Проектирование механизма подъёма тележки мостового крана

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

Федеральное агентство по образованию

Пермский государственный технический университет

Кафедра «Конструирование машин и сопротивление материалов»

Курсовая работа по ПТМ

по курсу

«Подъемно-транспортные машины»

Тема: «Проектирование механизма подъёма тележки мостового крана»

Выполнил:

Чернов Е. В.

Проверил преподаватель:

Свешников Б.П.

2014 г.



Задание

Наименование параметра	Ед. измер.	Обозначение	Значение
Грузоподъёмность	Т	Q	10
Высота подъёма груза	м	H	15
Скорость подъёма груза	м/мин	V	15
Группа режима работы		M	5

Спроектировать механизм подъёма тележки мостового крана.

Графическая часть: компоновочный чертёж механизма подъёма

Содержание

Задание и кинематическая схемы

1. Расчет и выбор каната

2. Выбор крюка по грузоподъемности и режиму работы

3. Выбор крюковой подвески

4. Расчёт барабана

4.1 Определение диаметра барабана

4.2 Выбор параметров винтовой нарезки

4.3 Определение длины барабана

4.4 Определение толщины стенки и расчет прочности барабана

4.5 Расчет узла крепления к барабану

5. Выбор двигателя механизма подъёма

6. Выбор редуктора

6.1 Определение общего передаточного числа механизма

6.2 Определение расчётной мощности редуктора

7. Выбор тормоза

8. Выбор муфты

9. Проверка тормоза по удельному давлению, по времени и ускорению при торможении и по допускаемому пути торможения

10. Проверка двигателя на пусковой момент по времени пуска и ускорению

11. Проверка двигателя на нагрев по среднеквадратичному момент

12. Уточнение кинематической схемы механизма

Список используемой литературы



Исходные данные

Грузоподъемность

Режим работы - машинный тяжёлый (М5)

Класс нагружения - (В)

Кратность полиспаста

Высота подъема

Скорость подъема

Рис 1. Предварительная кинематическая схема механизма подъема тележки мостового крана:

1 - крюковая подвеска; 2 - уравновешивающий блок; 3 - барабан; 4 -муфта; 5 - редуктор; 6 - тормоз, совмещенный с упругой муфтой; 7 - электродвигатель.



1. Расчет и выбор каната

Максимальное усилие каната определяется по формуле

где - грузоподъемность, кг; - ускорение свободного падения; - число ветвей, на которых весит крюковая подвеска;

Qп - масса крюковой подвески (т):

КПД полиспаста:

Где - КПД блока с подшипниками качения.

Канат выбирается по расчетному разрывному усилию, которое определяется по формуле

где - коэффициент запаса прочности каната для тяжелого режима.

Окончательно выбираем канат по табл. III.1.1. [1]:

Канат двойной свивки ЛК-Р 6х19(1+6+6/6)+1 о.с. ГОСТ 2688-80 разрывное усилие: ,

диаметр: мм.

Согласно табл. 2.4 ([1], с. 56) по ГОСТ 2688-80 канат обозначается: стальной канат диаметром 18 мм, грузовой (Г), изготовленного из материала марки 1, с правой свивкой прядей, крестовой свивкой элементов каната, из проволок маркировочной группы 1568 Мпа:

КАНАТ - 18 - Г - 1 - 1568 ГОСТ 2688-80.



2. Выбор крюка по грузоподъемности и режиму работы

По номинальной грузоподъёмности Q = 10 т и весьма тяжёлому режиму работы выбираем по ГОСТ 6627-74 [2] крюк однорогий тип А №17.

Параметры крюка:

S=90 мм; b=75 мм; h=115 мм; d0=70 мм; d=80 мм; М64; L=415 мм; l=165 мм; l1=90 мм

Для стандартных крюков расчёт на прочность не производят.

Статическая грузоподъемность определяется по формуле

где =1,2 - динамический коэффициент; - грузоподъемность крана, кг

Для крюков применяются однорядные шариковые упорные подшипники по ГОСТ 7872-90.

Окончательно по рекомендации выбираем подшипники:

№ 8215;

3. Выбор крюковой подвески

Диаметр блока подвески:

где - диаметр каната, мм.; - коэффициент выбора диаметров для блока и режима работы М5.

Окончательно принимаем[1]

По рекомендациям [2] крюковую подвеску выбираем по ОСТ 24-191-08-81:

Подвеска 2-10-500-У

Параметры подвески:

Подшипник № 8214,

,,, С=65000 Н

Произведём проверку подшипника.

Каждый блок устанавливается на двух шариковых радиальных подшипниках. Максимальная нагрузка на один подшипник определяется по формуле

где - число блоков, установленных на траверсе; =1,2 - динамический коэффициент; - коэффициент вращения, при вращении наружного кольца .

Расчетная динамическая грузоподъемность подшипника будет равна

Где - требуемая долговечность подшипника, мин/об. В свою очередь:



где - частота вращения блока, ; - долговечность подшипника. Частота вращения блоков определяется по формуле

где - скорость подъема груза, м/мин; - кратность полиспаста; - диаметр блока, м.

Подшипник № 8214 с С=65000 Н удовлетворяет требованиям, потому посчитаем, что и всё остальное подобрано верно.



4. Расчет барабана

4.1 Определение диаметра барабана

Диаметр барабана:

где - диаметр каната, мм.; - коэффициент выбора диаметров для блока и режима работы М5.

Диаметр барабана принимается также как диаметр блоков 500 мм.

4.2 Выбор параметров винтовой нарезки

По табл. 2.8 ([1], с. 60) выбираем размеры профиля канавок барабана при диаметре каната d_к = 18 мм:

t - шаг витка, t = 20 мм;

h - глубина канавки, h = 5,5 мм;

r - радиус канавки, r = 10 мм;

D - диаметр барабана по средней линии навивки;

D_б - диаметр барабана по дну канавки (мм):

D_б = D - d_к ;

D_б = 500 - 18 = 482 мм.

4.3 Определение длины барабана

Длина барабана при использовании сдвоенного полиспаста определяется по следующей формуле

Участок для закрепления конца каната:

Участок для неприкосновенных витков трения, которые уменьшают нагрузку на элементы крепления каната:

Концевая часть барабана, мм;

Участок для навивки рабочей ветви каната, мм;

Средний гладкий участок барабана, разделяющий левую и правую нагрузки, примем равную расстоянию между блоками в крюковой подвеске:

Длина барабана:

4.4 Определение толщины стенки и расчет прочности барабана

Т.к. барабан из стали и литой, то толщину стенки барабана:

д = 0,01D_б + 3 = 0,01•500 + 3 = 8 мм, но т.к. д ? 12 мм, то принимаем толщину стенки барабана д = 12 мм.

Материал барабана по табл. 5.2 ([2], с. 75):

Принимаем в качестве материала барабана Сталь 35Л: у_Т = 280 МПа,

L_б /D_б = 1070 /500 = 2,014 < 3 - т.е. при проверке барабана на прочность учитываем только напряжение сжатия (МПа):

, где

напряжение сжатия в стенке барабана (МПа); допустимое напряжение сжатия (МПа); А - коэффициент, учитывающий влияние второго и последующей навивки.

, где

предельное напряжение (МПа); коэффициент запаса прочности

= 1,5-2,0 - для стали, примем = 2

Условие выполняется.



4.5 Расчет узла крепления каната к барабану

В данном случае используем крепление каната двухвинтовую накладку с трапецеидальной канавкой.

Натяжение каната в месте крепления на барабане (Н):

, где

F_б - натяжение ветви каната;

коэффициент трения между канатом и барабаном 0,1…0,16, примем0,1; угол обхвата барабана запасными витками каната 3р…4р (рад), примем 4р, т.к. z₁=2;

При креплении конца каната на барабане накладкой сила, растягивающая один болт:

, где

z - число болтов в накладке, z =2; угол обхвата барабана витком крепления каната (рад), ; приведенный коэффициент трения между канатом и канавой накладки с трапецеидальным сечением канавки:

,где

угол наклона боковой грани канавки (град).

Изгибающая сила, действующая на болт (Н):

Суммарное напряжение в каждом болте (Па):

, где

допускаемое напряжение на растяжение материала болта (Па), ;

коэффициент запаса надежности крепления каната, ;

1,3 - коэффициент напряжения кручению.

Принимаем ВИНТ М20

- внутренний диаметр резьбы болта (м), ;

расстояние от головки винта до барабана (м):

;

Выберем материал винта - сталь 45Л

По табл. 6.10 и 6.12 ([2], с. 115) - предельное напряжение.

Прочность болта достаточна, условие выполняется.



5. Расчет и выбор электродвигателя

Статическая мощность при подъеме максимального груза определяется по формуле

где - номинальная грузоподъемность, кг.; - ускорение свободного падения, ; - скорость подъем груза, м/с; - КПД механизма подъема:

,где - КПД редуктора, по табл. 5.1 [1], для двухступенчатого редуктора на подшипниках качения;

- КПД муфты, для упругих компенсирующих муфт;

- КПД полиспаста;

- КПД барабана, табл. 1.18 [1], для стальных канатов, на подшипниках качения.

Выбираем крановый электродвигатель MTF 412-8 с фазовым ротором 50Гц, 220/380 500В для тяжёлого режима работы (ПВ=15%):

= 30 кВт - мощность на валу;

n = 705 об/мин - частота вращения;

Т_max = 900 Н•м - максимальный пусковой момент двигателя;

J_p = 0,75 кг•м² - момент инерции ротора;

m = 345 кг - масса двигателя.



6. Выбор редуктора

6.1 Общее передаточное число механизма

Выбираем редуктор по эквивалентной мощности и передаточному числу, которое определяется по формуле

где - расчетное передаточное число; - частота вращения двигателя, ; - частота вращения барабана,

Частота вращения барабана определяется по формуле

где - скорость подъема груза, м/с; - кратность полиспаста; - диаметр барабана, м

6.2 Расчётная мощность редуктора

Р_р = К_р•Р_ст.

К_р - коэффициент, учитывающий условия работы редуктора

для приводов механизма подъёма крана К_р = 1 (стр.40)

Р_р = 1•30 = 30 кВт

По таблице III.4.2 [2] выбираем:

Редуктор цилиндрический двухступенчатый крановый типоразмера Ц2-500:

; ; кВт;

Отклонение передаточного числа редуктора от расчётного:

Фактическая скорость груза:

где n^ф_б - фактическая скорость барабана

где U_ф - передаточное число редуктора = 41,34



7. Расчет и выбор тормоза

Выбор тормоза:

Т_т. ? К_т.•Т^т_ст.

где:

Т_т. - осевое усилие, создающее тормозной момент

К_т. - коэффициент запаса торможения, при тяжёлом режиме работы К_т.=2

Т^т._ст.- статический момент при торможении

тогда:

Т_т. = 2•326,3=652.576 Н•м

По таблице III.5.11 выбираем:

выбираем тормоз по таблице III.5.13 типа ТКГ-300 , имеющий следующие характеристики:

наибольший тормозной момент,

диаметр тормозного шкива,

ширина колодки,

? угол обхвата.

Выбранный тормоз необходимо отрегулировать на тормозной момент



8. Расчет и выбор муфты

Номинальный момент муфты:

Т_м. ? Т_{м. расч.}

где:

Т_{м. расч.} - расчётный момент муфты

Т_{м. расч.} = Т^м._ном.•К₁•К₂

где:

К₁ - коэффициент, учитывающий степень ответственности механизма

по таблице 1.35 для механизма подъёма груза К₁=1,3

К₂ - коэффициент, учитывающий режим работы механизма

по таблице 1.35 для тяжёлого режима работы К₂ = 1,3

Из таблицы 111.5.8 (1) выберем ближайшую по требуемому крутящему моменту зубчатую муфту №1 с тормозным шкивом диаметром , имеющую следующие основные характеристики:

- момент инерции муфты,

- наибольший передаваемый крутящий момент.



9. Проверка тормоза по времени торможения, ускорению и пути торможения

9.1 По удельному давлению

,

где -нормальная сила:

где f=0.42 - коэффициент трения, для вальцованной ленты:

.

Тогда:

- для стопорных тормозов.

Так как , то тормоз удовлетворяет условию износостойкости.

9.2 По времени торможения и ускорению

Определим время торможения при опускании груза

Время торможения:

подъем тележка мостовой кран

где:

Т_к = 660 Н•м

Т^т_ст = 326.3 Н•м

с - коэффициент, учитывающий влияние вращающихся масс, расположенных на втором и последнем валах, с = 1,1 - 1,25

J₁ - момент инерции вращающихся масс на валу двигателя

Из табл. 1.22 [1] для легкого режима работы находим путь торможения механизма подъема груза:

,

время торможения, в предположении, что скорости подъема и опускания груза одинаковы, равно:

Условие выполняется, путь торможения меньше допустимого.

Замедление при торможении:



,

В пределах [_max] = 0,2 - 0,8 м/с² . Условиям удолетворяет.



10. Проверка двигателя на пусковой момент, время пуска и ускорение

Номинальный момент на валу двигателя:

- максимальная кратность пускового момента:

= 1,1…1,3 = 1,1- минимальная кратность пускового моменсколта:

Средний пусковой момент равен

.

Время пуска при подъеме

.

Ускорение при пуске:

,



Условие выполняется.



11. Проверка двигателя на нагрев по среднеквадратичному моменту

Условие отсутствия нагрева:

Р_ср. ? Р_дв.

где: Р_ср. - среднеквадратичная мощность

Средний квадратичный момент:

где: Т_ср.п. = 673,6 Н•м,

Уt_п - суммарное время пуска,

Т_ст.i - момент статических сопротивлений,

T_у - время установившегося движения,

Уt - суммарное время включения двигателя.

Для определения Т_ср. воспользуемся обобщённым графиком загрузки механизмов: рисунок 1.1а (стр.16)

При тяжёлом режиме работы, согласно графику, механизм подъёма груза работает:

Q₁ = (Q+Q_п) =10200 кг - 2 раза

Q₂ = 0,75(Q+Q_п) = 7650 кг - 4 раза

Q₃ = 0,2(Q+Q_п) = 2040 кг - 1 раз

Q₄ = 0,05(Q+Q_п) = 510 кг - 3 раза

Определить:

1. Натяжение ветви каната, набегающего на барабан, при подъёме:

при опускании:

2. Момент статических сопротивлений, при подъёме:

КПД з_м.i определяем по рис. 1.2

Коэффициенты использования механизма (по форм. 1.1):

Определяем КПД механизма по рис. 1.2:

з_м.1 = 0,9

з_м.2 = 0,85

з_м.3 = 0,7

з_м.4 = 0,5

Тогда,

при опускании:

3. Время пуска, при подъёме:

при опускании:

Моменты, развиваемые двигателем и время его пуска

Наименование показателя	Обозна-чение	Единица измерения	Результаты расчёта при массе груза, кг.
			10200	7650	2040	510
КПД	з	-	0,9	0,85	0,7	0,5
Натяжение каната у барабана при подъёме груза	Fпб	Н	27250	20440	5450	1363
Момент при подъёме груза	Тпст.	Н•м	366,2	290,85	94,167	32,97
Время пуска при подъёме	tпп.	c	0,382	0,306	0,202	0,183
Натяжение каната у барабана при опускании груза	Fопб.	Н	22290	16720	4458	1114
Момент при опускании	Топст.	Н•м	296,63	171,9	37,74	6,74
Время пуска при опускании	tопп	с	0,121	0,139	0,165	0,172

где: Н_ср. - средняя высота подъёма груза

Н_ср. = (0,5…0,8)Н = (0,5…0,8)•15 = 7,5…12 м

Принимаем Н_ср. = 10 м

Тогда,



Среднеквадратичная мощность:

Условие

Следовательно, перегрев отсутствует.



12. Уточнение кинематической схемы механизма

Размеры барабана:

Диаметр барабана, D_б = 500 мм

Длина барабана, L_б = 1070 мм

Размеры редуктора:

Длина редуктора, L = 985 мм

Ширина редуктора, B = 440 мм

Расстояние между осями быстроходного и тихоходного валов, А = 500 мм

Размеры двигателя:

Длина двигателя, L = 1102 мм

Размещено на http://www.allbest.ru/

Ширина двигателя, В = 551 мм

1-Крюковая подвеска. 2-Уравновешивающий блок. 3-Барабан. 4-Муфта компенсационная. 5-Редуктор двухступенчатый. 6-Тормоз, совмещённый с муфтой. 7-Электродвигатель.



Библиографический список

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

2. Кузьмин А.В, Марон Ф.Л. Справочник по расчётам механизмов ПТМ. Мн.: Высшая школа, 1983г. - 350с.

Размещено на Allbest.ru

...