Расчет конструкции трубоукладчика на базе трактора Т-130

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

Введение

Раздел 1. Обзор и анализ существующих конструкций кранов-трубоукладчиков на базе тракторов

Раздел 2. Расчет грузоподъёмности крана

Раздел 3. Расчет механизма подъёма груза, стрелы

Раздел 4. Расчет металлоконструкции

Список используемой литературы



Введение

Подъёмно-транспортные машины (сокр. ПТМ) -- машины (устройства), предназначенные для перемещения грузов и людей в вертикальной, горизонтальной и наклонной плоскостях на относительно небольшие расстояния в пределах заводов, строительных площадок, портов, складов и т.п. ПТМ являются основным средством механизации подъёмно-транспортных и погрузочно-разгрузочных работ в промышленности, строительстве, на транспорте, в горном деле и в сельском хозяйстве.

Трубоукладчик на базе трактора Т-130 предназначен для укладки трубопроводов в траншею, сопровождения очистных и изоляционных машин, а также для выполнения различных подъемно - транспортных работ при строительстве трубопроводов на грунтах обычных и с пониженной несущей способностью и подъема и перемещения единичных грузов.



Раздел 1. Обзор и анализ существующих конструкций кранов-трубоукладчиков на базе тракторов

К тракторным кранам относятся стреловые краны, ходовым устройством которых являются гусеничные и колесные тракторы сельскохозяйственного или промышленного назначения. Трактор служит одновременно ходовой частью и силовой установкой крана. Тракторные краны находят широкое применение в условиях рассредоточенного строительства небольших объектов и на погрузочно-разгрузочных работах в лесосеках. Исполнительные механизмы крана: грузовая и стреловая лебедки и механизм поворота приводятся в движение при помощи отдельных электродвигателей переменного тока, получающих питание от генератора переменного тока, соединенного с валом отбора мощности трактора. При работе на объектах, не имеющих электроэнергии, кран может отдавать излишек вырабатываемой генератором электроэнергии для питания сварочных агрегатов, осветительной сети и двигателей механизированного инструмента. При работе на объектах, обеспеченных электроэнергией, кран может работать от внешней сети, благодаря чему сохраняются моторесурсы двигателя трактора. Также применяются краны с гидравлическим приводом рабочих органов, где основной двигатель трактора приводит в действие гидронасос от которого в последствие за счёт гидрошлангов передаётся рабочая жидкость, которая в свою очередь питает гидромоторы и гидроцилиндры привода.

К кранам-трубоукладчикам относятся самоходные (краны с боковой неповоротной маневровой стрелой, шарнирно закрепленной на раме гусеничного хода). Трубоукладчики применяются при строительстве магистральных трубопроводных сооружений: газопроводов, нефтепроводов и водопроводов, а также, на строительно-монтажных работах для подтаскивания монтируемых элементов. Базой для кранов-трубоукладчиков служат серийные гусеничные тракторы (значительно реже -- колесные). Для трубоукладчиков, грузоподъемностью свыше 15 тонн, ходовое устройство выполняется удлиненным с применением серийных узлов и деталей тракторов и с уширенным расстоянием между гусеничными тележками. Для увеличения силы тяги и уменьшения скорости передвижения изменяют характеристику бортовых редукторов базового трактора введением дополнительной зубчатой пары и уменьшением числа оборотов ведущего колеса гусеничной ленты.

Раздел 2.Расчет грузоподъемности крана

Исходные данные для расчёта крана:

Высота подъёма груза, м - 5

Скорость подъёма груза, м/с - 0,2

Вылет стрелы, м - 3,5

Режим работы, ПВ % - 25 (средний)

Привод механизма подъёма и подъёма стрелы - гидравлический.

Рис.1 Схема крана

Определяем грузоподъемность крана исходя из уравнения устойчивости.

отсюда максимально допустимый вес груза будет равен:

Где, Ку - коэффициент грузовой устойчивости, Ку = 1,4;

Мвост - момент восстанавливающий;

Мопр - момент опрокидывающий;

Gт-вес трактора , из технической характеристики Gт = 14300 кг ;

Gг-вес груза;

а - расстояние от центра тяжести трактора до точки опрокидывания;

b - расстояние от точки опрокидывания до центра тяжести груза.

;

Раздел 3. Расчет механизма подъема груза, стрелы

Расчёт механизма подъёма стрелы

1) определяем кратность полиспаста, в зависимости от грузоподъёмности Q, по таблице [1] (приведена ниже). (а=2)

Q, т	До 1	1…5	5…12	12…20
a	1…2	2…3	3…4	4…6



2) Выбираем крюк и конструкцию крюковой подвески по атласу (крюк №11)

3) Определяю кпд полиспаста (з):

,

Где з - кпд блока полиспаста

- кпд обводного блока

4) Определяю усилие в канате:



кН

5) Выбор каната. Канат по правилам РОСГОРТЕХНАДЗОРА выбирается по разрывному усилию указанному в стандарте или в заводском сертификате:

Где: К - коэффициент запаса прочности, выбирается по таблице (для среднего режима работы - 5,5)

кН

Выбираю канат типа ЛК-Р 6Ч19 О.С. диаметром 13

6) Определяю диаметр блоков из условия долговечности канатов по соотношению:

Где: d_к - диаметр каната (d_к = 13 мм)

е - допускаемое отношение диаметра барабана к диаметру каната.

Принимаем по нормам РОСГОРТЕХНАДЗОРА для кранов общего назначения и среднего режима работы е = 18.

Принимаю D_бл = 240 мм. D_б - предварительно принимаю больше D_бл. D_б = 252 мм. Для удобства размещения зубчатой полумуфты внутри барабана.

7) Определяю мощность необходимую для выбора двигателя с учётом з механизма привода:

кВт

8) Выбираю гидромотор по величине P_ст из атласа [3]:

Гидромотор 210.12

Р_двиг = 8 кВт

n = 2400 мин^-1

Т_пуск = 36,2 Нм (страгивания), максимальный 46 Н*м.

I_двиг = 0,08 кгм²

Диаметр вала = 20 мм.

9) Определяю номинальный вращающий момент на валу двигателя:

Нм

10) Определяю статический момент на валу двигателя:

Нм

11) Определяю частоту вращения барабана:

мин^-1

12) Определяю передаточное число механизма:



13) Выбираю передаточное число стандартного 3х ступенчатого цилиндрического редуктора из атласа:

U_р = 80 (ЦЗУ - 160)

14) Уточняю частоту вращения барабана:

мин^-1

15) Уточняю диаметр барабана, для того, чтобы сохранить заданную скорость подъёма груза, необходимо увеличить диаметр, так как частота вращения его уменьшилась до 30 при выборе значения первого числа стандартного редуктора.

мм.

Значение D_б принимаем = 255 мм округлив расчётный диаметр до ближайшего из ряда чисел R_a40 по ГОСТ 6636 - 69, при этом фактическая скорость подъёма незначительно увеличится.

м/с

Расхождение с заданной скоростью составляет около 0,14%, что допустимо.

16) Определяю размеры барабана:

Рис.2 Схема барабана

Определяю шаг нарезки канавок для каната:

мм

R_k = 0,54*d_k = 0,54*13 = 7,02 ? 7 мм

Определяю толщину стенки:

мм

Определяю диаметр по дну канавки нарезки:

мм

мм

Определяю число витков нарезки:

Где: Z_кр = 3, число витков крепления

Z_зап = 1,5 число запасных витков

Z_раб - число рабочих витков:

17) Расчёт барабана на прочность.

1)Напряжения сжатия:

;

где t - шаг нарезки

Мпа

Допустимые напряжения сжатия для чугуна СЧ15 = 88МПа

2)напряжения изгиба д и кручения ф для коротких барабанов lб/Dб<3 составляет не более 10%, величину которого можно не учитывать, в нашем примере lб/Dб = 350/255 = 1,06 < 3 в этом случае напряжения изгиба будут равны:

Определяем эквивалентные напряжения:

18) Расчёт крепления каната к барабану.

Определяю усилие ветви каната к накладке крепления:

;

где е = 2,71; f = 0,15; б = 3*п

;

где: К_Т - 1,5 коэффициент запаса сил трения

Z_m - 2 число шпилек или болтов

Размер накладки выбираем исходя из диаметра каната

При D_к = 14,2 мм => резьба шпилек = М16 d₁ = 14,2 мм материал шпильки Ст3, [д] =85

18) Выбор тормоза.

Определяю статический момент при торможении:

Нм

Тормоз выбирается с учетом запаса по тормозному моменту т.е.

Т_т?Т_ст*К_т ,

где: К_т - коэффициент запаса тормозного момента.

Т_т = 19,55*1,75 = 34,21 Нм

Выбираю ленточный тормоз с гидроприводом, с номинальным Т_т = 100 Н*м

Диаметр тормозного шкива = 200 мм.

19) Выбор муфты. Выбор муфты следует производить по расчётному моменту:

Т_р= Т_ст*К₁*К₂ = 26,8*1,3*1,2 = 41,8 Н*м

Выбираю упругую втулочно-пальцевую муфту с тормозным шкивом ш = 200 мм.

20) Выбор редуктора. Производится по передаточному числу U_M = 80, вращающему моменту на выходном валу Т_вых и консольной нагрузке F_к на выходном валу.

Т_вых = Т_ст*U_М*з_М = 26,8*80*0,88 = 1885 Н*м

Выбран редуктор Ц3У - 160

U_ред = 80; Т_вых = 2кНм; F_к = 11,2кН

21) Проверка времени запуска.

Т_торм = ±Т_{ст.торм.}+Т_ин1.т+Т_ин2.т

Знак (+) следует принимать при опускании груза, т.к. в этом случае время торможения будет больше.

Момент сопротивления сил инерции вращающихся частей привода при запуске:



Нм

Момент сопротивления от сил инерции барабана:

Т_т = 19,55 Нм

Далее решаем уравнение относительно времени пуска:

Величина ускорения при запуске соответствует рекомендации для механизмов подъёма при погрузочно-разгрузочных работах [J] допускается до 0,6 м/с². Медлительность обусловлена особенностями гидравлического привода.

21. Проверка времени торможения:

Т_торм = ±Т_ст.т.+Т_ин1т+Т_ин2т

Где: Т_торм - среднетормозной момент двигателя; знак плюс следует принимать при опускании груза, так как в этом случае время торможения будет больше;

Т_ст.т - статический момент сопротивлений при торможении;

Т_ин1т - момент сопротивлений от сил инерции вращающихся частей привода при торможении;

Т_ин2т - момент сопротивлений от сил инерции поступательно-движущихся масс при торможении.

Тормозной момент определяется по выбранному двигателю Т_торм =80 Н*м.

Определяю моменты сопротивлений при торможении:

Далее решается уравнение относительно времени торможения:

Ускорение при торможении:

Величина замедления при торможении соответствует рекомендациям для механизмов подъема при разгрузочно-загрузочных работах ([i] = 0,6 м/с²) [1].

Расчёт механизма подъёма стрелы

4) Определяю усилие в канате:

кН

5) Выбор каната. Канат по правилам РОСГОРТЕХНАДЗОРА выбирается по разрывному усилию указанному в стандарте или в заводском сертификате:

Где: К - коэффициент запаса прочности, выбирается по таблице (для среднего режима работы - 5,5)

кН

Выбираю канат типа ЛК-Р 6Ч19 О.С. диаметром 5,6 мм.

6) Определяю диаметр блоков из условия долговечности канатов по соотношению:



Где: d_к - диаметр каната (d_к = 5,6 мм)

е - допускаемое отношение диаметра барабана к диаметру каната.

Принимаем по нормам РОСГОРТЕХНАДЗОРА для кранов общего назначения и среднего режима работы е = 18.

Принимаю D_бл = 110 мм. D_б - предварительно принимаю больше D_бл. D_б = 120 мм. Для удобства размещения зубчатой полумуфты внутри барабана.

7) Определяю мощность необходимую для выбора двигателя с учётом з механизма привода:

кВт

8) Выбираю гидромотор по величине P_ст из атласа [3]:

Гидромотор 210 - 12

Р_двиг = 8 кВт

n = 2400 мин^-1

Т_пуск = 36,2 Нм (страгивания), максимальный 46 Н*м.

I_двиг = 0,08 кгм²

Диаметр вала = 20 мм.

9) Определяю номинальный вращающий момент на валу двигателя:

Нм



10) Определяю статический момент на валу двигателя:

Нм

11) Определяю частоту вращения барабана:

мин^-1

12) Определяю передаточное число механизма:

13) Выбираю передаточное число стандартного 3х ступенчатого цилиндрического редуктора из атласа:

U_р = 80 (ЦЗУ - 160)

14) Уточняю частоту вращения барабана:

мин^-1

15) Уточняю диаметр барабана, для того, чтобы сохранить заданную скорость подъёма груза, необходимо увеличить диаметр, так как частота вращения его уменьшилась до 30 при выборе значения первого числа стандартного редуктора.



мм.

Значение D_б принимаем = 127 мм округлив расчётный диаметр до ближайшего из ряда чисел R_a40 по ГОСТ 6636 - 69, при этом фактическая скорость подъёма незначительно увеличится.

м/с

Расхождение с заданной скоростью составляет около 0,25%, что допустимо.

16) Определяю размеры барабана:

Рис.2 Схема барабана

Определяю шаг нарезки канавок для каната:

мм

R_k = 0,54*d_k = 0,54*5,6 = 3,02 ? 3 мм

Определяю толщину стенки:

мм



Определяю диаметр по дну канавки нарезки:

мм

мм

Определяю число витков нарезки:

Где: Z_кр = 3, число витков крепления

Z_зап = 1,5 число запасных витков

Z_раб - число рабочих витков:

17) Расчёт барабана на прочность.

1)Напряжения сжатия:

;

где t - шаг нарезки

МПа

Допустимые напряжения сжатия для чугуна СЧ15 = 88Мпа



2)напряжения изгиба д и кручения ф для коротких барабанов lб/Dб<3 составляет не более 10%, величину которого можно не учитывать, в нашем примере lб/Dб = 109,4/127 = 0,86 < 3 в этом случае напряжения изгиба будут равны:

Определяем эквивалентные напряжения:

18) Расчёт крепления каната к барабану.



Определяю усилие ветви каната к накладке крепления:

;

где е = 2,71; f = 0,15; б = 3*п

;

где: К_Т - 1,5 коэффициент запаса сил трения

Z_m - 2 число шпилек или болтов

Размер накладки выбираем исходя из диаметра каната

При D_к = 6,9 мм => резьба шпилек = М8 d₁ = 6,9 мм материал шпильки Ст3, [д] =85

18) Выбор тормоза.

Определяю статический момент при торможении:

Нм

Тормоз выбирается с учетом запаса по тормозному моменту т.е.

Т_т?Т_ст*К_т ,

где: К_т - коэффициент запаса тормозного момента.

Т_т = 2,01*1,75 = 4,03 Нм

Выбираю ленточный тормоз с гидроприводом, с номинальным Т_т = 20 Н*м

Диаметр тормозного шкива = 100 мм.

19) Выбор муфты. Выбор муфты следует производить по расчётному моменту:

Т_р= Т_ст*К₁*К₂ = 2,01*1,3*1,2 = 3,53 Н*м

Выбираю упругую втулочно-пальцевую муфту с тормозным шкивом ш = 100 мм.

20) Выбор редуктора. Производится по передаточному числу U_M = 80, вращающему моменту на выходном валу Т_вых и консольной нагрузке F_к на выходном валу.

Т_вых = Т_ст*U_М*з_М = 2,01*80*0,88 = 191,2 Н*м

Выбран редуктор Ц3У - 160

U_ред = 80; Т_вых = 2 кН*м; F_к = 11,2 кН

21) Проверка времени запуска.

Т_торм = ±Т_{ст.торм.}+Т_ин1.т+Т_ин2.т



Знак (+) следует принимать при опускании груза, т.к. в этом случае время торможения будет больше.

Момент сопротивления сил инерции вращающихся частей привода при запуске:

Н*м

Момент сопротивления от сил инерции барабана:

Далее решаем уравнение относительно времени пуска:

Величина ускорения при запуске соответствует рекомендации для механизмов подъёма при погрузочно-разгрузочных работах. [J] до 0,6.

21. Проверка времени торможения:

Т_торм = ±Т_ст.т.+Т_ин1т+Т_ин2т

Где: Т_торм - среднетормозной момент двигателя; знак плюс следует принимать при опускании груза, так как в этом случае время торможения будет больше;

Т_ст.т - статический момент сопротивлений при торможении;

Т_ин1т - момент сопротивлений от сил инерции вращающихся частей привода при торможении;

Т_ин2т - момент сопротивлений от сил инерции поступательно-движущихся масс при торможении.

Тормозной момент определяется по выбранному двигателю Т_торм =25 Н*м.

Определяю моменты сопротивлений при торможении:

Далее решается уравнение относительно времени торможения:

Ускорение при торможении:



Величина замедления при торможении соответствует рекомендациям для механизмов подъема при разгрузочно-загрузочных работах ([i] = 0,6 м/с²).

Раздел 4. Расчёт металлоконструкции

трактор трубоукладчик кран стрела

Расчёт металлоконструкции включает в себя:

1) расчёт прочности металлоконструкции стрелы

2) расчёт прочности оси блока

3) расчёт прочности оси опоры стрелы

Нагрузка, действующая на ось канатного направляющего блока, равна Q = 2930 кг = 29300 Н. Блок установлен на оси на 2 радиальных подшипниках. Так как ось направляющего блока неподвижная и находится под действием постоянной нагрузки, то ведется расчет на статическую прочность по изгибу. Рассчитываемую ось можно рассматривать как двух - опорную балку, свободно расположенную на опорах, с двумя сосредоточенными силами P, действующими на нее со стороны подшипников. Расстояние (а) от опоры оси до действия нагрузки принимаю равным 0,015 м.

Рис. 3 Схема действия нагрузок со стороны подшипников на ось блока.

Эпюра изгибающих моментов представляет собой трапецию, а значение изгибающего момента будет равно:

Т_ИЗГ=Р*а=(Q/2)*а=2,93*9810*0,015/2=215,5 Н

Требуемый диаметр оси определяется из следующей формулы:

Из ряда чисел принимаю стандартное значение диаметра оси блока d=30 мм.

Рассчитываем прочность оси стрелы.

,

где S_см - площадь смятия, S_см = рdД ,

где Д - толщина проушины, м.

S_см = р*0,04*0,005 = 0,00126 м²,

Fсм = G_стр * cos(90-б) + G_гр * cos(90-б) + F_шт * cosг + F_к * cosв,

где: б - угол наклона стрелы,

в - угол наклона троса механизма подъёма груза,

г - угол наклона троса механизма подъёма стрелы.

F_см = 7*200 * cos(90-б) + G_гр * cos(90-б) + F_шт * cosг + Fк * cosв = 37641,5 Н,

Отсюда принимаем диаметр оси стрелы 40 мм.

Заодно, рассчитаем напряжение стрелы на сжатие:

Взяв л за 140, приняв коэффициент заделки за 1 определяем, что площадь сечения равна:

S = 140*ц / F_сж = 140*0,45 / 37641,5 = 16,73 см²,

Также найдём необходимый радиус инерции:

r = lстр / 140 = 0,05 м = 5 см.

Принимаем швеллер 20-П по прототипу: r = 8,08 см, S = 87,98 см², W = 152 см³.

Рассчитываем напряжение на сжатие:

Ищем изгибающую силу, действующую перпендикулярно наклону стрелы.

M_изг=l_стр*[G*cosб - F_k*sinв-F_k*sinг]=11951,9 Н*м

Момент сопротивления будет равен

W = 2W = 2*152 = 304 см³.

у_изг=11951,9 / 304 = 39,32 МПа,

что меньше допустимого.

Рассчитаем эквивалентное напряжение:

,

что также меньше допустимого.



Список используемой литературы

1. Александров М.П. «Подъёмно-транспортные машины» 5-е издание, 1979 г. Москва, «Высшая школа».

2. Александров А.П., Решетов Д.Н., Байков Б.А. и др. «Подъёмно-транспортные машины: Атлас конструкций». 2-е издание, 1987 г, «Машиностроение», 122 с.

3. «Атлас конструкций гидромашин и гидропередач» Б.М. Бим-Бад, М.Г. Кабаков, С.П. Стесин; Издательство: Инфра-М; 2004, 136 с.

Размещено на Allbest.ru