Проектирование мостового крана

3.5  Выбор мотор-редуктора

Передаточное число механизма  при номинальной частоте вращения двигателя  определяется по формуле:

                                                                                                           (3.13)

где - частота вращения колеса, об/мин.

 

Момент на колесе определим  как:

 

 

На основе полученных данных производим выбор мотор-редуктора с использованием справочных данных компании Sew-eurodrive                             ( sew-eurodrive.ru):

Характеристики выбранного мотор-редуктора:

- наименование FV67DRE90M4BE2;

- мощность двигателя N = 1,1 кВт;

- частота вращения выходного  вала двигателя n_дв = 1420 об/мин;

- КПД механизма η = 0,822;

-момент инерции ротора  двигателя J = 40,1·10^-4 кг·м²;

- передаточное число Uфакт = 39,26;

- момент на тихоходном валу Мтих_факт = 450 Нм.

3.6. Выбор тормоза

Тормозной момент на валу двигателя при движении под уклон по прямой определяется по формуле:

 

,      (3.15)

где  в данном случае отсутствует  вследствие рабочих условий, при =1, время торможения должно быть не более 3-4 с для тележек [3, стр. 425].

Подставим числовые значения в формулу (3.15) и получим:

Для данного момента и  условий работы ПВ=25% выбираем тормоз BE2 с тормозным моментом 10 Нм.

 3.7. Определение времени пуска и торможения

Проверку  двигателя по времени разгона  t_р тележки до номинальной скорости вверх по уклону выполняют по формуле[3, стр. 425]:

                      

,                                 (3.16)

где  - средний пусковой момент двигателя, Н·м;

Для двигателей с короткозамкнутым ротором:

,

где – максимальный момент ротора двигателя, коэффициент 2 , так как тележка имеет два приводных колеса, [2, стр. 242] .

Подставим числовые значения в (3.16) и получим:

 

Время торможения t_т , с, находят по формуле:

3.8. Определение запаса сцепления ходовых колёс с рельсами

1)Запас сцепления с грузом при разгоне:

                                     ,                                  (3.17)

где [k_cц]=1,2 – допускаемый коэффициент запаса сцепления[3, стр. 425]; - коэффициент сцепления приводных колес с рельсом (для кранов, работающих в закрытом помещении =0,2) [3, стр. 425]; - минимальное значение коэффициента сопротивления передвижению:

 

- сила инерции масс тележки:

 

 

Подставим значения в (3.17):       

  

 

 

2)Запас сцепления без груза при разгоне:

                                 

,                                 (3.18)

где ; . Тогда получаем: 

 

Коэффициент запаса сцепления  приводных колес с рельсами превышает  минимально допустимый, следовательно, соблюдается условие отсутствия буксования при разгоне.

3) Запас сцепления с грузом при торможении:

                                  

,                                  (3.19)

где

 

 

.

_{Тогда получаем:}

 

 

4)Запас сцепления без груза при торможении:

                                 

,                                 (3.20)

где  ,

Тогда получаем:

 

 

Коэффициент запаса сцепления  приводных колес с рельсами превышает  минимально допустимый, следовательно, соблюдается условие отсутствия буксования при торможении.

 

3.9. Проверка отсутствия проскальзывания при работе тележки

Максимальное ускорение  тележки при ее разгоне:

                                 

,                                   (3.21)

Подставим числовые значения:

 

Реальное ускорение тележки при ее разгоне:

 

Максимальное ускорение  тележки при ее торможении:

                                     

,                               (3.22)

Подставим числовые значения:

 

 

Реальное ускорение тележки при ее торможении:

 

 

Ускорения тележки не превышают максимально допустимых значений, следовательно, соблюдается условие отсутствия проскальзывания при работе тележки.

 

4. Расчёт механизма передвижения крана

4.1.  Определение массы крана

Предварительно  определим массу крана (без тележки) по формуле [1, стр 15]: 

                                                                                         (4.1)

где - пролет крана.

Тогда получим:

4.2. Выбор ходовых колёс и расчёт их на контактную долговечность

Примем количество ходовых  колёс n=4. Максимальную статическую нагрузку на каждое колесо найдем при положении тележки на расстоянии четверти пролета от опор (рис.4.2.1):

Рис. 4.2.1. Расчетная  схема.

Из расчетной схемы:

Тогда максимальная статическая нагрузка на одно колесо рассчитывается по формуле:

 

                                     

                                (4.2)

Минимальная статическая  нагрузка на колесо:

 

                                                   

                                                   (4.3)

 

Подставим числовые значения в (4.2) и (4.3):

 

 

 

На основе полученных результатов  обосновываем выбор рельсовых колес  с использованием справочных данных [3, стр.319] по условию:

P≤Pдоп,

где Pдоп – нормативное значение нагрузки на рельсовое колесо.

Параметры рельсового колеса по ГОСТ 3569-74:

- предельно допустимая  нагрузка на рельсовое колесо  Pдоп = 200 кН;

- диаметр дорожки катания  колеса D = 40 см =400 мм;

- диаметр реборды рельсового  колеса Dmax =450 мм;

- диаметр цапфы колеса  dц = 60 мм;

- ширина обода колеса  B = 90 мм;

- тип рельса Р43 ГОСТ 7173-54;

- радиус закругления головки  рельса R = 300 мм.

Напряжения в контакте обода колеса и рельса с выпуклой головкой определяем по формуле:

                                    

                                     (4.3)

где К – коэффициент, зависящий от отношения радиуса закругления головки рельса R к диаметру колеса D , при =0,8 принимаем коэффициент К=0,127 [3, стр.320]); - коэффициент, учитывающий влияние касательной нагрузки на напряжения в контакте, при принимаем =1,05);       - коэффициент динамичности пары колесо – рельс, определяемый по формуле:

                           ,                         (4.4)

где - номинальная скорость передвижения, м/с; - коэффициент, зависящий от жесткости кранового пути, с/м (для рельс на железобетонных балках а=0,2  с/м [2, т.2, стр.320]); Р – максимальная статическая нагрузка на колесо, кН; D – диаметр колеса, см.

Подставим числовые значения в формулу (4.3):

 

 

Вычислим  полное число оборотов колеса за срок службы по формуле:

                                       

,                                     (4.5)

где D – диаметр колеса, см; - усредненная скорость передвижения колеса, м/с;

                          ,                                       (4.6)

где - коэффициент, зависящий от отношения времени неустановившегося движения (суммарного времени разгона и торможения) к полному времени передвижения t, [3, стр.320]; - номинальная скорость передвижения, м/с; - машинное время работы колеса в часах за срок его службы, для режима работы 4М [3, стр.322].

Подставим значения в формулу (4.5):

 

 

Приведенное число оборотов колеса за срок службы определяется как:

                                                  

,                                               (4.7)

где - коэффициент приведенного числа оборотов, исходя из отношения ,  =0,38 [3, стр.323]. 

Тогда, подставим числовые значение в (4.7):

 

Допускаемое напряжение рассчитаем по формуле:

                                       

                                               (4.8)

где - значение допускаемого напряжения при приведенном числе оборотов колеса для стали сталь 50 =700 МПа по ГОСТ 1050-74 [3, стр.321]. 

Таким образом, допускаемое  напряжение будет равно (4.8):

 

 

следовательно, условие выполняется.

Таким образом, условие  контактной долговечности выполнено.

4.3. Определение сопротивления передвижению

Статическое сопротивление  передвижению, без учета ветровых нагрузок (кран работает в помещении), определяется по формуле:

                                                                                             (4.9)

где - сопротивление от трения в ходовых частях;   – сопротивление от уклона пути.

Сопротивление от трения в  ходовых частях можно рассчитать по формуле:

                     ,                             (4.10)

где    - вес груза с грузозахватом, вес крана и вес тележки соответственно; и -  диаметры колеса и его цапфы; - коэффициент трения подшипников, приведенный к цапфе колеса ( =0,015 [3, стр.237]); - коэффициент трения качения, значения которого для качения стальных колес по рельсу ( =0,6 [3, стр.421]); - коэффициент, учитывающий трение реборд и ступиц колес ( =1,1 [3, стр.422]).

Подставим численные значения в (4.10):

 

Сопротивление движению от уклона пути определим по формуле:

                                 ,                                  (4.11)

где i = 0,001 – уклон пути [3, стр.423].

Тогда, подставив численные  значения в (4.11), получим:

 

Таким образом, статическое  сопротивление передвижению будет  равно:

4.4. Нахождение статической мощности

Выбор двигателя производится по статической мощности.

Статическая мощность двигателя определяется по формуле:

                                                                                                (4.12)

где – номинальная скорость передвижения, ; – общий кпд механизма передвижения, .

Тогда статическая мощность двигателя будет равна:

 

Так как в кране два  приводных колеса, то мощность каждого  из двигателей

4.5. Выбор мотор-редуктора

Передаточное число механизма  при номинальной частоте вращения двигателя  определяется по формуле:

                                                                                                           (4.13)

где - частота вращения колеса, об/мин.

 

 

Момент на колесе определим  как:

 

 

На основе полученных данных производим выбор мотор-редуктора с использованием справочных данных компании Sew-eurodrive                             ( sew-eurodrive.ru):

Характеристики выбранного мотор-редуктора:

- наименование FV47DRE100LC4BE5;

- мощность двигателя N = 3 кВт;

- частота вращения выходного  вала двигателя n_дв = 1455 об/мин;

- КПД механизма η = 0,822;

-момент инерции ротора  двигателя J = 150,8·10^-4 кг·м²;

- передаточное число Uфакт = 21,82;

- момент на тихоходном валу Мтих_факт = 555 Нм.

4.6. Выбор тормоза

Тормозной момент на валу двигателя при движении под уклон по прямой определяется по формуле:

 

,      (4.15)

где   при =1 , время торможения должно быть не более 6-8 с для кранов [3, стр. 425].

Подставим числовые значения в формулу (4.15):

Для данного  момента и условий работы ПВ=25% выбираем тормоз BE5 с тормозным моментом 20 Нм.

.

 4.7. Определение времени пуска и торможения

Проверку  двигателя по времени разгона  t_р тележки до номинальной скорости вверх по уклону выполняют по формуле[3, стр. 425]:

                   

,                        (4.16)

где  - средний пусковой момент двигателя, Н·м;

Для двигателей с фазным ротором:

,

где – максимальный момент ротора двигателя, коэффициент 2 , так как кран имеет два приводных колеса [2, стр. 242] .

Подставим числовые значения в (4.16) и получим:

 

Время торможения t_т , с, находят по формуле:

4.8. Определение запаса сцепления ходовых колёс с рельсами

1)Запас сцепления с грузом при разгоне:

                                     ,                                  (4.17)

где [k_cц]=1,2 – допускаемый коэффициент запаса сцепления[3, стр. 425]; - коэффициент сцепления приводных колес с рельсом (для кранов, работающих в закрытом помещении =0,2) [3, стр. 425]; - минимальное значение коэффициента сопротивления передвижению:

 

 

- сила инерции масс крана:

 

 

Подставим значения в (4.17):    

 

     

2)Запас сцепления без груза при разгоне:

                                 

,                                 (4.18)

где   

;

 

 

Тогда получаем:

 

 

Коэффициент запаса сцепления  приводных колес с рельсами превышает  минимально допустимый, следовательно, соблюдается условие отсутствия буксования при разгоне.

3) Запас сцепления с грузом при торможении:

                                  

,                                  (4.19)