Лекции В.Н.Богачева (ГЛАВА 8. МЕХАНИЗМЫ ПОВОРОТА)

Посмотреть архив целиком

94


Технологические грузоподъемные машины.

_______________________________________________________________________________

Глава 8. Механизм поворота.

Исходные данные для проектирования механизма поворота:

FQ – грузоподъемная сила, H;

L– максимальный вылет стрелы крана, м;

Gi – веса отдельных узлов поворотной части крана, H;

Xi – расстояния от оси вращения крана до центров тяжести отдельных узлов поворотной части крана, м;

nкр 3 мин-1- частота вращения крана;

группа режима работы механизма поворота (1М, … ,6М);

t– время работы механизма поворота за весь срок службы ГПМ, ч;

- коэффициент эквивалентности (при известных t и группе режима работы);

ПВ - относительная продолжительность включения.

§1. Примеры схем механизмов поворота .


Примеры схем механизмов поворота представлены на рис.8.1.

Обозначения, принятые на рис.8.1:


Gм ,Gт ,, ,Gпр – веса соответственно металлоконструкции, тали, механизма подъема, механизма поворота, противовеса;

Xм ,, ,Xпр – расстояния от оси вращения крана до центра тяжести узла с соответствующим индексом;

Fг– горизонтальные силы, действующие на опорные узлы;

Fв – вертикальная сила, действующая на опорный узел;

hп – расстояние между серединами опор, воспринимающих силы Fг.










Рис 8.1. 1-электродвигатель; 2-муфта; 3-тормоз; 4-редуктор;

5 и 7 – шестерня и колесо открытой зубчатой передачи;

6-предохранительная муфта; 8-таль; 9-механизм подъема; 10-противовес.

На рис.8.1,а,б представлены схемы кранов с вращающейся колонной с металлоконструкцией балочного типа: рис.8.1,а – вылет крана - переменный, механизм поворота установлен на полу цеха; рис.8.1,б – вылет крана - постоянный, механизм поворота смонтирован на колонне крана.

На рис.8.1,в,г представлены схемы кранов на неподвижной колонне с металлоконструкцией балочного типа: рис.8.1,в – вылет крана – переменный, механизм поворота смонтирован на поворотной части крана; рис.8.1,г – кран с противовесом, вылет крана - постоянный, механизм поворота установлен на полу цеха.

§2. Опорные узлы.

  1. Силы, действующие на опоры.

    1. Горизонтальные силы Fг.

а) краны с постоянным вылетом.

,

где и - веса отдельных узлов поворотной части крана, расположенных относительно оси вращения крана соответственно со стороны груза и со стороны, противоположной грузу;

и - расстояния от оси вращения крана до центров тяжести отдельных узлов поворотной части крана, расположенных относительно оси вращения крана соответственно со стороны груза и со стороны, противоположной грузу.

б) краны с переменным вылетом.

.

    1. Вертикальная сила Fв.

а) краны с постоянным вылетом.

.

б) краны с переменным вылетом.

.

  1. Конструкции опорных узлов крана.

Горизонтальную силу Fг воспринимают радиальные двухрядные сферические (шариковые или роликовые) подшипники качения (рис.8.2, 8.3, 8.6).

В кранах на неподвижной колонне нижняя опора, воспринимающая силу Fг может быть выполнена в виде роликов (катков), катящихся по колонне (рис.8.4, 8.5).

Рис.8.2.

Рис.8.3.

Применяют два ролика (рис.8.4), если при работе с грузом и без груза сила Fг направлена в одну сторону (кран без противовеса), и четыре ролика (рис.8.5) – если в разные стороны (кран с противовесом).






Рис.8.4.

Рис.8.5.

Fn – сила взаимодействия ролика с колонной (рис. 8. 4).

.

При ручном повороте принимают ; при механическом приводе, расположенном вблизи нижней опоры принимают при двух роликах, или при четырех роликах.

Ролики выполняют бочкообразными и рассчитывают по контактным напряжениям. Оси роликов проверяют на изгиб, а цапфы осей и отверстия для них - на смятие.

Вертикальную силу Fв воспринимает упорный подшипник качения (рис.8.3, 8.6).

Рис.8.6.

Для обеспечения возможности самоустановки упорный подшипник должен опираться на сферический шарнир, состоящий из конической шайбы 1 и сферической шайбы 2 (рис.8.3, 8.6).

В кранах с вращающейся колонной нижнюю опору выполняют комбинированной (рис.8.3) с радиальным подшипником, воспринимающим горизонтальную силу Fг, и с упорным подшипником, воспринимающим вертикальную силу Fв. Верхняя опора – плавающая (рис.8.2) с радиальным подшипником, воспринимающим горизонтальную силу Fг.

В кранах на неподвижной колонне- наоборот: верхняя опора (рис.8.6) - комбинированная с радиальным подшипником, воспринимающим горизонтальную силу Fг, и с упорным подшипником, воспринимающим вертикальную силу Fв. Нижняя опора – плавающая, воспринимает горизонтальную силу Fг. В этих кранах нижнюю опору выполняют обычно в виде роликов (катков), катящихся по колонне (рис.8.4, 8.5), иногда - с радиальным подшипником.

  1. Расчет подшипников крановых опор.

При частоте вращения крана nкр < 1 мин-1 подшипники крановых опор рассчитывают по статической грузоподъемности.

Условия пригодности подшипников:

а) радиальных ,

б) упорных ,

где и - соответственно радиальная и осевая базовые статические грузоподъемности;

 = 1,5 … 4 – коэффициент запаса, необходимый для обеспечения плавности вращения и стабильности момента трения. Для упорных подшипников рекомендуют = 4.

Если радиальные подшипники дополнительно нагружены силой в зацеплении открытой зубчатой передачи (рис. 8.1), то для них принимают = 2,25 … 2,5 . В этом случае расчет радиальных подшипников уточняют после проектирования открытой зубчатой передачи.

При частоте вращения крана nкр,1 мин-1 подшипники крановых опор рассчитывают на ресурс по динамической грузоподъемности с обязательной проверкой по статической грузоподъемности. Т.к. частота вращения крана nкр 3 мин-1<10 мин-1,то принимают условно

nкр =10мин-1 .

В кранах на неподвижной колонне ,если нижняя опора выполнена в виде роликов ,катящихся по колонне ,каждый ролик установлен на двух радиальных подшипниках(рис.8.4).Тогда радиальная сила, действующая на один подшипник

.

Частота вращения ролика ,

где и -диаметры соответственно неподвижной колонны и ролика (рис 8.5).

При частоте вращения ролика 1 мин-1nр 10 мин-1 условно принимают nр =10 мин-1 .

В кранах с ручным поворотом подшипники крановых опор рассчитывают по статической грузоподъемности.

§3. Момент сопротивления повороту грузоподъемной машины.

Определяют момент Ттр от трения в опорах относительно оси колонны.

  1. Краны с двумя радиальными и одним упорным подшипниками.

,

где fp и fy – приведенные коэффициенты трения соответственно в радиальных и упорном подшипниках (зависят от типа подшипников) ;

dв, dн, dу – внутренние диаметры соответственно верхнего радиального, нижнего радиального и упорного подшипников.

Обычно оба радиальных подшипника принимают одинаковыми, и, следовательно, dв = dн = dр, где dр – внутренний диаметр радиальных подшипников.

Тогда .

  1. Краны на неподвижной колонне, если нижняя опора выполнена в виде роликов (катков), катящихся по колонне.

Сначала рассмотрим нижнюю опору. Расчетная схема представлена на рис.8.5.

Качение роликов по колонне рассматривают как качение по плоскости. Тогда по аналогии с механизмом передвижения (гл.7, §3) можно записать силу сопротивления передвижению одного ролика

,

где Dр – диаметр ролика;

d – внутренний диаметр радиальных подшипников в роликах.

Момент сопротивления качению двух роликов относительно оси колонны

, (8.1)

где Dк – диаметр неподвижной колонны (рис.8.5).

В формуле (8.1) . (8.2) Подставив (8.2) в (8.1), окончательно получим момент трения

в нижней опоре

.

Тогда полный момент сопротивления повороту крана, равный сумме моментов трения в верхней и нижней опорах

.

§4. Расчет и выбор основных элементов механизма поворота.

  1. Электродвигатель.

    1. Предварительный выбор мощности двигателя(ниже предварительные значения помечены штрихами).

Номинальная мощность электродвигателя, кВт:

.

Номинальный вращающий момент электродвигателя