Классификация механизмов подъема грузоподъемных машин. Выбор полиспаста, подбор каната и крюковой подвески. Поворотная часть портального крана и стреловые устройства. Расчет барабана и крепления каната на нем. Определение мощности электродвигателя.
Учитывая схему и кратность полиспаста, а также грузоподъемность и режим работы механизма, выбираю крюковую подвеску укороченную тип 2, представленную на рисунке 4, а ее параметры - в таблице 5.1. Перегрузочные портальные краны предназначаются для работы грейфером с массовыми навалочными грузами и для работы крюковой подвеской со штучными грузами (в том числе с контейнерами) в морских и речных портах, на складах промышленных предприятий итп., краны могут быть использованы и для работы с магнитом. Для перегрузочных кранов характерно увеличение грузоподъемности при переходе от работы с грейфером к работе крюковой подвеской примерно на 25%(что объясняется значительно более легким режимом работы при работе с подвеской). При работе грейфером грузоподъемность обычно сохраняется постоянной на всех вылетах; при работе крюковой подвеской грузоподъемность растет по мере уменьшения вылета и обычно удваивается при вылетах, равных примерно 0,6 наибольшего. Скорости механизмов перегрузочных кранов обычно имеют следующие значения: подъем 1…1,25 м/с (60…75 м/мин); изменение вылета 0,8…1,0 м/с (48…60 м/мин); передвижение 0,5…0,63 м/с (30…38 м/мин); частота вращения поворотной части 0,022…0,028 (1,35…1,7 ); монтажных кранов: главный подъем 0,25…0,4 м/с (15…24 м/мин); вспомогательный подъем 0,63…0,8 м/с (38…48 м/мин); изменение вылета 0,5…0,63 м/с (30…38 м/мин); передвижение 0,5…0,63 м/с; частота вращения поворотной части 0,008…0,016 (0,5…1,0 ).Как показали проектные и проверочные расчеты, выбранные канат, крюковая подвеска, электродвигатель, редуктор, соединительные муфты и тормоз, отвечают правилам и нормам Госгортехнадзора и обеспечивают выполнению основных положений технического задания, максимальные отклонения от нормали не превышают допустимых, что в пределах допустимого.
Введение
Грузоподъемные машины - высокоэффективное средство комплексной механизации и автоматизации подъемно-транспортных, погрузочно-разгрузочных и складских работ. Применение таких машин уменьшает объем использования тяжелых ручных операций и способствует резкому повышению производительности труда.
Механизмы подъема служат для вертикального перемещения груза.
По типу передач механизмы подъема бывают: с цилиндрическими, планетарными и волновыми редукторами (последние пока не нашли должного применения). Червячные передачи в механизмах подъема груза применяют редко по причине низкого КПД и повышенного износа.
По типу и количеству двигателей приводы бывают электрические (основной привод), одно- и двухдвигательные и гидравлические. Наиболее широкое применение нашли канатные лебедки с электроприводом, проектирование которого и рассмотрено ниже.
1. Выбор полиспаста
Схема полиспаста выбирается с учетом грузоподъемности и типа крана. Воспользуемся рекомендациями, приведенными в разделе 4.2(1) и выбираем одинарный полиспаст с кратностью 2, который представлен на рисунке 1.
Рисунок 1 - Схема одинарного полиспаста.
1.1 Коэффициент полезного действия полиспаста
(1) где - коэффициент полезного действия блока, (см. таблицу 4.1(1)).
Uп- кратность полиспаста.
2. Подбор каната
2.1 Усилие в канате, набегающем на барабан при подъеме груза, Н
2.2 Расчетное разрывное усилие в канате при максимальной нагрузке, Н
(3) где К - коэффициент запаса прочности (см. таблицу 4.2(1)).
Fp=30965,9*5.5=170312,5 (Н).
По разрывному усилию выбирают канат двойной свивки типа ЛК-РО конструкции 6х36 (1 7 7 7/7 14) 1 о.с. ГОСТ 7668-80 диаметром 18 мм. (см. таблицу Д.4(1)), представленный на рис. 2.
Рисунок 2- Конструкция каната ЛК-РО
2.3 Фактический коэффициент запаса прочности
Кф = Fтабл /Fб, (4)
Где: Fтабл - табличное значение разрывного усилия (по таблице
Д.4.(1)).
Кф=171500/30965,9=5,54.
3. Выбор крюковой подвески
Учитывая схему и кратность полиспаста, а также грузоподъемность и режим работы механизма, выбираю крюковую подвеску укороченную тип 2, представленную на рисунке 4, а ее параметры - в таблице 5.1.
Таблица 5,1 Основные параметры крюковой подвески.
Грузоподъемность,т Режим работы Тип Диаметр каната,мм Размеры, мм Масса, кг
D B В1 В2 Н
32 С 2 18,0 560 830 306 462 1187 586
Рисунок 4 - Крюковая подвеска.
4. Общая часть
Портальными называют полноповоротные стреловые краны устанавливаемые на передвигающихся по рельсам порталах. Портал представляет собой пространственную раму, которая перекрывает один, два или три железнодорожных пути и обеспечивает свободный пропуск под краном железнодорожных составов.
Поворотная часть крана, поворачивающаяся относительно портала на неограниченный угол, состоит из платформы, каркаса (колонны) и стрелового устройства. На поворотной части устанавливают механизм подъема, поворота и изменения вылета стрелы, электрооборудования, а также кабину крановщика и машинную кабину.
Портал опирается, как правило, на четыре ходовые тележки, число колес которых зависит от массы крана, различных нагрузок на кран и допускаемого давления колеса на рельс.
Портальные краны предназначаются для использования во многих отраслях народного хозяйства для полъемно-транспортных опереций с различными грузами.
В зависимости от назначения предусматриваются следующие типы кранов: перегрузочные и монтажные.
Перегрузочные портальные краны предназначаются для работы грейфером с массовыми навалочными грузами и для работы крюковой подвеской со штучными грузами (в том числе с контейнерами) в морских и речных портах, на складах промышленных предприятий итп., краны могут быть использованы и для работы с магнитом.
Монтажные портальные краны служат для монтажных и сборочных работ преимущественно на судостроительных и судоремонтных предприятиях, а также для перегрузочных работ с ответственными грузами.
Для перегрузочных кранов характерно увеличение грузоподъемности при переходе от работы с грейфером к работе крюковой подвеской примерно на 25%(что объясняется значительно более легким режимом работы при работе с подвеской). При работе грейфером грузоподъемность обычно сохраняется постоянной на всех вылетах; при работе крюковой подвеской грузоподъемность растет по мере уменьшения вылета и обычно удваивается при вылетах, равных примерно 0,6 наибольшего.
Если желательно получить большую грузоподъемность применяют полиспаст переменной кратности или редуктор с изменяемым передаточным числом. Грузоподъемность перегрузочных кранов при работе грейфером обычно не превышает 16 т., но иногда достигают 25т и даже 40т.
Наибольший вылет у перегрузочных кранов обычно равен 32м и редко достигает 40м. Высота подъема составляет, как правило, 22…28м.
Скорости механизмов перегрузочных кранов обычно имеют следующие значения: подъем 1…1,25 м/с (60…75 м/мин); изменение вылета 0,8…1,0 м/с (48…60 м/мин); передвижение 0,5…0,63 м/с (30…38 м/мин); частота вращения поворотной части 0,022…0,028 (1,35…1,7 ); монтажных кранов: главный подъем 0,25…0,4 м/с (15…24 м/мин); вспомогательный подъем 0,63…0,8 м/с (38…48 м/мин); изменение вылета 0,5…0,63 м/с (30…38 м/мин); передвижение 0,5…0,63 м/с; частота вращения поворотной части 0,008…0,016 (0,5…1,0 ).
Конструктивная схема портального крана определяется типом его стрелового и опорно-поворотного устройств.
Стреловые устройства портальных кранов обычно применяются двух типов: прямые стрелы с уравнительным полиспастом и шарнирно-сочлененные стреловые устройства.
В портальных кранах наиболее часто применяют опорно-поворотные устройства двух типов: поворотную колонну и опорно-поворотный круг шариковый или роликовый.
5. Расчет барабана
Рисунок 5 - Параметры барабана.
5.1 Диаметр барабана по средней линии навиваемого на него стального каната (как показано на рисунке 5)
Dб dk*e, (5) где dk - диаметр каната (см. п.4,2) е - коэффициент, зависящий от типа машины, привода механизма и режима работы, выбирается по таблице 4.3(1).
Dб 18*18=324 (мм.)
Для дальнейшего расчета необходимо увеличить диаметр барабана на 50-150 мм.
Dб=374…474 мм.
Принимаем Dб=415мм.
5.2 Длина каната, навиваемого на барабан с одного полиспаста
(6)
где h- высота подъема груза, м (см. задание).
UП - кратность полиспаста;
ZЗ - число запасных витков на барабане, (принимаем 2);
Zk - число витков каната, находящихся под прижимным устройством (принимаем 4).
5.3 Полная длина барабана
LK LH LK
Рисунок 6 - Длина барабана.
Длина нарезанного участка барабана с одной стороны (см. рис.6)
где LH - длина нарезанной части барабана с одного полиспаста, м;
LK- длина каната (формула 6). t - шаг нарезки канавок на барабане, (см. таблицу 4.4(1)), м;
dk - диаметр каната, м. ( см. п.4,2).
Dб - диаметр барабана по центру навиваемого каната, м.(см. п. 6,1)
Полная длина барабана для одинарного полиспаста.
L=LH 2*LK, Где 1к - не нарезанная часть барабана, необходимая для закрепления его в станке при нарезке канавок (см. рис. 6) LK =4тб, (9) где тб - шаг нарезки, м.
LK =4*0,02=0,08.
L=0,7 2*0,08=0,86м.
5.4 Толщина стенки барабана из расчета на сжатие
Где - допускаемое напряжение сжатия, .
Для чугуна
=0,2* , (11) где - прел прочности, ; для чугуна СЧ28 ГОСТ 1412-70, =640 .
=0,2*640=128 . д=
Из условия технологии изготовления литых барабанов толщина стенки должна быть не менее, м.
дmin=0,02D (0.006…0,01), (12) где D - диаметр барабана по дну канавки, (см. рисунок 5), м.
Где f1 - приведенный коэффициент трения между канатом и накладкой с трапециидальным сечением канавки. f1=f/sinв?, (16) где в=40°- угол наклона боковой грани канавки;
f1=0,15/ sin40°=0,23.
Сила, изгибающая один болт, Н
Fи=f1*Fp, (17)
Fи=0,23*2154,59=495,56 (Н).
Суммарное напряжение в каждом болте, Н/мм?.
(18) где k - коэффициент запаса надежности крепления каната, (k = 1,5);
l - расстояние от головки болта до барабана, мм; (по дну канавки, смотри рисунок 7). d1- внутренний диаметр резьбы болта, мм. d1?dk-2мм, (19) где dk -диаметр каната,( dk =18,0 мм);
d1=18,0-2=16,0 (мм). l? dk (4…8)мм, (20) l?18,0 (4…8)мм=22,0…26,0 мм.
Принимаем l=24,0 мм.
[ур] - допускаемое напряжение на растяжение материала болта
(шпильки), Н/мм?.
[ур]=0,5[ут], (21)
Где ут - предел текучести материала болта, Н/мм?, можно выбрать по таблице или рассчитать по классу прочности; для класса прочности 4.6;
ут=4*6*10=240 Н/мм?.
[ур]=0,5*240=120 Н/мм?.
Н/мм?. ус=64,46 Н/ММІ<[ур]= 120 Н/мм?.
Условие прочности выполняется.
7. Определение статической мощности электродвигателя
Статическая мощность электродвигателя, КВТ.
(22)
Где Q - номинальная грузоподъемность, кг (см. задание)
Vn - скорость подъема груза, м/с (см. задание) g=9.81- переводной коэффициент;
зм - КПД механизма в зависимости от типа передачи.
Вес крюковой подвески не учитывается.
Pc=
Выбор электродвигателя
Так как в задании средний режим работы, то разрешается не использовать асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором общепромышленной серии 4А. Номинальная мощность выбираемого двигателя принимается равной или меньше статической расчетной мощности на 20-25 %. Согласно расчетной статической мощности и в соответствии с режимом эксплуатации механизма, по таблице А. 8(1) выбираю электродвигатель 4MTH 225L, который представлен на рисунке 8. Основные параметры и размеры представлены в таблице 8,1 и таблице 8,2.
Таблица 8,1. - Основные параметры двигателя 4МТН.
Тип двигателя Мощность на валу, (КВТ) n,об/мин КПД,% Момент инерции, Кг*м? Масса, кг
25%
4MTH 225L8 44 715 85.0 1.27 750
Рисунок 8 - Основные габаритные и установочные размеры электродвигателей серий 4МТН с фазным ротором.
Таблица 8,2 - Основные размеры (мм) двигателя 4МТН 225L8.
Где nдв- частота вращения вала ротора электродвигателя, мин??
U=715/78.27=9.13 .
8. Выбор редуктора
8.1 Выбор типа редуктора
Расчетная мощность на быстроходном валу редуктора, КВТ
Рр=кр*Рс, (25) где кр- коэффициент, учитывающий условия работы редуктора, (кр=1)
Рс - наибольшая статическая мощность, передаваемая редуктором при нормально протекающем процессе работы механизма, КВТ, равна Рс расчетной.
Рр=1*57,9=57,9(КВТ).
Выбираем в таблице Б. 5(1) горизонтальный двухступенчатый редуктор Ц2-400, который представлен на рисунке 9. Основные параметры и размеры редуктора представлены в таблице 9,1 и таблице 9,2.
Uред факт Режим работы Частота вращения быстроходного вала, об/мин Мощность на быстроходном валу, КВТ
9,8 средний 750 59
Рисунок 9. Редуктор Ц2-400
Таблица 9.2- Основные размеры редуктора, Ц2-400, мм
А Аб Ат А1 С1 Н0 L1 q L B H
400 150 2250 287 150 265 640 27 805 380 505
B1 B2 B3 B4 B5 d B6 S Число фундаментных болтов, n масса, кг
325 415 358 280 205 33 320 250 6 317
Передаточное число редуктора Uф, не должно отличаться от требуемого U более, чем на.15 %.
, (26)
Условие выполняется.
Момент статического сопротивления на валу двигателя в период пуска при подъеме груза, Н·м
(27) где Fmax -усилие в канате, набегающем на барабан, Н;
Z- число полиспастов
Dб- диаметр барабана, м;
Up- передаточное число редуктора (привода);
зб- КПД барабана (зб на подшипниках качения можно принимать 0,96). зпр- КПД привода (зпр = 0,9).
9. Выбор муфты
Номинальный момент, передаваемый муфтой, принимается равным моменту статических сопротивлений, Н·м
, (28)
Выбор соединительных муфт
По кинематической схеме, представленной в задании на проектирование, установлена одна муфта с тормозным шкивом, установленная между двигателем и редуктором. Расчетный момент для выбора муфты с тормозным шкивом определяется, Н·м
(29)
Где -номинальный момент муфты, Н·м k1- коэффициент, учитывающий степень ответственности механизма, (k1=1,3);
k2- коэффициент, учитывающий режим работы механизма, (k2=1.2)
Из таблицы В.3(1) выбирается муфта упругая втулочно-пальцевая с тормозным шкивом № 2, представлена на рисунке 10, основные параметры представлены в таблице 10.1.
Таблица 10.1 - Основные параметры муфты № 2
Передаваемый крутящий момент, Н·м диаметр тормозного шкива, мм Ширина тормозного шкива, мм Момент инерции муфты, кг·м?
2000 400 190 4,8
Рисунок 10. - Муфта упругая втулочно-пальцевая с тормозным шкивом.
Средний пусковой момент двигателя, Н·м
Для двигателей с короткозамкнутьпм ротором можно принимать
Тср.п - средний пусковой момент двигателя, Н·м,(формула 30)
Тс - момент статического сопротивления на валу двигателя, Н·м, (формула 27)
(36) где Ір - момент инерции ротора двигателя, кг·м?;
Ім - момент инерции муфты, кг·м?;
Ускорение при пуске, м/с?. а=Vф/тп, (37) а=0,79/4,89=0,16 (м/с?).
Момент статического сопротивления на валу электродвигателя при торможении механизма, Н·м.
(38) где Fmax - усилие в канате, набегающем на барабан, Н;
Z - число полиспастов;
Dб - диаметр барабана, м;
зб - КПД барабана;
зпр - КПД привода;
up - передаточное число редуктора;
10. Выбор тормоза
Расчетный тормозной момент определяется, Н·м
(39) где кт - коэффициент запаса торможения, ( таблица 5.3(1)).
Выбираем тормоз с электрогидравлическим приводом ТКГ-400 (по таблице К2 [1]), который представлен на рисунке 11.
Рисунок 11. Тормоз с электрогидравлическим приводом ТКГ-400.
При выборе типоразмера тормоза необходимо проверять следующие условия: 1) номинальный тормозной момент должен быть не меньше расчетного
, (40)
2) касается только тормозов с электромагнитным приводом -ПВ, катушка электромагнита должна соответствовать режиму работы механизма.
Время торможения при опускании груза, с
(41)
Допустимым считается ТТ<1,5(с).
Допустимо 1,39 (с)<1,5 (с)
Путь торможения механизма подъема груза, м
Из таблицы 6.3[1] для среднего режима работы находим путь торможения механизма подъема груза .
(42) где Vф - фактическая скорость подъема груза, м/с;
S=0,79/1,7=0,46 (м).
Максимальное время торможения, с.
Время торможения в предположении, что скорости подъема и опускания груза одинаковы.
(43)
Замедление при торможении, м/с?.
ат=Vф/TT? [at], (44) где Vф - фактическая скорость подъема (опускания) груза, м/с;
тт - время торможения, с;
[ат] - допускаемое ускорение (замедление) для кранов, работающих с лесоматериалами и с сыпучими материалами, [ат]=(0,6…0,9) м/с?;
ат=0,79/1,39=0,57 (м/с?)<(0,6…0,9) м/с?.
Расчет вала барабана
Определяем диаметр вала барабана,мм, (по формуле 45).
(45) где Т - крутящий момент на валу барабана, Н·м;
[ф] - допускаемое напряжение на кручение, [t]=20…30 H/мм;
Крутящий момент на валу барабана, Н·м, (по формуле 46).
(46) где Тм - расчетный момент при выборе муфты, Н·м (см формулу 29);
up - передаточное число редуктора;
зр - КПД редуктора;
зр = 0,98?*0,99?*0,98=0,91.
Т=1183,8*9,8*0,91=10557(Н·м).
По стандартному ряду принимаем диаметр вала равный 125 мм (ГОСТ6636-69).
11. Выбор подшипников и проверка их на долговечность
В данном случае подшипники выбирают по диаметру вала, условиям эксплуатации и монтажа.
Диаметр вала под подшипники dп=dв (5…10 мм), (47) где dв - диаметр вала,мм;
dп=125 (5…10)=130…135 (мм).
Принимаю подшипники роликовые радиальные сферические двухрядные легкой широкой серии с диаметром внутреннего кольца dп = 130 мм ГОСТ 5720-75 из таблицы И. 2.[1]. Основные размеры и параметры подшипника типа3003000 №3526 представлены на рисунке 12 и в таблице 12.1.
Таблица 12.1 - Основные размеры, мм, и параметры подшипника типа 3003000 №3526. d D B r C,H Co, H e Y* Yo
130 230 61 4 50000 41500 0.29 2.31/3.44 2.28
Определение реакций в опорах подшипников
По расчетной схеме (рисунок 13) определяем реакции в опорах подшипников.
Рисунок 13 - Расчетная схема вала.
Составляем уравнение моментов относительно точки А.
Ма= -Fmax*L1 Rв(L1 L2)=0 (48)
Где L1 ИL2 - расстояние от середины опор до центра вала барабана (мм).
L1=L2 = В/2 С Lk Lн/2, (49)
где В - ширина подшипника (таблица 12.1);
С - конструктивный зазор между барабаном и корпусом подшипника (С=30мм);
Rв=Ra = Fmax*L1 / L1 L2 , (50)
Rв=Ra = 30965,9*490,5 / 490,5*2 =15482,95 (Н).
Проверка подшипников на долговечность
Находим эквивалентную нагрузку
(51) где X - коэффициент радиальной нагрузки, (Х = 1);
Rp = Rв=Ra - радиальная нагрузка, равная опорной реакции, Н;
V - коэффициент вращения; при вращении внутреннего кольца V = 1;
Кб - - коэффициент безопасности, принимаем из условий работы механизма Кб=1.5;
КТ - температурный коэффициент, КТ = 1.
Rэ=1*15482,95*1*1,5*1=23224,425 (Н).
Расчетная долговечность подшипника, в часах
(52) где С - табличное значение динамической грузоподъемности, Н;
Rэ - эквивалентная нагрузка, Н;
б - показатель степени для шариковых подшипников б = 3,0 n - частота вращения барабана, мин?? (см. формулу 33).
Долговечность подшипника обеспечена.
Выбор и проверка шпонок
Шпонки подбирают по диаметру вала и длине ступицы барабана. Шпонку выбираем из таблицы 4.6[1]. Выбираю призматическую шпонку 32*18*250 СТ СЭВ 189-75. Основные размеры шпонки представлены на рисунке 14 и в таблице 13.1.
Рисунок 14 - Шпоночное соединение.
Таблица 13.1- Основные размеры призматической шпонки (см. рисунок 14 ).
Диаметр вала, d, мм Ширина шпонки,b, мм Высота шпонки, h, мм Глубина паза, мм Радиус закругления, r t1 t2
125 32 18 11 7.4 ---
Проверка выбранной шпонки проводится на смятие боковых поверхностей.
, (53) где Т - крутящий момент, передаваемый валом барабана, Н•мм;
Условие прочности на смятие выполняется, что подтверждает правильность выбранной шпонки.
Вывод
грузоподъемный кран механизм
Как показали проектные и проверочные расчеты, выбранные канат, крюковая подвеска, электродвигатель, редуктор, соединительные муфты и тормоз, отвечают правилам и нормам Госгортехнадзора и обеспечивают выполнению основных положений технического задания, максимальные отклонения от нормали не превышают допустимых, что в пределах допустимого.
Конструкция барабана, вала и подшипниковых опор барабана спроектирована с учетом специфики эксплуатации механизма и требований предъявляемых к прочности, надежности и долговечности данных изделий
Следовательно, можно сделать вывод: спроектированный механизм подъема груза отвечает необходимым критериям работоспособности и обеспечивает выполнение требований технического задания. Сборочный чертеж привода со спецификацией представлен на чертеже формата А1(миллиметровка).
Список литературы
1. А.Н. Кучеренко «Подъемно-транспортные устройства. Проектирование механизмов подъема груза».
