Козловые краны

Введение

Козловые краны различных типов все шире применяются во многих отраслях народного хозяйства на перегрузочных, монтаж­ных и других работах.

Конструктивные особенности козловых кранов в значительной мере определяются их назначением. Помимо изготавливающихся В относительно небольших количествах разнообразных кранов специального назначения, следует выделить краны для обслужи­вания гидротехнических сооружений, для строительных и монтажных работ, для сборки судов и козловые краны общего назначения, которые иначе называют также перегрузочными козловыми кра­пами.

Наибольшим распространением пользуются консольные коз­ловые краны общего назначения, обслуживающие склады штучных и насыпных грузов, железнодорожные контейнерные площадки, нижние склады леспромхозов и т. п.). Они также широко исполь­зуются на различных технологических объектах: полигонах по производству железобетонных изделий, открытых сборочных пло­щадок заводов и т. п. Грузоподъемность этих кранов назначается в пределах 3—50 т; они изготавливаются преимущественно с двухконсольными мостами.

Все возрастающее распространение козловых перегрузочных кранов в отечественном народном хозяйстве является следствием того, что они, подобно мостовым, обладают высокой производи­тельностью и просты в управлении. Козловые краны не требуют устройства подкрановых эстакад (что па 40—60% снижает стои­мость перегрузочной установки) и могут перемещать груз из про­летной части на консоли моста; монтаж их значительно проще при практически одинаковой трудоемкости эксплуатации.

В частности, козловые краны стали основным средством меха­низации перегрузочных работ на прирельсовых складах и перегру­зочных площадках, все больше возрастает применение их в про­мышленности строительных материалов.

Такие краны позволяют наиболее целесообразно организовать склад за счет размещения транспортных путей под консолями. Наличие последних способствует более полному использованию несущей способности моста, позволяя обслуживать площадки ши­риной до 60 м. При использовании для этого мостовых кранов по­требовалось бы применение уникальных большепролетных кон­струкций или установки двух параллельных эстакад с дорого­стоящими устройствами для межпролетной передачи грузов.

2. Обзор существующих конструкций

Из числа изготавливаемых в настоящее время можно выделить универсальные краны для обслуживания складов разнообразных штучных и массовых грузов.

Такие краны (например, модели К-6Б Московского механиче­ского завода, 8Т40 конструкции ВНИИПТМАШ — УМЗ) изготав­ливаются с пролетами от 12 до 32 м, высота подъема груза варьи­руется в пределах 7—9 м, рабочие вылеты консолей не превосхо­дят 6—8 м.

Краны для обслуживания контейнерных перегрузочных площа­док первоначально были разработаны Проектно-конструкторским технологическим бюро Главного управления пути и строительства МПС и в настоящее время серийно в раз­личных модификациях изготавливаются различными предприя­тиями (К-4М Московского механического завода, МПС-5к и КДКК-10 Тульского завода железнодорожного машиностроения и др.).

Эти краны характеризуются относительно малыми пролетами (в пределах 11—16 м), при консолях до 4,2—4,5 м, и повышенными скоростями рабочих движений, в особенности скоростью передви­жения, достигающей 90—100 м/мин.

Основным изготовителем кранов для работы с длинномерными и крупногабаритными грузами (лес, прокатный металл и т. п.) яв­ляется Узловский машиностроительный завод. Эти краны изготавливаются с увеличенной колесной базой, назначаемой из расчета обеспечения перемещения груза в поперечном направле­нии из пролетной части на консоли без его разворота, и снабжаются грузовыми подвесками с удлиненными траверсами. Пролеты их составляют не менее 25—30 м, консоли доходят до 9—12 м.

По типу опирания моста различают козловые краны с обеими жесткими или с одной гибкой, а другой жесткой опорами. Послед­ние иногда выполняют с шарнирным опиранием моста на гибкую опору.

Краны первого типа обычно получаются конструктивно более простыми за счет применения в них одинаковых опор; при этом уменьшаются изгибающие моменты от действия перекосной на­грузки и горизонтальные динамические нагрузки, действующие при работе механизма подъема крана.

Однако в таких кранах приходится считаться с наличием рас­порных усилий, отражающихся не только на напряженном состоя­нии стоек опор и моста, но и на условиях работы подкрановых путей. Кроме этого краны весьма чувствительны как к погрешно­стям укладки путей, так и отклонениям пролета крана; с увеличе­нием последнего до 25—30 м начинают заметно сказываться терми­ческие воздействия.

Поэтому перегрузочные краны с обеими жесткими опорами применяют преимущественно при пролетах до 20—25 м. В случае необходимости установки крана на временные пути одна из опор обязательно должна быть гибкой вне зависимости от пролета.

Бесконсольные монтажные краны обычно имеют ре­шетчатый мост, жестко связанный с одной пространственной опо­рой. Вторая опора гибкого типа часто сопрягается с мостом с по­мощью цилиндрического шарнира. Грузоподъемность наиболее часто применяемых бесконсольных монтажных кранов колеблется в пределах 15—50 т.

Специфика монтажно-строительных работ обусловливает требо­вание использования крана с различными пролетами и высотами подъема крюка.

Поэтому бесконсольные краны нередко изготавливают из от­дельных секций; конструкция их приспосабливается к сборке непо­средственно на монтажных площадках и условиям перебазировок.

За последнее время нашли применение, преимущественно на объектах энергетического строительства, комбинированные краны. У этих кранов помимо главной грузовой тележки, перемещаю­щейся по верхнему поясу в пределах пролета моста, имеется вспо­могательная тележка (грузоподъемностью 5—10 т), которая может выходить на консоли нижнего пояса моста.

Для рассматриваемых кранов находят применение металличе­ские конструкции самых различных видов: ферменные с трубча­тыми и профильными элементами, листовые сплошностенные и безраскосные, из одиночных труб и т. п.

При грузоподъемности до 5 т и среднем режиме работы в каче­стве грузовой тележки обычно используются типовые электрические тали, перемещающиеся по ездовой монорельсовой балке, конструкция моста здесь получается наиболее простой.

Монорельсовые канатные и самоходные тележки применяются в кранах и более высокой грузоподъемности — до 20—30 т. Не­смотря на простоту конструкции моста такие тележки нецелесооб­разно применять в кранах тяжелого режима работы вследствие относительно быстрой выработки рабочих поверхностей полок монорельса. Кроме этого монорельсовые тележки неудобны для навешивания траверс и других захватных органов, применя­ющихся при транспортировке длинномерных и крупногабаритных грузов.

Двухрельсовые тележки выполняют как подвесными, так и опорными.

Подвесные тележки при выполнении их са­моходными, относительно сложны по конструкции и создают определенные трудности при компоновке металлической конструк­ции крана, в особенности в узлах примыкания опор­ных стоек к пролетному строению. Однако мосты в таких кранах конструктивно просты и обладают относительно малой металлоемкостью.

Недостатков кранов с подвесными тележками ли­шены краны с опорными тележками, перемещаю­щиеся по рельсам, уложен­ным на верхние пояса ба­лок моста. Здесь обычно удается при­менить типовые грузовые тележки мостовых кра­нов; за счет применения двухбалочных мостов на 1—2 м снижается общая строительная высота кра­на, что является целесо­образным.

Однако двухбалочные мосты сложны и трудоемки по конструкции; вес кра­нов такого типа на 25— 60% больше, чем у кра­нов с однобалочными мо­стами.

Некоторые предприя­тия изготавливают краны с опорными грузовыми те­лежками, перемещающи­мися по внутренним на­правляющим пролетного строения. Пре­имуществами этих кра­нов являются сниженная

строительная высота и возможность защиты тележки от атмос­ферных осадков (при сплошной зашивке верхнего пояса). В то же самое время здесь затруднено обслуживание грузовой тележки; мосты открытого сечения сложны в изготовлении и на 15—25% тяжелее однобалочных мостов замкнутого сечения.

3. Выбор схем механизмов и проведение их расчетов

3.1. Механизм подъема

Принимаем схему механизма подъема – с плавающим валом (рис 2).

Рис 2.

1. Двигатель

2. Быстроходная муфта МУВП

3. Плавающий вал

4. Муфта с тормозным шкивом

5. Горизонтальный крановый редуктор

6. Встроенная в корпус барабана зубчатая муфта

7. Барабан

8. Уравнительный блок

9. Подвеска

10. Канат

11. Подшипниковый узел

Данная схема механизма подъема используется в случае когда , где А – межосевое расстояние редуктора, D – диаметр барабана механизма подъема, Dдв – ширина электродвигателя.

Расчет механизма подъема:

1. Определяем максимальное усилие в канате механизма подъёма.

,

где Q – характеристика грузоподъёмности;

q – сила тяжести подвески (0,25Q)

- количество полиспастов,

m – кратность полиспаста,

КПД полиспаста.

Согласно [1, т2, табл. V.2.17] принимаем .

2. Определяем разрывное усилие и подбираем тип каната.

где коэффициент запаса прочности каната.

Согласно [1, т2, табл. V.2.4] принимаем K=5.

Согласно [1, табл. V.2.3], с учётом разрывного усилия кН, подбираем по ГОСТ 2688-80 канат двойной свивки типа ЛК-Р, проволок с одним органическим сердечником, диаметром мм и разрывное усилие кН, при мПа (140 кгс/мм2).

3. Определяем минимально допустимый диаметр барабана.

где е – коэффициент, зависящий от режима эксплуатации и от типа крана.

Согласно [1, т2, табл. V.2.4], для всех кранов кроме башенных и режима работы 2М, е=20.

4. Определяем потребную мощность двигателя.

, кВт

где скорость подъёма груза, м/сек;

общий КПД механизма подъёма груза.

Принимаем .

Согласно [1, т1, табл. II.1.11] по найденной мощности, с учётом режима ПВ 25% подбираем электродвигатель MTF 411-6 переменного тока с фазным ротором, со следующими параметрами:

Р=27 кВт, n=955 мин-1, Мmax=638 , I=0,5 .

5. Определяем частоту вращения барабана.

6. Определяем общее передаточное отношение редуктора.

7. Выбираем тип редуктора.

Согласно [3, табл. 67], для механизма подъёма груза по передаточному числу и по мощности электродвигателя выбираем редуктор цилиндрический, двухступенчатый, горизонтальный, крановый типоразмера Ц2-350 и передаточным отношением u= 32,42.

8. Определяем размеры барабана.

Согласно [1, т2, табл. V.2.13] принимаем по диаметру каната параметры канавок:

- радиус канавки мм;

- глубина канавки мм;

- шаг между двумя канавками мм.

- радиус скругления краев канавки мм.

Материал барабана Сталь 20( МПа)

9. Определяем общее число витков.

где Н – высота подъёма крюка;

средний диаметр каната на барабане,

м;

число запасных витков.

Согласно [1, т2, стр. 265] . Принимаем ;

число витков, занятых креплением.

Согласно [1, т2, стр. 265] . Принимаем .

10. Определяем длину нарезной части с одной стороны барабана (включая участок для закрепления канатаОпределяем длину нарезной части с одной стороны барабана()).

где шаг канавки.

11. Определяем длину барабана.

где длина гладкой части барабана.

12. Определяем толщину стенки барабана.

,

Принимаем мм.

13. Проверяем найденную толщину стенок на сжатие.

МПаМПа

a. Определим тормозной момент.

Нм

где коэффициент запаса торможения.

b. Выбираем тип тормоза.

По найденному тормозному моменту и режиму эксплуатации, согласно [1, т2, табл. V. 2.20], выбираем колодочный тормоз переменного тока марки ТКТ-200, C тормозным моментом

c. Крепление каната к барабану.

Крепление осуществляем двумя накладками.

14. Определим натяжение закрепленного конца каната.

где S – наибольшее натяжение ветви каната.

коэффициент трения между канатом и барабаном.

Согласно [4, стр. 63] Принимаем

угол обхвата барабана запасными витками каната.

Согласно [4, стр. 63] Принимаем

15. Определим необходимую силу нажатия прижимных болтов.

Н

где приведенный коэффициент трения между канатом и накладкой с учётом её желобчатой формы канавки.

Согласно [4, стр. 63] при полукруглых канавках .

16. Определяем необходимый диаметр болта.

см

17. Расчёт барабана по напряжениям изгиба и кручения.

Определим изгибающий и крутящий моменты.

где усилие в ветви каната, набегающей на барабан.

18. Определяем осевой и полярный момент сопротивления.

где

19. Определим напряжения изгиба и кручения.

20. Определим суммарные напряжения в теле барабана.

,

Проверка выполнена.

21. Подбираем муфту на быстроходный и тихоходный валы редуктора.

Быстроходный вал:

Муфту выбираем в зависимости от передаваемого вращающего момента и условий работы по формуле:

где действующий вращающий момент;

коэффициент запаса прочности.

коэффициент, учитывающий степень ответственности соединения.

Согласно [1, т2, табл. V.2.36] принимаем ;

коэффициент режима работы.

Согласно [1, т2, табл. V.2.37] принимаем ;

коэффициент условного смещения.

Согласно [1, т2, табл. V.2.38] принимаем ;

По [1, т2, табл. V.2.41] выбираем по расчётному моменту , согласно [1, т2, табл. V.2.41], муфту упругую втулочно-пальцевую муфту МУВП – 500 ГОСТ с тормозным шкивом.

Диаметр тормозного шкива .

Тихоходный вал:

Выбираем зубчатую муфту МЗ – 16000, ГОСТ 5006-83 согласно [1, т2, табл. V.2.39].

22. Проверяем время пуска механизма.

где коэффициент, учитывающий влияние вращающихся масс привода механизма (кроме ротора двигателя и муфты).

Согласно [2, стр. 395] Принимаем ;

частота оборотов двигателя;

пусковой момент двигателя;