Модернизация козлового крана

где V=0.63м/с – скорость передвижения тележки;

       Dхк=0.32м – диаметр ходового колеса тележки.

2. Передаточное число  редуктора:

     Выбираем навесной  редуктор типа ВКН-420

2.3.5. Проверка двигателя по пусковому моменту

1. Динамический момент  сопротивления вращению электродвигателя  во время пуска:

где J1 – момент инерции частей, вращающихся со скоростью вала электродвигателя;

2. Момент инерции:

:

где Jэ=0.0073кг×м2 – момент инерции электродвигателя;

     Jм=0.025кг×м2 – момент инерции муфты, выбираем муфту МУВП

J1=0.0073+0.025=0.032кг×м2

3. Коэффициент полезного  действия механизма:

где ηр=0.96 – КПД редуктора ВКН-420;

      ηм=0.98 – КПД муфты МУВП.

4. Время пуска и торможения:

где а=0.25м/с2 - допускаемое максимальное значение ускорения и замедления тележки.

Тогда:

        т.е.  Tnmin=26.4>22.13=TД условие пуска выполняется.

 

 

2.3.6. Коэффициент запаса сцепления приводных ходовых

колес с рельсом

где Fсц – сила сцепления приводных колес с рельсами;

      FCT – сила статического сопротивления передвижению тележки без груза и без учета трения в подшипниках приводных колес;

     FДТ – сила динамического сопротивления передвижению тележки без груза;

  [ксц]=1.2 – допускаемое значение коэффициента запаса сцепления.

где fсц=0.12 – коэффициент сцепления приводного ходового колеса.

      Zпр=2 – количество приводных колес.

Тогда:

     т.е. запас сцепления  при пуске достаточен.

 

2.3.7. Расчет подшипников ходового колеса

Подшипники качения ходового колеса должны выбираться по статической грузоподъемности или по динамической приведенной нагрузке.

Расчет по динамической приведенной нагрузке:

где Fхк=3200кг – максимальное давление на колесо;

      Кхк=0.75 – коэффициент, учитывающий переменность нагрузки на колесо;

      γ=0.8 – коэффициент, учитывающий режим работы механизма передвижения.

Расчетный ресурс:

где пф – частота вращения ходового колеса,

      Lh=3500 – ресурс подшипников зависит от режима работы.

Динамическая грузоподъемность:

где α=3 – показатель степени

Выбираем шариковый радиальный сферический двухрядный подшипник средней серии №3628, его статическая грузоподъемность 2700.

 

2.3.8 Расчет тормоза

1. Тормозной момент:

где ТИН – момент инерции вращающихся и поступательно движущихся масс, приведенных к валу тормоза. Тормоз расположен на валу электродвигателя.

      Тс – статический момент сопротивления движению тележки при торможении.

Тогда:

     т.е. встроенный  тормоз подходит.

 

2.4 Расчет механизма передвижения крана

2.4.1. Расчет сопротивления передвижению крана

1. Полное сопротивление движению:

где WТР – коэффициент сопротивления трения в ходовых частях, без учета трения торцов и ступиц, Н;

      WУК – сопротивление от уклона подкрановых путей, Н;

      WВ =360000Н– сопротивление от действия ветровой нагрузки по паспорту.

2. Сопротивление от трения  при движении крана:

где µ=0.06 – коэффициент трения колеса по рельсу

      f=0.015 – коэффициент трения качения подшипника буксы

      кр=2 – коэффициент сопротивления реборды

Сопротивление от уклона подкрановых путей:

где α=0.002 – коэффициент, учитывающий уклон рельсового пути

тогда полное сопротивление:

 

2.4.2. Коэффициент запаса сцепления приводных ходовых колес с рельсом

 

где Fсц – сила сцепления приводных колес с рельсами;

      FCT – сила статического сопротивления передвижению тележки без груза и без учета трения в подшипниках приводных колес;

     FДТ – сила динамического сопротивления передвижению тележки без груза;

  [ксц]=1.2 – допускаемое значение коэффициента запаса сцепления .

где fсц=0.12 – коэффициент сцепления приводного ходового колеса.

      Zпр=4 – количество приводных колес.

Тогда:

     т.е. запас сцепления  при пуске достаточен.

 

2.4.3. Выбор электродвигателя

1. Мощность электродвигателя:

где VКР =1.16 м/с– скорость передвижения крана,

      η=0.9 – КПД механизма передвижения,

     W – полное сопротивление.

Выбираем двигатель МТН411-8, мощность Рэ=15 кВт, частота вращения пэ=705 об/мин, максимальный момент Мтах=580 Н·м, маховой момент ротора Мр=2.15 кг·м2, масса т=280 кг.

 

 

 

 

2. Статический момент:

     

3. Минимальный пусковой момент:

4. Проверка двигателя по условиям пуска:

      

Условие пуска выполняется.

 

2.4.4. Выбор редуктора

1. Угловая скорость ходового  колеса:

где V=1.16м/с – скорость передвижения крана;

       Dхк=0.56м – диаметр ходового колеса крана.

2. Передаточное число  редуктора:

где ωэ – угловая скорость электродвигателя

отсюда

     Выбираем червячный  редуктор типа РЦЧ-210, КПД=0.8, передаточное  отношение U=20.

2.4.5. Выбор тормоза

Для разрабатываемого крана принимаем тормоз ТГК-160. Тормозной момент ТТ=100Нм..

где µ=0.06 – коэффициент трения колеса по рельсу

      f=0.015 – коэффициент трения качения подшипника буксы

      кр=1 – коэффициент сопротивления реборды

      d=15 cм – диаметр подшипникового колеса

1. Суммарное давление  ведущих колес на рельсы:

На кране установлено 4 тормоза, по одному на привод.

2. Общий тормозной момент:

3. Усилие тормоза приведенное к валу колес:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Прочностные расчеты

 

APM Structure3D представляет собой универсальную систему для расчета и проектирования стержневых, пластинчатых, оболочечных, твердотельных, а также смешанных конструкций.

С помощью программы Вы можете рассчитать произвольную трехмерную конструкцию, состоящую из стержней произвольного поперечного сечения, пластин, оболочек и объёмных деталей при произвольном нагружении и закреплении. При этом соединения элементов в узлах может быть как жестким, так и шарнирным.

В результате выполненных системой APM Structure3D расчетов Вы можете получить следующую информацию:

• нагрузки на концах элементов конструкции;
• карту напряжений по длине стержней и по поверхности пластин и оболочек конструкции;
• деформацию произвольной точки;
• карту распределения напряжений в произвольном сечении стержня;
• эпюры изгибающих и крутящих моментов, поперечных и осевых сил и т.д. для отдельного стержня и для конструкции в целом;
• коэффициент запаса устойчивости конструкции по Эйлеру;
• напряженно-деформированное состояние конструкции при больших перемещениях (геометрически нелинейная задача);
• частоты и формы собственных колебаний конструкции;
• изменение напряженно-деформированного состояния конструкции под действием произвольно меняющихся во времени нагрузок;
• распределение контактного давления в пятне контакта;
• подбор и проверка армирования железобетонных колонн, ригелей и плит;
• расчет армокаменных столбов и простенков;
• проверка прочности и подбор сечения стальных и деревянных конструктивных элементов;
• расчет фундаментов столбчатых, ленточных, сплошных и свайных фундаментов на упругом основании.

Система APM Structure3D позволяет выполнить следующие расчеты:

1. Статический расчет;

2. Деформационный расчет (расчет по деформированной схеме);

3. Нелинейный расчёт (расчет при больших перемещениях);

4. Расчет на устойчивость;

5. Собственные колебания;

6. Вынужденные колебания;

7. Расчёт контактного взаимодействия;

8. Расчет на сейсмическое воздействие;

9. Расчет несущей способности стержневых элементов;

10. Расчётные сочетания усилий (РСУ);

11. Подбор армирования железобетонных элементов;

12. Расчет оснований.

Для проведения любого из расчетов необходимо создать модель конструкции. Под этим понимается ввод с помощью редактора геометрии конструкции (импорт конструкции из файлов формата DXF или SFM, или DAT/BDF) расстановка опор, задание для каждого стержня поперечного сечения и установление параметров материала стержням, пластинам и объёмным элементам. Используются следующие параметры материала:

• предел текучести;
• модуль Юнга;
• коэффициент Пуассона;
• плотность;
• коэффициент теплового расширения;
• коэффициент теплопроводности;
• предел прочности;
• предел усталостной прочности по нормальным и касательным напряжениям.

Статический расчет.

Статический расчет основан на матричном методе перемещений, целью которого является определение неизвестных перемещений узлов конструкции. Основным уравнением для решения является уравнение равновесия , где K – матрица жесткости системы, F – вектор внешних силовых факторов, x – вектор неизвестных узловых перемещений. Размерность системы представляет собой количество степеней свободы конструкции. В общем случае в каждом узле 6 степеней свободы (3 линейных перемещений и 3 угла поворота). После решения данной системы, т.е. нахождения перемещений, находятся все остальные неизвестные параметры конструкции: деформации, усилия в элементах, напряжения и т.д.

В статическом расчете схема конструкции считается недеформированной, при этом продольные силы в стержнях и усилия в плоскости пластин не влияют на величины изгибающих моментов.

Для проведения расчета необходимо приложить к конструкции внешнюю нагрузку. Допускается нагрузка (силы и моменты), приложенная к узлам конструкции силы, а также сосредоточенная и распределенная нагрузка (силы и моменты), приложенная к стержням, давление на пластину и ветровая нагрузка, а также начальные перемещения приложенные к узлам конструкции и осадка опор. Можно также учесть собственный вес конструкции (команда Расчет | Учет веса). При этом предполагается, что сила веса направлена противоположно оси Z глобальной системы координат, а ускорение свободного падения равно 9.8 м/с2.

Результатом статического расчета конструкции являются:

• Перемещения узлов конструкции (линейные и угловые)
• Нагрузки на концах стержней, в узлах пластин и в узлах объёмных элементов
• Напряжения, действующие в стержнях, пластинах и объёмных элементах
• Распределение напряжений в произвольном сечении стержня.
• Эпюры силовых факторов для всей конструкции

Расчетные параметры, характерные для отдельной балки, такие как: моменты изгиба, кручения, боковые и осевые силы, углы изгиба, закручивания, деформации, и напряжения по длине балки. Все эти параметры, представленные в форме графиков, выводятся в системе координат стержня. В системе можно просмотреть величины как относительных деформации (перемещения относительно линии, соединяющей два деформированных конца стержня) так и величины полной деформации. В случае, когда конструкция состоит из единственной балки, графики перемещений значения абсолютных и относительных перемещений совпадают.

• Реакции (силы и моменты), действующие в опорах конструкции.
• Масса всей конструкции.

Создается трехмерная модель в программе Компас 3dV11 и сохраняется в расширении *.stp (рисунок 3.1).

 

 

Рисунок 3.1 – Трехмерная модель

 

Затем запускается АРМ Studio и импортируется с расширения *.stp в *.saa и нажимаем КЭ сетка (рисунок 3.2).

 

 

Рисунок 3.2 – Загруженная модель в АРМ Studio

 

После вызова КЭ сетка программа предлагает нам определить совпадающие плоскости

 

Нажимается иконка кнопочка Да и происходит автоматическое определение совпадающих поверхностей

 

После выполнения автоматического определения совпадающих поверхностей происходит разбитие поверхности модели на простейшие геометрические фигуры – сетку (рисунок 3.5).

 

Рисунок 3.3 – Полученная сетка трехмерной модели

 

Затем выбирается команда закрепление на панели инструментов АРМ Studio и определяется плоскость, которая будет закреплена в процессе расчета модели (рисунок 3.4).

 

 

Рисунок 3.4 – Выбор закрепленной плоскости

 

Далее на плоскости детали задаются силы, которые действуют при работе (рисунок 3.5).

 

 

Рисунок 3.5 – Указание плоскости давления

 

После указания всех нагрузок и закрепленных поверхностей нажимается иконка кнопки APM Structure 3D. После нажатия открывается новое окно APM Structure 3D. В этом приложении АРМ выбирается команда статический расчет на главной панели инструментов. После всех действий программа начинает производить статический расчет (рисунок 3.6).