Башенный кран

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

КРАН БАШЕННЫЙ

• Введение
• 1. Расчёт механизма подъема груза
• 1.1 Выбор схемы полиспаста
• 1.3 Выбор гибкого элемента
• 1.4 Определение основных размеров барабана
• 1.5 Проверка барабана на прочность
• 1.6 Расчет крепления каната на барабане
• 1.7 Расчет грузовой подвески
• 1.7.1 Выбор подшипника блока по коэффициенту динамической работоспособности
• 1.7.2 Расчет оси блока
• 1.7.3 Выбор крюка и расчет гайки крюка
• 1.7.4 Выбор подшипника под гайку крюка
• 1.7.5 Расчет траверсы
• 1.7.6 Расчет щеки
• 1.8 Определение мощности и выбор электродвигателя
• 1.8.1 Проверка двигателя по пусковому моменту
• 1.9 Выбор редуктора
• 1.10 Выбор муфты зубчатой с тормозным шкивом
• 1.11 Выбор тормоза
• 2. Расчет механизма изменения вылета стрелы
• 2.1 Расчет полиспаста стрелоподъемного механизма
• 2.2 Выбор гибкого элемента
• 2.3 Определение мощности и выбор электродвигателя
• 2.4 Выбор редуктора
• 2.5 Выбор муфты
• 2.6 Выбор тормоза
• Вывод
• Библиографический список

Курсовое проектирование по грузоподъемным машинам (ГПM)

способствует обобщению и закреплению теоретических знаний студентов и прививает им навыки самостоятельного решения инженерных задач при разработке конструкций сборочных единиц и машин.

При выполнении курсового проекта по ГПМ студент использует ГОСТы, справочную литературу, изучает и применяет современные конструкции машин и лучшие достижения в области отечественного и зарубежного машиностроения. Дальнейшее развитие получают навыки выполнения чертежей, расчетов и составления текстовых конструкторских документов.

Объектами проектирования являются грузоподъемные машины.

Главными задачами студента являются: расчет основных механизмов крана, выбор на основе этих расчетов нормализованных и стандартных сборочных единиц, их рациональная компоновка. Разработка механизмов должна выполняться с учетом их размещения на металлических конструкциях крана. Механизмы должны удовлетворять требованиям надежности, удобства монтажа и демонтажа, обслуживания, безопасности. Все расчеты должны выполняться с соблюдением требований правил Ростехнадзора России.

башенный кран стрела редуктор

1. Расчёт механизма подъема груза

Рисунок 1 — Кинематическая схема МПГ /6/

где 1-электродвигатель, 2-муфта-тормоз, 3-устройство замыкания тормоза, 4 — редуктор, 5 — барабан, 6-гибкий элемент, 7-полиспаст.

1.1 Выбор схемы полиспаста

Определяем ориентировочную кратность полиспаста

(1)

где Q-грузоподъемность крана, т.

Принимаем одинарный полиспаст, кратностью равной 2, .

Рисунок 2 — Схема полиспаста /5/

1.2 Определение тягового усилия полиспаста в канате

Максимальное усилие F_б (кН) в ветви каната, набегающее на барабан, определяют из расчётной зависимости

(2)

гденоминальная грузоподъёмность крана;

F_б-сила натяжения каната, Н;

g-ускорение свободного падения;

— количество ветвей на барабане;

=1 для одинарного полиспаста;

— КПД полиспаста.

(3)

— КПД блока, =0, 96.

t-количество блоков, t=2.

1.3 Выбор гибкого элемента

Выбор каната производится по разрушающей нагрузке, которая определяется по формуле /2/

Н, (4)

где — коэффициент запаса прочности, для группы режима крана М8, z_р=9,0.

где F_б-сила натяжения каната.

Канат выбираем по разрушающей нагрузке

Рисунок 3 — Эскиз сечения каната

=28 мм, — диаметр каната,

Канат 28-Г-I-Н-1568 ГОСТ 3077–80.

1.4 Определение основных размеров барабана

Определение диаметра барабана

мм, (5)

— диаметр каната, =28 мм;

— коэффициент выбора диаметра, для группы режима М8 =25.

Рисунок 4 — Схема барабана для одинарного полиспаста

Определение длины барабана

мм, (6)

где — длина буртика;

— длина нарезной части барабана.

Длины определяются по формулам

мм.

мм. (7)

— общее количество витков винтовой канавки;

— шаг винтовой канавки.

Определение общего количества витков винтовой канавки:

(11)

где — количество рабочих витков;

— количество витков для крепления конца каната, =3;

— количество запасных витков, =3.

Определение количества рабочих витков

. (12)

Определение шага винтовой канавки

мм; (13)

мм.

I (1: 5)

Рисунок 5 — Профиль канавок на барабане

Определение основных размеров сечения барабана

мм; (14)

мм; (15)

мм; (16)

мм. (17)

— толщина стенки стального барабана.

мм; = (10…30) мм.

Принимаем .

1.5 Проверка барабана на прочность

При длине барабана проверку барабана производят по формуле

(18)

где допустимое напряжение, для стального барабана =80 МПа.

Следовательно, изменяем размер цилиндрической стенки, для того, чтобы значение

Примем, тогда

Условие выполняется.

1.6 Расчет крепления каната на барабане

Рисунок 6 — Крепление конца каната на барабане с помощью прижимных планок

Определение расчетного натяжения каната

(19)

где — основание натурального логарифма, ;

— угол обхвата барабана, ;

— коэффициент трения между канатом и барабаном, …0,12

Примем .

Н. (20)

Определение усилия прижатия каната к планкам

(21)

гдеприведенный коэффициент трения между канатом и планкой, ;

К — коэффициент запаса надежности крепления каната к барабану;

принимаем К=1,3;

m — коэффициент, учитывающий эйлерову силу за счет крепежных витков;

принимаем m=3.

Определение усилия шпильки, принимаем шпильки 28 мм

Н, (22)

где — допускаемое напряжение, Па;

— внутренний диаметр резьбы, 28 мм /5/.

Определение количества планок

(23)

Принимаем 2 планки.

1.7 Расчет грузовой подвески

Рисунок 7 — Схема грузовой подвески

1.7.1 Выбор подшипника блока по коэффициенту динамической работоспособности

(24)

где — приведенная нагрузка на подшипник, Н;

— частота вращения блока, мин ^;

— срок службы блока в часах, час;

=3-для шарикоподшипника.

Определение нагрузки на подшипник

(25)

где — максимальная нагрузка на подшипник, Н;

— коэффициент переменности нагрузки, ;

— коэффициент, учитывающий вращение наружного кольца, ;

— коэффициент, учитывающий тип механизма, ;

— коэффициент, учитывающий температурный режим, ;

; (26)

где — количество блоков на оси ;

— количество подшипников .

.

Подставим значения

.

Определение частоты вращения блока

мин^-1, (27)

где — скорость подъема груза, =0.44 м/с;

— кратность полиспаста;

— диаметр блока.

мм,

где — коэффициент выбора диаметра блока, =28.

Тогда

кН;

По справочнику /5/ выбираем подшипник 314, Установочные размеры: 150 мм, 35 мм, 120 кН, 70 мм.

Рисунок 8 — Эскиз радиального подшипника

1.7.2 Расчет оси блока

Рисунок 9 — Расчетная схема для определения диаметра оси блока

= м, (28)

где — длина между опорами блока;

— количество блоков на оси; ;

— толщина блока, ;

— толщина кожуха, =2мм;

— толщина щеки, = (5…20) мм, примем =10 мм.

Рисунок 10 — Эскиз подшипника

Определим изгибающий момент

Н· м. (29)

Диаметр оси блока определим из уравнения

м, (30)

где — допустимое напряжение, Па.

Из конструктивных соображений принимаем подшипник 314, /5/.

1.7.3 Выбор крюка и расчет гайки крюка

Рисунок 11 — Эскиз однорогого крюка

Номер заготовки крюка № 17, наибольшая ГП Q=10т.

Диаметр резьбы М64. Наружный диаметр и высоту гайки крюка определяют по формулам

(31)

где — диаметр гайки крюка, мм; - наружный диаметр резьбы на хвостовике крюка, .

Высоту гайки проверяют из условия напряжения смятия по формуле

(32)

где h_г — высота гайки крюка с учетом проверки на смятие, мм;

p — шаг резьбы, p = 6 мм;

— допустимое напряжение на смятие, = 35МПа;

d₁ — внутренний диаметр резьбы, d₁ =57,5 мм.

Получили, что, условие выполняется.

1.7.4 Выбор подшипника под гайку крюка

Подшипник выбираем по статической грузоподъемности

Н. (33)

Рисунок 12 — Эскиз упорного однорядного подшипника

Выбираем подшипник упорный типа 8213, /5/. С=145 кН, Н=27 мм,

D= 100 мм, d=65 мм.

1.7.5 Расчет траверсы

Рисунок 13 — Расчетная схема траверсы для нормальной подвески

Рассчитываем размеры траверсы:

Определение ширины траверсы

мм, (34)

где — диаметр подшипника, =100 мм.

Определение длины траверсы

мм. (35)

Определение диаметра траверсы

мм, (36)

где — диаметр хвостовика крюка,=64 мм.

Определение длины между опорами

мм. (37)

Определение высоты траверсы мм

(38)

где Т_А — изгибающий момент в сечении А-А.

Н· м. (39)

Определение момента изгибающего по формуле

Н· м. (40)

Определение диаметра цапфы

(41)

— допускаемый предел прочности, МПа.

1.7.6 Расчет щеки

Рисунок 14 — Эскиз щеки

Определение ширины щеки

мм, (42) где — наибольший из диаметров цапфы траверсы или оси блока. Условие прочности при растяжении (поперечное сечение по наибольшему из отверстий d)

; (43)

где : — толщина щеки, принимаем = 10 мм; ;

Условие прочности выполняется.

1.8 Определение мощности и выбор электродвигателя

Электродвигатель выбираем из условия

Определение расчетной мощности электродвигателя

кВт, (44)

где — статическая мощность, кВт;

— коэффициент использования номинальной грузоподъемности, ;

— коэффициент, учитывающий фактическую продолжительность включения, =1,2;

— коэффициент, учитывающий схему регулирования скорости,

=1,05;

— коэффициент пусковых потерь, =1.6.

кВт, (45)

— общий КПД механизма, .

Выбираем двигатель с мощностью, которая бы удовлетворила условие.

Принимаем электродвигатель 4МТН 280М10 /1/ с техническими характеристиками:

Частота вращения вала n=575 мин^-1;

Мощность на валу P=48 кВт, при ПВ=60%;

Момент инерции ротора J=4,6 кгм²;

Масса m=120 кг.

Рисунок 15 — Электродвигатель серии MTН

1.8.1 Проверка двигателя по пусковому моменту

Необходимое соблюдение условия: ;

Пусковой момент двигателя определяется по формуле

(46)

Пусковой момент механизма определим по формуле:

(47)

где — статический момент, Н· м; - инерционный момент от вращающихся масс, Н· м; - инерционный момент от поступательно движущихся масс. Определяем статический момент

Н· м, (48)

где — количество ветвей каната закрепленных на барабане, ,

— ориентировочное передаточное число редуктора:

(49)

— частота вращения барабана, мин. .

мин. (50)

Определяем инерционный момент от вращающихся масс

Н· м, (51)

где — время пуска, которое определяется по формуле

(52)

где — допускаемое ускорение, ;

— частота вращения электродвигателя;

— момент инерции ротора электродвигателя.

Определяем инерционный момент от поступательно движущихся масс

Н· м. (53)

Получим:

Нм.

условие выполняется.

1.9 Выбор редуктора

Редуктор выбираем по мощности (крутящему моменту на тихоходном валу) и передаточному числу.

Мощность редуктора определяем по формуле

(54)

где — мощность редуктора; - мощность двигателя, 48 кВт;

— коэффициент, учитывающий группу режима, =1.

кВт;

Крутящий момент на тих. валу

Выбираем редуктор Ц2−650−25-М-УЗ, /2/

Рисунок 16 — Общий вид редуктора Ц2

1.10 Выбор муфты зубчатой с тормозным шкивом

Муфту выбираем по крутящему моменту /3/:

Н· м (52)

где — статический момент, Н м;

— коэффициент, учитывающий тип механизма,

— коэффициент, учитывающий группу режима,

— коэффициент для зубчатых муфт,

Выбираем муфту /3/: МЗ-5600−400−1-УЗ

Диаметр тормозного шкива D=400мм наибольший передаваемый момент Т_м=5600 Нм.

Рисунок 17. Эскиз зубчатой муфты с тормозным шкивом.

1.11 Выбор тормоза

Выбор тормоза производим по тормозному моменту

Тормоз выбирается из условия

Н· м; (56)

— механический крутящий момент;

— коэффициент запаса торможения, .

Н· м

Н· м, (57)

где ==2,2, — время торможения.

Получим

Из справочника /2/ выбираем тормоз ТКГ-400 с электрогидравлическим толкателем ТГМ-80 с наибольшим тормозным моментом Н· м, диаметр тормозного шкива мм, В = 232 мм, Н = 620 мм, L = 940 мм, А = 340 мм.

Рисунок 18 — Колодочный тормоз ТКГ с гидравлическим толкателем ТГМ

2. Расчет механизма изменения вылета стрелы

Рисунок 19 — Расчетная схема механизма изменения вылета стрелы

Графически получили: с = 1,5 м, а = 2 м, d=6,12 м, b=5 м, L_min =5,3 м, L_max=40 м, h=0,9 м, h₁ =1,25 м, h₂ = 1 м.

Определение длины стрелы по заданной высоте подъема груза/6/

. (58)

Определение грузового момента при наименьшем вылете /6/

. (59)

Определение грузоподъемности при наибольшем вылете /6/

(60)

Силу тяжести груза определяем по формуле

. (61)

Силу тяжести стрелы определяем по формуле

(62)

Определение массы стрелы /6/

(63)

где q — погонная масса решётчатой стрелы, q = 150 кг/м.

Определение площади поверхности решетчатой стрелы /6/

(64)

Определение ветровой нагрузки на груз /6/

(65)

где р — динамическое давление ветра, — площадь груза, .

Определение ветровой нагрузки на стрелу /6/

. (66)

Определение силы натяжения каната стрелоподъемного механизма

Искомую силу F можно определить из уравнения равновесия в форме уравнения моментов относительно пяты (шарнира) стрелы

(67)

где ?_ш — КПД шарнира (?_ш=0,95).

.

2.1 Расчет полиспаста стрелоподъемного механизма

При массе груза и стрелы G=12,68 т, следовательно, выбираем полиспаст

Рисунок 20 — Схема полиспаста

Определение тягового усилия полиспаста /6/

(68)

где F — сила натяжения каната стрелоподъемного механизма, кН;

z_H - количество ветвей каната на барабане (z_H = 2 — полиспаст сдвоенный);

U_nc — кратность стрелового полиспаста (U_nc =4);

— КПД полиспаста.

(69)

— КПД блока;

t — количество блоков, согласно схеме.

2.2 Выбор гибкого элемента

В основу выбора гибкого элемента положена разрушающая нагрузка, которая определяется по формуле /2/

(70)

где F_раз — разрушающая нагрузка;

z_р — коэффициент запаса прочности, для группы режима крана М4. z_р =9.

Из конструктивных соображений принимаем канат двойной свивки типа ЛК-З, 6×25 проволок с одним органическим сердечником, ГОСТ 7665–80, с диаметром каната стрелы: d_к=32 мм.

Канат выбираем из справочника /4/ по разрушающей нагрузке

Рисунок 21 — Эскиз сечения каната

Канат 32-Г-I-Н-1568 ГСТ 7665−80.

Определение расчетных диаметров блока и барабана

Определение диаметра барабана

мм, (71)

где — диаметр каната, =32 мм;

— коэффициент выбора диаметра, для группы режима М8, =16.

Расчетный диаметр блока

мм, (72)

где — диаметр каната, =32 мм;

— коэффициент выбора диаметра, для группы режима М8, =28.

2.3 Определение мощности и выбор электродвигателя

Электродвигатель выбираем из условия

Определение расчетной мощности электродвигателя /6/

(73)

Где Р_ст — статическая мощность, кВт;

К_и — коэффициент использования номинальной грузоподъемности /6/, К_и = 0,7;

К_е — коэффициент, учитывающий фактическую продолжительность включения /6/, К_е = 1,2;

К_р — коэффициент, учитывающий схему регулирования скорости /6/, К_р = 1,05;

К_пр — коэффициент пусковых потерь /6/, К_пр = 1,6.

(74)

где з_мех — общий КПД механизма /6/, з_мех = 0,85; V_с — скорость стрелы, V_с = 0,35м/с.

Выбираем двигатель 4МТН 280S10 /1/ ГОСТ 185–90 с техническими характеристиками:

Частота вращения вала n = 570 мин^-1;

Мощность на валу P = 36 кВт, при ПВ =60%;

Момент инерции ротора J = 3,8 кг· м²;

Масса m =750 кг.

2.4 Выбор редуктора

Редуктор выбираем по крутящему моменту на тихоходном валу.

Мощность редуктора определяем по формуле

(75)

где Р_р — мощность редуктора;

Р₁ — мощность двигателя;

К — коэффициент, учитывающий группу режима.

Определение частоты вращения барабана

(76)

Определение передаточного числа редуктора

(77)

Определение статического момента

(78)

где — количество ветвей каната закрепленных на барабане,

— передаточное число редуктора.

Определение крутящего момента на тихоходном валу /2/

(79)

Выбираем редуктор Ц2−1000−20-М-УЗ /3/.

Рисунок 22 — Общий вид редуктора Ц2

2.5 Выбор муфты

Муфту выбираем по крутящему моменту /3/:

Н· м (80)

где — статический момент, Н м; - коэффициент, учитывающий тип механизма, — коэффициент, учитывающий группу режима, — коэффициент для зубчатых муфт,

Выбираем муфту /3/: МЗ-8000−500−1-УЗ

Диаметр тормозного шкива D=500мм наибольший передаваемый момент Т_м=8000 Нм.

Рисунок 17. Эскиз зубчатой муфты с тормозным шкивом.

2.6 Выбор тормоза

Выбор тормоза производим по тормозному моменту.

Тормоз выбирается из условия /2/:

Определение расчётного тормозного момента /2/:

(81)

где — тормозной момент механизма;

— коэффициент запаса торможения /6/, .

Определение тормозного момента механизма

(82)

Определение слагаемых входящих в уравнение (82)

(83)

где — время пуска,

— частота вращения электродвигателя;

— момент инерции ротора электродвигателя.

(84)

Из справочника /2/ выбираем тормоз ТКГ-600 с гидротолкателем

ТЭ-160 с наибольшим тормозным моментом диаметр тормозного шкива

Рисунок 24 — Эскиз колодочного тормоза ТКГ

Вывод

В ходе данного курсового проектирования были рассчитаны основные механизмы крана, был сделан выбор на основе этих расчетов нормализованных и стандартные сборочных единицы, их рациональная компоновка. Все механизмы удовлетворяют требованиям надежности, удобствам монтажа и демонтажа, обслуживанию, безопасности. Все расчеты выполнены с соблюдением требований Ростехнадзора России.

Библиографический список

1. Справочник по кранам / Под ред.М. М. Гохберга. — Л.: Машиностроение, 1988. Т.1. — 353 с.

2. Справочник по кранам / Под ред.М. М. Гохберга. — Л.: Машиностроение, 1988. Т.2. — 559 с.

3. Кузьмин А. В., Марон Ф. Л. Справочник по расчётам механизмов подъёмно — транспортных машин. — Минск: Высшая школа, 1983. — 272 с.

4. Конспект лекций по предмету «Грузоподъёмные машины» 2014 г

5. Курсовой проект по грузоподъёмным машинам (метод. указания), / Под ред. Ю. В. Ремизович — Омск 2003 г, СибАДИ. — 28с.

6. Транспортно-технологические машины (метод. указания), / Под ред. Ю. В. Ремизович — Омск 2011 г, СибАДИ. — 159с.

7. Александров М. П. Подъёмно — транспортные машины. — М.: Высшая школа, 1985. — 593 с.

8. Александров М. П. Грузоподъёмные машины. — М.: Высшая школа, 2000. — 552 с.

9. Вайнсон А. А. Подъёмно — транспортные машины. — М.: Машиностроение, 1993. — 431 с.

10. Руденко Н. Ф., Руденко В. Н. Грузоподъемные машины. Атлас конструкций. Учебное пособие для вузов. — М: «Машиностроение», 1970. — 116 с., (и другие атласы авторов).