Проектирование механизма подъема груза консольно-козлового крана

Тип работы:
Курсовая
Предмет:
Производство и технологии


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Курсовой проект

«Проектирование механизма подъема груза консольно-козлового крана»

1. Назначение и область применения проектируемого изделия

Электрические подъёмные краны — это устройства служащие для вертикального и горизонтального перемещения грузов. Подвижная металлическая конструкция с расположенной на ней подъемной лебёдкой являются основными элементами подъёмного крана. Механизм подъемной лебёдки приводится в действие электрическим двигателем.

Подъемный кран представляет собой грузоподъемную машину циклического действия, предназначенную для подъема и перемещения груза, удерживаемого грузозахватным устройством (крюк, грейфер). Он является наиболее распространенной грузоподъемной машиной, имеющей весьма разнообразное конструктивное исполнение и назначение.

Козловой двухконсольный самомонтирующийся электрический кран (рис. 1) изготавливается двух пролетов — 32 и 20 метров с подвижной и неподвижной кабинами.

Рис. 1 — Консольно-козловой кран

Мост крана представляет собой решетчатую конструкцию прямоугольного сечения. В нижней части сечения моста подвешен ездовой монорельс, над которым расположен настил с ограждением для прохода вдоль моста. Мост опирается на жесткие и гибкие опоры. Жесткие опоры переменного треугольного сечения воспринимают вертикальные, продольные и переносные нагрузки. Гибкие опоры плоской конструкции с поясами из швеллеров предназначены для восприятия вертикальных и продольных нагрузок.

Кран опирается на четыре одноколесные тележки, две из которых приводные. Рамы тележек имеют шарниры для навешивания стягивающего полиспаста при монтаже и фланцы для крепления стяжек. По монорельсу пролетного строения передвигаются грузовая тележка с механизмом подъема и тележка кабины. Грузовой полиспаст выполнен по развернутой схеме и запасован на траверсу, имеющую центральный крюк и две боковые скобы для навешивания строп.

1.1 Технические характеристики проектируемого механизма

Грузоподъемность

8,5 т

Скорость подъема груза

0,6 м/с

Высота подъема груза

10 м

Грузозахватное устройство

Крюковая подвеска

Режим работы механизма

15%

2. Расчеты, подтверждающие работоспособность и надежность механизма подъема груза

2.1 Цель и задачи расчета

Общий расчет механизма подъема груза включает с себя:

— выбор полиспаста, крюка с крюковой подвеской, типового электродвигателя, редуктора, муфт и тормоза;

— выбор и расчет каната;

— расчет геометрических параметров каната;

— выбор схемы и способа крепления конца каната на барабане;

— расчет вала барабана и его проверка по напряжениям изгиба;

— выбор подшипников и их проверочный расчет

2.2 Выбор схемы полиспаста

Расчет механизма подъема груза начинают с выбора схемы полиспаста с учетом грузоподъемности и типа крана.

Для проектируемого крана грузоподъемностью Q = 8,5 т.

Рис. 2.1 — Схема полиспаста крана грузоподъемностью 8,5 т: 1 — барабан, 2 — блок, 3 — траверса, 4 — крюк, 5 — трос

2.3 Коэффициент полезного действия полиспаста

где зб — коэффициент полезного действия блока;

зб =0,98 (таблица 4.1 [1]);

uп — кратность полиспаста;

uп=2.

2.4 Усилие в канате набегающем на барабан при подъеме груза

(2. 2)

где Q — грузоподъемность крана, кг;

g = 9,81;

Z — число полиспастов;

Z = 2;

uп — кратность полиспаста;

uп=2;

з0 — общий КПД;

з0=0,99.

2.5 Расчетное разрывное усилие в канате при максимальной нагрузке

(2. 3)

где k — коэффициент запаса прочности;

k=5,5 (таблица 4.2 [1]).

По разрывному усилию (таблица Д. 1 [1]) выбираем канат двойной свивки типа ЛК-Р, конструкции 6×9 (1+6+6/6)+1 О. С ГОСТ 2688–80 18 мм имеющий при маркировочной группе проволок 1764 МПа разрывное усилие F=209 000 Н

Рис. 2.2 — Схема сечения каната двойной свивки типа ЛК-Р, конструкции 6Ч9 (1+6+6/6) + 1 О.С. ГОСТ 2688– — 80

Таблица 2.1 — Основные параметры каната

Диаметр каната, мм

Масса 1000 м каната, кг

Маркировочная группа, Мпа

Разрывное усилие каната, Н, не менее

18

1405,0

1764

209 000

2.6 Фактический коэффициент запаса прочности

(2. 4)

кран двухконсольный груз прочность

где Fтабл.  — Разрывное усилие каната по таблице;

Fтабл. =44 280 Н (таблица Д. 1 [1]);

Fmax — Разрывное усилие в канате при максимальной нагрузке;

Fmax=8051 Н.

2.7 Выбор крюковой подвески

По таблицам (приложение Г. 1 [1]) выбираем типовую крюковую подвеску с учетом грузоподъемности, режима работы, диаметра каната и схемы полиспаста.

Таблица 2.2 — Основные параметры подвесок

Грузоподъемность, т

Режим работы

Тип

Диаметр каната

Размеры, мм

Масса, кг

D

B

В1

В2

H

8,5

Л

I

18

406

190

130

12

977

129

2.8 Диаметр барабана Dб по средней линии навиваемого на него стального каната

Рис. 2.3 — Параметры барабана

(2. 5)

где dk — диаметр каната;

e — коэффициент, зависящий от типа машины, привода механизма и режима работы (таблица 4.3 [1]);

Принимаем Dб=360 мм.

2.9 Длина каната, навиваемого на барабан с одного полиспаста

(2. 6)

где h — высота подъема груза, м;

Z3 — число запасных витков на барабане, (принимаем Z3=2);

Zк — число витков каната, находящихся под прижимным устройством, (принимаем Zк=4);

uп — кратность полиспаста;

2. 10 Определение длины барабана

Рис. 2.4 — Длина барабана

При расчете рабочей длины барабана следует учесть, что в проектируемом механизме полиспаст сдвоенный. Тогда рабочая длина барабана для каната, свиваемого с одного полиспаста, будет равна

(2. 7)

где tб — шаг винтовой линии, по таблице 4.4 [1] tб =20 мм.

Тогда

Полная длина барабана для сдвоенного полиспаста

(2. 8)

Длина ненарезной части, необходимая для закрепления его в станке при нарезке канавок

(2. 9)

Так как длина барабана, проверка стенки барабана на совместное действие кручения и изгиба не проводится.

2. 11 Определение толщины стенки барабана

Из условия технологии изготавливаемых литых барабанов толщина стенки должна быть не менее, м

(2. 10)

где D — диаметр барабана по дну канавки;

(2. 11)

где — диаметр каната, м

2. 12 Крепление конца каната на барабане

Конец каната на барабане крепят накладкой с трапециевидными канавками.

Выбираем накладку с двумя болтами.

Напряжение в месте крепления на барабане, Н

(2. 12)

где f — коэффициент трения между канатом и барабаном; принимаем равным f=0,25;

б — угол обхвата барабана запасными витками каната (б=3р…4р), принимаем 3,5р;

e=2,74 — основание логарифма.

2. 13 Сила, растягивающая один болт, Н

(2. 13)

где f1 — приведенный коэффициент трения между канатом и накладкой с трапецоиды сечением канавки.

(2. 14)

где в=400 — угол наклона боковой грани канавки;

2. 14 Сила, изгибающая один болт, Н

(2. 15)

2. 15 Суммарное напряжение в каждом болте, Н

(2. 16)

где k — коэффициент запаса надежности крепления каната, (k=1,5);

l — расстояние от головки шпильки до барабана, мм (по дну канавки);

d1 — внутренний диаметр резьбы шпильки, мм.

(2. 17)

где dк — диаметр каната (dк=18 мм);

Принимаем болт d1=M16.

(2. 18)

Принимаем l =22 мм.

р] - допускаемое напряжение на растяжение материала болта, Н/мм2

р]=0,5ут, (2. 19)

где ут — предел текучести материала шпильки, Н/мм, можно выбрать по таблице или рассчитать по классу прочности; для класса прочности 4. 6;

р]=0,5•240=120 Н/мм2

Условие прочности выполняется.

2. 16 Статическая мощность электродвигателя

Максимальная статическая мощность двигателя, которую должен иметь механизм в период установившегося движения при подъеме номинального груза, равна

(2. 20)

где Q — номинальная грузоподъемность, кг;

Vп — скорость подъема, м/с;

зм — КПД механизма (зм = 0,8…0,9).

Вес крюковой подвески не учитывается.

Прежде чем выбирать электродвигатель, уменьшаем мощность электродвигателя на 25% (Рс=40 кВт).

Выбираем электродвигатель из таблицы А.1 [1] в зависимости от режима работы и расчетной мощности. Принимаем электродвигатель серии МТF 412−6.

Рис. 2.5 — Двигатель МТF 311−6

Таблица 2.3 — Основные параметры двигателя МТF

Тип двигателя

Мощность на валу (кВт)

n, об/мин

КПД, %

Момент инерции, кг•м2

Масса, кг

MTF 412−6

40

965

84,5

0,675

345

Таблица 2.4 — Габаритные, установочные и присоединительные размеры

Тип двигателя

b1

b10

b11

b12

d13

d1

d10

d20

d22

d24

d28

h

h8

h21

MTF 412−6

16

330

440

90

198

65

28

350

18

400

300

225

63,15

527

2. 17 Частота вращения барабана

, (2. 21)

где Vп — скорость подъема груза, м/мин.

Определяем общее передаточное число привода механизма:

, (2. 22)

где nдв — частота вращения вала ротора электродвигателя, мин-1.

2. 18 Выбор редуктора

Расчетная мощность на быстроходном валу, кВт. :

Рр = kр • Рс (2. 23)

где kр — коэффициент, учитывающий условия работы редуктора, (kр = 1,0);

Рс — наибольшая статическая мощность, передаваемая редуктором при нормально протекающем процессе работы механизма, кВт, равна Рс равна расчетной.

Рр = 1,0 •55,6 = 55,6 кВт

Выбираем в таблице Б.5 [1] горизонтальный двухступенчатый редуктор Ц2 — 350.

Рис. 2.6 — Редуктор Ц2 — 350.

Таблица 2.5 — Техническая характеристика редуктора Ц2 — 350

uред

Режим работы

Частота вращения быстроходного вала, мин-1

Мощность на быстроходном валу, кВт

Номин

Факт

16,3

15,1

лёгкий

1000

47

Таблица 2.6 — Основные размеры редуктора Ц2 — 400

А

Аб

Ат

А1

С1

Н0

L1

q

L

B

H

B1

B2

B3

B4

350

150

200

238

100

212

550

25

700

330

409

300

345

313

255

Таблица 2.7 — Размеры концов валов, мм

Быстроходный вал

Тихоходный вал

d1

L1

l1

d9

L10

D

40

300

85

85

123

313

Рис. 2.7 — Тихоходный вал с венцом для зубчатой муфты

Передаточное число редуктора uф не должно отличаться от требуемого u более, чем на 15%.

, (2. 24)

Условие выполняется.

Определяем момент статического сопротивления на валу двигателя в период пуска при подъеме груза, Н•м.

, (2. 25)

где; Fмах — усилие на канате, набегающем на барабан, Н;

Z — число полиспастов;

Dб — диаметр барабана, м;

uр — передаточное число редуктора (привода);

зб — КПД барабана (зб на подшипниках качения принять 0,96);

зпр — КПД привода (зпр = 0,9).

Номинальный момент, передаваемый муфтой, принимается равным моменту статических сопротивлений, Н•м.

Тмн = Тс (2. 26)

Н•м

2. 19 Выбор соединительных муфт

По кинематической схеме, представленной на рисунке 1. 1, установлены две муфты. Одна МУВП с тормозным шкивом установлена на быстроходном валу с левой стороны, а вторая МУВП между двигателем и редуктором.

Расчетный момент для выбора муфты с тормозным шкивом определяется по формуле, Н•м:

Тм=, (2. 27)

где; k1 — коэффициент, учитывающий степень ответственности механизма, (k1 = 1,3);

k2 — коэффициент, учитывающий режим работы механизма, (k2 = 1,2)

Тм=

Из таблицы В.3 выбирается муфта упругая втулочно-пальцевая с тормозным шкивом.

Рис. 2.8 — Муфта упругая втулочно-пальцевая с тормозным шкивом

Таблица 2.8 — Основные параметры муфты

Номинальный вращающий момент, Тк, Н·м

d

d1

D

Dт

D1

Вт

I

2000

65−75

65−90

2250

400

190

190

6,9

Рис. 2.9 — Муфта упругая втулочно-пальцевая

Таблица 2.9 — Основные параметры муфты

Номинальный вращающий момент, Тк, Н·м

d, d1

D

L

l

2000

80; 85; 90

250

348

170

Определяем средний пусковой момент двигателя с асинхронным ротором, Н•м:

Тср.п. = (1,5…1,6) · Тмах (2. 28)

где Тмах — максимальный момент двигателя, Н•м.

Тмах = Тном · шмах (2. 29)

где Тном — номинальный момент двигателя, Н•м;

шмах — максимальная кратность пускового момента, (шмах = 2,0).

Тном = 9550 · Р/n, (2. 30)

где Р — мощность электродвигателя, кВт;

n — число оборотов электродвигателя, мин-1.

Тном = 9550·40/965 = 395,85 Н•м

Тср.п. = (1,5…1,6) · 395,85 = 554,19… 633,36

Принимаем среднее значение Тср.п. = 593 Н•м.

Определяем фактическую частоту вращения барабана, мин-1:

nбф = nдв/ uр (2. 31)

nбф = 965 / 15,1 = 63,9 мин-1.

Определяем скорость подъема груза, м/с:

, (2. 32)

где Dб — диаметр барабана по центру каната, м

uп — кратность полиспаста

м/с

Отклонение фактической скорости подъема груза от заданной не должен превышать 15%.

Определяем время пуска при подъеме груза, с:

, (2. 33)

где Iмах — суммарный момент ротора двигателя и муфты, кг·м2.

Iмах = Iр + Iм, (2. 34)

где Iр — момент инерции ротора двигателя, кг·м2;

Iм — момент инерции муфты, кг·м2

Iмах = 6,9 + 0,675= 7,6 кг·м2

где nдв — частота вала электродвигателя, мин-1;

Q — грузоподъемность крана, 10 000 кг;

Vф — фактическая скорость подъема груза, м/с;

зм — КПД механизма, (зм = 0,9);

Тср. м — средний пусковой момент двигателя, Н·м;

Тс — момент статического сопротивления на валу двигателя, Н·м;

с

Оптимальным считается tп = 1,0… 2,0 с. Следовательно наше время подъема груза является оптимальным. Условие выполняется.

Определяем ускорение при пуске, м/с2.

а = Vф / tп, (2. 35)

а = 0,6 /1,7 =0,35 м/с2

Определяем момент статического сопротивления на валу электродвигателя при торможении механизма, Н·м.

, (2. 36)

где Fмах — усилие в канате, набегающем на барабан, Н;

Z — число полиспастов;

Н·м

2. 20 Выбор тормоза

Расчетный тормозной момент определяется по формуле:

ТТ = ТсТ · kТ, (2. 37)

где kТ — коэффициент запаса торможения, kТ = 1,5.

ТТ = 458*1,5 = 545 Н·м.

Выбираем тормоз колодочный с приводом от электрогидравлических толкателей ТКП — 300, по таблице К.1.

При выборе тормоза необходимо выполнение условия: номинальный тормозной момент должен быть не меньше расчетного.

ТсН > ТТ, (2. 38)

ТсН = 500 Н·м

ТТ = 458 Н·м

500 Н·м > 458 Н·м

Условие выполняется.

Рис. 2. 10 — Тормоз колодочный постоянного тока

Таблица 2. 10 — Техническая характеристика и основные размеры тормозов с электрогидравлическим приводом ТКП — 300.

Тормозной момент, Н·м

Тип толкателя

Масса, кг

D шкива

L

l

l1

В

b

b1

500

МП — 301

90

300

718

92

550

223

54

140

Определяем время торможения при опускании груза, с:

, (2. 39)

с

Определяем путь торможения механизма подъема груза, м:

S = Vф / tт, (2. 40)

S = 0,6/2,01=0,29 м.

Определяем максимальное время торможения, с:

Время торможения в предположении, что скорости подъема и опускания груза одинаковы

, (2. 41)

> c.

Определяем при торможении, Н/с2:

аТ = VФ / tТ? [аТ], (2. 42)

аТ = 0,6/2,01=0,5? 0,9 м/с2

Т] - допускаемое ускорение (замедление) для кранов, работающих с лесоматериалами и с сыпучими материалами [аТ] = (0,6…0,9) м/с2.

2. 21 Расчет оси барабана

При сдвоенном полиспасте, ось барабана испытывает напряжение изгиба от действия усилий двух ветвей каната

Рис. 2. 11 — Расчетная схема оси

Определяем равнодействующую, как показано на схеме

R=2Fmax (2. 43)

где: Fmax — наибольшее усилие в канате, набегающем на барабан, Н

R=2•41 692,5=83 385 Н

Расстояние между опорами оси

(2. 44)

Принимаем предварительно В=60 мм, С=80 расстояние от опоры до края барабана. Принимаем конструктивно это расстояние принимаем 180 мм

Расстояние между ступицами барабана

(2. 45)

Расстояние от центра ступицы приложение равнодействующей напряжения канатов

(2. 46)

Нагрузка на ступицу барабана 1

(2. 47)

Нагрузка на ступицу барабана 2

(2. 48)

Для определения опорных реакций RА и RВ составляем уравнение моментов относительно опоры А.

Rа= (2. 49)

Rа=

Нагрузка на опору В, учитывая симметричное расположение нагрузок

Ra =Rb=9289,8H

Крутящий момент на оси барабана при сдвоенном полиспасте, Н м

Т= Fmax Dб (2. 50)

Т=15 009Н

Определяем изгибающий момент в сечении оси 1, Н·м.

М1 = RА ·l1, (2. 51)

М1 = 9289,8·0,18 = 1672,2 Н·м.

Приведенный момент, Н·м.

, (2. 52)

Н·м.

Диаметр оси в опасном сечении,

(2. 53)

где: Мпр — приведенный момент в опасном сечении оси, Н м

— допускаемое напряжение на изгиб, Н/мм2

= (2. 54)

где: — предел выносливости стали, Н/мм2 для углеродистых сталей

(2. 55)

где — предел прочности стали, принимаем = 500Н/мм2

К0 — коэффициент, учитывающий конструкцию детали, (принимаем 2,5)

[n] - коэффициент запаса прочности для легкого режима работы равен 1,4

=

По стандартному ряду принимаем dв =80 мм, (ГОСТ 6636−69)

2. 22 Расчет подшипников скольжения и проверка их на долговечность

В данном случае подшипники выбираются по диаметру вала, условиям эксплуатации и монтажа. Учитывая эти факторы, выбираем подшипники шариковые радиальные сферические двухрядные с диаметром внутреннего кольца dп = 50 мм. ГОСТ 5720–75 из таблицы И.1 [1]. Основные размеры и параметры подшипника 1310 представлены на рисунке 2. 12 и в таблице 2. 11.

Рисунок 2. 12 — Основные размеры подшипника 1610.

Таблица 2. 11 — Основные размеры и параметры подшипника

d, мм

D, мм

В, мм

С, кН

Со, кН

е

Yо

50

110

27

43,6

17,5

0,24

2,8

Определяем долговечность подшипника, млн. об:

, (2. 56)

где; С — табличное значение динамической грузоподъемности, Н;

Rэ — эквивалентная нагрузка, Н;

б — показатель степени для шариковых подшипников, б = 3.

Определяем эквивалентную нагрузку:

Rэ = Х · Rr · V · Кб · Кт, (2. 57)

где Х — коэффициент радиальной нагрузки, Х = 1;

Rr = RА — радиальная нагрузка, равная опорной реакции, Н;

V — коэффициент вращения; при вращении внутреннего кольца V = 1

Кб — коэффициент безопасности, принимаем из условия работы механизма Кб = 1,5;

Кт — температурный коэффициент, Кт = 1.

Rэ = 1 · 9289,8 · 1 · 1,5 · 1 = 13 934,7 Н

L10 = (43 600/ 13 934,7)3 = 30,6 млн. об.

Определяем расчетную долговечность подшипников в часах

, (2. 58)

ч.

Полученное значении больше 10 000 часов, значит подшипник подобран правильно.

Заключение

Как показали проектные и проверочные расчеты, выбранный канат, крюковая подвеска, электродвигатель, редуктор, соединительные муфты и тормоз, отвечают правилами и нормами Госгортехнадзора и обеспечивают выполнению основных положений технического задания, максимальные отклонения от нормали не превышают 3%, что в пределах допустимого.

Конструкция барабана, вала и подшипниковых опор барабана спроектированы с учетом специфики эксплуатации механизма и требований предъявляемых к прочности, надежности и долговечности данных изделий.

Следовательно, можно сделать вывод: спроектированный механизм подъема груза отвечает необходимым критериям работоспособности и обеспечивает выполнение требований технического задания. Монтажный чертеж механизма и сборочный чертеж барабана со спецификациями представлены в графической части курсовой работы.

Список источников

1 Кучеренко А. Н. Подъемно — транспортные устройства. Проектирование механизмов подъема груза. Учебное пособие. Красноярск: 2001−231 с

2 Чернавский С. А. Курсовое проектирование деталей машин. Учебное пособие — М.: Машиностроение, 1980 — 350 с

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой