Проектирование козлового крана

      Введение 
 

      Техническое задание было выдано на кафедре «Подъёмно-транспортные машины и роботы». На основании этого задания был разработан курсовой проект по теме «Кран козловой с опорной тележкой». В ходе разработки проекта были выполнены пояснительная записка, чертежи (общий вид крана, общий вид механизма передвижения тележки, сборочный чертеж механизма подъема и сборочный чертеж приводного ходового колеса крана). Цель проекта – углубление и закрепление знаний по дисциплине “Грузоподъемные машины”.

 

       1 Назначение, область применения и техническая характеристика крана

 

      Большое применение в промышленности имеют  козловые краны, предназначенные для механизации перегрузочных и складских работ. Краны общего назначения обычно имеют грузоподъемность 3,2…50 т, пролеты 10…40 м, высоту подъема 7…16 м. Козловые краны грузоподъемностью свыше 8 т применяют для обслуживания складов длинномерных грузов, открытых полигонов заводов железобетонных изделий, отгрузочных площадок машиностроительных заводов и т. д. При пролетах до 35 м оправдано использование кранов с двухбалочными мостами и простыми двухрельсовыми опорными грузовыми тележками мостовых кранов. Размещение подвески между мостами позволяет на 10…15 % уменьшить высоту крана, хотя следует отметить, что двухбалочные мосты сложны в изготовлении и металлоемки. В данной работе проектируем козловой кран общего назначения нормального исполнения с двумя жестко закрепленными опорами и гибкой подвеской грузозахватного органа. Металлоконструкции кранов нормального исполнения выполняют из листов; механизмы таких кранов состоят из отдельных агрегатов, соединенных зубчатыми муфтами; зубчатые передачи выполнены в виде отдельных редукторов, ходовые колеса установлены на угловых буксах. На рисунке 1.1 представлена схема козлового крана. 

      

 

      1 − мост; 2 − опора; 3 − кабина управления;

      4 − балансирная тележка; 5 − грузовая тележка.

      Рисунок 1.1 − Козловой кран

 

       2 Расчет металлоконструкции 
 

      2.1 Выбор материала 

      Т. к. режим работы крана – средний  и температурный режим  −40 − +35˚С, выбираем низколегированную сталь марки 09Г2С ГОСТ 19282−73:

      09 − процентное содержание углерода (0,09%);

      Г2 − процентное содержание легирующего  элемента марганца (1-2%);

      С − процентное содержание легирующего  элемента кремния (0,3-1%). 

      Расчет  на основные и дополнительные нагрузки: 

      

 

      Принимаем . 

      2.2 Определение действующих  нагрузок на пролетную  балку 

      Определяем  собственный вес пролетной балки  согласно графику 1в /10, с. 9/: 

      

 

      С учетом среднего режима работы и изготовления из низколегированной стали: 

      

 

      Определяем  погонный вес пролетной балки, кН/м: 

      

, 

      

 

      Собственный вес грузовой тележки /9, с. 36/, кН: 

      

,

      

 

      Принимаем . 

      Вес кабины крановщика зависит от условий  работы крана, от типа кабины и завода изготовителя. В случае отсутствия данных аналогов, веса кабин можно брать по таблице 2.1. 

      Таблица 2.1 – Вес кабин

             

      

 

      Принимаем м. 

      Выбираем  кабину закрытого типа с электроаппаратурой и кондиционером. С учетом того, что на балку действует примерно половина веса кабины: 

      

 

      Принимаем . 

      Определим вертикальные подвижные нагрузки от давления колес грузовой тележки. 

      

      Рисунок 2.1 – Схема давления на колеса грузовой тележки 

      Давления  на колеса грузовой тележки, кН: 

        

где k = 1,1 и k^′ = 0,9 – коэффициенты неравномерного давления колес. 

      Расчетное давление колес грузовой тележки  с учетом динамических нагрузок, возникающих при работе механизма подъема крана (комбинация А) и при передвижении крана (комбинация Б), определяются по следующим формулам: 

      Комбинация  А   

      Комбинация  Б   

где  − коэффициент динамики для поднимаемого груза, для среднего режима работы ;

       = 1 − коэффициент толчков,  учитывающий динамические нагрузки, возникающие при передвижении крана с грузом (принимается в зависимости от скорости передвижения крана). 

      2.3 Силовой расчет 

      Определим максимальный изгибающий момент, кН·м: 

      

 

        для сечения  : 

        

      

        

        

        

        

        

        для сечения  : 

        

        

        

        

        

        

      Принимаем . 

      2.4 Определение геометрических  параметров элементов  поперечного сечения пролетной балки 

      На  рисунке 2.1 приведено поперечное сечение  балки.

      

      Рисунок 2.1 – Поперечное сечение балки с рельсом между стенками 

      Оптимальная высота пролетной балки, м: 

      

 

где  − момент сопротивления поперечного сечения, м³;

       − толщина стенки, мм.

      Момент  сопротивления поперечного сечения, м³: 

      

 

где  − максимальный изгибающий момент, кН·м;

        − допускаемое напряжение для расчета пролетной балки, МПа. 

      

 

      Полученную величину увеличим на 20%:

      

 

      Для грузоподъемности 32 тонны . 

      

 

      Согласно  ВНИИПТМаш, высота пролетной балки, м: 

      

 

где  − пролет моста, м. 

      

 

      Принимаем .

      Расстояние  между стенками, м: 

      

, 

      

 

      Принимаем , т. к. для обеспечения удобства проведения сварочных работ оно не должно быть меньше этого значения.

      Величина  свеса определяется типом сварки. При ручной сварке , при автоматической и полуавтоматической сварке . Принимаем .

      Ширина  полок (рельс между стенками), м: 

      

 

где b₀ – расстояние между стенками, м;

      δ_ст – толщина стенки, м;

      b₁ – величина свеса, м. 

      

 

      Проверка: , , условие выполняется 

      Принимаем  

      Толщина верхней полки, м:

      

, 

      

 

      Толщина нижней полки, м: 

      

, 

      

 

      Полученные  толщины уточняем по сортаменту на широкополосную сталь. Принимаем , .

      Для сжатых верхних полок необходимо соблюдать условие: 

      

, условие выполняется. 

      Высота  стенки, м: 

      

, 

      

 

      Проверка:

, условие выполняется. 

      Принимаем .

 

       3 Расчет механизма подъема 
 

      Общий расчет механизма подъема груза  включает выбор крюка с подвеской, полиспаста, двигателя, редуктора, муфт, тормоза, выбор каната, расчет барабана.

      Необходимо  рассчитать механизм подъема груза электрического козлового крана грузоподъемностью Q = 20000 кг для механизации перегрузочных работ на открытых площадях предприятий. Скорость подъема груза υ_г= 0,16 м/с. Высота подъема H = 12 м. Группа классификации механизма М3 в соответствии с ИСО 4301/1−86, в соответствии с ГОСТ 25835−83 – 3М. Кинематическая схема привода механизма подъема показана на рисунке 3.1.