[pic] МАДИ (ТУ)

Кафедра дорожно-строительных машин

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Кран козловой

ПТМ 00.000.ПЗ.

Студент: Степаненко А.С.

Руководитель: Шестопалов К.К.

Группа: 4ДМ2

МОСКВА 1995

Содержание
1 Введение

2 Назначение

3 Техническая характеристика

4 Описание

5 Расчёты

5.1 Расчёт устойчивости крана

5.2 Расчёт механизма подъема

5.3 Расчёт механизма перемещения крана

5.4 Расчёт механизма перемещения тележки

5.5 Расчёт металлоконструкции

6 Литература

1. Характеристика козловых кранов :
Козловые краны применяют для обслуживания открытых складов и погрузочных площадок, монтажа сборных строительных сооружений и оборудования , промышленных предприятии , обслуживания гидротехнических сооружений , перегрузки крупнотоннажных контейнеров и длинномерных грузов. Козловые краны выполняют преимущественно крюковыми или со специальными захватами.
В зависимости от типа моста , краны делятся на одно- и двухбалочные.
Грузовые тележки бывают самоходными или с канатным приводом. Грузовые тележки двухбалочных кранов могут иметь поворотную стрелу.
Опоры крана устанавливаются на ходовые тележки , движущиеся по рельсам.
Опоры козловых кранов выполняют двухстоечными равной жёсткости , или одну
-жёсткой , другую -гибкой(шарнирной).
Для механизмов передвижения козловых кранов предусматривают раздельные приводы. Приводными выполняют не менее половины всех ходовых колёс.
Обозначение по ГОСТ : Кран козловой 540-33 ГОСТ 7352-75

2. Цель и задачи работы :
Цель настоящей работы-освоение основных расчётов грузоподъёмных машин на примере бесконсольного козлового крана общего назначения.
Непосредственные задачи работы :
1. Изучение конструкции козлового крана
2. Определение основных массовых и геометрических характеристик козлового крана
3. Определение внешних нагрузок на кран
4. Проверка устойчивости крана
5. Определение опорных давлений
6. Расчет и подбор механизмов подъема груза , передвижения тележки и крана.

3. Исходные данные для выполнения работы :

|тип крана |без консолей |
|грузоподъемность |50 тонн |
|ширина обслуживаемой площадки |29 метров |
|высота подъема грузов |20 метров |
|скорость передвижения тележки | |
|скорость передвижения крана | |
|режим работы |4м |

4. Определение основных геометрических и массовых характеристик крана :

|параметры крана |расчётные значения для крана |
|пролет |L=1,1B=32 |
|м. | |
|база |Б=0,25L=0,25*32=8 |
|м. | |
|габаритная длинна м. |l=1.15L=1.15*32=36.8 |
|габаритная высота м. |h=1.4H=28 |
|габаритная ширина м. |b=1.25Б=125*48=10 |
|высота сечения моста м. |hm=0.1L=0.1*32=3.2 |
|ширина сечения моста м. |bm=0.08L=0.08*32=2.56 |
|размер жёсткой опоры м |lж=1.3hm=1.3*3.2=4.16 |
|размер гибкой опоры м. |lг=0.25hm=0.25*3.2=0.8 |
|общая масса крана т. |Gкр=0.25L[pic] |
|масса тележки ,траверсы крюка |Gт=0.15Q=7.5 |
|т. | |
|масса подъемных лебёдок |Gпл=0.2Q=10 |
|т. | |
|масса тяговой лебёдки |Gтл=0.03Q=1.5 |
|т. | |
|масса ходовых тележек |Gхт=0.27(Gкр-Gт-Gпл-Gтл)=16.47 |
|т. | |
|масса металлоконструций |Gm=0.73(Gкр-Gт-Gпл-Gтл)=44.53 |
|т. | |
|масса гибкой опоры |Gго=0.29Gм/(1+L/H)=4.97 |
|т. | |
|масса жёсткой опоры |Gжо=2.5Gго=12.43 |
|т. | |
|масса моста |Gмот=Gм-Gго-Gжо=27.13 |
|т. | |
| | |

Принятые значения дают вожможность определить координаты центров масс отдельных элементов и крана в целом , относительно оси абсцисс , проходящей через головни рельсов и оси ординат , проходящей через точку опоры на рельсы жёсткой опоры крана.

значение координат центра масс крана и его элементов и их статические моменты:
|наименование |масса | х | у | | |
| | | | |Gx |Gy |
|тележка с | |хт=(L-B)/2= |yт=(h+H)/2=24 |11.25 |180 |
|траверсой |7.5 |1.5 | | | |
|подъемные лебёдки| 10|х=0 |упл=h-hm= 24.8|0 |248 |
|тяговая лебёдка | |х=0 |утл=h-hm/2=26.4 |0 |39.6|
| |1.5 | | | | |
|ходовые тележки | |ххт=L/2=16 |yхт=0.5 |263.52|8.24|
| |16.47 | | | | |
|гибкая опора | |xго=L=32 |yго=(h-hm)/2=12.4|159.04|61.6|
| |4.97 | | | |3 |
|жёсткая опора | |xжо=-lж/3=1.39|yжо=0.67(h-hм)=16|17.28 |205.|
| |12.43 | |.53 | |5 |
|мост | |хм=(L-lж)/2=13|ум=h-hm/2=18.7 |377.65|507.|
| |27.13 |.9 | | |3 |

[pic] [pic]

Определение координат центра масс всего крана :

хк=828.74/80=10.36 ук=1250.31/80=15.63

5. Определение внешних нагрузок на кран.

5.1 Определение ветровых нагрузок (ГОСТ 1451-77)
Для рабочего состояния:
Wp=0.15*F*[pic]*c*n
F-наветренная площадь
[pic]-коэффициент сплошности с-аэродинамический коэффициент n-высотный коэффициент
Площадь моста :
Fm=lhm=36.8*3.2=117.76 m2
Площадь жёсткой опоры :
Fжо=0.5lж(h-hm)=0.5*4.16*(28-3.2)=51.58m2
Площадь гибкой опоры :
Fго=lго(h-hm)=0.8*(28-3.2)=19.84

Ветровая нагрузка в в рабочем состоянии
|элемент| F | | n| | Wp| x | | Wpx | Wpy |
| | |[pic] | |c | | |y | | |
|мост |117.76|0.45 |1.37 |1.4 |15.25 |13.92 |18.70 |212.28|285.20|
|ж.о. |51.58 |0.45 |1.25 |1.4 |6.1 |1.39 |16.53 |-8.50 |100.80|
|г.о. |19.84 |0.45 |1.25 |1.4 |2.34 |32 |12.4 |80 |29 |
|[pic][p| | | | |23.96 | | |283.78|415 |
|ic] | | | | | | | | | |
|груз | 25| 1 |1.25 |1.2 | | |24.8 | |139.50|

Поскольку опоры лежат в разных ветровых с мостом , то и значение n выбираем соответственно.
Для нерабочего состояния :
Wнр=0.7*F*[pic]*n*c*[pic]

[pic]Ветровая нагрузка в нерабочем состоянии :
|элемент| F| | n| | Wнр | | | Wнрx| Wнрy |
| | |[pic] | |c | |x |y | | |
|мост |117.76|0.45 |1.37 |1.4 |78.26 |13.92 |18.70 |1089.4|1463.5|
|ж.о. |51.58 |0.45 |1.25 |1.4 |31.28 |1.39 |16.53 |43.48 |488.55|
|г.о. |19.84 |0.45 |1.25 |1.4 |12.03 |32 |12.4 |384.9 |149.18|
| | | | | |121.57| | |1430.8|2101.5|
|[pic] | | | | | | | | | |

5.1. Определение инерционных нагрузок.

Инерционные нагрузки определяются для периодов неустановившегося движения крана, рагона и торможения крана в целом , его грузовой тележки , а также механизма подъема. Для погрузочно-разгрузочных козловых кранов принимаем допустимое ускорение а=0.3м/с2. Координату точки подвеса груза принимаем равной h, поскольку грузовая тележка движется по верхней панели моста.

Инерционные нагрузки , действующие в направлении подкрановых путей :
|движущаяся масса|сила инерции |координата силы|опрокидывающиймо момент |
| |Р |у | |
| кран |Рк=Gка=24 | | |
| | |15.63 |375.12 |
| груз |Ргр=Qа=15 | | 372|
| | |24.8 | |

5.2.1. Горизонтальная инерционная нагрузка направленная поперёк подкрановых путей.
Она возникает при разгоне и торможении тележки с грузом
Рт=(Gт+Q)a=(7.5+50)*0.3=17.25

5.2.2. Вертикальная инерционная нагрузка направленная поперёк подкрановых путей.

Она возникает при поднимании и опускании , раразгоне и торможении груза
Ргр=1.1Qа=1.1*50*0.3=16.5

6. Проверка устойчивости крана в рабочем и нерабочем состоянии :

Устойчивость в рабочем состоянии оценивается коэффициентом , который определяется отношением удерживающего момента , создаваемого массовыми силами крана и груза с учётом влияния допустимого при работе уклона, к опрокидывающему моменту , создаваемому внешними нагрузками, отросительно ребра опрокидывания. это отношение во всех случаях должно быть не менее
1.15

Рассмотрим сумму удерживающих моментов для 1-го расчётного состояния :
[pic]уд=10Gк(Б/2соs[pic][pic]-yкsin[pic])+(10Q-Pгр)*(Б/2cos[pic]- yгsin[pic])=5062.94

для козловых кранов максимально допустимое [pic]=00101

Рассмотрим сумму опрокидывающих моментов для 1-го расчётного случая :
[pic]опр=Pкук+Ргрупг+[pic]ру+Wгрупг=1301.62

Проверка устойчивости К=5062.94/1301.62=3.9

Рассмотрим 2-ое расчётное положение :
Условия : кран движется под углом к горизонту с углом ( , ветровая нагрузка направлена в сторону движения крана .

Рассмотрим сумму удерживающих моментов :

[pic]=10[pic](Б/2соs[pic]-[pic]sin[pic])=3163.72
Рассмотрим сумму опрокидывающих моментов :
([pic]=[pic][pic]+([pic]y=790.12
Проверка устойчивости К=3163.72/790.12=4

Проверка устойчивости крана в нерабочем положении

Рассмотрим сумму удерживающих моментов :
([pic] =10[pic](Б/2cos(-[pic]sin()=3163.72
Рассмотрим сумму опрокидывающих моментов :
([pic]=([pic]y=2101.5
Проверка устойчивости К=3163.72/2101.5

7. Опредиление опорных давлений .

7.1 . Максимальная нагрузка на одну из четырёх опор :

Для рабочего состояния :
[pic]
Для нерабочего состояния :
[pic]

7.2. Расчётная нагрузка на одно колесо .
Поскольку грузоподъёмность расчитываемого крана 50 т. , принимаем число колёс в каждой опоре равной 2 .
[pic]

Выбираем двухребордное колесо , конического исполнения по ГОСТ 3569-74 с нагрузкой на рельс 320kH,диаметром D=710 мм , шириной В= 100мм , рельс КР-
80 , радиус r=400мм

7.3. Выбор материала крановых колёс .
[pic][pic]

где [pic] - контактное напряжение смятия mk - безразмерный коэффициент , зависящий от соотношения D/2r , по таблице принимаем 0.47
Принимаем сталь 40ХН с [pic]=2200мПа
8. Расчёт и подбор механизма подъёма груза .

8.1. Краткая характеристика и задачи расчёта .

Механизм подъёма груза предназначен для перемещения груза в вертикальном направлении . Он выбирается в зависимости от грузоподъёмности . Для нашего случая механизм включает в себя сдвоенный пятикратный полиспаст .
Привод механизма подъёма и опускания груза включает в себя лебёдку механизма подъёма . Крутящий момент , создаваемый электродвигателем передаётся на редуктор через муфту . Редуктор предназначен для уменьшения числа оборотов и увеличения крутящего момента на барабане .
Барабан предназначен для преобразованя вращательного движения привода в поступательное движение каната .

Схема подвески груза :

8.1. КПД полиспаста :

[pic]
[pic] -кратность полиспаста [pic]=5

[pic]- кпд одного блока [pic]=0.98

8.2. Усилие в ветви каната , навиваемой на барабан :
[pic] z -число полиспастов z=2

[pic] -коэффициент грузоподъёмности , учитывающий массу грузозахватных элементов [pic]=1.1

8.3. Расчётная разрывная нагрузка :
[pic]
К=5.5 коэффициент запаса прочности

8.4. Выбор каната по расчётному разрывному усилию :

Выбираем канат двойной свивки типа ЛК-РО конструкции 6*36 ГОСТ 7669-80 с разрывным усилием не менее 364.5 кН и диаметром d=27 мм

8.5. Конструктивный диаметр барабана :
[pic] е- коэффициент пропорциональности в зависимости от режима работы е=25
Окончательно диаметр выбираем из стандарного ряда , ближайшее большее
Dб=710

8.6. Рабочая длинна барабана с однослойной навивкой каната :
[pic] а-число ветвей каната а=2 t-шаг винтовой нарезки , принимаемый в зависимости от диаметра барабана t=31.25

Полная длинна барабана :
[pic]
8.8. Толщина стенки барабана :

Принимаем из условия [pic]
Принимаем [pic]=27

8.9. Выбор материала барабана :

Напряжения сжатия равны :
[pic]
Напряжения , возникающие при изгибе :
[pic]
Напряжения , возникающие при кручении :
[pic]
Суммарные напряжения возникающие в теле барабана :
[pic]
Выбираем материал сталь 35Л у , которой предел прочности при изгибе [pic]
[pic]
Кз -коэффициент запаса прочности Кз=1.1
Следовательно нагрузки на барабан не превосходят допустимых .

8.10. Усилия в ветви каната , набегающей на барабан и закреплённой в нём :
[pic]
[pic] -коэффициент трения [pic]=0.12

[pic] -дуга охвата канатом барабана [pic]

8.11. Определение силы затяжения на одну шпильку :

[pic] z-число шпилек
Сила затяжки на всё соединение :
[pic]
[pic]
Число шпилек :z=4
Принимаем резьбу d=24
[pic] -коэффициент трения в резьбе [pic]
Суммарное напряжение в теле шпильки :
[pic]
[pic]предел прочности
[pic] -предел текучести
Так как 146.96[pic]196 -число шпилек удовлетворяет условию прочности .

8.12. Подбор крюка :

Выбираем подвеску крюковую крановую , грузоподъёмностью 50 т. по ГОСТ
24.191.08-87 , для средних условий работы , с пятью блоками , массой 1361 кг , типоразмер 5-50-710 под канат диаметра 23[pic]28

8.13. Частота вращения барабана :
[pic]

8.14. Необходимая мощность механизма подъёма груза :
[pic]
[pic] -кпд механических передач
[pic] -крутящий момент на барабане .
[pic]

По таблицам принимаем двигатель типа МТКН 412-6 мощьность N=36 кВт , частота вращения n=920 об/мин , номинальный момент двигателя Mн=0.37 кНм

8.15. Выбор редуктора :

Принимаем редуктор цилиндрический вертикального исполнения ВКУ-765 , передаточное число i=71 , межосевое расстояние а=765 .

8.16. Выбор муфты :

Выбираем зубчатую муфту с тормозным барабаном . Передаваемый муфтой крутящий момент :
[pic]
По таблицам выбираем муфту с передаваемым моментом 710 Н , с тормозным барабаном Dt=710 , тип МЗ-2 , момент инерции J=0.05 кг[pic]м2

8.17. Подбор тормоза :

Расчётный тормозной момент :
[pic]
Кт-коэффициент запаса торможения Кт=1.75
Выбираем тормоз ТКГ-300 , тормозной момент 0.8 кН

8.18. Определение времени разгона механизма .

[pic]
[pic]

8.20. Проверка тормоза по мощности трения .
[pic] т.к. 0.3[pic]1.3 ,где 1.3-[pic]-допускаемая мощность торможения , значит тормоз подходит .

9. Расчет и подбор оборудования механизма перемещения крана.

Механизм передвижения крана служит для перемещения крана по рельсам .
Кинематическая схема механизма :

1-двигатель
2-муфта
3-редуктор
4-тормоз
5-шестерни
6-ходовое колесо

9.1. Общее статическое сопротивление передвижению крана без груза :
[pic]

Dk -диаметр ходового колеса f -коэффициент трения кочения f=0.0007
[pic] -коэффициент трения качения в подшипниках ходовых колёс r-радиус цапфы r=0.071 м

9.2. Сопротивление качению крана без груза :
[pic]
Kобщ -число колёс крана
Кпр-число приводных колёс

9.3. Проверка коэффициента сцепления :

[pic]
[pic]
[pic]-коэффициент сцепления колеса с мокрым рельсом так как 3>1.2 , то по запасу сцепления механизм подходит

9.4. Суммарное статическое сопротивление передвижению жёсткой опоры :
[pic]

xв -координата центра ветрового давления

9.5. Расчётная мощность одного двигателя :
[pic]
Выбираем двигатель MTF-111-6 , мощность N=4.1 кВт , частота вращения n=870 об/мин , момент инерции J=0.048 , максимальный момент М=85 Нм

9.6. Подбор редуктора .

Частота вращения колёс крана :
[pic]
Необходимое передаточное отношение механизма передвижения крана :
[pic]
Расчётное передаточное отношение редуктора :
[pic] iоп -передаточное отношение открытой передачи
Выбираем редуктор горизонтального исполнения серии Ц2У-250 , с передаточным отношением i=40 .

9.7. Выбор тормоза механизма передвижения .

Выбираем тормоз типа ТКТ-200 , с тормозным моментом М=160 Нм

10. Расчёт и подбор механизма передвижения тележки .

Механизм передвижения тележки служит для перемещения по рельсам , положенной на балку моста , тележки , несущей на себе грузозахватное устройство . Перемещение тележки осуществляется при помощи канатного устройства , лебёдкой . Схема запасовки каната механизма перемещения тележки :
10.1. Ориентировочное значение нагрузки на каток тележки :

[pic]
Выбираем катки тележки - двухбордные колёса d=320 мм, ширина В=80 мм .
Напряжение сжатия колеса при точечном контакте :

Выбираем материал сталь 40ХН , для которого [pic]=2200мПа

10.2. Общее сопротивление перемещения тележки :
[pic] r-радиус цапфы r=32 мм

С учётом дополнительного сопротивления от натяжения грузового каната и провисания , тяговое усилие в канате :
[pic]
Расчётная разрывная нагрузка на канат :
[pic] к-коэффициент запаса к=5.5
Принимаем канат двойной свивки типа ЛК-РО конструкции 6*36 ГОСТ 7669-80 , диаметр каната d=11.5 мм , разрывное усилие 75.1 мПа маркировочная группа 1764 мПа .

10.3. Диаметр тягового барабана и частота его вращения :
[pic]
Принимаем Dтб=300 мм
[pic]
Частота вращения nтб=20.44 об/мин

10.4. Мощность приводного двигателя :
[pic]
[pic] -кпд механическое
[pic]-кпд блока n-число блоков n=3

Выбираем двигатель MTF-112-6 , мощность N=5.8 кВт , частота вращения n=915 об/мин , максимальный момент М=137 Нм , момент инерции J=0.064 кг....

10.5. Необходимое передаточное отношение механизма :
[pic]
Принимаем редуктор ЦЗУ-160 , с передаточным отношением i=45 , крутящем моментом М=1000 Нм

10.6. Выбор муфты .

Крутящий момент на барабане :
[pic]
[pic]
Принимаем муфту МЗ-1 , передаваемый момент М=0.2 кНм , диаметр тормозного барабана D=200 мм , момент инерции муфты J=0.032kH[pic]м

10.7. Выбор тормоза .

Расчётный тормозной момент :

Выбираем тормоз ТТ-200 , тормозной момент 0.2 кНм

11. Расчёт металлоконструкции крана .

Принимаем : мост крана выполнен из двух коробчатых балок , по которым проложены рельсы грузовой тележки .
Принимаем высоту балок 0.75 м , ширину 0.05 м . Сталь горячекатанная .
Модуль упругости Е=206(10[pic] Па , расчётное сопротивление R=240(10[pic]Па
.

Вес одной балки(распределённаянагрузка) 0.94 кН/мвес груза и грузоподъемной тележки F=57.5 кН

11.1.Построение эпюр .

Реакции опор от действия груза :
F/2=28.75 кН
Воздействие от распределённой нагрузки : ql/2=0.99*32/2=15.04 кН
Построение эпюр изгибающих момеитов .
От действий груза :
[pic]
[pic]
От действия распределённой нагрузки :
[pic]
[pic]
11.2. Осевой момент сопротивления сечения :
[pic]
Осевой момент инерции : [pic]
[pic]
[pic]

11.3. Нормальные напряжения возникающие при изгибе балки моста :
[pic] так как расчётное сопротивление R=240 мПа , а напряжения , возникающие в балке 12.9 мПа , то прочность балки , при статическом приложении нагрузки , обеспечина .

12. Расчёт металлоконструкции при динамическом действии нагрузки .

12.1. Расчёт на ударное приложение нагрузки .

При расчёте , для его упрощения принимаем ряд допущении :
1. при ударной нагрузке в элементах конструкции возникают только упругие деформации и расчитываемая система является линейно диформируемой
2. сам удар считается неупругим

3. потеря части энергии на нагревание соударяющихся тел и местные деформации в зоне контакта не учитываются
Принимаем следующие условия расчёта : груз весом 50кН падает с высоты на середину свободно лежащей балки моста пролётом l=32 м , расчётное сопротивление стали R=240 мПа , допустимая величина прогиба для козловых кранов с гибкой опорой fд=1/1000 или 32/32000 .
Прогиб динамический :
[pic],но [pic] где k-динамический коэффициент тогда :
[pic] k=0 , k=8 ,т.к. при k=0 рассчёты не имеют смысла принимаем k=8.

12.2 Нормальные напряжения от прогиба при ударе :

[pic] т.к. [pic] то балка удовлетворяет условиям на прочность при ударе.

ЛИТЕРАТУРА

1. Курсовое проектирование грузоподъёмных машин . Ред . Козак С.А.

-М:Высш. шк., 1989.-319 с.
2. Справочник по кранам . Александров М.П.,Гохберг М.М., том 1,2.

-Л:Машиностроение ,1988.
3. Подъёмно-транспортные машины . Атлас конструкций .,под ред. Александрова
М.П. и Решетникова Д.Н.-М.:1987.