Подъемно–транспортные машины

Министерство общего и профессионального образования  Российской Федерации

Тверской Государственный Технический Университет

Кафедра «Машины и аппараты производственных процессов»

 

 

 

 

Курсовая работа по ПТМ

по курсу

«Подъемно–транспортные  машины»

 

 

 

 

                                                               Выполнил: студент гр. БТПП

Загораев А.В.

Проверил преподаватель:

 

 

 

 

 

 

 

 

Тверь 2012

 

 

 

 

 

 

 

Данные:

Q,t	H,м	L,м	Vгр, м/мин	Р.Р.	Вид тормоза
2,5	7	8	2,5	Средний	Дисковый

 

 

Q - грузоподъемность

H - высота подъема груза

L – длина пролета

Vгр. – скорость подъема груза

Р.Р. – режим работы

 

 

 

 

Содержание

 

1. Выбор полиспаста и составление кинематической схемы 4
2. Выбор каната 5
3. Выбор крюка и крюковой подвески 6
4. Расчёт барабана 6

        4.1  Определение диаметра барабана 6

        4.2  Выбор параметров винтовой  нарезки 6

        4.3  Определение длины барабана 7

        4.4  Определение толщины стенки и расчет прочности барабана 7

        4.5 Расчет узла крепления к барабану 8

5. Выбор двигателя механизма подъёма 10
6. Выбор редуктора  10

        6.1  Определение общего передаточного числа механизма 10

   6.2  Определение расчётной мощности редуктора 10

7. Выбор муфт и тормоза 11
8. Проверка тормоза по удельному давлению, по времени и ускорению

     при торможении и по допускаемому пути торможения 13

9. Проверка двигателя на пусковой момент по времени пуска и ускорению  13
10.   Проверка двигателя на нагрев по среднеквадратичному моменту 14
11.   Уточнение кинематической схемы механизма 18
12.   Список используемой литературы 19

 

1. Выбор каната

 

В соответствии с требованиями РОСТЕХНАДЗОРА канат выбираем по условию:

F_разр > K·F_max ,

где F_разр – разрывное усилие каната, (Н);

     К – коэф-т запаса прочности каната. Так как по табл. 1.9 ([1], с. 10) продолжительность включения ПВ = 40%, то по табл. 2.3 ([1], с. 55) для машинного привода механизма и тяжёлого режима работы выбираем: К = 6; 

       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=2,5 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)·2,5 = 0,025…0,075;

Принимаем Q_п = 0,05 т;

  z_п – число полиспастов, z_п = 2;

 U_п – кратность полиспаста, U_п = 2;

  η_п – КПД полиспаста:

,

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

;

      η_обⁿ – КПД обводных блоков, т.к. обводные блоки отсутствуют: η_обⁿ = 1

      n – число обводных блоков;

Расчетное разрывное  усилие каната (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= 41550 Н > F ^/_разр= 37902,3 Н

d_к=9,1 мм, при маркированной группе 1568 МПа. Ориентировочная масса 1000 м смазанного каната М=305 кг.

Согласно табл. 2.4 ([1], с. 56) канат обозначается: стальной канат диаметром 9,1 мм, грузовой (Г), изготовленного из материала марки 1, с правой свивкой прядей, крестовой свивкой элементов каната, из проволок маркировочной группы 1568 МПа, по ГОСТ 2688–80:

КАНАТ – 9,1 –  Г – 1 – 1568 ГОСТ 2688–80.

Фактический коэф. запаса прочности каната:

;

Условие прочности выполняется.

 

2. Выбор крюка и крюковой подвески

 

Выбор крюка:

по табл. III.2.4 ([1], с. 297) для режима работы 5М(Т), Q=2,5 т и машинным приводом выбираем однорогий крюк №11 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=2,5 т и режиму работы 5М(Т), выбираем подвеску: тип 1, грузоподъёмность 3,2т и диаметре каната 9,1 мм, режим работы – тяжёлый,

d_блока=320 мм,

d_к – жёлоб блока под канат, d_к=9,2 мм;

b – расстояние между центрами блоков b=200 мм.

m – масса подвески m=68 кг.

D_УР≈0,8D_БЛ.

3. Расчёт барабана
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 =9,1; 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 тяжелом режиме работы: e = 30.

D = 25∙7,8 = 195 мм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.  Выбор параметров винтовой нарезки

Рис. 2 Профиль канавок на барабане

По табл. 2.8 ([1], с. 60) выбираем размеры профиля канавок барабана при диаметре каната d_к = 9,1 мм:

t – шаг витка, t = 11 мм;

h – глубина канавки, h = 3 мм;

r – радиус канавки, r = 5,5 мм;

D – диаметр барабана по средней линии навивки;

D_б – диаметр барабана по дну канавки (мм):

D_б = D – d_к ;

D_б = 300 – 9,1 = 290,9 мм ≈ 291 мм.

 

3.  Определение длины барабана

L^'_б l L^'_б   

 

 

 

 

 

 

                                                         Рис.3 Вид барабана для сдвоенного полиспаста.

                    L_б

 

Полная длина барабана для сдвоенного полиспаста:

L_б = 2×L^'_б + l,

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

L^'_б = z∙t ,

где t - шаг витков (t=11мм); z – число витков каната:

,

где Н – номинальная высота подъема, Н = 8 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 = 23.

L^'_б = 23∙11 = 253 мм

L_б = 2∙L^'_б + l

L_б = 2∙253 + 200 = 706 мм,

где l – длина средней (ненарезанной) части барабана, l = b = 200 мм

Принимаем L_б = 706 мм.

 

4.  Определение толщины стенки и расчет прочности барабана

 

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

δ = 0,01×D_б + 3 = 0,01∙291 + 3 = 5,91 мм, но т.к. δ ≥ 12 мм, то принимаем толщину стенки барабана δ = 12 мм.

 

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

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

[σ_сж] = 140 МПа ([σ_сж] = 0,5∙σ_Т)

 

L_б /D_б = 706 /291 = 2,42 < 3 - т.е. при проверке барабана на прочность учитываем только напряжение сжатия (МПа):

, где

напряжение сжатия в стенке барабана (МПа); допустимое напряжение сжатия (МПа); А – коэффициент, учитывающий влияние второго и последующей навивки.

, где

предельное напряжение (МПа); коэффициент запаса прочности

= 1,5-2,0 – для стали, примем  = 2

Условие выполняется.

 

 

 

5.  Расчет узла крепления каната к барабану

В данном случае используем крепление 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 3π…4π (рад), примем 4π, т.к. z₁=2;

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).

 

Изгибающая сила, действующая  на болт (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 выполняется.

 

4. 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=2,5 т; Q_п = m – масса крюковой подвески, Q_п= 68 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 MTKF 211–6 с короткозамкнутым ротором 50Гц, 220/380 500В для тяжёлого режима работы (ПВ=40%) ближайший в ряду двигатель:

= 7,5 кВт – мощность на валу;

n = 880 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.

 

5. Выбор редуктора и уточнение фактической скорости

подъёма груза

 

6.1 Общее передаточное  число механизма

где:

 

6.2 Расчётная  мощность редуктора

 

Р_р = К_р∙Р_ст.

К_р – коэффициент, учитывающий условия работы редуктора

для приводов механизма  подъёма крана К_р = 1 (стр.40)

 

Р_р = 1∙8,4 = 8,4 кВт

 

По таблице  III.4.2 выбираем:

Редуктор цилиндрический двухступенчатый крановый типоразмера

Ц2-300:

U_ф = 24,9, Р_{быстр. в.} = 9,3 кВт

113 вариант сборки

 

Отклонение передаточного числа редуктора от расчётного:

Фактическая скорость груза:

где n^ф_б – фактическая скорость барабана

где U_ф – передаточное число редуктора = 24,9

 

 

 

 

 

 

 

7. Выбор тормоза  и муфты

 

Выбор тормоза:

 

Т_т. ≥ К_т.∙Т^т_ст.

где:

Т_т. – осевое усилие, создающее тормозной момент

К_т. – коэффициент запаса торможения, при тяжёлом режиме работы К_т.=2

Т^т._ст.– статический момент при торможении

тогда:

Т_т. = 2∙66,4=132,8 Н∙м

 

По таблице III.5.11 выбираем:

Тормоз колодочный электромагнитный переменного тока ТКТ-200:

Т_т. = 160 Н∙м

D_шкива = 200 мм

B – ширина колодки = 90 мм

γ – угол торможения = 70^о

отрегулировать тормозной  момент до Т_т. = 133 Н∙м

 

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

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

 

Р = 0,173 МПа < [P]= 0,6 МПа

следовательно удельное давление тормоза в пределах допустимого

 

 

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 для механизма  подъёма груза К₁=1,3

К₂ – коэффициент, учитывающий режим работы механизма

по таблице 1.35 для тяжёлого режима работы К₂ = 1,3

 

по таблице III.5.8 выбираем:

Муфту №1 зубчатую с тормозным  шкивом

m = 13 кг

Т_м. = 700 Н∙м

D_шкива = 200 мм

B = 95 мм - ширина тормозного шкива

J_м. = 0,1 кг∙м²

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Проверка тормоза по времени торможения,

ускорению и пути торможения

 

Время торможения:

где:

Т_т = 133 Н∙м

Т^т_ст = 66,4 Н∙м

с – коэффициент, учитывающий  влияние вращающихся масс, расположенных  на втором и последнем валах, d = 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 – 0,8 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 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

 

 

Ускорение при пуске:

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10.  Проверка  двигателя на нагрев по

среднеквадратичному моменту

 

Условие отсутствия нагрева:

Р_ср. ≤ Р_дв.

где:

Р_ср. – среднеквадратичная мощность

где:

Т_ср.п. = 154,66 Н∙м

Σt_п – суммарное время пуска

Т_ст.i – момент статических сопротивлений

T_у – время установившегося движения

Σt – суммарное время  включения двигателя

 

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

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

Q₁ = (Q+Q_п) = 2568 кг – 2 раза

Q₂ = 0,75(Q+Q_п) = 1926 кг – 4 раза

Q₃ = 0,2(Q+Q_п) = 513,6 кг – 1 раз

Q₄ = 0,05(Q+Q_п) = 128,4 кг – 3 раза

 

Определить:

1. Натяжение ветви каната, набегающего на барабан,

при подъёме:

 

 

при опускании:

 

         

 

2. Момент статических сопротивлений,

при подъёме:

 

η_м.i определяем по рис. 1.2

по форм. 1.1

 

по рис. 1.2

η_м.1 = 0,9

η_м.2 = 0,85

η_м.3 = 0,7

η_м.4 = 0,5

 

 

 

 

при опускании:

 

3. Время пуска,

при подъёме:

 

при опускании:

 

 

 

 

 

Моменты, развиваемые  двигателем и время его пуска

 

Наименование показателя	Обозна- чение	Единица измере-ния	Результаты расчёта при массе  груза, кг.
			2568	1926	513,6	128,4
КПД	η	-	0,9	0,85	0,7	0,5
Натяжение каната у барабана при подъёме груза	Fпб	Н	6361,6	4771,2	1272,3	318,1
Момент при подъёме груза	Тпст.	Н∙м	82,6	65,6	21,2	7,4
Время пуска при подъёме	tпп.	c	0,37	0,29	0,19	0,17
Натяжение каната у барабана при опускании груза	Fопб.	Н	6235	4676,3	1247	311,8
Момент при опускании	Топст.	Н∙м	65,6	46,5	10,2	1,8
Время пуска при опускании	tопп	с	0,12	0,13	0,15	0,16

где:

Н_ср. – средняя высота подъёма груза

Н_ср. = (0,5…0,8)Н = (0,5…0,8)∙8 = 4…6,4 м

Принимаем Н_ср. = 5,5 м

 

следовательно, условие  отсутствия перегрева выполняется

 

Уточнение кинематической схемы механизма

 

Размеры барабана:

Диаметр барабана, D_б = 291 мм

Длина барабана, L_б = 706 мм

 

Размеры редуктора:

Длина редуктора, L = 620 мм

Ширина редуктора, B = 300 мм

Расстояние между осями  быстроходного и тихоходного валов, А = 300 мм

 

Размеры двигателя:

Длина двигателя, L = 706 мм

Ширина двигателя, В = 313,2 мм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12. 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''