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 / zб — кратность полиспаста, где n — число ветвей каната, на которых подвешен груз, принимаем а = 6/2 = 3; t = m/ zб — 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 =Smax K=4,865=24,3 kH,
где: K — коэффициент запаса, определяемый по режиму работы (K=5 — при легком (Л), К = 5,5 — при среднем (С), 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 = 6,9мм 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, d 1 , = 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
D 0 = ed
Коэффициент e выбираем из таблицы 2.
Таблица 2
|
Режим работы |
e |
|
|
1М ; 2М,ЗМ-Л |
20 |
|
|
4М-С |
25 |
|
|
5М-Т |
30 |
|
|
6М-ВТ |
35 |
|
D 0 = 20*6,9=138 мм
Диаметр блока по дну канавки или ручья
D = D 0 -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 D 0 = D+d = 166.9 мм.
Наружный диаметр блока D н = D+2h = 160 +214 = 188 мм.
Ширина ручья блока B 1 = 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 = 1,1Smax = 1,14,8 = 5,34 kH,
где 1,1 — коэффициент неравномерности нагрузки.
Подшипник выбираем по статической грузоподъемности C 0 из условия С0 >Fr
Выбираем радиальные однорядные шарикоподшипники особо легкой серии № 80105 имеющей статическую грузоподъемность C 0 = 5,6 кН и размеры (мм):
d r = 25, Dп = 47, Вп = 12 (см. ГОСТ7242-82).
Ширина ступицы должна быть больше 1,22В п = 28,8 мм. Выбираем Вбл = 35 мм. Рисуем эскиз блока (рис. 2).
Рис.2. Эскиз блока
Барабан. Основные диаметры барабана D 0 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 D 0 +3 = 0,01166,9+3 = 5 мм
Принимаем =6мм
Внутренний диаметр барабана: D вн = 160-26 = 148 мм.
Наружный диаметр:
D н = D+2h , где h0,3d=2,07мм
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 l 0 = (К-1)Вбл , где К — число блоков крюковой подвески или направляющих блоков, с которых ветви каната наматываются на барабан, Вбл — ширина блока.
Возьмём К = 3, l 0 = (3-1)35 = 70 мм. В конце нарезной части предусматривается гладкий участок или реборда длиной
l 1 = 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 / Dн = 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 (С), 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 ·Smax = 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 втулки -сталь 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 = 25мм, 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 = щб
- 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 nн — 880 об/мин, максимальным моментом Мmax =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
u 0 = nн /nб = 880/34,39 = 25,5
Момент на валу барабана равен моменту на тихоходном валу редуктора
M б = Pб /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 Мт =1000 Нм и КПД=0,97 (Приложение 6).
Габаритные размеры редуктора: межосевые расстояния а т = 160 мм, аБ = 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 =р м 2 = 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 Мт , создаваемого тормозом, к статическому крутящему моменту Мст , создаваемому весом груза номинальной массы на тормозном валу и определяемому с учетом потерь в полиспасте и механизме, способствующих удерживанию груза,
n Т = МТ /МСТ
Статический крутящий момент при торможении определяют по формуле:
М ст = GDб 0 /(2аu0 )= =5,45
где G — вес груза номинальной массы вместе с грузозахватным устройством; а — кратность полиспаста; u 0 — 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 nт , 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
|
Группа режима работы (по СТ СЭВ 2077-88) |
1; 2; 3 |
4 |
5 |
6 |
|
|
Режим работы по правилам Госгортехнадзора |
Легкий |
Средний |
Тяжелый |
Весьма тяжелый |
|
|
Тип привода |
Ручной и машинный |
Машинный |
|||
|
Коэффициент запаса торможения |
1,5 |
1,75 |
2,0 |
2,5 |
|
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 > Мн + Мин1 + Мин2
Пусковой момент М п = 0,75 Mmax = 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/с 2 , 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
|
Элемент привода |
Габариты(мм) |
Высота вала, h, мм |
Другие размеры (мм) |
|||
|
Длина |
Ширина |
Высота |
||||
|
Электро двигатель |
L=560 |
b 11 =290 |
h 31 =342 |
132 |
||
|
Тормоз |
L=490 |
B=201 |
H=415 |
144 |
lт=147 |
|
|
Редуктор |
L=560 |
B=212 |
H=272 |
170 |
аw=100 аwт=160 l=200 |
|
|
Барабан |
L=566 |
Dн=164 |
||||
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 w Б + аw т >В/2 + Dн /2,(3)
по тормозу —
а wБ +аw т >lт +Dн /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 = (l 33 -l37 )+Bт /2+Bред =(673 — 140) + 201/2 + 212= 845,5 мм;
В = L бар +Bред = 566 + 212 = 778 мм.
Длина
1) L L т +Dн =490+164=654 мм
2) LL т -lт +аw т +аw Б +l= 490-147+160+100 + 200 =803мм.
Таким образом, L = 803мм.
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
[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/kursovaya/raschet-rabotyi-mostovogo-krana/
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.
