Расчет механизмов изменения вылета

Расчет МИВ производится следующим образом. Из задания на проектирование известна средняя скорость изменения вылета v_ив; постоянная скорость тягового элемента определяется по выражению (1.95), угловые скорость и ускорение при скорости v_р = const – по выражениям

(1.103)

где КПФ первого порядка u_р определяется по формуле (1.97).

Усилие F_р в тяговом элементе связано с моментом двигателя М_ив соотношением

F_р = М_ив /u_{р .} (1.104)

Подставляя соотношения (1.103) и (1.104) в первое уравнение системы (1.100) и учитывая, что tga_г = y_г / H, где a_г — угол отклонения грузовых канатов, F_Р получим по формуле

(1.105)

При отрицательном значении F_р тяговое звено сжато, при положительном растянуто.

Среднеквадратичная статическая мощность двигателя МИВ F_р.скопределяется по формуле N_ск = F_р.ск v_р / h_о, где h_о — общий КПД МИВ, вычисляемый в зависимости от схемы МИВ (для предварительных расчетов h_о = 0,8…0,9). Среднеквадратичное усилие в тяговом звене F_р.ск определяется на наиболее вероятном диапазоне вылетов, а при отсутствии данных - на всем диапазоне по формуле

. (1.106)

При определении мощности двигателя в формулу (1.106) значение F_р можно подставлять без учета М_ст и члена в квадратных скобках в (1.105).

Так как М_в и tga_г могут быть различных знаков, то в формулу (1.106) следует подставлять значения F_р1и F_р2в виде следующих формул:

F_р1 = – (М_G + M_н – М_в + М_a ) / u_р, F_р2 = – (М_G + M_н + М_в – М_a ) / u_р,(1.107)

где момент от отклонения канатов на угол a_гопределяется по формуле

М_a = G tga_г u_r. (1.108)

Момент М_в от ветровой нагрузки (рис.1.63) вычисляют по формуле

М_в= Р_в.с h_в.с + Р_в.х l_c sinj_c, где Р_в.с и Р_в.х — ветровые нагрузки на стрелу и хобот; Р_в.х можно считать приложенной в шарнире стрела — хобот. Ветровая нагрузка на груз учитывается в угле a_г отклонения канатов от вертикали. При определении мощности двигателя угол a_г принимают для портальных кранов по табл.1.2: a_г= a_д.

Рис. 1.63. Схема для определения нагрузок на механизм изменения вылета от ветровой нагрузки и отклонения груза на канатах

При определении максимальной пусковой мощности двигателя N_max следует учесть силы инерции, возникающие при неустановившемся движении. Задаваясь временем t_р разгона двигателя (t_р = 5…6 с), можно определить ускорение тягового звена a_р = v_р / t_р. В этом случае угловое ускорение стрелы определяется по формуле

. (1.109)

Первый член в (1.109) появляется за счет разгона МИВ, второй — за счет нелинейности функции положения СИВ. Момент сил инерции М_ин элементов СИВ и груза с достаточной степенью точности определяется по выражению .

Знак минус показывает направление М_ин при разгоне стрелы в положительном направлении. Горизонтальная сила инерции груза учтена в угле a_г отклонения грузовых канатов.

Определяется максимальное усилие F_{р max} в тяговом звене:

. (1.110)

Пусковая мощность двигателя определяется по формуле N_max=F_рmaxv_р/ h_о, где F_{р max} = max (| F_{р max1} |, | F_{р max2} |).

Номинальную мощность N_н двигателя определяют как наибольшую из значений N_н = max (N_ск, N_max / y_ср), где y_ср – кратность среднего момента двигателя [15].

После выбора двигателя производится его проверка на время разгона t_р по формуле, которую можно получить из первого уравнения системы (1.100) и соотношения (1.109)

(1.111)

где n_дв и — соответственно частота вращения двигателя (об/мин) и его средний пусковой момент (Н×м); J_сив и m_г — соответственно приведенный к оси качания стрелы момент инерции СИВ (кг×м²) и масса груза (кг).

J_сив определяется по формуле (1.99). На этапе проектировочного расчета для определения составляющих J_сив используют формулы (1.85), а моменты инерции J_x и J_c находятся по формулам:

. (1.112)

Время разгона по (1.111) проверяют:

а) при F_р= max( | F_р1 |, | F_р2 |), где F_р1 и F_р2 находят по формуле (1.107); время разгона при этом должно быть t_р £ 5…6 с;

б) при F_р = 0; время разгона при этом должно быть t_р³ 1,0…1,5 с.

Выбор тормозов выполняют по тормозному моменту М_т при условии

M_т ³ k_т F_р h_о / u_м.

Значение F_р принимают:

а) в рабочем состоянии (коэффициент запаса торможения k_т ³ 1,5 при одном тормозе, при двух тормозах — у одного k_т ³ 1,1, у второго k_т ³ 1,25) по формуле F_р = max (| F_р1 |, | F_р2 |), где F_р1 и F_р2 определяют по зависимостям вида (1.107) при М_в = М_вII и М_a = 0;

б) в нерабочем состоянии (случай III, табл. 1.1, нагрузок, коэффициент запаса торможения k_т ³ 1,15) по формуле

F_р = max (| (M_н + М_вIII) / u_р |, | (М_н – М_вIII) / u_р |).

Тормоз должен удерживать стреловую систему при любых нагрузках рабочего состояния, то есть должно выполняться условие для коэффициента запаса торможения k_т > 1 в следующих случаях:

а) F_р = max (| F_р1 |, | F_р2 |), где F_р1 и F_р2 определяют по формулам (1.107) при М_в = М_вII, a_г = a_II;

б) F_р = max (| (y_II M_G + M_н – M_вII) / u_р |, | (y_II М_G + M_н + М_вII ) / u_р |), где коэффициент динамичности y_II определяется по данным табл.1.2.

Время торможения t_т определяют по формуле

Время торможения проверяют для тех же случаев, что и время разгона t_р.

1.7.5. Нагрузки на звенья системы изменения вылета

Нагрузки на звенья СИВ портальных кранов могут определяться графически (рис. 1.63 и 1.64) [5] и аналитически. На рис. 1.65 показаны принятые положительные направления нагрузок.

Для шарнирно-сочлененных стреловых устройств усилие в оттяжке определяется по формуле

(1.113)

Усилия, изгибающие хобот F_X и стрелу F_Cопределяются по формулам

, (1.114)

(1.115)

Усилие, сжимающее стрелу определяется по зависимости вида

(1.116)

где F_отопределяется по формуле (1.113).

Для прямых стрел с совмещенными блоками уравнительного полиспаста (см. рис. 1.33) нагрузки на стрелу определяются по формулам

(1.117)

Усилие в тяговом элементе F_Pопределяют по формуле (1.105).

Рис. 1.64. Схема для определения нагрузок на звенья стреловой системы от веса груза

Рис. 1.65. Положительные направления нагрузок на звенья системы изменения вылета

В зависимости от комбинации нагрузок (табл. 1.1) в формулах (1.113) – (1.117) принимаются соответствующие значения углов отклонения грузовых канатов a_г и веса груза G (G_э или yG).