Наименование механизма
|
Группа режима работы
|
ПВ, %
|
Скорость, м/мин
|
Механизм подъема
|
5 М
|
40
|
Механизм передвижения
тележки
|
5 М
|
40
|
38
|
2. Расчет
механизма подъема
Принимаем схему механизма подъема в соответствии с рис.2.
Схема механизма подъема:
-барабан
-редуктор
-двигатель
-муфта
-опора
2.1 Выбор
полиспаста и расчет каната
Для кранов мостового типа необходимо использовать сдвоенный полиспаст,
поэтому принимаем количество полиспастов а=2 и кратность полиспаста m=5.
КПД полиспаста найдем по формуле:
где hбл - КПД блока, hбл=0,98
Усилие в набегающем канате:
,
где Q - Грузоподъемность крана, кг;- кратность полиспаста;
а - количество полиспастов;
ηп - КПД полиспаста
Расчетное разрывное усилие в канате при максимальной нагрузке
где- наибольшее натяжение в канате,
принимаем ==20,42кН;
- коэффициент запаса прочности, зависящий от режима работы,
принимаем =7,5. [2]
Определим по формуле : кН
Принимаем канат двойной свивки типа ЛК-РО конструкции 6х19 диаметром d=18 мм, имеющий при маркировочной
группе проволок 1568 МПа разрывное усилие =163 кН. по ГОСТ 2688 - 80:
2.2 Определение
размеров блоков и барабана
С целью ограничения в канате напряжений от изгиба при его выборе должно
быть соблюдено соотношение между диаметром выбранного каната и диаметром блоков
и барабана:
,
,
где d - диаметр каната,
- диаметр блоков,
- диаметр барабана,
- диаметр уравнительного блока,
- коэффициент, принимаемый по нормам Госгортехнадзора для
блока,
- коэффициент, принимаемый по нормам Госгортехнадзора для
барабана.
- коэффициент, принимаемый по нормам Госгортехнадзора для
уравнительного блока.
Принимаем =25 для режима 5М, тогда диаметр блоков:
.
Принимаем =22,4 для режима 5М, тогда диаметр барабана:
Принимаем =16 для режима 5М, тогда диаметр блоков:
Длина каната навиваемого на барабан с одного полиспаста при z1=2
и z2=3:
где h - высота подъема,бар -
диаметр барабана по впадинам,- кратность полиспаста,1 - число
запасных витков,2 - число витков каната, находящихся под зажимным
устройством.
Рабочая длина барабана:
,
где t - шаг навивки, t = 22,58 мм- число слоев навивки,
j - коэффициент неплотности навивки.
Принимаем j=1,
так как барабан нарезной. [2]
Полная длина барабана:
,
где a=0,240 м - длина гладкого среднего участка барабана, равного ширине
подвески, b=0,03 м - длина гладкого концевого
участка барабана.
2.3 Определение усилий в канате в месте его крепления к барабану
,
где Sк =20,42 кН усилие в канате;- минимальный коэффициент
трения между канатом и поверхностью барабана, f = 0,16;
a1 = 2p×2 = 4p - минимальный угол обхвата барабана неприкосновенными
витками.
;
Сила, растягивающая один болт:
,
где z - число болтов, z=2;1 - приведенный
коэффициент трения между канатом и планкой с трапецеидальной канавкой ;
b = 40° - угол наклона
боковой грани зажимной канавки на планке;
a = 2p - угол обхвата
барабана одним витком каната.
;
2.4 Подбор
болтов крепления прижимной планки
,
где sсумм -
суммарные усилия в одном болте;- запас надежности крепления каната к барабану,
k=1,7;1 - внутренний диаметр резьбы болта;= 38 мм - плечо изгиба
болта;
[sр] -
допускаемое напряжение на растяжение болта [sр] = 200 МПа для стали Ст 35.
Выберем болт два болта М18
ГОСТ 7805-70 с наружным диаметром резьбы D1=18 мм и внутренним диаметром резьбы d1=15
мм.
,
условие прочности
выполняется.
2.5 Расчет
оси барабана
рис. 4
A=RB=Sk=20,42 кH
Рис. 6
Реакции в опорах C и D находятся их уравнений моментов:
Þ RD=20,34кН
Þ RC=20,42
кН
Определение изгибающих моментов:
Первый участок оси: 0£ х £0,150 м
Второй участок оси: 0£ х £2,230 м
Третий участок оси: 0£ х £0,140 м
Диаметр оси барабана:
,
где Мmax - максимальный изгибающий момент,
=300 МПа для стали 45;
,
принимаем диаметр оси dоси=50мм
Проверка оси барабана на изгиб:
,
где s - напряжение
изгиба в оси барабана; [s]=300МПа
, условие проверки выполняется.
2.6 Расчет
барабана на прочность
Выбираем материал для изготовления барабана сталь ВМСт3сп. Толщина стенки
барабана:
,
где Sк - натяжение каната;= 22,58 мм - наг навивки каната;
[s]-допускаемое напряжение в стенке
барабана, [s]=130МПа для
режима 5М. [3]
2.7 Подбор
подшипников для опор C и D
Так как оба кольца подшипника в опоре С вращаются с одинаковой скоростью
и неподвижны друг относительно друга, то подшипник подбирается по статической
грузоподъемности при условии, что С0 ³ Рстат1,
где С0 - статическая грузоподъемность подшипника.
Эквивалентная нагрузка: ,
где х0 - коэффициент радиальной статической нагрузки, для
роликовых подшипников х0 = 1
полипаст канат двигатель редуктор
Выбираем для оси шариковый радиальный сферический двухрядный подшипник
легкой серии, с внутренним диаметром , внешним диаметром и статической грузоподъемностью . Подшипник 1211 ГОСТ 5720-75. [8]
Подбор подшипника для опоры D проводим по динамической грузоподъемности
при условии, что СD£C,
где С - динамическая грузоподъемность подшипника.
Эквивалентная нагрузка:
,
где х - коэффициент радиальной нагрузки, для роликовых подшипников х = 1;
коэффициент , учитывающий вращение колец, для случая вращения внутреннего
колеса V=1;t = 1 - температурный коэффициент;s - коэффициент условий работы,s = 1,2 для механизмов подъема.
Динамическая грузоподъемность для роликового подшипника:
,
где n - число оборотов барабана,n - ресурс подшипника, Ln=16000ч.
Выбираем для оси роликовый радиальный сферический двухрядный подшипник
легкой серии, с внутренним диаметром , внешним диаметром и динамической грузоподъемностью . Подшипник 3514 ГОСТ 5721-75. [8]
2.8 Подбор
двигателя
Двигатель выбирается по статической мощности:
,
где V - скорость подъема груза, V=0,25 м/c;
hмех - КПД
механизма подъема, hмех = 0,9;
Выбираем двигатель переменного тока MTKF 411-6 с короткозамкнутым ротором с номинальной
мощностью 22 кВт при ПВ=40%, с nдв=935 об/мин Jp=0,475 кг×м2 [1]
2.9 Подбор
редуктора
Выбор редуктора осуществляется по передаточному числу u механизма при
номинальной частоте вращения двигателя nдв и барабана nб,
об/мин, диаметром D, м.
Частота вращения барабана:
Общее передаточное число механизма:
Расчетный вращающий момент редуктора на тихоходном валу:
,
где m - кратность полиспаста.
Мощность редуктора:
.
Выбираем редуктор Ц2-500 с uр=50 и Мтих = 10,6кН×м. [3]
2.10 Подбор
тормоза
Определим тормозной момент Мт:
,
где kт - коэффициент запаса торможения;
kт= 2 - для режима работы 5М, отсюда
Выбираем тормоз ТКГ-200 с Мт=300 Н×м. Выбранный тормоз регулируем до
необходимого тормозного момента (тормоз допускает регулировку тормозного
момента 30%).
2.11 Подбор
муфты для соединения вала двигателя с валом редуктора
Выбираем втулочно-пальцевую муфту с тормозным шкивом (по ОСТ
24.848.03-79):
Мк= k×Мн=k1×k2×k3×Mн,
где - номинальный момент двигателя;
k1-коэффициент, учитывающий степень ответственности
соединения, k1=1,8;2 - коэффициент режима работы, k2=1;3
- коэффициент углового смещения, k3=1;
Мк=1,8×1×1×224,71=404,48 Н×м;
Выберем муфту по ОСТ24.848.03-79: муфта втулочно-пальцевая с тормозными
шкивами - Мк=500 Н . м. Диаметр тормозного шкива муфты Dт=200
мм.
2.12 Проверка
двигателя на время пуска
Проверим двигатель на время пуска: время пуска должно быть не менее 1-2
с. [3]
,
где V - скорость подъема;
hмех = 0,9 -
общий КПД механизма подъема;р и Jм - моменты инерции
ротора двигателя и муфты;
- средний пусковой момент двигателя;
,
где - номинальный момент двигателя;
y=1,5-значение кратности среднего пускового момента двигателя
tп - удовлетворяет условию проверки.
2.13 Проверка
тормоза на время торможения
Время торможения должно составлять 1¸2 с. [3]
,
где Jр и Jм - моменты инерции ротора двигателя и
муфты;
nдв- число оборотов вала двигателя в минуту, nдв=935
об/мин;
Q-грузоподъемность крана, Q=20 т;
V-скорость подъема груза, V=0,1 м/с;
hмех- к.п.д.
механизма подъема, hмех=0,9;
Мт - тормозной момент, Мт= 288 Н×м;
Dбар- диаметр барабана, Dбар=404 мм;
m - кратность полиспаста, m=5;
u - передаточное число редуктора, u =50.
с
Проверка выполняется, следовательно, тормоз выбран правильно.
3. Расчет
механизма передвижения крановой тележки
3.1
Предварительное определение массы тележки
Предварительная масса крановой тележки определяется:
т,
где mт - масса тележки, т;- грузоподъемность крана, т.
3.2 Расчет
ходовых колес крановой тележки
Максимальная статическая нагрузка на тележку:
,
где mт - масса тележки, кг;гр - масса груза, кг.
Максимальная нагрузка на одно колесо: . Тогда диаметр колеса Dк=320
мм и тип рельса Рельс P43
ГОСТ 7173-54. [3]
Марка материала колеса сталь 65Г по ГОСТ 1050-74 с допускаемым контактным
напряжением [sкон]=750 МПа.
При точечном контакте, когда колесо катиться по крановому рельсу,
контактные напряжения в ободе, МПа:
,
где a2 = 400 при стальном колесе;т
= 1- коэффициент толчков, [3]- нагрузка на рельс одного колеса;к -
диаметр колеса;=320 - радиус закругления головки рельса, мм;
[sкон] - допускаемые контактные напряжения
сжатия в ободе колеса, МПа.
МПа
3.3
Определение сил сопротивления передвижению тележки
Сопротивление передвижению тележки Wс состоит из сопротивления
от трения в ходовых частях Wтр, от уклона пути на Wу на
угол b, от ветровой нагрузки Рв.
Сопротивление от трения в ходовых частях:
,
где Dк - диаметр
колеса;ц - диаметр цапфы колеса,
dц = 70 мм; [3]
mц -
коэффициент трения подшипников, приведенный к цапфе колеса, принимаем mц=0,015,
[3]= 0,4мм- коэффициент трения качения; [3]p - коэффициент,
учитывающий трение реборд и ступиц колес. При использовании токопровода с
помощью гибкого кабеля, kp=2. [3]
Сопротивление движению от уклона
пути:
,
а при малых углах справедлива
формула:
,
где a - уклон пути. Для тележек на мосту крана a принимают равным 0,003. [3]
Максимальное сопротивление
движению от ветровой нагрузки Рв.II = pвF, где рв
- давление ветра на заданной высоте;- наветренная площадь, зависящая от массы
перемещаемого груза. Для массы 20т F = 16 м2 . [2]
,
где q =125Па - динамическое
давление ветра на высоте 10 м; [2]=1 - поправочный коэффициент высоты;
с - коэффициент
аэродинамической силы, для тележек принимают 1,2;
n - коэффициент перегрузки,
для рабочего состояния n = 1.
Максимальное сопротивление от
ветровой нагрузки будет:
Средняя нагрузка ветра
рабочего состояния :
Итак, сила сопротивления
движению тележки:
3.4 Подбор
двигателя
Двигатель выбирается по статической мощности:
,
где Wc - сила сопротивления движению тележки;=0,63 -
номинальная скорость движения тележки, м/с;
h=0,85 - КПД механизма. [3]
Вычислим динамическую нагрузку двигателя:
[3]
где y -
значение кратности среднего пускового момента, равна 1,5. [2]
, [2]
где tр - время разгона тележки до номинальной скорости, примем
tр=5
Выбираем двигатель переменного тока MTF 111-6 с фазовым ротором номинальной мощностью 3,5 кВт
при ПВ=40%, с nдв=895 об/мин Jp=0,048 кг×м2 [2]
3.5 Подбор
редуктора
Выбор редуктора осуществляется по передаточному числу u механизма при
номинальной частоте вращения двигателя nдв и мощности N.
Частота вращения колеса:
Общее передаточное число механизма:
принимаем u=25.
Номинальная мощность: Nном =
2,4кВт
Выбираем редуктор ВК-350 с u=10,69, N=2,9 кВт и nб=750 об/мин.
[7]
3.6 Подбор
муфты для соединения вала двигателя с валом редуктора
Выбираем втулочно-пальцевую муфту с тормозным шкивом (по ОСТ
24.848.03-79)
Мр= k × Мн=k1×k2×k3×Mн,
где Мн - номинальный момент двигателя;
где k1-коэффициент, учитывающий степень ответственности
соединения, k1=1,3;2 - коэффициент режима работы, k2=1;3
- коэффициент углового смещения, k3=1;
Мр=1,3×1×1×28,8=37,44 Н×м;
Выберем муфту по ОСТ24.848.03-79: муфта втулочно-пальцевая с тормозными
шкивами - Мр=50Нм. [7]
Диаметр тормозного шкива муфты Dт=200 мм.
3.7 Подбор
тормоза
Выбор тормоза осуществляется по тормозному моменту. Тормозной момент на
валу двигателя при движении по ветру под уклон по прямой:
где - по формуле для сопротивления от трения в ходовых частях
при ,
- максимальная ветровая нагрузка в рабочем состоянии крана, ,
- номинальная частота вращения двигателя,
- моменты инерции ротора двигателя и соединительных муфт на
валу двигателя,
[2]
[6]
- время торможения, для тележек tm=3c.
Выбираем Тормоз ТКП-200 с тормозным моментом . [3]
3.8 Проверка
двигателя на время разгона
Проверим двигатель на время разгона tp тележки до номинальной
скорости вверх по уклону против ветра:
где nдв=895 об/мин номинальная частота вращения двигателя;p=0,048,
Jм=0,22 - моменты инерции ротора и соединительных муфт на валу
двигателя, кг×м2;
средний пусковой момент двигателя;
Мн - номинальный момент двигателя;
Y- значение кратности среднего пускового момента двигателя, для двигателей
с параллельным возбуждением Y=1,5.
3.9 Проверка
двигателя на кратковременную перегрузку
Проверим двигатель на кратковременную перегрузку при возросших
статических сопротивлениях в условиях установившегося движения
,
где Мдвmax = 85 Н×м - максимальный момент двигателя.
условие проверки выполняется, следовательно, двигатель выбран правильно.
3.10 Проверка
на запас сцепление ходовых колес с рельсами
Запас сцепления ходовых колес с рельсами:
,
где Nпр - нагрузка на приводные (тормозные) колеса;
-
коэффициент сцепления приводных колес с рельсами (для кранов, работающих на
открытом воздухе, m0=0,12);
wmin -
минимальный коэффициент сопротивления движению,
,
;
Fu - сила инерции; Wст - статическое
сопротивление движению; [kсц] - допускаемый
коэффициент запаса сцепления; при работе с ветровой нагрузкой [kсц]=1,1.
3.10.1
Проверка на запас сцепление ходовых колес с рельсами при разгоне тележки с
грузом
,
,
где V - скорость передвижения тележки, м/с;
tp - время разгона тележки, с.
,
где Wтр1 - сопротивление движению от трения в ходовых частях;у1
- сопротивление движению от уклона пути;
,
где Dк - диаметр колеса; .
dц - диаметр цапфы
колеса,ц = 70 мм; [3]
mц -
коэффициент трения подшипников, приведенный к цапфе колеса, принимаем mц=0,015;
[3]=0,4мм- коэффициент трения качения; [3]p - коэффициент,
учитывающий трение реборд и ступиц колес. При использовании токопровода с
помощью гибкого кабеля, kp=2. [3]
,
где a - уклон пути,
для тележки на мосту a=0,003
;
, условие проверки выполняется.
3.10.2
Проверка на запас сцепление ходовых колес с рельсами при разгоне тележки без
груза
;
,
где tp - время разгона тележки, с.
;
;
, условие проверки выполняется.
3.11 Подбор
зубчато муфты для механизма передвижения
Венец подбирают по крутящему моменту Мзм, который они
передают.
,
где Мн - расчетный момент, передающийся через венец,-
передаточное число редуктора u=10,69
Выбираем зубчатый венец с разъемной обоймой (по ГОСТ 5006-55) с Мзм=1000Н×м. [3]
Список литературы
1.
Александров М. П.
Подъемно-транспортные машины.- М.: Высшая школа, 1979.
2.
Гохберг М.М.
Справочник по кранам. Т. 1.- Л.: Машиностроение, 1988.
3.
Гохберг М.М.
Справочник по кранам. Т. 2.- Л.: Машиностроение, 1988.
4.
Казак С.А.
Курсовое проектирование грузоподъемных машин.- М.: Высшая школа, 1989.
5.
Копылов И.П.
Справочник по электрическим машинам. Т. 2.- М.: Энергоатомиздат, 1989.
6.
Кузьмин А.В.
Справочник по расчетам механизмов подъемно-транспортных машин / А.В. Кузьмин,
Ф.Л. Марон .- Минск : Высшая школа, 1983.
7.
Решетов А.Н.
Атлас конструкций деталей машин.- М.: Машиностроение, 1984.
8.
Перель Л.Я.
Подшипники качения: Расчет, проектирование и обслуживание опор: Справочник -
М.: Машиностроение, 1983.