Материал: Передвижные башенные краны. Калинин Ю.И., Жулай В.А

блоками стрелы 14 и грузовым канатом образуют грузоподъемный полиспаст. Кабина управления 15 прикреплена к поворотной секции оголовка башни крана. На опорной раме при необходимости размещают балласт 16.

5.3. Определение ориентировочной массы крана и его элементов

Предварительно выбираем прототип для проектируемого крана с целью контроля определяемых параметров. Рациональную высоту подъема груза при заданном вылете L0 и горизонтальной стреле определяем по формуле (2.4)

Нгр= 1,6(L0 - 6) = 1,6(24 - 6) = 28,8 м.

Высоту до опорного шарнира стрелы определяем по формуле (2.5)

Н0 = Нгр+ 4 = 28,8 + 4 =32,8 м.

Принимаем высоту крана до опорного шарнира стрелы Н0 = 33 м. Прототипом крана может служить кран третьей размерной группы с грузовым моментом до 100 т·м – КБ100.3А (табл. 2.1). Другие параметры этого крана приведены в табл. П.6. Этот кран с поворотной башней и приблизительно такими же геометрическими параметрами имеет конструктивную массу 34 т, общую массу с балластом и противовесом – 85 т, максимальную грузоподъемность – 8 т.

Эмпирическая формула (2.2) общей массы крана с неповоротной башней и маневровой стрелой дает следующий результат

тко 0,35 Мгр 3 H0 / Q 0,35 96 3 33 / 4 67,89 68 т.

Эмпирическая формула (2.3) конструктивной массы крана с неповоротной башней и маневровой стрелой дает следующий результат

ткк= тудМН0 = 10∙96∙33 = 31680 кг ≈ 32 т.

Сравнивая полученные результаты с параметрами прототипа, принимаем за исходные величины:

–конструктивную массу крана ткк ≈ 34 т;

–общую массу крана тко ≈ 68 т;

–погонную массу металлоконструкции башни[5] qб = 0,4 т/м;

–погонную массу металлоконструкции стрелы qc = 0,15 т/м;

–погонную массу металлоконструкции портала qп = 0,5 т/м.

Массу составляющих элементов крана c неповоротной башней и балочной стрелой оп-

66

Окончательно общую ориентировочную массу крана для дальнейших расчетов примем

тко = Σтi = т1+т2+…+т16 ≈ 72,5 т.

При проверке устойчивости крана против опрокидывания возможна корректировка массы балласта или массы контргруза. Эти элементы помечены звездочкой "*".

5.4. Разработка расчетной схемы крана

Расчетную схему крана (рис. 5.4) строим в координатах Х-У-Z. Ось Х принимаем по уровню опорных точек крана на головки рельсовых нитей в плоскости чертежа. Ось У располагаем в плоскости чертежа на оси вращения крана. У крана с неповоротной башней она будет совпадать с осью башни. Ось Z перпендикулярна плоскости чертежа. Размеры элементов вдоль оси Х названы "длина" с обозначением "l"; размеры вдоль оси У названы "высота" и обозначены "h"; вдоль оси Z – "ширина", "b". Геометрические характеристики крана определены в следующем порядке.

1. По графику на рис. 2.2 определяем колею крана по рельсовым нитям в зависимости от заданного грузового момента Мгр = 96 т·м и округляем полученную величину с точностью до 0,5 м. Получаем К ≈ 5,5 м. Вычисляем величину К по эмпирической формуле [5]

К = 3,7+ 2,9 lg(MгрН0/1000) = 3,7+2,9 lg(96∙30/1000) ≈ 5 м.

Сравнивая полученные величины с аналогичным параметром прототипа в табл. П6, у которого К = 4,5 м, принимаем К = 5 м. Базу Б крана принимаем равной колее Б = 5 м.

2.Ходовую раму крана принимаем плоского типа с возможностью установки подкосов для крепления корневой секции башни. Такая рама состоит из четырех балок, образующих квадратный опорный контур (рис. 5.2). Продольная и поперечная жесткость опорного контура обеспечивается диагональными балками, которые служат опорой для корневой секции башни.

Эти балки имеют проушины для присоединения подкосов. Все элементы ходовой рамы

икрепление к ней корневой секции с подкосами соединяют между собой пальцами. Углы ходовой рамы имеют специальные площадки со стаканами для опоры на ходовые тележки. Поперечное сечение диагональных балок ходовой рамы предварительно принимаем 500×500 мм.

Сечение b×h стяжных балок опорного контура принимаем 200×400 мм. На чертеже высота ходовой рамы hхр= 0,5 м.

3.Рациональным вариантом механизма передвижения крана может быть применение унифицированных ходовых тележек. Учитывая массу крана и грузовой момент, предварительно определяем ориентировочную опорную реакцию на тележку по формуле:

Rоп=[(mkp+Q)/4 + Mгр/(1,41Б)]g = [(72+4)/4 + 96/(1,41∙5)]9,81 ≈ 320 кН.

67

Для механизма передвижения применим четыре унифицированные двухколесные тележки с диаметром колес 500 мм. Грузоподъемность тележки 400 кН. Две из них комплектуем приводным агрегатом ПК-6,3. Масса такой тележки составляет 1060 кг. Масса тележки без приводного агрегата 690 кг. Общая масса механизма передвижения составит 3,5 т. Высота тележки hm= 1000 мм.

Проверка колес на контактную и усталостную прочность выполняется при расчете механизма передвижения крана.

Рис. 5.2. Чертеж сборной ходовой рамы крана

4.Корневая секция башни с подкосами образует опорную часть башни – портал. Высо-

та портала от опоры на ходовую раму до крепления подкосов hпт принимаем равной базе крана hпт= Б = 5 м. На рис. 5.3 показана установка и крепление корневой секции башни подкосами на ходовой раме.

5.Размер поперечного сечения неповоротной башни выбираем по графику на рис. 2.6.

При грузовом моменте 96 т·м и высоте башни hб не более 40 м внешний размер lб×bб поперечного сечения башни принимаем 1,8×1,8 м. Корневая секция башни имеет такой же внешний размер сечения. Расчетная высота колонны башни будет равна

hкб = Н0 - hт- hхр- hпт = 33-1-0,5-5 = 26,5 м.

Верхнюю часть башни конструктивно оформляем для крепления на ней опорноповоротного устройства в соответствии с рис. 1.27.

6. Стандартное опорно-поворотное устройство роликового типа выбираем по действующим на него вертикальной нагрузке и грузовому моменту. Вертикальная теоретическая нагрузка Vопу т. на опорно-поворотное устройство равна силе тяжести поворотной части крана с номинальным грузом

Vопу т.= (т7+т8+…+т15+m16+Q)g =

= (3,5+0,8+7+1,28+1,28+0,45+4+0,8+0,48+0,48+4)9,81 = 236,12 кН ≈ 0,24 МН;

Грузовой момент в меганьютонах Мгр= 96 ∙9,81 ≈ 942 кН∙м = 0,942 МН∙м.

68

Рис. 5.3. Крепление корневой секции башни к ходовой раме

Для башенных кранов при выборе ОПУ теоретические нагрузки (вертикальную силу и грузовой момент) умножаем на коэффициент 1,2

Vопу = 0,24∙1,2 = 0,288 МН; Мгр = 0,942∙1,2 =1,13 МН.

Из табл. 2.5 видно, что опорно-поворотным устройством, отвечающим расчетным нагрузкам, является опорно-поворотное устройство № 6.

По справочнику [8] в табл. VI.4.1 определяем конструктивные параметры роликового опорно-поворотного круга № 6 с внутренним зубчатым венцом:

Диаметр Dопу = 1600 мм; высота Нопу = 115 мм; масса т6 = 590 кг; число зубьев z = 102; модуль топу = 12.

7. Высоту оголовка башни определяем из условия входа на него стрелоподъемного каната. Угол наклона каната к горизонтальной стреле на максимальном вылете принимаем α = 15°

hог= L0 ∙ tg α = 24 ∙ 0,268 ≈ 6,5 м.

8. Противовесную консоль (контрстрелу) крепим шарнирно к поворотному оголовку со стороны, противоположной стреле. Длина контрстрелы определена задним габаритом крана. Задний габарит крана с неповоротной башней определяем по графику на рис. 2.9 в зависимости от грузового момента. При грузовом моменте 96 т·м получаем размер заднего габарита lзг ≈ 15 м. С учетом анализа прототипов длину противовесной консоли, достаточную для размещения на ней механизмов и контргруза, принимаем lзг = 12 м. Ширину bкс консоли с учетом размещения на ней механизмов шириной 1800 мм и удобства их обслуживания принимаем равной ширине башни bкс = 1,8 м.

69

9. Контргруз размещаем на противовесной консоли на максимальном удалении от оси башни. Размеры железобетонного контргруза с плотностью ρ = 2,1 т/м3 назначаем исходя из ширины противовесной консоли. При высоте контргруза hкг= 1,6 м и ширине bкг = 1,5 м длина контргруза

lкг = m9 / bкг× hкг×ρ = 7/1,6×1,5×2,1 ≈ 1,4 м.

10. Стрела крана в боковой проекции имеет трапециевидную форму. Максимальную длину нижнего пояса стрелы lc от оси головных блоков до оси шарниров крепления к башне вычисляем с учетом размера проушин опорного шарнира на оголовке башни

lc = L0 – (Lб/2 + Lшс)= 24 – (1,8/2 + 0,25) = 22,85 м.

Стрелу в поперечном сечении принимаем треугольной формы. Рациональная высота сечения стрелы составит

hc ≈ 0,06L0 = 0,06∙24 ≈ 1,4 м.

Ширину стрелы принимаем

bс ≈ 0,75hc = 0,75∙1,4 ≈ 1,1 м.

При угле наклона стрелы к горизонту 70° ее горизонтальная проекция составит

lcг = lc соs70° = 22,85∙0,342 = 7,8 м.

Минимальный вылет составит при этом

Lмин= lcг + lб/2 +Lшс = 7,8 + 1,8/2 + 0,25 = 8,95 м.

11. Размер кабины крановщика принимаем по нормам, установленным Ростехнадзором. Объем кабины должен быть не менее 3-х м3. Высоту кабины принимаем h14 = 2,1 м; ширину

– b14= 1,2 м; длину – l14= 1,5 м. Объем такой кабины составит

Vк = 2,1×1,2×1,5 = 3,78 м3.

12. Размеры грузоподъемной и стрелоподъемной лебедок принимаем согласно таблице 2.7, составленной для унифицированных лебедок. Для этого предварительно определим тяговое усилие каждой лебедки. При двухкратном грузовом полиспасте тяговое усилие грузоподъемной лебедки составит не менее 20 кН, стрелоподъемной лебедки при четырехкратном полиспасте – не менее 30 кН.

Размеры грузоподъемной лебедки принимаем l11×b11×h11 = 1,1×1,8×0,6 м. Размеры стрелоподъемной лебедки принимаем l10×b10×h10 = 1,38×2,5×0,68 м. Размеры механизма

поворота l12×b12×h12 = 0,7×0,6×1,2 м.

13. Размеры блоков грузового и стрелового полиспастов предварительно принимаем

115 ×h15 ×b15 = 116 ×h16 ×b16 = 0,4×0,4×0,1 м.

Размер Во обоймы блоков полиспаста принимаем в зависимости от кратности полиспаста. Габаритный размер Во для двухкратного полиспаста составит

70