Проектирование тележки мостового крана

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО Магнитогорский государственный технический университет

им. Г.И. Носова

Кафедра МОМЗ им.50-летия МГМИ

Пояснительная записка к курсовому проекту

курса «Подъемно-транспортные машины и оборудование»

Тема:

Проектирование тележки мостового крана

Выполнил: студент гр. КМ-09

Газеев Дмитрий.

Проверил: доцент, к.т.н.

Слабодянский М.Г.

Магнитогорск 2013 г.



Содержание

• Введение
• 1. Общие сведения о литейных кранах мостового типа
• 2. Проектный расчет
• 2.1 Механизм подъема груза
• 2.1.1 Выбор кинематической схемы
• 2.1.2 Выбор крановой подвески
• 2.1.3 Выбор каната
• 2.1.4 Основные размеры установки верхних блоков
• 2.1.5 Определение основных размеров сборочной единицы «Установка барабана»
• 2.1.6 Выбор двигателя
• 2.1.7 Выбор передачи
• 2.1.8 Выбор соединительной муфты
• 2.1.9 Выбор тормоза
• 2.1.10 Выбор муфты с тормозным шкивом
• 2.2 Механизм передвижения тележки
• 2.2.1 Выбор кинематической схемы
• 2.2.2 Статические нагрузки на колеса
• 2.2.3 Выбор колес и колесных установок
• 2.2.4 Выбор подтележечного рельса
• 2.2.5 Определение сопротивлений передвижению тележки
• 2.2.6. Выбор двигателя
• 2.2.7 Выбор передачи
• 2.2.8. Выбор муфт
• 2.2.9 Выбор тормоза
• 2.2.10 Выбор тормозного шкива
• 3. Проверочные расчеты
• 3.1 Проверка двигателя механизма подъема на время разгона
• 3.2 Проверка двигателя механизма подъема на нагрев
• 3.3 Проверка двигателя механизма передвижения тележки на время разгона
• 3.4 Проверка времени торможения
• 4. Расчет барабана механизма подъема
• 4.1 Определение толщины цилиндрической стенки
• 4.2 Проверка устойчивости цилиндрической стенки
• 4.3 Расчет оси барабана на изгиб
• Библиография


Введение

Мостовые краны общего назначения широко применяются для технологических, погрузочно-разгрузочных, монтажных, складских и других работ в цехах металлургических заводов. Они являются неотъемлемой частью любого производственного процесса, их производительность во много определяет и конечную производительность цеха.

Правильный выбор подъемно-транспортного оборудования влияет на нормальную работу и высокую продуктивность производства. Нельзя обеспечить его устойчивый ритм на современной ступени интенсификации без согласованной и безотказной работы современных средств механизации внутрицехового и межцехового транспортирования сырья, полуфабрикатов и готовой продукции на всех стадиях обработки и складирования.

Современные высокопроизводительные грузоподъемные машины, работающие с большими скоростями и обладающие высокой грузоподъемностью, являются результатом постепенного развития этих машин в течение долгого времени. Они непрерывно совершенствуются, поэтому возникают новые задачи по расчету, проектированию, исследованию и выбору оптимальных параметров машин, обеспечивающих высокие технико-экономические показатели и качество машин.



1. Общие сведения о литейных кранах мостового типа

Литейные краны мостового типа применяются в мартеновских, электроплавильных и кислородно-конвертерных цехах металлургического производства и предназначены для транспортирования, заливки или разливки расплавленного металла, а также для выполнения ряда вспомогательных операций по обработке ковшей, ремонту оборудования и уборке цехов.

Общая характеристика:

По характеру основной выполняемой операции литейные краны сталеплавильного производства подразделяются на три типа:

- миксерные, обеспечивающие заливку расплавленного чугуна из чугуновозных ковшей в миксер;

- заливочные, выполняющие операции заливки расплавленногочугуна в мартеновскую печь, электропечь или конвертер;

- разливочные, производящие разливку расплавленного металла (преимущественно стали) в изложницы или в установку непрерывной разливки стали (УНРС). Разливочные краны применяют также в сталеплавильных, электроплавильных и литейных цехах машиностроительных заводов.

По конструкции все три типа литейных кранов идентичны, и отличаются главным образом параметрами (грузоподъемностью, высотой подъема, длиной пролета) и некоторыми особенностями: например, миксерные и заливочные краны оборудуются одноэтажными, а разливочные -- многоэтажными кабинами управления, в которых, кроме приборов и систем управления, монтируется электрооборудование крана. Наибольшую грузоподъемность имеют разливочные краны (до 500 т.).Для обеспечения операций транспортирования и разливки металла, а также повышения безопасности эксплуатации в конструкции литейных кранов предусмотрены:

- две тележки -- главная и вспомогательная;

- четырехбалочная конструкция моста;

- двухприводная конструкция механизма главного подъема с двумя барабанами, связанными кинематические посредством зубчатых венцов, и четырьмя тормозами (по два в каждом приводе);

- мощная полиспастная система главного подъема четырьмя полиспастами, и большим (до 40) числом ветвей канатов подвески.

В целом литейный кран состоит из трех основных составных частей моста четырехбалочной конструкции с раздельным механизмом передвижения; главной тележки с механизмами главного подъема и передвижения; вспомогательной тележки с одним или чаще двумя механизмами подъема различной грузоподъемности и механизмом передвижения.

Четырехбалочная конструкция моста обеспечивает независимое передвижение главной и вспомогательной тележек на различных уровнях: по двум наружным главным балкам перемещается главная тележка по двум внутренним, расположенным ниже - вспомогательная. Таким образом, вспомогательная тележка может свободно перемещаться под главной вдоль всего моста, что позволяет производить кантование ковшей в обе стороны, расширяя технологические возможности крана. К мосту подвешена кабина , в которой размещены аппаратура управления и место крановщика.

Главная тележка предназначена для транспортирования ковшей с расплавленным металлом, вспомогательная - для их кантования и обработки, а также для производства ремонтных и уборочных работ.

Основной грузозахватный орган литейного крана - специальная траверса с двумя однорогими пластинчатыми крюками для захватывания и удержания ковша.

Вспомогательными грузозахватами являются крюки вспомогательного и ремонтного подъемов тележки.



2. Проектный расчет

2.1 Механизм подъема груза

2.1.1 Выбор кинематической схемы

Для уменьшения габаритов грузоподъемной лебедки выберем такую схему расположения, при которой барабан и двигатель располагаются с одной стороны от редуктора. Установим одну из опор оси барабана внутри консоли тихоходного вала редуктора. Преимущество такого компонования лебедки - ее компактность, блочность и передача крутящего момента непосредственно с редуктора на барабан при помощи специальной зубчатой муфты минуя ось барабана.

Для улучшения условий компенсации несоосности и перекоса валов двигателя и редуктора, а также упрощения монтажа двигатель соединяют с редуктором при помощи промежуточного вала. В какой-то степени это конструктивное решение позволяет выравнивать вертикальные нагрузки на ходовые колеса тележки изменением положения электродвигателя. Тормоз на подъемной лебедке установим на редукторной полумуфте, которую в этом случае выполняют в виде тормозного шкива. Место установки тормоза выбираем так, чтобы, во-первых, обеспечить удобство его обслуживания, во-вторых, не увеличивать габариты тележки и, в-третьих, между деталями тормоза и барабаном должен быть достаточный зазор.

Так как оборудование нельзя ставить непосредственно на верхний лист рамы из-за его неровности, то под сборочные единицы устанавливаем рамы в виде сварных подставок.

Кинематическая схема механизма подъёма груза представлена на рисунке 2.1

Кинематическая схема имеет следующие особенности: двигатель соединен с редуктором при помощи зубчатой муфты с промежуточным валом; роль тормозного шкива выполняет одна из полумуфт; отсутствуют открытые зубчатые передачи; концы быстроходного и тихоходного валов редуктора выходят в одну сторону.

Рисунок 2.1 Кинематическая схема механизма подъема

1 - электродвигатель;

2 - муфта зубчатая;

3 - промежуточный вал;

4 - тормоз;

5 - редуктор;

6 - барабан;

7 - канат;

8 - верхний блок;

9 - крюковая подвеска

При выборе кратности полиспаста руководствуемся рекомендациями табл. 2.1. Выбираем 4-х кратный полиспаст.



Таблица 2.1

Рекомендуемые значения кратности полиспаста

Характер навивки каната на барабан	Тип полиспаста	при грузоподъемности, т
		до 1	2-6	10-15	20-30	40-50
Непосредственно	Сдвоенный	2	2	2;3	3;4	4;5
	Одинарный	1	2	-	-	-
Через направляющие блоки (стреловые, некоторые козловые краны)	Одинарный	1;2	2;3	3;4	5;6	-
	Сдвоенный	-	2	2;3	-	-

2.1.2 Выбор крюковой подвески

Исходя из заданной грузоподъемности крана и режима работы выбираем крюковую подвеску 4-32-610, которая имеет следующие технические характеристики (Рисунок 2.3).

1. Грузоподьемность т

2. Режим работы М4

3. Число блоков 4

4. Диаметр блока 610мм

5. Диаметр каната 21мм

6. Масса подвески 687кг

7. Высота подъема груза 1571мм

8.

9.

2.1.3 Выбор каната

Вес номинального груза и крюковой подвески равен

=(32*10³+687)*9,807 = 320561,4 Н

где m_гр- масса груза,

m_п- масса подвески.

Для полиспаста с и_п = 4 имеются значения к.п.д. полиспаста з_п=0,96; число ветвей наматываемых на барабан Z_кб=2. Направляющие блоки в схеме отсутствуют, поэтому з_{н бл}=1.

Рисунок 2.3 Крановая крюковая подвеска

Максимальное статическое усилие S_max в канате определяем по формуле:

=320561,4/(2*4*0,96*1) = 41739,7 Н

где G - вес крюковой подвески и номинального груза;

Z_кб - число ветвей каната, навиваемых на барабан;

u_п - кратность полиспаста;

з_п - к.п.д. полиспаста;

з_{н бл} - к.п.д. направляющих блоков.

Выбираем тип каната ЛК - РО конструкции 6Ч19(1+6+6/6) + 1о.с. ГОСТ 7668 (см. рисунок 2.4)



Рисунок 2.4 Канат двойной свивки типа ЛК-РО конструкции 6Ч19 (1+6+/6) + 1о.с. ГОСТ 7668

По таблице 2.3 работы (2) находим k_зап = 5,0 для тяжелого режима работы.

Проверим условия работоспособности каната. Произведение максимального статического усилия в канате на коэффициент запаса прочности не должно превышать разрывного усилия каната в целом, указанного в таблице ГОСТа:

S_max * k_зап ? S_разр

S_max * k_зап = 41739,7*5,0=208698,8 Н=208.63кН

S_разр=236кН

S_max=208.63кН? S_разр

(условие выполняется)

Выбираем канат с параметрами:

d_к = 21 мм; S_разр = 236 кН; маркировочная группа 1666 МПа.

Проверяем условие перегиба каната на блоках подвески

D_бл? d_к*e

d_к*e=21*20 = 420 мм.

D_бл=631? d_к*e =420мм



где е - коэффициент, регламентируемый нормами Ростехнадзора и зависящий от типа машины и режима работы (e = 20 для тяжелого режима).

D_бл=D_{бл о} + d_к = 610 + 21 = 631 мм

631>420 => условие проверки выполняется.

2.1.4 Основные размеры установки верхних блоков

Определим основные размеры блоков:

2.1.5 Определение основных размеров сборочной единицы «Установка барабана»

На рисунке 2.5 показана схема установки барабана.

Примем диаметр барабана меньше, чем диаметр блока на 15%.

Диаметр барабана найдем из соотношения:

D_б= 0,85*d_к*e = 0,85*21 * 20= 357 мм

Рисунок 2.5 Схема установки барабана

Примем диаметр барабана D_б =360 мм.

Диаметр барабана по дну канавки:

D_{б 0} = D_б -d_к = 360 - 21 = 339 мм

Рабочая длина каната L_кр:

L_кр=Н*u_п = 22 * 4 = 88 м

где Н - высота подъема груза;

u_п - кратность полиспаста.

Число рабочих витков

z_p = L_кр /(р* D_б) = 88/(3,14*0,36) = 78

Шаг нарезки принимается по ближайшему соотношению:

T = (1,1…1,23)* d_к = (1,1…1,23)*21 = 23,1…25,83 мм=25мм

Принимая Z_непр =1,5 и Z_кр =3, а также t=25 мм, находим длину одного нарезанного участка

l_н =t*( z_p + Z_непр + Z_кр ) = 25*(78+1,5+3) = 2062 мм

где Z_непр - число неприкосновенных витков;

Z_кр - число витков для крепления конца каната.

Длина гладкого концевого участка

l_k =(4…5)* d_к = (4…5)*21 = 84…105 мм



Принимаем l_k =100 мм

Длина гладкого среднего участка l_гл:

В_нар ? l_гл ? В_нар +2h^minдtg 6є,

Где - минимальное допускаемое расстояние между осью блоков крюковой подвески и осью барабана ();

190 ? l_гл ? 394;

Примем l_гл =350 мм.

Длина барабана L_б:

L_б =2l_н + l_гл +2l_k+В_зв.= 22062 + 350 + 2100+80 = 4754 мм

Примем: l₀=190 мм; D_б=700 мм; В_зв.=100 мм;

L_б =2l_н + l_гл +2l_k+В_зв.= 22062 + 190 + 2100+100 = 4614 мм.

Отношение L_б/D_б =6,6, что вполне приемлемо, и положительно отразится на устойчивости цилиндрической стенки.

D_max=D_б =700=770…910 мм.

Примем D_max = 840 мм;

2.1.6 Выбор двигателя

Предварительное значение КПД механизма примем з_пр =0,85.

Максимальная статическая мощность, которую должен иметь механизм в период установившегося движения при подъеме номинального груза:

N_{ст max} =G*v/з_пр = 320561,4 * 0,25 / 0,85 = 94,3 кВт

Для кранов общего назначения мощность двигателя составит

N = (0,7…0,8) N_{ст. мах} = (0,7…0,8) *94,3=66…75,44 кВт=66кВт

Выбираем электродвигатель МТН 612-10 ГОСТ 185-70 с параметрами: N=70 кВт,

ПВ = 25%, n=560 об/мин, m_дв=1070 кг; d_вала=90 мм.

Рисунок 2.5 - Электродвигатель МТН 612-10

Таблица 2.2

Размеры электродвигателя, мм

ТИП

Присоединительные размеры

b10

L10

L31

d1

d5

L1

L3

b1

h5

h8

h

d10

A

B

C

D

D1

E

E1

F

G+GD

G+GD

H

K

MTH612

520

445

256

90

M64*4

170

130

22

/

46,8

315

42



2.1.7 Выбор передачи

Частота вращения барабана равна

=( 0,25*4*60 ) / (3,14*0,36) = 53,08 об/мин

где v -скорость подъема груза.

D_б-диаметр барабана

Требуемое передаточное число редуктора:

U_ред = n_дв /n_б = 560/53,08 = 10,55

Определим расчетный эквивалентный момент на тихоходном валу редуктора. Принимаем класс нагружения механизма В2.Класс использования А4. Находим значение коэффициента нагружения k=0,25. Значение k_Q=

Машинное время работы механизма t_маш=10000 ч.

Частота вращения тихоходного вала редуктора равна частоте вращения барабана:

n_T = n_б = 53,08 об/мин

Число циклов нагружения на тихоходном валу редуктора

Z_T=60n_T t_маш=60*53,08*10000=31,8*10⁶

Передаточное число тихоходной ступени редуктора предполагаем близким к среднему значению u_T=5.Определим z_p- суммарной число циклов контактных напряжений зуба шестерни тихоходной ступени редуктора.

z_p=z_T*u_T=31,8*10⁶*5 = 159,24*10⁶.



z₀ - базовое число циклов контактных напряжений, для типажных редукторов, z₀ =125*10⁶

Коэффициент срока службы равен:

Коэффициент долговечности:

k_Д = k_Q*k_t =0,63*1,084 = 0,68

Значение к.п.д. опор барабана и открытой передачи примем равными: = 0,99; Расчетный крутящий момент на тихоходном валу редуктора при подъеме номинального груза в период установившегося движения:

Н*м.

Эквивалентный момент равен:

Т_р.э.= k_Д*Т_р = 0,68*15178 = 10321 Н*м

Выбираем редуктор ГК-1500 с передаточным числом u = 9,69.

Таблица 2.3

Размеры редуктора, мм

Типоразмер: ГК-1500	Масса: 7960 кг
Размеры, мм
A	A1	A2	A3	L	L1	B	H	B1	B2	B3	B4	B5
1500	900	600	-	2770	2550	1427	1722	270	335	300	935	615



Рисунок 2.7 Редуктор ГК - 1500

Разница между и равно:

;

что допустимо.

Условие выполняется. Следовательно, редуктор ГК-1500 соответствует требованиям прочности, и кинематики механизма. Редуктор имеет параметры, кроме выше найденных: мм; мм; мм; ; кг.

Определим фактическую скорость подъема груза и фактический к.п.д.

Передаточное число механизма равно:

.

Угловая скорость вала двигателя равна:



рад/с.

Скорость подъема фактическая:

м/с;

Данная скорость отличается от заданной на 15 % что допустимо. К.п.д. муфты на быстроходном валу примем равным.

К.п.д. всего механизма:

.

Данное значение мало отличается от значения , принятого выше. Поэтому перерасчет мощности не делаем.

2.1.8 Выбор соединительной муфты

Выбираем муфту большего момента, чем двигатель. Для соединения валов двигателя и редуктора выбираем тип муфты - зубчатую с промежуточным валом. Такая муфта хорошо компенсирует возможные неточности монтажа и может передавать большие крутящие моменты. Диаметры концов валов d _дв =90 мм, d_{р. быстр}=110 мм. Выбираем типоразмер муфты: муфта 2-16000-90-2-110-2У2 по ГОСТ 5006. Данная муфта имеет параметры: Т_{м н} =16000 Нм, J_м = 1,15 кг*м², d_{лев max} = d_{прав max} =120 мм, кг.

Расточки в полумуфтах выполняют по заказу.



2.1.9 Выбор тормоза

Найдем по таблице .Определим максимальное значение к.п.д. механизма на участке кинематической цепи от крюка до тормоза. В качестве возьмем максимально возможное значение к.п.д. .

.

Определим статический крутящий момент при торможений, создаваемый весом номинального груза на валу, на который устанавливается тормоз:

Нм.

Расчетный тормозной момент находим по формуле:

кНм.

По условию , выбираем тормоз ТКГ - 300 имеющий параметры:

Нм; кг; мм; мм

2.1.10 Выбор муфты с тормозным шкивом

Учитывая требуемый диаметр тормозного шкива, ширину колодок и диаметр быстроходного вала выбираем муфту имеющие параметры: мм; мм; мм; кг.



Рисунок 2.7 - Тормоз типа ТКГ -300

2.2 Механизм передвижения тележки

2.2.1 Выбор кинематической схемы

Выбираем кинематическую схему с центральным приводом, изображенную на рисунке 2.8.

Рисунок 2.8 Кинематическая схема механизма передвижения тележки: 1 - электродвигатель; 2 - муфта зубчатая; 3 - промежуточный вал; 4 - тормоз; 5 - вертикальный редуктор; 6 - колесо

Её достоинством является отсутствие перекоса колес при работе двигателя и тормоза во время пусков и торможений.



2.2.2 Статические нагрузки на колеса

Выбираем вес тележки G_т=85 кН по ГОСТ 25711-83 грузоподъёмностью крана

Q=32 т, число ходовых колёс крана равно 4.

С учетом коэффициента неравномерности нагружения колёс максимально статическая нагрузка на одно колесо

P _{ст max} = ( G_гр + G_т ) *1,1/4 = (320,6 +85)*1,1 / 4 = 119 кН

Минимальная статическая нагрузка на одно колесо

P _{ст min}= G_т • 0,9/4 = 85*0,9 / 4 = 25,2 кН

2.2.3 Выбор колес и колесных установок

Используя значение P _{ст max} =119 кН, по таблице 2.11 [2] выбираем колесо диаметром D = 400 мм; [P_{к max}] = 200 кН.

По диаметру колеса выбираем стандартные колесные установки; приводную колесную установку K2PП - 400 исполнения I и неприводную K2PH - 400 (см. рисунок 2.10): D = 400 мм; d = 80 мм; d_ц =110 мм; B = 100 мм; кг; кг; z_реб =2. Форма поверхности катания - цилиндрическая. Тип подшипника - роликовый радиальный сферический двухрядный с симметричными роликами.

Рисунок 2.9 - Колеса крановые на угловых буксах (ОСТ 24.090.09)

Таблица 2.5

Размеры крановых колес на угловых буксах

D	D1	B	B1	d	L	l	l1	A	A1	a	e	m
Размеры, мм
400	450	100	150	80	230	130	210	491	340	270	5	30

2.2.4 Выбор подтележечного рельса

Выбираем рельс КР70 ГОСТ 4121-76 с выпуклой головкой. Значение b=70 мм.

Проверим соотношение ширины дорожки катания колеса В и головки рельса b:

В-b=100-70=30 мм, что не меньше нормы, определенной для тележечного двухребордного колеса. Другие параметры рельса мм; мм; ; см; см; кг.

Рисунок 2.10 - Подтележечный рельс

2.2.5 Определение сопротивлений передвижению тележки

По табл. определим коэффициент трения качения . Определим приведенный коэффициент трения. Скольжения в подшипниках колес . При гибком токопроводе тележки .

Определим сопротивление сил трения:

кН,

где - коэффициент трения качения колеса по рельсу, мм;

- приведенный коэффициент трения скольжения в подшипниках колес;

- коэффициент дополнительных сопротивлений, определяемых в основном трением реборд о головку рельса и трением элементов токосъемного устройства;

- вес тележки, кН;

- вес номинального груза, кН;

- диаметр колеса, мм;

- диаметр цапфы вала колеса, мм.

Сопротивление создаваемое уклоном:

кН,

где - уклон рельсового пути (для тележки).

Масса поступательно движущего объекта:

т.

Ускорение при разгоне:

м/с.

Сопротивление создаваемое при разгоне силами инерции:

кН,

где - коэффициент, учитывающий инерцию вращающихся частей механизма (при скорости передвижения меньше 1 м/с можно принимать ); - масса поступательно движущейся тележки, кН.

Сопротивление создаваемое раскачиванием груза:

кН.

Полное сопротивление, учитывая что кран работает в помещений оно равно:

кН.

2.2.6 Выбор двигателя

Необходимую мощность определяют по формуле:

кВт,

где - предварительно значении КПД механизма;

- кратность среднего пускового момента двигателя по отношению к номинальному (принимаем );

- скорость передвижения тележки, м/с.

Выбираем двигатель МТКН 111, с параметрами: кВт, об/мин, масса = 77 кг, диаметр выходного конца вала мм.

Рисунок 2.11 - Электродвигатель МТКН 111

Таблица 2.6 - Размеры электродвигателя

L1	L10	L21	L31	L33	B10	B11	H	H31	D20	D22	D24	D25	d	b	h
Размеры,мм
110	243	5	150	731,5	245	-	160	-	300	-	250	-	40	12	-

2.2.7 Выбор передачи

Частота вращения колеса равна:

об/мин,

где - диаметр колеса, м;

- скорость передвижения тележки, м/мин.

Требуемое передаточное число механизма равно:

.

Определим расчетный эквивалентный момент на тихоходном валу редуктора. Принимаем класс нагружения механизма В2. Класс использования А4.

Находим значение коэффициента нагружения:

, тогда коэффициент , машинное время работы механизма ч. Частота вращения тихоходного вала редуктора:

об/мин.

Число циклов нагружения на тихоходном валу редуктора:

.

Передаточное число тихоходной ступени редуктора предполагаем близким к значению .

Определим суммарное число циклов контактных напряжений зуба шестерни тихоходной ступени редуктора:

Определим коэффициент :

,

где - базовое число циклов контактных напряжений, для типажных редукторов (). Определим коэффициент долговечности :

.

Разница между и равно:

;

Определим расчетный крутящий момент на тихоходном валу редуктора. Будем ориентироваться на типоразмер ВКУ - 765М. Ближайшее передаточное число этого типоразмера , что расходится со значением на допустимую величину, равную 10,5%. К.п.д редуктора, по данным завода - изготовителя, равен .

Найдем значение угловой скорости двигателя:

рад/с.

Номинальный момент двигателя:

Нм.

Примем кратность максимального момента , тогда найдем по формуле:

Нм.

Расчетный крутящий момент на тихоходном валу:

кНм.

Эквивалентный момент равен:

кНм.



Рисунок 2.12 - Редуктор ВКУ - 765М

Таблица 2.7

Размеры редуктора

Типоразмер: Редуктор ВКУ - 765М	Масса: 820 кг
Размеры, мм
awб	awп	awт	B	B1	H	H1	H2	L	L1	L2	L3	L4	L5	L6	d
200	250	315	435	445	675	290	-	1220	284	370	440	45	110	440	26

Редуктор ВКУ - 765М имеет номинальный крутящий момент на тихоходном валу равным Нм. Следовательно условие выполняется.

Кроме указанных, редуктор имеет параметры: мм; мм; мм; кг. Схема сборки редуктора 13 или 23 в зависимости от того, где расположен редуктор. Полное условное обозначение типоразмера редуктора: ВКУ - 765М - 50 - 23 - У2 ТУ 24.01.3673 - 79

Определим фактическую скорость передвижения тележки и фактический к.п.д.

Передаточное число механизма равно:

Фактическая скорость передвижения тележки:



м/с;

.

Данная скорость отличается от заданной на 0,4 % что допустимо. К.п.д. одной зубчатой муфты примем равным . Поставим одну муфту между двигателем и редуктором (зубчатую муфту 1 - го типа - с наружной обоймой) и между редуктором и колесом также одну муфту (зубчатую муфту 2 - го типа - с промежуточным валом)

К.п.д. всего механизма:

.

Данное значение мало отличается от значения , принятого выше. Поэтому перерасчет мощности не делаем.

2.2.8 Выбор муфт

По диаметрам концов соединяемых валов выбираем муфты: для быстроходного вала - зубчатую муфту 1 - 1000 - 30 - 1 - 50 - 2 - 2У2 ГОСТ 50-06; для тихоходного вала - зубчатую муфту 2 - 16000 - 90 - 2 - 110 - 1 - 2У2 ГОСТ 50-06. Параметры муфты на быстроходном валу: Нм, кгм, мм, кг. Параметры муфты на тихоходном валу: Нм, кгм, мм, кг.

2.2.9 Выбор тормоза

Определим сопротивление передвижению крана без груза создаваемое уклоном:

кН.

Определим сопротивление передвижению крана без груза создаваемое инерцией:

кН.

Определим сопротивление передвижению крана без груза создаваемое трением:

кН.

Определим момент создаваемый уклоном:

Нм.

Определим момент создаваемый инерцией:

Нм.

Определим момент создаваемый силами трения:

Нм.

Определим расчетный тормозной момент механизма:

Нм.

Расчетный тормозной момент тормоза равен Нм, так как тормоз в механизме один.

Выбираем типоразмер тормоза: тормоз ТКП - 100 - У2 - 50 - 380 - 40 ОСТ 24.290.08 - 82, имеющий следующие параметры: Нм; кг; мм; мм.

2.2.10 Выбор тормозного шкива

По диаметру конца вала двигателя и требуемому диаметру шкива выбираем стандартный тормозной шкив 2-го исполнения с параметрами: мм; мм; мм; кг.

кран тележка двигатель тормоз



3. Проверочные расчеты

3.1 Проверка двигателя механизма подъема на время разгона

Двигатель должен разгонять механизм за достаточно короткое время, иначе уменьшится производительность крана. С другой стороны, если оно будет слишком мало, то разгон будет сопровождаться большим ускорением, что скажется на прочности элементов, устойчивости груза и т.д. Время разгона механизма подъема принимают исходя из графика представленного на рисунке 3.1

Рисунок 3.1 Средние рекомендуемые значения времени разгона, полученные экспериментально: кривая 1 - для механизма подъема груза; кривая 2 - для механизма передвижения тележки.

Исходя из графика будем ориентироваться на время разгона равное 1…4 с при грузоподъемности проектируемой тележки т.

Для механизма подъема груза наибольшее время разгона получается при разгоне на подъем. Его можно определить по формуле:

,



где - угловая скорость двигателя, рад/с;

- приведенный к валу двигателя момент инерции при разгоне всех движущихся частей механизма, включая поступательно движущиеся массы, кгм;

- среднепусковой момент двигателя, Нм;

- момент статических сопротивлений при разгоне, приведенный к валу двигателя, Нм.

Угловая скорость вала двигателя:

рад/с.

Значение определяют по формуле:

Нм,

где - кратность среднепускового момента двигателя, .

Номинальный момент двигателя:

Нм.

Значение равно:

,

где - момент инерции при разгоне всех вращающихся частей механизма, приведенный к валу двигателя:

,

где - коэффициент учета инерции вращающихся масс, расположенных на втором, третьем и последующих валах механизма;

- момент инерции вращающихся масс, расположенных на первом валу, равный сумме моментов инерции ротора (якоря) двигателя , муфт , тормозного шкива и т.д.;

- момент инерции при разгоне поступательно движущихся частей механизма плюс груза, приведенный к валу двигателя, кгм.

Момент инерции тормозного шкива:

кгм.

Момент инерции вращающихся масс, расположенных на быстроходном валу механизма:

кгм;

кгм;

кгм.

Момент инерции при разгоне всех вращающихся частей механизма, приведенный к валу двигателя:

кгм.

В механизме подъёма груза значение определяют следующим образом:

кгм,

где - радиус барабана по оси навиваемого каната, м;

- полное передаточное число механизма

;

- сумма массы подвески и массы груза

кг;

- КПД механизма.

Момент инерции при разгоне всех движущихся частей механизма, включая поступательно движущиеся массы:

кгм.

Момент статических сопротивлений при разгоне, приведенный к валу двигателя:

Нм.

Время разгона фактическое:

с.

Данное значение не выходит за пределы допустимых значений, следовательно двигатель не меняем.

Среднее ускорение при разгоне:



м/с.

Это значение так же не превышает рекомендуемого.

3.2 Проверка двигателя механизма подъема на нагрев

Условие проверки

,

где - эквивалентный момент на валу двигателя, при работе с которым его нагрев будет таким же, как и при работе с реальными моментами, возникающими при подъёме и опускании грузов различного веса, Нм;

- номинальный момент двигателя, Нм.

Значение определяют по формуле:

,

где , - соответственно статические моменты на валу двигателя, возникающие при подъёме и опускании груза - го веса, Нм;

- время разгона механизма при работе с грузом - го веса, с;

, - соответственно время установившегося движения при подъёме и опускании, с;

- коэффициент, учитывающий ухудшение условий охлаждения двигателя в период пуска.

где - вес j-го груза, включая вес крюковой подвески, Н;

- КПД механизма при работе с грузом - го веса.

Рисунок 3.2 - График нагрузок механизмов кранов

Значение и количество подъёмов и опусканий за один рабочий цикл принимают по графику нагружения механизма. Можно воспользоваться типовым усреднённым графиком.

Можно принять, что за рабочий цикл производится всего 10 подъёмов (опусканий) грузов.

При общем количестве подъёмов (опусканий) за цикл, равном десяти, получается, что, в моём случае, груз весом поднимается и опускается 2 раза, - 4 раза, - 2 раза, - 3 раза. Допускаем, что остановка механизма осуществляется механическим тормозом без участия двигателя.

Н, Н, Н, Н.

КПД механизма при работе с грузом - го веса необходимо определять, используя найденное значение КПД при работе с номинальным грузом и график.

Значения при опускании и поднимании груза равны: , , ,

Определим моменты при подъёме и опускании:

Для груза весом :

;

Моменты при подъеме и опускании для остальных весов занесем в таблицу.

Момент инерции массы - го груза, включая крюковую подвеску, приведённый к первому валу:

,

где

- масса - го груза;

кг;

кгм.

Остальные значения сведены в таблицу.

Приведённый к валу двигателя момент инерции при разгоне всех движущихся частей механизма, включая поступательно движущиеся массы:

;

кгм



Остальные значения сведены в таблицу.

Допуская, что угловая скорость двигателя при работе в установившемся режиме зависит лишь от направления движения груза и не зависит от массы груза, получаю:

где - номинальная угловая скорость двигателя, рад/с;

- синхронная угловая скорость двигателя (угловая скорость идеального холостого хода),рад/с.

рад/с,

где Гц - частота промышленного трёхфазного тока;

- число пар полюсов двигателя (значение легко определить по условному обозначению типа двигателя (последняя цифра в условном обозначении есть число полюсов).

рад/с.

Время разгона при подъёме и опускании можно определить:

с;

с;

Остальные значения сведены в таблицу.

Время установившегося движения определяют по формулам:

где - средняя высота подъёма груза, м.

Для кранов, транспортирующих готовую продукцию рекомендуется принимать - 6 м.

Фактические скорости движения груза при подъёме и опускании определяют по формулам:

м/с;

м/с;

с;

с.

Все результаты посчитанных параметров сведены в таблицу

Таблица 3.1

Значения найденных параметров

Параметр
	подъем	опускание	подъем	опускание	подъем	опускание	подъем	опускание
, Н	320561,4	320561,4	240421	240421	62509,4	62509,4	16028	16028
	0,88	0,88	0,82	0,82	0,60	0,60	0,30	0,30
, Нм	422,92	327,5	317,2	245,6	82,47	63,86	21,15	16,38
, кг/м	0,05	0,05	0,037	0,037	0,0096	0,0096	0,0025	0,0025
, кг/м	3,64	3,64	3,627	3,627	3,5996	3,5996	3,5925	3,5925
, с	1,04	0,566	0,929	0,594	0,746	0,666	0,709	0,689
,с	88,2	20,2	88,2	20,2	88,2	20,2	88,2	20,2

Условие проверки выполняется , а значит двигатель не перегреется.

3.3 Проверка двигателя механизма передвижения тележки на время разгона

Определим момент инерции тормозного шкива. Значение коэффициента, учитывающего распределенность массы, равно . Тогда будет равен:

кгм

Момент инерции всех вращающихся частей на быстроходном валу механизма будет равен:

кгм;

кгм;

кгм.



Сумма поступательно движущихся масс равна:

кг,

где - сумма массы тележки и массы груза.

По формулам находим другие параметры, необходимые для расчета:

кгм.

В механизме передвижения тележки значение определяют следующим образом:

кгм.

где м - радиус колеса;

- полное передаточное число механизма ;

- КПД механизма.

Значение равно:

кгм.

Значение определяют по формуле:

Нм,

где - кратность среднепускового момента двигателя, .

Статическое сопротивление тележки:

кН = 1150 Н.

Момент статических сопротивлений при разгоне, приведенный к валу двигателя:

Нм.

Время разгона фактическое:

с.

Данное значение не превышает рекомендуемого. Следовательно, выбранный двигатель обеспечит необходимую интенсивность разгона.

Среднее ускорение при разгоне:

м/с.

Это значение не превышает рекомендуемое значение для кранов, работающих в механосборочных цехах.

3.4 Проверка времени торможения

Момент инерции при разгоне поступательно движущихся частей механизма:



кгм.

Приведенный к валу двигателя момент инерции при торможении всех движущихся частей механизма:

кгм.

Сопротивление от трения:

Н.

Статическое сопротивление торможения:

Н.

Статический момент торможения:

Нм,

Фактическое время торможения:

с.



4. Расчет барабана механизма подъема

4.1 Определение толщины цилиндрической стенки

Принимая в качестве материала барабана сталь 35Л, МПа, определяем приближенное значение толщины стенки барабана:

м

где - наибольшее статическое натяжение каната;

- расстояние между соседними витками каната, м;

- допускаемое напряжение материала, МПа.

Уточним полученное значение, для чего по формуле определим коэффициент влияния деформаций стенки барабана и каната:

где - модуль упругости каната, для шестипрядных канатов с органическим сердечником МПа;

- площадь сечения всех проволок каната;

- модуль упругости стенки барабана, для стальных литых барабанов

МПа.

Так как и ,

то допускаемые напряжения смятия необходимо понизить на

.

Тогда допускаемое напряжение материала:

МПа.

Окончательная толщина цилиндрической стенки:

м:

Из условия технологии изготовления литых барабанов толщина стенки должна быть не менее:

м,

где - диаметр барабана по дну канавок, м. Учитывая, что стенка барабана в процессе эксплуатации изнашивается, принимаем мм.

4.2 Проверка устойчивости цилиндрической стенки

Для определения необходимости проверки устойчивости подсчитываем номинальное напряжение сжатия в стенке барабана:

МПа и отношение

При этих параметрах из табл. следует, что проверку устойчивости стенки необходимо производить, если отношение . Для проектируемого барабана следовательно, проверки устойчивости стенки не требуется. Так как условие для проектируемого барабана не выполняется, следует проверить стенку барабана на совместное действие изгиба и кручения.

,

где - максимальный изгибающий момент, Нм;

- крутящий момент, Нм;

- коэффициент учитывающий различие опасных напряжений изгиба и кручений;

- экваториальный момент сопротивления сечения барабана, м.

Максимальный изгибающий момент:

.

Крутящий момент:

.

Экваториальный момент:

.

.

Условие выполняется.



4.3 Расчет оси барабана на изгиб

Ось барабана испытывает напряжение изгиба от действия усилий двух ветвей каната при сдвоенном полиспасте, а также от собственного веса.

Для расчета длину оси барабана можно принять равной:

мм,

где - расчетная длина барабана, мм.

Принимаем мм, мм.

При пренебрежении весом барабана, определим нагрузки на ступицы барабана:

Н = 68 кН;

Н = 63 кН;

где - максимальное статическое усилие в канате, Н;

- длина нарезанного участка барабана, мм;

- длина гладкого участка барабана, мм.

Определим реакции опор и :

;

.

Определим значения изгибающих моментов и :



;

.

Рисунок 4.1 - Схема к расчету оси барабана на изгиб

Определим минимальный диаметр ступицы исходя из работы оси на изгиб в симметричном цикле:

,

где - изгибающий момент в расчетном сечении, Нм;

- момент сопротивления расчетного сечения при изгибе, ;

- допускаемое напряжение при симметричном цикле, МПа.

Допускаемое напряжение при симметричном цикле можно определить по упрощённой формуле:

,



где - коэффициент, учитывающий конструкцию детали (для валов, осей и цапф );

- предел выносливости (для стали 45 равен 257 МПа);

- допускаемый коэффициент запаса прочности (для режима работы 3М равен 1,4).

Наибольший изгибающий момент под правой ступицей, тогда наименьший возможный диаметр оси под нее:

м.

Момент сопротивления сечения ступицы:

.

Условие выполняется.

Примем диаметр оси под правую ступицу 95 мм, под левую ступицу 95 мм.



Библиография

1. Алексеев Ю.В., Богословский А.П. Крановое электрооборудование. - М.: Энергия, 1979.

2. Казак С.А. Курсовое проектирование грузоподъемных машин. М.: Высшая школа, 1989.

3. Костин В.Ф. Металлургические грузоподъемные машины. - Магнитогорск: ГОУ ВПО МГТУ, 2007.

4. Краузе Г.Н., Кутилин Н.Д. Редукторы: Справ. пособие. - Санкт- Петербург: Машиностроение, 1972.

5. Руденко Н.Ф., Александров М.П. и Лысяков А.Г. Курсовое проектирование грузоподъемных машин. - М.: Машиностроение, 1971.

6. Руденко Н.Ф. и Руденко В.Н. Грузоподъемные машины. Атлас конструкций. М.: Машиностроение, 1970.

Размещено на Allbest.ru