Расчёт элементов конструкции судового грузоподъёмного устройства

Министерство образования и науки Украины

Одесская национальная морская академия

 

 

Кафедра СВУ

 

 

 

Расчётно-графическая работа

По дисциплине Судовые Грузовые и Подъёмные Механизмы

на тему:

«Расчёт элементов конструкции судового грузоподъёмного устройства»

 

 

 

 

 

 

 

Проверил:                                                                               Выполнил:  преподаватель кафедры СГ и ПМ                                        курсант 2303 группы                                                                             Дрозд Е.В.                                                                              Сушков А.И.

 

 

 

 

Одесса 2015

ЗАДАНИЕ

 

 

 

Вариант М  30
Параметр	Значение
Тип СГПТМ	Механизм подъёма груза судового крана
Тип редуктора	ЧЦ
Номинальная грузоподъёмность, G, t	10.0
Скорость подъёма, V, м/с	0.83
Кратность полиспаста, i	3
Диаметр грузового,  барабана, D, мм	500
Длина барабана, Lmax, м	0,63
Канатоёмкость, К, м	80

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

1. Краткая характеристика грузоподъёмного устройства………..
2. Расчёт и подбор грузового каната……………………………....
3. Расчёт и выбор привода………………………………………....
4. Расчёт грузового барабана……………………………………….
5. Подбор муфты и тормозного устройства……………………….

      Выводы…………………………………………………………………

      Список  использованной литературы………………………………

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА  ГРУЗОПОДЪЁМНОГО УСТРОЙСТВА

     Современные универсальные суда, как правило, оснащены собственными грузоподъёмными устройствами. Наибольшее распространение в торговом флоте  получили судовые краны, один из которых изображён на Рис.1.1.

В данной работе рассматривается механизм подъёма  судового стрелового поворотного крана с изменяющимся вылетом стрелы. Рассматривается механизм подъёма груза, схема которого приведена на Рис.1.3.

Этот механизм имеет редуктор типа ЧЦ: червячно-цилиндрический. Его преимущество заключается в возможности использования для переменных нагрузок и то, что он имеет очень высокий КПД, по сравнению с другими видами редукторов.

По заданию данный судовой кран имеет грузоподъёмность G=10т, скорость подъёма груза составляет V=0,83 м/с. Характеристики грузового барабана: диаметр D=500мм, длина Lmax=630мм. Канатоёмкость К=80м. В состав грузовой лебёдки крана входит полиспаст, кратностью i=3. Схема полиспаста показана на Рис.1.2.

Диаграмма сил, действующих на стрелу при минимальном угле наклона ἀ=25°, показана на Рис.1.4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                              1.1 Судовой  стреловой поворотный  кран

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.1.2 Схема полиспаста.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                       Рис.1.3 Схема механизма подъёма  груза

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.4  Силовая диаграмма при одиночной работе стрелы

Пренебрегая весом стрелы, сила, сжимающая стрелу будет   Fсж = Fг+Fш+Fт.  Из условия равновесия нока стрелы получим Fсж = FгLс / Hт+Fш, где Lc – длина стрелы, Нт – высота топенантного блока над шпором стрелы. Сила натяжения топенанта: , где  α > 25°-угол наклона стрелы; β – угол между стрелой и топенантом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.РАСЧЁТ И ПОДБОР ГРУЗОВОГО  КАНАТА

Определяем номинальную нагрузку в канате по формуле Кн, где g=9.81 м/c², G = 10.0 т. =3. 

(2.1)

Разрывное усилие определяется по правилам регистра следующим образом:       Кн    (2.2)

По разрывному усилию выбираем канат и технические параметры заносим в таблицу 2.1

Параметр	Значение
Маркировочная группа по времени сопротивления разрыва, (МПа)	1700
Разрывное усилие Fр,  (кН)	163.5
Диаметр каната d,    (мм.)	19.0
Расчётная масса m  (кг/1000м)	1155
Тип конструкции	ТК 6 x 24 по ГОСТ 3083_66

Для выбранного грузового  каната проверяем заданный диаметр грузового барабана на требование Регистра.

Наименьший диаметр грузового барабана в соответствии с нормой регистра расчитывается  по  формуле , где Kу.р – коэффициент учитывающий условия работы конструкции на изгиб и зависит от режима работы крана. Ку.р = 16-20, d- диаметр выбранного каната.

Для номинальной грузоподъёмности G назначаем режим работы крана:  режим работы средний, Кгр.= 0.75 ПВ = 25%. И в соотвествии с выбраным режимом принимаем kур=17

.Тогда,

Dmin≥ Dзад,                                                                                                                                                 (2.4)

где Dзад-диаметр барабана из задания.

Если Dmin< Dзад, то выбираем в дальнейшем значение диаметра из задания.

Частоту вращения барабана определяем по формуле:

nб=iV/π(D+d),  с-1                                                                                         (2.5)

где V-скорость подъёма груза, D-диаметр барабана.

Тогда, nбар=2.49/3,14*(0,5+0,019)=2.49/1.62= 1.53(с-1)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.РАСЧЁТ И ВЫБОР ПРИВОДА

    В данной работе  рассматриваем привод, состоящий  из электродвигателя и редуктора.

Грузоподъёмность крана ограничивается мощностью двигателя и может быть расчитана по формуле: 
P=gGV/η,   кВт                                                                                                  (3.1)

где η-КПД механизма подъёма груза.

Величина КПД при последовательном соединении элементов в механизме подъёма груза (см. Рис.1.2) рассчитывается по формуле:

η = ηм ηр ηбар ηблz ηп,                                                                                            (3.2)

где ηм-КПД муфты, ηр-КПД редуктора, ηбар-КПД барабана, ηбл-КПД блока, z-число блоков, ηп-КПД полиспаста.

• ηм=0,99, т.к. центровка валов достаточно высока
• ηр= ηч ηц, т.к. редуктор по заданию червячный цилиндрический.

ηц=0,97, ηч =  0.75.

Тогда, ηр=0.97*0.75=0.72

• ηб=0,98, т.к. в данном барабане используются подшипники качения, которые имеют преимущества перед подшипниками скольжения
• ηбл=0.98, для одношкивного блока, z=3.
• ηп=1-( ηбл)i/(1- ηбл)i,                                                                                  (3.3)

где ηбл – КПД подвижного блока и совпадает с КПД неподвижного блока и равно 0,98.

Тогда, ηп=1-0.983/0.02*3=0.05/0.06=0.98

 

Теперь, имея значения всех необходимых КПД, найдём величину КПД при последовательном соединении по формуле (3.2):

η=0.99*0.72*0.98*0.98 3*0.98=0.64

Получив значение общего КПД, найдём мощность двигателя по формуле (3.1):

P=9,81*10*0,83 /0.64=127.2 (КВт)

По результатам расчётной мощности невозможно выбрать один двигатель из каталога, поэтому выберем два одинаковых двигателя, которые в сумме будут давать требуемую по расчётам мощность.

По нормативному источнику [1] выбрали электродвигатель серии МАП, данные по которому занесены в Таблицу 3.1.

Таблица 3.1. Технические параметры двигателя серии МАП

Параметры	Значения
Мощность, Р, кВт	65
Режим работы, ПВ, %	40
Частота вращения, nдв, с-1	16,2
Максимальный момент, М, Нм	2700
Пусковой момент, Мп, Нм	1600
Тип э/д	МАП 622-6

 

Далее следует выбор редуктора, для чего необходимо произвести расчёты в следующей последовательности:

• передаточное число редуктора, которое определим по формуле:

U=nдв/nбар=16,2/1,53=24,8

• момент на валу рассчитаем по формуле:

Т1=P/2π nдв=2*65/(2*π*16,2)=1,27 (кНм)

• момент на выходном валу:

Т2= Т1U ηр=1.27*24,8*0.72=22.6 (кНм)

Теперь подбираем редуктор по каталогу, исходя из мощности и передаточного числа. Характеристики его сводим в Таблицу 3.2.

Таблица 3.2. Технические характеристики редуктора

Параметр	Значение
Передаточное число, u	25
Номинальный крутящий момент, Т2, Нм	22400
Масса, m, кг	1650
Типоразмер	Ц2-750

Примечание: По заданию был задан цилиндрический редуктор типа Ц-2, по расчётам подходит цилиндрический двухступенчатый с  Ц2-750.

 

4.РАСЧЁТ ГРУЗОВОГО БАРАБАНА

       Расчёт  грузового барабана сводится  к определению числа слоёв  навивки, проверки на прочность  и расчёту крепления запасовки грузового каната на барабане.

       Определение  числа слоёв навивки на барабане  проводится в следующей последовательности:

• число витков при навивке в один слой можно вычислить по формуле:

z=L/p,                                                                                                    (4.1)

где L-длина барабана, мм; p=2 мм, шаг.

Тогда, z=630/2=315

• длина первого слоя определяется по формуле:

l1=zπ(D+d)                                                                                               (4.2)

l1=315π(500+19)=513342,9 (мм)

• длина второго слоя:

l2=zπ(D+3d)                                                                                             (4.3)

l2=315π(500+19*3)=550928,7 (мм)

• длина третьего слоя:

l3=zπ(D+5d)                                                                                             (4.4)

l3=315π(500+19*5)=588514,5 (мм)

 

Число слоёв навивки каната на барабан вычисляем методом сравнения:

l1≥K,                                                                                                         (4.5)

значит, для данного барабана необходимо 1 слой навивки.

Эскиз барабана приведён на рисунке 4.1.

Проверка барабана на прочность сводится к определению толщины стенки при расчёте на сжатие:

σсж=Fшkсниж.нат./dδ ≤ 0,28[σб],                                                                             (4.6)                                                        

где Fш-натяжение в грузовом канате в шкентеле; kсниж.нат.=0,75; [σб]=833 МПа-

твёрдость по Бринеллю, δ-толщина стенки.

 

 

Натяжение Fш определим по формуле:

Fш=kгрgGном/i                                                                                                       (4.7)