Механизм подъема груза в кранах мостового типа

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рассчитать механизм подъёма груза мостового крана

Дано: Грузоподъёмность Q = 3 т, высота подъёма H = 6 м, скорость подъёма груза

V= 20 м/мин = 0.3 м/с. Режим работы - Средний (С). Схема полиспаста-7.

Подбор каната.

Максимальный вес груза G = g * Q = 9.8 * 3 = 29.4 кН. Определим максимальное натяжение каната, возникающее в ветви, набегающие на барабан-

S_max = 1.03*G*(1-з)/Z_у*з*(1-з²) = 1.03*29.4*(1-0.985)/2*0.985*(1-0.03) = 7.75 кН

Где: Z_у = 2 - число ветвей каната, наматывающихся на барабан (сдвоенный полиспаст); a = n/Z_у -кратность полиспаста, где n - число ветвей каната, на которых подвешен груз, в примере a = 6/3 = 3; t = m/Z_у - расчётное число обводных блоков, где m - число обводных блоков, в примере t = 2/2 = 1; коэффициент 1,03 - учитывая вес подвески с крюком; з = 0.985 - КПД блока на подшипниках качения.

Определим КПД полиспаста.

з_пол = (1-з²)*з/ (1-з)*a = (1-0.985²)*0,985/ (1-0,985)*3 = 0.97



Определим расчётное разрывное усилие каната

S_раз = S_max * K = 7.75*5.5 = 42.6 кН

Где: K - коэффициент запаса, определяемый по режиму работы (5 - при лёгком - (Л), 5.5 - при среднем - (С), 6 - -при тяжёлом и весьма тяжёлом - (Т и ВТ)).

Выбираем канат двойной свивки с линейным контактом в прядях проволок разного диаметра ЛК-Р ГОСТ 2688-80.

По разрывному усилию выбираем канат диаметром d =9.1 мм с разрывным усилием 42 кН с временным сопротивлением разрыву в проволочках у_b = 180 мПа (Приложение 1).

Подбор крюка.

По грузоподъёмности и режиму работы, согласно Приложению 2, выбираем крюк однорогий ГОСТ 6627 - 74 № 12 с наибольшей грузоподъёмностью 4 т. Тип А - короткий. Основные размеры (мм): H = 298, B = 189, D =65, b = 40, h = 65, d₁ = 40, ?₂ = M36, L = 195, r₅ = 90, l = 36. Рисуем эскиз крюка - (рис. 1)

Определение размеров блока и барабана. Диаметр блока (барабана) по центрам каната

D₀ = l*d = 25*9.1=227.5 мм.

Коэффициент l выбираем согласно таблице.

Диаметр блока по дну канавки или ручья

D = D₀ - d = 227.5 - 9.1 = 218.4 мм

Округляем согласно нормальному ряду: 160, 200, 250, 320, 400, 450 и т.д. Принимаем D = 200 мм, тогда D₀ = D + d = 250 + 9.1 = 259.1 мм

Наружный диаметр блока D_H = D + 2h = 250+ 2*20 = 290 мм.

Ширина ручья блока B₁ = 42мм где B₁, h и др. размеры ручья блока (Приложение 3).

Ширина ступицы блока B_бд = 50…60 мм. Ширина ступицы уточняется расчётом подшипников, которые устанавливаются по два под ступицу блока. Радиальное усилие, действует на подшипник блока.

F_r = 1.1* S_max =1.1*7.75 = 8.525 кН

Где 1.1 - коэффициент неравномерности нагрузки. Подшипник выбираем по статистической грузоподъёмности C₀ из условий C₀ ? F_r.

Выбираем радиальные однорядные шарикоподшипники лёгкой серии № 7000109 имеющий статистическую грузоподъёмность C₀ = 8.570 кН и размеры (мм): d_r = 45, D_n = 55, B_n = 10, r_n = 1.0, D_w = 6.35, z = 17 (см. справочник по деталям машин).

Выбираем B_бл = 55 мм. Рисуем эскиз блока (рис.2).



Барабан. Основные диаметры барабана D₀ и D также, как у блоков: D₀ = 259.1 мм, D = 250 мм.

Внутренний диаметр барабана

D_вн = D - 2у

Где у - толщина стенок (рис.3).

Для барабана из стали (выбираем Сталь 20)

у = 0.01* D₀ + 3 = 0.01*259.1 + 3 = 5.5 мм.

Внутренний диаметр барабана D_вн =250 - 2* 5.5 = 239 мм.

Наружный диаметр D_H = D + 2*h = 250 + 2 * 0.3 *9.1= 255.5 мм. Где h ? 0.3*d.

Шаг винтов нарезки t = d + (1 … 3) мм = 9.1 + 1.9 = 11 мм.

Длинна нарезки части барабана с учётом запасных витков (1.5 … 2) и витков для крепления (2 … 3).

l = Z_у * t*((H*a/ р*D₀) + 2 + 3) = 2 * 11*((6*3/ 3.14*0.2591) + 2 + 3) = 596 мм.

Где 23 - число рабочих витков, 2 - число неприкосновенных витков, остающихся на барабане при полном опускании груза, 3 - число витков для крепления каната на барабане, 298 - длинна нарезной части, с одной стороны.

Для сдвоенных полиспастов между нарезными частями по середине должен быть гладкий участок длинной l₀ = (K-1) * B_бл, где K - число блоков крюков подвески или направляющих блоков, с которых ветви каната наматываются на барабан B_бл - ширина блока.

В приведённом примере K = 3,

l₀ = (3-1) *55 = 110 мм.

В конце нарезной части предусматривается гладкий участок или реборда длинной

l₁ ? 2* t = 2 * 11 = 22 мм.

Общая длинна барабана:

L_b = l + l₀ + 2 * l₁ = 596 + 110 + 44 = 750 мм. Рисуем эскиз барабана (рис.4).



Отношение L_b / D_H = 750 / 255.5 = 2.9 меньше 3.5. Поэтому расчёт на прочность ведём только на сжатие:

у_сж = S_max / ? * t ?[у]_сж

Для стали 20 допускаемые напряжения в зависимости от режимов работы составляют [у]_сж = 160 мПа (Л), [у]_сж = 130 мПа (С), [у]_сж = 110 мПа (Т и ВТ). Тогда:

у_сж = 7,75*10³ / 5.5 * 11 = 128 мПа.

Что меньше, чем [у]_сж = 130 мПа, т.е. условие прочности удовлетворяется.

Расчёт крепления каната к барабану. Для крепления было предусмотрено 3 витка.



Ставим две одновинтовые планки (рис.5) на расстоянии ?60⁰ = р / 3. Так как винты ввинчиваются в одну из канавок между двумя соединениями, то диаметр винта d_б = 0.8 * t = 0.8 * 11 = 8.8 мм.

Принимаем резьбу М8, имеющую шаг 1.25 мм и внутренний диаметр 7.2 мм. Натяжение каната под пружинными планками в начале подъёма:

S = S_max / e^fб = 7.75 / exp (0.15 * 4 * 3.14) = 1.18 кН

Где f = 0.15 - коэффициент трения между канатом и барабаном; б = 2 * 2 * р = угол обхвата неприкосновенными витками - 2 витка.

Усилие затяжки в витке:

N = k * S / (f + f₁) * (e^fe1 + 1) = 1.25 * 1.18 / (0.15 + 0.15)*[exp (0.15 * 5 / 3 * 3.14) + 1] = 1.53 кН

Где k = 1.25 - коэффициент запаса надёжности крепления; f = 0,15 - приведённый коэффициент трения между канатом и прижимной пластинкой; б = 2 * р - р / 3 = 5 / 8 * р угол обхвата канатом барабана между первой и второй планкой.

Напряжение растяжения в винте:

у_p = 1.3 * N / (z * р * d₁² / 4) = 1.3 *1.53 *10³ / ( 2 * 3.14 * 7.2² / 4) = 1989 / 81.4 = 24.4 мПа

Где 1.3 - коэффициент, учитывающий напряжение кручения при затяжке, z - число винтов.

Допускаемое напряжение для винтов из Стали 3 [у] = 40 … 50 мПа.

Расчёт останова.

Остановы препятствуют самопроизвольному опусканию груза, ставятся на валу барабана и встраиваются в торец барабана.

Поэтому ориентировочно диаметр останова должен быть меньше или равен диаметру барабана, а) Храповой останов (рис.6).

Принимаем диаметр храпового колеса равной диаметру барабана D = 250 мм. Диаметр храпового колеса D = m * z, где m - модуль зацепления, z = 10 … 30 - число зубьев колеса. Расчёт храпового останова проводится из условия несминаемости кромок зубьев и собачки.

q = F / b ? [q] (1)

Где q - линейное давление, [q] - допускаемое удельно давление с учётом динамического характера нагрузок; b = ? * m - ширина зуба храпового колеса (? = 1 … 3); F - окружная сила, при равенстве диаметров храпового колеса и барабана она равна силе натяжения ветвей каната, наматываемых на барабан: F = Z_у * S_max. Из условий (1) определим модуль храпового колеса:

m ? Z_у * S_max / ? * [q]

Для храпового колеса из:

Сталь 45 [q] = 400 Н / мм ? = 1 … 2

Сталь Ст3 [q] = 350 Н / мм ? = 1 … 2

Примем - Сталь 45, тогда:

m ? 2 * 7.75 * 10³ / 2 *400 = 19.4 мм

Округлим m по ГОСТу 6553 - 60 (m = 6, 8, 10, 12, 14, 16, 20, 22, 24 …) m = 20 мм и определим число зубьев:

z = D / m = 250 / 20 = 13. Размеры храпового останова (рис. 6).

Диаметр D = 250 мм.

Ширина колеса b = ? * m =2 * 20 = 40 мм.

Высота зубьев h = 0.75 * m = 0.75 * 20 = 15 мм.

Окружной шаг t = р * D/ z = 3.14 * 250 / 13 = 60.4 мм.

Ширина головки зуба a = m = 20 мм.

Размеры собачки: ширина b₁ = b + 2 = 42 мм.

Остальные размеры принимаем конструктивно. Рисуем эскиз Храпового останова (рис. 6) и Роликового останова (рис. 7).

Принимаем диаметр втулки равным диаметру барабана D = 250 мм, диаметр ролика d = D / 8 = 25 мм. Длинна ролика l = 1.5 … 2.0, d = 38 … 50 мм. Принимаем l = 45 мм. Угол б = 6 … 8⁰, принимаем б = 8⁰.

Окружное усилие, действующее на заклинённые ролики, при равенстве диаметров останова и барабана равно силе натяжения ветвей канатов наматываемых на барабан:

F = Z_у * S_max = 2 * 7.75 = 15.5 кН.

С учётом динамики, точности изготовления расчётное усилие:

F_р = 1.45 * F = 1.45 * 15.5 = 22.5 кН.

Нормальная сила, действующая на заклинённый ролик:

N = F_р / Z_у *2 * sin (б / 2) = 22.5 * 10³ / 3 * 2 * sin (4) = 56.25 кН

Расчёт роликового останова ведётся по контактным напряжениям:

у = 0.418 *v (2 * N * E / l * d) = 0.418 * v (2 * 56.25 *10³ * 2 * 10⁵ / 45 * 31.25) = 1672 мПа

Если материал корпуса и втулки - сталь 40Х с HRC = 60, то [у] = 1500 мПа. Поэтому принимаем число роликов z = 5, тогда:

N = 0.6 * 56.25 *10³ = 33.75 кН.

у = 0.418 * v (2 * 33.75 * 10³ * 2 * 10⁵ / 45 *31.25) = 1295 мПа.

Условие прочности при z = 5 удовлетворяется.

Размеры останова: диаметр втулки D = 200 мм, диаметр роликов d = 25 мм, длинна роликов l = 45 мм, угол б = 8⁰; число роликов z = 5.

Остальные размеры принимаем конструктивно. Рисуем эскиз останова (рис.7).

Подбор электродвигателя, редуктора, тормоза.

При заданной скорости груза v = 20 м / мин = 0.3 м / с. Угловая скорость вращения барабана:

щ_б = 2 * v * a / D₀ = 2 * 0.3 * 3 / 0.2591 = 6.95 рад / с.



Число оборотов в минуту барабана:

n_б = щ_б *60 / 2 * р = 6.95 * 60 / 2 * 3.14 = 417 / 6.28 = 64. 4 об / мин.

Мощность на валу барабана при подъёме груза максимальной массы:

P_б = (z * S_max * D₀ / 2) * щ_б = (2 * 7.75 *0.2591 / 2) * 6.95 = 13.95 кВт.

Расчётная мощность на валу электродвигателя:

P = P_б / з = 13.95 / 0.9 = 15.5 кВт.

Где з - КПД механизма подъёма с цилиндрическим двухступенчатым редуктором.

Электродвигатель выбираем по каталогу (приложение 4) так, чтобы мощность электродвигателя для машин периодического действия (подъём -опускание) составляла 0.9 … 1 расчётной мощности, т.е. P_эд ? (0.9 … 1). P = 13.95 … 15.5 кВт.

Выбираем крановый асинхронный электродвигатель серии MTF, с фазовым ротором (для среднего режима работы ПВ = 25%) MTF -312 номинальной мощностью P_н = 17.5 кВт, частотой вращения n = 950 об / мин, максимальным моментом M_max = 480 Н * м, моментом инерции ротора I = 0.313 кг * м², диаметром вала электродвигателя б / d = 35 мм, высота вала h = 132 мм, габаритными размера (мм): b₁₀ = 280, b₁₁ = B = 350, b₃₁ = 176, h = 180, h₃₁ = H = 444, L = 823, l₃₅ = 934.5, l₃₇ = 170.



Номинальный момент на валу электродвигателя:

M_H = P_H * 60 / n_k * 2 * р = 17.5 * 10³ * 60 / 950 * 2 * 3.14 = 176 Н *м.

Общее передаточное число редуктора:

U₀ = n_H / n_б = 950 / 66.4 = 14.3

Момент на валу барабана равен моменту на тихоходном валу редуктора

M_H = P_б / щ_б = 13.95 / 6.95 = 2кН *м = 2000 Н * м.

По передаточному числу и моменту на тихоходном валу выбираем двухступенчатый цилиндрический редуктор Ц 2У-200 с передаточным отношение U_p = 31.5, моментом на тихоходном валу M_т = 2000 Н * м и КПД = 0.97 (Приложение 5).

Габаритные размеры редуктора: межосевые расстояния a_Т = 200 мм, a_б = 125 мм; другие размеры L = 690 мм, l = 243 мм, l₂ = 212 мм, l₃ = 280 мм, H = 425 мм, H₁ = 812 мм, B = 250 мм, d_б = 30 мм, d_r = 70 мм.

з₀ = з_p * з²_M = 0.97 * 0.98² = 0.93

Где з_M = 0,98 - КПД соединительной муфты.



По тормозному моменту подбираем тормоз. Тормоз ставится на валу электродвигателя.

M_Т = k * M_Н = 1.75 * 176 = 308 Н * м.

Где k - коэффициент запаса торможения, зависящий от режима работы (k = 1.5 - Л, k = 1.75 - С, k = 2 - Т, k = 2.5 - ВТ).

Выбираем (Приложение 6) тормоз колодочный с электрогидравлическим толкателем ТКГ - 300 с тормозным моментом 800 Н * м, диаметром шкива D = 300 мм, высотой h = 240 мм, габаритными размерами L = 772 мм, l = 275 мм, l₁ = 421 мм, B = 227 мм, H = 526 мм, A = 500. груз мостовой кран полиспаст

В качестве тормоза шкива используем тормозной шкив упругой втулочно - пальцевой муфты (Приложение 7) с диаметром D = 300 мм, шириной шкива B = 145 мм (Приложение 7) и тормозным моментом M_Т = 800 Н * м.

Проверка электродвигателя по пусковому моменту.

В период пуска возникает ускорение груза a_П = v / t, где t - время пуска.

Это ускорение не должно превышать допускаемых значений [a] = 0.6 … 0.8 м / с² для крюковых кранов.

Определим время пуска из уравнения:

M_П ? M_Н + M_ин1 + M_ин2

Пусковой момент M_П = 0.75 * M_max = 0.75 * 480 = 360 (Н * м). Номинальный момент M_Н = 176 (Н * м).

Момент инерции вращающихся масс привода составляет:

M_ин1 = 1.15 * I * е

Где: е = щ / t = n_Н * 2 * р / 60 * t - угловое ускорение при пуске, I - момент инерции ротора, откуда:

M_ин1 = 1.15 *0.313 * (950 * 2 * 3.14 / 60 * t) = 35.8 / t (Н * м).

Определим момент инерции поступательно движущихся масс (груза) на валу барабана.

Сила инерции при пуске:

F_M = Z_у * S_max * (a * g) = 2 * 7.75 * 10³ * 0.3 / 9.8 * t = 474.5 / t (Н).

Где a = v / t - ускорение, t - время спуска.

Момент от силы инерции на валу барабана:

M_ин = F_M * (D₀ /2) = 474.5 * (0.2591 / 2 * t) = 61.5 / t (Н * м).

Момент инерции на валу электродвигателя:

M_ин2 = M_ин / U₀ * з₀ = (61.5 / t) / 0.93 * 14.3 = 4.6 / t (Н * м).

Подставляем в уравнение (2) 360 ? 176 + (35.8 / t) + (4.6 / t), отсюда t = 4.5 с.

Ускорение при запуске a = v / t = 0.3 / 4.5 = 0.06 м / с², что меньше допускаемых значений [a] = 0.6 … 0.8 м / с².

Компоновка механизма.

Рисуем кинематическую схему механизма подъёма (рис.8)

Составляем таблицу основных размеров элементов привода

Элемент Привода	Длинна (мм)	Ширина (мм)	Высота (мм)	Высота вала, h (мм)	Другие размеры (мм)
Электро - двигатель	L = 823	b11 = 350	h31 = 444	180
Тормоз	L = 772	b = 227	H = 526	240	lТ = 275
Редуктор	L = 690	B = 250	H = 425	212	aбщ =125 l = 243 aТщ =200
Барабан	L = 750				DН = 290

По размерам на миллиметровке или на клетчатой бумаге в масштабе рисуем эскиз механизма в плане (рис.9)



Условие компактной компоновки:

По электродвигателю -

a_бщ + a_Тщ ? B / 2 + D_Н / 2 (3)

По тормозу -

a_бщ + a_Тщ ? l_Т + D_Н / 2 (4)

После подстановки в (3) получаем: 325 ? 175 + 145 = 320; а в(4) - 325 ? 275 + 145 = 420; Условие компоновки не выполняется, отсюда следует что тормоз мы будем устанавливать на другой конец вала электродвигателя.

Габариты механизма (ориентировочно):



Длинна -

L = L_т + D_н = 772 + 290 = 1062 мм.

L = L_т - l_Т + a_бщ + l + a_Тщ = 772 - 275 + 125 + 243 + 200 = 1192 мм.

Таким образом L = 1200 мм

Ширина -

B = (l₃₅ - l₃₇) + B_Т / 2 + B_ред = (934.5 - 170) + 227 / 2 + 250 = 878 +250 = 1128 мм.

B = L_бар + B_ред = 250 + 750 = 1000 мм. Таким образом B = 1150 мм.

Высота определяется максимальным значением высоты элементов привода - H_т = 526 мм. Таким образом, H = 550 мм.

Размещено на Allbest.ru

...