Расчет механизма подъёма груза: "Лебедка"

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГОУ ВПО

Омский государственный аграрный университет

Кафедра деталей машин и инженерной графики

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

по дисциплине «Основы проектирования машин»

Расчет механизма подъёма груза: «Лебедка»

Выполнил: Пушкарев А.С.

Студента ИТС в АПК

Гр.43

Проверил: Редреев Г.В.

г. Омск 2010

1. Расчет механизма подъёма груза

Принципиальная схема механизма подъёма рассматриваемого крана представлена на рис. 1.

Рис. 1 Схема механизма подъёма груза:

1 - редуктор

2 - муфта, выполненная заодно с тормозным шкивом

3 - электродвигатель

4 - тормоз

5 - барабан

Данные для расчета:

Q=20кН;

H=7М;

Vгр=0,16м/с;

ип=2;

пв=40%.

2. Определение натяжения и выбор каната

Наибольшее усилие в канате, набегающем на барабан, при подъёме груза определяется по формуле

F max =

где: Q - грузоподъёмность, кН;

а - количество ветвей, навиваемых на барабан. При данной схеме полиспаста а = 1, для сдвоенного полиспаста а = 2;

збл - КПД блока с учетом жесткости каната; для блока на подшипниках качения збл = 0,98…0,97 , на подшипниках скольжения збл = 0,96…0,95;

uп - кратность полиспаста

F max = =10кН

Условие выполнимости: F max<Q

10<20 выполняется!

Выбор каната производят по разрывному усилию, исходя из расчета на растяжение, а долговечность каната обеспечивается путем соблюдения определенных отношений диаметра барабана и блока, огибаемых канатом, к диаметру каната.

Разрывное усилие каната:

Fразр?FmaxЧs

где: Fmax - наибольшее усилие каната;

s - коэффициент запаса прочности каната, принимаемый по табл. 2 (s=6) (Методичка) Т.к. режим работы 40%,то режим - тяжелый

Fразр?10Ч6

Fразр?60

Из перечисленных ГОСТов на канаты стальные выбирается тип канатов и их диаметр dК, соответствующий величине разрывного усилия (приложение 1).

Выбираем Fразр=60кН,соответственно диаметр каната dк=11мм

3. Расчет барабана

Барабаны, так же как и блоки, в зависимости от условий работы отливают из серого чугуна или стали, или сваривают из стального проката.

Допускаемый диаметр барабана и блоков, измеряемый по центру огибаемого каната, определяется по формуле:

D? еdК

где: е - коэффициент, зависящий от типа грузоподъемной машины и режима ее работы (табл. 3) = 30.

D=11*30=333мм

L0 - полезная длина барабана;

L` - гладкий участок на барабане;

L`` - участок для закрепления каната на барабане;

L```- не нарезанная средняя часть барабана;

L - полная длина барабана.

Длина гладкой концевой части барабана L` может быть определена из следующего соотношения:

L?= (2...3)P

где Р - шаг нарезки = 12,5.

L?= 3*12=36мм

Длина участка для закрепления каната на барабане

L??= Pz к

В этой зависимости zк = 2 … 3 - число витков, необходимых для крепления каната на барабане. под действием огибающего его каната, является сжатие

L??= 3*12=36мм

Полезная длина барабана L0=zP, причем z= zд+zp- суммарное число рабочих и дополнительных неприкосновенных витков. Количество неприкосновенных витков zд=2... 3

Рабочее количество витков каната на барабане

zp=

где: Hmax - максимальная высота подъема груза;

uП - кратность полиспаста;

zp= =13

z=13+2=15

L0 =84*13=936мм

Длина барабана простого полиспастного подвеса определяется по зависимости

L=2L? + L ?? + L0

L=72+36+936=1044мм

Стенки барабана подвергаются совместному действию усилий сжатия, кручения и изгиба.

Основным напряжением, возникающим в теле барабана под действием огибающего его каната, является сжатие

усж= ? [уmax]

где: д - толщина стенки барабана: для барабанов из чугуна д = 0.02D + (6 … 10)мм

д = 0.02*300 + 6=12 мм

[уСЖ] - допускаемое напряжение сжатия материала барабана;

[уСЖ] = 83.3 МПа для Сч 11;

Для барабанов, у которых соотношение L/Dб>3 проводится проверочный расчет на совместное действие изгиба и кручения.

L/Dб=570/300=1,9<3 - не будем производить!

4. Крепление каната на барабане

Любая конструкция крепления конца каната на барабане основана на использовании сил трения. При расчете этих креплений необходимо учитывать уменьшение усилия, действующего на крепление, за счет трения неприкосновенных витков каната, о поверхность барабана.

Чаще всего при однослойной навивке каната на барабан канат крепят при помощи накладок, размеры которых выбирается в зависимости от диаметра каната (см. приложение 4).

После выбора размера накладки необходимо определить количество накладок для крепления каната, задаваясь размерами болта (шпильки) крепления накладки и расчета болта на растяжение:

Z? 4гFзат/рdр [ ур]

где: Z - количество болтов (равное количеству накладок)

г =1.3 - коэффициент, учитывающий напряжения скручивания в материале болта;

dp ? d - 0,94P - расчетный диаметр резьбы;

dp=17,5-0,94*2,5=15,15мм?15мм;

P - шаг резьбы;

[ур]=90МПа -допускаемое напряжение растяжения материала барабана

Fзaт - сила нормального давления накладки на канат (сила, растягивающая болт).

Fзат= Fmax/2fefб

Fmax -наименьшее натяжение в канате (определено при выборе каната)

f - коэффициент трения между канатом и поверхностью барабана,

f= 0.1 - 0.16,

б - угол обхвата канатом барабана в радианах;

б = 2рzк ;

zк - количество витков для крепления каната к барабану.

б=2*3,14*2=12,56мм

Fзат==29,4кН

Z==8

Количество определяемых накладок должно быть не менее двух, несмотря даже на то, что по прочности болта достаточно бывает и одной накладки. Крепежные болты изготавливают из стали СтЗ, 35 и 45, для которых допускаемые напряжения растяжения [ур]Р принимают в соответствие с данными Приложения 3,поэтому Z=2.

5. Определение требуемой мощности электродвигателя

кран барабан электродвигатель

Для привода механизма подъема груза в грузоподъемных машинах применяются: электродвигатели, двигатели внутреннего сгорания гидравлические и пневматические двигатели.

Ручной привод используется крайне редко.

Электродвигатели являются основным видом силового оборудования для стационарных грузоподъемных машин. Его широкое применение

Электродвигатели механизмов подъема выбирают по статической мощности исходя из условия Рдв ? Рст

Pст=Q*v /зо

где: Q - грузоподъемность механизма, Кн

v - скорость подъема груза, м/с

зо - общий КПД механизма подъема (предварительно зо можно принять равным 0,85).

Pст=20*0,15/0,85=3,53кВт

Номинальную мощность выбираемого электродвигателя можно принимать на 10-15% меньше статической, а правильность выбора окончательно проверяют по условиям пуска.

Рдв ? Рст

Рдв=5кВт,при пв=15%

По статической мощности в соответствие с заданным режимом работы выбирают электродвигатель серии МТК и МТ (Приложение 5).

МТК 112-6

Их справочных данных электродвигателей выписываются следующие его характеристики:

а) мощность двигателя Pэл=5 кВт;

б) число оборотов двигателя nдв=895 мин-1;

в) максимальный и пусковой момент или их кратность [ш]=175 Нм;

г) маховой момент электродвигателя [GD2]=0,26 кг.м2 ;

д) массу двигателя m=80 кг.

Для конструктивной разработки механизма подъема необходимы также габаритные и присоединительные размеры электродвигателя.

6. Выбор редуктора

Выбор редуктора производится по таблицам мощностей. Исходными данными для выбора редуктора является следующие параметры:

1. Расчетная мощность или вращающий момент на тихоходном валу.

За расчетную мощность для механизмов подъема принимают мощность при установившемся движении, т.е. Pст [1, с.41]

Вращающий момент

Т=Fmax*Rб=10,1*110=1111Нм=1,1кНм

Принимаем Т=1,3кНм

2. Передаточное число-31,5

3. Режим работы-тяжелый

4. Частота вращения быстроходного вала редуктора.

n=960 мин-1

Передаточное отношение определяется как отношение частоты вращения вала электродвигателя к частоте вращения барабана nб:

up=nэл /nб

up=895/26,05=34,4±3,44

nб= 60vuп / р D

nб= 60*0,15*2/3,14*0,220=26,05м/с

Частота вращения быстроходного вала редуктора должна быть равной частоте вращения вала электродвигателя. По найденным исходным данным определяется типоразмер редуктора (Приложение 6).

Отклонение действительной скорости подъема груза от заданной не должно превышать ±10%. Соответственно, требуемое передаточное число редуктора up не должно отличаться от передаточного числа стандартного редуктора также не более чем на 10%. uб ст

7. Выбор муфт

Для соединения вала электродвигателя с быстроходным валом редуктора чаще всего используют упругие втулочно-пальцевые муфты. Могут также использоваться зубчатые муфты. При этом одна из полумуфт, устанавливаемая на вал редуктора, выполнена заодно с тормозным шкивом. Основные характеристики и размеры муфт приведены в приложении 7.

Муфту подбирают в зависимости от передаваемого вращающего момента и условий работы по формуле [5, с.31]:

[Тм] ? Тр = К1К2К3Тн

где: [Тм] - допустимый вращающий момент, который способна передавать муфта,

Тр - расчетный вращающий момент,

Тн-номинальный передаваемый момент, К1 - коэффициент, учитывающий степень ответственности соединения (для механизмов подъема К1=1,3),

К2 - коэффициент, учитывающий режим работы механизма:

для тяжелого режима - 1,3

К3 - коэффициент углового смещения, учитывающий перекос вала электродвигателя относительно быстроходного вала редуктора.

Для упругих втулочно-пальцевых муфт с тормозным шкивом принимают коэффициент К3=1.

= ==93,7рад-1

Тн= = =0,0376кНм

Тр =1,3*1,3*1*0,0376=0,0635кНм=63,5Нм

Выбираем из приложении МУВП 100:[Тм] ? Тр.

8. Проверка электродвигателя по условиям пуска

Так как электродвигатель в механизме подъема груза работает в режиме неустановившегося движения при максимальных пусковых моментах, то необходимо произвести его проверку по условиям пуска.

Проверка производится по двум критериям:

1) Времени пуска tп . Для механизмов подъема груза tп =

1ч2 с [5, с. 29],

2) Ускорения при пуске а . Для механизмов подъема кранов общего назначения а=0.3-0.6 м/с [5, с.29].

Пусковой момент электродвигателя Тп затрачивается на преодоление статического момента сопротивления груза Тс, приведенного к валу двигателя, и моментов инерции поступательно движущихся масс Тип и вращающихся масс Твп, также приведенных к валу двигателя:

Тп = Тс + Тип + Тив

Для двигателей с короткозамкнутым ротором типа МТК и их модификаций - по формуле

Тп.ср = (0.7ч0.8)Тmax

где Тmax - максимальный момент, развиваемый электродвигателем.

Статический момент сопротивления груза:

Т с= QD/2uП upстз0

где: Q - грузоподъемность крана (лебедки), Н

D - диаметр барабана по центру огибаемого каната, м

uп - кратность полиспаста,

upст - передаточное число выбранного редуктора,

з0 = зпзбзр - общий кпд механизма подъема

здесь - зп,зб,зр -соответственно кпд полиспаста, барабана и редуктора.

Т с=20*220/2*2*31.5*0.85=41,1Нм

G - масса поднимаемого груза, кг.

С - коэффициент, учитывающий влияние масс передаточного механизма; С=1.1-1.25 [1, с.50],

GDp2,GDм 2- соответственно маховые моменты ротора электродвигателя и муфты, кг*м2.

Тп. Ср =0,75 Тmax

Тп. Ср =131,25нМ

Фактическое время пуска, таким образом, определится:

tп=

tп==

0,0111(1,49+13,1)=0,16

9. Выбор и проверка тормоза

Тормоза грузоподъемных машин служат для удержания поднятого груза на весу и обеспечения остановки груза с рекомендуемым замедлением.

Для механизмов подъема груза по правилам Госгортехнадзора тормоз выбирается по расчетному моменту Тт из условия:

Тт ? [Тт]

где: [Тт] - максимальный тормозной момент, обеспечиваемый тормозом.

Тт = в?Тст

где: в - коэффициент запаса торможения, зависящий от режима работы механизма подъема груза =2

Статический момент Тст на тормозном валу с учетом потерь, способствующих удержанию груза:

Тст= QDзo /2uрuП

Тст=20*0.220*0.85/2*2*31.5=0.025кНм=25Нм;

Тт =2*25=50Нм(т.к. режим работы тяжелый = 40% по прил.8-[Тт]=160Нм

ТКТ-200

Выбранный тормоз следует проверить по времени торможения, замедления и тормозного пути.

Момент, обеспечиваемый тормозом, затрачивается на преодоление статического момента груза Тст и моментов инерции поступательного движущегося груза Тпт и вращающихся масс механизма Твт:

Время торможения, обеспечиваемое выбранным тормозом при максимальном моменте, определится:

tТ=

tТ==0,01(0,49+11,13)=0,12

Замедление аТ определяется из выражения:

ат=

ат==0,15с; =0,2с

Тормозной момент, на который должен быть в этом случае отрегулирован тормоз:

=

= = 0,029+4,048+92,737=96,8

ТТ=100

По приложению 8 для тормозов типа ТКТ принимают установочную длину пружины, соответствующую отрегулированному тормозному моменту.

-107мм

~103мм

Тормозной путь при равномерно замедленном движении определяют по формуле:

S=0.5tT=0.5*0.15*1=0.075;

или S===0.075

10. Выбор крюка

Крюки в грузоподъемных машинах применяют для подвешивания к ним груза непосредственно или при помощи различных чалочных устройств. Размеры и форма крюка, а также требования к качеству их изготовления стандартизованы (ГОСТы 2105-75, 6627-74, 6628-73, 12840-73, 6619-75)

Однорогие крюки предназначены для подъема грузов весом от 2,5 до 750 кН, Q=20 кН.

Крюки изготавливают ковкой или штамповкой из мягкой стали 20 по ГОСТ 1050-74, Обрабатывается только хвостовик крюка, на котором нарезается резьба треугольная при номинальной нагрузке на крюк до 100 кН для навинчивания гайки, крепящей крюк к траверсе блочной обоймы. Крюк №10

11. Эскизная компоновка механизма подъема груза

Производим эскизную компоновку механизма подъема груза. Компоновка производится в карандаше, на миллиметровой бумаге формата А1.

Размеры выбранных электродвигателя, редуктора, муфты, тормоза берутся из справочных таблиц соответствующих приложений настоящих методических указаний. Компоновка механизма производится с соблюдений пропорций, в масштабе, достаточном для изображений на листе формата А1 главного вида механизма и вида сверху, а также эскиза узла барабана с необходимыми разрезами, и эскиза плана рамы.

Рама конструируется в виде прямоугольной сварной конструкции из уголков и швеллеров необходимого сечения ( Приложение 10). Профиль рамы выбирается из условия обеспечения жесткости рамы и условия поместимости болтов на полках профилей.

Литература

1. Руденко Н.Ф. и др. Курсовое проектирование грузоподъемных машин. М.: Машиностроение, 1971. - 464с.

2. Павлов Н.Г. Пример расчета кранов. 4-е изд. Л.: Машиностроение, 1976. - 319 с.

3. Кузьмин А.В., Марон Ф.Л. Справочник по расчетам механизмов подъемно-транспортных машин. 2-е изд. Минск: Высшая школа, 1983. - 350 с.

4. Александров М.П. Подъемно-транспортные машины. - М.: Высшая школа, 1985. - 520 с.

5. Ерохин М.Н., Карп А.В., Выскребенцев Н.А. и др. Проектирование и расчет подъемно-транспортирующих машин сельскохозяйственного назначения. - М.: Колос, 1999. - 228 с.

6. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин. - М.: Высш.шк., 1998. - 470 с.

Размещено на Allbest.ru