Механизм подъёма груза мостового крана общего назначения

Задание: спроектировать механизм подъёма груза мостового крана общего назначения. Дано: грузоподъёмность ; скорость подъёма ; высота подъёма ; режим нагружения L1-легкий; группа классификации механизма – М2, по ИСО 4301/1, дана схема тележки (рис. 1). Рис1.Тележка крановая с фланцевым редуктором передвиже-ния. 1. ВЫБОР КАНАТА И БАРАБАНА 1.1. Грузоподъёмная сила , (1) где - ускорение свободного падения. Получим: 1.2. КПД ПОЛИСПАСТА ,(2) где - КПД блока на подшипниках качения; -кратность полиспаста; - число обводных блоков (для мостового и козлового крана ). Получим КПД полиспаста для кратностей по формуле (2): 1.3 НАИБОЛЬШЕЕ НАТЯЖЕНИЕ ВЕТВИ КАНАТА, НАБЕ-ГАЮЩЕГО НА БАРАБАН ПРИ ПОДЪЕМЕ ГРУЗА (3) где - число полиспастов. Для мостового (козлового) крана , т.е. оба конца каната за-креплены на барабане - для строго вертикального подъёма груза выравнивания усилий на опоры барабана (рис. 2). Рис.2. Схемы полиспастов механизма подъема груза Наибольшее натяжение ветви каната, набегающей на барабан при подъёме груза, по формуле: ; ; . 1.4. РАЗРЫВНОЕ УСИЛИЕ КАНАТА ВЦЕЛОМ ,(4) где - минимальный коэффициент использования каната. По табл.2 «Правил ...» (2), с.17 (приложение 1) выбирают для заданной группы классификации механизмов. Символ озна-чает смещение по таблице вверх и вниз на 1 и 2 шага. Согласно «Правил...» (2), с.18 допускается изменение коэффи-циента выбора диаметра барабана , но не более чем на два шага по группе классификации в большую или меньшую сторону: Тогда получим ряд значений: . Разрывное усилие каната ( ,H) для кратностей , для основного и добавочных значений получим по формуле (4): 1.5. ВЫБОР ТИПА КАНАТА Поэтому выбирают канат типа ЛК-Р 6x19(1+6+6.6)+1 о.с. ГОСТ 2688-80. По найденным в п.1.4. значениям находят значения диа-метров каната (приложение 2) и маркировочную группу, соответствующую условию прочности каната: ,(5) где - разрывное усилие каната в целом, по каталогу. По таблице (Прилож. 2) имеем следующие значения диаметров каната: 1.6. МИНИМАЛЬНЫЙ ДИАМЕТР БАРАБАНА ,(6) где - коэффициент выбора диаметра барабана. При определении минимального диаметра барабана по табл. приложения 1 для заданной группы классификации меха-низма М2 получим основное значение 12.5. При смещении по этой таблице вверх и вниз на два шага имеем: 11.2; 14; 16; . По формуле (6) получим , мм: 1.7. РАСЧЕТНЫЙ ДИАМЕТР БАРАБАНА Барабаны диаметром меньше 100 мм исключают из дальнейших расчетов, т.к. наименьший из выходных валов редукторов с ча-стью зубчатой полумуфты, встраиваемый в барабан, имеет диа-метр , (5) с.30. Тогда диаметр охватыва-ющей зубчатой обоймы составляет . Конструктивно трудно перейти от большего диаметра зубчатой обоймы к мень-шему диаметру барабана при их отношении, свыше . При расчёте без помощи ЭВМ можно исключить барабаны диа-метром меньше 160 мм. Тогда . Ступень бараба-на высотой 25% легко выполнима. Она может быть без уклона (см. прилож.6) или с уклоном (рис. 4б). Расчётный диаметр ба-рабана мм, принимают из ряда , (10) с.29: 100, 110, 125, 140, 160, 180, 200, 220, 250, 280, 320, 360, 400, 450, 500. Расчетный диаметр барабана ,мм: Барабаны диаметром менее 160 мм исключены т.к. будут иметь большую ступень. 1.8. ДЛИНА БАРАБАНА С ДВУСТОРОННЕЙ НАРЕЗКОЙ ,(7) где - шаг нарезки; a - кратность полиспаста; - диаметр каната; с - коэффициент длины средней (не нарезанной) части барабана, H - высота подъема. Руководствуясь (1) с.85, можно принять :с=0.2 для кратности а=2,. Длина барабана с двусторонней навивкой, мм по формуле (7): 1.9. ПРОВЕРКА РАЗМЕРОВ БАРАБАНА ПО УСЛОВИЯМ , (8) и ,(9) При проводят простой расчёт барабана на сжатие. При проводят уточнённый расчёт барабана на сжа-тие и совместное действие напряжений изгиба и кручения, на устойчивость стенки. Проверим размеры барабана по условиям (8), (9): Остается вариант кратностью a=2 с увеличенным барабаном на 2 шага L=977 1.10. УГЛОВАЯ СКОРОСТЬ БАРАБАНА рад/с,(10) 2. ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ 2.1. СТАТИЧЕСКАЯ МОЩНОСТЬ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ,(11) где - предварительное значение КПД (для механизма подъёма с цилиндрическим редуктором). Статическая мощность электродвигателя, формула (11): По приложению 1 выбираем для легкого режима нагружения, электродвигатель мощности P=7.5kВт, серии 4MTКF132LB6. (P=7.5кВт; m=115кг ;n=900об/мин; ; ) , где ( )- длина двигателя без посадочной части вала. В литературе указана мощность P40 (при ПВ=40%). При ПВ=15% те же электродвигатели имеют большую мощность: Имеем: , т.е. мощность выбранного двига-телядостаточна. 2.2. УГЛОВАЯ СКОРОСТЬ ДВИГАТЕЛЯ ,(12) Получим: 3. ВЫБОР РЕДУКТОРА 3.1. РАСЧЕТ РЕДУКТОРА ПО РАДИАЛЬНОЙ КОНСОЛЬНОЙ НАГРУЗКЕ Условие прочности: , (13) где – действующая радиальная (консольная) нагрузка. Для полиспаста кратностью выберем редуктор Ц2-300, для которого условие (13) выполняется с наименьшим запасом: Масса редуктора Ц2-300 , КПД=0,96. 3.2.ПЕРЕДАТОЧНОЕ ЧИСЛО РЕДУКТОРА ,(14) Определим расчетное передаточное число редуктора, формула (14), и округлим его до номинального значения по каталогу (5), (прилож.3) 3.3.ГРУЗОВОЙ МОМЕНТ НА БАРАБАНЕ , (15) где – число полиспастов. Получим: ; 3.4. ПРОВЕРКА РЕДУКТОРА ПО ГРУЗОВОМУ МОМЕНТУ Условие прочности: ,(16) где – грузовой момент на барабане; – допускаемый кру-тящий момент на валу редуктора. Проверяем редуктор Ц2-300 для кратности (рис. 2а) по условию (16). Допускаемый крутящий момент на валу редуктора Н·м, по каталогу (5), приложение 3, определяем для редукто-ра Ц2-300, соответствующей частоты вращения вала электродви-гателя n=900об/мин , номинального передаточного числа , режима работы “Л”, ПВ=16%. Сведем результаты в таблицу 2: Таблица 2 Вариант Редуктор: тип Uн 2808 5000 1.78 300 25 4. ВЫБОР ТОРМОЗА 4.1. СТАТИЧЕСКИЙ МОМЕНТ НА ВХОДНОМ ВАЛУ РЕДУК-ТОРА ПРИ ТОРМОЖЕНИИ , (17) где - КПД механизма, который можно принять равным КПД редуктора; - номинальное передаточное число редуктора. По формуле (17) имеем: ; 4.2. ТОРМОЗНОЙ МОМЕНТ, НА КОТОРЫЙ РЕГУЛИРУЮТ ТОРМОЗ (18) где - коэффициент запаса торможения. Принимаем . Тормозной момент , по формуле (18): Выбираем тормоз типа ТКГ-200 с тормозным моментом Масса 38 кг. 5. КОМПОНОВКА МЕХАНИЗМА масса редуктора 138 масса двигателя 115 масса тормоза 38 суммарная масса 291 Необходимо, чтобы размер соседства электродвигателя и бара-бана удовлетворял условию мм,(19) где – суммарное межосевое расстояние редуктора; =270/2=135 – габаритный размер электродвигателя; Вариант проходит по размеру и не нуждается в компоновке с промежуточным валом. 5.1 УСЛОВИЯ СОСЕДСТВА ТОРМОЗА И БАРАБАНА Для возможности установки тормоза необходимо, чтобы размер соседства тормоза и барабана удовлетворял условию мм,(20) где – модуль зубчатого венца; – число зубьев венца; – размер от оси вращения барабана до крайней точки зубчатой ступицы, – диаметр тормозного шкива; – размер от оси вращения тормозного шкива до наружней поверхности рычага тормоза. По формуле (20) получаем: Вариант проходит по размеру A2. 5.2 БАРАБАН СТУПЕНЧАТЫЙ ,(21) Т.к. диаметр барабана мал, а редуктор велик, то соотношение (21) не выполняется. Тогда имеем ступенчатый барабан (рис. 4б). Ступень увеличивает длину барабана на величину . (24) Принимаем Тогда полуколея тележки (расстояние от середины редуктора до середины ступенчатого барабана) ,(25) Можно принять , где - ширина зубчатого венца. Тогда 5.4. МИНИМАЛЬНАЯ КОЛЕЯ ТЕЛЕЖКИ ,(27) Находим значения Компоновка механизма подъёма без промежуточного вала мас-са 442 кг; колея 1650 мм. ВЫВОДЫ 1. Для грузоподъемности 6,3 т кратность 3 и 4 неприемлема, т.к. диаметр барабана составляет менее 160 мм, а длина барабана более, чем в 6 раз превышает его диаметр. 2. Наиболее приемлем вариант с увеличенным на 2 шага диа-метром барабана.