КРАН БАШЕННЫЙ

Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия КРАН БАШЕННЫЙ ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА КБ.11.07.00.00 ПЗ 2014 Содержание Введение ……………………………4 1. Расчёт механизма подъёма груза……………………………………………...5 1.1 Выбор схемы полиспаста………………………………………………….5 1.2 Определение тягового усилия полиспаста в канате……………………..5 1.3 Выбор гибкого элемента (каната)………………………………………...6 1.4 Определение основных размеров барабана……………………………...7 1.5 Проверка барабана на прочность……..……………………………..…...9 1.6 Расчёт крепления каната на барабане…………………………………....9 1.7 Расчёт грузовой подвески……………………..…………………………11 1.7.1 Выбор подшипника блока по коэффициенту динамической работоспособности………………………………………..…………….11 1.7.2 Расчёт оси блока…..…..…………………………………………..13 1.7.3 Выбор крюка и расчёт гайки крюка.……………………………..14 1.7.4 Выбор подшипника под гайку крюка.....………………………...14 1.7.5 Расчет траверсы…………………………………………..……….15 1.7.6 Расчет щеки……..…………………………………………………16 1.8 Определение мощности и выбор электродвигателя………………...…17 1.8.1 Проверка двигателя по пусковому моменту……...……..………18 1.9 Выбор редуктора………...……………………………………………….19 1.10 Выбор муфты с тормозным шкивом.………………………….……...21 1.11 Выбор тормоза……………………………...…………………..……….21 2 Расчет механизма изменения вылета стрелы (передвижение тележки с канатной тягой)…………………………………………………....……………..22 2.1 Выбор ходового колеса……………………………………………….......22 2.2 Определение суммарной силы сопротивления передвижению тележки…………………………………………………………………………...22 2.3 Определение силы тяги…………………………………………………...24 2.4 Выбор типоразмера тягового каната…………………………………….24 2.5 Определение расчётного диаметра барабана……………………………25 2.6 Определение мощности выбор электродвигателя………………………26 2.7 Выбор стандартных элементов…………………………………………..27 2.7.1 Выбор редуктора………………………………………………………..27 2.7.2 Выбор муфты……………………………………………………………28 2.7.3 Выбор типоразмера тормоза……………………………………………28 Вывод……………………………………………………………………………..30 Библиографический список……………………………………………………..31 Приложение………………………………………………………………………32 Техническое задание на курсовой проект…….……………………..……....32 Введение Курсовое проектирование по грузоподъемным машинам (ГПM) способствует обобщению и закреплению теоретических знаний студентов и прививает им навыки самостоятельного решения инженерных задач при разработке конструкций сборочных единиц и машин. При выполнении курсового проекта по ГПМ студент использует ГОСТы, справочную литературу, изучает и применяет современные конструкции машин и лучшие достижения в области отечественного и зарубежного машиностроения. Дальнейшее развитие получают навыки выполнения чертежей, расчетов и составления текстовых конструкторских документов. Объектами проектирования являются грузоподъемные машины. Главными задачами студента являются: расчет основных механизмов крана, выбор на основе этих расчетов нормализованных и стандартных сборочных единиц, их рациональная компоновка. Разработка механизмов должна выполняться с учетом их размещения на металлических конструкциях крана. Механизмы должны удовлетворять требованиям надежности, удобства монтажа и демонтажа, обслуживания, безопасности. Все расчеты должны выполняться с соблюдением требований правил Ростехнадзора России. 1 Расчёт механизма подъема груза Рисунок 1. Кинематическая схема МПГ /4/. где 1-электродвигатель,2-муфта-тормоз, 3-устройство замыкания тормоза, 4- редуктор, 5- барабан, 6-гибкий элемент, 7-полиспаст. 1.1 Выбор схемы полиспаста Определяем ориентировочную кратность полиспаста : ; (1) где Q-грузоподъемность крана, т. Принимаем одинарный полиспаст, кратностью равной 2, : Рисунок 2. Схема полиспаста/5/. 1.2 Определение тягового усилия каната Максимальное усилие Fб (кН)в ветви каната, набегающее на барабан, определяют из расчётной зависимости: (2) где -номинальная грузоподъёмность крана; Fб-сила натяжения каната, Н; g-ускорение свободного падения; -количество ветвей на барабане; =1 для одинарного полиспаста; -КПД полиспаста. ; (3) -КПД блока, =0, 99. t-количество блоков, t=4. 1.3 Выбор гибкого элемента Выбор каната производится по разрушающей нагрузке, которая определяется по формуле /2/: Н; (4) где – коэффициент запаса прочности, для группы режима крана М4, zр=4. где Fб-сила натяжения каната Канат выбираем по разрушающей нагрузке : Рисунок 3. Эскиз сечения каната =20,5 мм, - диаметр каната, Канат 20,5-Г-I-Н-1568 ГОСТ 3077-80. 1.4 Определение основных размеров барабана Определение диаметра барабана: мм; (5) - диаметр каната, =20,5 мм; - коэффициент выбора диаметра, для группы режима М4 =16. Рисунок 4.Схема барабана для одинарного полиспаста Определение длины барабана : мм; (6) - длина буртика; - длина нарезной части барабана; Длины определяются по формулам : мм. При многослойной навивке каната на барабан расчётный диаметр по средней линии навитого каната на барабан определяют по формуле где - диаметр по средней линии каната на последнем слое; - количество слоёв навивки на барабан, Длину - при многослойной навивке определяют по формуле где - длина каната навиваемого на барабан; - шаг винтовой канавки; -коэффициент неплотности навивки, для нарезных барабанов ; - общее количество витков винтовой канавки; - шаг винтовой канавки. Определение общего количества витков винтовой канавки : , (11) где - количество рабочих витков; - количество витков для крепления конца каната, =3; - количество запасных витков, =3. Определение количества рабочих витков . (12) Определение шага винтовой канавки мм; (13) мм. I (1:5) Рисунок 5 - Профиль канавок на барабане Определение основных размеров сечения барабана мм; (14) мм; (15) мм; (16) мм. (17) - толщина стенки стального барабана. мм; = (10…30)мм. Принимаем . 1.5 Проверка барабана на прочность При длине барабана проверку барабана производят по формуле , (18) где допустимое напряжение, для стального барабана =80 МПа. Следовательно, изменяем размер цилиндрической стенки, для того, чтобы значение удовлетворяло условию. Примем , тогда Условие выполняется. 1.6 Расчет крепления каната на барабане Рисунок 6. Крепление конца каната на барабане с помощью прижимных планок. Определение расчетного натяжения каната: ; (19) где - основание натурального логарифма, ; - угол обхвата барабана, ; - коэффициент трения между канатом и барабаном, …0,12 Примем . Н. (20) Определение усилия прижатия каната к планкам : Н. (21) Где -приведенный коэффициент трения между канатом и планкой, ; К – коэффицент запаса надежности крепления каната к барабану; принимаем К=1,3; m- коэффициент, учитывающий эйлерову силу за счет крепежных витков; принимаем m=3. Определение усилия шпильки , принимаем шпильки 20 мм: Н. (22) где - допускаемое напряжение, Па . -внутренний диаметр резьбы, мм /5/. Определение количества планок : (23) Принимаем 2 планки. 1.7 Расчет грузовой подвески Рисунок 7. Схема грузовой подвески. 1.7.1Выбор подшипника блока по коэффициенту динамической работоспособности ; (24) где - приведенная нагрузка на подшипник, Н; - частота вращения блока, мин ; - срок службы блока в часах, час; =3-для шарикоподшипника. Определение нагрузки на подшипник : ; (25) где - максимальная нагрузка на подшипник ,Н ; - коэффициент переменности нагрузки , ; - коэффициент, учитывающий вращение наружного кольца , ; -коэффициент, учитывающий тип механизма , ; -коэффициент, учитывающий температурный режим , ; ; (26) где - количество блоков на оси ; -количество подшипников . . Подставим значения . Определение частоты вращения блока мин-1, (27) где - скорость подъема груза, =0.2 м/с; - кратность полиспаста; -диаметр блока. мм, где - коэффициент выбора диаметра блока, =18. Тогда кН; По справочнику /5/ выбираем подшипник 314, Установочные размеры: 160 мм, 37мм, 132 кН, 75 мм. Рисунок 8 - Эскиз радиального подшипника 1.7.2 Расчет оси блока Рисунок 9 -Расчетная схема для определения диаметра оси блока = м, (28) где - длина между опорами блока; - количество блоков на оси; ; - толщина блока, ; - толщина кожуха, =2мм; -толщина щеки, = (5…20) мм, примем =10 мм. Рисунок 10 - Эскиз подшипника Определим изгибающий момент Н·м. (29) Диаметр оси блока определим из уравнения м, (30) где - допустимое напряжение, Па . Из конструктивных соображений принимаем подшипник 314, /5/. 1.7.3 Выбор крюка и расчет гайки крюка Рисунок 11 - Эскиз однорогого крюка Номер заготовки крюка № 17, наибольшая ГП Q=12,5т. Диаметр резьбы М64. Наружный диаметр и высоту гайки крюка определяют по формулам , (31) где – диаметр гайки крюка, мм; – наружный диаметр резьбы на хвостовике крюка, . Высоту гайки проверяют из условия напряжения смятия по формуле , (32) где hг – высота гайки крюка с учетом проверки на смятие, мм; p – шаг резьбы, p = 6 мм; – допустимое напряжение на смятие, = 35МПа; d1 – внутренний диаметр резьбы, d1 =57,5 мм. Получили, что , условие выполняется. 1.7.4 Выбор подшипника под гайку крюка Подшипник выбираем по статической грузоподъемности Н . (33) Рисунок 12 - Эскиз упорного однорядного подшипника Выбираем подшипник упорный типа 8213, /5/ . С=145 кН, Н=27 мм, D= 100 мм, d=65 мм. 1.7.5 Расчет траверсы Рисунок 13 - Расчетная схема траверсы для нормальной подвески Рассчитываем размеры траверсы: Определение ширины траверсы мм, (34) где - диаметр подшипника, =100 мм. Определение длины траверсы мм. (35) Определение диаметра траверсы мм, (36) где - диаметр хвостовика крюка, =64 мм. Определение длины между опорами мм. (37) Определение высоты траверсы мм (38) где ТА- изгибающий момент в сечении А-А. Н·м. (39) Определение момента изгибающего по формуле Н·м. (40) Определение диаметра цапфы (41) -допускаемый предел прочности, МПа. 1.7.6 Расчет щеки Рисунок 14 - Эскиз щеки Определение ширины щеки мм, (42) где - наибольший из диаметров цапфы траверсы или оси блока . Условие прочности при растяжении(поперечное сечение по наибольшему из отверстий d) ; (43) где: - толщина щеки, принимаем = 10 мм; ; Условие прочности выполняется. 1.8 Определение мощности и выбор электродвигателя Электродвигатель выбираем из условия Определение расчетной мощности электродвигателя кВт , (44) где - статическая мощность, кВт; - коэффициент использования номинальной грузоподъемности , ; - коэффициент, учитывающий фактическую продолжительность включения , =0,82; - коэффициент, учитывающий схему регулирования скорости , =1,15; - коэффициент пусковых потерь , =1.1. кВт, (45) - общий КПД механизма, . Выбираем двигатель с мощностью, которая бы удовлетворила условие. Принимаем электродвигатель МТН 312-6 /1/ с техническими характеристиками: Частота вращения вала n=950 мин-1; Мощность на валу P=15 кВт, при ПВ=40%; Момент инерции ротора J=0,312 кгм2; Масса m=210 кг. Рисунок 15 - Электродвигатель серии MTН 1.8.1 Проверка двигателя по пусковому моменту Необходимое соблюдение условия: ; Пусковой момент двигателя определяется по формуле (46) Пусковой момент механизма определим по формуле: , (47) где - статический момент, Н·м; - инерционный момент от вращающихся масс, Н·м; - инерционный момент от поступательно движущихся масс. Определяем статический момент Н·м, (48) где - количество ветвей каната закрепленных на барабане, , - ориентировочное передаточное число редуктора: , (49) - частота вращения барабана, мин. . мин . (50) Определяем инерционный момент от вращающихся масс Н·м, (51) где - время пуска, которое определяется по формуле , (52) где - допускаемое ускорение, ; - частота вращения электродвигателя; - момент инерции ротора электродвигателя. Определяем инерционный момент от поступательно движущихся масс Н·м . (53) Получим: Нм. , условие выполняется. 1.9 Выбор редуктора Редуктор выбираем по мощности (крутящему моменту на тихоходном валу) и передаточному числу. Мощность редуктора определяем по формуле , (54) где - мощность редуктора; - мощность двигателя, 15 кВт; - коэффициент, учитывающий группу режима, =1. кВт; Крутящий момент на тих. валу Выбираем редуктор Ц2-400-40-М-УЗ, /2/ Рисунок 16 - Общий вид редуктора Ц2 1.10 Выбор муфты с тормозным шкивом Муфту выбираем по крутящему моменту /3/: Н·м (55) где - статический момент, Н м; - коэффициент, учитывающий тип механизма , - коэффициент, учитывающий группу режима , Выбираем муфту /3/: МУВП-1000-300-1-УЗ Диаметр тормозного шкива D=300мм наибольший передаваемый момент Тм=1000 Нм. Рисунок 17. Эскиз втулочно-пальцевой муфты с тормозным шкивом. 1.11 - Выбор тормоза Выбор тормоза производим по тормозному моменту Тормоз выбирается из условия Н·м; (56) - механический крутящий момент; - коэффициент запаса торможения , . Н·м Н·м , (57) где = =1, - время торможения. Получим Из справочника /2/ выбираем тормоз ТКГ-300 с электрогидравлическим толкателем ТГМ-50 с наибольшим тормозным моментом Н·м, диаметр тормозного шкива мм, В = 232 мм, Н = 550 мм, L = 772 мм, А = 500 мм. Рисунок 18 - Колодочный тормоз ТКГ с гидравлическим толкателем ТГМ 2 Расчёт механизма изменения вылеты стрелы (передвижение тележки с канатной тягой) Рисунок 20 – Схема механизма изменения вылета с помощью тележки с канатной тягой. 2.1 Выбор ходового колеса Производим выбор ходового колеса по следующим параметрам: группа режима, нагрузка на ходовое колесо, скорость передвижения тележки. Определение нагрузки на ходовое колесо: (1) Выбираем ходовое колесо: Типоразмер рельса P15. Рисунок 21 – Эскиз ходового колеса 2.2 Определение суммарной силы сопротивления передвижению тележки (2) где - сила сопротивления от трения; - сила сопротивления от уклона; - сила сопротивления от ветровой нагрузки; - сила от провисания тягового каната; - составляющая от силы натяжения грузового каната (реактивная сила. Определение силы сопротивления от трения: где - коэффициент трения ; - диаметр цапфы, (4) - плечо реактивной силы, Определение силы сопротивления от уклона: (5) где - уклон пути, Определение силы сопротивления от ветровой нагрузки: (6) где Аг – площадь груза, Аг = 10 м2. Определение составляющей от силы натяжения грузового каната: (7) где - КПД грузового полиспаста. Определение силы от провисания тягового каната: (8) где - погонная масса тягового каната, - погонная масса грузового каната; - длина холостой ветви тягового каната, - вылет; - провисание (стрела прогиба) тягового каната; 2.3 Определение силы тяги (тягового усилия) (9) где - КПД барабана и обводного блока, 2.4 Выбор типоразмера тягового каната Канат выбираем по разрушающей нагрузке : Рисунок 22. Эскиз сечения каната =12 мм, - диаметр каната; Канат 12-Г-I-Н-1568 ГОСТ 2688-80. 2.5 Определение расчётного диаметра барабана (11) где - коэффициент выбора диаметра, зависит от группы режима. 2.6 Определение мощности и выбор электродвигателя Условие выбора: Определение расчётной мощности: (12) где - статический момент ( ) Определение статического момента: (13) где - крутящий момент на валу барабана; - передаточное число редуктора. Определение крутящего момента на валу барабана: (14) Определение передаточного числа редуктора /2/: (15) где - частота вращения барабана; (16) - частота вращения двигателя, Выбираем электродвигатель МТН 112-6 с техническими характеристиками: Частота вращения вала n=910 об/мин; Мощность на валу P=4,5кВт, при ПВ=40%; Момент инерции ротора J=0,067 кгм2; Масса m=88 кг. Рисунок 23 – Электродвигатель серии MTН 2.7 Выбор стандартных элементов 2.7.1 Выбор редуктора Редуктор выбирают по мощности (крутящему моменту на тихоходном валу) и передаточному числу. Определение мощности редуктора: (17) Крутящий момент на тих. валу: - ориентировочное передаточное число редуктора: (18) - частота вращения барабана, мин. : мин ; (19) Выбираем редуктор 5Ц2–100-25-М-УЗ. Рисунок 24 – Редуктор 5Ц2 2.7.2 Выбор муфты Муфту выбирают по крутящему моменту. Определение крутящего момента: (20) Выбираем муфту МУВП– 250-200-1-УЗ: Рисунок 26 – Эскиз муфты 2.7.3 Выбор типоразмера тормоза Условие выбора: (21) Определение расчётного тормозного момента: (22) Где (23) Выбираем тормоз ТКГ – 200 с электрогидротолкателем ТЭГ –25М с наибольшим тормозным моментом Рисунок 27 – Колодочный тормоз. Вывод В ходе данного курсового проектирования были рассчитаны основные механизмы крана, был сделан выбор на основе этих расчетов нормализованных и стандартные сборочных единицы, их рациональная компоновка. Все механизмы удовлетворяют требованиям надежности, удобствам монтажа и демонтажа, обслуживанию, безопасности. Все расчеты выполнены с соблюдением требований Ростехнадзора России. Библиографический список 1 Справочник по кранам / Под ред. М.М. Гохберга. – Л.: Машиностроение, 1988. Т.1. – 353 с. 2 Справочник по кранам / Под ред. М.М. Гохберга. – Л.: Машиностроение, 1988. Т.2. – 559 с. 3 Кузьмин А.В., Марон Ф.Л. Справочник по расчётам механизмов подъёмно- транспортных машин. – Минск: Высшая школа, 1983. – 272 с. 4 Конспект лекций по предмету «Грузоподъёмные машины» 2013 г 5 Курсовой проект по грузоподъёмным машинам (метод. указания), / Под ред. Ю.В. Ремизович –Омск 2003 г,СибАДИ. -28с. 6 Транспортно-технологические машины (метод. указания), / Под ред. Ю.В. Ремизович –Омск 2011 г,СибАДИ. -159с. 7 Александров М.П. Подъёмно – транспортные машины. – М.: Высшая школа, 1985. – 593 с. 8 Александров М.П. Грузоподъёмные машины. – М.: Высшая школа, 2000. – 552 с. 9 Вайнсон А.А. Подъёмно – транспортные машины. – М.: Машиностроение, 1993. – 431 с. 10 Руденко Н.Ф., Руденко В.Н. Грузоподъемные машины. Атлас конструкций. Учебное пособие для вузов. – М: «Машиностроение», 1970. – 116 с.,(и другие атласы авторов).