Расчет подвесной кран-балки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

Устройство, работа электротали и ее составных частей

Расчет механизма подъема груза

Расчет тормоза

Расчет приводной тележки

Расчет траверсы

Расчет траверсы крюковой подвески

Список использованной литературы



Введение

Грузоподъемные машины - высокоэффективное средство комплексной механизации и автоматизации подъемно-транспортных, погрузочно-разгрузочных и складских работ. Применение таких машин уменьшает объем использования тяжелых ручных операций и способствует резкому повышению производительности труда. Автоматизация грузоподъемных машин позволяет включить ее в поточную линию, а универсальность использования - сделать составным элементом гибкого автоматизированного производства. В чем же состоят особенности проектирования машин? Здесь уже нельзя рассматривать сборочные единицы обособленно одну от другой. Нужно все время помнить об их взаимосвязи - изменение конструкции или параметров одной сборочной единицы влечет за собой, как правило, соответствующее изменение конструкции и параметров других сборочных единиц, входящих в состав данной машины.

Грузоподъемные машины - один из наиболее подходящих объектов для курсового проектирования. Грузоподъемные механизмы очень широко распространены в промышленности и будут часто встречаться на практике специалисту любого профиля; они обычно состоят из нескольких различных механизмов, привода и металлоконструкций. На примере таких машин можно четко и ясно проследить силовые потоки от действия внешне приложенных нагрузок, изучить динамические процессы при движении как всей машины в целом, так и отдельных ее механизмов (а иногда и при совмещенном их движении) и деталей, проследить динамику нагружения соединительных звеньев как при переходных, так и при установившихся процессах. Это имеет существенное значение для детального изучения работы любой машины.

Заданием курсового проекта является разработка подвесной кран-балки для ремонтной мастерской.



1. Устройство, работа электротали и ее составных частей

Каждая электроталь состоит из механизма подъема, механизма перемещения, крюковой подвески, грузового каната, кнопочной станции с кабелем для управления электроталью с пола и комплектом запасных частей.

1.1 Механизм подъема

Механизм подъема состоит из мотора-барабана, двухступенчатого редуктора, шкафа электроаппаратуры управления талью, и сварного корпуса, связывающего все узлы механизма подъема. Кинематическая схема механизма подъема представлена выше.

1). Мотор-барабан состоит из собственно барабана с канавками для грузового каната, зубчатой полумуфты для соединения с тихоходным валом редуктора, статора и вала с ротором короткозамкнутого электродвигателя подъема, закрытого с обеих сторон в барабане фланцами и кольцевого токосъемника. Длина барабана рассчитана так, что при спуске груза на полную номинальную высоту на барабане остается еще 2 запасных витка.

Один конец каната, предварительно обезжиренный, с отогнутыми проволочками помещается в конусное отверстие специальной втулки, оставшееся свободное пространство конусного отверстия заполняется расплавленным оловом. Затем втулка с канатом крепится в специальном пазу барабана планкой и двумя винтами. В конусном отверстии втулки канат с отогнутыми концами можно крепить клином с обязательной постановки заглушки. Второй конец грузового каната закрепляется клином на сварном корпусе тали.

2). Редуктор подъема. Быстроходный вал редуктора соединен с валом электродвигателя подъема шлицевой втулкой. От быстроходного вала через редуктор движения получает выходная втулка зубчатая, соединенная с барабаном зубчатой муфтой, являющейся второй опорой барабана.

В редукторе смонтированы два тормоза: электромагнитный колодочный и грузоупорный дисковый.

Колодочный тормоз установлен по внешней обдуваемой полости корпуса редуктора. Тормозной шкив закреплен на конце быстроходного вала. К шкиву прикреплена крыльчатка, обеспечивающая интенсивный обдув тормозного шкива электромагнита и корпуса редуктора с грузоупорным тормозом. На оси тормоза смонтированы тормозные колодки с приклепанными или приклеенными фрикционными накладными. На свободных концах колодок через отверстие проходит специальный болт, на котором помещена рабочая пружина колодочного тормоза.

Грузоупорный тормоз расположен внутри корпуса редуктора на промежуточном валу. Для сжатия фрикционных дисков на валу имеется резьба на которую навинчено колесо зубчатое; под действием момента от груза оно стремится сблизиться с тормозным диском. Между торцевыми поверхностями тормозного диска и зубчатого колеса помещены два кольца фрикционных, между которыми помещен храповик.

При выключенном и заторможенном электродвигателе вал-шестерня вместе с диском под действием груза ввинчивается в зубчатое колесо, вызывая сжатие между колесом, храповиком и диском фрикционных колец.

При работе электродвигателя на спуск зубчатое колесо свинчивается с вала, ослабляется сжатие фрикционов и обеспечивается равномерный спуск груза с подтормаживанием.

При подъеме груза, хотя храповик с фрикционными кольцами сжат, торможения не происходит, т.к. собачка выведена из зацепления с храповиком.

3). Шкаф электроаппаратуры. В шкафу имеется: кольцевой токосборник, через который осуществляется питание механизма подъема; реверсивные магнитные пускатели механизма подъема и передвижения; два конечных выключателя подъема и спуска груза; клеммный набор для электроммутации.

4). Ограничители подъема и спуска груза. Механизм подъема снабжен конечным выключателем подъема крюка, срабатывающим от воздействия крюковой подвески, и конечным электровыключателем спуска крюка, срабатывающим от механизма с мальтийскими крестами, связанного с барабаном. Ограничители спуска отрегулированы таким образом, что после их срабатывания на барабане остается не менее 2-х витков каната.

1.2 Механизм перемещения

Механизм перемещения состоит из траверсы, к которой подвешивается механизм подъема тали, приводной и неприводной или двух приводных тележек, приспособленных для передвижения по нижним полкам горизонтально установленных двутавровых балок. Соединения тележек с траверсой шарнирные, что позволяет электротали свободно проходить по закругленным участкам пути.

1). Тележка приводная состоит из двух редукторов, соединенных между собой при помощи проставки и стяжек. Этот редуктор является ведущим. Движение между редукторами передается через шестигранный валик. На выходных валах редукторов смонтированы катки.

2). Тележка неприводная собрана из двух щек, на каждой из которых смонтирован каток. Щеки напрессованы на траверсу и предохранены от проворачивания шпонками. На щеках имеются ролики, которые вместе с ребордами катков служат для направления тележки по рельсовому пути.

1.3 Крюковая подвеска

Состоит из разъемного корпуса блока с осью и крюка с траверсой. Опоры блока и крюка выполнены на подшипниках.



2. Расчет механизма подъема

Для проведения расчетов механизма подъема, кроме его основных параметров (грузоподъемности Q, скорости V подъема, высоты подъема груза), должны быть заданы режим работы механизма и его кинематическая и конструктивная схема.

1. Потребная мощность электродвигателя

N = Q Ч V / 60 Ч 102 Ч ?₀, кВт (1);

где Q - грузоподъемность, кг = 500;

V- скорость подъема, м/мин = 10;

?₀ - к. п. д. механизма подъема = 0,88.

N = 500 Ч 10 / 60 Ч 102 Ч 0,88 = 0,92

На основании полученного результата из таблицы выбираем следующий электродвигатель:

АОЭ 41-6: n_дв = 930 об/мин; N = 1,0 кВт; M_max / M_ном = 1,8;

М_ном = 975 Ч N / n_дв = 975 Ч 1/930 = 1,04 кг·м;

M_max = 1,8 Ч 1,04 = 1,87 кг·м.

2. Максимальное натяжение в ветви каната, набегающей на барабан

S_max = Q / a_н Ч 1 - ?_бл / 1 - ?_бл^m,кг (2);

где a_n - число полиспастов = 2;

m - кратность полиспаста = 2;

?_бл - к.п.д. блока = 0,98.

S_max = 500 / 2 Ч 1 - 0,98 / 1 - 0,98² = 125

3. Расчет каната

Канат для механизма подъема определяется из неравенства:

P_k / S_max ? K_k, (3);

где K_k - коэффициент запаса прочности каната, в зависимости от типа грузоподъемной машины, характера и режима эксплуатации = 5;

P_k - разрывное усилие каната в целом, принимаемое по ГОСТу.

Из таблицы выбираем следующий канат:

5,2 - 160 - 1 ГОСТ 3071-66, имеющий разрывное усилие P_k=1310кг. Фактический запас прочности каната

К_к = 1310 / 125 = 10,48 ? [K_k] = 5

Кинематическая схема механизма подъема изображена на рис. 1.



4. Диаметр барабана или блока, огибаемого канатом, определяется по формуле:



D₁ ? d_k Ч (e - 1), мм (4);

где e - коэффициент, зависящий от типа грузоподъемной машины и режима ее эксплуатации = 22;

d_k - диаметр каната, мм = 5,2;

D₁ - диаметр барабана или блока по дну канавки, мм.

150 = 5 Ч (22 - 1) = 136,5

5. Фактическое значение коэффициента е

е = D_б /d_k, (5);

е = 150 / 5,2 = 29 ? [e] = 22.

6. Число оборотов барабана

n_б = m Ч V_п / р Ч D_б, об\мин (6);

n_б = 2 Ч 10 / 3.14 Ч 0,15 = 42,4 об/мин

7. Передаточное число редуктора

й = n_дв /n_б = 930 / 42,4 = 21,9 (7);

передаточное число первой ступени

й = z₂ / z₁ = 125/15 = 8,33 (8);

передаточное число второй ступени

й = z₄ / z₃ = 92/13 = 7,07 (9);

8. Фактическое общее передаточное число

й₀¹ = 8,33 Ч 7,07 = 58,9

9. Фактическая скорость подъема

V¹ = V₀ Ч й₀¹ / й ₀ = 9,96 м/мин (10);

10. Номинальные крутящие моменты:

на валу барабана

M_б = 2 Ч S_max ЧD_б / 2 Ч ?_бл, кг·см (11);

М_б = 2 Ч 125 Ч 15 / 2 Ч 0,965 = 1913 кг·см

на промежуточном валу

M_ср = М_б / й₂ Ч ?_зуб = 1913 / 7,07 Ч0,965 = 280 кг·см

на быстроходном валу

М_ном = М_ср / й₁ Ч ?_зуб = 280 / 8,33 Ч 0,965 = 34 кг·см

где ?_зуб - к.п.д. 1 и 11 ступеней редуктора = 0,965.

11. Максимальные крутящие моменты, создаваемые максимальным моментом двигателя

на быстроходном валу

Мдвmax = 97500 Ч N / nдв Ч Мmax / Mном, кг·см (12);

М_дв = 97500 Ч 1 / 930 Ч 1,8 = 188

на промежуточном валу



М_ср^max = М_дв^max Ч ?_зуб Ч й₁, кг·см (13);

М_ср^max = 188 Ч 0,965 Ч 8,33 = 1511

на барабане

М_б^max = M_ср^max Ч ?_зуб Ч й₂, кг·см (14);

М_б^max = 1511 Ч 0,965 Ч 7,07 = 10308

12. Общее машинное время работы электротали за срок службы t = 5 лет.

Т_м = t Ч 365 Ч K_г Ч K_с Ч 24 Ч ПВ/100, ч (15);

где ПВ - продолжительность включения, %. В нашем случае данная величина составляет 15%;

К_г - коэффициент использования в течение года = 0,5;

К_с - коэффициент использования в течение суток = 0,67.

Т_м = 5 Ч 365 Ч 0,5 Ч 0,67 Ч 24 Ч 15/100 = 2200



3. Расчет тормоза

кран груз траверса тормоз

Схема электромагнитного колодочного тормоза изображена на рис.2.

1. Номинальный тормозной момент

М_ном = М_дв = 34 кг·см

2. Расчетный тормозной момент

М_т = 1,2 Ч М_ном = 1,2 Ч 34 = 40 кг·см; (16);



3. Нормальное усилие на колодках

Р_т = М_т / D Ч f, кг (17);

где D - диаметр тормозного шкива, мм = 100;

f - коэффициент трения стали по вальцованной ленте = 0,4.

Р_т = 40 / 0,4 Ч 10 = 10

4. Усилие размыкания

Р = Р_т Ч С / (с + d) Ч b / a Ч ?, кг (18);

где ? - к.п.д. = 0,85.

Р = 10 Ч 6,5 / (6,5 + 6,8) Ч 1 / 15,5 Ч 0,85 = 0,3

5. Усилие замыкания

Р_зам = Р_т Ч С / с + d + e, кг (19);

Р_зам = 10 Ч 6,5 / 6,5 + 6,8 + 1,7 = 4,3

6. Вес рычага, соединяющего ротор электромагнита с размыкающим кулачком, Р_р = 0,2 кг. Требуемое усилие электромагнита

Р_м + Р + Р_р / 2 = 0,3 + 0,2 / 2 = 0,4 кг

7. Требуемый ход электромагнита при отходе колодок е = 0,1 мм и допускаемом износе обкладок между регулировками д = 0,5 мм.

h = (е + д) Ч d + c /c Ч a / b, мм (20);

h = (0,1 + 0,5) Ч 13,3 / 6,5 Ч 15,6 / 1 = 19

По результатам расчетов принимаем электромагнит, который имеет Р_м = 1,4 кг, h = 20 мм.

8. Наибольшее давление на обкладках

p = P_т / l Ч B, кг/см² (21);

где l - длина обкладки, мм = 55;

B - ширина обкладки, мм = 26.

р = 10 / 5,6 Ч 2,6 = 0,69 ? [p] = 6

Схема грузоупорного тормоза изображена на рис. 3.

9. Резьба винта тормоза прямоугольная двухзаходная: наружный диаметр резьбы d_н = 40 мм, внутренний диаметр резьбы d_в = 30 мм и шаг резьбы t = 24 мм.

10. Угол наклона нитки резьбы

tg в = t / р Ч d_ср (22);

tg в = 24 / 3,14 Ч 35 = 0,218

в = 12⁰50¹.

11. Условие работоспособности тормоза

f Ч R_ср ? r_ср Ч tg в Ч (в + с), (23);

где R_ср - средний радиус дисков трения, мм;

f - коэффициент трения вальцованной ленты по стали в масле = 0,12.

R_ср = D_н + D_в / 4 = 140 +80 / 4 = 55

0,12 Ч 5,5 ? 1,75 Ч tg в (5⁰40¹ + 12⁰50¹);

0,66 ? 0,585.

В данном случае условие работоспособности тормоза выполнено.

12. Осевое усилие в тормозе

N = M_ср / r_ср Ч tg (в + с) + l Ч R_ср, кг (24);

N = 280 / 0,585 + 0,66 = 224

13. Линейная скорость на диске тормоза, отнесенная к среднему диаметру дисков трения

V_т = р Ч D_ср Ч n / 60, м/сек (25);



V_т = 3,14 Ч 0,11 Ч 170 / 60 = 1

14. Давление на диски

p = N / F = 4 Ч N / р (D_н² - D_в²) ? [p],кг/см² (26);

p = 4 Ч 224 / 3,14 (14² - 8²) = 2,76 ? [10]

где [p] допускаемое давление при работе дисков в масле.



4. Приводная тележка

На схеме: Q = 500 кг - вес груза; G₁ = 400 кг - вес приводной тележки; G₂ = 115 кг - вес подъемного механизма; G₃ = 10 кг - вес холостой (неприводной) тележки; G₄ = 25 кг - вес остальных элементов тали, приведенный к оси крюковой подвески.

Схема нагружения приводной ходовой тележки изображена на рис. 4.

1. Суммарное усилие, воспринимаемое ходовыми колесами

Q₀ = Q + G₁ + G₂ + G3 + G₄ = Q + G₀, кг (27);

Q₀ = 560 +190 = 690

2. Давление на колеса:

электроталь с грузом

A = G₁ + (Q + G₄) Ч (b + c) + G₂ Ч c / a + b + c, кг (28);

_{A = 40 + = 408}

электроталь без груза

А¹ = G₁ + G₄ Ч (b + c) + G₂ Чc / a + b + c, кг (29);

A¹ = 40 + 25 Ч 28,4 + 115 Ч 11,2 / 44 = 85

B₁ = G₀ - A¹ = 190 - 85 = 105 кг

3. Сопротивление передвижения тали принято 0,03 суммарного веса груза и электротали

W = 0,03 Ч (Q + G₀); (30);

W = 0,03 Ч (500 + 190) = 20,7 кг

4. Потребная мощность электродвигателя

N = W Ч V / 120 Ч ?₀ Ч 60, кВт (31);

где V - скорость передвижения, м/мин = 20;

?₀ - к.п.д. механизма передвижения = 0,9.

N = 20,7 Ч 20 / 120 Ч 0,9 Ч 60 = 0,06

По результатам расчетов принимаем электродвигатель АОЭ 41-6: N = 1,0 кВт; n_дв = 930 об/мин.

5. Число оборотов ходового колеса



n = V / р Ч D_х.к., об/мин (32);

где D_х.к. - диаметр ходового колеса, мм = 120.

n = 20 / 3,14 Ч 0,12 = 53

6. Передаточное число редуктора

й = n_дв / n (33);

й = 930 / 53 = 17,5

7. Время пуска

1 (1,2 Ч G₀ Ч D_дв Ч n_дв G₀ Ч D_дв Ч n_дв)

t_{п =} ------------- Ч ------------------------- + --------------------,сек (34);

М_пуск - М_с (375 375 Ч й₀² Ч ?₀)

8. Номинальный момент двигателя

М_ном = 975 Ч N / n, кгЧм;

М_ном = 975 Ч 975 / 930 = 1,04

9. Пусковой момент двигателя

М_пуск = 1,4 Ч М_ном, кгЧм;

М_пуск = 1,4 Ч 1,04 = 1,456

10. Маховой момент двигателя

G_o Ч D_дв² = 0,007 кгЧм



11. Усилие сопротивления при работе без груза

W = 0,03 Ч G_o, кг;

W = 0,03 Ч 190 = 5,7

12. Момент сопротивления передвижению при работе без груза

W_c = W₁ Ч D_хк / 2 Ч й_о Ч ?_о, кгЧм (35);

W_c = 0,7 Ч 0,12 / 2 Ч 17,5 Ч 0,9 = 0,02

13. Время пуска

t_п = 0,15 сек

14. Среднее ускорение при пуске

a = V / t_п, м/сек² (36);

a = 20 / 60 Ч 0,15 = 2,22

15. Фактический запас сцепления

К_сц = G₀ Ч ц / W₁ + G₀ Ч(a/ 9,81 - n_к - n_x/ n_к Ч f Ч d_n / D_хк) ? 1,2 (37);

где ц - коэффициент сцепления колеса с рельсом = 0,12;

d_n - диаметр оси колеса, мм = 20.

К_сц = 1,5 ? [1,2]

Кинематическая схема приводной ходовой тележки изображена на рис. 5.



5. Расчет траверсы

Схема к расчету траверсы изображена на рис. 6.

P_тр = Q + G₄ / 2 = 500 + 25 / 2 = 262,5 кг;

Р₃ = Р_тр Ч 165 / 115 + G₂ / 2 = 434,13 кг;

Р₄ = Р₃ - Р_тр - G₂ = 434, 13 - 262, 5 - 115 = 56,63 кг;

R_A = Р_тр Ч 37,5 + Р₃ Ч 17 - Р₄ Ч 5,5 / 44 = 398,53 кг;

R_B = Р_тр + Р₃ - Р₄ - R_A = 241,48 кг;

М_с = R_A Ч 6,5 = 2590 кгЧсм;

М_D = R_A Ч 27 - P₁ Ч 20,5 = 5379 кгЧсм;

М_Е = R_B Ч 5,5 = 1328,14 кгЧсм;

M_K = R_A Ч 2,5 = 996,32 кгЧсм.

Опасные сечения:

сечение K - K:

М_к = 996,32 кгЧсм;

W_k = b Ч h² / 6 = 3,6 Ч 2,5² / 6 = 3,6 см³;

?_к = 996,32 / 3,6 = 276,75 кг/см².

сечение C - C:

Мс = 2590 кгЧсм;

Wс = b Ч (H³ - h³) / 6 Ч H = 3,6 Ч (3,6³ - 1,5³) / 6 Ч 3,6 = 7,1 см³;

?_с = 2590 / 7,1 = 364,78 кг/см².

сечение d - d:

М_D = 5379 кгЧсм;

W_d = b Ч h² / 6 = 3,6 Ч 3,6²/ 6 = 7,8 см³;

?_d = 5379 / 7,8 = 689,61 кг/см².

Для траверсы, изготовленной из стали Ст5, напряжения допустимы.



6. Расчет траверсы крюковой подвески

Траверса крюка изображена на рис.7.

Изгибающие моменты:

в сечении a - a

M_a = P Ч l / 4 = 500 Ч 6,8 / 4 = 850 кгЧсм



в сечении b - b

M_b = P / 2 Ч 0,8 = 500/2 Ч 0,8 = 200 кгЧсм

Напряжение

в сечении b - b

?_b = k Ч M_b / W, кг/см² (38);

где k - коэффициент, учитывающий концентрацию напряжений = 2,4.

?_b = 2,4 Ч 200 / 0,1 Ч 3³ = 177

в сечении a - a

?_a = k Ч M_a / W, кг/см² (39);

где k = 1,6;

W = b Ч h² / 6 = (5 - 3,6) Ч 3,5² / 6 = 2,9 см³.

?_a = 1,6 Ч 850 / 2,9 = 469 кг/см².



Список использованной литературы

Руденко Н. Ф. "Грузоподъемные машины. Атлас конструкций", М.: 1970

Александров М. П. "Подъемно-транспортные машины. Учебное пособие для машиностроительных вузов", М.: 1965

Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов.--М.: ПИООБТ, 2000. -- 266 с.

Расчеты крановых механизмов и их деталей: В 2 т. Под ред. Р.А. Лалаянца. Т. 2. -- М.: ВНИИПТМаш, 1993. -- 163 с.

Курсовое проектирование грузоподъемных машин / Под ред. С.А. Казака. -- М.: Высшая школа, 1989. -- 319 с.

Подъемно-транспортные машины: Атлас конструкций / Под ред. М.П. Александрова, Д.Н. Решетова. -- М.: Машиностроение, 1987. -- 122 с.

Анурьев В.И. "Справочник конструктора-машиностроителя. В 3т." М.: Машиностроение, 2001.

Размещено на Allbest.ru

...