Расчёт и проектирование механизма подъёма мостового крана

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки российской федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

национальный минерально-сырьевой университет "горный"

институт заочного обучения

Курсовой проект

По дисциплине: "Детали машин и основы конструирования "

На тему: "Расчёт и проектирование механизма подъёма мостового крана"

Выполнил:

студент группы ТЭАз-09

Разумовский А.Н.

Проверил:

доцент Петров Ю.А.

Санкт-Петербург

2013



Исходные данные для расчёта: вариант № 06

Грузоподъемность

Режим работы -л- лёгкий

Высота подъема

Скорость подъема

Скорость передвижения тележки

Графическая часть а и в.

а- механизм подъёма ,общий вид

в- конструкция крюковой подвески



Оглавление

1. Выбор типа подвески. Расчет и выбор каната

2. Выбор крюка по грузоподъемности и режиму работы

3. Расчёт упорного подшипника

4. Расчет гайки

5. Расчет траверсы

6. Расчет блоков

7. Расчет барабана

8. Расчёт узла крепления каната

9. Выбор соединения редуктора с барабаном, расчёт вала

10. Расчет подшипника оси барабана

11. Расчёт и выбор электродвигателя

12. Выбор редуктора

13. Расчет узла соединения редуктора с барабаном

14. Выбор и расчёт муфты соединения электродвигателя с редуктором

15. Расчет и выбор тормоза

Список литературы

Приложение

подвеска подшипник тормоз электродвигатель



1. Выбор типа подвески. Расчет и выбор каната

Кратность полиспаста (1)

где Z - число ветвей, на которых висит груз (в данном случае z=8);

ОПИСАНИЕ УСТРОЙСТВА МЕХАНИЗМА ПОДЪЁМА

Полиспаст, в механизме подъёма, применён для получения выигрыша в силе, который состоит, из системы подвижных и неподвижных блоков, связанных между собой канатом. Поскольку груз при этом висит на нескольких ветвях каната, то усилие в канате уменьшается во столько раз, сколько ветвей каната держат груз. Соответственно требуется канат меньшего диаметра, и как следствие этого, меньшего диаметра и барабан.

В мостовых кранах для обеспечения строго вертикального подъёма груза применяются сдвоенные полиспасты, у которых на барабан наматываются две ветви. (рис. 2)Число ветвей каната, на которых висит груз, зависит от грузоподъёмности крана. Чем больше число ветвей тем меньше усилие в канате, на барабане, а следовательно, меньше диаметр каната и барабана, меньше диаметр вала и размеры подшипников вала. В практике, при грузоподъёмности 25т.рекомендуется принимать 8 ветвей .

Z_б - число ветвей, наматываемых на барабан. Подставляя значения в выше указанную формулу находим кратность полиспаста. j_пл = 4

При использовании полиспаста скорость движения каната будет больше скорости подъёма груза

v_к = j_пл * v_г = 4*0,1=0,4 м/с

длинна одной ветви каната:



Максимальное усилие в канате в точке набегания его на барабан определяется по формуле:

(н) (2)

где - грузоподъемность, кг; - ускорение свободного падения; - число ветвей, на которых весит груз (для полиспаста кратностью ); - КПД подвижного блока для полиспаста с кратностью , - КПД неподвижного блока на подшипниках качения равен 0,98 . n- число таких блоков приходящихся на одну ветвь каната =1.

Канат выбирается по расчетному разрывному усилию, которое определяется по формуле:

(Н) (3)

где - коэффициент запаса прочности каната, принимается равным 5- для легкого режима.

Канат двойной свивки, тип ЛК-Р (ГОСТ 2688-80) выбираю канат 19,5мм усилие на разрыв 167000 Н d_к= 19,5 мм.



2. Выбор крюка по грузоподъемности и режиму работы

В мостовых кранах общего назначения применяют кованные однорогие крюки по ГОСТ 6627-74. По грузоподъёмности и режиму работы я выбираю крюк № 20. тип - Б удлиненный крюк применяется в подвесках ,в которых ось блоков совмещена с траверсой крюка.

D=170мм

S=130мм

b=102мм

h=164мм

d₀= _трап.90*12

d₁= 100мм

d₂= 110мм

L_{тип Б} =820мм

l=250мм

l₁=115мм

рис. 3 .крюк однорогий



3. Расчёт упорного подшипника

Поскольку вращение крюка является только установочным ,то расчёт подшипника ведётся по статической грузоподъемности и определяется по формуле:

(Н) (4)

где =1,2 - динамический коэффициент; - грузоподъемность крана, кг; - ускорение свободного падения.

Для крюков применяются однорядные шариковые упорные подшипники по ГОСТ 6874-75 и выбирается исходя из расчётной нагрузки и диаметра хвостовика крюка. Верхнее кольцо подшипника устанавливается на хвостовик крюка по напряжённой посадке. Нижнее кольцо имеет внутренний диаметр на 0,2 мм больше, чем верхнее, поэтому оно свободно охватывает хвостовик крюка.

Окончательно выбираем подшипники:

№ 8220;

4. Расчёт гайки крюка

Гайка крюка выполняется с уширением нижней части, которая охватывает упорный подшипник. Наименьший диаметр гайки определяется по формуле:



D = 1,8 * d₀ мм. (5)

Где d₀ - диаметр резьбы хвостовика крюка.

D = 1,8*90 = 162 мм

По правилам безопасности стопорение гайки может осуществляться только при помощи планки, которая устанавливается в шлице на торцевой части хвостовика и крепится болтами в тело хвостовика или гайки.

5. Расчет траверсы подвески

Траверса подвески служит для крепления крюка и блоков подвески (рис 2) . В средней своей части траверса имеет прямоугольное сечение с отверстием для хвостовика крюка, концы траверсы имеют круглое сечение для посадки подшипников блоков. Траверсу можно представить как простую балку, работающую на изгиб. Расчёт на прочность следует вести по двум опасным сечениям А-А, В-В, (рис 4.].

Рис.4 схема траверсы



Максимальный изгибающий момент в сечении определяется по формуле:

Н*см (6)

Момент в сечении определяется по формуле:

Н*см (7)

где - грузоподъемность, кг; - ускорение свободного падения; - расчетная длина траверсы. см ; =20 см.

Поскольку величина L неизвестна ,то для предварительного её можно принять по аналогичным типовым подвескам . для четырёх блочной подвески

l=(b+b₂ )/2= (300+460)/2=38 см:

момент в сечении имеет вид

Момент в сечении имеет вид

Н*см

Параметры траверсы определяются проектным расчётом из условия прочности при изгибе



(8)

Где М - момент, действующий в расчётном сечении, Н*см;

W - момент, действующий в расчётном сечении ,см³; -допускаемое напряжение изгиба ,МПа.

Траверса обычно изготавливается из стали 40-45 с пределом выносливости у_-1 =250...260 МПа. Поскольку траверса работает в пульсирующем цикле, то допускаемое напряжение для предварительного расчёта определяем по упрощенной формуле:

(9)

Где = коэффициент , учитывающий конструкцию детали (для валов ,осей и цапф (=2…2.8) я принимаю . = допускаемый коэффициент запаса прочности , для лёгкого режима работы он равен =1,4.

Момент сопротивления в сечении равен

(10)

где - ширина траверсы, предварительно может быть принята равной; (где - наружный диаметр упорного подшипника);



- диаметр отверстия в траверсе, предварительно можно принять

;

- высота траверсы, см.

Исходя из условия прочности необходимая высота траверсы будет равна

подставляя значения в формулу (10) получим

Момент сопротивления в сечении В-В

(11)

см

=10,334 см

см³

Подставляя в формулу (8) соответствующее значение М и W определяют высоту траверсы h и диаметр оси d (последний окончательно уточняется после выбора подшипников блоков).



Принимаем диаметр траверсы при подборе подшипника =100мм

6. Расчет блоков подвески

Допускаемый диаметр блока по центру каната определяется по формуле Госгортехнадзора :

(13)

где - диаметр каната; - коэффициент, учитывающий допустимый перегиб каната на барабане (для мостовых кранов, лёгкого режима работы) и равен 20. с целью унификации окончательный диаметр блока принимается по ряду предпочтительных чисел:160,200,250,320,370,400,500,630,710,800 и 1000 мм. Окончательно принимаем . Каждый блок устанавливается на двух шариковых радиальных подшипниках. Максимальная нагрузка на один подшипник определяется по формуле

(Н) (14)

где - число блоков в подвеке, установленных на траверсе; =1,2 - динамический коэффициент; - коэффициент вращения, при вращении наружного кольца .



Однако в связи с тем, что кран работает с разными грузами , расчёт следует вести по эквивалентной нагрузке , которую с достаточной точностью можно определить по следующей фомуле :

(н) (15)

Где - коэффициент приведения для лёгкого режима он равен 0,6

Требуемая долговечность подшипника L (в млн. оборотов) определяется по формуле:

(16)

где - частота вращения блока, ; - долговечность подшипника в часах, равная 1000 , 3500 и 5000 ч., соответственно для легкого, среднего, тяжелого режимов работы. Частота вращения блоков определяется по формуле :

? 60v_k/рD_бл = 60*0,4/3,14*0,4=19,108 мин^-1

где v_k - скорость каната , м/с; D_бл - диаметр блока, м

Тогда: Расчетная динамическая грузоподъемность подшипника будет равна



(Н) (17)

Где - требуемая долговечность подшипника, мин/об. В свою очередь:

Окончательно выбираем размеры подшипника особо лёгкая серия

Подшипник № 120, , , ,С= 42300 Н

7. Расчёт барабана

По технологии изготовления барабаны могут быть литыми (чугун марок СЧ-15-32, СЧ-28-48, или сталь марок 25Л и 35Л) либо сварными из стальных листов (СтЗ). Сварные барабаны значительно легче литых, но более трудоёмки по изготовлению. Расчётными параметрами барабанов являются: диаметр, длина, и толщина стенки. Диаметр барабанов определяется по той же формуле (13) ,что и диаметр блоков и уточняется по ряду предпочтительных чисел. Для равномерной укладки каната на поверхности барабана наносятся винтовые канавки нормализованного профиля. Я выбрал материал для барабана Ст3. Толщина стенки при предварительном расчёте для стального барабана может быть принята равной по формуле д=1,2d_k=1,2*19,5= 23,4мм (18)

Шаг канавок принимается равным



Диаметр барабана принимается 500 мм.

Длина барабана при использовании сдвоенного полиспаста определяется по следующей формуле

(20)

где - участок для закрепления конца каната, мм; - участок для неприкосновенных витков трения, которые уменьшают нагрузку на элементы крепления каната, мм; - концевая часть барабана, мм; - участок для навивки рабочей ветви каната, мм; - средний гладкий участок барабана, разделяющий левую и правую нагрузки.

Длина рабочего участка барабана определяется по формуле

= средний участок барабана ,разделяющий левую и правую нарезки .

Средняя ненарезаная часть барабана служит не только для разделения левой и правой нарезок, но и для обеспечения нормального набегания каната на барабан. С этой целью длина среднего участка принимается такой, которая должна обеспечить угол ? набегания каната на барабан не более 6⁰ градусов.



И определяется по формуле:

(21)

Где - минимальное расстояние между осью барабана и осью подвески . принимаем =600мм

= 300-2*600*0,0875=195мм

При длине барабана >(3…3,5)D_б стенки барабана следует проверять также на изгиб и кручение. Однако для обеспечения нормальных пропорций барабана такую длину принимать не следует .

> 3*500=1500.

Окончательно принимаем длину 1476мм и диаметр500мм барабана.

8. Расчёт узла крепления каната

В механизмах подъёма мостовых кранов крепление каната на барабане производится при помощи одноболтовых и двухболтовых прижимных планок (рис. 3). Количество планок определяется расчетом. В случае применения одноболтовых планок независимо от расчета их должно быть не менее двух. Они устанавливаются с шагом в 60°.

Как уже указывалось выше, для уменьшения нагрузки на прижимные планки правилами предусматриваются наличие запасных витков трения. С учётом влияния этих витков усилие в канате перед прижимной планкой можно определить по формуле Эйлера:



F_КР = F_MAX /e^fб (H), (22)

F_КР = 32084/2,5=12834 Н

Где е - основание натуральных логарифмов;

f - О.1...0,16 - коэффициент трения каната о барабан;

б - угол обхвата барабана витками трения (при б =Зр; е ^0.1*^3р ?2,5)

рис. 6

С учётом всех сил трения, которые удерживают канат на барабане, усилие в одном болте может быть найдено по формуле:

(23)

Где z=2 - число болтов;f ₁ - коэффициент трения каната о планку (при клиновой канавке планки f₁ = О,24).= 4,096

Обычно при диаметре каната до 12,5 мм принимают болты (шпильки) М12, до 15,5 - болты М16, до 17,5 - болты М20. Принятый болт проверяют на растяжение: приблизительно принимаем бот М22.



где 1,3 коэффициент, учитывающий кручение и изгиб болта; k₃= 1,8 - коэффициент запаса крепления; S_у - площадь сечения болта =3,14*1,1=3,7994 см²; [у_р] = 117 МПа - допускаемое напряжение растяжения для Ст.З.

Окончательно принимаем болт М22.

9. Выбор способа соединения редуктора с барабаном и расчёт вала барабана

Соединение вала барабана с выходным валом редуктора может производиться при помощи зубчатых муфт, допускающих значительную несоосность соединяемых валов . Эти муфты характеризуются высокой надёжностью. Но имеют большие габариты . Поэтому в современных конструкциях механизмов подъёма мостовых кранов для обеспечения компактности широко применяется специальное зубчатое зацепление.

В этом случае конец тихоходного вала редуктора выполнен в виде зубчатого венца, входящего в зацепление с другим венцом, укреплённым непосредственно на барабане. При таком соединении крутящий момент от вала редуктора передаётся через зубчатое соединение прямо на барабан, минуя вал барабана. В этом случае вал превращается в ось, так как не передаёт крутящего момента и работает только на изгиб. Расчётная схема оси барабана представлена на рисунке 7. Нагрузка на ось барабана создаётся усилиями двух ветвей каната, которые наматываются на барабан . Таким образом, суммарная нагрузка на барабан составит: Для пердварительного расчёта длину оси барабана можно принять равной l=L_б+150мм= 1467+150= 1620мм. Нагрузка на барабан ( пренебрегая собственным весом) создаётся усилиями двух ветвей каната - 2F_max.



Поскольку ступицы находятся на разных расстояниях опор (предварительно можно принять l₁=120mm l₂= 200mm, нагрузки на ступицы также не будут одинаковыми . С достаточной для предварительного расчёта точностью их можно принять

Т₁=0,55*2*F_max=35292,4 Н

Т₂=0,45*2*F_max=28875,6 Н

Расчёт оси барабана сводится к определению диаметров цапф d_ц и ступицы d_ст из условия работы оси на изгиб в симметричном цикле :

Где М- изгибающий момент в расчётном сичении ,Н*см;W - момент сопротивления расчетного сечения ,см³;- допускаемое напряжение при симметричном цикле ,МПа. Материал для оси служит сталь 45.предел выносливости =260 МПа. - определяется по формуле.

=260/1,4*2,5=74,285 МПа

Где = коэффициент , учитывающий конструкцию детали (для валов ,осей и цапф (=2…2.8) я принимаю . = допускаемый коэффициент запаса прочности , для лёгкого режима работы он равен =1,4. Наибольший изгибающий момент в сечении под ступицей



где - момент сопротивления этого сечения

Наибольший момент для правой цапфы:

Где =1,5*= 13,64 см

Момент сопротивления сечения цапфы

W_ц=0,1*³= 0,1*8³=51,2 см³

Момент сопротивления сечения ступицы



W_ст=0,1*³= 0,1*8³=75,108 см³

10. Расчёт подшипников оси барабана

Эквивалентная нагрузка на правый подшипник может быть определена по упрощённой формуле:

Н (26)

Где -коэффициент вращения (при вращении внутреннего кольца =1);-динамический коэффициент равен-1,2 ; -коэффициент приведения =0,6

=27925*1*1,2*0,6=20106 Н

Расчётная динамическая грузоподъёмность подшипника определяется по формуле:

(17)

где - долговечность подшипника, мин/об; - эквивалентная нагрузка на подшипник, Н.

Выбираю подшипник по( ГОСТ 5720-75) ; лёгкая серия №1217 ,

D-150мм,d-85мм, в-85мм ,C_o-29000 H, C- 38700 H.

В целях унификации целесообразно оба подшипника принять одинаковыми. Однако левый подшипник должен иметь наружный диаметр, равный диаметру гнезда выходного вала редуктора. Поэтому при выборе редуктора размер, как цапфы, так и подшипника может быть скорректирован.

Поскольку в левом подшипнике вращаются оба кольца , то его можно рассчитать по статической грузоподъёмности;

36243,03*0,6*1,2=26094,94 Н

Выбираю подшипник по( ГОСТ 5720-75) ; лёгкая серия №1217 ,

D-150мм,d-85мм, в-85мм ,C_o-29000 H, C- 38700 H.

11. Расчет и выбор электродвигателя

Статическая мощность при подъеме максимального груза определяется по формуле

где - номинальная грузоподъемность, кг.; - ускорение свободного падения, ; - скорость подъем груза, м/с; - КПД механизма подъема, при предварительном расчете можно принять

В кранах общего назначения расчёт двигателя можно с достаточной точностью вести по эквивалентной нагрузке :



Где = 0,6- коэффициент приведения для лёгкого режима использования .

Выбираем электродвигатель MTВ - 412 - 8, мощность на валу при ПВ = 25 %, мощность 22 кВт, с частотой вращения 715 , максимальный крутящий момент 840 Н*М , маховый момент ротора - 3,0 кг*м².

12. Выбор редуктора

редуктор выбирается по статической мощности, передаточному отношению, частоте вращения вала и режиму работы .

Мощность редуктора определяется по фомуле:

Где коэффициент запаса (для редукторов типа Ц2 )

Передаточое отношение редуктора:

где - расчетное передаточное число; - частота вращения двигателя, ; - частота вращения барабана,

Частота вращения барабана определяется по формуле:



где - скорость подъема груза, м/с; - кратность полиспаста; - диаметр барабана, м

Окончательно выбираем редуктор с передаточным числом 50.94 легкого режима работы, тип редуктора Ц2-500, передаваемой мощности 50кВт.

Частота вращения быстроходного вала 750 ,D_з-330мм.;d₂- 150

13. Расчёт узла соединения редуктора с барабаном

В принятом способе соединения вала редуктора с барабаном крутящий момент передаётся через призонные болты , установленные в отверстия без зазора . В этом случае болты работают на срез , напряжение которого определяется по формуле .

Где -усилие, действующее по окружности установки болтов, Н.(=2М_б/D_окр ,М_б - крутящий момент на барабане ); - число болтов; d = 2,5см диаметр цилиндрической части призонного болта ,- допускаемое напряжение среза, МПа 0,6[у_р], для предварительного расчёта диаметр окружности установки болтов можно принять D_окр= 1.4*D_з, D_з= 330мм диаметр окружности зубчатого венца вала редуктора . D_окр= 1.4*330=462мм.

М_б =

=2*61312.5/0,462=265422 Н

[у_р]=117 МПа

0,6*117=70,2 МПа

14. Выбор и расчёт муфты

Выбираем муфту по расчетному крутящему моменту

где -диаметр барабана ,М; коэффициент запаса =1,3*1,1=1,43 ; -кратность полиспаста; ;

Выбираем муфту с крутящим моментом 550 с диаметром шкива 250 мм

15. Расчет и выбор тормоза

Тормоз устанавливается на быстроходном валу редуктора. Выбираем тормоз по расчетному тормозному моменту



где - коэффициент запаса торможения, равный 1,5; 1,75 и 2 соответственно для легкого, среднего и тяжелого режимов; - передаточное число редуктора; =0,85 - общий КПД механизма подъема.

В крановых механизмах наиболее успешно применяются колодочные тормоза с гидротолкателями, типа ТКТ,ТКП,ТТ и ТКТГ.

Выбираю тормоз ТТ - 250.тормоз колодочный с гидротолкателем. Тормозной момент 400 Н*м ; диаметр тормозного барабана 250мм.



Список использованной литературы

Иванов М.Н. детали машин :Учебник для студентов вузов/Под редакцией В.А. Финогенова - 6-е изд. ,пераб .-М.: Высшая школа,1998.-383с.

Шейнблит А.Е. Курсовое проектирование деталей машин: Учебное пособие .2-е Изд.переработанное и дополненное. -Калининград: Янтар. Сказ,1999.-454с.

Иванов В. Н., Баринова В. С. Выбор и расчеты подшипников качения. М., МВТУ, 1988

"Подшипники качения", справочник. Под редакцией В.Н.Нарышкина. Издательство "Машиностроение".

ГОСТ 2688-80 выбор каната

ГОСТ 6627-74 крюки однорогие

ГОСТ 7817-72 призонные болты



Приложение

Размещено на Allbest.ru