кран с лапами. Введение 2 Общие схемы крана, описание устройства, конструкция, работа 3

• Название: Введение 2 Общие схемы крана, описание устройства, конструкция, работа 3
• Анкор: кран с лапами
• Дата: 13.02.2023
• Размер: 2.58 Mb.
• Имя файла: kran_s_lapami_KP.docx
• Тип: Реферат; #933883
• страница: 13 из 14

S_{max 2}  (l_н2  l_гл l_н1  l₁ )  S_max  l_{1 . (3.1.3.1)}

l_н2  l_гл l_н1  l₂  l₁

ΣМ_Вi=0;

S_max2∙l₂+S_max∙(l_н2+l_гл+l_н1+l₂)-P₁∙(l_н2+l_гл+l_н1+l₁+l₂)=0, отсюда

_P1₌ S_max  (l_н2  l_гл l_н1  l₂ )  S_{max 2}  l_{2 . (3.1.3.2)}

l_н2  l_гл l_н1  l₁  l₂

По формуле (3.1.3.2)

_P1₌ 75,68  (0,077  0,096  0,137  0,053)  20,21 0,053 _{=60,9 (кН);}

0,077  0,096  0,137  0,097  0,053

По формуле (3.1.3.1)

_P2₌ 20,21 (0,077  0,096  0,176  0,097)  75,68  0,097 _{=32,77 (кН).}

0,077  0,096  0,176  0,053  0,097

Для случая, когда груз поднят вверх

_Р1_'= S_{max 2} (l_н2  l₂ )  S_max (l_н2  l_гл l₂ ) _{, (3.1.3.3)}

l_н2  l_гл l_н1  l₁  l_2
Р2_'= S_max (l_н1  l₁ )  S_{max 2} (l_н1  l_гл l₁ ) _{. (3.1.3.4)}

l_н2  l_гл l_н1  l₂  l_1
Р1_'= 75,68  (0,077  0,096  0,053)  20,21 (0,077  0,053) _{=42,9 (кН),}

0,077  0,096  0,137  0,097  0,053
_Р2_'= 20,21 (0,137  0,096  0,097)  75,68  (0,137  0,097) _{=50,43 (кН).}

0,077  0,096  0,137  0,053  0,097

Геометрические размеры оси барабана см. на рис. 3.1.3.2.


Dокр=840



dп=З110

dст=З120

d=З140

dст=З120

dп=З110
Рис. 3.1.3.1. Установка барабана.




Рис. 3.1.3.2. Геометрические размеры оси барабана.

Рис. 3.1.3.3. Геометрические размеры ступиц барабана.

Геометрические размеры ступиц (см. рис. 3.1.4.3) барабана определим по формулам:

Длина ступицы

l_ст=(0,8…1,5)∙d_ст; (3.1.3.5)

l_ст=0,8∙120=96 (мм).

Принимаем l_ст=100 (мм). Диаметр ступицы

D_ст=1,5∙ d_ст+10; (3.1.3.6)

D_ст=1,5∙120+10=190 (мм).
Расчет оси барабана сводят к определению диаметров цапф d_ц и ступицы d_с из условия работы оси на изгиб в симметричном цикле (см. форм. 5.9 [8]):

ζ=М_и/W≤[ζ_-1], (3.1.3.7)

где М_и  изгибающий момент в расчетном сечении, Н∙м;

W  момент сопротивления расчетного сечения при изгибе, м³; [ζ_-1]  допускаемое напряжение при симметричном цикле.

Допускаемое напряжение при симметричном цикле можно определить по упрощенной формуле (см. форм. 5.10 [8])

[ζ_-1]=

^ 1

k'₀ n

, (3.1.3.8)

dст=З120

Dст=З190

dст=З120

Dст=З190
где k₀  коэффициент, учитывающий конструкцию детали; для осей k₀=2; ζ_-1  предел выносливости материала, МПа;

14. 
     допускаемый коэффициент запаса прочности; для режима работы М6 [n]=1,8.
    

W=0,1∙d³. (3.1.3.9)

Ось барабана выполнена из Стали 45, для данной марки стали ζ_-1=245,2 МПа (см. табл.

1.14 [8])

По формуле 3.1.4.4

[ζ_-1]= ^245,2 =68,11 (МПа).

2 1,8

Найдем реакции в подшипниках (см. рис. 3.1.3.4). ΣМ_Di=0;

P₂∙l₃+P₁∙(l₃+l₂)-R₁∙(l₃+l₂+l₁)=0;

R₁= ^{P2  l3  P1  (l3  l2 )} . (3.1.3.10)

l₃  l₂  l₁

ΣM_Ci=0

P₁∙l₁+P₂∙(l₁+l₂)-R₂∙(l₁+l₂+l₃)=0;

R₂= ^{P1  l1  P2  (l1  l2 )} . (3.1.3.11)

l₃  l₂  l₁

Для случая, когда груз опущен

_R1₌ 32,77  0,2  60,9  (0,2  0,46) _{=61,11 (кН);}

0,2  0,46  0,105

_R2₌ 60,9  0,105  32,77  (0,105  0,46) _{=32,56 (кН).}

0,2  0,46  0,105

Для случая, когда груз поднят

_R'1₌ 50,43  0,2  42,9  (0,2  0,46) _{=50,2 (кН);}

0,2  0,46  0,105

_R'2₌ 42,9  0,105  50,43  (0,105  0,46) _{=43,13 (кН).}

0,2  0,46  0,105


Построим эпюры поперечных сил и изгибающих моментов (см. рис. 3.1.3.5) (при расчете считаем, что груз поднят в верхнее положение).

1. 
   участок:
   

0≤z₁≤l₁; Q'₁=R₁'=50,2 (кН); М'₁=R₁'∙z₁; М'_1;z1=0=50,2∙0=0;

М'_{1; z1=l1}=50,2∙0,105=5,271 (кН∙м).

2. 
   участок:
   

l₃≥z₂≥0; Q'₂=R₂'=43,13 (кН); М'₂= P₂'∙z₂;

М'_{2; z2=0}=43,13∙0=0;

М'_{2; z2=l3}=43,13∙0,2=8,63 (кН);
Для случая когда груз опущен I участок:

0≤z₁≤l₁; Q₁=R₁=61,11 (кН); М₁=Р₁∙z₁; М_1;z1=0=61,1∙0=0;

М_{1; z1=l1}=61,1∙0,105=6,42 (кН∙м).
II участок:

l₃≥z₂≥0; Q₂=R₂=32,56 (кН); М₂= R₂∙z₂;

М_{2; z2=0}=32,56∙0=0;

М_{2; z2=l3}=32,56∙0,2=6,51 (кН);
Построим эпюру изгибающих напряжений (см. рис. 3.1.3.6), для случая, когда груз поднят

1,26 10³

ζ_и1= =9,47 (МПа);

0,1 0,11³

1,26 10³

ζ_и2= =7,29 (МПа);

0,1 0,12³

5,27 10³

ζ_и3= =30,45 (МПа);

0,1 0,12³

5,87 10³

ζ_и4= =33,97 (МПа);

0,1 0,12³

5,87 10³

ζ_и5= =21,39 (МПа);

0,1 0,14³

8,27 10³

ζ_и6= =30,14 (МПа);

0,1 0,14³

8,27 10³

ζ_и7= =47,86 (МПа);

0,1 0,12³

8,63 10³

ζ_и8= =49,94 (МПа);

0,1 0,12³

6,47 10³

ζ_и9= =37,44 (МПа);

0,1 0,12³

6,47 10³

ζ_и10= =48,61 (МПа).

0,1 0,11³

_R2P2P1^R1

D^С

эп.Q'(кН)

43,13


эп.Q(кН)

32,56

l3=200


+

+

l2=460

l1=105
-


-

50,2

61,11

эп.М'(кН*м)

эп.М(кН*м)
+

8,63
+

6,51


5,271

6,42

Рис. 3.1.3.5. Эпюры внутренних силовых факторов.

А

R2_А

P2=43,13(кН)^{P1=50,2(кН)R1}

l3=200

l2=460

l1=105

[s]-1

68,11

эп.s(МПа)
48,61

49,94

47,86

30,14

21,39
33,97

30,45

9,47

Рис. 3.1.3.6. Эпюра напряжений изгиба.
Наиболее опасное сечение А-А проверим по эквивалентным напряжениям

^ζэкв⁼

≤[ζ_-1

]; (3.1.3.12)

где ^ _ср

• 
  напряжения среза, МПа.
  

^ ср<sup>=

Q</sup>max

  d²

4
; (3.1.3.13)

где Q_max  максимальная поперечная сила, кН (см. рис. 3.1.3.5); d  диаметр расчетного сечения, м.

^ _ср= ^43,13 =3,82 (МПа).

3,14  0,12²

4

По формуле 3.1.3.12

^ζэкв⁼

=50,52

По результатам расчета, используемая ось выдерживает нагрузки в симметричном цикле работы.

2. 
   Расчет подшипников оси барабана
   

Для компенсации несоосности опор ось барабана помещается на самоустанавливающихся сферических двухрядных роликовых подшипниках.
Эквивалентная нагрузка на левый подшипник может быть определена по формуле (см. форм. 26 [11])

Р_экв=R₂'∙k_v∙k_д∙k_пр, (3.1.4.1)

где k_v  коэффициент вращения; при вращении внутреннего кольца k_v=1; k_д  динамический коэффициент; для механизмов подъема k_д=1,2;

k_пр  коэффициент приведения; для режима работы М6 k_пр=0,75; Р_экв=43,13∙1∙1,2∙0,75=38,82 (кН).

Требуемая долговечность подшипника L (млн. оборотов) определится по формуле (см. форм. 16 [9])

L=60∙n_бп∙L_h/10⁶, (3.1.4.2)

где L_h  долговечность подшипника; L_h=5000 (ч) для режима работы М6; n_бп  частота вращения барабана, мин^-1; n_бп=11,5 (мин^-1) (см. разд. 2.1.5)

L=60∙11,5∙5000/10⁶=3,45 (млн.оборотов).

Расчетная динамическая грузоподъемность подшипника будет равна (см. форм. 17 [11]) С=Р_экв∙ ³ L ; (3.1.4.3)

С=43,13∙ =65,17 (кН).
Поскольку в левом подшипнике вращаются оба кольца, то его можно рассчитывать по статической грузоподъемности Р₁

C₀=R₁∙k_пр∙k_д; (3.1.4.4)

С₀=61,11∙0,75∙1,2=55 (кН).
По полученным значениям нагрузок, с учетом условий установки внешнего кольца в выходной вал редуктора, выбираем подшипник (см. табл. 102 [4]) роликовый сферический двухрядный (см. рис. 3.1.4.1)

53


3,5
Рис. 3.1.4.1. Габаритные и присоединительные размеры подшипника 3522 ГОСТ 5721-75.

Табл. 3.1.4.1

Характеристика роликового сферического двухрядного подшипника (по ГОСТ 5721-75).

Обозначение подшипника	С, кН	С0, кН	n, об/мин		Масса, кг
			п	ж
3522	227	281	1600	2000	7,5

2. 
   Расчет узла крепления редуктора к барабану
   

Соединение обечайки барабана с венцом-ступицей осуществляется болтами (ГОСТ 7817- 80), которые испытывают рабочие напряжения среза.

Диаметр болта определяют по формуле (см. форм. 5.11 [8])
d= , (3.1.5.1)
где Р_окр  усилие, действующее на окружности установки болтов, Н; m  расчетное число болтов;

[^ ]  допускаемое напряжение среза.

Окружное усилие

^Рокр<sup>= 2Тк

D</sup>окр

, (3.1.5.2)

З200

З110
где Т_к  крутящий момент на барабане, кН∙м (см. форм. 3.1.1.8); D_окр  диаметр окружности установки болтов, м (см. рис. 3.1.3.1);

Р_окр= ^{2  35,44} =84,38 (кН);

0,84

Расчетное число болтов

m=0,75n, (3.1.5.3)

где n  число установочных болтов; n=6; m=0,75∙6=4,5.
Допускаемые напряжения среза (см. форм. 5.12 [8])

[^ ]=0,6 ^{ т}

k₁k₂

, (3.1.5.4)

где ζ_т  предел текучести материала болтов, МПа; для болта из стали Ст3сп ζ_т=274,6 (МПа) (см. табл. 1.14 [4]);

k₁  коэффициент безопасности; для механизмов подъема k₁=1,3; k₂  коэффициент нагрузки; для режима работы М6 k₂=1,2;

[^ ]=0,6

274,6


1,3 1,2

=105,6 (МПа);

По формуле 3.1.5.1 d=

=0,015 (м).

Минимальный диаметр болта d=15 (мм). Используем болт М20 ГОСТ7817-80 (см. табл. 12

[3]).

2. 
   Расчет блока траверсы
   
   1. 
      Расчет геометрических параметров блока
      

Диаметр блока

D_бл≥h₂∙d_к, (3.2.1.1)

где h₂  коэффициент выбора диаметра; по нормам ГГТН для режима работы М6 h₂=22,4.

D_бл≥22,4∙29=649,6 (мм);

Принимаем диаметр блока равным диаметру барабана D_бл=739 (мм).
Определим размеры профиля канавки блока (см. рис.3.2.1.1). R=0,53d_k=0,53·29=15,37 (мм);

Принимаем R=16 мм. h=1,5d_к=1,5∙29=43,5 (мм);

Принимаем h=45 мм. r=0,2d_к=0,2∙29=5,8 (мм);

Принимаем к=6 мм. t=0,5d_к=0,5∙29=14,5 (мм);

Принимаем t=15 мм.
Геометрические размеры ступицы (см. рис. 3.2.1.1) блока определим по формулам:

Длина ступицы

l_ст=(0,8…1,5)∙d_ст; (3.2.1.2)

l_ст=0,8∙215=172 (мм).

Принимаем l_ст=180 (мм).

h





Dст

dст
Рис. 3.2.1.1. Геометрические характеристики блока траверсы.
Диаметр ступицы

D_ст=1,5∙ d_ст+10; (3.2.1.3)

D_ст=1,5∙215+10=332,5 (мм).

Пинимаем D_ст=340 (мм).

2. 
   Расчет подшипников блока траверсы Расчет ведут по эквивалентной нагрузке
   

P_экв=k_пр∙Р_max, (3.2.2.1)

где k_пр  см. форм. 3.3.3.

P_max  нагрузка на один подшипник при максимальном грузе, кН;

Р_max=S_max∙k_д∙k_v, (3.2.2.2)

k_д, k_v  см. форм. 3.1.4.1.

k_v=1,35  при вращении наружного кольца подшипника. Р_max=75,68∙1,2∙1,35=122,6 (кН).

По формуле 3.2.1 Р_экв=0,75∙122,6=91,95 (кН).


З215

З120
Поскольку блок вращается с той же частотой, что и барабан: L=3,45 (млн. оборотов). Расчетная динамическая грузоподъемность по формуле 3.1.4.3

С=91,95∙ =138,94 (кН).

Поскольку блок устанавливается на двух подшипниках, динамическая грузоподъемность одного подшипника будет:

С¹=С/1,8=138,94/1,8=77,19 (кН).

Для блока выбираем подшипник (см. табл. Табл. 100 [4]) радиальный сферический двухрядный шариковый (ГОСТ 5720-75).

3,5
42


3,5
Рис. 3.2.2.1. Габаритные и присоединительные размеры подшипника 3522 ГОСТ 5721-75.

Табл. 3.2.2.1

Характеристика роликового сферического двухрядного подшипника (по ГОСТ 5721-75).

Обозначение подшипника	С, кН	С0, кН	n, об/мин		Масса, кг
			п	ж
1224	119	70	2000	2600	5,1

3. 
   Расчет оси блока
   

Ось блока испытывает рабочие напряжения среза в точке крепления оси к стойкам. Перерезывающие силы (см. рис. 3.2.3.1)

R₁=R₂=P_max/2; (3.2.3.1)

R₁=R₂=122,6/2=61,3 (кН).
Напряжение среза

^ _ср= ^Qmax ≤[ ^ ]_ср, (3.2.3.2)

S

где Q_max  максимальная поперечная сила, кН; Q_max=R; S  площадь сечения оси, м²;

[ ^ ]_ср  допускаемые напряжения среза, МПа.

d²

S= , (3.2.3.3)

4

где d  диаметр оси в месте крепления к стойке, м; d=120 (мм) (см. рис. 3.2.3.1).
По формуле 3.2.3.3

3,14  0,12² ₂

S= =0,011 (м );

4

По формуле 3.2.3.2

^ ср⁼

61,3 10³

0,011

=5,57 (МПа).

Допустимые напряжения среза ,(см. форм. 5.12 [8])

[ ^ ]_ср=0,6 ^{ т}

k₁k₂

, (3.2.3.4)

где ζ_т  предел текучести материала оси, МПа; для оси из стали 45 ζ_т=519,8 (МПа) (см. табл. 1.14 [8]);

k₁  коэффициент безопасности; для механизмов подъема k₁=1,3; k₂  коэффициент нагрузки; для режима работы М6 k₂=1,2;

[ ^ ]_ср=0,6 ^519,8 =200 (МПа).

1,2 1,3

^ _ср<[ ^ ]_ср,

Ось выдерживает нагрузку.

Pmax

pподш.

R1

pподш.

R2

61,3

+

эп. Q (кН)

-

61,3

d=120



Рис. 3.2.3.1. Схема к расчету оси блока.

3. 
   
   115
   
   З60H12
   Расчет узла крепления каната к тележке
   
   1. 
      Выбор конструкции крепления
      

Крепление каната к тележке осуществляем с использованием коуша, с применением заплетки свободного конца.

Длина заплетаемого участка

l≥20∙d_к; (3.3.1.1)

l=20∙29=580 (мм).

Используем литой коуш (см. табл. 2, лист 10 [2]) по ГОСТ2224-72 (см. рис. 3.3.1.1) Крепление каната см. рис. 3.3.1.2.


64
З150

Рис. 3.3.1.1. Габаритные и присоединительные размеры литого коуша.


З70

З60
M39

Рис. 3.3.1.2. Конструкция узла крепления каната к металлоконструкции тележки.

2. 
   Расчет оси блока
   

Расчетную схему оси см. рис. 3.3.2.1.

Ось испытывает напряжения среза в месте крепления к скобе. Перерезывающие силы (см. рис. 3.2.3.1)

R₁=R₂=S_max∙k_д∙k /2; (3.3.2.1)

где S_max=85,86 (кН)  см. форм. 3.1.1.3, k_д=1,2  коэффициент динамичности, k=2  коэффициент запаса.

R₁=R₂=85,86∙1,2∙2/2=103 (кН).
Минимальный диаметр оси в месте крепления к стойке d=60 (мм) (см. рис.3.3.1.2) По формуле 3.2.3.3

3,14  0,06²

S=

4

=0,0028 (м²);

По формуле 3.2.3.2

^ ср⁼

103 10³

0,0028

=36,79 (МПа).

 
Материал оси сталь 45; допустимые напряжения среза см. форм. 3.2.3.4 36,79 (МПа)<200 (МПа).

_ср<[ ]_ср,

Ось выдерживает нагрузку.

R1^pR2