Кран на колонне 3,5 т

Введение 

      Кран  консольный нашел широкое применение и успешно используется для грузоподъемных работ в цехах, на складах и  строительных площадках при температуре окружающего воздуха от -20 до +40°С.

      Угол  поворота стрелы крана 360°. Скорость подъема  груза и перемещения талей соответствуют скоростям примененных талей.

      Не  менее эффективно краны консольные используются при подъемно-транспортных работах, связанных с обслуживанием  технологического оборудования.

      Консольные  стационарные краны (на колонне) предназначены для выполнения подъемно-транспортных работ при обслуживании технологического оборудования, погрузочно-разгрузочных работ и т.п. в помещениях при температуре окружающего воздуха от -20 до +40°С.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Расчёт  механизма подъёма
0. 1.1 Выбор полиспаста

 

      Первым  вопросом при выполнении расчёта  является выбор полиспаста и его  кратности.

      Кратность полиспаста m выбирается исходя из условий подвешивания груза весом Q = 3,5 т = 34,34 кН на n ветвях каната.

      Выбираем n = 2.

      Определим кратность полиспаста m в одинарных полиспастах:

      m=n;                                                   (1)

            m=2.

      Выбираем  передаточное число для простого полиспаста и для грузоподъёмности до 6 т.

       Передаточное число полиспаста = 2.

Рис. 1. Схема выбранного полиспаста 

          Определим натяжение S_б, кН:

      S_б=Q/ (n*η_пол),                                            (2)

      где η_пол=0,98 – коэффициент полезного действия полиспаста для одного блока, огибаемого канатом на подшипниках качения.

S_б=34,34 /(2*0,98)=17,35 кН.

                                                          

1.2 Расчёт и выбор каната 

      Канат для механизма рассчитывается по формуле:

P_к/S_б>k_к.                                                  (3)

      Формула (3) может быть преобразована:

P_к>S_б*k_к,                                                  (4)

где P_к – разрывное усилие каната, кН;

       k_к=6,0 – коэффициент запаса прочности каната. [1]

P_к>17,35*6,0;

P_к>103,7 кН.

      По  полученному разрывному усилию выбираем канат стальной типа ЛК-РО конструкции 6×36+1о.с. диаметром d_к = 13,5 мм. Расчётная площадь сечения проволок = 70,55 мм². Расчётная масса 1000 м каната = 696,5 кг. Маркировочная группа по временному сопротивлению разрыва – 1800 МПа. Разрывное усилие каната в целом не менее 104 кН. 

1.3 Расчёт барабана 

      Зная  диаметр каната d_к и режим работы механизма, определяют диаметр барабана D₁, мм.

      Диаметр барабана или блока D₁, мм, огибаемого канатом, определяют по формуле:

      D₁=d_к*(e-1),                                                 (5)

      где e - 30 – коэффициент, зависящий от типа грузоподъёмной машины и режима её эксплуатации. Выбран для грузоподъёмных машин с весьма тяжелым режимом работы. [1]

      D₁ = 13,5*(30-1) = 391,5 мм.

      Получив диаметр барабана, принимаем ближайший  больший стандартный D = 400 мм.

      Определим длину барабана L, мм:

       ,                                                (6)

      где H - высота подъёма груза, 9 м;

            m - кратность полиспаста, 2;

            D - диаметр барабана по центру каната, 0,4165 м;

            t = d_к +3= 13,5+3 = 16,5 мм.

      

 м.

      Толщина стенки стального барабана δ, см приближённо  определяется по эмпирической формуле:

                                              δ = 0,02*D+(0,6…1,0)                                        (7)

      где D – диаметр барабана, 45 см;

      δ = 0,02*40+0,75 = 1,55 см.

      По  технологическим причинам толщина  стенок литых барабанов должна быть не менее 12 мм.

      Для барабанов длиной менее 3 диаметров напряжение от изгиба и кручения не превышает 15%, поэтому основным расчётном является расчёт на сжатие.

      L/D=532/400=1,33

      Напряжение  сжатия определяется по формуле:      

        ,                                           (8)

      

кН/см².

      Определим допускаемое напряжение сжатия , кг/см²:

,                                                    (9)

      где σ⁰ - предельное напряжение материала при данном напряжённом состоянии, 12 кг/см²; [2]

                К = 4,25 – коэффициент запаса прочности для стальных барабанов;

 кг/см²;

.

      Выбираем  способ крепления конца каната на барабане с помощью наружных прижимных планок. Так как диаметр каната меньше 31 мм, устанавливаем одну планку с двумя болтами.

      Нормами техники безопасности предусматривается  не менее 1,5 дополнительных витка, уменьшающих натяжение каната в месте крепления к барабану. Поэтому натяжение каната перед прижимной планкой S_кр, кН будет равно:

         ,                                                (10)

      где f = 0,11 – коэффициент трения между канатом и барабаном; [2]

            α = 3*π = 9,4245 – угол обхвата  барабана дополнительными витками  каната;

      

кН 

1.4 Выбор крюка и  грузовой подвески 

      Грузозахватные  приспособления предназначены для  захвата штучных и навалочных грузов при их перегрузке кранами. Они должны обеспечивать надёжность, удержания груза на весу и безопасную работу людей, сохранность груза и упаковки, быстрый захват и освобождение груза.

      Выбираем  однорогий крюк, изготовленный ковкой из материала Сталь 20Г. Выбираем заготовку крюка – Заготовка крюка 17А ГОСТ 6627-74. Наибольшая грузоподъёмность крюка (для 6М) – 5 т. Размеры:

      D = 120 мм;                              S = 90 мм;

      L = 415 мм;                               b = 75 мм;

      d = 80 мм;                                 d₁ = М64;

      h = 115 мм;                               l = 60 мм;

      l₁ = не менее 165 мм;               l₂ = не менее 90 мм;

      r = 20 мм;                                  r₁ = 125 мм;

      r₂ = r₄ = 14 мм;                          r₃ = 62 мм;

      r₅ = 155 мм;                               r₆ = 84 мм;       

      Масса – не более 18 кг.  

      Крюки монтируют в обоймах. Выбираем крюковую подвеску с верхним расположением  блоков.

      Для обеспечения требуемого натяжения  каната крюковая подвеска должна обладать достаточной массой. Масса подвески m_п для стреловых кранов должна составлять 3…8 % грузоподъёмности крана.

      m_п = Q*0,05 = 3,5*0,05 = 0,175 т. 

      1.5 Выбор двигателя,  редуктора и тормоза  механизма подъёма 

      Мощность  двигателя при установившемся движении N_дв, кВт определяется по формуле:

       ,                                                     (13)

      где Q = 3,5 т = 34,335 кН – вес поднимаемого груза;

            =4,7 м/мин = 0,08 м/с - установившаяся скорость подъёма груза;

            η - коэффициент полезного действия механизма подъёма.

      η = η_полис * η_муфты *η_редук,

      где η_редук = 0,96;

           η_муфты = 0,99;

      η = 0,98 * 0,99 * 0,96 = 0,93;

      

кВт.

      По  каталогу на двигатели выбираем двигатель МТК211-6. Его параметры:

      Мощность  на валу N_дв = 6 кВт (при ПВ = 40 %);

      Число оборотов двигателя в минуту n = 910 об/мин;

      Максимальный  крутящий момент M_max = 220 Н*м;

      Момент  инерции M_{max инерц} = 0,110 кг*м²;

      Масса m_дв = 110 кг.

      Определим скорость навивки каната на барабан  _бар, м/с:

      

бар = *m,

      где m = 2 – передаточное отношение полиспаста;

      

бар = 0,08*2 = 0,16 м/с.

      Определим число оборотов барабана n_бар, об/мин:

      n_бар = (60*

бар)/(π*D),

      где D = 400 мм = 0,4 м – диаметр барабана;

      n_бар = (60*0,16)/(3,14*0,4) = 6,8 об/мин.

      Определим передаточное число между двигателем и барабаном i:

      i = n/n_бар;

      i = 910/6,8 = 134

       Выбираем цилиндрический горизонтальный двухступенчатый редуктор Ц2У-315Н. КПД редуктора η_редук = 0,96.

Рис. 2. Выбранный редуктор Ц2У-315Н

      Таблица 1

      Размеры редуктора Ц2У-315Н