Проектирование двухскоростной лебёдки с микроприводом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Расчёт узлов лебёдки

1.1 Выбор типа и кратности полиспаста, расчёт и выбор каната, определение размеров барабана и блоков

1.2 Определение потребной статической мощности и выбор двигателя Э1 при основной скорости подъёма груза

1.3 Определение передаточного числа механизма и выбор редуктора Р1

1.4 Определение потребного тормозного момента и выбор тормоза Т1

1.5 Определение времён разгона и торможения механизма при основной скорости

1.6 Определение потребной статической мощности и выбор двигателя Э2 при установочной скорости подъёма груза

1.7 Определение необходимого передаточного числа планетарной муфты

2. Расчёт планетарной муфты

2.1 Определение исходных данных

2.2 Проектировочный расчёт колёс

2.3 Проверочный расчёт валов

2.4 Расчёт шпоночных соединений

3. Дальнейший расчёт узлов лебёдки

3.1 Определения момента затяжки и выбор тормоза Т3

3.2 Определение потребного тормозного момента и выбор тормоза Т2

3.3 Определение времён разгона и торможения механизма при установочной скорости

Выводы

Список литературы

Введение

Целью данного курсового проектирования является проектирование специальной двухскоростной лебёдки с планетарной муфтой для стрелового крана по заданной схеме (см. рис.1). Лебёдка имеет следующие характеристики:

Грузоподъёмность ;

Основная скорость подъёма ;

Установочная скорость подъёма ;

Высота подъёма груза ;

Группа режима механизма 4М;

Продолжительность включения 40%.

Лебёдка имеет два привода: главный и микро привод. Это позволяет иметь две скорости подъёма, значительно отличающиеся друг от друга: основную и установочную . Барабан приводится во вращение от главного двигателя Э1 через редуктор Р1 или вспомогательного двигателя Э2 (микродвигателя), который соединён с валом главного двигателя по средством вспомогательного червячного редуктора Р2, зубчатой муфты и планетарной муфты. Каждый из двигателей имеет свой тормоз (Т1, Т2). Третий тормоз установлен на обойме планетарной муфты (Т3).

При работе главного двигателя тормоз Т2 замкнут, тормоза Т1 и Т3 разомкнуты. Центральное колесо планетарной муфты при этом неподвижно. При работе вспомогательного двигателя Э2 тормоз Т3 замкнут, тормоза Т1 и Т2 разомкнуты. Центральное колесо приводит в движение водило которое вращает барабан через вал главного двигателя Э1 с уменьшенной скоростью.



рис. 1

1. Расчёт узлов лебёдки

1.1 Выбор типа и кратности полиспаста, расчёт и выбор каната, определение размеров барабана и блоков

Для уменьшения натяжения гибкого грузового органа выберем сдвоенный полиспаст кратностью .

Выбор каната производим по величине разрывного усилия каната в целом по формуле (1.1):

, (1.1)

где - коэффициент запаса прочности каната; для заданного режима работы механизма подъёма 4М [1];

- наибольшее натяжение ветви каната, которое определим по формуле (1.2):

, (1.2)

где - масса груза с крюковой подвеской; ;

- КПД полиспаста; [2].

Подставляя числа в (1.2), (1.1) получаем:

,

.

Выбираем канат двойной свивки типа ЛК-Р 619 ГОСТ 7669-80 диаметром и разрывным усилием не менее [2].

Минимальный диаметр барабана определим по формуле (1.3):

, (1.3)

где - коэффициент выбора диаметра барабана; [1].

.

Для уменьшения длины барабана, а также выбора корректного передаточного числа для соблюдения заданной скорости подъёма окончательно выбираем диаметр барабана .

Длину барабана определим по формуле (1.4):

, (1.4)

где - длина нарезанной части барабана с однослойной навивкой каната

, (1.5)

где - число витков нарезки барабана; - шаг винтовой нарезки; [2];- длина не нарезанной части барабана

, (1.6)

,

.

Минимальный диаметр блоков определим по формуле (1.7):

, (1.7)

где - коэффициент выбора диаметра блоков, [1].

.

Окончательно назначаем диаметр блоков .

1.2 Определение потребной статической мощности и выбор двигателя Э1 при основной скорости подъёма груза

Статическая мощность двигателя при подъёме груза равна:

, (1.8)

где - основная скорость подъёма груза; по заданию ;

- КПД механизма от двигателя Э1 к крюковой подвеске;

, (1.9)

где ,,,- КПД полиспаста, барабана, втулочно-пальцевой муфты, и редуктора Р1 соответственно, равны 0,98.

.

- вес груза на канатах; .

Подставляя числа в (1.9) получаем:

.

Исходя из этого, выбираем асинхронный двигатель MTKF 411-6 с короткозамкнутым ротором на лапах, со следующими характеристиками [3]:

Мощность на валу ; частота вращения вала ; кратность среднего пускового момента ; момент инерции ротора ; масса двигателя .

1.3 Определение передаточного числа механизма и выбор редуктора Р1

Частота вращения барабана равна

. (1.10)

Передаточное число редуктора Р1 равно

. (1.11)

Вращающий момент на тихоходном валу редуктора Р1 равен

. (1.12)

Исходя из этого, выбираем цилиндрический горизонтальный двухступенчатый крановый редуктор Ц2-500 со следующими характеристиками [2]:

Номинальное передаточное число ; момент на тихоходном валу ; масса редуктора .

Тогда действительная частота вращения барабана равна

, (1.13)

действительная основная скорость подъёма груза равна

, (1.14)

расхождение с заданным значением основной скорости составило

. (1.15)

1.4 Определение потребного тормозного момента и выбор тормоза Т1

Тормоз выбираем по тормозному моменту нужному для удержания неподвижно висящего груза, с коэффициентом запаса торможения для заданного режима работы [2]:

. (1.16)

Выбираем колодочный тормоз с приводом от электрогидравлических толкателей ТКГ-300 со следующими характеристиками [2]: Создаваемый тормозной момент ; диаметр шкива , масса .

Для передачи вращения от двигателя Э1 к редуктору Р1 используем втулочно-пальцевую муфту с тормозным шкивом по ОСТ24.848.03-79 соответственного диаметра, рассчитанную на соответствующий тормозной момент и имеющую момент инерции .

1.5 Определение времён разгона и торможения механизма при основной скорости

Проверку двигателя по времени пуска при подъёме груза выполняем по формуле (1.17) [2]:

, (1.17)

где и - моменты инерции ротора двигателя и тормозной муфты;

- средний пусковой момент двигателя;

, (1.18)

, (1.19)

где - кратность среднего пускового момента двигателя; ;

Подставляя числа в (1.19), (1.18) и (1.17) получаем:

,

,

.

Время торможения при спуске груза находим по формуле (1.20) [2]:

Времена разгона и торможения механизма подъёма должны быть не менее 1-2с [2,c.395,397].

1.6 Определение потребной статической мощности и выбор двигателя Э2 при установочной скорости подъёма груза

Статическая мощность двигателя при подъёме груза равна:

, (1.20)

где - установочная скорость подъёма груза; по заданию ;

- КПД механизма от двигателя Э2 к крюковой подвеске;

, (1.21)

где ,,- КПД планетарной муфты, втулочно-пальцевой и зубчатой муфты, редуктора Р2 соответственно, равны 0,98; 0,99; 0,98.

. Подставляя числа в (1.20) получаем:

.

Исходя из этого, выбираем асинхронный двигатель MTKF 011-6 с короткозамкнутым ротором на лапах, со следующими характеристиками [3]:

Мощность на валу ; частота вращения вала ; кратность среднего пускового момента ; момент инерции ротора ; масса двигателя .

1.7 Определение необходимого передаточного числа планетарной муфты

Частота вращения барабана равна

; (1.22)

Исходя из условий компоновки, выбираем одноступенчатый универсальный червячный редуктор 2Ч-63 со следующими характеристиками [2]:

Номинальное передаточное число ; момент на тихоходном валу ; масса редуктора .

Частота вращения центрального колеса планетарной муфты равна

; (1.23)

Частота вращения водила планетарной муфты равна

; (1.24)

Передаточное число планетарной муфты равно

. (1.25)

2. Расчёт планетарной муфты

2.1 Определение исходных данных

В качестве исходной схемы планетарной муфты выбираем схему планетарной передачи с одновенечными сателлитами, входящими в одно внешнее и одно внутреннее зацепления (передача типа 2K-h).

Норма времени работы передачи ;

Число сателлитов .

Угол наклона зубьев .

Относительный коэффициент ширины венца шестерни для консольного расположения колеса относительно опор [2];

Передаточное отношение от солнечного колеса к корончатому колесу, при остановленном водиле:

. (2.1)

Момент на водиле:

. (2.2)

Момент на солнечном колесе:

. (2.3)

2.2 Проектировочный расчёт колёс

Исходя из расчёта на контактную долговечность, делительный диаметр сателлитов предварительно определяем по формуле (2.4):

, (2.4)

где - вспомогательный коэффициент; при,;

- момент на сателлите, определяем по формуле (2.5):

, (2.5)

где - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки между сателлитами;

, (2.6)

.

- коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между зубьями; при [2];

- коэффициент неравномерности распределения нагрузки; при числе сателлитов [2];

- коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку, возникающую в зацеплении; [2];

- допускаемое напряжение при расчётах на контактную долговечность;

, (2.7)

где - предел контактной долговечности зубьев, соответствующий базовому числу циклов перемены напряжений;

, (2.8)

- коэффициент долговечности;

, (2.9)

где - базовое число циклов перемены напряжений; для [2];

- коэффициент интенсивности режима для зубчатых передач; для класса нагружения В4 [2];

- суммарное число циклов перемены напряжений;

, (2.10)

где - вспомогательный коэффициент; для передач с односторонней нагрузкой на зубья [2]; - частота вращения сателлита;

, (2.11)

,

.

- коэффициент, учитывающий размеры зубчатых колёс; [2];

- коэффициент безопасности; для зубчатых колёс с однородной структурой [2].

Подставляя числа в формулы (2.7) и (2.4) получаем:

,

.

Задаёмся числом зубьев числом зубьев сателлитов .

Тогда модуль зубчатых колёс определим по формуле (2.12)

, (2.12)

округляя модуль в большую сторону до ближайшего числа из стандартного ряда, получаем .

Число зубьев солнечного колеса определим по формуле (2.13):

, (2.13)

Число зубьев корончатого колеса определим по формуле (2.14):

. (2.13)

Проверим условие вхождения зубьев в зацепления по формуле (2.14):

, (2.14)

где - целое число;

. Т.о. условие выполнено. Проверим выполнение условия соседства по формуле

; (2.15)

;

. Т.о. условие выполнено. Уточним передаточное отношение по формуле

. (2.16)

Определим диаметры делительных окружностей колёс и их ширину:

,

,

,

.

2.3 Проверочный расчёт валов

Вал солнечного колеса, работающий на кручение, рассчитываем по формуле (2.17) [2]:

, (2.17)

где - вращающий момент; ;

- расчетные касательные напряжения;

- полярный момент сопротивления сечения, ослабленного шпоночным пазом [2];

, (2.18)

где - диаметр вала; ; - ширина шпонки; ; - высота шпонки; . Подставляя числа в формулу (2.18) получаем:

.

- допускаемое напряжение;

, (2.19)

где - допускаемое напряжение на кручение; ;

- коэффициент запаса прочности; [2];

Подставляя числа в формулы (2.19) и (2.17) получаем:

.

.

Т.о. условие (2.17) выполняется. Аналогично производим расчёт выходного вала планетарной муфты со следующими параметрами:

; ; ; .

Подставляя числа в формулы (2.18) и (2.17) получаем:

,

.

Т.о. условие (2.17) выполняется.

2.4 Расчёт шпоночных соединений

Шпоночные соединения с призматическими шпонками рассчитывают на смятие боковых рабочих поверхностей шпонки.

Расчёт на смятие производят по формуле (2.20):

, (2.20)

где - рабочая длина шпонки;

, (2.21)

где - длина шпонки;

- допускаемое напряжение смятия; [2];

Шпоночное соединение вал - ступица солнечного колеса имеет следующие параметры:

; ; ; ; .

Подставляя числа в формулы (2.21) и (2.20) получаем:

,

.

Т.о. условие (2.20) выполняется.

Шпоночное соединение выходного вала с зубчатой муфтой имеет следующие параметры:

; ; ; ; .

Подставляя числа в формулы (2.21) и (2.20) получаем:

,

.

Т.о. условие (2.20) выполняется.

3. Дальнейший расчёт узлов лебёдки

3.1 Определения момента затяжки и выбор тормоза Т3

Определим окружное усилие в одном зубчатом зацеплении планетарной муфты по формуле (3.1) [4]:

, (3.1)

где - К.П.Д. от водила к барабану;

, (3.2)

.

Определим момент затяжки тормоза Т3 по формуле (3.3), с учётом коэффициента запаса [4]:

, (3.3)

Выбираем колодочный тормоз с приводом от электрогидравлических толкателей ТКГ-160 со следующими характеристиками [2]:

Создаваемый тормозной момент ; диаметр шкива , масса .

3.2 Определение потребного тормозного момента и выбор тормоза Т2

Тормоз выбираем по тормозному моменту нужному для удержания неподвижно висящего груза, с коэффициентом запаса торможения для заданного режима работы [2]:

. (3.4)

Выбираем колодочный тормоз с приводом от электрогидравлических толкателей ТКГ-160 со следующими характеристиками [2]:

Создаваемый тормозной момент ; диаметр шкива , масса .

Для передачи вращения от двигателя Э2 к редуктору Р2 используем втулочно-пальцевую муфту с тормозным шкивом по ОСТ24.848.03-79 соответственного диаметра, рассчитанную на соответствующий тормозной момент и имеющую момент инерции .

двигатель торможение муфта полиспаст

3.3 Определение времён разгона и торможения механизма при установочной скорости

Проверку двигателя по времени пуска при подъёме груза выполняем по формуле (3.5)

, (3.5)

где - средний пусковой момент двигателя Э2;

, (3.6)

, (3.7)

где - кратность среднего пускового момента двигателя; ;

Подставляя числа в (3.7), (3.6) и (3.5) получаем:

,

,

.

Время торможения при спуске груза находим по формуле (3.8)

Времена разгона и торможения механизма подъёма должны быть не менее 1-2с [2,c.395,397].

Выводы

В ходе курсового проектирования был разработан проект специальной двухскоростной лебёдки с планетарной муфтой для стрелового крана. Было произведено проектирование и расчёт механизмов лебёдки, а также проектирование и расчёт планетарной муфты, которая является специальным узлом данной лебёдки. Работа включает чертёж на листе формата А1, на котором показан общий вид лебёдки, чертёж планетарной муфты и полная кинематическая схема спроектированной лебёдки, а также расчётно-пояснительную записку.

Список литературы

1.Орлов А.Н., Соколов C.А., Бурлуцкий В.С.. Выпускная работа бакалавра: Учеб. пособие для студентов кафедры “Подъемно-транспортные и строительные машины”, обучающихся по циклу специальных дисциплин “Проектирование машин”. СП б.: Изд-во СПбГТУ, 1999.

2. Справочник по кранам. В 2 т.: Т 2/ М.П. Александров, М.М. Гохберг, А.А. Ковин и др. / Под общ. ред. М.М. Гохберг. Л.: Машиностроение, 1988. 559с.

3. Справочник по кранам. В 2 т.: Т 1/ В.И. Брауде, М.М. Гохберг, И.Е. Звягин и др. / Под общ. ред. М.М. Гохберг. Л.: Машиностроение, 1988. 536с.

4. Специальные лебёдки. Методические указания к курсовому проектированию по курсу «Специальные краны». Составители Баранов Н.А. и Серлин Л.Г. Л:1983.

Размещено на Allbest.ru