Подьемно транспортные устройства

            Федеральное агенство по образованию РФ

ГОУ ВПО  «Сибирский государственный технологический университет» 
 
 

Факультет: Механический

Кафедра: Механики 
 
 
 
 
 
 

РАСЧЕТНО  ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА 

ПРОЕКТИРОВАНИЕ  МЕХАНИЗМА ПОДЬЕМА ГРУЗА БЕСКОНСОЛЬНОГО КОЗЛОВОГО КРАНА

Рисунок 14  вариант 1 
 
 
 
 

      Разработчик: студент гр. 92-03

 

      _________ Никулин Е.М.

         (подпись)

      _______________________

                              (дата) 

      Руководитель:  

      ___________ Артищьева Н.А.

          (подпись) 

      _______________________

                     (оценка, дата) 
 

Красноярск 2008

ЗАДАНИЕ

Тема: “Проектирование механизма подьема груза бесконсольного козлового крана (аналог ПТ-62)”

 

Согласно рисунку-14 и варианту-1 принимаю следующие исходные данные. 

Грузоподъемность: 30 т

Высота  подъема груза: 8 м

Скорость  подъема груза: 6х6

Число управляемых колес: 0,2 м/с

Грузозахватное  устройство: крюковая подвеска

Режим работы механизма: 25% 

Рисунок 1. Схема механизма.

 

Содержание 
 

 

ВВЕДЕНИЕ 

    В современных условиях поточного  и автоматизированного производства значение подъемно-транспортных машин  качественно изменилось. Они вышли  за рамки своего первоначального  назначения – вспомогательного оборудования для механизации трудоемких процессов производства – и являются связующими звеньями в технологической цепи, обеспечивающими непрерывность производства, основным регулятором поточного производства, ограниченной частью технологических процессов, определяющих ритм и производительность основного оборудования предприятия. Подъемно-транспортные устройства являются основой комплексной механизации и автоматизации производственных процессов. От правильного выбора наиболее рациональных машин зависит высокопродуктивная работа всего предприятия.

      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.

    Конструкция подъемно-транспортных машин непрерывно совершенствуется, в связи, с чем  возникают новые задачи по расчету, проектированию, исследованию и выбору оптимальных параметров машин, обеспечивающих высокие технико-экономические показатели и качество машин.

    В данной работе был рассчитан и  спроектирован механизм подъема  бесконсольного козлового крана, были рассчитаны параметры барабана, выбран канат, подобраны двигатель и редуктор, подобрана крюковая подвеска, выбран тормоз.  

 

1. ВЫБОР ПОЛИСПАСТА 

    Полиспаст- это система подвижных и неподвижных блоков огибаемых гибкой связью  (цепь, канат, трос) и предназначенных для выигрыша либо в силе либо в скорости. 

    Выбор полиспаста произвожу согласно заданной грузоподъемности. Т.к. по заданию полиспаст сдвоенный то грузоподъемность равна 30/2=15т. На основании  технико-экономических расчетов и практического опыта принимаю рекомендуемую кратность полиспаста Uп=3.

    

 
 
 

    Рисунок 1.1. Канатная схема со сдвоенным полиспастом прямого действия. 

    Расчет  коэффициента полезного действия полиспаста. 

     , где                                        (1) 

- КПД блока. Принимаю  

 
2. РАСЧЕТ КАНАТА 

    Расчет  канатов по нормам Госгортехнадзора сводится к определению максимального  натяжения и разрывного усилия, по которым выбирают тип и размеры  каната.

    

    

    Расчет  усилия в канате набегающего на барабан: 

, где                                        (2) 

-  общее КПД. ;

- число полиспастов;

- грузоподъемность;

    

 

    Расчет  разрывного усилия в канате при максимальной нагрузке: 

     , где                                          (3) 

- коэффициент  зависящий от режима работы  крана. При среднем режиме принимаю  ;  

    

 

    По  рассчитанным параметрам подбираю канат по ГОСТ 3077-80, со следующими характеристиками (рис.2.1):

    Канат двойной свивки типа ЛК-0 конструкции 6х19 (1+9+9)+1 о.с.

    Маркировочная группа: 1960 МПа

    Разрывное усилие каната: 138000 Н

    Диаметр каната: 15,0 мм

    Масса 1000 м смазанного каната: 852,5 кг

    

 

    Рисунок 2.1. Подобранный канат.

 

     Рассчитываем  фактический коэффициент запаса прочности: 

                                          (4) 

    Рассчитанный  коэффициент запаса прочности соответствует режиму работы крана по заданию, значит канат подобран верно.

 

3. ВЫБОР КРЮКОВОЙ  ПОДВЕСКИ

    Крюковую  подвеску выбираю по диаметру каната, грузоподъемности и режиму работы. Выбираю крюковую подвеску со следующими характеристиками: В3=76 мм, В4=92 мм (рис.3.1).

    

 

Рисунок 3.1. Крюковая подвеска.

 

4. РАСЧЕТ БАРАБАНА 

    Диаметр барабана определяется из условий долговечности  в зависимости от диаметра каната, типа механизма и режима работы: 

     , где                                                (5) 

е – коэффициент  зависящий от режима работы и типа механизма. Согласно заданию принимаю е=25. 

 мм 

    Расчетный диаметр барабана увеличиваем на 50-150 мм для обеспечения долговечности  и надежности работы барабана. Окончательно принимаю мм. 

    Длина нарезанной части барабана, характеризующая  его канатоемкость, зависит от длины  наматываемого каната, определяемого  высотой подъема груза, диаметром  барабана и числом ветвей полиспаста. Длина каната навиваемого на барабан: 

     , где                                (6) 

- высота подъема груза;

- число витков каната для  запаса, согласно нормам принимаю  ;

- число прижимных витков, принимаю  ; 

 м 

    На  рисунке 4.1. показан вариант установки барабана для сдвоенного полиспаста с двумя внешними опорами и зубчатым венцом, где: 

-  длина барабана предназначенная  для:

1) крепления  концов каната на барабане;

2) крепления  барабана на станке при его  изготовлении;

 - длина нарезной части. Предназначена для обеспечения компактной и надежной укладки каната на поверхности барабана, и исключения его смещение в осевом направлении;

- длина ненарезной части. 

    На  рисунке 4.2. показан вид нарезной части барабана.

Рисунок 4.1. Установка барабана. 

 

Рисунок 4.2. Нарезная часть барабана. 

    Длина нарезного участка: 

     , где                                            (7) 

t – шаг нарезки (рисунок 4.2) принимаю исходя из диаметра каната t=0,017 м; 

м 

    Полная  длина барабана при сдвоенных  полиспастах: 

     , где                                       (8)

     м                                     (9)

     м                                     (10)

    

м 
 
 
 
 

    Толщину стенки барабана определяют из условий сжатия, учитывая что он нагружен равномерно распределенной нагрузкой вследствие огибания его натянутым канатом силой F_max. 

     , где                                              (11)

    

    

- допустимое  напряжение на сжатие; 

, где                                            (12) 

- предел  прочности материала. Принимаю  барабан выполненный из чугуна  марки СЧ28 ГОСТ 1412-70, . 

 мм 

    Предварительная толщина стенки барабана определяется по эмпирическим формулам. Для материала чугун: 

, где                                      (13) 

 - диаметр барабана по дну канавки; 

мм                                    (14)

 мм 

    Для того чтобы сохранить коэффициент  запаса прочности необходимо увеличить  . Принимаю мм.

 

5. РАСЧЕТ КРЕПЕЖА КОНЦОВ КАНАТА НА БАРАБАНЕ 

    Узел  крепления каната на барабане является одним из самых ответственных и к нему предъявляют высокие требования надежности, простоты конструкции, отсутствие острых перегибов, удобства осмотра и легкости замены каната.

    Наиболее  полно указанным требованиям  отвечает способ крепления наружными  планками. Для расчетного грузоподъемного механизма принимаю прижимные планки указанные на рисунке 5.1.

    

 
 

Рисунок 5.1. Наружная прижимная планка. 

Таблица 5.1 Геометрические параметры прижимной планки. 

 

Выбираем накладку с двумя болтами.

Напряжение каната в месте крепления на барабане, Н:

, где                                             (15)

f – коэффициент трения между канатом и барабаном, принимаем f=0,15,

- угол обхвата барабана запасными  витками каната, принимаем  ,

 е – основание  логарифма

 
 
 

     Определение силы, растягивающей болт, Н:

 , где                                 (16)

f₁ – приведенный коэффициент трения между канатом и накладкой с трапецеидальными канавками,

,  где                                           (17)

β – угол наклона боковой грани канавки, принимается =40⁰. 

     

 

     

 

Определение силы, изгибающей один болт, Н: 

                                                      (18)

     

 

Определение суммарного напряжения в каждом болте, Н/мм²: 

, где                            (19) 

к – коэффициент  запаса надежности крепления каната, принимаем  к=1,5,

l – расстояние от головки болта до барабана, мм

d₁ – внутренний диаметр резьбы болта, мм,

                                                  (20)

                                                  (21)

- допускаемое  напряжение на растяжение материала  болта.

,                                               (22)

где - предел текучести материала болта,

 Н/мм²

 Н/мм²

 Н/мм² - условие прочности выполняется. 

 

6.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТАТИЧЕСКОЙ МОЩЬНОСТИ ЭЛЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ 

    Максимальная  статическая мощность Р_ст (кВт), которую должен иметь механизм в период установившегося движения при подъеме номинального груза, равна:

, где                                           (23) 

 - скорость поднятия груза;

- КПЛ механизма.  Принимаю  . 

 кВт 

    Для того чтобы обеспечить работу двигателя “в натяг” выбираем электродвигатель в пределах кВт. Принимаю по ГОСТ 185-70 тип двигателя МТН 411-6, 50 Гц, 220/380 В со следующими характеристиками: 

Таблица 6.1 Основные параметры двигателя. 

 

 

Рисунок 6.1. Двигатель МТН 411-6.

 

     Таблица 6.2 Габаритные установочные и присоединительные размеры. 

    

    

    Рассчитываем  частоту вращения барабана: 

, где                                            (24) 

- скорость  подъема груза, м; 

    

 

7.

РАСЧЕТ ОБЩЕГО ПЕРЕДАТОЧНОГО ЧИСЛА 

                                     (25) 

    Редукторы для механизма подъема выбирают, исходя из расчетной мощности или  крутящему моменту частоты вращения быстроходного вала, передаточного числа редуктора и режима работы. Для горизонтальных редукторов расчетная мощность на быстроходном валу: 

, где                                           (26) 

     - коэффициент  учитывающий условия работы редуктора. Для приводов механизмов подъемов грузов ; 

    

 кВт 

    Принимаю  горизонтальный двухступенчатый редуктор Ц2-300.

Рисунок 7.1. Редуктор Ц2-300. 

    Таблица 7.1 Техническая характеристика редуктора. 

 

 

     Таблица 7.2 Габаритные установочные и присоединительные размеры. 

 

    Передаточное число редуктора не должно отличаться от требуемого больше чем на 15% : 

%                         (27) 

    Условие выполняется

 

8.

ПОДБОР МУФТЫ 

Расчетный момент для выбора муфты с тормозным  шкивом, Нм 

                                                   (28) 

где Т_м^н=Т_с – номинальный момент муфты, Нм;

k₁ – коэффициент, учитывающий степень ответственности механизма, k₁=1,3;

k₂ – коэффициент, учитывающий режим работы механизма, по таблице 5.1[3] при среднем режиме k₂ = 1,2;

 

   где                                              (29) 

F_max – усилие в канате, набегающем на барабан, Н;

Z – число полиспастов;

U_p – передаточное число редуктора (привода);

 КПД барабана, на подшипниках качения

 КПД привода,   

 

 

    Из  таблицы В.3[3] выбирается муфта упругая  втулочно-пальцевая с тормозным  шкивом. 

Рисунок 8.1 – Муфта упругая втулочно-пальцевая и тормозным шкивом  
 
 

Таблица 8.1 – Основные размеры и параметры втулочно-пальцевых муфт с тормозными шкивами.