Грейферная лебедка с независимыми фрикционами

Анализ назначения, стадий работы и требований к грейферным лебедкам с независимыми фрикционами. Определение мощности двигателя, тормозного момента, частоты вращения барабана. Выбор канатов, полиспаста, фрикционов, муфт, редуктора. Расчет сечений рычагов.

Рубрика Производство и технологии
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 03.12.2012
Размер файла 259,3 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://allbest.ru/

Размещено на http://allbest.ru/

Содержание

  • Введение
  • 1. Выбор канатов
  • 2. Выбор двигателя
  • 3. Выбор редуктора
  • 4. Выбор тормозов
  • 5. Выбор фрикционов
  • 6. Определение длины барабана
  • 7. Выбор муфт
  • 8. Определение времен разгона и торможения механизма подъема
  • 9. Проверочные расчеты
    • 9.1 Расчет подшипников
    • 9.2 Расчет вала
    • 9.3 Расчет шлицевого соединения
    • 9.4 Расчет болтового соединения
    • 9.5 Расчет сечений рычагов
  • Выводы
  • Список литературы
  • Введение
  • В данном курсовом проекте требуется спроектировать грейферную лебедку с независимыми фрикционами (кинематическая схема представлена на рис.1.), для стрелового крана грузоподъемностью 16 тонн с высотой подъема груза 30 метров со скоростью 45 м/мин при ПВХ 60% и группой режима механизма 6М.
  • Рис. 1. Кинематическая схема грейферной лебедки с независимыми фрикционами.
  • Грейферные лебедки предназначены для управления двыхканатными (четырехканатными) грейферами. Они должны удовлетворять общим требованиям к специальным лебедкам. Особые требования к грейферным двухбарабанным лебедкам сводится к следующему:
  • - лебедка должна обеспечивать все сочетания вращений замыкающего и поддерживающего барабанов, необходимые для выполнения рабочих операций при черпании, подъеме, спуске и раскрытия на весу для любого типа двухканатного грейфера;
  • - необходимо иметь автоматический переход от черпания к подъему, это особенно важно для условий, когда крановщику не видно место взятия груза.
  • Одномоторная лебедка (см. рис.1.) имеет один электродвигатель, который через редуктор Р1 связан с замыкающим барабаном. Поддерживающий барабан свободно установлен на валу и соединяется с двигателем через зубчатые муфты, редуктор Р2 и фрикционные муфты.
  • Рассмотрим работу лебедки по стадиям работы грейфера.
  • Черпание.
  • При черпании замыкающий барабан вращается на подъем. Тормозы Т1 и Т2 отключены. Многодисковая фрикционная муфта УМ отключена. Вращение поддерживающему барабану сообщается через фрикцион Ф, который обеспечивает работу лебедки при черпании и подъеме, создавая ограниченно малое усилие в поддерживающем канате.
  • Подъем груженого грейфера.
  • После закрытия челюстей грейфера происходит отрыв грейфера от материала и его подъем на замыкающих канатах. Поддерживающий барабан увлекается во вращение на подъем аналогично случаю при черпании. Его частота вращения, задаваемая фрикционом Ф, будет соответствовать скорости подъема грейфера на замыкающих канатах.
  • Раскрытие грейфера на весу.
  • Для раскрытия грейфера на весу нужно затормозить поддерживающий барабан, а замыкающий барабан вращать на спуск. Для остановки поддерживающего барабана включается тормоз Т2.
  • Спуск (подъем) груженого грейфера.
  • Для перехода к вертикальному перемещению раскрытого грейфера нужно включить фрикционную муфту УМ, а затем отключить тормоз Т2.
  • 1. Выбор канатов и полиспаста
  • Так как по условию грузоподъемность крана 16 тонн, а применение полиспастов кратностью более 1 на грейферах практически невозможно, то будем использовать сдвоенный полиспаст (для уменьшения усилий в канатах) кратностью 1.
  • Расчет и выбор канатов для одномоторной грейферной лебедки производят по усилиям при подъеме груженого грейфера только для замыкающего каната. Поддерживающий канат принимаем такой же, как и замыкающий канат.
  • Канат выбираем по разрывному усилию:
  • (1.1)
  • где S - статическое усилие в месте набега каната на барабан; n - коэффициент запаса; по [1, с.5] .
  • Статическое усилие в месте набега каната на барабан для четырехканатного грейфера определяется по формуле [2, с.26]:
  • (1.2)
  • где Q - грузоподъемность, Н; G - вес грейфера, Н; КПД всех направляющих блоков, . Для грейферных кранов соответствует номинальной грузоподъемности.
  • Подставляя значение в выражение (1.1) и (1.2), получим:
  • По [4, с.246] выбираем канат ЛК-О 6?19. Диаметр каната . Канат-Г-1-Н-1666 ГОСТ3077-80
  • Тогда согласно [1, с.4] диаметры блоков и барабанов будут определяться по формулам:
  • (1.3)
  • где h1 и h2 -коэффициенты выбора диаметров барабана и блоков, по [1, с.5] . Подставляя значения в выражение (1.3), получим:
  • 2. Выбор двигателя
  • Мощность двигателя определяют как мощность, необходимую для подъема веса Q+G грейфера с заданной скоростью [2, с.23]:
  • , (2.1)
  • где (Q+G) - номинальная грузоподъемность крана, Н; V - скорость подъема, м/с; общий КПД при подъеме груженого грейфера с учетом потерь в лебедке и направляющих блоках.
  • Согласно [4, с.395] общий КПД определяется по формуле:
  • , (2.2)
  • где КПД полиспаста; КПД направляющих блоков, ; КПД барабанов, ; КПД узлов лебедки между двигателем и барабанами, где КПД зубчатой муфты, ; КПД упругой муфты, ; КПД фрикционной муфты, ; КПД зубчатой передачи, ; КПД редуктора, .
  • Подставляя значения в выражение (2.2) и (2.1), получим:
  • ;
  • .
  • Выбираем двигатель МТН 713-10 мощностью 150 кВт.
  • Характеристики двигателей:
  • - частота вращения
  • - максимальный момент
  • - момент инерции
  • - масса .
  • 3. Выбор редуктора
  • Частота вращения барабана определяется по формуле [4, с.395]:
  • , (3.1)
  • где m -кратность полиспаста; V -скорость подъема, м/с; dК - диаметр каната, м; DБ - диаметр барабана, м. Подставляя значение в выражение (3.1), получим:
  • Передаточное отношение редуктора определяется по формуле:
  • .
  • Из стандартного ряда принимаем передаточное отношение u=50. При этом получим скорость вращения барабана: , разница составит 4,7%. Редуктор выбираем по моменту на тихоходном валу, который определяется по формуле:
  • (3.2)
  • Подставляя значения в выражение (3.2), получим:
  • Выбираем цилиндрический горизонтальный двухступенчатый крановый редуктор Ц2-1000, с передаточным отношением 50 и моментом на тихоходном валу 122 кН•м.
  • 4. Выбор тормозов
  • Тормоз Т1 (см. рис.1) в цепи замыкающего барабана рассчитывается от веса груженого грейфера, приведенного к валу тормоза при нормативном коэффициенте запаса торможения [4, с.401] kТ=1,25,:
  • Тормозной момент будет определяться по следующей формуле:
  • , (4.1)
  • Подставив значения в выражение (4.1), получим:
  • По [4, с.284] выбираем в качестве тормоза Т1 колодочный тормоз с приводом от электрогидравлического толкателя ТКГ -600 с тормозным моментом 5000 Нм.
  • Тормоз Т2 (см. рис. 1) включаемый при раскрытии грейфера, также можно выбирать по приведенному к валу тормоза моменту от веса груженого грейфера, хотя это несколько больше момента от усилий в поддерживающих канатах при раскрытии грейфера. Запас торможения для тормоза Т2 берется не менее 1,15 [2, с.28]. Тормозной момент определяется по формуле:
  • (4.2)
  • Применение колодочного тормоза при таком значении тормозного момента невозможно, поэтому в данной ситуации необходимо применить ленточный тормоз (см. рис 4.1 ).
  • Рис. 4.1. Схема ленточного тормоза
  • Тормозной момент простого тормоза (см. рис. 4.1.) определяется по формуле [4. с.291]:
  • , (4.3)
  • где GП - вес тормозного рычага, Н; GПР - усилие в пружине, Н; м - коэффициент трения, по [4. с.277] м=0,2; б - угол обхвата, рад; D - диаметр тормозного шкива, м; а, в, d - плечи действующих усилий, м; з - КПД, з=0,95.
  • Принимаем следующие длины плеч:
  • В качестве тормозного рычага выбираем стержень квадратного сечения со стороной 110 мм.
  • Вес тормозного рычага составляет 66,72 кг в одном метре, следовательно
  • Выразив из уравнения (4.3) усилие в пружине и подставив значения, получим:
  • По [7. с.165] выбираем тарельчатые пружины 1-2-3-130?75?6,3?3 ГОСТ 3057-79.
  • Усилие одной пружины при деформации 0,4f составляет 28155 Н, при деформации 0,6f составляет 40515. Для деформации пружины на 3,6 мм (т.к. необходимо обеспечить зазор между тормозной лентой и тормозным шкивом в 1,5 мм, а при выбранных размерах рычага перемещение пружины должно составлять 3,6 мм), поэтому следует поставить 6 блоков, см. рис 4.2.
  • Рис. 4.2. Схема установки пружин.
  • Для обеспечения работы тормоза необходимо подобрать такие длины звеньев а и в, чтобы обеспечить сжатие пружины не менее чем на 3,6 мм. Для этого нужно приложить усилие (см. рис. 4.3)
  • Рис. 4.3 Схема установки электрогидравлических толкателей.
  • грейферный лебедка тормозной фрикцион
  • Для обеспечения усилия сжатия пружины воспользуемся двумя электрогидравлическими толкателями (Т-160Б, номинальное усилие 1600 Н, ход штока 140 мм.) при этом каждый из цилиндров должен передать усилие Р1 = GП /2=40515 Н. Для определения отношения длин рассмотрим сумму моментов относительно шарнира:
  • (4.4)
  • (4.5)
  • Для обеспечения усилия достаточно, чтобы а = 0,04в. Примем а = 25 мм, в = 650 мм.
  • Необходимо произвести проверку по перемещению, для этого воспользуемся подобием треугольников OAB и OCD (см. рис. 4.4)
  • Рис. 4.4. Схема перемещения приводного рычага.
  • (4.6)
  • Отсюда видно, что выбранные параметры обеспечивают необходимое перемещение и усилие.
  • 5. Выбор фрикционов
  • Фрикцион Ф см рис.1. рассчитывается по приведенному к валу фрикциона моменту от усилия в поддерживающих канатах, равного . Для определения усилия предварительного сжатия пружины воспользуемся формулой [8, с.264]:
  • , (5.1)
  • где МПР - предельный крутящий момент, ограничиваемый муфтой; DСР - средний диаметр контакта дисков; f - коэффициент трения; z - число поверхностей трения.
  • Примем z =2, в качестве фрикционной накладки выбираем накладку на асбестовой основе [4, с.277] с f = 0,45.
  • Подставив значения в уравнение (5.1), получим:
  • Выбираем 2 тарельчатые пружины 1-2-3-200?130?6,3?3 ГОСТ 3057-79.
  • Второй фрикцион (муфта УМ см.рис. 1) рассчитывается по моменту от усилия в поддерживающих канатах, вызываемого весом порожнего грейфера G=8 тонн.
  • Примем z = 13, в качестве фрикционной накладки выбираем накладку на асбестовой основе 4, с.277] с f = 0,45. Средний диаметр контакта дисков Предельный крутящий момент будет равен
  • Подставляя значения в выражение (5.1), получим:
  • Выбираем одну тарельчатую пружину 1-2-3-200?130?6,3?3 ГОСТ 3057-79.
  • В качестве привода муфты будем использовать электрогидравлический толкатель Т-160Б и систему рычагов (см. рис.5.1)
  • Рис. 5.1. Схема привода управляемой фрикционной муфтой УМ.
  • Для обеспечения сжатия пружины необходимо приложить усилие
  • Воспользуемся формулой (4.5)
  • Для обеспечения усилия достаточно, чтобы а = 0,04в. Примем а = 25 мм, в = 650 мм.
  • В качестве рычага будем использовать пруток диаметром 40 мм.
  • 6. Определение длины барабана
  • Для грейферного крана используем сдвоенный полиспаст кратностью 1, поэтому будем использовать сдвоенный барабан (см. рис. 6.1)
  • Рис. 6.1 Сдвоенный барабан
  • Длина барабана определяется по формуле:
  • , (6.1)
  • где длина барабана определяема углом схода каната с барабана, принимается 100 мм; длина не нарезанной части барабана (), ; длина барабана при простом полиспасте, определяется как , где длина запасных витков (1,5 витка), ; длина крепления каната к барабану (3 витки), ; длина рабочей части, . Тогда .
  • 7. Выбор муфт
  • В качестве муфту между двигателем и редуктором Р2 (см. рис. 1) выбираем зубчатую муфту. Муфта определяется по моменту от веса груза приведенного к валу двигателя
  • , (7.1)
  • Подставив значения в выражение (7.1), получим:
  • Выбираем зубчатую муфту типа МЗ ГОСТ 5006-55 [9, с.333]
  • По этому же моменту выбирается и упругая втулочно-пальцевая муфта [9, c. 338]: по ГОСТ 21424-75
  • Муфта между поддерживающем барабаном и редуктором Р2 (см. рис.1) выбирается по моменту
  • (7.2)
  • Подставляем значения в выражение (7.2)
  • Выбираем зубчатую муфту типа МЗ ГОСТ 5006-55 [9, с.333]
  • 8. Определение времен разгона и торможения механизма подъема

Проверку двигателя по времени разгона при подъеме груза выполняют по формуле [3,с.395]:

, (8.1)

где и - моменты инерции ротора двигателя и тормозной муфты,

и [3,с.246],

- средний пусковой момент двигателя,

- номинальный момент двигателя,

- кратность среднего пускового момента двигателя,

примем = 1,5 [4,с.396].

Подставив числа, получим:

, ,

.

Как видим, время разгона механизма подъема находится в пределах от 1 до 2 с, что соответствует рекомендациям [4,с.395].

Время торможения при спуске груза находят по формуле [4,с.396]:

. (8.2)

Подставив числа, получим:

.

Как видим, время торможения механизма подъема не меньше 1 с, что соответствует рекомендациям [4,с.397].

9. Проверочные расчеты

9.1 Расчет подшипников

Номинальную долговечность (ресурс) подшипников можем определить по формуле:

, (9.1.1)

где - ресурс подшипника, ч; - частота вращения одного из колец подшипника, ; С - динамическая грузоподъемность подшипника, Н; Р - эквивалентная нагрузка на подшипник, Н; m - показатель степени, учитывающий вид подшипника, для шарикоподшипников .

В качестве опор барабана выбираем роликовые радиальные сферические подшипники 3530 ГОСТ 8328-75 ();Проверим выбранные подшипники по ресурсу.

На подшипники будет действовать сила от весящего груза в 156,96 кН, следовательно реакции в опорах барабана равны между собой и составляют половину от донной силы.

Рис. 9.1.1. Схема нагружения подшипников.

Радиальная нагрузка на подшипники в точках А и В будут равны:

,(9.1.2)

где - коэффициент, учитывающий вариант установки подшипника: при вращении внутреннего кольца.

- коэффициент, учитывающий условия работы подшипника: .

- температурный коэффициент: .

Таким образом,

.

Подставляя это значение в (9.1.1), получим:

;

Данные значения ресурса работы подшипников нас удовлетворяют, оставляем выбранные марки подшипников неизменными.

9.2 Расчет вала

Вал барабана будет работать на кручение и изгиб (см. рис. 9.2.1)

Рис. 9.2.1. Схема нагружения вала.

Вал рассчитываем по эквивалентному напряжению [4, с.229]

, (9.2.1)

где расчетные эквивалентные напряжения; соответственно нормальные и касательные напряжения;

Нормальные напряжения изгиба определяются согласно [4, с.227]:

, (9.2.2)

где М - изгибающий момент; W - осевой момент сопротивления сечения.

Подставив значения в выражение (9.2.2), получим:

Касательные напряжения кручения определяются по формуле [4, с.229]:

, (9.2.3)

где М - вращающий момент; Wр - полярный момент сопротивления сечения

Подставив значения в выражение (9.2.3), получим:

Допускаемые напряжения определяются согласно [4, с.228]

, (9.2.4)

где допускаемые напряжения изгиба, для стали 45Х [5, с.91] составляет 285 МПа.; коэффициент запаса, по [4, с.232].

Подставляя значения в выражения (9.2.4), получим:

Подставляя значения в выражение (9.2.1), получим:

Из расчетов видно, что вал удовлетворяет условиям прочности.

9.3 Расчет шлицевого соединения

Шлицевое соединение (рис. 9.3.1) рассчитывается на срез и смятие

Рис. 9.3.1 Схема шлицевого соединения.

Шлицевое соединение считается на смятие по формуле:

, (9.3.1)

где Т - крутящий момент, Т = 36297 Нм; D - диаметр вала по впадинам шлица D=135 мм; L - рабочая длина шлицов, L = 290 мм; h - высота шлица, h = 7 мм; n - количество шлицов, n = 16.

Подставляя значения в выражение (9.3.1), получим

На срез считается по формуле:

, (9.3.2)

где в - ширина шлица, в = 10 мм.

Подставляя значения в выражение (9.3.2), получим:

Шлицевое соединение соответствует условию прочности.

9.4 Расчет болтового соединения

Т.к болты установлены без зазора, то расчет производим на срез

, (9.4.1)

где М - крутящий момент; n - количество болтов, А - площадь сечения.

Подставляя значения в выражение (9.4.1), получим:

Рис. 9.4.1. Схема расположения болтов.

Как видно из расчетов болтовое соединение удовлетворяет условию прочности.

9.5 Расчет сечений рычагов

Тормозной рычаг рассчитывается на изгиб, схема нагружения представлена на рис. 9.5.1

Рис. 9.5.1. Схема нагружения рычага и эпюра изгибающего момента.

Для определения реакций запишем уравнение моментов относительно точки а:

Отсюда

Для определения реакции в точке а составим уравнение суммы сил на вертикальную ось;

Отсюда

По эпюре моментов определяем максимальный момент М = 43648 Нм

Условие прочности имеет следующий вид:

(9.5.1)

Рычаг имеет сечение см. рис. 5.9.2.

Рис. 5.9.2. Сечение тормозного рычага.

Момент сопротивления для указанного сечения определяется по формуле [5, с.68]

Подставляя значения в выражение (9.5.1), получим:

Из расчетов видно, что выбранный рычаг удовлетворяет условию прочности.

Выводы

В результате проведенной работы был изучен принцип работы лебедки, выбраны стандартные узлы, такие как двигатель, редуктор, муфты и т.п., и спроектированы не стандартные узлы - ленточный тормоз, поддерживающий барабан, фрикционная муфта.

Список литературы

1. Специальные грузоподъемные машины: Метод. указания по курсовому проектированию/ Сост. Д.Е. Бортяков, А.Н. Орлов: СПб. Гос. Тех. ун-т. СПб, 1995. 28 с.

2. Грейферные лебедки: Метод. указания к курсовому проекту по курсу «Специальные краны»/ Сост. Н.А. Баранов, Л.Г. Серлин: СПб, 1983

3. Справочник по кранам: в 2 т. Т. 1/ под редакцией М.М. Гохберга.-Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1988. -536 с., ил.

4. Справочник по кранам: в 2 т. Т.2/ под редакцией М.М. Гохберга.-Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1988. -559 с., ил.

5. Анурьев В.И. «Справочник конструктора-машиностроителя ». В 3х т. Т. 1. -6е изд., перераб. и доп. -М.: Машиностроение, 1982. -736 с., ил.

6. Анурьев В.И. «Справочник конструктора-машиностроителя ». В 3х т. Т. 2. -5е изд., перераб. и доп. -М.: Машиностроение, 1979. -559 с., ил.

7. Анурьев В.И. «Справочник конструктора-машиностроителя ». В 3х т. Т. 3. -5е изд., перераб. и доп. -М.: Машиностроение, 1979. -559 с., ил.

8. Справочник по муфтам/ Под. ред. В.С. Полякова. 2-е изд., испр. и доп. -- Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1979. --344 с., ил.

9. Кузьмин А.В., Марон Ф.Л. «Справочник по расчетам механизмов подъемно -транспортных машин» -2е изд., перераб. И доп. -Мн.: Выш. шк., 1983 -350 с., ил.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Кинематическая схема грейферной лебедки с фрикционной муфтой. Выбор канатов и двигателя, редукторов, тормозных муфт и тормозов. Определение числа оборотов барабана и передаточного числа механизма подъема. Расчет фрикционной муфты, длины барабанов.

    курсовая работа [1,1 M], добавлен 03.12.2012

  • Определение диаметра и длины грузового барабана лебедки, крутящего момента и частоты вращения. Выбор электродвигателя буровой лебедки. Проверочный расчет редуктора, определение запаса прочности вала. Конструирование корпуса редуктора, крышек подшипников.

    курсовая работа [1,0 M], добавлен 17.02.2015

  • Кинематический и силовой расчёт привода барабана лебедки. Выбор электродвигателя. Передаточные отношения привода и отдельных передач. Частоты вращения, угловые скорости и мощности. Расчет зубчатых колес редуктора. Конструктивные размеры корпуса редуктора.

    курсовая работа [332,0 K], добавлен 18.02.2012

  • Определение мощности, частоты вращения и крутящего момента валов редуктора. Проектный и проверочный расчет зубчатых передач. Конструирование зубчатых цилиндрических и конических колес. Выбор посадок для внутреннего кольца подшипника, выбор муфт.

    курсовая работа [348,6 K], добавлен 19.10.2022

  • Кинематический и силовой расчет редуктора общего назначения. Выбор грузового каната, электродвигателя, расчет полиспаста и грузового барабана. Определение частот вращения, вращающих моментов на валах. Выбор материалов и расчет допустимых напряжений.

    курсовая работа [481,2 K], добавлен 02.06.2011

  • Выбор электродвигателя, кинематический расчет и схема привода. Частоты вращения и угловые скорости валов редуктора и приводного барабана. Расчет зубчатых колес редуктора. Выносливость зубьев по напряжениям изгиба. Расчёт вращающих моментов вала.

    контрольная работа [693,6 K], добавлен 01.12.2010

  • Выбор электродвигателя и его обоснование. Определение частоты вращения приводного вала, общего передаточного числа и разбивка его по ступеням, мощности, частоты вращения и крутящего момента для каждого вала. Расчет червячных передач, подбор смазки.

    курсовая работа [286,5 K], добавлен 22.09.2013

  • Определение номинальной мощности и номинальной частоты вращения двигателя, передаточного числа привода и его ступеней. Расчет клиноременной передачи, зубчатых колес редуктора. Проверка долговечности подшипников. Выбор сорта масла. Сборка редуктора.

    курсовая работа [265,3 K], добавлен 25.11.2010

  • Расчет требуемого момента двигателя при подъеме и спуске груза с установившейся скоростью. Ознакомление с кинематической схемой грузоподъемной лебедки. Определение и анализ величины тормозного момента двигателя, необходимого для остановки станка.

    контрольная работа [1,1 M], добавлен 03.11.2022

  • Соединение вала электродвигателя с валом редуктора. Передача крутящего момента от электродвигателя с изменением направления, частоты вращения и крутящего момента выходному валу. Опоры валов в корпусе редуктора. Расчет требуемой мощности двигателя.

    курсовая работа [380,7 K], добавлен 18.06.2011

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.