Главная страница
Навигация по странице:

  • 1.1. Выбор полиспаста, каната, барабана и грузозахватного устройства

  • Расчет узла крепления каната

  • Расчет вала барабана

  • Расчет подшипников оси барабана.

  • Выбор электродвигателя.

  • Выбор редуктора

  • Расчет узла соединения редуктора с барабаном

  • Пояснительная записка. Исходные данные


    Скачать 398.2 Kb.
    НазваниеИсходные данные
    Дата21.06.2018
    Размер398.2 Kb.
    Формат файлаdocx
    Имя файлаПояснительная записка.docx
    ТипДокументы
    #47557

    ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

    Грузоподъемность, кн

    180

    Вылет, м

    26-10

    Высота подъема, м

    28

    Скорость рабочих операций:

    подъем груза, м/мин

    16

    поворота, с'

    0,04

    изменения вылета, с

    180

    передвижения крана км/час

    8

    Вес крана, кн

    490

    Привод механизмов

    Г

    Режим работы



    Ветровой район

    II

    Графическая часть

    Механизм изменения вылета

    Механизм передвижения

    Выносные опоры

    Общий вид


    1. РАСЧЕТ МЕХАНИЗМА ПОДЪЕМА

    Для расчета и выбора элементов механизма подъема необходимо составить его кинематическую схему. Для расчета и выбора элементов механизма подъема составляем его кинематическую схему. Схема механизма подъема включает в себя: 1-электродвигатель; 2 -МУВП с тормозным шкивом; 3-редуктор; 4- барабан двойной свивки; 5-неподвижные блоки;6- уравнительный блок; 7- подвижные блоки; 8 – траверса; 9 – крюк; 10 – гайка крюка; 11 – упорный подшипник (рис. 1.1).

    c:\users\superadmin\desktop\5fan_ru_1760-7_1.png

    Рис. 1.1 – Кинематическая схема механизма подъема
    Расчет механизма подъема сводится к назначению типа и кратности полиспаста, выбору по ГОСТ каната и крюка, расчету параметров крюковой подвески и барабана, расчету и выбору электродвигателя, редуктора, муфт и тормоза.
    1.1. Выбор полиспаста, каната, барабана и грузозахватного устройства

    В конструкции железнодорожного крана используется полиспаст – устройство для подъёма грузов состоящее из подвижных и неподвижных блоков, огибаемых гибким элементом – канатом. Число ветвей каната, на которых висит груз, зависит от грузоподъемности крана. Чем больше число ветвей, тем меньше усилие в канате, на барабане, а следовательно, меньше и диаметр каната и барабана, меньше диаметр вала и размеры подшипников вала и т. д. Однако с увеличением числа ветвей увеличивается и число блоков, а это усложняет и утяжеляет подвеску. При грузоподъемности Q=18т рекомендуемое число ветвей 8.

    Кратность полиспаста определяем по формуле:



    где z – число ветвей каната на которых висит груз;

    zб – число ветвей каната, сбегающих с барабана (при сдвоенных полиспастах zб=2)



    При использовании полиспаста скорость движения каната будет больше скорости подъема груза

    ,



    Максимальное усилие в канате в точке набегания его на барабан:

    ;

    где Q- грузоподъемность крана, кг;

    g – ускорение свободного падения м/с2;

    z – число ветвей на которых висит груз;

    - КПД полиспаста, при iпл = 4 =0,975;

    - КПД неподвижного блока; нб = = 0,98;

    n – число неподвижных блоков приходящихся на одну ветвь каната



    Расчетное разрывное усилие в канате согласно правилам Госгортехнадзора определяется

    ,

    где kз – коэффициент запаса прочности, принимаемый для режима 4М равным 3,0.



    Канат выбираем по ГОСТ 2688-80 ближайшего большего разрывного усилия Выбираем канат диаметром 39,5 мм ;Fразр.=80800 Н.

    Фактический запас прочностиKф=80800/23570=3,42› kз=3,0

    Выбор крюка производим по заданной грузоподъемности и режиму работы крана. По ГОСТ 6627-74 выбираем однорогий удлиненный крюк (тип А) №19Б (рис 1.2) с размерами: D=150 мм; S = 115 мм; b = 90 мм; h = 150 мм; d2 = 85 мм; d1 = 80 мм; d0 = Трап. 70х10 мм; L=660 мм; l1 = 210 мм, l =75мм и l2 =100мм.

    c:\users\superadmin\desktop\x004.gif

    Рис. 1.2 - Размеры крюка №19Б по ГОСТ 6627-74.

    Поскольку вращение крюка является только установочным, то расчет подшипника ведется по статической грузоподъемности по формуле:

    ;

    где kД=12 – динамический коэффициент;

    .

    Упорный подшипник выбираем согласно ГОСТ 6874-75, исходя из расчетной нагрузки и диаметра хвостовика крюка (d1) Выбираем шариковый упорный подшипник 8316: d = 80 мм, D =140 мм H = 44мм С0=300кН

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

    ;

    где d0 – диаметр резьбы хвостовика крюка, мм;

    .

    Траверса подвески работает на изгиб Расчет траверсы ведется по двум опасным сечениям: в середине (А-А) и в месте изменения сечения (В-В)



    Рис. 1.3 - Схема к расчету траверсы.

    Размеры типовой подвески для г/п 18 т.:

    b = 340 мм. - расстояние между блоками;

    b2 = 236 мм. – длина средней части траверсы;

    l= (b+b2)= 340+236=576мм - расчетная длина траверсы (b и b2 – см.таблица№8 методичка №2213);

    Ширина траверсы:

    , мм

    где D – наружный диаметр упорного подшипника;



    Диаметр отверстия под хвостовик крюка:

    мм.



    Максимальный изгибающий момент в сечении А-А:

    ,

    ;

    Момент в сечении В-В равен:

    ;

    ;

    Параметры траверсы определяем проектным расчетом из условия прочности при изгибе:

    ,

    где М - момент, действующий в расчетном сечении, Нм;

    W – момент сопротивления расчетного сечения см3;

    Допускаемое напряжение изгиба:



    где K0 - коэффициент, учитывающий конструкцию детали, принимаем K0=2,5;

    [n] – допускаемый коэффициент запаса прочности, для режима работы 4К [n]=1,6;

    -1 – предел выносливости материала траверсы, принимаем -1=250 Мпа;



    Момент сопротивления в сечении А-А:



    Тогда высота траверсы:

    Момент сопротивления в сечении B-B:

    тогда диаметр траверсы будет равен:

    Диаметр блока подвески по центру каната определяется из условия ГГТН:



    где dк – диаметр каната, мм;

    e – коэффициент, учитывающий допустимый перегиб каната для режима работы 4К e = 18;



    Принимаем .

    Для диаметра каната 39,5 мм блок будет иметь следующие параметры:




    R = 22,5 мм.

    B = 72 мм.

    B1 = 95 мм.

    hбл = 65 мм.

    r = 8,5 мм.
    Рис. 1.4 - Профиль канавки блока подвески

    Каждый блок устанавливается на двух радиальных подшипниках Нагрузка на один подшипник при максимальном грузе:



    где kД = 1,2 - динамический коэффициент;

    kv = 1,35 – коэффициент вращения (при вращении наружнего кольца подшипника);

    nбл =7 – число блоков в подвеске.



    Однако в связи с тем, что кран работает с разными грузами, расчет следует вести по эквивалентной нагрузке, определяемой по формуле:



    где кпр = 0,65 – коэффициент приведения для режима работы 4М;

    .

    Требуемая долговечность подшипника определяется по формуле:



    где Lh =3000 ч – долговечность подшипника для режима 4М;

    nблчастота вращения блока, мин-1.



    .

    Расчетная динамическая грузоподъемность подшипника:



    .

    Принимаем подшипник радиальный шариковый легкой серии 238 по ГОСТ 8338-75 со следующими параметрами: d =190 мм; D = 340 мм; B = 55 мм; C = 255,0 кH; C0 = 232,0 кH.

    Барабан изготавливается литым из чугуна марки СЧ-15-32 ГОСТ 1412-70. Диаметр барабана определяем по формуле:



    где e – коэффициент, учитывающий допустимый перегиб каната для режима работы 4К e =16



    Из ряда предпочтительных чисел выбираем Dб = 650 мм.

    Размеры профиля канавок барабана определяем согласно данным ГОСТ 33710—2015:

    dk = 39,5 мм. - диаметр каната.

    r = 21 мм. радиус канавок.

    h = 15 мм. – высота канавок.

    t = 45 мм. – шаг канавок.



    Рис. 1.5 - Профиль канавок барабана

    Толщина стенки барабана предварительно принимается равной:

    мм.

    Принятое значение толщины стенки проверяем на сжатие по формуле:



    где Fmax – максимальное усилие в канате, Н;

    [сж] – допускаемое напряжение сжатия, МПа;



    где [Т] – предел текучести, для СЧ 15-32 [Т] = 240 МПа.

    1,5 – коэффициент запаса прочности для стали.

    .

    .

    Длина барабана при использовании сдвоенного полиспаста определяется по формуле:



    где lн – участок неподвижных витков; lн = lкр+lтр+ lр

    lкр – участок для закрепления конца каната, мм;





    lтр – участок для неприкосновенных витков трения (для уменьшения нагрузки на элементы крепления каната), мм;





    lр – длина участка для навивки рабочей ветви каната, мм:



    Н – высота подъема груза.

    lк – длина концевой части барабана, мм;





    l0 – длина среднего участка, мм:



    где hmin – минимальное расстояние между осью барабана и осью подвески, принимаем hmin= 800 мм;

     = 60 – наибольший угол набегания каната на барабан.

    .

    - число слоев навивки.

    =4

    .

    Выполним проверку барабана на изгиб.


    Lo=172 мм ; Lб=1448 мм



    Рис. 1.6 - Схема к проверке барабана на изгиб

    Ма=0 ;

    Yв= Ха =[Fmax(Lб-l0)/2+ Fmax(Lб+l0)/2]/ Lб ;

    Fmax=2,357·104Н ;

    М1=M2= Fmax· (Lб-l0)/2 ;

    М1=M2=2,357·104(144,8-17,2)/2=1503766 Н см;

    Осевой момент инерции W=0,1(Dб3-( Dб-2)3) ;

    где -толщина стенок барабана ;

    W=0,1(653-(65-21,75) 3) =27456,35см3;

    =М / W ;

    =1503766 / 27456,35 =54,7 МПа, []=170 Mпа, <[] ;  условие выполняется.

    Произведем проверку барабана на кручение:


    Т=2FмахDб/2 ;

    Полярный момент инерции Wр2W ;

    Wр=227456,35=54912,7 см3;

    Т=22,357·10465/2=1532050 Нсм ;

    =Т / W р;

    =1532050/54912,7=27,9 Мпа, []=240 Mпа, <[]  условие выполняется.
    Расчет узла крепления каната

    В механизмах подъема кранов крепление каната на барабане производится при помощи одноболтовых или двухболтовых прижимных планок. Количество планок определяется расчетом. В случае применения одноболтовых планок независимо от расчета их должно быть не менее двух. Они устанавливаются с шагом в 600.

    Для уменьшения нагрузки на прижимные планки правилами предусматривается наличие запасных витков трения. С учетом влияния этих витков усилие в канате перед прижимной планкой можно определить по формуле Эйлера:



    где f – коэффициент трения каната о барабан; f=0,1 … 0,12;

    α – угол обхвата барабана витками трения; α= 3 e0,1·3π.



    c:\users\superadmin\desktop\x004.gif

    1 – Барабан, 2 - шпилька с гайкой, 3 – планка, 4 - канат

    Рис. 1.7 - Узел крепления каната.

    С учетом всех сил трения, которые удерживают канат на барабане, усилие в болте определяем по формуле.



    f1 – коэффициент трения каната о планку; при клиновой канавке f1 = 0,24;

    z – число болтов.

    При диаметре каната 39,5 мм. выбираем болт М24. Проверяем его на растяжение:

    (41)

    где 1,3 – коэффициент, учитывающий кручение и изгиб болта;

    кз =1,8 – коэффициент запаса крепления;

    Sб – площадь сечения болта, см2;

    - допускаемое напряжение растяжения. Для Ст.3 117 МПа.

    примем z = 3





    Принимаем, что крепление каната к барабану будет произведено двумя трех болтовыми планками.
    Расчет вала барабана

    Соединение вала барабана с выходным валом редуктора может производиться при помощи зубчатых муфт, допускающих значительную несносность соединяемых валов. Эти муфты характеризуются высокой надежностью, но имеют большие габариты. Поэтому в современных конструкциях механизмов подъема для обеспечения компактности применяется специальное зубчатое зацепление в виде зубчатого венца (конец тихоходного вала), входящего в зацепление с другим венцом, укрепленным непосредственно на барабане. При таком соединении крутящий момент передается через болты, соединяющие венец-ступицу с обечайкой барабана, и, следовательно, вал барабана работает только на изгиб

    Схемы к расчету оси барабана представлены на рис. 1.8.



    Рис.1.8 - Расчетная схема вала барабана.
    Для предварительного расчета длину вала барабана принимаем:



    Нагрузка на барабан (пренебрегая собственным весом барабана) создается усилиями двух ветвей каната – 2Fmax. Поскольку ступицы находятся на разных расстояниях от опор, то нагрузки на ступицы также будут разными. Расстояния от центров ступиц до центров подшипников l1 и l2 принимаем предварительно: l1 = 120 мм, l2 = 200 мм

    Реакции Т1и Т2 с достаточной точностью можно принять равными:

    ;



    Определение опорных реакций:

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



    ,

    где К0 - коэффициент, учитывающий конструкцию детали (для валов, осей и цапф К0 = 2,0 .. 2,8 (принимаем К0 = 2,5);

    [n] – допускаемый коэффициент запаса прочности (для режима работы 4К [n] = 1,6);

    σ-1 – предел выносливости (для Сталь 45 σ-1 = 260 МПа)

    .

    Наибольший изгибающий момент в сечении под ступицей:



    Момент сопротивления этого сечения:



    Принимаем оба диаметра под ступицы одинаковыми, а расчет dст ведем по наибольшему из моментов:

    принимаем dст = 100 мм.

    Длина ступицы:

    принимаем =150 мм.

    Наибольший момент для цапфы:



    Диаметр цапфы из условия прочности:

    принимаем dц = 55 мм

    Диаметр левой цапфы в целях унификации подшипников принимаем равным диаметру правой цапфы

    Расчет подшипников оси барабана.

    Для компенсации несосносности опор ось барабана размещается на самоустанавливающихся сферических двухрядных шариковых или роликовых подшипниках ГОСТ 5720 – 75 и ГОСТ 5721-75.

    Эквивалентная нагрузка на левый подшипник равна:



    где kv – коэффициент вращения, при вращении внутреннего кольца kv =1; kД – динамический коэффициент, для механизмов подъема kД = 1,2; kпр – коэффициент приведения, для режима работы 4М kпр = 0,65.

    .

    Расчетную динамическую грузоподъемность шарикового подшипника определяем по формуле:



    L – требуемая долговечность подшипника, L =4,89 млн. об.;

    ;

    Выбираем подшипник 3520:

    d = 100 мм, D=180 мм, B=46 мм, C=447 кH C0=368 кH При выборе подшипника учитываем необходимый диаметр цапфы вала барабана и диаметр расточки под подшипник в полумуфте выходного вала редуктора (редуктор Ц2-250 d2=65 мм)

    Поскольку в правом подшипнике вращаются оба кольца, то его можно рассчитывать по статической грузоподъемности:





    В целях унификации оба подшипника принимаем одинаковыми
    Выбор электродвигателя.

    Статическая мощность при подъеме номинального груза:



    где η0 – К.П.Д. механизма подъема, η0 = 0,85.

    Расчет двигателя ведем по эквивалентной нагрузке; потребная мощность двигателя определяется по формуле:



    где kпр – коэффициент приведения, для режима работы 4М kпр= 0,65.

    .

    По эквивалентной мощности выбираем электродвигатель переменного тока с фазным ротором МТН 511-8, параметры двигателя:

    N = 30 кВт, nдв = 715 об/мин, Тном= 298 Нм. , JР = 20 кгм2; m=300 кг.



    Рис. 1.9 - Электродвигатель 4MT 200 LB6.

    мм, мм, мм, мм, мм.

    Выбор редуктора

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

    Мощность редуктора определяем по формуле:



    где kр – коэффициент запаса, для редукторов типа Ц2 kр = 1.

    .

    Передаточное отношение:

    iр = nдв / nб = 715/7,8=91,66



    Выбираем редуктор 1Ц3Н-355 с передаточным числом iр = 90.

    c:\users\superadmin\desktop\c3u-400-gab.jpg

    Рис. 1.10 - Редуктор 1Ц3Н-355

    Определим фактические параметры:

    nфакт. = 715/90 = 7,94 об/мин.

    Vфакт. = 7,943,140,65/60 = 0,27м/с.=16,2м/мин.

    Vгр. =0,27/4 = 0,067 м/с.

    Nст = 18000 9,810,067/(10 30,85) = 42,7 кВт.

    Nэкв = 42,7 0,65 = 27,7 кВт.

    Np = 27,71 = 27,7 кВт.
    Расчет узла соединения редуктора с барабаном

    В принятом способе соединения вала редуктора с барабаном крутящий момент передается через прецизионные болты по ГОСТ 7817-80, установленные в отверстия без зазора. В этом случае болты работают на срез, напряжение которого определяется по формуле:



    где Рокр – усилие, действующее по окружности установки болтов, Н

    Zбн – число болтов (обычно 6-8)

    d – диаметр цилиндрической части прецизионного болта, см (обычно 1,7…2,5 см)

    [τ] – допускаемое напряжение среза, МПа. [τ] ≈ 0,6 [σр];

    Рокр=2Мб/Dокр

    Mб – крутящий момент на барабане, Н;

    Dокр – диаметр окружности установки болтов.

    Mб = Dб  Qгр/(2  iпл  пл)

    где iплкратность полиспаста; iпл= 4

    пл – КПД полиспаста; при iпл=4 пл=0,975

    Mб = 0, 5 150009,81/(240,975) = 9432,7 Н

    В предварительном расчете принимаем

    Dокр=(1,3…1,4)D3

    D3 – диаметр окружности зубчатого венца вала редуктора

    Dокр=1,35252=340,2 мм.

    Рокр=29432,7 /0, 3402 =55453,83Н

    [τ] = 0,6  117 = 70,2 МПа.



    Следовательно, используем четырнадцать болтов для крепления вала редуктора с барабаном


    написать администратору сайта