Размещено на http://www.allbest.ru/

Санкт-Петербургский государственный политехнический университет

Механико-машиностроительный факультет

Кафедра "Транспортные и технологические системы"

Курсовой проект

по дисциплине "Прикладная механика"

Проектирование консольного крана

Студент гр.3038/1

Юдина Н.

Руководитель

Манжула К.П.

Санкт-Петербург 2005 год

Оглавление

Введение

1. Исходные данные к работе

2. Расчет механизма подъема

2.1 Выбор полиспаста и расчет каната

2.2 Определение размеров блоков и барабана

2.3 Определение усилий в канате в месте его крепления к барабану

2.4 Подбор болтов крепления прижимной планки

2.5 Расчет оси барабана

2.6 Расчет барабана на прочность

2.7 Подбор подшипников для опор C и D

2.8 Подбор двигателя

2.9 Подбор редуктора

2.10 Подбор тормоза

2.11 Подбор муфты для соединения вала двигателя с валом редуктора

2.12 Проверка двигателя на время пуска

2.13 Проверка тормоза на время торможения

3. Расчет механизма передвижения крановой тележки

3.1 Предварительное определение массы тележки

3.2 Расчет ходовых колес крановой тележки

3.3 Определение сил сопротивления передвижению тележки

3.4 Подбор двигателя

3.5 Подбор редуктора

3.6 Подбор муфты для соединения вала двигателя с валом редуктора

3.7 Подбор тормоза

3.8 Проверка двигателя на время разгона

3.9 Проверка двигателя на кратковременную перегрузку

3.10 Подбор зубчатых муфт механизма передвижения

Список литературы

Введение

Объектом проектирования является консольный кран, предназначенный для перемещения грузов.

Целью задания является расчет и проектирование механизмов подъема и передвижения тележки, а также отдельных узлов механизмов.

1. Исходные данные к работе

Рассчитываемый кран предназначен для общей эксплуатации. Схема крана приведена на рисунке 1.

Рис. 1

Таблица 1. Параметры козлового крана

Параметры
Q, т	h, м	L, м	А, м		Род тока
3,2	5	7	5		переменный

Где Q - грузоподъемность кран,

h - высота подъема,

L - пролет крана.

Таблица 2. Характеристики механизмов

Наименование механизма	Группа режима работы	ПВ, %	Скорость, м/мин
Механизм подъема	5 М	40	16
Механизм передвижения тележки	4 М	25	24

2. Расчет механизма подъема

Принимаем схему механизма подъема в соответствии с рис.2.

Рис.2. Схема механизма подъема: 1-барабан; 2-редуктор; 3-двигатель; 4-муфта; 5-опора

2.1 Выбор полиспаста и расчет каната

крановый двигатель редуктор муфта

Для кранов мостового типа необходимо использовать сдвоенный полиспаст, поэтому принимаем количество полиспастов а=2 и кратность полиспаста m=2.

КПД полиспаста найдем по формуле [2]

где бл - КПД блока, бл=0,98 [2]

Усилие в набегающем канате:

,

где Q - Грузоподъемность крана, кг;

m - кратность полиспаста;

а - количество полиспастов;

зп - КПД полиспаста [2]

Расчетное разрывное усилие в канате при максимальной нагрузке

где - наибольшее натяжение в канате, принимаем ==7,9кН;

- коэффициент запаса прочности, зависящий от режима работы, принимаем =7,1. [2]

Определим по формуле :

кН

Принимаем канат двойной свивки типа ЛК-Р конструкции 6х 19 диаметром d=9,7 мм, имеющий при маркировочной группе проволок 1568 МПа разрывное усилие =56,1 кН. по ГОСТ 2688 - 80:

2.2 Определение размеров блоков и барабана

С целью ограничения в канате напряжений от изгиба при его выборе должно быть соблюдено соотношение между диаметром выбранного каната и диаметром блоков и барабана:

,

,

где d - диаметр каната;

- диаметр блоков;

- диаметр барабана;

- диаметр уравнительного блока;

- коэффициент, принимаемый по нормам Госгортехнадзора для блока;

- коэффициент, принимаемый по нормам Госгортехнадзора для барабана;

- коэффициент, принимаемый по нормам Госгортехнадзора для уравнительного блока.

Принимаем =25 для режима 5М, тогда диаметр блоков:

.

Принимаем =22,4 для режима 5М, тогда диаметр барабана:

Принимаем =16 для режима 5М, тогда диаметр блоков:

Длина каната навиваемого на барабан с одного полиспаста при z1=2 и z2=3

,

где h - высота подъема,

Dбар - диаметр барабана по впадинам,

m - кратность полиспаста,

z1 - число запасных витков,

z2 - число витков каната, находящихся под зажимным устройством.

Рабочая длина барабана

,

где t - шаг навивки, [2]

t = 16 мм

i - число слоев навивки,

- коэффициент неплотности навивки.

Принимаем =1, так как барабан нарезной. [2]

Полная длина барабана:

,

где a=0,160 м - длина гладкого среднего участка барабана, равного ширине подвески,

b=0,03 м - длина гладкого концевого участка барабана.

2.3 Определение усилий в канате в месте его крепления к барабану

,

где Sк =7,9 кН усилие в канате;

f - минимальный коэффициент трения между канатом и поверхностью барабана f = 0,16;

1 = 22 = 4

- минимальный угол обхвата барабана неприкосновенными витками.

;

Сила, растягивающая один болт:

,

где z - число болтов, z=2;

f1 - приведенный коэффициент трения между канатом и планкой с трапецеидальной канавкой

;

= 40 - угол наклона боковой грани зажимной канавки на планке;

= 2 - угол обхвата барабана одним витком каната.

;

2.4 Подбор болтов крепления прижимной планки

• Рис. 3. Схема крепления каната на барабане накладкой
• ,
• где сумм - суммарные усилия в одном болте;
• k - запас надежности крепления каната к барабану, k=1,7;
• d1 - внутренний диаметр резьбы болта;
• l = 30 мм - плечо изгиба болта;
• [р] - допускаемое напряжение на растяжение болта [р] = 200 МПа для стали Ст 35.
• Выберем болт два болта М 12 ГОСТ 7805-70.
• , условие прочности выполняется.

2.5. Расчет оси барабана

Рис. 4

Рис. 5

RA=RB=Sk=7,9 кH

Рис. 6

• Реакции в опорах C и D находятся их уравнений моментов:
• RD=7,33 кН
• RC=8,46 кН
• Определение изгибающих моментов:
• Первый участок оси: 0 х 0,100 м
• Второй участок оси: 0 х 0,550 м
• Третий участок оси: 0 х 0,050 м
• Диаметр оси барабана:
• ,
• где Мmax - максимальный изгибающий момент,
• =300 МПа для стали 45;
• , принимаем диаметр оси dоси=30мм
• Проверка оси барабана на изгиб:
• ,
• где - напряжение изгиба в оси барабана; []=300МПа
• , условие проверки выполняется.

2.6 Расчет барабана на прочность

Выбираем материал для изготовления барабана сталь ВМСт 3сп. Толщина стенки барабана:

,

где Sк - натяжение каната;

t = 16 мм - наг навивки каната;

[]-допускаемое напряжение в стенке барабана, []=130МПа для режима 5М. [3]

• Конструктивно принимаем =4 мм.

2.7 Подбор подшипников для опор C и D

Так как оба кольца подшипника в опоре С вращаются с одинаковой скоростью и неподвижны друг относительно друга, то подшипник подбирается по статической грузоподъемности при условии, что С 0 Рстат 1,

где С 0 - статическая грузоподъемность подшипника.

Эквивалентная нагрузка:

,

где х 0 - коэффициент радиальной статической нагрузки, для роликовых подшипников х 0 = 1

Выбираем для оси шариковый радиальный сферический двухрядный подшипник легкой серии, с внутренним диаметром , внешним диаметром и статической грузоподъемностью .

Подшипник 1307 ГОСТ 5720-75. [8]

• Подбор подшипника для опоры D проводим по динамической грузоподъемности при условии, что СDC,
• где С - динамическая грузоподъемность подшипника.
• Эквивалентная нагрузка:
• ,
• где х - коэффициент радиальной нагрузки, для роликовых подшипников х = 1; коэффициент, учитывающий вращение колец, для случая вращения внутреннего колеса V=1;
• kt = 1 - температурный коэффициент;
• k - коэффициент условий работы,
• k = 1,2 для механизмов подъема.
• Динамическая грузоподъемность для роликового подшипника:
• ,
• где n - число оборотов барабана,
• Ln - ресурс подшипника, Ln=10000ч.
• Выбираем для оси шариковый радиальный сферический двухрядный подшипник легкой серии, с внутренним диаметром , внешним диаметром и динамической грузоподъемностью .
• Подшипник 1309 ГОСТ 5720-75. [8]

2.8 Подбор двигателя

Двигатель выбирается по статической мощности:

,

где V - скорость подъема груза, V=0,266 м/c;

мех - КПД механизма подъема, мех = 0,95;

Выбираем двигатель переменного тока MTKF 311-6 с короткозамкнутым ротором с номинальной мощностью 11кВт при ПВ=40%, с nдв=910 об/мин Jp=0,212 кгм 2 [1]

2.9 Подбор редуктора

Выбор редуктора осуществляется по передаточному числу u механизма при номинальной частоте вращения двигателя nдв и барабана nб, об/мин, диаметром D, м.

Частота вращения барабана:

Общее передаточное число механизма:

Расчетный вращающий момент редуктора на тихоходном валу:

,

где m - кратность полиспаста.

Мощность редуктора:

.

где - КПД редуктора равный 80%.

Выбираем редуктор Ц 2-300 с uр=20 и Мтих = 3,8 кНм. [3]

2.10 Подбор тормоза

Определим тормозной момент Мт:

,

где kт - коэффициент запаса торможения;

kт= 2 - для режима работы 5М, отсюда:

Выбираем тормоз ТКГ-200 с Мт=300 Нм., так как при выборе тормоза серии ТКТ с соответствующим моментом, он у нас не помещается в заданные габариты. Выбранный тормоз регулируем до необходимого тормозного момента (тормоз допускает регулировку тормозного момента 30%).

2.11 Подбор муфты для соединения вала двигателя с валом редуктора

Выбираем втулочно-пальцевую муфту с тормозным шкивом (по ОСТ 24.848.03-79):

Мк= kМн=k1k2k3Mн,

где - номинальный момент двигателя;



k1-коэффициент, учитывающий степень ответственности соединения, k1=1,8;

k2 - коэффициент режима работы, k2=1,2;

k3 - коэффициент углового смещения, k3=1;

Мк=1,81,21115,4=249,26 Нм;

Выберем муфту по ОСТ 24.848.03-79: муфта втулочно-пальцевая с тормозными шкивами - Мк=500 Н . м. Диаметр тормозного шкива муфты Dт=200 мм.

2.12 Проверка двигателя на время пуска

Проверим двигатель на время пуска: время пуска должно быть не менее 1-2 с. [3]

,

где V - скорость подъема;

мех = 0,9 - общий КПД механизма подъема;

Jр и Jм - моменты инерции ротора двигателя и муфты;

- средний пусковой момент двигателя;

,

где - номинальный момент двигателя;

=1,5-значение кратности среднего пускового момента двигателя

tп - удовлетворяет условию проверки.

2.13 Проверка тормоза на время торможения

Время торможения должно составлять 12 с. [3]

,

где Jр и Jм - моменты инерции ротора двигателя и муфты;

nдв- число оборотов вала двигателя в минуту, nдв=910 об/мин;

Q-грузоподъемность крана, Q=3,2 т;

V-скорость подъема груза, V=0,266 м/с;

мех- к.п.д. механизма подъема, мех=0,95;

Мт - тормозной момент, Мт= 249,26 Нм;

Dбар- диаметр барабана, Dбар=220 мм;

m - кратность полиспаста, m=2;

u - передаточное число редуктора, u =20.

с

Проверка выполняется, следовательно, тормоз выбран правильно.

3. Расчет механизма передвижения крановой тележки

3.1 Предварительное определение массы тележки

Предварительная масса крановой тележки определяется:

т,

где mт - масса тележки, т;

Q - грузоподъемность крана, т.

3.2 Расчет ходовых колес крановой тележки

Максимальная статическая нагрузка на тележку:

,

где mт - масса тележки, кг;

mгр - масса груза, кг.

Максимальная нагрузка на одно колесо:

.

Тогда диаметр колеса Dк=200 мм и тип рельса Рельс P24 ГОСТ 6368-82. [3] Марка материала колеса сталь 55ЛII по ГОСТ 977-75 с допускаемым контактным напряжением [кон]=600 МПа.

При точечном контакте, когда колесо катиться по крановому рельсу, контактные напряжения в ободе, МПа:

,

где 2 = 400 при стальном колесе;

kт = 1- коэффициент толчков, [3]

P - нагрузка на рельс одного колеса;

Dк - диаметр колеса;

R=200 - радиус закругления головки рельса, мм;

[кон] - допускаемые контактные напряжения сжатия в ободе колеса, МПа.

МПа

3.3 Определение сил сопротивления передвижению тележки

Сопротивление передвижению тележки Wс состоит из сопротивления от трения в ходовых частях Wтр, от уклона пути на Wу на угол , от ветровой нагрузки Рв.

Сопротивление от трения в ходовых частях:

,

где Dк - диаметр колеса;

dц - диаметр цапфы колеса,

dц = 50 мм; [3]

ц - коэффициент трения подшипников, приведенный к цапфе колеса, принимаем ц=0,015, [3]

f = 0,4мм- коэффициент трения качения; [3]

kp - коэффициент, учитывающий трение реборд и ступиц колес. При использовании токопровода с помощью гибкого кабеля, kp=2. [3]

Сопротивление движению от уклона пути:

,

а при малых углах справедлива формула:

,

где - уклон пути. Для тележек на мосту крана принимают равным 0,003. [3]

Максимальное сопротивление движению от ветровой нагрузки Рв.II = pвF,

где рв - давление ветра на заданной высоте;

F - наветренная площадь, зависящая от массы перемещаемого груза.

Для массы 5 т F = 5,6 мІ . [2]

,

где q =250Па - динамическое давление ветра на высоте 10 м; [2]

k =1,1 - поправочный коэффициент высоты;

с - коэффициент аэродинамической силы, для тележек принимают 1,2; [2]

n - коэффициент перегрузки, для рабочего состояния n = 1.

Максимальное сопротивление от ветровой нагрузки будет:

Средняя нагрузка ветра рабочего состояния:

Итак, сила сопротивления движению тележки:

3.4 Подбор двигателя

Двигатель выбирается по статической мощности:

,

где Wc - сила сопротивления движению тележки;

V =0,4 - номинальная скорость движения тележки, м/с;

=0,85 - КПД механизма. [3]

Вычислим динамическую нагрузку двигателя:

, [3]

где - значение кратности среднего пускового момента, равна 1,5. [2]

, [2]

где tр - время разгона тележки до номинальной скорости, примем tр=5

Выбираем двигатель переменного тока MTF 011-6 с фазовым ротором номинальной мощностью 1,7 кВт при ПВ=25%, с nдв=850 об/мин Jp=0,021 кгм 2 [2]

3.5 Подбор редуктора

Выбор редуктора осуществляется по передаточному числу u механизма при номинальной частоте вращения двигателя nдв и мощности N.

Частота вращения колеса:

Общее передаточное число механизма:

принимаем u=25.

Номинальная мощность:

Nном = 0,5кВт

Выбираем редуктор ВКУ-400M с u=25, N=1,4 кВт и nб=750 об/мин. [7]

3.6 Подбор муфты для соединения вала двигателя с валом редуктора

Выбираем втулочно-пальцевую муфту с тормозным шкивом (по ОСТ 24.848.03-79)

Мр= k Мн=k1k2k3Mн,

где Мн - номинальный момент двигателя;

k1-коэффициент, учитывающий степень ответственности соединения, k1=1,3;

k2 - коэффициент режима работы, k2=1,1;

k3 - коэффициент углового смещения, k3=1;

Мр=1,31,1119,1=27,3 Нм;

Выберем муфту по ОСТ 24.848.03-79: муфта втулочно-пальцевая с тормозными шкивами - Мр=50Нм. [7]

Диаметр тормозного шкива муфты Dт=100 мм.

3.7 Подбор тормоза

Выбор тормоза осуществляется по тормозному моменту. Тормозной момент на валу двигателя при движении по ветру под уклон по прямой:

где - по формуле для сопротивления от трения в ходовых частях при ,

- максимальная ветровая нагрузка в рабочем состоянии крана, ,

- номинальная частота вращения двигателя,

- моменты инерции ротора двигателя и соединительных муфт на валу двигателя,

[2] [6]

- время торможения, для тележек tm=3c.

Выбираем Тормоз ТКТ-100 с тормозным моментом . [3]

3.8 Проверка двигателя на время разгона

Проверим двигатель на время разгона tp тележки до номинальной скорости вверх по уклону против ветра:

где nдв=850 об/мин номинальная частота вращения двигателя;

Jp=0,021, Jм=0,22 - моменты инерции ротора и соединительных муфт на валу двигателя, кгм 2;

- средний пусковой момент двигателя;

Мн - номинальный момент двигателя;

- значение кратности среднего пускового момента двигателя, для двигателей с параллельным возбуждением =1,5.

3.9 Проверка двигателя на кратковременную перегрузку

Проверим двигатель на кратковременную перегрузку при возросших статических сопротивлениях в условиях установившегося движения

,

где Мдвmax = 39 Нм - максимальный момент двигателя.

, условие проверки выполняется, следовательно, двигатель выбран правильно.

3.10 Подбор зубчатых муфт механизма передвижения

Венец подбирают по крутящему моменту Мзм, который они передают.

,

где u - передаточное число редуктора u=25.

Выбираем зубчатый венец с разъемной обоймой (по ГОСТ 5006-55) с Мзм=1000Нм. [3]

• Список литературы

Александров М.П. Подъемно-транспортные машины.- М.: Высшая школа, 1979.

Гохберг М.М. Справочник по кранам. Т. 1.- Л.: Машиностроение, 1988.

Гохберг М.М. Справочник по кранам. Т. 2.- Л.: Машиностроение, 1988.

Казак С.А. Курсовое проектирование грузоподъемных машин.- М.: Высшая школа, 1989.

Копылов И.П. Справочник по электрическим машинам. Т. 2.- М.: Энергоатомиздат, 1989.

Кузьмин А.В. Справочник по расчетам механизмов подъемно-транспортных машин / А.В. Кузьмин, Ф.Л. Марон.- Минск: Высшая школа, 1983.

Решетов А.Н. Атлас конструкций деталей машин.- М.: Машиностроение, 1984.

Перель Л.Я. Подшипники качения: Расчет, проектирование и обслуживание опор: Справочник - М.: Машиностроение, 1983.

Размещено на Allbest.ru