Расчет механизма подъема мостового крана

1. Подбор каната

2. Подбор крюка

3. Подбор размеров блока и барабана

4. Расчёт крепления каната к барабану

5. Расчёт останова

6. Подбор электродвигателя, редуктора, тормоза

7. Проверка электродвигателя по пусковому моменту

8. Компоновка механизмов Список использованной литературы

1. Подбор каната

Максимальный вес груза G = Q•g =2,75*10=27,5 кН.

Определим максимальное натяжение каната, возникающее в ветви, набегающей на барабан ;

где: z_б= 2 — число ветвей каната, наматывающихся на барабан; а = n / z_б — кратность полиспаста, где n — число ветвей каната, на которых подвешен груз, принимаем, а = 6/2 = 3; t = m/ z_б — расчетное число обводных блоков, где m — число обводных блоков, принимаем t = 2/2 = 1; коэффициент 1,03 ;

учитывая вес подвески с крюком; = 0,985 — КПД блока на подшипниках качения.

= 4,86кН Определим КПД полиспаста

= = 0,97

Определим разрывное усилие каната

S_раз=S_maxK=4,865=24,3 kH,

где: K — коэффициент запаса, определяемый по режиму работы (K=5 — при легком (Л), К = 5,5 — при среднем ©, К = 6 — при тяжелом и весьма тяжелым (Т, ВТ)).

Выбираем канат двойной свивки с линейным контактом в прядях проволок разного диаметра ЛК-Р ГОСТ 2688–80.

По разрывному усилию выбираем канат диаметром d = 6,9 мм с разрывным усилием 28кН, с временным сопротивлением разрыву в проволочках _В = 160 МПа.

2. Подбор крюка

По грузоподъемности и режиму работы, выбираем крюк однорогий ГОСТ 6627–74 № 11 с наибольшей грузоподъемностью 3,2 т, тип, А — короткий. Основные размеры (мм):

Н= 265, В =, D =60, b = 38, h = 55, d₁, = 35, d₂ = М33, L = 195, l₁= 90, l₂=50, r₂ = 9, r₅ =78

Рис. 1. Эскиз крюка.

3. Определение размеров блока и барабана

Диаметр блока (барабана) по центрам каната

D₀ = ed

Коэффициент e выбираем из таблицы 2.

Таблица 2

D₀ = 20*6,9=138 мм Диаметр блока по дну канавки или ручья

D = D₀-d =138−6,9 = 131 мм округляем согласно нормальному ряду: 100,160, 200, 250, 320,400,450 и т. д. Принимаем D = 160 мм, тогда D₀ = D+d = 166.9 мм.

Наружный диаметр блока D_н = D+2h = 160 +214 = 188 мм.

Ширина ручья блока B₁= 28 мм, где B₁, h и др. размеры ручья блока (см приложение 3).

Ширина ступицы блока B_бл = (1,2ч1,4) B₁ =(1,2ч1,4) · 28=33,6ч39,2 мм.

Принимаем В_бл.=35мм Ширина ступицы уточняется расчетом подшипников, которые устанавливаются по два под ступицу блока. Радиальное усилие, действующее на подшипник блока

F_r = 1,1S_max = 1,14,8 = 5,34 kH,

где 1,1 — коэффициент неравномерности нагрузки.

Подшипник выбираем по статической грузоподъемности C₀ из условия С₀>F_r

Выбираем радиальные однорядные шарикоподшипники особо легкой серии № 80 105 имеющей статическую грузоподъемность C₀ = 5,6 кН и размеры (мм):

d_r = 25, D_п = 47, В_п = 12 (см. ГОСТ 7242–82).

Ширина ступицы должна быть больше 1,22В_п = 28,8 мм. Выбираем В_бл= 35 мм. Рисуем эскиз блока (рис. 2).

Рис. 2. Эскиз блока Барабан. Основные диаметры барабана D₀ и D также, как у блоков: D₀= 166,9 мм, D = 160 мм.

Внутренний диаметр барабана D_вн = D-2, где — толщина стенок (рис. 3).

Рис. 3. Эскиз барабана (в разрезе) Для барабана из стали (выбираем сталь 20)

=0,01 D₀+3 = 0,1 166,9+3 = 5 мм Принимаем =6мм Внутренний диаметр барабана: D_вн = 160−26 = 148 мм.

Наружный диаметр:

D_н = D+2h, где h0,3d=2,07 мм

D_н = 160+22,07 = 164 мм, Шаг винтовой нарезки выбираем по диаметру каната, согласно приложению 4. Принимаем шаг нарезки t=6 мм. Длина нарезной части барабана с учетом запасных витков (1,5… 2) и витков для крепления (2… 3).

l==2*236=472мм.

где 35 — число рабочих витков, 2 — число неприкосновенных витков, остающихся на барабане при полном опускании груза, 3 — число витков для крепления каната на барабане, 236 — длина нарезной части с одной стороны.

Для сдвоенных полиспастов между нарезными частями посередине должен быть гладкий участок длиной l₀ = (К-1)В_бл, где К — число блоков крюковой подвески или направляющих блоков, с которых ветви каната наматываются на барабан, В_бл — ширина блока.

Возьмём К = 3, l₀ = (3−1)35 = 70 мм. В конце нарезной части предусматривается гладкий участок или реборда длиной

l₁ = 2t=2*6=12мм.

Общая длина барабана и L_б = l+l₀+2l₁ = 472+70+24 = 566 мм.

Рисуем эскиз барабана (рис. 4).

Рис. 4. Эскиз барабана Отношение L_б / D_н = 566 / 164 = 3,4 меньше 3,5. Поэтому расчет на прочность ведем только на сжатие Для стали 20 допускаемые напряжения в зависимости от режима работы составляют []_сж = 160 МПа (Л), 130 МПа ©, 110 МПа (Т и ВТ). Тогда что меньше, чем []_сж = 160 МПа, т. е. условие прочности удовлетворяется.

4. Расчет крепления каната к барабану

мостовой кран электродвигатель редуктор Для крепления было предусмотрено 3 витка.

Ставим две одновинтовые планки (рис.5) на расстоянии =60° (/3). Так как винты ввинчиваются в одну из канавок между двумя соединениями, то диаметр винта 8t = 0,8 d_d =0,6 = 4,8 мм.

Рис. 5 Крепление каната к барабану Принимаем резьбу М6, имеющую шаг 1,25 мм и внутренний диаметр 5,2 мм.

Натяжение каната под прижимными планками в начале подъема где f = 0,15 — коэффициент трения между канатом и барабаном;

= 22 — угол обхвата неприкосновенными витками (2 витка).

Усилие затяжки в винте

=0,95kH

где К — 1,25 — коэффициент запаса надежности крепления; f = 0,15 -приведенный коэффициент трения между канатом и прижимной планкой; = 2 — /3 = 5/3 — угол обхвата канатом барабана между первой и второй планкой.

Напряжение растяжения в винте где 1,3 — коэффициент, учитывающий напряжения кручения при затяжке, z — число винтов Допускаемое напряжение для винтов из стали 3 [] = 40…50МПа

5. Расчет останова

Остановы препятствуют самопроизвольному опусканию груза, ставятся на валу барабана и встраиваются в торец барабана.

Поэтому ориентировочно диаметр останова должен быть меньше или равен диаметру барабана.

Роликовый останов (рис.6).

Примем диаметр втулки = диаметру барабана D=160 мм, диаметр ролика d=D/8=25мм. Длина ролика l=(1,5ч2,0)d =35ч50мм.

Отсюда принимаем l=45мм, угол б = 6ч8°, принимаем б = 6°

Окружное усилие, действующее на заклиненные ролики при равенстве диаметров останова и барабана равно силе натяжения ветвей канатов, наматываемых на барабан;

F=z_в· S_max= 2· 4,86=9.72 kH

С учетом динамики, точности изготовления расчетное усилие

F_p=1.45· P=1.45·9.72=14.1 kH

Нормальная сила действующая на заклиненный ролика

H

Расчет роликового останова ведется по контактным напряжениям д= =1670МПа если материал корпуса и втулкисталь 40Х с HRC = 60, то [д] =1500 МПа.

Поэтому принимаем число роликов z=5, тогда

N = 3/5· 44,9 =26,9 кН д = 0,418 МПа? [д]

Условие прочности при z = 5 удовлетворяется.

Размеры останова: Диаметр втулки D = 160 мм, диаметр роликов d = 25 мм, длина роликов l = 45 мм, угол б = 6°, число роликов z = 5. Остальные размеры принимаем конструктивно.

Рисуем эскиз останова.

Рис. 6 Роликовый останов.

6. Подбор электродвигателя, редуктора, тормоза

При заданной скорости груза v = 6 м/мин. = 0,1 м/с. Угловая скорость вращения барабана Число оборотов в минуту барабана n_б = щ_б · 60 / 2 · р = 3,6 · 60 / 2· 3,14= 34,39 об/мин.

Мощность на валу барабана при подъеме груза максимальной массы Расчетная мощность на валу электродвигателя где, = 0,9 — КПД механизма подъема с цилиндрическим двухступенчатым редуктором.

Электродвигатель выбираем по каталогу (см. приложение 5) так, чтобы мощность электродвигателя для машин периодического действия (подъем — опускание) составляла 0,9… 1 расчетной мощности, т. е. Р_э.д. > (0,9… 1) Р = 2,9…3,2 кВт.

Выбираем крановый асинхронный электродвигатель серии МТF, с фазовым ротором (для лёгкого режима работы ПВ = 25%) МТF 111−6, номинальной мощностью Р_н = 4,1 кВт, частотой вращения n_н — 880 об/мин, максимальным моментом М_max =90 Нм, моментом инерции ротора I=0,049 кг-м², диаметром вала электродвигателя d₁=35мм, высотой вала h — 132 мм, габаритными размерами (мм): l₃₃ =673, l₃₂ = 86,5 L = 585; В = b₁₁ = 290, b₁₀ = 220, b₃₁,=137, Н = h₃₁ = 342.

Номинальный момент на валу электродвигателя Общее передаточное число редуктора

u₀ = n_н/n_б = 880/34,39 = 25,5

Момент на валу барабана равен моменту на тихоходном валу редуктора

M_б = P_б/_б = 2,9/ 3,6 = 0,805 кН*м = 805 нм По передаточному числу и моменту на тихоходном валу выбираем двухступенчатый цилиндрический редуктор Ц2У-160 с передаточным отношением u_р =25 моментом на тихоходном валу М_т =1000 Нм и КПД=0,97 (Приложение 6).

Габаритные размеры редуктора: межосевые расстояния а_т = 160 мм, а_Б= 100 мм; другие размеры L = 560 мм, L₁=475 l = 200 мм, l₁ = 136 мм, l₂ = 170 мм l₃ = 224 м, Н = 345 мм, Н₁ = 170 мм, В = 212 мм.

Уточняем общий КПД привода:

₀ =_рм² = 0,970,98² = 0,93,

где _м = 0,98 — КПД соединительной муфты.

По тормозному моменту подбираем тормоз, который ставится на валу электродвигателя.

Тормозной момент, развиваемый тормозом механизма подъема, должен обеспечивать удерживание подвешенного груза в неподвижном состоянии с определенным коэффициентом запаса торможения. Коэффициентом запаса торможения п_Т называют отношение момента М_т, создаваемого тормозом, к статическому крутящему моменту М_ст, создаваемому весом груза номинальной массы на тормозном валу и определяемому с учетом потерь в полиспасте и механизме, способствующих удерживанию груза,

n_Т = М_Т/М_СТ

Статический крутящий момент при торможении определяют по формуле:

М_ст = GD_б0/(2аu₀)= =5,45

где G — вес груза номинальной массы вместе с грузозахватным устройством; а — кратность полиспаста; u₀ — передаточное число механизма от вала барабана до тормозного вала; ₀ — общий КПД механизма подъема, учитывающий потери в полиспасте, барабане, обводных блоках и механических передачах.

При определении M_ст в расчет вводят максимальное значение КПД. Коэффициент запаса торможения n_т, для кранов, в механизмах подъема которых установлен один тормоз, принимают по данным, приведенным в Правилах Госгортехнадзора, в зависимости от типа привода и группы режима работы (см. табл.3)

Таблица 3

Выбираем (Приложение 7) тормоз колодочный с электрогидравлическим толкателем ТКГ-160 с тормозным моментом 100 Нм, диаметром шкива D = 160 мм, высотой h = 144 мм, габаритными размерами L = 490 мм, Н = 415 мм, В =201 мм, B =268мм, l = 147 мм.

В качестве тормозного шкива используем тормозной шкив упругой втулочно-пальцевой муфты (Приложение 8) с диаметром D = 160 мм, шириной шкива В = 75 мм и тормозным моментом М_т = 100 Hм.

7. Проверка электродвигателя по пусковому моменту

В период пуска возникает ускорение груза а_п= v/t, где t-время пуска. Это ускорение не должно превышать допускаемых значений [а] = 0,6…0,8 м/с² для крюковых кранов.

Определим время пуска из уравнения М_п > М_н + М_ин1+ М_ин2

Пусковой момент М_п = 0,75 M_max = 0,75 90 = 67,5 Hм. Номинальный момент Мн = 44,5 Нм.

Момент инерции вращающихся масс привода составляет М_ин1 = 1,15•I•е где: е = щ/t = n_н•2р/60t — угловое ускорение при пуске, I-момент инерции ротора, откуда ;

1,15· 0,049·

Определяем момент инерции поступательно движущихся масс (груза) на валу барабана.

Сила инерции при пуске где, а = v/t — ускорение, t — время пуска.

Момент от силы инерции на валу барабана

Момент инерции на валу электродвигателя

Подставляем в уравнение (2) 67,5 > 44,5 + 5,19/t + 0,33/t, откуда t = 0,7 с

Ускорение при пуске, а = v / t = 0,1 / 0,7= 0,14 м/с², что меньше допускаемых значений [а] = 0,6…0,8 м/с².

8. Компоновка механизма

Рисуем кинематическую схему механизма подъема (рис.8).

Рис. 8. Кинематическая схема механизма подъёма

По размерам на миллиметровке или на клетчатой бумаге в масштабе 1:10 рисуем эскиз механизма в плане (рис.9).

Рис. 9. Эскиз механизма в плане

Условие компактной компоновки:

по электродвигателю ;

a_wБ + а_wт>В/2 + D_н/2,(3)

по тормозу ;

а_wБ+а_wт>l_т+D_н/2.(4)

После подстановки в (3) получаем 260 > 188;

а в (4) 260 > 229 т. е. оба условия выполняются. При другой компоновке тормоз можно установить и на другом конце вала эктродвигателя.

Габариты механизма (ориентировочно):

Ширина

В = (l₃₃-l₃₇)+B_т/2+B_ред =(673 — 140) + 201/2 + 212= 845,5 мм;

В = L_бар+B_ред = 566 + 212 = 778 мм.

Длина

1) L L_т+D_н =490+164=654 мм

2) LL_т-l_т+а_wт+а_wБ+l= 490−147+160+100 + 200 =803мм.

Таким образом, L = 803 мм.

Высота определяется максимальным значением высоты элементов привода — Н_ред = 415 мм. Таким образом, Н =420 мм.

Соединение вала электродвигателя с входным валом редуктора рекомендуется выполнять с помощью зубчатых или упругих втулочно-пальцевых муфт с тормозным шкивом (см. Приложение 8).

Для соединения барабана с выходным валом редуктора существует несколько вариантов, наибольшее распространение получила конструкция в которой установка одной из опор барабана выполнена внутри консоли выходного вала редуктора. Конструктивное выполнение этого узла показано на чертеже. Конец выходного вала редуктора выполняют полым, в виде половины зубчатой муфты, вторая половина муфты укреплена на барабане. Размеры выходного конца вала приведены в приложении 9.

Все механизмы монтируются на единой сварной раме. Разновысотность устраняется подбором опорных швеллеров или двутавров.

Список использованной литературы

1. Александров М. П. Подъемно-транспортные машины. — М.: Высшая школа, 1985.

2. Зуев Ф. Г., Левачев Н. А., Лотков Н. А. Механизация погрузочно-разгрузочных, транспортно-складских работ. — М.: Агропромиздат, 1988.

Александров М. П. Грузоподъемные машины. — М.: Высшая школа, 2000.

Спиваковский А.О., Дьячков В. К. Транспортирующие машины. — М.: Машиностроение, 1983.

Левачев Н. А. Механизация ПРТС работ в пищевой промышленности. — М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984.

Зуев Ф.Г., Лотков Н. А., Полухин А. И. Справочник по транспортирующим и погрузочно-разгрузочным машинам. — М.: Колос, 1983.

Александров М.П., Решетов Д. Н. Подъемно-транспортные машины. Атлас конструкций.- М.: Машиностроение, 1987.

Спиваковский А.О., Дьячков В. К. Транспортирующие машины. Атлас конструкций. — М.: Машиностроение, 1969.

Подъемно-транспортные установки. Рабочая программа и контрольные задания. — М.: МГЗИПП, 1997.

Механизация погрузочно-разгрузочных и транспортно-складских работ. Задания на курсовой проект и методические указания по его выполнению. Буланов Э.А.- М.: МГЗИПП, 1994.