Расчет механизма подъема крана с электроприводом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Выбор типа подъемного органа

подъемный барабан двигатель грузозахватный

В качестве подъемного органа выбираем стальной проволочный канат двойной свивки.

1 - стальные проволочки, составляющие прядь;

2 - прядь;

3 - сердечник каната;

Сечение каната

2. Определение натяжения каната и выбор его по ГОСТ

(2.1)

где

F_расч - расчетное разрывное усилие каната;

k - коэффициент запаса, для ПВ = 25% k = 5,5 [2, с. 6]

F_max - максимальное натяжение в ветке каната;

F_разр - разрывное усилие каната;

; (2.2)



где

i_пол. - кратность полиспаста;

з_пол. - КПД полиспаста (з_пол.=0,96); [2, с. 7]

G_под. - вес грузовой подвески, Н;

;

По ГОСТ 2688 - 80 выбираем канат двойной свивки с [1, с. 277]

Канатная формула:

Канат 12 - Г - I - 1764 ГОСТ 2688 - 80

где

12 - диаметр каната, мм;

Г - назначение каната, канат грузовой;

I - марка проволок;

1764 - предел прочности на разрыв проволоки, МПа;

ГОСТ 2688 - 80 - ГОСТ каната;

Конструкция каната:

Канат ЛК - Р - 6Ч19 (1+6+6/6)+1 о.с. ГОСТ 2688 - 80

где

ЛК - Р - с линейным касанием проволок разных диаметров в верхнем слое пряди;

6Ч19 - канат шестипрядный, по 19 проволок в пряди;

(1+6+6/6) - навивка проволок по слоям;

1о.с. - органический сердечник;

ГОСТ 2688 - 80 - ГОСТ каната.

3. Расчет барабана

Профиль канавок на барабане

Определение диаметров барабана

(3.1)

где

D_б - диаметр барабана;

e - коэффициент диаметра барабана, принимаемый по нормам

Госгортехнадзора в зависимости от режима работы (для ПВ = 25% е = 25); [1, с. 59]

d_к - диаметр каната, мм;

;

(3.2)

где

D_б.расч - расчетный диаметр барабана;

Выбор профиля и размеров канавок.

Размеры профиля канавок барабана выбираются в зависимости от диаметра каната d_к.

Для d_к = 12 мм [1, с. 60]

t - шаг нарезания канавок на барабане;

t = 13,5 мм

r_к - радиус канавки;

r_к = 6,5 мм

с - глубина нарезания канавок; с = 3,5 мм

Определение длины нарезаемой части и полной длины барабана.

(3.3)

где

z_р - число рабочих витков барабана

Схема барабана

L_к - длина каната, наматываемого на барабан при подъеме груза;



;

Принимаем z_р = 8,5

(3.4)

где

z_сум - общее число витков каната на барабане;

z_кр - витки каната на барабане, находящиеся под зажимным устройством, принимаем z_кр = 2;

z₀ - число несматываемых витков, принимаем z₀ = 2;

(3.5)

где

l_н - длина нарезаемой части барабана;

Принимаем

(3.6)

где

l_б - длина барабана;

b - длина не нарезаемой части барабана, принимается b = (6…8)•t;

b = 6•13,5 = 81 мм

а - расстояние между винтовыми нарезками в центре барабана принимается конструктивно, исходя из расстояния между блоками крюковой подвески (а=150…200 мм);

Принимаем

Определение толщины стенки барабана

Для изготовления барабана применяем серый чугун СЧ 15 ГОСТ 1412 - 85 ().

Тогда:

(3.7)

где

д - толщина стенки барабана;

Принимаем

Проверка барабана на прочность.

Т.к. l_б<3•D_б, то основными являются напряжения сжатия.

(3.8)

Барабан пригоден для работы.



4. Выбор типа крепления каната к барабану и его проверочный расчет

Для закрепления каната на барабане устанавливаем накладку с полукруглыми канавками с одним болтом.

Крепление каната накладкой

(4.1)

где

F_кр - натяжение каната в месте крепления на барабане;

f - коэффициент трения между канатом и барабаном, (f = 0,1…0,16);

Принимаем f = 0,13

б - угол обхвата барабана неприкосновенными витками, б = z₀•2р;

б = 2•2р=4р



Размеры накладки выбираются в зависимости от диаметра каната.

Для d_к = 12 мм [3, с. 10]

Н - толщина накладки;

Н = 12 мм;

В-длина накладки;

В = 40 мм;

L - ширина накладки;

L = 40 мм;

d - диаметр отверстия под винт;

d = 13 мм;

r - диаметр канавки;

r = 10 мм;

h - глубина канавки;

h = 1,5 мм;

a= 13 мм;

б= до 5^?

Принимаем для крепления каната к барабану 2 накладки и выбираем винт М12

Сила затяжки одного винта:

(4.2)

где

б₁ - угол обхвата барабана витком каната, б = 2р; (один виток вокруг барабана);

- приведённый коэффициент трения между канатом и накладкой; Для канавок с полукруглыми канавками принять ;

Сила, изгибающая винт:

(4.3)

где

F_и - сила, изгибающая винт;

= (d_к+Н) - h

= (12+12) - 1,5=22,5 мм

(4.4)

где

d₁ - внутренний диаметр резьбы винта, для резьбы М12 d₁ =10,106 мм;

К - коэффициент запаса, надежности крепления каната, К? 1,5;

(Принимаем К=2).

[у_р] - допускаемое напряжение винта на растяжение, МПа

;

где

предел текучести материала винта, МПа (для стали 35МПа) [4, с. 98]

коэффициент запаса прочности. При диаметрах винта М6 - М16 n=3…4

МПа;

Накладка работоспособна с запасом в 1,1 раз.

5. Выбор грузового крюка и его подвески

Выбор грузового крюка и его подвески осуществляется в зависимости от величины грузоподъемности и режима работы.

Для Q = 5 т и ПВ=25% по ГОСТ 6627 - 74 выбираем крюк однорогий с номером заготовки крюка - 13 исполнение 1: [1, с. 297]

Заготовка крюка 13 - 1 ГОСТ 6627 - 74

Табл.1 Размеры крюка

D	S	b	h	d	d1	d2	L	l	l1	l2	r	r1	r2	r3	r5	r6	r7	r8	r9	Вес в кг
75	55	48	75	52	45	М42	250	38	105	60	11	85	10	40	100	50	75	25	-	9,6

Все размеры в мм.

Материал крюка Сталь 20 ГОСТ1050-88

Для Q=5 т. и среднего режима работы выбираем крюковую подвеску:

[1, стр. 298]

Табл.2. Размеры крюковой подвески

Q, т	Режим работы	Тип	Диаметр каната в мм	D	D1	B	b	b1	H	h	Вес в кг.
5	С	I	11	320	405	305	200	125	612	335,5	72



Крюк однорогий

Крюковая подвеска

Рассчитаем хвостовик крюка на растяжение

(5.1)

где -внутренний диаметр резьбы М42

Для стали 20 МПа

Условие прочности выполняется.

Схема полиспаста

6. Выбор специального грузозахватного устройства и его расчет на надежность

Постановка задачи:

В качестве специального грузозахватного устройства выбираем эксцентриковый захват.

Подъем производится на высоту Н = 3 м,

Груз - стальные листы т = 2000 кг, (G=19620 Н);

Длина: а = 4000 мм

Ширина: b = 1000 мм

Толщина: д=10 мм.

Расчет:

Усилие распора N создаёт силу трения:

(6.1)



где

- коэффициенты трения груза (стального листа), соответственно об эксцентрик и заднюю стенку захвата.

Условие удержания поднятого груза:

(6.2)

где

, , тогда необходимая сила распора:

(6.3)

где

k - коэффициент запаса, (k=1,25…1,5).

следовательно условие удержания груза выполняется.

Из уравнения моментов относительно оси эксцентрика (т. О) получаем соотношение, определяющее параметры эксцентрика:

(6.4)

где

- радиус эксцентрика

- толщина листа

Из (6.4) получим:

(6.5)

Схема эксцентрикового захвата

7. Определение частоты вращения барабана и выбор КПД механизма

Определение частоты вращения барабана.

(7.1)



где

n_б - частота вращения барабана;

Выбор КПД механизма.

(7.2)

где

з_общ - общий КПД механизма;

з_пер - КПД передач, принимаем з_пер = 0,85;

з_пол - КПД полиспаста (з_пол=0,96);

8. Определение требуемой мощности двигателя и выбор его по ГОСТ

(8.1)

где

k_зап - коэффициент запаса, k_зап = 1,15;

Выбираем двигатель серии MTKF с короткозамкнутым ротором по ГОСТ 19523 - 81

Электродвигатель серии MTKF 312-6

Мощность на валу электродвигателя (при ПВ=25%): Р_дв = 17,5 кВт;

Частота вращения ротора: п_дв = 915 мин^-1

Диаметр вала: d_дв = 50 мм

Пусковой момент: Т_пус.=590 Н?м;

Маховый момент ротора: GD² = 4g?J_рот., Н?м²;

где

J_рот. - момент инерции ротора двигателя, кг?м²; (J_рот.=0,3 кг?м²);

g - ускорение свободного падения, g=9.81 м/с².

GD² _дв= 4?9,81?0,3 =11,77 Н?м²;

Масса: 195 кг

Определение общего передаточного числа и выбор редуктора по ГОСТ.

(8.1)

где

U_пер - передаточное число передач;

Выбираем по передаточному числу и мощности в зависимости от режима работы горизонтальный цилиндрический двухступенчатый редуктор типа РМ - 500 по ГОСТ 20373 - 80. [1, стр. 322]

Частота вращения вала: 1000 мин^-1

Передаточное число

U_ред = 31,50;

Диаметр хвостовика быстроходного вала: d = 50 мм

з_ред = 0,96

Так как передаточное число редуктора отличается от расчетного передаточного отношения, определим фактическую скорость подъёма груза:

(8.2)

(8.3)

Фактическая скорость подъёма:

; (8.4)

Расхождение составляет 2,17%, что допустимо.

Выбор муфт

Расчетный момент муфты

(8.5)

где

- номинальный момент на валу муфты;

k₁ - коэффициент, учитывающий степень ответственности механизма, k₁ = 1,3;

k₂ - коэффициент, учитывающий режим работы механизма, k₂ = 1,2; [1, стр. 42]

Для вала барабана

(8.6)

Для вала двигателя

(8.7)

(8.8)

Выбираем муфты:

Для вала двигателя МУВП 800 ГОСТ 21424 - 75 с тормозным шкивом.

С передаваемым крутящим моментом 800 Н • м; [1, стр. 340]

диаметром тормозного шкива D = 300 мм;

шириной тормозного шкива B = 145 мм;

маховым моментом инерции: GD² = 4g?J_м., Н?м²;

где

J_м. - момент инерции муфты, кг?м²; (J_м.=0,6 кг?м²);

g - ускорение свободного падения, g=9.81 м/с².

GD² _м= 4?9,81?0,6 =23,54 Н?м²;

Масса муфты - 60 кг.

Муфта упругая втулочно-пальцевая 800-50-I ГОСТ 21424-75

Для вала барабана МЗ 8000 ГОСТ 5006 - 55. [1, стр. 333]

С передаваемым крутящим моментом 8000 Н • м.

Муфта зубчатая 8000-90 - ГОСТ 5006-55

9. Проверка двигателя на перегрузку

Проверка двигателя на перегрузку в установившемся режиме работы.

Для нормальной работы электродвигателя необходимо соблюдать следующее условие:

Т_ном > Т_ст (9.1)

где

Т_ном - номинальный момент на валу электродвигателя;

Т_ст - необходимый вращающий момент на валу электродвигателя в установившемся режиме работы;

(9.2)

182,65 Н • м > 148,12 Н • м.

Условие выполняется.

Проверка двигателя на перегрузку в момент пуска.

(9.3)



ш - кратность пускового момента;

Т_пуск - пусковой момент (момент на валу электродвигателя в момент пуска);

Т_пуск = Т_ст + Т_дин (9.4)

Т_дин - динамическая составляющая пускового момента;

Т_дин = Т_ин1 + Т_ин2 (9.5)

(9.6)

где

п₁ - частота вращения 1-го вала (n_дв);

t_П - время пуска, принимаем t_П = 2 c;

- маховой момент суммарный;

= GD²_дв + GD²_муф (9.7)

= 11,77 + 23,54 = 35,31 кгс • м²;

(9.8)

Т_дин = 48,63 +1,76 = 50,39 Н•м

Т_пуск = 148,12 + 50,39 = 198,51 Н•м

1,34<3,23

Условие выполняется.

10. Выбор двухколодочного тормоза и его проверочный расчет.

Выбор двухколодочного тормоза по ГОСТ.

(10.1)

Выбираем Тормоз колодочный с электромагнитом переменного тока

ТКТ - 300/200 с наибольшим тормозным моментом Т_торм = 240 Н • м

шириной колодки В_к = 140 мм;

диаметром тормозного шкива D = 300 мм;

углом обхвата шкива колодкой в = 70?.

Проверка тормоза на износостойкость.

1. Проверка по допускаемому давлению

(10.2)

где

N - сила давления колодок на шкив;

[P] - допускаемая величина давления колодок на шкив, [P] = 0,6 МПа;

(10.3)

где

f - коэффициент трения, для вальцованной ленты по стали и чугуну, f = 0,4

Условие выполняется.

2. Проверка по величине динамического трения.

(10.4)

где

v - скорость вращения тормозного шкива;

[p•v] - допустимая величина динамического трения, [p•v] = 2,5 МПа•м/с;

(10.5)

Условие выполняется.



Схема двухколодочного тормоза

Кинематическая схема механизма



Список использованных источников

1. Кузьмин А.В., Марон Ф.Л. Справочник по расчётам механизмов подъёмно-транспортных машин. Минск, Высшая школа, 1983

2. Миндовский С.К., Телицын А.А. Расчет механизма подъёма кранов с электроприводом. Кострома, 2005

3. Александров М.П. Подъёмно - транспортные машины, атлас конструкций. М.: Машиностроение, 1987. - 123 с.

4. Анурьев В.И. Справочник конструктора - машиностроителя. Т.1. - М.: Машиностроение, 2001. - 920 с.

5. Александров М.П. Подъемно-транспортные машины: Учебник для машиностроительных специальностей вузов. - 6-е изд., переработанное - М.: Высшая школа, 1985. - 520 с., ил.

Размещено на Allbest.ru