Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования

«Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

Кафедра «МАТЕРИАЛОВ, ТЕХНОЛОГИЙ И КОНСТРУИРОВАНИЯ МАШИН»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине

«Подъемно транспортные машины и механизмы»ПТМ - 12.00.00.ПЗ

ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕХАНИЗМА ТЕЛЕЖКИ МОСТОВОГО КРАНА

Выполнил: студент гр. МАППз-12, ХТФ

Ширинкина Д. А.

Проверил: преподаватель

Лосева М. А.

Пермь 2017

Содержание

• Задание
• 1. Выбор полиспаста и составление кинематической схемы
• 2. Выбор каната
• 3. Выбор крюка и крюковой подвески
• 4. Расчёт барабана
• 4.1 Определение диаметра барабана
• 4.2 Выбор параметров винтовой нарезки
• 4.3 Определение длины барабана
• 4.4 Определение толщины стенки и расчет прочности барабана
• 4.5 Расчет узла крепления каната к барабану
• 5.Выбор двигателя механизма
• 6. Выбор редуктора и уточнение фактической скорости подъёма груза
• 6.1 Общее передаточное число механизма
• 6.2 Расчётная мощность редуктора
• 7. Выбор тормоза и муфты
• 7.1 Выбор тормоза
• 7.2 Выбор муфты
• 8. Проверка тормоза по времени торможения, ускорению и пути торможения
• 9. Проверка тормоза по времени торможения, ускорению и пути торможения
• 10. Проверка двигателя на пусковой момент по времени пуска и остановки
• 11. Проверка двигателя на нагрев по среднеквадратичному моменту
• Список используемой литературы
• Задание

Наименование параметра	Ед. измер.	Обозначение	Значение
Грузоподъёмность	Т	Q	6.3
Высота подъёма груза	м	H	6.3
Скорость подъёма груза	м/мин	V	10
Режим работы механизма подъема группа режима работы класс нагружения		M В	4 3

• Спроектировать механизм подъёма тележки мостового крана.
• Графическая часть: компоновочный чертёж механизма подъёма
• барабан редуктор тормоз двигатель

1. Выбор полиспаста и составление кинематической схемы

По таблице 2.2 ([1], с. 55) для мостового крана, грузоподъёмностью до 8 тонн, выбираем сдвоенный полиспаст, для того, чтобы груз поднимался строго вертикально.

U_п - кратность полиспаста, U_п=2;

z_п - число полиспастов в системе, z_п=2.

Предварительная кинематическая схема механизма подъема тележки мостового крана.

Рис 1. Предварительная кинематическая схема механизма подъема тележки мостового крана: 1. Крюковая подвеска.2 Уравновешивающий блок.3. Барабан.4. Муфта.5. Редуктор.6. Тормоз, совмещённый с муфтой.7. Электродвигатель.



2. Выбор каната

В соответствии с требованиями РОСТЕХНАДЗОРА канат выбираем по условию:

F_разр > K·F_max ,

где F_разр - разрывное усилие каната, (Н);

К - коэффициент запаса прочности каната. Так как по табл. 1.9 ([1], с. 10) продолжительность включения ПВ = 25%, то по табл. 2.3 ([1], с. 55) для машинного привода механизма и среднего режима работы выбираем: К = 5,5;

F_max - максимальное усилие, действующее на канат, без учёта динамических нагрузок:

F_max = F_б ,

где F_б - натяжение ветви каната, набегающей на барабан при подъеме груза (Н);

,

где Q - номинальная грузоподъемность крана (т); Q=6,3 т;

ускорение свободного падения (м/с²): м/с²;

Q_п - масса крюковой подвески (т):

Q_п = (0,01 - 0,03)·Q = (0,01 - 0,03)·6,3 = 0,063…0,189;

Принимаем Q_п = 0,12 т;

z_п - число полиспастов, z_п = 2;

U_п - кратность полиспаста, U_п = 2;

з_п - КПД полиспаста:

,

где з_б - КПД блока. Выбираем по табл. 2.1 ([1], с. 54) для подшипников качения с нормальной смазкой, з_б = 0,98;

;

з_обⁿ - КПД обводных блоков, т.к. обводные блоки отсутствуют: з_обⁿ = 1

n - число обводных блоков;

Н

Расчетное разрывное усилие каната (Н):

Н

По разрывному усилию, в соответствии с табл. 2.5 ([1], с. 57) и табл. III.1.1 ([1], с. 277) выбираем канат: канат двойной свивки типа ЛК-Р, конструкции 6x19(1+6+6/6)+1о.с. по ГОСТ 2688-80

F_разр= 89000 Н > F ^/_разр= 87472,5 Н

d_к=13 мм, при маркированной группе 1764 МПа. Ориентировочная масса 1000 м смазанного каната М=596,6 кг.

Согласно табл. 2.4 ([1], с. 56) канат обозначается: стальной канат диаметром 13 мм, грузовой (Г), изготовленного из материала марки 1, с правой свивкой прядей, крестовой свивкой элементов каната, из проволок маркировочной группы 1764 МПа, по ГОСТ 2688-80:

КАНАТ - 13 - Г - 1 - 1764 ГОСТ 2688-80.

Фактический коэф. запаса прочности каната:

;

Условие прочности выполняется.

3. Выбор крюка и крюковой подвески

Выбор крюка:

по табл. III.2.4 ([1], с. 297) для режима работы М (В), Q=6.3 т и машинным приводом выбираем однорогий крюк №14 по ГОСТ 6627-74.

Выбор крюковой подвески:

по табл. III.2.5 ([1], с. 298) в соответствии полиспасту U_п=2, z_п=2, грузоподъёмности Q=6.3 т и режиму работы М (С), выбираем подвеску: тип 1, грузоподъёмность 8т и диаметре каната 14 мм, режим работы - ,средний.

d_блока=400 мм,

d_к - жёлоб блока под канат, d_к=14мм;

b - расстояние между центрами блоков b=225 мм.

m - масса подвески m=106 кг.

Подвеска крюковая ПК-8-1-400-14 ГОСТ 6627-74

4. Расчёт барабана

4.1 Определение диаметра барабана

В соответствии с требованиями РОСТЕХНАДЗОРА диаметр по средней линии навивки стального каната на барабан:

D ? e•d_к ,

где d_к - диаметр каната (мм:), d_к =13;

e - коэффициент, зависящий от типа машины, привода механизма и режима работы. По табл. 2.7 ([1], с. 59) для мостового крана с машинным приводом при среднем режиме работы: e = 25.

D = 25•13 = 325 мм => Примем D = 325мм.

4.2 Выбор параметров винтовой нарезки

Рисунок 2 - Профиль канавок на барабане

По табл. 2.8 ([1], с. 60) выбираем размеры профиля канавок барабана при диаметре каната d_к = 13 мм:

t - шаг витка, t = 15 мм;

h - глубина канавки, h = 4 мм;

r - радиус канавки, r = 7 мм;

D - диаметр барабана по средней линии навивки;

D_б - диаметр барабана по дну канавки (мм):

D_б = D - d_к ;

D_б = 325 - 13 = 312 мм ? 310 мм.

4.3 Определение длины барабана

Рисунок 3 - Вид барабана для сдвоенного полиспаста.

Полная длина барабана для сдвоенного полиспаста:

L_б = 2L^'_б + l,

где L^'_б - длина нарезанной части барабана для намотки каната с одного полиспаста:

L^'_б = z•t ,

где t - шаг витков (t=15мм); z - число витков каната:



,

где Н - номинальная высота подъема, Н = 6,3 м;

U_п - кратность полиспаста, U_п = 2;

z₁ - число запасных (несматываемых) витков каната перед узлом крепления каната к барабану (для уменьшения силы, действующей на узел крепления каната к барабану), z₁ =1,5 - 2 витка, примем z₁ = 2;

z₂ - число витков, необходимое для размещения узла крепления каната к барабану, z₂ = 3 - 4 витка, примем z₂ = 4.

Принимаем z = 19.

L^'_б = 19•15 = 285 мм

L_б = 2•L^'_б + l

L_б = 2•285 + 225 = 795 мм,

где l - длина средней (ненарезанной) части барабана, l = b = 225 мм

Принимаем L_б = 800 мм.

Барабан канатный БК-325

4.4 Определение толщины стенки и расчет прочности барабана

Т.к. барабан из стали и литой, то толщину стенки барабана определяем по формуле:

д = 0,01D_б + 3 = 0,01•310 + 3 = 6,1 мм, принимаем толщину стенки барабана д = 12 мм.

Материал барабана по табл. 5.2 ([2], с. 75):

Принимаем в качестве материала барабана Сталь 35Л: у_Т = 280 МПа,

[у_сж] = 140 МПа ([у_сж] = 0,5•у_Т)

L_б /D_б = 800 /310 = 2,58 < 3 - т.е. при проверке барабана на прочность учитываем только напряжение сжатия (МПа):

где напряжение сжатия в стенке барабана (МПа);

допустимое напряжение сжатия (МПа);

коэффициент второй и последующей навивки;

где предельное напряжение (МПа);

коэффициент запаса прочности

= 1,5-2,0 - для стали, примем = 2

Условие выполняется.

4.5 Расчет узла крепления каната к барабану

В данном случае используем крепление каната двуболтовую накладку с трапецеидальной канавкой.

Рисунок 4 - Узел крепления каната двуболтовую накладку с трапецеидальной канавкой.

Натяжение каната в месте крепления на барабане (Н):

,

где F_б - натяжение ветви каната;

коэффициент трения между канатом и барабаном 0,1…0,16, примем 0,13;

угол обхвата барабана запасными витками каната 3р…4р (рад), примем 4р, т.к. z₁=2;

Н

При креплении конца каната на барабане накладкой сила, растягивающая один болт (Н):

где z - число болтов в накладке, z =2;

угол обхвата барабана витком крепления каната (рад), ;

приведенный коэффициент трения между канатом и канавой накладки с трапецеидальным сечением канавки:

,

где угол наклона боковой грани канавки (град).

Н

Изгибающая сила, действующая на болт (Н):

Н

Суммарное напряжение в каждом болте (Па):

где допускаемое напряжение на растяжение материала болта (Па), ;

коэффициент запаса надежности крепления каната, ;

1,3 - коэффициент напряжения кручению.

расстояние от головки винта до барабана (м),

Принимаем .

Принимаем БОЛТ М10х30 ГОСТ 7805-70. Материал болта - ВСт3;

- внутренний диаметр резьбы болта (м),

По табл. 6.10 и 6.12 ([2], с. 115) - предельное напряжение.

Прочность болта достаточна, условие выполняется5.Выбор двигателя механизма

Номинальная мощность двигателя (кВт):

где - номинальная мощность двигателя при данном режиме работы;

- статическая мощность механизма при постоянном режиме работы:

, где

где Q - номинальная грузоподъемность крана (т); Q=6.3 т;

Q_п = m - масса крюковой подвески, Q_п= 106 кг;

ускорение свободного падения (м/с²), м/с²;

скорость подъема груза (м/с),

- общий КПД:



где КПД редуктора, по табл. 5.1 ([1], с.127) для двухступенчатого редуктора на подшипниках качения ;

КПД муфты, для упругих компенсирующих муфт

КПД полиспаста ;

КПД барабана, табл. 1.18 ([1], с.23) для барабана, для стальных канатов, на подшипниках качения примем

По таблице III.3.7 ([1], с.315) выбираем крановый электродвигатель MTКF 211-6 с короткозамкнутым ротором 50Гц, 220/380 500В для среднего режима работы (ПВ=25%) ближайший в ряду двигатель:

= 9 кВт - мощность на валу;

n = 840 об/мин - частота вращения;

Т_max = 210 Н•м - максимальный пусковой момент двигателя;

J_p = 0,11 кг•м² - момент инерции ротора;

m = 110 кг - масса двигателя.

5.Выбор двигателя механизма

Номинальная мощность двигателя (кВт):

где - номинальная мощность двигателя при данном режиме работы;

- статическая мощность механизма при постоянном режиме работы:

,

где Q - номинальная грузоподъемность крана (т); Q=6,3 т;

Q_п = m - масса крюковой подвески, Q_п= 106 кг;

ускорение свободного падения (м/с²), м/с²;

скорость подъема груза (м/с),

м/с

- общий КПД:

где КПД редуктора, по табл. 5.1 ([1], с.127) для двухступенчатого редуктора на подшипниках качения ;

КПД муфты, для упругих компенсирующих муфт

КПД полиспаста ;

КПД барабана, табл. 1.18 ([1], с.23) для барабана, для стальных канатов, на подшипниках качения примем

кВт

кВт

По таблице III.3.7 ([1], с.315) выбираем крановый электродвигатель MTKF 211-6 У1 ГОСТ 185-70 с короткозамкнутым ротором 50Гц, 220/380 500В для среднего режима работы (ПВ=25%) ближайший в ряду двигатель:

= 9 кВт - мощность на валу;

n = 840 об/мин - частота вращения;

Т_max = 220 Н•м - максимальный пусковой момент двигателя;

J_p = 0,11 кг•м² - момент инерции ротора;

m = 110 кг - масса двигателя.

d=40 мм



6. Выбор редуктора и уточнение фактической скорости подъёма груза

6.1 Общее передаточное число механизма

Передаточное число механизма

Частота вращения барабана

об/мин

6.2 Расчётная мощность редуктора

Расчётная мощность редуктора определяется по формуле

Р_р = К_р•Р_ст.

К_р - коэффициент, учитывающий условия работы редуктора для приводов механизма подъёма крана К_р = 2,2 (стр.40)

Р_р = 2,2 • 9 = 19,8 кВт

По таблице III.4.2 выбираем:

Редуктор цилиндрический двухступенчатый крановый типоразмера
Ц2-400: U_ф = 41,34, Р_{быстр. в.} = 23,2 кВт

Ц2-400-41,34-11-М-У1

Отклонение передаточного числа редуктора от расчётного:

Фактическая скорость груза:

гдеn^ф_б - фактическая скорость барабана

об/мин

где U_ф - передаточное число редуктора = 41,34

м/с

6.3 Выбор муфты для соединения барабана с редуктором

Номинальный момент муфты:

Т_м. ? Т_{м. расч.}

где: Т_{м. расч.} - расчётный момент муфты

Т_{м. расч.} = Т^м._ном.•К₁•К₂

где К₁ - коэффициент, учитывающий степень ответственности механизма

по таблице 1.35 [1] для механизма подъёма груза К₁=1,3

К₂ - коэффициент, учитывающий режим работы механизма по таблице 1.35 [1] для среднего режима работы К₂ = 1,2

Нм

Нм

По диаметру выходного конца вала редуктора (d_к = 95 мм) выбираем муфту зубчатую №1 под конический конец вала, с параметрами:

МЗ-1-25000-95-1 У1 ГОСТ 50895-96



7. Выбор тормоза и муфты

7.1 Выбор тормоза

Т_т. ? К_т.•Т^т_ст.

где: Т_т. - осевое усилие, создающее тормозной момент

К_т. - коэффициент запаса торможения, при среднем режиме работы К_т.=1.75

Т^т._ст.- статический момент при торможении

тогда:

Т_т. = 1.75•107.3=187.8Н•м

По таблице III.5.11 выбираем:

Тормоз колодочный электромагнитный переменного тока ТКТ-300/200:

Т_т. = 240 Н•м

D_шкива = 300 мм

B - ширина колодки = 140 мм

г - угол торможения = 70^о

отрегулировать тормозной момент до Т_т. = 190 Н•м

ТКТ-300/200-1-У1 ГОСТ 15150-69

Проверка тормоза на удельное давление:



где F_n - нормальная сила колодки

где f ? - коэффициент трения для данного тормоза, для асбестовой ленты, f ?=0,35

l_к - длина колодки

B - ширина колодки

МПа

[P] - для стопорных тормозов = 0,6 МПа

Р = 0,11 МПа < [P]= 0,6 МПа

следовательно, удельное давление тормоза в пределах допустимого

7.2 Выбор муфты

Номинальный момент муфты:

Т_м. ? Т_{м. расч.}

где: Т_{м. расч.} - расчётный момент муфты

Т_{м. расч.} = Т^м._ном.•К₁•К₂

где К₁ - коэффициент, учитывающий степень ответственности механизма

по таблице 1.35 [1] для механизма подъёма груза К₁=1,3

К₂ - коэффициент, учитывающий режим работы механизма по таблице 1.35 [1] для среднего режима работы К₂ = 1,2

Н*м

Н*м

по таблице III.5.8 выбираем:

Муфту №1 зубчатую с тормозным шкивом

m = 30 кг

Т_м. = 3150 Н•м

D_шкива = 300 мм

B = 150 мм - ширина тормозного шкива

J_м. = 0,6 кг•м²

МЗ-1-Т-300-3100-50-3-40-I. УХЛ1 ГОСТ 50895-96

Рисунок 5 - Общий вид муфты зубчатой тормозной со шкивами

8. Проверка тормоза по времени торможения, ускорению и пути торможения

Время торможения:

где Т_т = 197 Н•м

Т^т_ст = 107.2 Н•м

- коэффициент, учитывающий влияние вращающихся масс, расположенных на втором и последнем валах, = 1,1 - 1,25

J₁ - момент инерции вращающихся масс на валу двигателя

J₁=J_р.дв.+ J_м. = 0,11+0,1 = 0,21 кг•м²

Ускорение при торможении:

a_т = a_п рекомендуемое ускорение 0,2 - 1 м/с²

Путь торможения по нормам ГГТН

S_ф ? S_max

по таблице 1.22 для тяжёлого режима работы:

т.е. путь торможения соответствует допустимому.



9. Проверка тормоза по времени торможения, ускорению и пути торможения

Время торможения:

где Т_т = 214,6 Н•м

Т^т_ст = 107,3 Н•м

- коэффициент, учитывающий влияние вращающихся масс, расположенных на втором и последнем валах, = 1,1 - 1,25

J₁ - момент инерции вращающихся масс на валу двигателя

J₁=J_р.дв.+ J_м. = 0,11+0,1 = 0,21 кг•м²

с

Ускорение при торможении:

м/с²

a_т = a_п рекомендуемое ускорение 0,2 - 1 м/с²

Путь торможения по нормам ГГТН

S_ф ? S_max

по таблице 1.22 для среднего режима работы:

м

м

т.е. путь торможения соответствует допустимому.

10. Проверка двигателя на пусковой момент по времени пуска и остановки

Время пуска определяется при подъёме груза:

где Т_ср.п. - средний пусковой момент двигателя

Т_ст. - статический момент при пуске двигателя

Нм

Нм

Нм Нм

с

Ускорение при пуске:

м/с²

допустимое ускорение при пуске 0,2 - 0,8 м/с²

11. Проверка двигателя на нагрев по среднеквадратичному моменту

Условие отсутствия нагрева:

Р_ср. ? Р_дв.

где Р_ср. - среднеквадратичная мощность

где Т_ср.п. = 163,5 Н•м

Уt_п - суммарное время пуска

Т_ст.i - момент статических сопротивлений

T_у - время установившегося движения

Уt - суммарное время включения двигателя

Для определения Т_ср. воспользуемся обощённым графиком загрузки механизмов: рисунок 1.1а (стр.16)

При среднм режиме работы, согласно графику, механизм подъёма груза работает:

Q₁ = (Q+Q_п) = 6306 кг- 1 раз

Q₂ = 0,5(Q+Q_п) = 3153 кг- 5 раз

Q₃ = 0,2(Q+Q_п) = 1261,2 кг- 1 раз

Q₃ = 0,05(Q+Q_п) = 315,3 кг- 3 раза



Определяем натяжение ветви каната, набегающего на барабан, при подъёме:

Н

Н

Н

Н

при опускании:

Н

Н

Н

Н

Момент статических сопротивлений, при подъёме:



з_м.i определяем по рис. 1.2 по форм. 1.1

по рис. 1.2 з_м.1 = 0,9, з_м.2 = 0,85, з_м.3 = 0,7, з_м.4 = 0,5

Нм

Нм

Нм

Нм

при опускании:

Нм

Нм

Нм

Нм

Время пуска, при подъёме:

с

с

с

с

при опускании:

с

с

с

с

Таблица 1 - Моменты, развиваемые двигателем и время его пуска

Наименование показателя	Обозна- чение	Единица измере-ния	Результаты расчёта при массе груза, кг.
			6306	3153	1261,6	315,3
КПД	з	-	0,9	0,85	0,7	0,5
Натяжение каната у барабана при подъёме груза	Fпб	Н	15621,7	7810,8	3124,3	781,1
Момент при подъёме груза	Тпст.	Н•м	130,2	68,9	33,5	11,7
Время пуска при подъёме	tпп.	c	0,76	0,27	0,20	0,18
Натяжение каната у барабана при опускании груза	Fопб.	Н	15310,8	7655,4	3062,2	765,5
Момент при опускании	Топст.	Н•м	103,3	48,8	16,1	2,9
Время пуска при опускании	tопп	с	0,41	0,22	0,17	0,15

где Н_ср. - средняя высота подъёма груза

Н_ср. = (0,5…0,8)Н = (0,5…0,8)•6,3 = 3,15…5,04 м

Принимаем Н_ср. = 4,1 м

с

с

с

Нм



кВт < кВт

следовательно, условие отсутствия перегрева выполняется

Уточнение кинематической схемы механизма

Размеры барабана:

Диаметр барабана, D_б = 325 мм

Длина барабана, L_б = 800 мм

Размеры редуктора Ц2-400:

Длина редуктора, L = 805 мм

Ширина редуктора, B = 380 мм

Расстояние между осями быстроходного и тихоходного валов,
А = 400 мм

Размеры двигателя:

Длина двигателя, L = 706 мм

Ширина двигателя, В = 320 мм

Список используемой литературы

1. Кузьмин А.В, Марон Ф.Л. Справочник по расчётам механизмов ПТМ. Мн.: Высшая школа, 1983г. - 350с.

2. Казак С.А., Дусье В.Е., Кузнецов Е.С. Курсовое проектирование ГПМ: Учебное пособие для студентов машиностроительной специальности вузов. М.: Высшая школа, 1989г. - 319с.

3. Александров М.П., Решетов Д.М. ''ПТМ. Атлас конструкций''.

Размещено на Allbest.ru