Расчет механизма подъема мостового крана

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО  ХОЗЯЙСТВА И ПРОДОВОЛЬСТВИЯ     РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ                                                                         «БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

 

 

       

 

 

 

Индивидуальная расчетная  работа №1

на тему: Расчет механизма подъема мостового крана

 

                 

 

 

  Выполнил:  студент  группы  9 РПТ

Паламаренко А.Р.

Проверил:                   Оскирко А.И.

                                   

                                                         

 

            

Минск  2013

 РАСЧЕТ МЕХАНИЗМА ПОДЪЕМА ГРУЗА

          Выполнить расчет механизма подъема стационарного полноповоротного крана с переменным вылетом стрелы при

исходных данных: грузоподъемность Q = 5 т, высота подъема

груза Н = 9,5 м, скорость подъема vп = 0,25 м/с, режим работы тяже-

лый (5 М), кратность полиспаста , тип полиспаста- одинарный.

Исходя из конструкции  проектируемого механизма подъема, наиболее рациональной является следующая схема полиспаста механизма подъема (рисунок 1).

Рисунок 1. Схема полиспаста

 

1. Расчет и выбор каната

Выбор стальных проволочных канатов для подъема груза производится по разрывному усилию, для чего необходимо определить максимальное рабочее усилие натяжения ветви каната, набегающей на барабан.

Т. к. блоки смонтированы на подшипниках качения, принимаем коэффициент полезного действия (КПД) подвижных блоков — ηп = 0,98, а неподвижных — ηн = 0,96.

Определим КПД одинарного полиспаста по формуле:

 

где z1 – число подвижных блоков;

z2– число неподвижных блоков.

Максимальное рабочее усилие натяжения ветви каната, набегающей на барабан, определим по формуле:

 

где: Fгр – грузоподъемная сила в Н;

m = 1 – для одинарного полиспаста;

iп – кратность полиспаста;

ηпол – КПД полиспаста;

ηн.б. – КПД направляющих блоков.

 

         Определим разрывное усилие каната:

Fраз. = k ⋅ Fmax = 6×26595.74 = 159547.5 H,

где k = 6, k – коэффициент запаса прочности.

          По таблице 10 приложения выбираем канат стальной типа ЛК-Р6×19 (по ГОСТ 2688–80) со следующими параметрами:

dк = 19.5 мм, Sразр. = 170,5 кН, σВ = 1372 МПа.

          Условное обозначение каната: Канат 19.5 – I – Л – О – Н – 1372                 ГОСТ 2688–80.

2. Расчет деталей  крюковой подвески

         С учетом принятой схемы подвеса груза выбираем нормальную конструкцию крюковой подвески с верхним расположением блока. При грузоподъемности до 5 т применяют, как правило, однорогие крюки. Исходя из грузоподъемности, рода привода и режима работы механизма, по ГОСТ 6627–76 (таблица 8 приложения) выбираем крюк № 14. Для стандартных крюков проверочный расчет на прочность не производят.

Параметры крюка принимаем  из таблицы 9 приложения:

S = 65 мм; b = 54 мм; h = 82 мм; d1 = 50 мм; М48; L = 280 мм;

l = 120 мм; l1 = 70 мм.

Рисунок 2. Эскиз крюка.

          Определяем диаметры блоков:

dб > h2 ⋅ dк = 25×19,5 = 487,5 мм,

где dк – диаметр каната;

h2=25 – коэффициент выбора диаметра блока.(таблица 1.3)

          По таблице 1.4 принимаем по нормальному ряду размеров диаметр блока (барабана), измеренный по дну ручья (канавки):

dбл = 500 мм, lст. = 120 мм. Размеры профиля канавок канатных блоков приведены в таблице 16 приложения.

        Расчетная длина оси блока определяется по формуле:

Lос = δ + 2δ1 + ZБл · lст + Δ = 8 + 2 × 4 + 120 + 4 = 140 мм,

где δ и  δ1– толщина серьги и щеки, определяются по таблице 1.5;

Zбл – количество подвижных блоков на оси крюковой подвески;

lст – длина ступицы блока (по таблице 1.4);

Δ – зазор между торцами  ступиц блоков (1…5 мм).

       Ось блоков рассчитывается на изгиб:

 

Ось изготавливается из стали 45.     Расчетная схема представлена  на рисунке 1.4.

        Расчетный диаметр оси блоков:

 

принимаем  ,

где

        Рекомендуемые значения допускаемых напряжений, механические характеристики некоторых материалов можно принять из таблиц 1.6–1.10. Значения коэффициентов запаса прочности в зависимости от условий изготовления, расчета и требований к надежности могут находиться в пределах nб = 1÷ 5.

Рисунок 3. Эскиз и расчетная  схема оси блоков.

         Траверса изготавливается из стали 45 и рассчитывается на изгиб от веса груза и грузозахватных устройств (рисунок 4).

          Для расчета конструкции траверсы принимаем:

 

 

где d1, L, l1, l2 – параметры крюка (рисунок 2).

         Ширину траверсы определяем по формуле:

 

         Для установки крюка в поперечине (траверсе), по внутреннему диаметру d1 и грузоподъемности Fгр, выбираем подшипник упорный № 8207 c внутренним диаметром dв = 35 мм, наружным – Dн = 62 мм (по таблице 1.11).

          Должно выполняться условие: B ≥ 1,2Dн, т. е. B ≥ 1,2 × 62 = 74,4.

Принимаем В = 75 мм.

          Диаметр цапф траверсы определяем расчетом их на прочность по изгибу и смятию на контактной поверхности между цапфой и отверстием в серьге:

 

Принимаем 30 мм

 

 

где   

Рисунок 4. Эскиз и расчетная схема траверсы.

         Серьга изготавливается из стали ст.4 и рассчитывается по напряжениям растяжения и среза.

         Ширину серьги принимаем равной: Вс = (1,8…2,0) dц = 2 × 30 =60 мм.

         Условие прочности серьги на растяжение:

 

 

где  

Отклонение не превышает 5%, следовательно прочность серьги соблюдена.

         Условие прочности опасного сечения серьги на срез:

 

 

где [τ] = 0,75[σ]р = 0,75 × 104 = 78 МПа.

         Конструктивно принимаем δ2 = 21 мм.                    

 Рисунок 5. Эскиз серьги.

 

 

 

 

 

 

 

3. Расчет барабана

         Учитывая режим работы крана, предусматриваем изготовление барабана литьем из стали 35Л. Выбираем барабан с нарезными винтовыми канавками.

         Диаметр барабана определяем так, как и диаметр блоков, округляя до большего значения из нормального ряда размеров (таблица 1.4):

 

Принимаем 

         Диаметр барабана, измеренный по средней линии навитого каната:

 

         Рабочая длина барабана однослойной навивки каната для одинарного полиспаста (рисунок 6):

Lб = lн + 2 ⋅ lk =382,5+ 2× 97,5 = 577,5 мм,

где lk = (4…5) dk = 97,5 мм – длина гладкого концевого участка;

      lH = (zp + zH + zkp ) ⋅ t = (13 + 2 + 2)×22,5 =382,5 мм – длина нарезного участка, где рабочее число витков:

 

Н – высота подъема груза, м;

in – кратность полиспаста;

zкр = 2 – число витков для крепления каната к барабану;

zн = 2 – число неприкосновенных витков, рекомендуемое Проматомнадзором для разгрузки крепления каната;

t = dk + 3 = 19.5 + 3 =22.5 мм – шаг навивки каната на барабан.

            Толщина стенки стального литого барабана:

δ = 0,01D + (3...5) = 0,01×470 + 5 = 9,7 мм.

Рисунок 6. Расчетная схема  барабана.

         Стенка барабана испытывает сложное напряжение от сжатия, изгиба, кручения.

Напряжения сжатия в стенке барабана определяется по формуле:

 

         Допускаемые напряжения сжатия:

 

Так как длина барабана имеет длину меньшую, чем три его диаметра (Lб < 3Dб), то проверка по напряжениям изгиба и кручения не выполняется.

4. Расчет крепления каната на барабане

         Предусматриваем крепление каната к барабану двумя прижимными планками. Натяжение каната в месте крепления:

 

где α = (3...4)π – угол обхвата барабана неприкосновенными витками каната, рад.

f = 0,1…0,16 – коэффициент трения между канатом и барабаном.

           Усилие, растягивающее болт (шпильку):

 

где n – число поверхностей трения;

       Z – число болтов.

           При креплении каната на барабане с помощью прижимной планки (рисунок 7) напряжение в болте (шпильке):

 

где 1,3 – коэффициент, учитывающий скручивание болта при затяжке;

d1 – внутренний диаметр резьбы выбранного болта (шпильки) М18.

          Размеры прижимной планки принимаем по таблице 18 приложения, а параметры метрической резьбы – из таблицы 1.12.

          Поскольку полученное расчетом напряжение в шпильке меньше допустимого [σ]р = 96 МПа (для стали марки СтЗ), то прочность ее обеспечена.

Рисунок 7. Крепление каната к барабану.

5. Расчет привода механизма подъема груза

 

           5.1. Выбор двигателя

           Статическую мощность двигателя механизма подъема груза определяем из условия подъема номинального груза:

 

где Fгр – вес груза, кН;

ν – скорость подъема груза, м/с;

η0 – общий КПД механизма подъема (предварительно принимаем η0 = 0,8).

          Определим необходимую частоту вращения барабана:

 

          Исходя из полученного значения P = 15,625 кВт, режима работы 5М, по таблице 22 приложения выбираем электродвигатель с фазным ротором MTF411-8 с номинальной мощностью Pдв = 15 кВт, номинальной частотой вращения nдв = 710 мин-1, моментом инерции ротора (mD2)p = 2,15 кг·м2; Tmax = 580 Нм; масса mдв = 260 кг; dв = 65 мм.

          Номинальную мощность выбираемого двигателя можно принимать до 20% меньше статической (с последующей проверкой его по условиям пуска).

          Время пуска рассчитываем по формуле:

 

          Номинальный момент двигателя

 

где угловая скорость вала двигателя: 

 

           Статический момент на валу электродвигателя:

 

Величину относительного времени пуска t_по определяем по графику (рисунок 1.9 ) при

 

           Общий маховой момент движущихся масс, приведенный к валу двигателя, вычисляем по формуле:

(mD )о ≈1,2⋅[(mD )P + (mD )T ]+ (mD )г .

           Для определения махового момента тормозного шкива (муфты) выбираем муфту с тормозным шкивом по таблице 56 приложения.

           Диаметру dв = 65 мм соответствует упругая втулочно-пальцевая муфта (МУВП) с моментом инерции

JT =1,132 кг⋅м²

Тогда маховой момент

(mD )г ≈ 4JТ = 4× 1,132 =4,528 кг ⋅м² .

          Маховой момент груза, приведенный к валу двигателя, определяем по формуле:

 

          Таким образом, общий маховой момент

 

          Время пуска

 

что меньше допустимого значения [tп] = 1…2 c.

          Ускорение груза при пуске:

 

что меньше допустимого значения [aп] = 0,3…0,6 м/c2.

          5.2. Выбор редуктора

          Редуктор выбираем по передаточному  числу и вращающему моменту  на тихоходном валу:

 

          Вращающий момент на тихоходном валу редуктора равен моменту на барабане:

 

          В соответствии с принятой схемой механизма по таблице 50 приложения выбираем редуктор ВКУ–610М. Передаточное число редуктора Uр = 40,  момент на тихоходном валу Ттих = 6…8,5 кН⋅ м, т.е. больше расчетного значения. Таким образом, все условия выбора редуктора выполняются.

          5.3. Выбор тормоза

          Тормоз устанавливают на быстроходном валу привода.

          Расчетный тормозной момент:

 

где

 

β = 2 – коэффициент запаса торможения.

          По таблице 60 приложения в соответствии с рекомендациями выбираем колодочный тормоз с электрогидравлическим толкателем ТКТГ-200М с тормозным шкивом диаметром 200 мм, развивающим тормозной момент [Tmax] = 300 Hм. Электрогидравлический толкатель имеет следующие параметры: Усилие на штоке- 250Н, число штоков- 1, ход штока- 32мм, масса- 34,2кг.

         Подобранный тормоз проверяем по условиям торможения. Время торможения:

 

где общий маховой момент вращающихся и поступательно движущихся масс при торможении приведенных к валу тормозного шкива (двигателя):

(mD2)от = (mD2)о = 4,79 кг·м2.

         Инерционный тормозной момент:

Тит = [Тт ]−Тст =300 – 134,6 =165,4 Нм.

         Замедление:

 

что входит в пределы допустимого значения [aт] = 0,3…0,6 м/c2.

         Таким образом, все условия торможения соблюдены.

Рисунок 8. Кинематическая схема привода механизма подъема груза:

1 – электродвигатель MTF411-8; 2 – муфта МУВП; 3 – тормоз ТКТГ-200М;

4 – редуктор ВКУ-610М; 5 – муфта зубчатая; 6 – барабан.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Примеры расчета подъемно-транспортных машин и механизмов сельскохозяйственного назначения : учебно-методическое пособие /   А. И. Оскирко. – Минск: БГАТУ, 2010. – 352 с.