Расчет грузоподъемных машин

Расчет грузоподъемных машин

Расчет грузоподъемных машин

ВВЕДЕНИЕ

Грузоподъемные машины являются составной частью каждого производства и играют важную роль в механизации погрузочных работ.

Курсовое проектирование грузоподъемных машин - первая самостоятельная разработка машины в целом с взаимосвязанными механизмами, способствующая дальнейшему развитию у студентов конструкторских навыков. При работе над проектом возникает много вопросов по выбору схемы и параметров механизмов, их компоновки, последовательности расчета и т.д. В методических указаниях приведены необходимые рекомендации и нормативные данные, некоторые справочные материалы и последовательность расчета.

Расчетную часть проекта выполняют в виде пояснительной записки, которая должна содержать: задание на проект; введение; схемы механизмов тележки с описанием их назначения, устройства и особенностей; расчет механизмов, узлов и деталей с приведением расчетных схем и обоснованием принятых параметров и допускаемых напряжений (расчеты сопровождают ссылками на литературу); список использованной литературы; оглавление, содержащее наименование всех основных разделов записки (помещают в конце ее).

Пояснительную записку выполняют на листах писчей бумаги формата А4 (297 . 210) в соответствии с ЕСКД. Текст пишут чернилами, схемы и эскизы выполняют в карандаше под линейку с проставлением всех размеров и обозначений. При использовании стандартных и нормализованных узлов в записке приводят их характеристику.

В аналитических расчетах сначала записывают формулу в буквенных выражениях, а затем подставляют числовые значения и записывают результаты. Промежуточные вычисления не приводят. Все символы, входящие в формулы, должны иметь объяснения в тексте. Ссылки на литературные источники, стандарты и нормали заключают в квадратные скобки, эти ссылки должны соответствовать прилагаемому в конце записки списку литературы.

МЕХАНИЗМ ПОДЪЕМА

Последовательность расчета

1. Принять схему механизма, вычертить его с заданным типом крюковой подвески (приложения, рис П.1), привести его описание.

2. Выбрать канат, блоки, барабан, крюк, упорный подшипник (устанавливается под гайку крюка).

3. Составить эскиз крюковой подвески и рассчитать ее элементы - траверсу, ось блоков, подшипники блоков и серьгу (рис. П.2).

4. Выполнить кинематический и силовой расчет привода механизма: выбрать двигатель, редуктор, тормоз, муфты, проверить двигатель на нагрев по среднеквадратичному моменту с учетом графика загрузки механизма (рис. П.5) и двигателя (рис. П.6).

5. Определить размеры барабана и проверить на прочность его элементы.

Электродвигатель 4 переменного тока соединяется через вал - вставку 3 с помощью зубчатых муфт с двухступенчатым редуктором 1. Редукторная полумуфта 2 вала вставки используется как тормозной шкив нормально замкнутого колодочного тормоза. Выходной вал редуктора соединятся с барабаном 5 также зубчатой муфтой, у которой одна из полумуфт выполняется как одно целое с валом редуктора, а вторая - крепится непосредственно к барабану. На барабан навивается канат со сдвоенного полиспаста.

2. Канат, блок, крюк, гайка крюка и упорный подшипник

Кратность полиспаста

где - количество канатов полиспаста, наматываемых на барабан; для сдвоенного полиспаста .

КПД полиспаста Эта формула справедлива при . При других значениях количество слагаемых в числителе равно кратности полиспаста.

,

где - КПД блока; принимаем = [1, табл.2.1.].

Максимальное натяжение каната

Расчетная разрывная сила

,

где - коэффициент запаса прочности; по правилам Указать, при каком режиме работы. Выбрать канат по условию желательно при маркировочных группах 1568 и 1764 МПа. Госгортехнадзора [1, табл. 2.3] при режиме работы. Выбираем канат [1, табл. ] типа конструкции ГОСТ : диаметр каната = мм, разрывная сила = при маркировочной группе .

Условное обозначение: канат [1, с. 56].

Диаметр блока (барабана)

,

где - коэффициент долговечности каната; принимаем [1,табл.2.7] при режиме работы.

Выбираем [ , табл. П.1] диаметр блока по дну ручья , при длине ступицы мм.

Выбираем Выбрать из ряда 260, 335, 400 и 510 мм, по условию диаметр барабана (по дну канавок) мм [ ].

Для номинальной грузоподъемности т и режиме работы выбираем [ , табл.П.2] однорогий крюк по ГОСТ с размерами: , , , , мм, резьба .

Высота гайки крюка из

условия прочности на смятие резьбы

=

где и - параметры резьбы; - допускаемое Для стали по стали МПа напряжение; для резьбы , , мм [2, табл.14], = МПа [];

конструктивных Для метрической резьбы из конструктивных соображений соображений =

принимаем = мм [3]

Наружный диаметр гайки

принимаем мм [3]

Расчетная нагрузка на упорный подшипник

,

где - коэффициент безопасности, принимаем Для механизма подъема , передвижения

Выбираем Выбрать по условиям (крюка), [2, табл. 15] шарикоподшипник упорный одинарный ГОСТ 6874-75: , , мм, кН.

3. Крюковая подвеска На рис. 2 показать свой вариант подвески (рис.П.2), расчетные схемы элементов и эпюры механизмов

Нормальная подвеска состоит из блоков 2, оси блоков 1, траверсы 4 и серег 3 (рис. 2).

3.1 Конструктивные размеры Рассчитать для заданной подвески. Размеры принять по ГОСТ 6636-69 [3]:

Ширина траверсы

где - наружный диаметр упорного подшипника

принимаем мм [3]

диаметр Здесь - диаметр шейки крюка отверстия

принимаем мм

длина Длина зависит от типа крюковой подвески (рис.2): с одной стороны , с другой для третьего и четвертого типа подвесок здесь надо разместить блоки; принимать зазор между блоками , между блоками и серьгой мм. траверсы

принимаем = мм

пролет траверсы

,

где - толщина серьги; принимаем = мм [табл. П.3]

принимаем = мм

длина консоли

принимаем = мм.

Расстояния

принимаем , мм

3.2 Траверса

Для изготовления выбираем сталь по ГОСТ : , , МПа (табл.4)

Допускаемое напряжение изгиба при пульсирующем цикле изменения напряжений

,

где К - коэффициент концентрации напряжений; - запас прочности; принимаем Указать для какого крана принимаем «» К= [2, табл. 15], (табл. П.5)

Реакции опор

Изгибающие моменты в сечении

АА

ББ

Высота траверсы из расчета на изгиб

принимаем мм [3]

Диаметр цапфы из расчета на

изгиб

смятие ,

где - допускаемое напряжение; принимаем При отсутствии заедания = 60…65 МПа = МПа.

принимаем Принять большее значение [3]. Для подвески II типа - кратное «5». = мм.

3.3 Ось блоков

Для изготовления применяем Можно применять тот же материал, что для траверсы. Если принята другая сталь, привести расчет сталь по ГОСТ := , , МПа (табл.П.4).

Реакции опор Н.

Изгибающие моменты Рассчитать для заданного типа подвески. Привести расчетную схему.

Диаметр Расчет выполнить для наибольшего момента; результат округлить до кратного пяти. оси

принимаем = мм

Подшипники блоков

Радиальная нагрузка на подшипник

,

где - число блоков подвески; = .

Эквивалентная нагрузка

где - нагрузки, соответствующие времени их действия за весь срок службы подшипника ; принимаем , , , (рис. П.2).

Приведенная нагрузка

,

где - коэффициент радиальной нагрузки, - кинематический коэффициент вращения, - температурный коэффициент; принимаем при действии только радиальной нагрузки , при вращении наружного кольца подшипника , при температуре

Частота Согласовать размерность скорости и диаметров вращения блоков

, мин-1

Требуемая Если мин-1, расчет выполнить при 10 мин-1. динамическая грузоподъемность шарикового однорядного подшипника

,

где - срок Указать при каком режиме работы и сроке службы в часах службы подшипника; [1, с.19].

Выбираем Выбрать при условиях . Или d=dц для подвески II типа. шарикоподшипник радиальный однорядный : , , мм, С = кН [2].

3.4 Серьга

Для изготовления серьги выбираем См. расчет траверсы сталь по ГОСТ : , , МПа (табл. П.4.).

Допускаемое напряжение на растяжение

Допускаемое напряжение на смятие МПа

ширина серьги ;

принимаем мм [3]

высота проушины ;

принимаем мм [3]

Напряжение растяжения

,

что меньше (больше) МПа.

Напряжение в проушине Здесь - больше из и

,

где - давление в зоне контакта Указать, что находится в контакте с серьгой (оси, цапфы) и серьги; принимаем МПа.

4. Привод механизма

4.1 Двигатель

Расчетная мощность

,

где - КПД механизма; принимаем Указать при каких подшипниках. [1, табл.1.18].

Выбираем Выбрать двигатель MTF [1, табл.ІІІ, 3.5] или МТН [2, табл.2]. По условию (ближайшее меньшее). Для легкого режима принять ПВ = 15, среднего 25, тяжелого 40% электродвигатель ; номинальная мощность при ПВ = % кВт, частота вращения мин-1, момент инерции ротора = кгм2, максимальный (пусковой) момент , размер , диаметр вала мм [].

Условное обозначение: двигатель [1, с. 38].

4.2 Редуктор

Частота вращения барабана Диаметр барабана - см. п.2.5. Согласовать размерности скорости и диаметров.

, мин-1

Передаточное отношение

Минимально возможное суммарное межосевое расстояние редуктора

,

где - габаритный размер барабана с учетом узла крепления каната на барабане; принимаем при = = мм [1, табл.ІІІ. 2.1].

Выбираем Выбрать редуктор Ц2 [1, табл.ІІІ. 4.2], [2, табл.4] или типа РМ. По условиям , , - ближайшее большее к редуктор : межосевое расстояние мм, передаточное число , мощность на быстроходном валу при режиме работы и частоте вращения мин-1 кВт, диаметр быстроходного вала мм [ ], размеры выходного вала с зубчатым венцом , , , модуль мм, число зубьев = [2, табл.6].

Условное обозначение: редуктор [1, с.41].

Предельно допустимый момент редуктора

где к - коэффициент режима работы; принимаем при режиме работы к = [1, с.41].

Средний пусковой момент двигателя

,

где - номинальный момент двигателя; , Н . м

Таким образом, принятый редуктор Если условие не выполняется, принять более мощный редуктор. Здесь указать «удовлетворяет» или «не удовлетворяет». условиям перегрузки в период пуска

Фактическая скорость подъема груза

,

Отклонение Допускается . от заданной скорости

4.3 Тормоз

Статический момент при торможении

Тормозной момент

,

где - коэффициент запаса торможения; принимаем = при режиме работы [1, табл.2.9].

Выбираем Выбрать тормоз ТКГ [1, табл. ІІІ.5.13] или ТКТ [1, табл. ІІІ.5.11]. По условию . тормоз с тормозным моментом Нм [ ].

4.4 Муфты вала - вставки

Расчетный момент

,

где - коэффициенты, учитывающие соответственно степень ответственности механизма и режима работы, - номинальный момент на валу двигателя; принимаем [1, табл.1.35] для механизма подъема , при режиме работы .

Выбираем Выбрать по условию, диаметр согласовать с диаметром муфты с тормозным шкивом, с валом редуктора. муфту зубчатую с тормозным шкивом (табл.П.6.): момент [Т] = Нм, диаметр тормозного шкива , диаметр отверстия шкива , диаметр отверстия полумуфты мм, момент инерции .

Условное обозначение: муфта зубчатая с тормозным шкивом [1, с.41…43].

Выбираем Выбрать по условию , диаметр согласовать с диаметром вала двигателя. муфту зубчатую типа МЗП (табл.П.7) по ГОСТ : момент , диаметр отверстия , мм, момент инерции .

Условное обозначение: муфта зубчатая МЗП [1, с.41…43].

4.5 Проверка электродвигателя на нагрев

4.5.1 Кран работает с грузовым электромагнитом. В этом случае подъемная сила электромагнита

Выбираем Выбирать по условию . грузовой электромагнит типа [табл. П.8]: подъемная сила кН, масса = т.

Полезная номинальная грузоподъемность

В соответствии с графиком загрузки механизма подъема (рис. П.5)

,

где - относительная Значения относительной массы приведены на оси ординат (рис. П. 5). масса груза; для режимаработы , , .

КПД На рис. 1.2 выбрать кривую, соответствующую . механизма [1, рис. 1.2]

при

при

Угловая скорость вала двигателя

Статический момент Рассчитать аналогично для масс и , ТП, ТОП, J. на валу двигателя при подъеме груза

,

При опускании груза

,

Момент инерции движущихся масс, приведенный к валу двигателя,

,

где - коэффициент, учитывающий моменты инерции масс механизма, вращающихся медленнее, чем вал двигателя; принимаем Принимать .

Время пуска Рассчитать аналогично при и , tП, tОП. при

подъеме груза

опускании груза

Результаты расчета сведены в таблицу

диаметр Значение , см. п.2

МЕХАНИЗМ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ ТЕЛЕЖКИ

Последовательность расчета

1. Выбор схемы механизма, ее описание.

2. Выбор массы тележки, ходовых колес и определение сопротивления передвижению.

3. Выбор электродвигателя, редуктора, муфт, тормоза.

4. Проверка двигателя на пусковой режим и устойчивость процесса пуска.

5. Проверка двигателя на нагрев.

6. Расчет ходовых колес.

Если по условиям пуска получаются неприемлемые время пуска и ускорение, принять более мощный двигатель, проверить пригодность ранее принятых редуктора (по и ) и тормоза (по ).

Методика расчета

Задано: грузоподъемность (т), скорость передвижения (), режим работы.

1. Схема Здесь рассматривается механизм с редуктором ВК (см. рис. П.7, а). Можно применить механизм с редуктором ВКН (навесного типа) - см. рис. П.7, б. механизма (рис.4).

Электродвигатель через муфту соединен с вертикальным редуктором ВК. Выходной вал редуктора муфтами и промежуточными валами соединен с ходовыми колесами.

2. Сопротивление передвижению

Масса тележки [1. с. 13].

Наибольшая нагрузка на одно колесо

где - количество колес тележки; принимаем = 4.

Выбираем Выбрать при скорости . [1, табл.III.2.3] при заданной скорости передвижения и режиме работы колесо : диаметр мм, допускаемая нагрузка кН, тип рельса . В опорах колеса установлены подшипники Указать вид подшипника. (табл.П.10) с внутренним диаметром мм; диаметр реборд мм (табл.П.10).

Сопротивление передвижению с номинальным грузом

, кН,

где - коэффициент трения в опорах колеса, - коэффициент трения качения колеса по рельсу, - коэффициент, учитывающий трение реборд о рельс, - уклон пути; принимаем [1, с.33], мм при мм и рельсе Указать, с плоской или выпуклой головкой с головкой [1, табл.1.28], при подшипниках качения [1, с.33], [1, табл. 2.10].

3. Выбор элементов привода

3.1 Электродвигатель

Статическая мощность привода

, кВт ,

где - КПД механизма передвижения; принимаем [1, табл. 1.18]. Выбираем Выбрать по условию [1, табл.ІІІ.3.5] двигатель : номинальная мощность при ПВ = % кВт, частота вращения мин-1, максимальный (пусковой) момент , момент инерции редуктора , мощность при ПВ = 25% кВт, диаметр вала , высота центров мм [1, табл. ІІІ.3.6].

Условное обозначение: [1, с.38].

3.2. Редуктор

Частота вращения ходовых колес

, мин-1

Передаточное отношение привода

Минимально возможное суммарное межосевое расстояние редуктора

Выбираем Выбрать в зависимости от применяемой схемы механизме редуктора ВК [ 5, прил.LXIV] или ВКН (табл.П.11 или [5, прил.LXII] по условиям , - ближайшее к передаточному отношению , диаметр выходного вала [2, табл.27 или 28], [5, прил. LXI или LXIII]. [ ] редуктор : передающая мощность кВт при режиме работы, частота вращения мин-1. передаточное число , диаметр входного вала мм [ ], диаметр выходного вала мм [ ].

Фактическая скорость передвижения

,

3.3 Муфта на быстроходном валу

Номинальный момент на валу

Расчетный момент

,

где - коэффициент, учитывающий степень ответственности механизма, - коэффициент, учитывающий режим работы; принимаем [1, табл.1.35] , .

Выбираем Выбрать по условию , диаметры согласовать с диаметрами двигателя и редуктора [1, табл. III.5.6]. (табл. П.6, П.7). муфту [ ]: номинальный момент , момент инерции , диаметр отверстий и мм.

3.4 Муфта на тихоходном валу

Расчетный момент

,

где - момент на валу редуктора.

,

где - КПД редуктора; принимаем . [1, табл. 1.18]

Выбираем муфту [ ] ; , , , мм.

3.5 Тормоз

Максимально допустимое замедление при движении тележки без груза

где - число приводимых колес, - коэффициент сцепления ходовых колес с рельсами; принимаем , [1, с.33].

Время торможения

Сопротивление Это случай крана с грузовым электромагнитном; для крана без магнита . передвижению тележки без груза при торможении

Тормозной момент при движении без груза

Выбираем Можно выбрать тормоз ТКТ [1, табл. ІІІ.5.11] или ТКГ [1, табл. ІІІ.5.13] по условию . тормоз с тормозным моментом , который следует отрегулировать до .

Рекомендуемая длина пути торможения [1, табл. 1.23],

где .

Фактическая длина пути торможения

4. Проверка пускового режима двигателя

Максимально допустимое ускорение при пуске

где - минимально допустимое значение коэффициента запаса сцепления; принимаем [1, табл. 1.27].

Наименьшее допускаемое время пуска

Средний пусковой момент двигателя

где - минимальная кратность пускового момента; принимаем = [1, с.35].

Сопротивление передвижению при работе без груза

Статический момент при работе без груза

Момент инерции вращающихся масс привода

Фактическое время Сравнить с рекомендуемым [1, табл. 1.19]. Если результат существенно отличается, принять более мощный двигатель и повторить расчет по п.4. Затем проверить пригодность ранее принятого редуктора и тормоза. пуска при работе без груза

Фактическое ускорение Сравнить с . при пуске и работе без груза

Фактический запас Сравнить с ранее принятым . сцепления приводных колес с рельсами при работе без груза

5. Проверка По методике номинального режима работы [5. с.112]. Можно выполнить по методике, рассмотренной в разделе «Механизм подъема». двигателя на нагрев

Статический момент на валу двигателя при номинальной нагрузке

Коэффициент перегрузки двигателя

Перегрузочная способность двигателя

Момент инерции движущихся масс, приведенный к валу двигателя

Время пуска

где - относительное время пуска Выбрать по [1, рис. 1.4 или 1.5].; принимаем при и [ ], .

Среднее время рабочей операции

,

где - средний путь Принимаем м. передвижения тележки.

Расчетный коэффициент .

Эквивалентная по нагреву мощность Сравнить и принятого двигателя. Если , двигатель удовлетворяет условием нагрева. при ПВ = 25%.

где - коэффициент, учитывающий относительную продолжительность включения, - коэффициент По [1, рис. 1.16] указать по какой кривой определяется . влияния пускового момента на эквивалентную мощность; принимаем [1, табл. 1.32] при режиме работы, при [1, рис. 1.6, кривая ].

6. Узел ходовых колес

Нагрузка См.п.2 на одно колесо

Расчетная нагрузка

где - коэффициент режима работы, - коэффициент, учитывающий переменность нагрузки; принимаем [5, табл. 34],

Напряжение смятия [5, с. 116]

Подшипники опор Выполнить проверку аналогично п.5.1.5 «Механизм подъема».

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кузьмин А.В., Марон Ф.Л. Справочник по расчетам механизмов подъемно-транспортных машин.-Мн.: Высшая школа, 1983-350 с., ил.

2. Погорелов С.В. Методические указания по конструктированию узлов тележки электромостового крана - Запорожье: ЗИИ, 1990-72 с., ил.

3. ГОСТ 6636-69 «Нормальные линейные размеры».

4. Перель Л.Я. Подшипники качения. Справочник - М.: Машиностроение, 1983-543 с., ил.

5. Расчеты грузоподъемных и транспортирующих машин. Иванченко Ф.К. и др. - К.: Выща школа, 1978-576 с., ил.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Таблица П.1