Расчет молотовидного крана грузоаодъемностью 8 т

1. Расчет механизма подъема

1.1 Выбор полиспаста и каната Усилие в набегающей части каната определяем по формуле:

где (1)

молотовидный кран электродвигатель

Q-грузоподъёмность каната, т

k-количество полиспастов (k=2);

m-кратность полиспаста

— кпд полиспаста, кпд выбираем в зависимости от кратности полиспаста

— сила тяжести крюковой подвески., т

(2)

Разрывное усилие каната определяется по формуле:

где (3)

— коэффициент запаса прочности каната (выбирается в зависимости от режима работы механизма: для режима 4М) По разрывному усилию выбираем канат двойной свивки типа ЛК-Р:

Разрывное усилие каната (табличное) ;

Диаметр каната ;

Шаг нарезки канавок на барабан определим по формуле:

1.2 Выбор барабана Диаметр барабана определяем по формуле:

где

минимальный диаметр блока,

где е — эмпирический коэффициент, зависящий от типа крана и режима его эксплуатации (е=25 для режима 4М)

— диаметр каната Диаметр барабана :

1.3 Выбор электродвигателя Статическая расчетная мощность привода (кВт) определяется по формуле:

(6)

где:

— скорость подъема груза, м/с;

— кпд механизма;

кпд механизма находим по формуле:

(7)

где

=0,99 — кпд муфты;

=0,94 — кпд редуктора;

=0,98 — кпд барабана;

— кпд полиспаста По полученной статической мощности с учетом режима работы выбираем электродвигатель типа МТН 612−10 со следующими характеристиками при ПВ=25%:

1.Номинальная мощность

2.Номинальная частота вращения ротора

3.Момент инерции ротора

4.Масса

1.4 Выбор редуктора Передаточное отношение редуктора определятся по формуле:

где (8)

— частота вращения барабана. Об/мин По справочнику выбираем двухступенчатый цилиндрический редуктор в зависимости от числа оборотов двигателя, исполнения по передаточному числу и мощности двигателя.

Выбираем редуктор РМ-850 со следующими параметрами:

1.Передаточное отношение

2.Мощность двигателя; 3. Масса

т.к ., то уточнение диаметра барабана не требуется.

1.5 Выбор длины барабана Длина барабана определяется по формуле:

где (9)

— длина между нарезками;

— длина нарезной части;

— расстояние от нарезной части до края барабана;

.где (10)

— число рабочих витков;

где (11)

Н-высота подъема, м;

— Число запасных витков;;

— Число витков нарезки;;

где (12)

t — шаг нарезки

(14)

L=1.19м;;

Т.к. длина барабана меньше трёх диаметров барабана, то напряжения изгиба и кручения можно не учитывать.

1.6 Выбор тормоза Тормозной момент определяем из условия удержания неподвижно висящего груза:

где (15)

— коэффициент запаса торможения (зависящий от режима работы при режиме 4М);

По расчетному значению тормозного момента выбираем тормоз колодочный с гидротолкателем ТГК-400 с ;

1.7 Выбор муфт Соединение электродвигателя с редуктором выполняется посредством муфты упругой втулочно-пальцевой с тормозным шкивом. Выбор муфты осуществляется по тормозу, так как в марке тормоза заложен размер тормозного шкива. Для тормоза ТКГ-400 применяют шкив диаметром 400 мм

1.Диаметр шкива — ;

2.Момент инерции муфты — ;

1.8 Проверка электродвигателя по времени разгона Время разгона электродвигателя при подъеме определим по формуле:

где (16)

Q-масса груза (кгс);

G-сила тяжести груза (Н);

-моменты инерции соответственно якоря (ротора) электродвигателя и соединительной муфты между двигателем и редуктором,

— средней пусковой момент электродвигателя,

(-номинальный момент электродвигателя, Нм, гдемощность двигателя в кВт);

=12сек-допускаемое время разгона механизма.

1.9 Проверка тормоза Время торможения при опускании груза определяем по формуле:

где (17)

— допустимое время торможения;

1.10 Уточнение внутреннего диаметра барабана.

Барабан делаем литым, марку стали выбираем по справочнику (35Л2) и определяем толщину стенки барабана по допускаемым напряжениям сжатия и определения толщены стенки барабана.

(18)

<�где (19)

F-усилие в канатах барабана, при налегании на барабан;

t-шаг нарезки;

1.11 Расчет оси барабана на статическую прочность Находим реакции в опорах:

Строим эпюру изгибающих моментов:

3,823

4,47

Эпюра изгибающих моментов Ось изготавливаем из высококачественной стали ст45, имеющей следующие показатели:

1.предел текучести

2.предел прочности

3.предел выносливости

Определим допускаемое напряжение изгиба для расчета оси по допускаемым напряжениям по условию прочности по формуле:

(21)

(22)

Где: n=1.4 — коэффициент запаса;

к=2 — коэффициент концентрации напряжений Условия прочности выполняются.

1.12 Расчет подшипника Количество оборотов находим по формуле:

(23), где

m — коэффициент для подшипников m=10/3

— эквивалентная нагрузка на подшипник роликовый радиально сферический

=37 000 Н — динамическая грузоподъемность

(24), где

— коэффициент вращения,

— коэффициент радиальной нагрузки, X=1

— Коэффициент безопасности,=1,1−1,2 ()

— температурный коэффициент, =1

2. Расчет механизма передвижения тележки

2.1 Выбор ходовых колес Диаметр ходового колеса выбирают в зависимости от давления на колесо, скорости движения механизма и режима эксплуатации. С выбором колеса определяют размеры подшипников, вала (оси) и корпусов полубукс.

(1)

Где:

— грузоподъёмность, т

— масса тележки, т

— число ведущих колёс По полученной мощности и по заданной скорости подбираем колесо с диаметром d=250мм;

2.2 Выбор электродвигателя Сопротивление сил трения определяем по формуле:

(3)

Где:

— Коэффициент сопротивления движению, определяемый по формуле:

(4)

Где:

— коэффициент трения в подшипниках качения (=0,015)

— отношение диаметров цапфы колеса (=0,3)

— коэффициент трения качения колеса (=0,5мм)

— коэффициент сопротивления в ребордах (с=22,3)

Сопротивление от уклона путей определяем по формуле:

(5)

Где:

— уклон путей (с) Сила инерции:

где

— скорость передвижения тележки, м/с

— время разгона,

Мощность двигателя определится как:

Подбираем электродвигатель МТН 211−6 с номинальной мощностью Р=8,2кВт; скоростью вращения =900 об/мин,

2.3 Выбор редуктора Передаточное отношение редуктора определяем по формуле:

(6)

По полученным данным выбираем редуктор Ц2−250 с передаточным отношением u=8,32;мощностью =18кВт;n=1000 об/мин

2.4 Выбор тормоза Максимальный тормозной момент определим по формуле:

(10)

Где:

— статический момент при движении тележки, Нм

— маховый момент ротора ()

— момент инерции муфты (=0,11)

— время торможения механизма передвижения (с) Статический момент при движении тележки определим по формуле:

(11)

Где:

По полученному значению выбираем тормоз ТКГ-160 с соответствующим тормозным моментом =0,1 кНм. Выбиваем муфту упруго втулочно-пальцевую с тормозным шкивом равным 160 мм.

2.5 Проверка электродвигателя по времени разгона Сила сопротивления движению при разгоне определяется по формуле:

Где:

средний пусковой момент Где:

кратность среднего пускового момента двигателя;

номинальный момент двигателя;

номинальная мощность двигателя;

2.6 Проверка электродвигателя по времени торможения Сила сопротивления движению при торможении определяется по формуле:

(14)

;

2.7 Проверка запаса сцепления приводных колес с рельсами

3. Расчёт механизма поворота

3.1 Определение нагрузок, действующих на опоры крана при положении тележки с грузом на конце консоли Масса крана, ;

Масса тележки: ;

Расстояние от центра тяжести крана до оси его вращения:

Расстояние от центра тяжести груза до оси вращения крана, Rmax=8м Высота колонны: h=7м;

Расчёт противовеса:

Масса противовеса:

Вертикальная реакция:

Горизонтальная реакция:

3.2 Выборы опорно-поворотного устройства В верхней опоре поворотной части устанавливают упорный шарикоподшипник. Так как скорость вращения подшипника меньше, чем 1 об/мин, то выбор подшипника произвожу по статической грузоподъемности, Выбираю упорный шариковый подшипник D=170 мм d=100 мм Со=610 кН Так же в верхней опоре устанавливаю радиальный двухрядный сферический роликовый подшипник, Аналогичный сферический подшипник устанавливаю в нижней опоре колонны, выбираю радиальный двухрядный сферический роликовый подшипник серии Со=102 кН D=180 мм d=100мм

3.3 Определение моментов, сил трения Момент сил трения от горизонтальной реакции:

Где — коэффициент трения,

— средний диаметр цапфы ,

Момент сил трения от вертикальной реакции:

Где — коэффициент трения,

— средний диаметр пяты,

Момент от сил трения в нижней обойме:

R-усилие действующего на ролик

— угол действия сил R

— диаметр оси ролика

— диаметр ролика

— диаметр окружности движения роликов

— коэффициент трения качения ролика по кольцу

— коэффициент трения в подшипнике ролика Момент сил трения:

3.4 Определение сопротивления вращению от крена крана Суммарный опрокидывающий момент от вертикальных сил, действующих на кран:

Момент сопротивления от наклона крана:

Где угол наклона;

угол поворота

3.5 Определение сопротивлений вращению от давления ветра:

где наветренные площади груза и крана;

3.6 Определение сопротивлений вращению от сил инерции Где момент инерции груза относительно оси вращения крана;

момент инерции крана относительно оси вращения крана;

время разгона механизма поворота;

3.7 Определение мощности привода гдекпд механизма поворота;

кратность среднего пускового момента двигателя;

По каталогу выбираю крановый двигатель МТН-211−6

3.8 Компоновка механизма поворота крана с открытой конической передачей и цилиндрическим редуктором Передаточное отношение открытой цилиндрической передачи:

Общее передаточное отношение:

Тогда потребное передаточное отношение редуктора будет равно:

Передаточное отношение соосного редуктора (на основе редуктора Ц2−300) передачи:

Соответственно берём его с данными:

3.9 Выбор тормоза Тормозной момент при наличие муфты предельного момента рассчитывается по формуле:

Тогда требуемый тормозной момент будет равен:

Выбираю тормоз ТКГ-200 — тормоз колодочный электрогидравлический с диаметром Тормозного шкива 200 мм и наибольшим тормозным моментом ,

По диаметру тормозного шкива подбираю муфту упругую втулочно пальцевую с тормозным шкивом 200 мм Время торможения механизма поворота крана:

3.10 Определение момента фрикционной муфты На перегрузочных кранах для предотвращения перегрузок механизма поворота и металлоконструкций поворотной части крана устанавливается муфта предельного момента.

Фрикционная муфта рассчитывается с запасом в 10%.

Момент срабатывания муфты:

Где коэффициент запаса Необходимое усилие сжатия пружины:

Где коэффициент трения бронзового обода со стальным конусом.

Принятые пределы регулирования фрикциона, в соответствии с этим наибольшее сжатие пружины Наибольший и наименьший диаметры конуса:

Удельное давление на рабочей поверхности конуса:

Допускаемое давление стали по бронзе может быть принято в пределах

3.11 Расчёт пружины для муфты предельного момента Задаёмся индексом пружины с=5

Необходимый диаметр проволоки Где k-поправочный коэффициент, учитывающий кривизну витков:

допускаемые предельные напряжения для пружин из стали;

Средний диаметр пружины в этом случае:

Наибольшее допустимое предельное усилие Зазор между витками при рабочей нагрузки пружины:

Зазор между витками при ненагруженной пружине:

Шаг витков при ненагруженной пружине:

Наибольшая допустимая длина пружины:

Число витков

3.12 Расчёт параметров соосного редуктора В этом пункте будет рассмотрен упрощённый проектировочный расчёт двухступенчатого соосного редуктора. В качестве базы для редуктора выбираем двухступенчатый цилиндрический редуктор Ц2−350 со следующими параметрами:

Меняем межосевое расстояние Получим передаточное отношение для зубчатого венца:

Рассчитаем основные параметры открытой передачи, задавшись прежде числом зубьев шестерни и межосевым расстоянием. Угол нарезки зубьев

4. Проверочные расчеты деталей крана

4.1 Расчет шпонки на смятие

Шпонка на валу механизма поворота Шпонка 28×16×100 ГОСТ 23 360–78

b=28 мм

h=16мм

l=70 мм

Передаваемый момент Т равен:

где момент срабатывания муфты фрикциона, Нм передаточное отношение тихоходной ступени глубина паза на валу,

Сталь 45, МПа Сравним с допускаемыми напряжениями:

МПа

4.2 Расчет ходового колеса на статическую прочность

После выбора колеса и рельса необходимо провести проверку, чтобы наибольшие нормальные напряжения в зоне контакта колеса не превышали допускаемых.

При точечном контакте, колесо катится по рельсу, контактные напряжения в ободе

вычисляются по формуле :

=143 МПа

[ф.(V.2.28.), стр. 319,(2)]

Где:

= 850 МПа

— при стальном колесе Кт= 1,1 — коэффициент толчков Р= 40 кН — расчетное давление колеса на рельс

1,1 -коэффициент режима работы

40 кН

R =300 мм — радиус закругления головки рельса.

4.3 Расчет вертикального вала механизма поворота

а b c

1,254

1.Методические указания СПГУВК

2. С. А. Чернавский и др. Курсовое проектирование деталей машин Машиностроение 1988, 416 с.

3. Руденко Н. Ф. и др. Курсовое проектирование грузоподъёмных машин Машиностроение, М., 1966

4. Гаранин И. П. Грузоподъёмные машины на речном транспорте. М., Транспорт, 1991, 319 с.

5. Справочник по кранам. Под редакцией Гохберга М. М. Л., Машиностроение, 1988, в двух томах.

6. Павлов Н. Г. примеры расчётов кранов. 4-е изд. Л. Машиностроение 1976,315 с.

7. атлас конструкций грузоподъёмных машин. ЛИВТ., в двух частях.

8. Рачков Е. В. Подъёмно-транспортные машины и механизмы. М., Транспорт, 1989, 240 с.