Расчет механизма подъема и передвижения мостового крана

ВВЕДЕНИЕ

Тема курсовой работы «Расчет механизма подъема и передвижения мостового крана» по дисциплине «Подъемно-транспортные механизмы и машины»

Мостовой кран предназначен для выполнения погрузочно-разгрузочных работ. Он перемещается по рельсовым путям, расположенным на значительной высоте от пола.

Мостовой кран состоит из грузоподъемной тележки, включающей механизм подъема, грузозахватное устройство, механизм передвижение, и из моста, представляющего собой две сплошные (или решетчатые) фермы, присоединенные к концевым балкам, в которые вмонтированы приводные и не приводные колеса. Механизм передвижения моста и имеет привод от одного или двух двигателей.

Цель работы — рассчитать механизм подъема и передвижения тележки крана общего назначения, имеющего:

— грузоподъемность m = 8,0 т;

— наибольшую высоту подъема Н = 6 м;

— скорость подъема груза V = 2,2 м/с;

— скорость передвижения тележки V = 1,7 м/с;

— скорость передвижения крана V = 1,7 м/с;

— группа режима работы механизмов — 2;

— режим работы — легкий.

1. Расчет механизма подъема Кинематическая схема механизма подъема представлена на рис. 1.

Рис. 1. Кинематическая схема механизма подъема Электродвигатель соединен с цилиндрическим редуктором и барабаном при помощи муфт; полумуфта со стороны редуктора выполнена с тормозным шкивом, на котором установлен колодочный тормоз. Редукторы могут выполняться с валами по обе стороны для различной компоновки механизмов подъема. На барабан наматывается канат полиспаста с грузозахватным приспособлением.

В механизме подъема с непосредственной навивкой каната на барабан обычно применяют сдвоенный полиспаст, при использовании которого обеспечивается вертикальное перемещение груза, одинаковая нагрузка на подшипники барабана и на ходовые колеса тележки независимо от высоты подъема груза. Для крана грузоподъемностью 8 тс принимаем сдвоенный полиспаст (а = 2) кратностью u = 2 (приближенно кратность полиспаста можно выбирать по табл. 1).

Таблица 1 Кратность полиспаста U при различных грузоподъемностях

Расчет и выбор каната Для грузоподъемных машин используются преимущественно канаты двойной свивки с органическим сердечником — при однослойной навивке каната на барабан, либо с металлическим сердечником — при многослойной навивке.

Диаметр каната выбирается по расчетному разрывному усилию:

здесь: — наибольшее усилие в канате при подъеме номинального груза; - коэффициент запаса прочности

— вес номинального груза (Н)

для сдвоенных полиспастов

= 2 кратность полиспаста

— к.п.д. полиспаста К.п.д. полиспаста определяется коэффициентом полезного действия отдельного блока в степени, равной числу огибаемых канатом блоков: для мостовых кранов это число, как правило, на единицу меньше кратности; для стреловых кранов при одном отклоняющем блоке на головке стрелы — равна кратности т. е.

— для мостовых кранов Поскольку блоки в большинстве своем имеют подшипники качения, то Величина коэффициента — зависит от режима работы грузоподъемной машины:

для легкого режима

=1

S_р? S_МАХ · k

k — коэффициент запаса прочности каната, зависит от режима работы; k = 5.

S_p =19 620 · 5 = 98 100 H

Определение геометрических размеров блоков и барабана.

Диаметр блоков и барабана определяют на основании такой рекомендации здесь — диаметр каната — коэффициент, учитывающий режим работы грузоподъемной машины; меньшие значения — для легких режимов, большие — для тяжелых. Поскольку канат на блоках испытывает большее число перегибов чем на барабане можно рекомендовать делать диаметр блоков несколько большим диаметра барабана.

Длина барабана определяется в общем случае длиной наматываемого каната.

Длина нарезных барабанов для однослойной навивки определяется общим числом витков нарезки:

здесь — число витков, необходимое для укладки всей длины каната.

— высота подъема; - кратность полиспаста.

— дополнительное число витков каната, которое должно оставаться на барабане при полностью опущенном грузозахватном устройстве.

— число витков для крепления каната, в большинстве случаев

мм — шаг нарезки.

Выбираем канат марки ТЛК — 0 6×31(1 + 6 + 15 + 15) + 1о.с., ГОСТ 3079–80. (приложение IV). Диаметр d_k = 13,5 мм.

Расчетная площадь сечения F_k = 68,21 мм^2.

Расчетный вес 6565 Н.

Сопротивление? = 1800 Н /мм². S_p = 101 500 Н.

Диаметр блока и барабана по центру наматываемого каната.

Для легкого режима работы принимаем е = 20

D_БЛ = 20 · 13,5=270 мм Принимаем барабан диаметром D=400 мм.

Расчетный диметр барабана D_б=413,5 мм.

= 14,1

_б = 2(14,1+2+3)16,5=630 мм Определение толщины стенки барабана.

Барабаны изготовляются либо литыми из чугуна (не ниже марки СЧ15−32) и стали (не ниже марки 25Л) либо сварными из стального листа (не ниже марки ВМст3сп).

Стенки барабанов испытывают сложные напряжения сжатия изгиба и кручения.

Если длина барабанов не превышает трех диаметров основным видом прочностного расчета является расчет на сжатие, т. е.

— максимальное натяжение каната

— шаг нарезки на барабане

— толщина стенки

— допускаемое напряжение сжатия;

для чугунных причем для чугунных барабанов

(см) Барабан отлит из чугуна СЧ15 с ?_В =700 МПа.

МПа

=0,02^. 400+8=16 мм Крутящий момент, передаваемый барабаном, М_кр= 2S_max^. Н^. мм Крепление каната к барабану Крепление каната к барабану осуществляется чаще всего прижимными планками с трапецевидными канавками (рис. 3.1.а) мостовой кран тележка барабан Рис. 3.1 Схемы крепления каната к барабану Обычно устанавливаются либо две планки (рис. 3.1.б), каждая из которых крепится одним болтом, либо одной с двумя болтами (рис. 3.1.в). В любом случае необходимый диаметр болта может быть определен из следующего уравнения прочности Здесь — нормальное напряжение растяжения

— усилие растягивающее болт

— усилие изгибающее болт

коэффициент запаса

— коэффициент, учитывающий напряжение кручения при затяжке болтов.

— плечо изгиба болта — расстояние от верхней поверхности планки до поверхности барабана.

Величины усилий определяются так:

В этих выражениях:

— коэффициент трения между канатом и барабаном; обычно принимают

— приведенный коэффициент трения между канатом и прижимной планкой.

— угол наклона боковой поверхности канавки планки к вертикали.

— угол обхвата барабана дополнительными витками.

— угол обхвата барабана канатом от точки выхода каната из одной канавки планки до входа в другую.

— основание натуральных логарифмов.

=0,15

=11 022 н

=1653,3

d₁ — внутренний диаметр болта d₁ =18,753 мм (М 22)

= 23,5 мм

=

Определение мощности и выбор двигателя.

Мощность двигателя механизма подъема определяется в соответствии с грузоподъемностью и скоростью подъема груза. Таким образом:

— вес номинального груза

— номинальная скорость подъема м/сек.

— общий к.п.д. механизма. Обычно, при использовании зубчатых редукторов .

По полученному значению выбирают двигатель ближайшей, имеющейся в каталоге мощности. Чаще применяют тип двигателя — переменного тока с фазным ротором.

Записываем число оборотов двигателя, момент инерции (или маховый момент) его ротора и кратность пускового момента.

N =

Принимаем электродвигатель переменного тока с фазным ротором типа МТН 713−10 мощностью 200 КВт.

?=60,9рад/с () с максимальным моментом М_Пмах = 745 Нм, моментом инерции ротора _р = 1,53 кг м², частота вращения n = 582 мин^-1, маховый момент ротора 60 кг м².

Выбор редуктора.

Редуктор выбирается по передаваемой мощности и передаточному числу. Требуемое передаточное число редуктора определяется отношением числа оборотов двигателя к требуемому числу оборотов барабана, т. е.

об/мин Здесь — заданная номинальная скорость подъема груза м/мин.

— кратность полиспаста

— диаметр барабана [м]

= 210

== 2,7

Выбираем редуктор Ц2−250 (=2,9, передаточное число редуктора U_р =19,88).

Редуктор Ц2−250

Определение тормозного момента и выбор тормоза Тормоз в механизме подъема служит для остановки движущегося груза и надежного его удержания в висячем положении. Тормоз обычно устанавливается на быстроходном валу, т. е. на валу с наименьшим моментом. Поскольку торможение груза происходит и за счет тормозного момента, развиваемого тормозом, и за счет момента сил трения во всех передачах механизма, то предварительно тормоз может быть выбран по такому значению тормозного момента

— коэффициент запаса торможения, в зависимости от режима работы:

л ;

с ;

т ;

По каталогу выбираем нормально замкнутый двухколодочный тормоз, с ближайшим большим по значению тормозным моментом.

После выполнения всех перечисленных предварительных расчетов и выбора необходимых стандартных элементов компонуем механизм.

Выбираем двухколодочный тормоз типа ТКТ-2000 с наибольшим тормозным моментом М_Т = 200 кгс^. м (2000 Н).

Результаты расчета механизма подъема

2. Расчет механизма передвижения В этом разделе речь пойдет о механизмах передвижения кранов на рельсовом ходу, поскольку при расчете механизмов передвижения кранов этого типа необходимо учитывать некоторые специфические факторы, возникающие при их передвижении, а конструктивное исполнение зависит от принятой для данного крана схемы.

Определение сопротивления передвижения крана и мощности двигателя Выбор сборочной единицы «колесо в сборе» производится по максимальной статической нагрузке, определяемая по формуле:

где, G_гр. и G_т. — Вес номинального груза

главного подъема и тележки соответственно;

Z — число колес;

КН — коэффициент неравномерности

распределения нагрузки на колесо (1,25).

Вес тележки в предварительном расчете

ориентировочно приму из соотношения: кН Тогда

кН Выбираю диаметр ходовых колес: При максимальной статической нагрузке на колесо от 30 до 50 кН — Dк = 200;250 мм (по ОСТ 24.090.44−82).

Сопротивление от трения в опорах колес [H]:

[Н]

— масса груза [кг]

— масса металлоконструкции, механизмов и элементов, расположенных на ней [кг]

— ускорение свободного падения [м/сек²]

— коэффициент трения в опорах колес.

Если опоры выполнены на подшипниках качения величину принимают равной .

— диаметр опоры, определяемый расчетом на прочность. Предварительно можно принять

где — диаметр колеса.

см — коэффициент трения качения колеса по рельсу. Меньшие значения для колес диаметром (200?300) мм; большие — для колес (900?1000) мм.

Величину сопротивления теоретически определить невозможно, поэтому в практических расчетах это сопротивление учитывается введением коэффициента — коэффициент трения реборд. Обычно полагают в зависимости от грузоподъемности крана.

= 321,7 [Н]

Общее сопротивление передвижению крана будет равно:

[Н]

= 794,95 [Н]

Мощность двигателя определяется по формуле:

[кВт]

— скорость передвижения крана м/сек.

— общий к.п.д. механизма.

По полученному значению мощности выбираем двигатель, ближайший по значению стандартной мощности.

= 0,0016[кВт]

Двигатель типа MTF — 011 — 6, N = 2 кВт, n = 800 об./мин., Mmax = 4 кНм, Iротора = 0,021, m = 51 кг. [1. стр 37, табл. А].

Диаметр вала двигателя — dдв. = 28 мм; (Цилиндрический) Диаметр статора двигателя — dст.дв. = 266 мм.

Определение передаточного числа и выбор редуктора Необходимое передаточное отношение редуктора определяется отношением числа оборотов двигателя к числу оборотов ходового колеса при заданной скорости передвижения крана, т. е.

[об/мин]

здесь — скорость передвижения тележки м/мин

— диаметр колеса [м]

По полученному передаточному отношению и передаваемой мощности выбирается редуктор.

[об/мин]

Выбираем редуктор Ц2 -250, частота вращения n = 600 мин (-1), общее передаточное число 8,3

Выбор тормоза Выбор и установка тормоза осуществляется при соблюдении некоторых критериев, в данном случае ссылка происходит на то, что тележка предназначена для работы в помещении на надземном рельсовом пути (мостовой кран) и перемещается со скоростью более 0,53 м/с (0,7 м/с).

Расчетный тормозной момент механизма при работе крана в закрытом помещении определяется для движения без груза под уклон в предположении, что реборды колес не задевают за головки рельсов:

где, ;; - соответственно моменты, создаваемые уклоном, инерцией и силами трения, приведенными к валу тормоза где, ;; - сопротивления передвижению тележки без груза, создаваемые уклоном, инерцией и трением соответственно. Их значения определяются по формулам:

к Н к Н к Н где, кН

— коэффициент, учитывающий инерцию вращающихся масс механизма (при скорости передвижения меньше 1 м/с =1,25);

a — допускаемое ускорение при торможении (a=0,15, из табл. 14);

— коэффициент, учитывающий сопротивление движению тележки от троллейного токопровода. (=1,25).

Тогда

кНм кНм

кНм Отсюда: кНм Выбираю тормоз типа ТКГ-160 (одноштоковый) со следующими характеристиками:

D = 160 мм; Мmax = 100 Нм; m = 21 кг.

1. Кузьмин А. В. Справочник по расчетам механизмов подъемно-транспортных машин — 1983.

2. Курсовое проектирование грузоподъемных машин. Руденко Н. Ф., Александров М. П. и Лысяков А. Г. Изд. 3-е переработанное и дополненное. М., изд-во «Машиностроение», 1971, 464 стр.

3. Расчеты грузоподъемных и транспортирующих машин. Иванченко Ф. К. и др. Киев, издательское объединение «Вища школа», 1978. 576 с.

4. Руденко Н. Ф., Руденко В. Н. Грузоподъемные машины. Атлас конструкций. Издательство «Машиностроение». Москва 1970.

5. Грузоподъемные машины. Учебник для вузов. М. П. Александров, Н. Колобов, Н. А. Лобов и др. Машиностроение, 1986 — 400 с.

6. М. П. Александров. Подъемно-транспортные машины: Учебник для машиностроительных техникумов. М.: Машиностроение, 1984. — 336 с.