Автор работы: Пользователь скрыл имя, 02 Апреля 2014 в 22:14, курсовая работа
В данной работе был рассчитан и спроектирован механизм подъема мостового крана. В работе рассмотрена кинематическая схема привода, выбран канат, рассчитаны параметры барабана.
Задание на выполнение проекта
Вариант 5
Исходные данные
Описание работы механизма
Механизм подъёма крана (рис. 1) представляет собой специальную лебёдку, состоящую из электродвигателя 1, муфта с тормозом 2 соединяющая двигатель с ведомым валом редуктора 3, ведомый вал через муфту соединён с приводным барабаном 4, полиспаст 5 – это система подвижных и неподвижных блоков объединённых гибкой связью, канатом или цепью, полиспаст соединён с крюком.
Полиспаст, в механизме подъёма, применён для получения выигрыша в силе, который состоит, из системы подвижных и неподвижных блоков, связанных между собой канатом. Поскольку груз при этом висит на нескольких ветвях каната, то усилие в канате уменьшается во столько раз, сколько ветвей каната держат груз. Соответственно требуется канат меньшего диаметра, и как следствие этого, меньшего диаметра и барабан. С уменьшением диаметра барабана уменьшается также потребное передаточное число редуктора, так как возрастёт частота вращения барабана. Всё это упрощает конструкцию механизма подъёма, делая её более лёгкой и компактной. На кранах обычно применяются сдвоенные полиспасты (на барабан наматываются две ветви каната), что обеспечивает строго вертикальный подъём груза.
Рисунок 1 – Кинематическая схема грузоподъемного механизма
Аннотация
В данной работе рассчитан и спроектирован механизм подъема мостового крана. В ходе работы рассмотрена кинематическая схема привода, выбран канат, рассчитаны параметры барабана, выполнены прочностные расчеты барабана, оси, подшипников, подобраны двигатель и редуктор, рассчитаны и выбраны муфты, подобран тормоз. Также выбран способ соединения редуктора с барабаном и выполнен расчет узла.
В графической части работы представлен общий вид барабана и общий вид привода механизма подъёма.
Работа состоит из введения, 10 разделов, заключения, списка использованной литературы, изложена на 28 страницах, содержит 6 рисунков, 1 таблицу.
Оглавление
В современных условиях поточного и автоматизированного производства значение подъемно-транспортных машин качественно изменилось. Они вышли за рамки своего первоначального назначения – вспомогательного оборудования для механизации трудоемких процессов производства – и являются связующими звеньями в технологической цепи, обеспечивающими непрерывность производства, основным регулятором поточного производства, ограниченной частью технологических процессов, определяющих ритм и производительность основного оборудования предприятия. Подъемно-транспортные устройства являются основой комплексной механизации и автоматизации производственных процессов. От правильного выбора наиболее рациональных машин зависит высокопродуктивная работа всего предприятия.
Конструкция подъемно-транспортных машин непрерывно совершенствуется, в связи, с чем возникают новые задачи по расчету, проектированию, исследованию и выбору оптимальных параметров машин, обеспечивающих высокие технико-экономические показатели и качество машин.
В данной работе был рассчитан и спроектирован механизм подъема мостового крана, были рассчитаны параметры барабана, выбран канат, подобраны двигатель и редуктор, муфты, выбран тормоз.
Для расчёта и выбора элементов привода механизма подъёма составим его кинематическую схему (рис. 2). Она включает электродвигатель, муфту с тормозом, редуктор, барабан, полиспаст, состоящий из подвижных и неподвижных блоков, ветвей каната и крюковой подвески, конструктивно объединяющей подвижные блоки полиспаста и грузозахватный орган – крюк.
Рисунок 2 – Кинематическая схема привода механизма подъема
Полиспасты в кранах применяются для выигрыша в силе. Величина этого выигрыша характеризуется кратностью полиспаста и определяется по формуле
= , (1)
где Z – число ветвей, на которых висит груз;
– число ветвей, наматываемых на барабан.
= .
При использовании полиспаста скорость движения каната будет больше скорости подъёма груза
= ,
= ,36 (м/с).
а длина каната, наматываемая на одну половину барабана,
= H .
= 8 ∙ 3 = 24 (м).
Максимальное усилие в канате в точке набегания его на барабан определяется по формуле
= Н (2)
где Q – грузоподъёмность крана, кг;
– ускорение силы тяжести, м/с2;
– КПД полиспаста; для = 2 = 0,97.
Расчётное разрывное усилие в канате согласно правилам Госгортехнадзора определяется по формуле
= ∙ , Н, (3)
где – коэффициент запаса прочности, принимаемый равным 5, 5,5 и 6 соответственно для легкого, среднего и тяжёлого режимом работы.
= ∙ = 13625 ∙ 5,5 = 74937,5 (Н).
Окончательно канат выбираем по таблицам ГОСТ 2688-80 «Канаты стальные двойной свивки типа ЛК-Р» ближайшего большего разрывного усилия (из условия ).
В итоге принимаем стальной канат ГОСТ 2688-80 грузового назначения диаметром 11 мм марки 1, оцинкованный по группе ОЖ, правой крестовой свивки, нераскручивающийся, нерихтованный, нормальной точности маркировочной группы 1960 Н/мм2 (200 кгс/мм2):
Канат 11-Г-1-ОЖ-Н-1960 ГОСТ 2688-80.
Разрывное усилие этого каната 75150 Н.
При огибании канатом барабана и блоков в нём возникают напряжения изгиба, величина которых зависит от соотношения диаметров барабана и каната.
Допускаемый диаметр барабана по центру каната определяется по формуле Госгортехнадзора
= e, мм, (4)
где – диаметр каната, мм;
e – коэффициент, учитывающий допустимый перегиб каната (для мостовых кранов для лёгкого, среднего и тяжёлого режимов e = 20; 25; и 30 соответственно).
= 11 ∙ 25 = 275 мм. (4)
Для равномерной укладки каната на поверхности барабана наносятся винтовые канавки левого и правого направления, разделённые среднем участком барабана (рис. 3). Шаг канавок принимается равным t = + (1,5…3,0), мм.
t = 11 + 3 = 14 мм.
Рисунок 3 – Геометрические параметры барабана
Длина барабана при использовании сдвоенного полиспаста (на барабан наматываются две ветви каната) определяется по следующей формуле:
= 2 (+ + +lк) + l0, мм, (5)
где – (2,5….3,0) t – участок для закрепления конца каната;
= 2,5 ∙ 14 = 35 мм;
– (1,5….2,0) t – участок для неприкосновенных витков трения (для уменьшения нагрузки на элементы крепления каната);
= 2 ∙ 14 = 28 мм;
– участок для навивки рабочей ветви каната,
(6)
здесь – длина ветви каната, наматываемой на одну половину барабана;
H – высота подъёма груза;
= (2…3) – длина концевой части барабана;
= 2,5 ∙ 14 = 35 мм;
– максимальная длина среднего участка, разделяющей левую и правую нарезку; принимается из условия обеспечения нормального набегания каната при максимальном подъёме подвески. Наибольший угол набегания каната на барабан не должен превышать 6. Тогда
= b ,мм, (7)
где – минимальное расстояние между осью барабана и осью подвески (предварительно можно принять hmin = 600…1000 мм в зависимости от диаметра барабана и блоков;
= 200 - 2 ∙ tg6˚ = 80 мм
= 2 (0,035 + 0,028 + 0,389 + 0,035) + 0,08 = 1,2 (м)
При длине барабана > (3,0…3,5) Dб стенки барабана следует проверять также на изгиб и кручение. Однако для обеспечения нормальных пропорций барабана такую длину принимать не следует. Лучше увеличить диаметр барабана, так как это создаст более благоприятные условия для работы каната. При этом следует откорректировать необходимые расчёты.
Принимаем диаметр барабана = 400 мм,
тогда
= 2 (0,035 + 0,028 + 0,268 + 0,035) + 0,08 = 1,2 (м).
Принимаем длину барабана равной = 1,2 м.
По технологии изготовления барабаны могут быть литыми (чугун марок СЧ-15-32, СЧ-28-48 или сталь марок 25Л и 35Л), либо сварными из стальных листов (Ст3).
Толщину стенки при предварительном расчёте для чугунного барабана определим по формуле
0,02Dб + (0,6...1,0), см; (8)
δ = 0,02 ∙ 400 + 6 = 14 (мм).
По условиям технологии толщина стенки литых барабанов должна быть не менее 12 мм.
Таким образом, принимаем толщину стенки барабана δ = 14 мм.
Принятое значение толщины стенки проверим на сжатие по формуле
= / ( ≤ [], (9)
где – максимальное усилие в канате, Н;
– допускаемое напряжение сжатия, МПа; определяется для стали с коэффициентом запаса прочности 1,5 относительно предела текучести и коэффициентом 4,25 относительно предела прочности для чугуна – (для Ст3 и 25Л = 240 МПа, для 35Л = 280 МПа; для СЧ-15-32 =700 МПа, для СЧ-28-48 = 1100 МПа).
Определим напряжения сжатия барабана из серого чугуна СЧ-15-32 и сравним их с допускаемыми напряжениями:
следовательно, условие прочности барабана на сжатие выполняется.
Соединение вала барабана с выходным валом редуктора может производиться при помощи зубчатых муфт, допускающих значительную несоосность соединяемых валов. Эти муфты характеризуются высокой надёжностью, но имеют большие габариты. Поэтому в современных конструкциях механизмов подъёма мостовых кранов для обеспечения компактности широко применяются специальное зубчатое соединение (рис. 4). В этом случае конец тихоходного вала редуктора выполняются в виде зубчатого венца, входящего в зацепление с другим венцом, укрепленным непосредственно на барабане. При таком соединении крутящий момент передаётся через болты, соединяющие венец-ступицу с обечайкой барабана, и, следовательно, ось барабана работает только на изгиб, поскольку не передаёт крутящий момент.
Проверочный расчёт оси барабана на усталостную прочность производиться в следующем порядке:
- построение схемы загрузки вала;
- определение реакций опор;
- построение эпюры изгибающих моментов;
- определение опасных сечений;
- определение амплитудных значений в опасных сечениях;
- определение диаметров валов в опасных сечениях;
- определение коэффициента снижения предела выносливости.
Рисунок 4 – Способ соединения редуктора с барабаном
Для предварительного расчёта длину оси барабана можно принять равной
l = Lб + (150…200) мм;
l = 1200 + 200 = 1400 мм.
Нагрузка на барабан создаётся усилиями двух ветвей каната – 2. Поскольку ступицы находятся на разных расстояниях от опор (предварительно можно принять l1= 120 мм, l2 = 200 мм), нагрузки на ступицы также не будут одинаковыми (рис. 5).
Рисунок 5 – Расчетная схема барабана
С достаточной для предварительного расчёта точностью можно принять
T1= 0,55; T2 = 0,45. (10)
T1 = 0,55 ∙ 2 ∙ 13625 = 14987,5 (Н);
T2 = 0,45 ∙ 2 ∙ 13625 = 12262,5 (Н).
Зная нагрузки, действующие на барабан, определим реакции опор от этих нагрузок. Для этого составим два уравнения равновесия моментов относительно опоры А и В:
откуда
Проверим правильность найденных реакций:
следовательно, реакции опор определены верно.
Расчёт оси барабана сводится к определению диаметров правой ступицы () и цапфы (из условия работы оси на выносливость при симметричном цикле изменения напряжений.
= М / (102W) ≤ [, МПа,
где М – изгибающий момент в расчётном сечении, Нсм;
W – момент сопротивления расчётного сечения, см3;
[ – допускаемое напряжение на изгиб при симметричном цикле изменения напряжений.
Материалом для оси барабана служит сталь 45 с пределом выносливости = 260 МПа. Допускаемые напряжения на изгиб при симметричном цикле изменения напряжений можно определить по упрощённой формуле
[] = / МПа
где – коэффициент снижения предела выносливости с учётом влияния масштабного фактора, концентрации напряжений и состояния поверхностного слоя (для осей и цапф можно принять = 2,0…2,8).
n – допускаемый коэффициент запаса прочности (для лёгкого, среднего и тяжёлого режимов работы механизма подъёма соответственно 1,4; 1,6 и 1,7 соответственно).
Наибольший изгибающий момент в сечении под правой ступицей
= RB , Hсм;
= 11795,4 ∙ 20 = 235908,3 (Нсм).
наибольший момент для правой цапфы будет равен
= RB (l2 –), Нсм,
где RB – реакция опоры в правой цапфе;
Информация о работе Механический привод механизма подъёма мостового крана