Рис.1.1.Схема механизма подьёма.

Согласно рекомендациям кратность полиспаста выбираем в зависимости от грузоподъёмности крана. При грузоподъёмности 12 тонн и более - =3. Кратность полиспаста можно определить по отношению числа ветвей каната, на которых держится полиспаст, к числу ветвей наматываемых на барабан, т.е.

1.2 Выбор крюковой подвески

Т.к. грузоподъемность Q=12,5т , крюковую подвеску не рассчитываем, а сразу выбираем из справочной литературы

D=450 мм

B=564мм

b=342мм

b1=270мм

H=922 мм

Масса 306 кг

Рис.1.2.Крюковая подвеска

1.3 Выбор каната

Канат выбираем по разрывному усилию :

(1.1)

где: - наибольшее натяжение тяговой ветви каната, Н;

К - коэффициент запаса прочности, принимаем равным 6 [1], т. 2.3, с. 55;

Наибольшее натяжение тяговой ветви каната определяем по формуле:

Н (1.2)

где: Q - грузоподъёмность (кг)

g - ускорение свободного падения ()

а - число полиспастов (одинарный, сдвоенный);

- кратность полиспаста;

- к.п.д. блока;

- кпд полиспаста

По формуле (1.1):

По [1], т.III.1.3 с.278 выбираем канат двойной свивки типа ЛК-Р. канат 16,5-Г-I-1960-ГОСТ 2688-80 , со следующими параметрами: =16,5 мм, =154,5 кН, =1960 МПа.

Определение фактического коэффициента запаса прочности:

(1.3)

1.4 Определение размеров барабана

Рис.1.3. Барабан

Учитывая режим работы крана, предусматриваем изготовление блоков и барабана литьем из чугуна СЧ 15. Выбираем желобчатый барабан.

Допустимый диаметр блоков определяем по формуле:

(1.4)

где: - диаметр блока, измеряемый по центру огибаемого каната, мм;

e - коэффициент, зависящий от грузоподъемности машины и режима ее работы, принимаем е=25 [1], т. 2.7 с. 59;

- диаметр каната, мм.

По формуле (1.3):

Диаметр барабана принимаем равным диаметру блоков, округляя до большего ближайшего значения из нормального ряда размеров:

- [1] т. lll.2.1

Полную длину барабана определяем:

(1.5)

где: - ширина буртиков (5…6 мм.)

- длина рабочей части

- длина под неприкосновенными витками

- длина под крепёжными витками

l0- ширина крюковой подвески

мм. (1.6)

где: Н - высота подъёма;

- шаг каната;

Принимаем

(1.7)

- число неприкосновенных витков

(1.8)

- число крепёжных витков

Подставляем значения формул 1.6 и 1.7 в 1.8:

Толщину стенки барабана определяем по формуле:

(1.9)

Проверка барабана на прочность.

Если длина барабана больше 3-ох диаметров (LБ>3ДБ ), то в барабане испытываются напряжения изгиба и кручения.

(1.10)

Для СЧ-15 [у]сж=98.1(МПа)

Определим напряжение сжатия

(1.11)

(МПа)

Определим напряжение изгиба

(1.12)

 (1.13)

(1.14)

(МПа)

Определим напряжение кручения

(1.15)

(1.16)

(МПа)

По формуле (1.10) определим напряжение

- условие выполнено

1.5 Расчёт крепления конца каната на барабан

Принимаем крепление конца каната к барабану двумя прижимными планками и шпильками

а) Определение усилия затяжки шпильки:

(1.17)

где: - угол обхвата барабана запасными витками каната;

f=0,12…0,15 - коэффициент трения между канатом и барабаном.

Принимаем f=0,15;

- приведенный коэффициент трения между планкой и канатом

Принимаем f1=0,23;

- угол обхвата каната под прижимными планками

- угол обхвата барабана неприкосновенными витками

б) Принимаем материал шпильки сталь Ст7

в) Определяем диаметр болтов:

(1.18)

где: 1,3 - коэффициент, учитывающий скручивание болта при затяжке;

К - коэффициент нагрузки (К=2,7…4,3 - переменная нагрузка)

Принимаем d=18 мм

1.6 Выбор двигателя

Принимаем =0,86 и , и рассчитываем статическую мощность по формуле:

 (1.19)

где: G - сила тяжести поднимаемого груза, Н;

- скорость подъема груза, м/мин;

- общий к.п.д. механизма подъема.

.

Рис.1.4 электродвигатель

По справочной литературе принимаем двигатель серии MTKF 412-6, номинальная мощность которого Рн=30 (кВт), номинальная частота nн=935 (об/мин), максимальный момент Tmax=1000 (Н·М), пусковой момент Тпуск=950 (Н·М), выходной момент вала d1=70 (мм),маховый момент ротора Iм=0.638 (кг·м2).

Определяем номинальный момент:

(1.20)

1.7 Выбор редуктора

Редуктор выбираем по передаточному числу и вращающему моменту на тихоходном валу.

Расчетное передаточное число редуктора:

(1.21)

где: - частота вращения барабана.

В соответствии с принятой схемой механизма по т. 33 [2], с. 236 выбираем редуктор PM -650. Передаточное число редуктора =31.5, момент на тихоходном валу,

Диаметр тихоходного вала d1=125 мм.

Рис.1.5 Редуктор PM-650

1.8 Уточнение

а) скорости подъёма груза

(1.22)

б) мощности двигателя:

 (1.23)

1.9 Выбор муфты

Муфта выбирается по моменту:

груз подвеска передвижение двигатель

(1.24)

- коэффициент ответственности механизма

- коэффициент группы режима работы [2] с.31

Принимаем муфту упругую втулочно-пальцевую с тормозным шкивом Муфта №1.

Iм=0.125 (кг·м2), mм=25 (кг), Bтш=95 (мм), Dтш=200 (мм),

Рис.1.6 МУВП T<500 (Н·М).

1.10 Проверка двигателя на перегрузку

По времени пуска:

(1.18)

где: - частота вращения вала двигателя, ;

- допустимое время пуска, =1…2 с

- момент инерции ротора двигателя

- момент инерции муфты

К=1,1…1,25 - коэффициент вращающихся масс на валу электродвигателя

Среднепусковой момент:

(1.25)

Момент статического сопротивления при подъёме полного груза:

(1.26)

По ускорению в период пуска:

(1.27)

Условия пуска выполняются

1.11 Выбор тормоза

Тормоз устанавливают на быстроходном валу привода. Расчетный тормозной момент определяют по формуле:

(1.28)

где:- коэффициент запаса торможения, выбираемый в зависимости от режима работы механизма подъема. По [2] с.34

- статический тормозной момент от веса груза приведенный к валу тормозного шкива:

(1.29)

Тогда по формуле (1.22):

По т.58 [2], с.249 выбираем колодочный тормоз ТКТ - 200 с тормозным шкивом диаметром 300 мм, развивающий тормозной момент =250 Н•м, ширина тормозной колодки B=90 мм.

Рис.1.7 Тормоз колодочный

Подобранный тормоз проверяем по условиям пуска.

Время торможения:

Замедление при торможении:

 (1.30)

замедление находится в допустимых пределах=0,3…0,6 .

Путь торможения:

(1.31)

Проверка тормоза на давление:

(1.32)

где: f=0,15 - коэффициент трения между колодкой и шкивом [1] т.1.38 с.46

D - диаметр тормозного шкива

А - площадь рабочей поверхности 1 колодки:

(1.33)

- угол обхвата;

В - ширина тормозной колодки В=90 мм [2] т.59 с.249

По [1] т.1.38 с.46 [р]=1,5 МПа

Таким образом, все условия торможения соблюдены.

2. Проектирование и расчет механизма передвижения

Расчёт механизма передвижения проводят с целью определения сил сопротивления передвижению. Расчёт сводим к определению сил, которые препятствуют перемещению.

1.Вес груза и крана:

Конструктивно принимаем mкр=3360 кг:

(2.1)

(2.2)

2.Опорно-приводные колёса:

Принимаем число опрноприводных колес - 2 и 2 поддерживающих ролика, т.е.n =4 - число колёс. Выбираем литые чугунные колеса с цилиндрической рабочей поверхностью.

2.1 Максимальная нагрузка на одно колесо:

(2.3)

2.2 Скоростной коэффициент

(2.4)

где: vкр=22 м/мин - скорость передвижения крана

2.3 Диаметр колеса

Принимаем колёса и поддерживающие ролики одного диаметра

(2.5)

где: [р]=2,5…3 МПа - для чугунных колёс т.10

b=64 мм - ширина двутавра ([4] c.246 принимаем двутавр №12)

Принимаем . Диаметр цапфы колеса определяем по условию:

(2.6)

3. Сопротивления передвижению

Определяем полное сопротивление передвижению тележки в установившемся режиме по формуле:

(2.7)

где: - сопротивление от сил трения

- сопротивление от уклона

- сопротивление от ветровой нагрузки

- сопротивление от инерции поступательно движущихся масс

3.1 Сопротивление от сил трения

(2.8)

W1 - тяговое усилие необходимое для преодоления трения в цапфах колёс

W2 - тяговое усилие необходимое для преодоления трения качения между рельсом и колесом

f=0,1 - коэффициент трения между рельсом и колесом [2] т.1.4 с.9

мм - [2] т.1.3 с.9

Кр=2 - [2] т.1.4 с.9

3.2 Сопротивление от инерции поступательно движущихся масс

(2.9)

- для крана

3.3 Сопротивление от уклонов в пути

(2.10)

4. Выбор электродвигателя и редуктора

4.1 Статическая потребная мощность двигателя

(2.11)

Рис.2.1 Электродвигатель

По т. 25[2] приложения выбираем двигатель серии 4A132S8У3 с параметрами: номинальная мощность Р=4 кВт; частота вращения n=720 ; диаметр вала двигателя d=38 мм; масса m=77 кг;момент инерции Iдв=0,0425 кг м2

4.2 Номинальный момент на валу двигателя

(2.11)

4.3 Максимальный момент на валу двигателя

(2.13) 4.4.Частота вращения колеса:

(2.14)

4.5 Общее передаточное отношение

(2.15)

Выбираем цилиндрический двухступенчатый редуктор BK-475 с параметрами: передаточное число ; максимально допустимый момент на тихоходном валу= 5.46 кН•м.

Рис.2.2 Редуктор BK-475

4.6 Уточняем скорость передвижения тележки

(2.16)

4.7 Выбор муфты

Муфта выбирается по моменту:

(2.17)

- коэффициент ответственности механизма

- коэффициент группы режима работы [2] с.31

По справочной литературе принимаем муфту

Принимаем муфту упругую втулочно-пальцевую

Муфта №1

Iм=0.125 (кг·м2)

mм=25 (кг)

Bтш=95 (мм)

Dтш=140 (мм)

T<250 (Н·М)

5. Проверка на буксование

5.1 Минимальная сила на 1 колесо

(2.18)

n=4 - число колёс

5.2 Сила сцепления

(2.19)

z=2 - число ведущих колёс

5.3 Сопротивления при ненагруженном кране

(2.20)

(2.21)

(2.22)

5.4 Действительный коэффициент запаса сцепления рельса с колесом

(2.23)

Все условия выполняются, следовательно, механизм передвижения рассчитан верно.

6. Выбор тормоза

Тормоз устанавливают на быстроходном валу привода. Расчетный тормозной момент определяют по формуле:

(2.24)

где:- коэффициент запаса торможения, выбираемый в зависимости от режима работы механизма подъема. По [2] с.34

- статический тормозной момент от веса груза приведенный к валу тормозного шкива:

(2.25)

Тогда по формуле (2.24):

По т.58 [2], с.249 выбираем колодочный тормоз ТКГ - 400 с тормозным шкивом диаметром 400 мм, развивающий тормозной момент =1500 Н•м, ширина тормозной колодки B=180 мм.

Рис.1.7 Тормоз колодочный

Подобранный тормоз проверяем по условиям пуска.

Время торможения:

Замедление при торможении:

(2.26)

замедление находится в допустимых пределах=0,3…0,6 .

Путь торможения:

(2.27)

Проверка тормоза на давление:

(2.28)

где: f=0,15 - коэффициент трения между колодкой и шкивом [1] т.1.38 с.46

D - диаметр тормозного шкива

А - площадь рабочей поверхности 1 колодки:

(2.29)

 - угол обхвата;

В - ширина тормозной колодки В=90 мм [2] т.59 с.249

По [1] т.1.38 с.46 [р]=1,5 МПа

Таким образом, все условия торможения соблюдены.

7. Прочностные расчёты

7.1 Расчет вала барабана

1. Выбор материала.

Принимаем материал вала сталь 45.

уВ=560МПа; уТ=280МПа

2.Мощность на валу.

(3.1)

3.Частота вращения вала барабана.

(3.2)

4.Крутящий момент на валу.

(3.3)

5. Определяем диаметр выходного конца вала.

(3.4)

где:Нм - крутящий момент на валу

- допускаемое напряжение на кручение [5] с.16.

Принимаем dВ=90 мм. [5] с.16.

6. Определяем диаметры отдельных участков и длины вала.

Под барабан: dб= [5] с.16.

Под подшипники: dП= [5] с.16.

Принимаем линейные размеры вала: f=60 мм [5] таб.4

7. Межопорное расстояние:

мм. (3.5)

8. Изображаем вал, как балку на двух опорах , рисунок 3.1. Разложим силы на две плоскости.

9. Определяем реакции в опорах:

в плоскости XOY

; ; (3.6)

; (3.7)

где Fм= - консольная нагрузка от муфты

Fmax=25759 Н. - максимальная нагрузка на вал

Рис. 4.1. Вал барабана.

Н;

Н .

Проверка: (3.8)

Проверка сошлась значит реакции определены правильно

В плоскости YOZ внешних сил нет, следовательно и реакции отсутствуют.

10. Определяем суммарные реакции в опорах

Н; Н.

11. Определение изгибающих моментов, построение эпюры изгибающих моментов.

Нм; Нм; Нм; Нм;

Максимальный суммарный изгибающий момент в точке 3 12. Определяем эквивалентный изгибающий момент

(3.9)

11. Определяем диаметр вала в наиболее нагруженном сечении:

(3.10)

- предел прочности при симметричном цикле нагружения, = 60 МПа.

Проверочный расчет вала.

Для опасного сечения вала определяем коэффициент запаса усталостной прочности S и сравним его с допускаемым значением принимаемым обычно 1,5…2,5.

(3.11)

коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям:

(3.12)

предел выностливости стали при симметричном цикле изгиба:

эффективный коэффициент концентрации нормальных напряжений.

коэффициент учитывающий шероховатость поверхности.

масштабный фактор для нормальных напряжений.

амплитуда цикла нормальных напряжений.

(3.13)

W - момент сопротивления при изгибе.

(3.14)

коэффициент характеризующий чувствительность материала к асимметрии цикла нагружения. для углеродистых сталей, для легированный сталей.

среднее напряжение цикла нормальных напряжений.

коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям.

(3.15)

предел выностливости стали при симметричном цикле:

и амплитуда и среднее напряжение цикла касательных напряжений.

(3.16)

момент сопротивления при кручении.

(3.17)

Расчетный коэффициент усталостной прочности вала в опасном сечении:

(3.18)

Сопротивление усталости вала в опасном сечении обеспечивается.

7.2 Выбор муфты

Рис.3.2 МУВП

Муфта выбирается по моменту:

(3.19)

- коэффициент ответственности механизма

- коэффициент группы режима работы [2] с.31

Из [2] т.54 с.247 принимаем:

МУВП-8000-100-1.2-125-1.1-У2 ГОСТ 21424-75

7.3 Выбор подшипников

Зная диаметр вала под подшипник из справочной литературы выбираем подшипники.

Принимаем подшипники шариковый радиальный двухрядный 1220

Рис.4.3 подшипник

d=100 (мм)

D=180 (мм)

В= 34 (мм)

r1= 3,5 (мм)

С=63,7 кН

С0=37,0 кН

7.4 Расчет болтового соединения

Выбираем материала для вала барабана:

Принимаем материал вала сталь 45.

уВ=560МПа; уТ=280МПа

1. Определение расчетной нагрузки приходящейся на один болт.

(3.20)

Где Fmax- максимальная нагрузка в опорах

f- коэффициент трения ( 0,12…0,15 )

i-число плоскостей среза

z-число болтов

2.Определение диаметра болта.

(3.21)

(3.22)

Принимаем болт М20.

8.Техника безопасности

Безопасность при работе с грузоподъемными механизмами устанавливается “Правилами устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных машин”.

К выполнению обязанностей по управлению и обслуживанию грузоподъемных кранов допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие медицинское освидетельствование, специальное обучение, славшие экзамены квалификационной комиссии и получившие удостоверения.

В ремонтных мастерских грузоподъемными механизмами управляют сами рабочие. Поэтому с нами, кроме инструктажа по технике безопасности по основной профессии, необходимо периодически проводить обучение по правилам безопасной работы с грузоподъемными механизмами и устройствами.

Необходимо обеспечить содержание грузоподъемных машин, съемных грузозахватных приспособлений и тары в исправном состоянии и создавать безопасные условия их работы путем организации надлежащего технического надзора и обслуживания.

Стальные грузовые канаты и канаты стропов подвергают выбраковке в зависимости от количества оборванных проволок на одном шаге свивки. При наличии 10% оборванных проволок на шаге свивки канат выбраковывают.

Запрещается оставлять подвешенный груз во время перерывов, отдыха, а также в конце смены.

При работе крана необходимо устанавливать противооткатные устройства под колеса во избежание самопроизвольного перемещения.

Площадка, на которой работает кран, должна иметь уклон не более 5%.

Запрещается эксплуатация крана ближе 15 метров от линии электропередач без наряда допуска.

В начале каждой смены необходимо производить визуальный осмотр крана, узлов и механизмов. Проверять наличие и исправность заземления.

Электроведущий кабель не должен проходить под грузом, а так же в местах, где он может попасть под опорные колеса крана во избежание повреждения кабеля, что может вызвать короткое замыкание.

Техническое обслуживание необходимо проводить в сроки установленные технической инструкцией крана.

При техническом обслуживании необходимо использовать исправный инструмент, устройства и приспособления.

Замену смазывающих материалов необходимо производить в сроки установленные инструкцией по эксплуатации и использовать смазочные материалы, указанные в инструкции.

Литература

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

2 М.Н.Ерохин «Проектирование и расчёт подъёмно-транспортирующих машин сельскохозяйственного назначения».М.Колос 1999.

3 Чернавский С.А. Курсовое проектирование деталей машин. М.: Машиностроение, 1987. - 416 с.

4 Курмаз Л.В., Скойбеда А.Т. Детали машин. Проектирование. Мн.: УП "Технопринт", 2001.

Размещено на Allbest.ru