		м · H ,	м · H
					i
					r
					2
		Наименование узлов			m =		i	,
						i	F	y ·
							i
		крана			i		=	=m·а
							ц
								ин
1		Ходовые тележки		0	0		0
2		Ходовая рама		0	0		0
3		ОПУ		0	0		0
Сумма сил инерции, действующих				-	-	-	-
на неповоротную часть крана
4		Платформа поворотная
5		Контргруз	31500	-3,7	-318,8	2,68	-854,38	12663
6		Лебедка стреловая
7		Лебедка грузовая
8		Механизм поворота
9		Башня
10		Оголовок
11		Стрела
12		Стойка распорная
13		Кабина управления
14		Полиспаст грузовой
15		Грузовая каретка
16		Лебедка тяговая
17		Полиспаст стреловой
Сумма сил инерции, действующих				-		-
на поворотную часть крана
Сумма сил инерции, действующих			-	-	-	-	-
на весь кран
Сумма сил инерции, действующих
на груз

Примечание: Угловую скорость крана вычисляем по формуле ω ≈ πnкр/30 = 3,14·0,5/30 = 0,0523 с-1.

Нормативное ускорение при передвижении крана принимаем а ≤ 0,15 м/с2.

94

7. ПРИМЕР РАСЧЕТА МЕХАНИЗМА ПОДЪЕМА ГРУЗА

Исходные данные для расчета механизма подъема груза (грузовой лебедки) приняты в соответствии с вариантом задания и учетом параметров, полученных в результате общего расчета крана.

Максимальная грузоподъемность на минимальном вылете Qном – 6 т. Высота подъема крюка макс. H – 45 м + 5 м ниже уровня головки рельсов. Скорость подъема груза макс. Vгр – 0,25 м/с.

Грузооборот П – 20 т/час.

Номер нагрузочного графика – 5. Занятость крана – двухсменная.

Нормативный срок службы крана Zн =15 лет.

Qi/Qн= p =1

5

0,7

0,5

0,2

Сi/С0 0 0,25 0,5 0,75 1,0

Нагрузочный график № 5

7.1. Определение группы классификации (режима работы) лебедки

Режим работы механизма подъема определяем в соответствии с Федеральными нормами и правилами. Для этого предварительно определяем коэффициент распределения нагрузки Кр согласно заданному нагрузочному графику по формуле

			Сi		Qi		3
									0,25∙13+0,5∙0,53+0,25∙0,23
К										= 0,3145.
	р		С	Q
			0		ном

Число циклов нагружений при восьми часовом рабочем дне (nч = 8), двухсменной работе (пс = 2) и числе рабочих дней в году (прд = 260) за нормативный срок службы (Z = 15) определяем по формуле

С0 [ ( Сi / С0 )П ] nч пс nрд Z = [0,25(20/6∙1)+0,5(20/6∙0,5)+0,25(20/6∙0,2)]×

Q р

×8∙2∙260∙15 = 519996 ≈ 520∙10³ циклов.

Полученный коэффициент распределения нагрузок относится к режиму нагружения Q3. Число циклов нагружений соответствует классу использования U5. Группа классификации механизма подъема груза определяет в целом режим работы крана. Полученные величины соответствуют режиму работы крана А6 (табл. П.11).

95

7.2. Выбор грузового крюка

Крюк выбираем по ГОСТ 6627 (табл. П.18). Режиму работы А6 при грузоподъемности 6 т соответствует крюк № 15 с резьбой на хвостовике М 52. Крюк устанавливаем в траверсе крюковой обоймы на упорном шариковом подшипнике № 8111 особо легкой серии с допустимой статической нагрузкой 83 кН (табл. П.34). Внутренний диаметр подшипника dnу= 55 мм, наружный – Dnу = 78 мм, высота подшипника 16 мм. Чертеж установки грузового крюка в траверсе блочной обоймы показан на рис. 7.2 (сечение А – А). Наибольший наружный диаметр гайки крюка принимаем не более 90 мм. Толщину щек обоймы предварительно принимаем δщ= 8 мм.

7.3. Выбор грузоподъемного каната

Исходя из существующей практики при грузоподъемности Qн = 6 т применяем 2-х кратный полиспаст. Схема проводки (запасовки) грузоподъемного каната в полиспасте башенного крана показана на рис. 7.1. КПД такого полиспаста с блоками на подшипниках качения принимаем ηп= 0,98 (табл. П.14).

Рис. 7.1. Схема проводки (запасовки) грузоподъемного каната на кране с наклоняемой стрелой

Разрывное усилие каната должно быть не менее

Fр ≥ Q∙g∙kзап /iп∙ηп = 6∙9,81∙5,5/2∙0,98 = 165,17 кН,

где kзап= 5,5 – минимальный коэффициент запаса прочности каната для режима работы А6 (М6) (табл. П.13). По табл. П.16. выбираем канат с разрывным усилием 167 кН.

Канат 19,5-Г-1-ОЖ-Н-1370(140)-ГОСТ 2688-80.

Диаметр каната dк =19,5 мм, предел прочности проволок каната 1370 МПа. Фактически действующее рабочее усилие в ветви каната, идущей на барабан, будет

Fф ≥ Q∙g / iп∙ηп = 6∙9,81/ 2∙0,98 = 30 кН.

96

7.4. Расчет элементов крюковой обоймы

Принимаем схему крюковой обоймы с двумя разнесенными блоками, чтобы избежать самозакручивания ветвей грузоподъемного каната (рис. 7.2).

Конструктивное решение крепления блоков на оси в крюковой обойме выполняем согласно рис. 7.2 (сечение Б-Б).

Рис. 7.2. Чертеж крюковой обоймы с разнесенными блоками

Минимальный диаметр dбл канатных блоков по ручью для режима работы М6 согласно нормативным рекомендациям федеральных норм и правил безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов при выбранном диаметре каната будет (табл. П. 13):

dбл= кбл dк= 22,5∙19,5 = 438 мм.

Принимаем диаметр блока по ручью dбл = 450 мм. Основные размеры профиля обода блока принимаем по табл. П.19 в соответствии с диаметром каната и режимом работы:

–ширина блока по ребордам В2 = 58 мм;

–высота реборды hр = 2,5 dк ≈ 50 мм;

–внешний диаметр блока dнб = dбл+2hр = 450+2∙50 = 550 мм.

97

Ширина ступицы должна обеспечивать возможность установки двух шариковых радиальных однорядных подшипников. Подшипники выбираем по допустимой статической результирующей нагрузке на ось блоков при подъеме испытательного груза

Fро = 2 ( 1,25Fф )2 2 ( 1,25 30 )2 53 kH.

Такой нагрузке отвечает опора блока на два подшипника легкой серии № 212 с допустимой статической нагрузкой 31,5 кН у каждого. Размеры подшипника: dп = 60 мм;

Dп = 110 мм; Bп = 22 мм (табл. П.36).

Наружный диаметр ступицы блока примем Dст = Dп + 30 мм = 110+30 = 140 мм. Длину Вс ступицы принимаем равной ширине В2 реборды блока. Между подшипниками в блоке необходимо поставить распорную втулку длиной 8 мм, чтобы обеспечить посадочные шейки у крышек подшипников. Толщину крышек подшипников принимаем исходя из ширины уплотнительных манжет подшипников. Толщину щек обоймы принимаем δщ= 8 мм. Расчетная длина l оси блоков (рис. 7.3) должна обеспечивать размещение на ней следующих элементов:

длину ступицы блока Вс = 53 мм;

толщины защитных крышек подшипников блоков bк = 20 мм;

зазоры между крышками блоков и щеками обоймы δз= 5 ÷ 6 мм;

половины толщин щек δщ/2 = 4 мм.

l = Вс+2bk+2δз+2δщ/2= 53+2∙20+2∙6+2∙8/2 = 113 мм = 0,113 м.

Диаметр оси блоков принимаем по внутреннему диаметру подшипников блоков dо = 60 мм.

а

б

Рис. 7.3. Расчетные схемы: а – траверсы крюка; б – оси блока

98

Максимальный момент, изгибающий ось блоков, будет

Миз = Fблlo/4 = 53∙0,113/4 ≈ 1,5 kH∙м.

Напряжения изгиба в оси блока

σ = Миз/0,1 dо3 = 1,5∙10³/0,1∙0,06³ = 69,4 МПа < [σизг]

Допускаемые напряжения для стали 45 с термообработкой на улучшение и [σизг] = 0,6σт = 0,6∙315 = 189 МПа.

Напряжения смятия в отверстии щеки от действия опорного усилия оси блока

σсм= Fро/ 2 dо δщ = 53∙103/2∙0,06∙0,008 = 55,2 МПа.

Щеки крюковой блочной обоймы выполняем из стали 09Г2С с допускаемыми напряжениями смятия

[σcм] = 0,5 σт = 0,5 ∙ 330 = 165 МПа.

Расчетная схема траверсы крюка показана на рис. 7.3, а. Максимальный изгибающий момент М ит, действующий на траверсу от нагрузки подшипниковой опоры крюка, определяем по формуле

Миз т = 1,25Qg l/4 = 1,25∙6∙9,81∙0,113 /4 = 2,08 kH∙м.

Сечение траверсы по оси грузового крюка принимаем квадратной формы с размерами сторон

Вт× hт = 105×105 мм.

Траверса имеет центральное отверстие для хвостовика крюка диаметром Dгк = 55 мм. Размер траверсы достаточен для размещения на ней упорного подшипника с наружным диаметром 78 мм и крепежной гайки диметром 90 мм (рис. 7.3). Диаметр цапфы dц траверсы принимаем равным диаметру оси блоков dц = do = 0,06 м.

Момент сопротивления траверсы в сечении с максимальным изгибающим моментом

Wт= (Bт – Dгк)hт2 /6 = (0,09- 0,055)0,092 / 6 = 47,25∙10-6 м3.

Допускаемые напряжения изгиба в траверсе из стали 20 с термообработкой на улучшение, имеющей напряжения текучести σт = 195 МПа, должны быть не более

[σиз]= 0,6 σт = 0,6∙195 = 117 МПа.

Максимальные действующие напряжения изгиба в траверсе

σ = Миз т / Wт = 2,08∙103 /47,25∙10-6 = 0,0483∙109 Па = 48,3 МПа < [σ].

Толщину щеки из стали 09Г2С, имеющей напряжения текучести σт = 330 МПа и допускаемые напряжения растяжения [σр]= 0,6 σт = 198 МПа, определяем на основе формулы Ламе

99

	1,25Qg		4R2 do2		1,25 6 9,81 103		4	0,06 2	0,06 2	0,0052 м ,
	2do p
			4R2 d02		2 0,06 198 106		4	0,06 2	0,06 2

где R = 0,06 м – минимальный внешний радиус проушины щеки; do=0,06 м.

Принятую предварительно толщину δщ = 8 мм треугольной щеки обоймы блоков принимаем окончательно по соображениям общей жесткости каркаса обоймы.

7.5. Определение параметров барабана

Барабан будем выполнять литьем из стали 35 Л-1 с последующей механической обработкой. Допускаемые напряжения при расчетном режиме работы для этой стали [σ] = 120 МПа (табл. V.2.12 [8]). Минимально допустимый наружный диаметр барабана Dб определяем по рекомендациям Правил (табл. П.13)

Dб = кбр ∙ dк = 20 ∙19,5 = 390 мм.

Принимаем наружный диаметр барабана 400 мм. Минимальная длина витка каната на барабане будет

lв = (Dб + dк) π = (400 +19,5)3,14 = 1317 мм.

Канатоемкость барабана при максимальной высоте подъема крюка Нмакс= 45 м, опускании крюка ниже уровня стоянки 5 м и двухкратном полиспасте должна быть не менее

lк =(Нмакс+ 5)iп = (45+5)2 = 100 м.

Принимая шаг намотки каната на барабане

λ = dк +1 мм = 19,5 +1 = 20,5 мм.

Длина барабана при однослойной навивке составит

Lб = (lк /lв) λ = (100/1,317)20,5 = 1557 мм.

Рациональная длина барабана составляет не более 2,5 его диаметра. Поэтому применим двухслойную навивку каната на барабан пс= 2. Тогда средняя длина витка составит

Dв = (Dб +1,5dк)π = (400 +1,5∙19,5)3,14 = 1348 мм.

Рабочая длина барабана с учетом требований Ростехнадзора о необходимости всегда оставлять на барабане не менее 1,5 витка каната при расчетной рабочей длине каната составит

Lб = [(lк /lв)+1,5] λ/пс = [(100/1,348)+1,5]20,5/2 = 776 мм ≈ 0,8 м.

Такую рабочую длину барабана принимаем окончательно. Влияние изгиба и кручения барабана считаются незначительными. Толщину стенки барабана определяем из условия сжатия тела барабана витками каната при двухслойной навивке каната при подъеме испытательного груза

100