Задание:
спроектировать механизм подъёма груза мостового крана общего
назначения.
Дано:
грузоподъёмность
кгmг6300
;
скорость подъёма
смV/16.0
;
высота подъёма
мH10
;
режим нагружения L1-легкий;
группа классификации механизма – М2, по ИСО 4301/1,
дана схема тележки (рис. 1).
Рис1.Тележка крановая с фланцевым редуктором передвижения.
MM
1. ВЫБОР КАНАТА И БАРАБАНА
1.1. Грузоподъёмная сила
гг
F m g
, (1)
где
2
9,81 м/сg
- ускорение свободного падения.
Получим:
1.2. КПД ПОЛИСПАСТА
1
1 2 1 1
1ak
aa




K
,(2)
где
10,98
- КПД блока на подшипниках качения;
2;3;4a
-
кратность полиспаста;
k
- число обводных блоков (для мостового и
козлового крана
0k
).
Получим КПД полиспаста для кратностей
2;3;4a
по формуле (2):
2
2
3
23
4
1 0,98 0,99;
2
1 0,98 0,98 0,98;
3
1 0,98 0,98 0,98 0,97.
4

1.3 НАИБОЛЬШЕЕ НАТЯЖЕНИЕ ВЕТВИ КАНАТА,
НАБЕГАЮЩЕГО НА БАРАБАН ПРИ ПОДЪЕМЕ ГРУЗА
г ,
aa
F
Fa
(3)
где
- число полиспастов.
Для мостового (козлового) крана
2
, т.е. оба конца каната
закреплены 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:
НF4
4
21056.1
99.022
1018.6
;
НF4
4
31005.1
98.023
1018.6
;
НF4
4
4108.0
97.024
1018.6
.
1.4. РАЗРЫВНОЕ УСИЛИЕ КАНАТА ВЦЕЛОМ
pcawa zFF
,(4)
где
p
z
- минимальный коэффициент использования каната.
По табл.2 «Правил ...» (2), с.17 (приложение 1) выбирают
p
z
для
заданной группы классификации механизмов. Символ
означает
смещение по таблице вверх и вниз на 1 и 2 шага.
Согласно «Правил...» (2), с.18 допускается изменение
коэффициента выбора диаметра барабана
1
h
, но не более чем на два
шага по группе классификации в большую или меньшую сторону:
;2;1;0;1
Тогда получим ряд значений:
15.31zp
35.3zpo
55.31zp
0.42 zp
.
Разрывное усилие каната (
wa
F
,H) для кратностей
2,3,4a
, для
основного и добавочных значений
zp
получим по формуле (4):
44
102 1091.415.31056.1
F
44
103 1031.315.31005.1
F
44
104 1052.215.3108.0
F
44
02 1023.535.31056.1 F
44
03 1052.335.31005.1 F
44
04 1068.235.3108.0 F
44
102 1054.555.31056.1
F
44
103 1073.355.31005.1
F
44
104 1084.255.3108.0
F
44
202 1024.60.41056.1
F
44
203 102.40.41005.1
F
44
204 102.30.4108.0
F
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
wa
F
находят значения диаметров
каната
, мм
a
d
(приложение 2) и маркировочную группу,
соответствующую условию прочности каната:
FFwa
,(5)
где
F
- разрывное усилие каната в целом, по каталогу.
По таблице (Прилож. 2) имеем следующие значения диаметров
каната:
)91.4345.5;1770(9.9
12
d
)31.323.3;1770(6.7
13
d
)52.263.2;1770(9.6
14
d
)23.5345.5;1770(9.9
20 d
)52.3815.3;1770(3.8
30 d
)68.223.3;1770(6.7
40 d
)54.588.6;1770(11
12
d
)73.3815.3;1770(3.8
13
d
)84.223.3;1770(6.7
14
d
)24.688.6;1770(11
22
d
)2.4545.4;1770(1.9
23
d
)2.323.3;1770(6.7
24
d
1.6. МИНИМАЛЬНЫЙ ДИАМЕТР БАРАБАНА
aa dhD 1
,(6)
где
1
h
- коэффициент выбора диаметра барабана.
При определении минимального диаметра барабана по табл.
приложения 1 для заданной группы классификации механизма М2
получим основное значение
10
h
12.5. При смещении по этой таблице
вверх и вниз на два шага имеем:
11
h
11.2;
11
h
14;
21
h
16; .
По формуле (6) получим
a
D
, мм:
1119.92.11
12
D
856.72.11
13
D
779.62.11
14
D
1249.95.12
20 D
1043.85.12
30 D
956.75.12
40 D
1541114
12
D
1163.814
13
D
1066.714
14
D
1761116
22
D
1461.916
23
D
1226.716
24
D
1.7. РАСЧЕТНЫЙ ДИАМЕТР БАРАБАНА
Барабаны диаметром меньше 100 мм исключают из дальнейших
расчетов, т.к. наименьший из выходных валов редукторов с частью
зубчатой полумуфты, встраиваемый в барабан, имеет диаметр
03,5 40 140 ммD mz
, (5) с.30. Тогда диаметр охватывающей
зубчатой обоймы составляет
1,4 200 ммmz
. Конструктивно трудно
перейти от большего диаметра зубчатой обоймы к меньшему диаметру
барабана при их отношении, свыше
200/100 2k
.
При расчёте без помощи ЭВМ можно исключить барабаны
диаметром меньше 160 мм. Тогда
200/160 1,25k
. Ступень
барабана высотой 25% легко выполнима. Она может быть без уклона
(см. прилож.6) или с уклоном
7
(рис. 4б). Расчётный диаметр
барабана
a
D
мм, принимают из ряда
20Ra
, (10) с.29: 100, 110, 125,
140, 160, 180, 200, 220, 250, 280, 320, 360, 400, 450, 500.
Расчетный диаметр барабана
a
D
,мм:
160
12
D
180
22
D
Барабаны диаметром менее 160 мм исключены т.к. будут иметь
большую ступень.
1.8. ДЛИНА БАРАБАНА С ДВУСТОРОННЕЙ НАРЕЗКОЙ
aa
a
a
aDcd
D
aHd
L
1.15.3
1.1
2
,(7)
где
1,1 aa
dt

- шаг нарезки; a - кратность полиспаста;
a
d
-
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):
10801602,0111.15.3
16014.3
210111.1
24
12
L
9771802,0111.15.3
18014.3
210111.1
24
22
L
1.9. ПРОВЕРКА РАЗМЕРОВ БАРАБАНА ПО УСЛОВИЯМ
3
a
a
L
D
, (8) и
63
a
a
D
L
,(9)
При
/3
aa
LD

проводят простой расчёт барабана на сжатие. При
3 / 6
aa
LD


проводят уточнённый расчёт барабана на сжатие и
совместное действие напряжений изгиба и кручения, на устойчивость
стенки.
Проверим размеры барабана по условиям (8), (9):
675.6160/1080/ 1212
DL
642.5180/977/3 2222 DL
Остается вариант кратностью a=2 с увеличенным барабаном на
2 шага L=977
180
D
1.10. УГЛОВАЯ СКОРОСТЬ БАРАБАНА
'
2
aa
Va
D

рад/с,(10)
56.3
18.0
216.02
12
2. ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
2.1. СТАТИЧЕСКАЯ МОЩНОСТЬ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
г
м
FV
P
,(11)
где
м0,9
- предварительное значение КПД (для механизма
подъёма с цилиндрическим редуктором).
Статическая мощность электродвигателя, формула (11):
BTp3
41011
9.0
16.01018.6
По приложению 1 выбираем для легкого режима нагружения,
электродвигатель мощности P=7.5kВт, серии 4MTКF132LB6.
(P=7.5кВт; m=115кг ;n=900об/мин;
ммll 446110556
130
;
270
11 B
) ,
где (
30 1
ll
)- длина двигателя без посадочной части вала.
В литературе указана мощность P40 (при ПВ=40%). При ПВ=15%
те же электродвигатели имеют большую мощность:
кВТPP 1263.15.715/40
40
Имеем:
кВТкВТP1112
, т.е. мощность выбранного
двигателядостаточна.
2.2. УГЛОВАЯ СКОРОСТЬ ДВИГАТЕЛЯ
эр 30
p
n

,(12)
Получим:
срад /2,94
30
90014,3
3. ВЫБОР РЕДУКТОРА
3.1. РАСЧЕТ РЕДУКТОРА ПО РАДИАЛЬНОЙ КОНСОЛЬНОЙ
НАГРУЗКЕ
Условие прочности:
ау
FF
, (13)
где
а
F
– действующая радиальная (консольная) нагрузка.
Для полиспаста кратностью
2a
выберем редуктор Ц2-300, для
которого условие (13) выполняется с наименьшим запасом:
нFнFу2000015600 3002
Масса редуктора Ц2-300
кгm138
300
, КПД=0,96.
3.2.ПЕРЕДАТОЧНОЕ ЧИСЛО РЕДУКТОРА
эр
pa а
U
,(14)
Определим расчетное передаточное число редуктора, формула (14),
и округлим его до номинального значения по каталогу (5), (прилож.3)
2546.2656.3/2.94
p
U
3.3.ГРУЗОВОЙ МОМЕНТ НА БАРАБАНЕ
'
а
2
a
a
FD
T
, (15)
где
2
– число полиспастов.
Получим:
мНT
2808
2
18.01056.12 4
;
3.4. ПРОВЕРКА РЕДУКТОРА ПО ГРУЗОВОМУ МОМЕНТУ
Условие прочности:
a dp
TT
,(16)
где
a
T
– грузовой момент на барабане;
dp
T
– допускаемый
крутящий момент на валу редуктора.
Проверяем редуктор Ц2-300 для кратности
2a
(рис. 2а) по
условию (16). Допускаемый крутящий момент на валу редуктора
dpa
T
Н·м, по каталогу (5), приложение 3, определяем для редуктора Ц2-300,
соответствующей частоты вращения вала электродвигателя
n=900об/мин , номинального передаточного числа
pa
U
, режима
работы “Л”, ПВ=16%. Сведем результаты в таблицу 2:
Таблица 2
Вариант
pa
pa
T
dp
T
/
dp a
TT
Редуктор:
тип
Uн
2808
5000
1.78
300
25
4. ВЫБОР ТОРМОЗА
4.1. СТАТИЧЕСКИЙ МОМЕНТ НА ВХОДНОМ ВАЛУ
РЕДУКТОРА ПРИ ТОРМОЖЕНИИ
a m a
cpa pa
T
TU
, (17)
где
m
- КПД механизма, который можно принять равным КПД
редуктора;
pa
U
- номинальное передаточное число редуктора.
По формуле (17) имеем:
106
25
09995,02808
сраб
T
;
4.2. ТОРМОЗНОЙ МОМЕНТ, НА КОТОРЫЙ РЕГУЛИРУЮТ
ТОРМОЗ
тсpa pa
T k T


(18)
где
k
- коэффициент запаса торможения.
Принимаем
1,5k
.
Тормозной момент
т
T
, по формуле (18):
;1591065.1
k
T
Выбираем тормоз типа ТКГ-200 с тормозным моментом
;159300 мнмнTмач
Масса 38 кг.
5. КОМПОНОВКА МЕХАНИЗМА
масса редуктора
138
масса двигателя
115
масса тормоза
38
суммарная масса
291
Необходимо, чтобы размер соседства электродвигателя и барабана
1
A
удовлетворял условию
1 31 0,65 ' 20
W
A a b D
мм,(19)
где
W
a
– суммарное межосевое расстояние редуктора;
31 11 2bb
=270/2=135 – габаритный размер электродвигателя;
;180
D
;204818065.0135300
1ммA
Вариант проходит по размеру
1
А
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
2
A
удовлетворял условию
20,6 0,8 20
Wm
A a mz D
мм,(20)
где
m
– модуль зубчатого венца;
z
– число зубьев венца;
0,6mz
–
размер от оси вращения барабана до крайней точки зубчатой ступицы,
m
D
– диаметр тормозного шкива;
0,8 m
D
– размер от оси вращения
тормозного шкива до наружней поверхности рычага тормоза.
По формуле (20) получаем:
ммA222008.056.0300
2
Вариант проходит по размеру A2.
5.2 БАРАБАН СТУПЕНЧАТЫЙ
' 1,4D mz
,(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
x
lx
.
0,08 0,04
x
l mz D

(24)
ммlx2,232,71618004.040508.0
Принимаем
ммblx25
Тогда полуколея тележки (расстояние от середины редуктора до
середины ступенчатого барабана)
42 0,5
p x a
L L B l L
,(25)
Можно принять
x
lb
, где
b
- ширина зубчатого венца. Тогда
43 0,5
pa
L L b L
ммl205
4
ммb25
977
а
l
ммlр5,7689775,0253205
5.4. МИНИМАЛЬНАЯ КОЛЕЯ ТЕЛЕЖКИ
min 2P
BL
,(27)
Находим значения
min
B
154015375.7682
min B
Компоновка механизма подъёма без промежуточного вала масса
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 диаметром
барабана.