Грузоподъемность,т
|
Режим
работы
|
Тип
|
Диаметр
каната,мм
|
Размеры,
мм
|
Масса,
кг
|
|
|
|
|
D
|
B
|
В1
|
В2
|
Н
|
|
32
|
С
|
2
|
18,0
|
560
|
830
|
306
|
462
|
1187
|
586
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 4 - Крюковая подвеска.
4. Общая часть
Портальными называют полноповоротные стреловые
краны устанавливаемые на передвигающихся по рельсам порталах. Портал
представляет собой пространственную раму, которая перекрывает один, два или три
железнодорожных пути и обеспечивает свободный пропуск под краном
железнодорожных составов.
Поворотная часть крана, поворачивающаяся
относительно портала на неограниченный угол, состоит из платформы, каркаса
(колонны) и стрелового устройства. На поворотной части устанавливают механизм
подъема, поворота и изменения вылета стрелы, электрооборудования, а также
кабину крановщика и машинную кабину.
Портал опирается, как правило, на четыре ходовые
тележки, число колес которых зависит от массы крана, различных нагрузок на кран
и допускаемого давления колеса на рельс.
Портальные краны предназначаются для
использования во многих отраслях народного хозяйства для полъемно-транспортных
опереций с различными грузами.
В зависимости от назначения предусматриваются
следующие типы кранов: перегрузочные и монтажные.
Перегрузочные портальные краны предназначаются
для работы грейфером с массовыми навалочными грузами и для работы крюковой
подвеской со штучными грузами (в том числе с контейнерами) в морских и речных
портах, на складах промышленных предприятий итп., краны могут быть использованы
и для работы с магнитом.
Монтажные портальные краны служат для монтажных
и сборочных работ преимущественно на судостроительных и судоремонтных
предприятиях, а также для перегрузочных работ с ответственными грузами.
Для перегрузочных кранов характерно увеличение
грузоподъемности при переходе от работы с грейфером к работе крюковой подвеской
примерно на 25%(что объясняется значительно более легким режимом работы при
работе с подвеской). При работе грейфером грузоподъемность обычно сохраняется
постоянной на всех вылетах; при работе крюковой подвеской грузоподъемность
растет по мере уменьшения вылета и обычно удваивается при вылетах, равных
примерно 0,6 наибольшего.
Если желательно получить большую
грузоподъемность применяют полиспаст переменной кратности или редуктор с
изменяемым передаточным числом. Грузоподъемность перегрузочных кранов при
работе грейфером обычно не превышает 16 т., но иногда достигают 25т и даже 40т.
Наибольший вылет у перегрузочных кранов обычно
равен 32м и редко достигает 40м. Высота подъема составляет, как правило,
22…28м.
Скорости механизмов перегрузочных
кранов обычно имеют следующие значения: подъем 1…1,25 м/с (60…75 м/мин);
изменение вылета 0,8…1,0 м/с (48…60 м/мин); передвижение 0,5…0,63 м/с (30…38
м/мин); частота вращения поворотной части 0,022…0,028 (1,35…1,7 ); монтажных
кранов: главный подъем 0,25…0,4 м/с (15…24 м/мин); вспомогательный подъем
0,63…0,8 м/с (38…48 м/мин); изменение вылета 0,5…0,63 м/с (30…38 м/мин);
передвижение 0,5…0,63 м/с; частота вращения поворотной части 0,008…0,016 (0,5…1,0 ).
Конструктивная схема портального
крана определяется типом его стрелового и опорно-поворотного устройств.
Стреловые устройства портальных
кранов обычно применяются двух типов: прямые стрелы с уравнительным полиспастом
и шарнирно-сочлененные стреловые устройства.
В портальных кранах наиболее часто
применяют опорно-поворотные устройства двух типов: поворотную колонну и
опорно-поворотный круг шариковый или роликовый.
5. Расчет барабана
Рисунок 5 - Параметры барабана.
.1 Диаметр барабана по средней линии
навиваемого на него стального каната (как показано на рисунке 5)
Dбdк*e, (5)
где dк - диаметр
каната (см. п.4,2)
е - коэффициент, зависящий от типа
машины, привода механизма и режима работы, выбирается по таблице 4.3(1).
Dб18*18=324
(мм.)
Для дальнейшего расчета необходимо
увеличить диаметр барабана на 50-150 мм.
Dб=374…474
мм.
Принимаем Dб=415мм.
.2 Длина каната, навиваемого на
барабан с одного полиспаста
(6)
где h- высота
подъема груза, м (см. задание).
UП -
кратность полиспаста;
ZЗ - число
запасных витков на барабане, (принимаем 2);
Zк - число
витков каната, находящихся под прижимным устройством (принимаем 4).
.3 Полная длина барабана
lК lН lК
Рисунок 6 - Длина барабана.
Длина нарезанного участка барабана с
одной стороны (см. рис.6)
где lН - длина
нарезанной части барабана с одного полиспаста, м;
LК- длина
каната (формула 6).
t - шаг
нарезки канавок на барабане, (см. таблицу 4.4(1)), м;
dк - диаметр
каната, м. ( см. п.4,2).
Dб - диаметр
барабана по центру навиваемого каната, м.(см. п. 6,1)
Полная длина барабана для одинарного
полиспаста.
L=lH+2*lК,
Где 1к - не нарезанная часть
барабана, необходимая для закрепления его в станке при нарезке канавок (см.
рис. 6)
lК =4tб, (9)
где tб - шаг
нарезки, м.
lК
=4*0,02=0,08.
L=0,7+2*0,08=0,86м.
.4 Толщина стенки барабана из
расчета на сжатие
Где - допускаемое напряжение сжатия,.
Для чугуна
=0,2*, (11)
где - прел прочности, ; для чугуна
СЧ28 ГОСТ 1412-70,
=640 .
=0,2*640=128.
д=
Из условия технологии изготовления
литых барабанов толщина стенки должна быть не менее, м.
дmin=0,02D+(0.006…0,01),
(12)
где D - диаметр
барабана по дну канавки, (см. рисунок 5), м.
D= Dб- dк, (13)
где dк - диаметр
каната, м.
D=415-18,0=0,397
(м).
дmin=0,02*0,397+(0,006…0,01)=0,01394…0,01794
(м).
Учитывая, что стенка барабана в
процессе эксплуатации изнашивается, принимаем с запасом прочности д =25 мм.
Так как длина барабана 1 < ЗD, нет
необходимости стенку барабана проверять на совместное действие изгиба и
кручения.
6. Подбор крепления концов каната на
барабане
Рисунок 7 - Крепление каната на
барабане накладной с трапециидальной канавкой.
Выбираем накладку с двумя болтами.
Напряжение каната в месте крепления
на барабане, Н
(14)
где f -
коэффициент трения между канатом и барабаном; принимаем равным f= 0,25;
б- угол обхвата барабана запасными
витками каната (б=3р…4р), принимаем 3,5р;
е=2,74-основание логарифма.
Сила, растягивающая один болт, Н
(15)
Где f1 -
приведенный коэффициент трения между канатом и накладкой с трапециидальным
сечением канавки.
f1=f/sinвº, (16)
где в=40°- угол наклона боковой
грани канавки;
f1=0,15/ sin40°=0,23.
Сила, изгибающая один болт, Н
Fи=f1*Fр, (17)
Fи=0,23*2154,59=495,56
(Н).
Суммарное напряжение в каждом болте,
Н/мм².
(18)
где k -
коэффициент запаса надежности крепления каната, (k = 1,5);
l -
расстояние от головки болта до барабана, мм; (по дну канавки, смотри рисунок
7).
d1-
внутренний диаметр резьбы болта, мм.
d1≈dк-2мм, (19)
где dк -диаметр
каната,( dк =18,0 мм);
d1=18,0-2=16,0
(мм).≈ dк+(4…8)мм,
(20)≈18,0+(4…8)мм=22,0…26,0 мм.
Принимаем l=24,0 мм.
[ур] - допускаемое напряжение на
растяжение материала болта
(шпильки), Н/мм².
[ур]=0,5[ут], (21)
Где ут - предел текучести материала
болта, Н/мм², можно
выбрать по таблице или рассчитать по классу прочности; для класса прочности
4.6;
ут=4*6*10=240 Н/мм².
[ур]=0,5*240=120 Н/мм².
Н/мм².
ус=64,46 Н/ммІ<[ур]= 120 Н/мм².
Условие прочности выполняется.
7. Определение статической мощности
электродвигателя
Статическая мощность электродвигателя, кВт.
(22)
Где Q -
номинальная грузоподъемность, кг (см. задание)
Vn - скорость
подъема груза, м/с (см. задание)
g=9.81- переводной
коэффициент;
зм - КПД механизма в зависимости от
типа пере
дачи.
Вес крюковой подвески не
учитывается.
Pc=
Выбор электродвигателя
Так как в задании средний режим работы, то
разрешается не использовать асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором
общепромышленной серии 4А. Номинальная мощность выбираемого двигателя принимается
равной или меньше статической расчетной мощности на 20-25 %. Согласно расчетной
статической мощности и в соответствии с режимом эксплуатации механизма, по
таблице А. 8(1) выбираю электродвигатель 4MTH
225L, который
представлен на рисунке 8. Основные параметры и размеры представлены в таблице
8,1 и таблице 8,2.
Таблица 8,1. - Основные параметры двигателя
4МТН.
Тип
двигателя
|
Мощность
на валу, (кВт)
|
n,об/мин
|
КПД,%
|
Момент
инерции, Кг*м²
|
Масса,
кг
|
|
25%
|
|
|
|
|
4MTH
225L8
|
44
|
715
|
85.0
|
1.27
|
750
|
Рисунок 8 - Основные габаритные и установочные
размеры электродвигателей серий 4МТН с фазным ротором.
Таблица 8,2 - Основные размеры (мм) двигателя
4МТН 225L8.
Тип
двигателя
|
b1
|
b10
|
b11
|
b12
|
d1
|
d10
|
h
|
h31
|
4МТН
225L
|
18
|
356
|
435
|
95
|
70
|
19
|
225
|
545
|
|
l1
|
l3
|
l10
|
l11
|
l12
|
l30
|
l31
|
l33
|
|
140
|
105
|
356
|
404
|
92
|
1070
|
149
|
1220
|
Частота вращения барабана, мин¯¹
(23)
Где Vп - скорость
подъема груза, м/мин;
uп -кратность
полиспаста;
Dб - диаметр
барабана, м. (по формуле 5)
Общее передаточное число привода
механизма
(24)
Где nдв- частота
вращения вала ротора электродвигателя, мин¯¹
U=715/78.27=9.13
.
8. Выбор редуктора
.1 Выбор типа редуктора
Расчетная мощность на быстроходном
валу редуктора, кВт
Рр=kр*Рс, (25)
где kр-
коэффициент, учитывающий условия работы редуктора, (kр=1)
Рс - наибольшая статическая
мощность, передаваемая редуктором при нормально протекающем процессе работы
механизма, кВт, равна Рс расчетной.
Рр=1*57,9=57,9(кВт).
Выбираем в таблице Б. 5(1)
горизонтальный двухступенчатый редуктор Ц2-400, который представлен на рисунке
9. Основные параметры и размеры редуктора представлены в таблице 9,1 и таблице
9,2.
Таблица 9,1 - Техническая характеристика
редуктора Ц2-400
Uред факт
|
Режим
работы
|
Частота
вращения быстроходного вала, об/мин
|
Мощность
на быстроходном валу, кВт
|
9,8
|
средний
|
750
|
59
|
Рисунок 9. Редуктор Ц2-400
Таблица 9.2- Основные размеры редуктора, Ц2-400,
мм
А
|
Аб
|
Ат
|
А1
|
С1
|
Н0
|
L1
|
q
|
L
|
B
|
H
|
400
|
150
|
2250
|
287
|
150
|
265
|
640
|
27
|
805
|
380
|
505
|
B1
|
B2
|
B3
|
B4
|
B5
|
d
|
B6
|
S
|
Число
фундаментных болтов, n
|
масса,
кг
|
325
|
415
|
358
|
280
|
205
|
33
|
320
|
250
|
6
|
317
|
Передаточное число редуктора Uф,
не должно отличаться от требуемого U
более, чем на.15 %.
, (26)
Условие выполняется.
Момент статического сопротивления на
валу двигателя в период пуска при подъеме груза, Н·м
(27)
где Fmax -усилие в канате,
набегающем на барабан, Н;
Z- число
полиспастов
Dб- диаметр
барабана, м;
Uр-
передаточное число редуктора (привода);
зб- КПД барабана (зб на подшипниках
качения можно принимать 0,96).
зпр- КПД привода (зпр = 0,9).
9. Выбор муфты
Номинальный момент, передаваемый муфтой,
принимается равным моменту статических сопротивлений, Н·м
, (28)
Выбор соединительных муфт
По кинематической схеме, представленной в
задании на проектирование, установлена одна муфта с тормозным шкивом,
установленная между двигателем и редуктором. Расчетный момент для выбора муфты
с тормозным шкивом определяется, Н·м
(29)
Где -номинальный момент муфты, Н·м
k1-
коэффициент, учитывающий степень ответственности механизма, (k1=1,3);
k2-
коэффициент, учитывающий режим работы механизма, (k2=1.2)
Из таблицы В.3(1) выбирается муфта
упругая втулочно-пальцевая с тормозным шкивом № 2, представлена на рисунке 10,
основные параметры представлены в таблице 10.1.
Таблица 10.1 - Основные параметры
муфты № 2
Передаваемый
крутящий момент, Н·м
|
диаметр
тормозного шкива, мм
|
Ширина
тормозного шкива, мм
|
Момент
инерции муфты, кг·м²
|
2000
|
400
|
190
|
4,8
Рисунок 10. - Муфта упругая втулочно-пальцевая с
тормозным шкивом.
Средний пусковой момент двигателя, Н·м
Для двигателей с короткозамкнутьпм ротором можно
принимать
(30)
Где Тmax -
максимальный момент двигателя, Н·м;
(31)
Где Тном - номинальный момент
двигателя, Н·м;
Шmax -
максимальная кратность пускового момента,
(Шmax =2.0)/
(32)
Где: Р - мощность электродвигателя,
кВт;
n - число
оборотов электродвигателя, минˉ¹;
.
Окончательно средний пусковой момент
на валу электродвигателя, Н·м
Принимаем среднее значение Тср.п=882
Н·м.
Фактическая частота вращения
барабана, минˉ¹.
(33)
Где nдв - число
оборотов электродвигателя, минˉ¹;
Uр -
передаточное число редуктора;
Фактическая скорость подъема груза,
м/с.
(34)
Где Dб - диаметр
барабана по центру каната, м;
Uп -
кратность полиспаста;
Отклонение фактической скорости
подъема груза от заданной не должно превышать 15 %.
,85 - 100%
,79 - x
X=0.79*100/0.85=92.9%
-92.9=7.1%<15%.
Условие выполняется.
Время пуска при подъеме груза, с.
(35)
где Imax - суммарный
момент ротора двигателя и муфты, кг·м², (формула 36)
nдв - частота
вращения вала электродвигателя, минˉ¹;
Q -
грузоподъемность крана, 12500 кг (см задание);
Vф -
фактическая скорость подъема груза,м/с,(формула 34)
зм - КПД механизма, (зм=0,9);
Тср.п - средний пусковой момент двигателя,
Н·м,(формула 30)
Тс - момент статического
сопротивления на валу двигателя, Н·м, (формула 27)
(36)
где Iр - момент
инерции ротора двигателя, кг·м²;
Iм - момент
инерции муфты, кг·м²;
Ускорение при пуске, м/с².
а=Vф/tп, (37)
а=0,79/4,89=0,16 (м/с²).
Момент статического сопротивления на
валу электродвигателя при торможении механизма, Н·м.
(38)
где Fmax - усилие в
канате, набегающем на барабан, Н;
Z - число
полиспастов;
Dб - диаметр
барабана, м;
зб - КПД барабана;
зпр - КПД привода;
uр -
передаточное число редуктора;
10. Выбор тормоза
Расчетный тормозной момент
определяется, Н·м
(39)
где кт - коэффициент запаса
торможения, ( таблица 5.3(1)).
Выбираем тормоз с
электрогидравлическим приводом ТКГ-400 (по таблице К2 [1]), который представлен
на рисунке 11.
Рисунок 11. Тормоз с
электрогидравлическим приводом ТКГ-400.
При выборе типоразмера тормоза
необходимо проверять следующие условия:
) номинальный тормозной момент
должен быть не меньше расчетного
, (40)
2) касается только тормозов с
электромагнитным приводом -ПВ, катушка электромагнита должна соответствовать
режиму работы механизма.
Время торможения при опускании
груза, с
(41)
Допустимым считается tТ<1,5(с).
Допустимо 1,39 (с)<1,5 (с)
Путь торможения механизма подъема
груза, м
Из таблицы 6.3[1] для среднего
режима работы находим путь торможения механизма подъема груза .
(42)
где Vф -
фактическая скорость подъема груза, м/с;
S=0,79/1,7=0,46
(м).
Максимальное время торможения, с.
Время торможения в предположении,
что скорости подъема и опускания груза одинаковы.
(43)
Замедление при торможении, м/с².
ат=Vф/tT≤ [aт], (44)
где Vф -
фактическая скорость подъема (опускания) груза, м/с;
tт - время
торможения, с;
[aт] -
допускаемое ускорение (замедление) для кранов, работающих с лесоматериалами и с
сыпучими материалами, [aт]=(0,6…0,9) м/с²;
ат=0,79/1,39=0,57 (м/с²)<(0,6…0,9)
м/с².
Расчет вала барабана
Определяем диаметр вала барабана,мм,
(по формуле 45).
(45)
где Т - крутящий момент на валу
барабана, Н·м;
[ф] - допускаемое напряжение на кручение, [t]=20…30
H/мм;
Крутящий момент на валу барабана, Н·м, (по
формуле 46).
(46)
где Тм - расчетный момент при выборе
муфты, Н·м (см формулу 29);
uр -
передаточное число редуктора;
зр - КПД редуктора;
зр = 0,98²*0,99³*0,98=0,91.
Т=1183,8*9,8*0,91=10557(Н·м).
По стандартному ряду принимаем
диаметр вала равный 125 мм (ГОСТ6636-69).
11. Выбор подшипников и проверка их на
долговечность
В данном случае подшипники выбирают по диаметру
вала, условиям эксплуатации и монтажа.
Диаметр вала под подшипники
dп=dв+(5…10
мм), (47)
где dв
- диаметр вала,мм;
dп=125+(5…10)=130…135
(мм).
Принимаю подшипники роликовые радиальные
сферические двухрядные легкой широкой серии с диаметром внутреннего кольца dп
= 130 мм ГОСТ 5720-75 из таблицы И. 2.[1]. Основные размеры и параметры
подшипника типа3003000 №3526 представлены на рисунке 12 и в таблице 12.1.
Рисунок 12. Роликоподшипник радиальный
сферический двухрядный.
Таблица 12.1 - Основные размеры, мм, и параметры
подшипника типа 3003000 №3526.
d
|
D
|
B
|
r
|
C,H
|
Co, H
|
e
|
Y*
|
Yo
|
130
|
230
|
61
|
4
|
50000
|
41500
|
0.29
|
2.31/3.44
|
2.28
|
Определение реакций в опорах подшипников
По расчетной схеме (рисунок 13) определяем
реакции в опорах подшипников.
Рисунок 13 - Расчетная схема вала.
Составляем уравнение моментов относительно точки
А.
Ма= -Fmax*L1+Rв(L1+L2)=0
(48)
Где L1
иL2 - расстояние от
середины опор до центра вала барабана (мм).
L1=L2
= В/2+С+Lk+Lн/2,
(49)
где В - ширина подшипника (таблица 12.1);
С - конструктивный зазор между барабаном и
корпусом подшипника (С=30мм);
Rв=Rа
= Fmax*L1 / L1+L2 , (50)
в=Rа
= 30965,9*490,5 / 490,5*2 =15482,95 (Н).
Проверка подшипников на долговечность
Находим эквивалентную нагрузку
(51)
где X -
коэффициент радиальной нагрузки, (Х = 1);
Rр = Rв=Rа -
радиальная нагрузка, равная опорной реакции, Н;
V -
коэффициент вращения; при вращении внутреннего кольца V = 1;
Кб - - коэффициент безопасности,
принимаем из условий работы механизма Кб=1.5;
КТ - температурный коэффициент, КТ =
1.
Rэ=1*15482,95*1*1,5*1=23224,425
(Н).
Расчетная долговечность подшипника,
в часах
(52)
где С - табличное значение
динамической грузоподъемности, Н;
Rэ -
эквивалентная нагрузка, Н;
б - показатель степени для шариковых
подшипников б = 3,0
n - частота
вращения барабана, минˉ¹ (см.
формулу 33).
Долговечность подшипника обеспечена.
Выбор и проверка шпонок
Шпонки подбирают по диаметру вала и длине
ступицы барабана. Шпонку выбираем из таблицы 4.6[1]. Выбираю призматическую
шпонку 32*18*250 СТ СЭВ 189-75. Основные размеры шпонки представлены на рисунке
14 и в таблице 13.1.
Рисунок 14 - Шпоночное соединение.
Таблица 13.1- Основные размеры призматической
шпонки (см. рисунок 14 ).
Диаметр
вала, d, мм
|
Ширина
шпонки,b, мм
|
Высота
шпонки, h, мм
|
Глубина
паза, мм
|
Радиус
закругления, r
|
|
|
|
t1
|
t2
|
|
125
|
32
|
18
|
11
|
7.4
|
---
|
Проверка выбранной шпонки проводится на смятие
боковых поверхностей.
, (53)
где Т - крутящий момент,
передаваемый валом барабана, Н•мм;
dв - диаметр
вала, мм;
h - высота
шпонки, мм;
t1- глубина
паза в валу, мм;
lр - рабочая
длина шпонки, мм;
[усм]- допускаемые напряжения на
смятие, Н/мм²;
lр≈2dв, (54)
lр=2*125=250
(мм).
усм=96,52 Н/мм² <
[усм]=100 Н/мм²
Условие прочности на смятие
выполняется, что подтверждает правильность выбранной шпонки.
Заключение
грузоподъемный кран
механизм
Как показали проектные и проверочные
расчеты, выбранные канат, крюковая подвеска, электродвигатель, редуктор,
соединительные муфты и тормоз, отвечают правилам и нормам Госгортехнадзора и
обеспечивают выполнению основных положений технического задания, максимальные
отклонения от нормали не превышают допустимых, что в пределах допустимого.
Конструкция барабана, вала и
подшипниковых опор барабана спроектирована с учетом специфики эксплуатации
механизма и требований предъявляемых к прочности, надежности и долговечности
данных изделий
Следовательно, можно сделать вывод:
спроектированный механизм подъема груза отвечает необходимым критериям
работоспособности и обеспечивает выполнение требований технического задания.
Сборочный чертеж привода со спецификацией представлен на чертеже формата
А1(миллиметровка).
Список
использованных источников
1. А.Н. Кучеренко
«Подъемно-транспортные устройства. Проектирование механизмов подъёма груза».
2. А.В. Кузьмин, Ф.Л. Марон
«Справочник по расчетам механизмов подъёмно-транспортных машин».
Похожие работы на - Проектирование механизма подъема груза портального крана
|