Практическая работа №6. Расчёт балочного крана

Расчёт крана-балки производится по следующей методике.

- пролет крана L_K= 10,6 м;

- скорость передвижения V = 0,48 м/с;

- высота подъема Н= 12 м;

- режим работы средний;

- управление с пола.

Выберем кинематическую схему однобалочного мостового крана (кран-балки) с центральным приводом и передвижной электрической талью (рис. 6.1).

Рисунок 6.1. Мостовой однобалочный кран

Расчет механизма передвижения крана

1. Определяем размеры ходовых колес по формуле

(6.1)

Максимальную нагрузку на колесо вычисляем при одном из крайних положений электротали.

По ГОСТ 22584-96 принимаем массу тали m_т =180 кг = 0,18т (ее вес G₇ = m_Tg ≈ 0,18×10 = 1.8кН) и длину L = 870 мм. Массу крана с электроталью выбираем приближенно по прототипу m_к ≈ 2,15т. Тогда вес крана G_к ⁼ m_кg ≈ 2,15 × 10 = 21,5 кН. Ориентировочно принимаем l ≈ L ≈ 0,87 м.

Для определения нагрузки R_max пользуемся уравнением статики

∑M₂ = 0 или – R_max L_к+ (G_Г+ G_T)×(L_к – l) + (G_к – G_T) × 0,5L_к =0 (6.2)

откуда

R_max= (6.3)

R_max = ≈ 27 кН

При общем числе ходовых колес Z_k ⁼ 4 нагрузка приходится на те два колеса крана, вблизи которых расположена тележка. Тогда

R_max = R/2, (6.4)

R_max = 27/2 = 13,5 кН = 13500 Н.

Следовательно,

Согласно ГОСТ 3569 - 74 выбираем крановое двухребордное колесо диаметром D_к = 200мм. Диаметр цапфы d_ц = D_к/(4...6) ≈ (50...35) мм. Принимаем d_ц = 50 мм.

Для изготовления колес используем сталь 45, способ термообработки нормализация (НВ ≈ 200). Колесо имеет цилиндрическую рабочую поверхность и катится по плоскому рельсу. При D_к ≤ 200 мм принимаем плоский рельс прямоугольного сечения, выбирая размер а по условию: а < В. При D_K ≤ 200 мм ширина поверхности качения B = 50 мм. Принимаем а = 40 мм.

Рабочая поверхность контакта b = а - 2R = 40 - 2 × 9 = 22 мм.

Коэффициент влияния скорости K_v=1 +0,2 V = 1 + 0,2 ×0,48= 1,096.

Для стальных колес коэффициент пропорциональности а₁ = 190.

Предварительно выбранные ходовые колеса проверяем по контактным напряжениям.

При линейном контакте

σ_к.л = а_l (6.5)

σ_к.л = = 493 МПа

Поскольку допустимые контактные напряжения для стального нормализованного колеса [σ_кл] =450...500 МПа, то условие прочности выполняется.

2. Определяем статическое сопротивление передвижению крана.

Поскольку кран работает в помещении, то сопротивление от ветровой нагрузки W_в не учитываем, т. е.

W_У = W_тр + W_ук (6.6)

Сопротивление от сил трения в ходовых частях крана:

(6.7)

Принимаем, μ = 0,3 мм, а для колес на подшипниках качения ƒ=0,015, К_р= 1,5. Тогда,

Сопротивление движению от возможного уклона пути.

W_yк = (G+ G_к)×α, (6.8)

W_yк = (17 + 21,5)×0,0015 = 0,058 кН = 58 Н

Значения расчетного уклона а указаны на с. 9.Таким образом, получаем

Сила инерции при поступательном движении крана

F_и = (Q + m_к)v/t_п, (6.9)

F_и = (1700 + 2150) х 0,48/5 = 370 Н

где t_п – время пуска; Q и m_к – массы соответственно груза и крана, кг.

Усилие, необходимое для передвижения крана в период пуска (разгона),

(6.10)

3. Подбираем электродвигатель по требуемой мощности

(6.11)

Предварительно принимаем η = 0,85 и ψ_п.ср.⁼ 1,65 (для асинхронных двигателей с повышенным скольжением).

Выбираем асинхронный электродвигатель переменного тока с повышенным скольжением 4АС71А6УЗ с параметрами:

номинальная мощность Р_т = 0,4 кВт;

номинальная частота вращения n_дв = 920мин^-1;

маховой момент ротора (mD²)_р = 0,00068 кг×м²;

T_п/T_н = 2; T_max/T_н= 2. Диаметр вала d= 19 мм.

Номинальный момент на валу двигателя

(6.12)

Статический момент

(6.13)

4.Подбираем муфту с тормозным шкивом для установки тормоза. В выбранной схеме механизма передвижения (рис. 6.1) муфта с тормозным шкивом установлена между редуктором и электродвигателем. Подбираем упругую втулочно-пальцевую муфту с наибольшим диаметром расточки под вал 22 мм и наибольшим передаваемым моментом [Т_м] = 32 Н×м.

Проверяем условие подбора [Т_м] ≥ Т_м. Для муфты Т_м= 2,1×Т_н = 2,1×4,16 = 8,5 Н×м. Момент инерции тормозного шкива муфты I_т = 0,008 кг-м². Маховой момент (mD²)_T= 4×I_т = 0,032 кг-м².

 

5. Подобранный двигатель проверяем по условиям пуска. Время пуска

(6.14)

Общий маховой момент

(6.15)

Относительное время пуска принимаем в зависимости от коэффициента α=Т_с/Т_н. Поскольку α = 2,23/4,16 = 0,54, то t_п.о=1.

Ускорение в период пуска определяем по формуле:

a_n = v/t_n = 0,48/2,85=0,168 м/с², что удовлетворяет условию.

6. Проверяем запас сцепления приводных колес с рельсами по условию

пуска при максимальном моменте двигателя без груза

(6.16)

Статическое сопротивление передвижению крана в установившемся режиме без груза

(6.17)

Ускорение при пуске без груза

(6.18)

Время пуска без груза

(6.19)

Общий маховой момент крана, приведенный к валу двигателя без учета груза,

(6.20)

Момент сопротивления, приведенный к валу двигателя при установившемся движении крана без груза

(6.21)

 

При α = Т_с'/Т_н = 1,633/4,16 = 0,393 получаем t_п.о. = 1

Тогда время пуска

(6.22)

Ускорение при пуске

Суммарная нагрузка на приводные колеса без учета груза

(6.23)

Коэффициент сцепления ходового колеса с рельсом для кранов, работающих в помещении, φ_сц = 0,15.

Запас сцепления

что больше минимально допустимого значения 1,2.

Следовательно, запас сцепления обеспечен.

7. Подбираем редуктор по передаточному числу и максимальному вращающему моменту на тихоходном валу Т_рmax. определяемому по максимальному моменту на валу двигателя:

(6.24)

В соответствии со схемой механизма передвижения крана (см. рис. 1) выбираем горизонтальный цилиндрический редуктор типа Ц2У. При частоте вращения n = 1000 мин^-1 и среднем режиме работы ближайшее значение вращающего момента на тихоходном валу Т_тих = 0,25 кН м = 250 Н м, что больше расчетного Т_{р mах}. Передаточное число u_р = 18.

Типоразмер выбранного редуктора Ц2У-100.

 

8. Выбираем тормоз по условию [Т_т] > Т_т и устанавливаем его на валу электродвигателя.

Расчетный тормозной момент при передвижении крана без груза

(6.25)

 

Сопротивление движению от уклона

(6.26)

Сопротивление от сил трения в ходовых частях крана

(6.27)

Общий маховой момент

(6.28)

Время торможения:

(6.29)

 

Максимально допустимое ускорение:

(6.30)

Число приводных колес z_np ⁼ 2. Коэффициент сцепления φ_сц = 0,15. Запас сцепления К_ц = 1,2.

Фактическая скорость передвижения крана

(6.31)

т. е. сходна с заданным (исходным) значением.

Расчетный тормозной момент

Выбираем тормоз ТКТ-100 с номинальным тормозным моментом [T_Т] = 10H·м, максимально приближенным к расчетному значению Т_т.

Подобранный тормоз проверяем по условиям торможения при работе крана с грузом.

Проверка по времени торможения:

(6.32)

Маховой момент масс:

(6.33)

Статический момент сопротивления движению при торможении:

(6.34)

Сопротивление движению при торможении:

(6.35)

Сопротивление от сил трения:

(6.36)

Сопротивление от уклона:

(6.37)

Следовательно,

Тогда статический момент сопротивления:

а время торможения:

что меньше допустимого [t_т] = 6...8 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ИНДЕКСАЦИЯ КРАНОВ

X X

|X

¾

|X

X X

X X

X X

|X

X X

Х

Тип крана

Назначение

Размерная группа

Порядковый номер базовой модели с учетом типа башни

Номер исполнения по геометрическим параметрам

Номер дополнительного исполнения по приводу

Очередная модернизация

Климатическое исполнение и категория размещения

Номера узлов, подузлов, деталей

Расшифровка групп индексации

По типу крана:

КБ - кран башенный.

По назначению:

Б - для кранов, предназначенных для жилищно-гражданского и промышленного строительства, обслуживания складов, полигонов, - не указывают;

М - краны того же назначения, но выполненные по модульной системе;

С - самоподъемные краны для монтажа высотных зданий;

Г - гидротехническое строительство;

Р - использование крана на ремонте зданий.

По размерной группе:

размерную группу указывают в зависимости от значения грузового момента согласно (табл.1).

Таблица П.1.1

Номинальный грузовой момент

Номинальный грузовой момент базовой модели, т×м	До 25	До 60							Более 1000
Размерная группа

По порядковому номеру базовой модели:

с поворотной башней - 01...69

с неповоротной башней - 71...99

По номеру исполнения по геометрическим параметрам:

номера - 01...99 (для базовой модели - условно указывают "00" только при наличии дополнительного исполнения по приводу).

По номеру дополнительного исполнения по приводу:

номера - 01...99 (при отсутствии дополнительного исполнения - не указывают).

По очередной модернизации (без модернизации - не указывают):

первая - А;

вторая - Б;

третья - В и т.д.

По климатическому исполнению и категории размещения:

У - умеренный климат; ХЛ - холодный климат; Т - тропический климат; ТВ - тропический влажный климат; 1, 2, 3 - категории размещения.

Примечание. Категория изделия I для всех климатических исполнений и сочетание климатических исполнений и категории размещения изделия У1 могут не указываться.

Пример условного обозначения крана башенного строительного (КБ) для гидротехнического строительства (Г), размерной группы (8), с неповоротной башней (74), с исполнением по геометрическим параметрам (01), с дополнительным исполнением по приводу (02), первой модернизации (А), в тропическом исполнении (Т), категории размещения (1): КБГ-874-01.02АТ1

или в соответствии с примечанием к климатическому исполнению настоящего приложения:

КБГ-874-01.02АТ

Схема условных обозначений

стреловых самоходных кранов общего назначения

X X

X

X

X

X

X

X

Вид крана

Размерная группа

Ходовое устройство

Исполнение стрелкового оборудования

Порядковый номер модели

Очередная модернизация

Климатическое исполнение

вид крана:

кран стреловой самоходный общего назначения – КС

Таблица П.1.2

Размерная группа по грузоподъемности

размерная группа
грузоподъемность, т		6,3							Св. 100

ходовое устройство:

гусеничное ходовое устройство с минимально допустимой поверхностью гусениц – 1; гусеничное ходовое устройство с увеличенной поверхностью гусениц – 2; пневмоколесное ходовое устройство – 3; специальное шасси автомобильного типа – 4; шасси грузового автомобиля – 5; трактор – 6; прицепное ходовое устройство – 7; коротко базовое шасси – 8; резерв – 9;

исполнение стрелового оборудования:

с гибкой подвеской – 6; с жесткой подвеской – 7; резерв - 8; 9;

порядковый номер модели:

номера - 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9

очередная модернизация:

первая – А; вторая – Б; третья – В и т.д.

климатическое исполнение:

холодный климат – ХЛ; тропики – Т; тропики влажные – ТВ

Пример условного обозначения. Кран стреловой самоходный общего назначения, 5-й размерной группы, на гусеничном ходовом устройстве с минимально допустимой поверхностью гусениц, с жесткой подвеской рабочего оборудования, второй модели, первой модернизации, в исполнении для тропиков: КС-5172АТ ГОСТ 22827-85.

Таблица П.1.3

Расчетные сопротивления бетона

Вид сопротивления	Бетон	Расчетные сопротивления бетона для предельных состояний первой группы Rb и Rbt при классе бетона по прочности на сжатие
		В3,5	В5	В7,5	В10	В12,5	В15	В20	В25	В30	В35	В40	В45
Сжатие осевое Rb	Тяжелый	2,1 21,4	2,8 28,6	4,5 45,9	6,0 61,2	7,5 76,5	8,5 86,7	11,5 117	14,5 148	17,0 173	19,5 199	22,0 224	25,0 255
	Легкий	2,1 21,4	2,8 28,6	4,5 45,9	6,0 61,2	7,5 76,5	8,5 86,7	11,5 117	14,5 148	17,0 173	19,5 199	22,0 224	¾
	Ячеистый	2,2 22,4	3,1 31,6	4,6 46,9	6,0 61,2	7,0 71,4	7,7 78,5	¾	¾	¾	¾	¾	¾
Растяжение осевое Rbt	Тяжелый	0,26 2,65	0,37 3,77	0,48 4,89	0,57 5,81	0,66 6,73	0,75 7,65	0,90 9,18	1,05 10,7	1,20 12,2	1,30 13,3	1,40 14,3	1,45 14,8
	Мелкозернистый групп: А	0,26 2,65	0,37 3,77	0,48 4,89	0,57 5,81	0,66 6,73	0,75 7,65	0,90 9,18	1,05 10,7	1,20 12,2	1,30 13,3	1,40 14,3	¾
	Б	0,17 1,73	0,27 2,75	0,40 4,08	0,45 4,59	0,51 5,81	0,64 6,53	0,77 7,85	0,90 9,18	1,00 10,2	¾	¾	¾
	В	¾	¾	¾	¾	¾	0,75 7,65	0,90 9,18	1,05 10,7	1,20 12,2	1,30 13,3	1,40 14,3	1,45 14,8
	Легкий при мелком заполнителе: плотном	0,26 2,65	0,37 3,77	0,48 4,89	0,57 5,81	0,66 6,73	0,75 7,65	0,90 9,18	1,05 10,7	1,20 12,2	1,30 13,3	1,40 14,3	¾
	пористом	0,26 2,65	0,37 3,77	0,48 4,89	0,57 5,81	0,66 6,73	0,74 7,55	0,80 8,16	0,90 9,18	1,00 10,2	1,10 11,2	1,20 12,2	¾
	Ячеистый	0,18 1,84	0,24 2,45	0,28 2,86	0,39 4,00	0,44 4,49	0,46 4,69	¾	¾	¾	¾	¾	¾

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Таблица П.2.1

Расчетные сопротивления арматуры

Стержневая	Расчетные сопротивления арматуры для предельных состояний первой группы, МПа (кгс/см2)
арматура классов	растяжению
	продольной Rs	поперечной (хомутов и отогнутых стержней) Rsw	сжатию Rsc
А-I	225 (2300)	175 (1800)	225 (2300)
А-II	280 (2850)	225 (2300)	280 (2850)
А-III диаметром, мм: 6 ¾ 8	355 (3600)	285* (2900)	355 (3600)
10—40	365 (3750)	290* (3000)	365 (3750)
А-IV	510 (5200)	405 (4150)	450 (4600)**
А-IIIв с контролем: удлинения и напряжения	490 (5000)	390 (4000)	200 (2000)
только удлинения	450 (4600)	360 (3700)	200 (2000)

* В сварных каркасах для хомутов из арматуры класса А-III, диаметр которых меньше 1/3 диаметра продольных стержней, значения R_sw принимаются равными 255 МПа (2600 кгс/см²).

** Указанные значения R_sc принимаются для конструкций их тяжелого, мелкозернистого и легкого бетонов при учете в расчете нагрузок при учете нагрузок принимается значение R_sc = 400 МПа. Для конструкций их ячеистого и поризованного бетонов во всех случаях следует принимать значение R_sc = 400 МПа (4100 кгс / см²).

Таблица П.2.2

Районирование территории РФ по расчетному значению веса

снегового покрова земли (рис. П.2.1)

Снеговые районы Российской Федерации [3]	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII
S0, кПа (кгс/м2)	0,8 (80)	1,2 (120)	1,8 (180)	2,4 (240)	3,2 (320)	4,0 (400)	4,8 (480)	5,6 (560)

Таблица П.2.3 Характеристики двутавров в соответствии с ГОСТ 8239-89

Справочные значения для осей	Y-Y	iy, см	1,22 1,38 1,55 1,70 1,88 2,07 2,27 2,37 2,54 2,69 2,79 2,89 3,03 3,09 3,23 3,39 3,54
Wy, см3	6,49 8,72 11,50 14,50 18,40 23,10 28,60 34,50 41,50 49,90 59,90 71,10 86,10 101,00 123,00 151,00 182,00
Iy, см4	17,9 27,9 41,9 58,6 82,6 115,0 157,0 198,0 260,0 337,0 419,0 516,0 667,0 808,0 1043,0 13,56,0 1725,0
X-X	Sx, см3	23,0 33,7 46,8 62,3 81,4 104,0 131,0 163,0 210,0 268,0 339,0 423,0 545,0 708,0 919,0 1181,0 1491,0
ix, см	4,06 4,88 5,73 6,57 7,42 8,28 9,13 9,97 11,20 12,30 13,50 14,70 16,20 18,10 19,90 21,80 23,60
Wx, см3	39,7 58,4 81,7 109,0 143,0 184,0 232,0 289,0 371,0 472,0 597,0 743,0 953,0 1231,0 1589,0 20,35 25,60
Ix, см4
Масса 1 м, кг	9,46 11,50 13,70 15,90 18,40 21,00 24,00 27,30 31,50 36,50 42,20 48,60 57,00 66,50 78,50 92,60 108,0
Площадь поперечного сечения, см2	12,0 14,7 17,4 20,2 23,4 26,8 30,6 34,8 40,2 46,5 53,8 61,9 72,6 84,7 100,0 118,0 138,0
Размеры	r	не более	мм	2,5 3,0 3,0 3,5 3,5 4,0 4,0 4,0 4,5 5,0 5,0 6,0 6,0 7,0 7,0 7,0
R	7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 9,5 10,0 10,5 11,0 12,0 13,0 14,0 15,0 16,0 17,0 18,0 20,0
t	7,2 7,3 7,5 7,8 8,1 8,4 8,7 9,5 9,8 10,2 11,2 12,3 13,0 14,2 15,2 16,5 17,8
s	4,5 4,8 4,9 5,0 5,1 5,2 5,4 5,6 6,0 6,5 7,0 7,5 8,3 9,0 10,0 11,0 12,0
b
h
Номер двутавра

 

Таблица П.2.4

Техническая характеристика кранов

Типы кра-нов	Грузо-подъ-ем-ность, т	Высота подъ-ема и опуска-ния крюка, м	Вылет стрелы, м	Длина стрелы, м	Прео-доле-ваемый краном уклон, град	Расст. от оси шарнира пяты до оси вращ. крана, м	Ско-рость подъ-ема и опуска-ния груза, м/мин	Ско-рость пере-меще-ния крана, км/ч
КС 2571	до 6,3	7,3-13,8	1,9-9,7	6,8; 8,5; 10,8		0,8	3-6	11-25
КС 3577	до 12,5	6-21,5	2,85-15	9,5; 15,5		0,7	6-8	10-23
КС 4561А	до 16	4,3-21,8	3,8-14	10; 14; 18; 22		0,87	6-10	7-21
КС 6472	до 63	5,7-37,9	3,5-30	12,6; 21,1; 29,6; 38,1		1,15	5-24	10-15

Таблица П. 2.5

Характеристики арматуры по ГОСТ 5781-82

Класс арматурной стали	d, мм	Число ребер, мм	Шаг поперечных стержней, мм
А-I	6-40	6-8	50-150
А-II	10-40	6-12	100-200
А-III	6-40	5-10	200-300
А-IV	10-32	6-8	300-350

Таблица П.2.6

Крепежные петли для многопустотных плит

Виды петель	Диаметр, мм	Рабочая нагрузка, т	Расположение петель*
По длине	По ширине
МП-1 винтовые с шарикоподшипником	6-10	0,7-1,2	7,35 от	7,35 от
МП-1 сварные с шарикоподшипником	10-14	1,23-2,25	7,05 от	7,05 от
МП-1 сварные с контактом	15-26	2,3-2,8	6,75 от	6,75 от

^* расположение петель округлять в большую сторону до десятых

 

Таблица П.2.7

Технические характеристики монтажных блоков

Тип или условное обозначение	Грузо- подъем- ность,т	Количе- ство роликов	Тип или условное обозначение	Грузо- подъем- ность,т	Количе- ство роликов
БМ-2,5	2,5		БМ-32
Б5-200			Б50-4
Б10-300			БМ-40
БМ-25М			БМ-50
БМ-63			БМ-100
Б-10			Б50-30
БМ-15			БМ-50
Б20-3			БМ-75
БМ-25			БМ-130
БМ-30			БМК-160
БМ-50			БМ-200
БМ-100			БМ-280
Б30-4			БМ-630

 

Таблица П.2.8

Значение коэффициента полезного действия полиспастов 𝜂

Общее количе- ство ро- ликов по- лиспаста	Тип подшипника	Общее количе- ство ро- ликов по- лиспаста	Тип подшипника	Общее количе- ство ро- ликов по- лиспаста	Тип подшипника
сколь- жения	каче- ния	сколь- жения	каче-ния	сколь- жения	каче-ния
	0,960	0,980		0,638	0,800		0,424	0,653
	0,922	0,960		0,613	0,783		0,407	0,640
	0,886	0,940		0,589	0,767		0,390	0,628
	0,851	0,921		0,566	0,752		0,375	0,615
	0,817	0,903		0,543	0,736		0,360	0,604
	0,783	0,884		0,521	0,722		0,347	0,593
	0,752	0,866		0,500	0,708		0,332	0,581
	0,722	0,849		0,480	0,693		0,318	0,569
	0,693	0,832		0,460	0,680		0,306	0,558
	0,664	0,814		0,442	0,667		0,293	0,547

 

 

Литература

1. Корж, В. В. Эксплуатация и ремонт оборудования насосных и компрессорных стан-

ций: учеб. пособие / В.В. Корж, А.В. Сальников. – Ухта: УГТУ, 2010. – 184 с.

2. В.В. Кириллов ГЕОДЕЗИЧЕСКОЕ СОПРОВОЖДЕНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ: сб. описаний лабораторных работ – Сыктывкар, 2007. – 32 с.

3. Заляева Г.О. Диагностика, ремонт, монтаж, сервисное обслуживание оборудования. Сборник методических указаний к выполнению лабораторных и практических работ. – Петропавловск-Камчатский, КамчатГТУ, - 2004. – 99 с.

4. Вайшток С.М. Технологические регламенты. В 7 т. М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2005-2006.

5. Шаммазов А.М. Проектирование и эксплуатация насосных и компрессорных станций: Учебник для вузов. М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2003. – 404 с.