Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Проект мостового крана. 2

Министерство образования РФ

Сибирский Государственный Технологический Университет

Факультет: ППС

Кафедра: Прикладная механика

ПРОЕКТ МОСТОВОГО КРАНА

(КП.ПТУ.000.00.20.04 ПЗ)

Разработал: ст-т гр. 54-10

__________Курганский О.В.

(подпись)

__________________

(дата)

Руководитель:

______________Межов В.Г.

(подпись)

__________________

(оценка, дата)

Содержание

Введение	3
1. Задание на проект	4
2. Расчеты, подтверждающие работоспособность механизма	5
2.1 Механизм подъема груза	5
2.1.1 Выбор схемы полиспаста	5
2.1.2 Усилие в канате, набегающем на барабан	5
2.1.3 Расчетное разрывное усилие	6
2.1.4 Фактический коэффициент запаса прочности	6
2.1.5 Выбор крюковой подвески	7
2.1.6 Диаметр барабана и блока средней линии навитого каната	7
2.1.7 Длина каната, навиваемого на барабан	7
2.1.8 Рабочая длина барабана	8
2.1.9 Толщина стенки барабана	8
2.1.10 Крепление каната на барабан	9
2.1.11 Статическая мощность двигателя	11
2.1.12 Частота вращения барабана	11
2.1.13 Общее передаточное число привода механизма	11
2.1.14 Выбор типа редуктора	12
2.1.15 Момент статического сопротивления на валу двигателя	12
2.1.16 Номинальный момент на валу двигателя	12
2.1.17 Выбор муфты	13
2.1.18 Средний пусковой момент двигателя	13
2.1.19 Время пуска при подъеме груза	14
2.1.20 Фактическая частота вращения барабана	14
2.1.21 Фактическая скорость подъема груза	14
2.1.22 Ускорение при пуске	15
2.1.23 Момент статического сопротивления	15
2.1.24 Выбор тормоза	15
2.1.25 Время торможения	16
2.1.26 Замедление при торможении	16
2.1.27 Расчёт вала барабана	16
3. Расчеты на долговечность	20
3.1 Расчет подшипника на долговечность	20
3.2 Проверка долговечности подшипников	20
4. Расчет шпоночных соединений	21
Заключение	22
Библиографический список	23

КППТУ 000.00.20.04 ПЗ

Курганский

Введение

Целью курсового проектирования является определение основных параметров механизма подъема. В проекте излагается общие расчеты механизма подъема, методика выбора и проверки электродвигателя, редуктора, муфт, тормоза.

1. Задание на проект.

Расчёт механизма подъёма груза мостового крана.

Исходные данные: Грузоподъёмность, т Скорость подъёма груза, м/с Высота подъёма груза, м Грузозахватное устройство Режим работы механизма, %

0,6

крюковая подвеска

1. Выбор кинематической схемы механизма

Рисунок 1 - Схема механизма

1. Электродвигатель 2. Муфта с тормозным шкивом. 3. Тормоз. 4. Редуктор. 5. Барабан. 6. Опора барабана.

2. Расчеты, подтверждающие работоспособность и надежность механизма.

2.1 Механизм подъема груза

2.1.1 Выбор схемы полиспаста

По грузоподъёмности выбираем сдвоенный полиспаст с кратностью 2

Рисунок 2 - Схема полиспаста

Коэффициент полезного действия полиспаста

(2.1)

где КПД блока (таблица 4.1 [2]);

и_п - кратность полиспаста.

2.1.2 Усилие в канате, набегающем на барабан при подъёме груза

Усилие в канате, набегающем на барабан при подъёме груза, Н

(2.2)

где Q - грузоподъёмность крана, кг

z - число полиспастов

и_п - кратность полиспаста

- общий КПД (в данном случае = )

g=9,81 - коэффициент.

2.1.3 Расчётное разрывное усилие в канате при максимальной нагрузке

Расчётное разрывное усилие в канате при максимальной нагрузке, Н

(2.3)

где k - коэффициент запаса прочности (таблица 4.2 [2]);

По разрывному усилию выбираем канат двойной свивки типа ЛК-З конструкции 6x25 (1+6+6+12)+1 о. с. ГОСТ 7665-80 диаметром 13 мм, маркировочная группа 1 568 МПа.

Рисунок 3 - Канат конструкции ЛК-З

2.1.4 Фактический коэффициент запаса прочности

(2.4)

где F_табл - табличное значение разрывного усилия

k_ф=81750/14863 = 5,5

2.1.5 Выбор крюковой подвески

Учитывая схему и кратность полиспаста, а так же грузоподъёмность и режим работы механизма, выбираем крюковую крановую подвеску со следующими параметрами: D = 336 мм, В=170 мм, Н = 766 мм, Масса 61,3 кг, =6 т (таблица Г.2 [2]).

Диаметр барабана по средней линии навиваемого на него стального каната.

Рисунок 4- Параметры барабана

(2.5)

где d_k- диаметр каната;

е - коэффициент, зависящий от типа машины, привода механизма и режима работы (таблица 4.3 [2])

мм

Принимаем

2.1.7 Длина каната навиваемого на барабан с одного полиспаста

(2.6)

где h - высота подъёма груза, м;

Z₃ - число запасных витков на барабане, (принимаем 2);

Z_k - число витков каната, находящихся под прижимным устройством,

(принимаем 4).

L_k =5*2 + 3,14*0,4*(2 + 4) = 17,5м

Рабочая длина барабана

Рисунок 5 - Длина барабана.

Длина нарезного участка барабана с одной стороны

(2.7)

где I_H - длина нарезной части барабана с одного полиспаста, м;

L_k - длина каната;

t- шаг нарезки канавок на барабане, м;

D_б - диаметр барабана по центру навиваемого каната.

Приняв расстояние между правой и левой нарезками на барабане (длина ненарезной части) равными расстоянию между ручьями блоков в крюковой обойме, т.е. l=b=0,202 м, найдём полную длину барабана:

(2.8)

l= 2*0,202 + 0,372 + 2*0,065 = 0,906м

2.1.9 Толщина стенки барабана

Толщина стенки барабана из расчёта на сжатие, мм

(2.9)

где - допускаемое напряжение сжатия, Н/мм²

Для чугуна

где - предел прочности, Н/мм², для чугуна СЧ 15 ГОСТ 1412-70 = 650 Н 1мм²,

= 0,2*650 = 130 Н/мм²

Из условия технологичности изготовления литых барабанов толщина стенки должна быть не менее, м

(2.10)

где D - диаметр барабана по дну канавки, м

=0,02*0,4+ (0,006...0,01) = 0,014...0,018 м

Учитывая, что стенка в процессе эксплуатации изнашивается, принимаем с запасом прочности = 16 мм.

2.1.10 Крепление конца каната на барабане

Конец каната на барабане крепим накладкой с трапециидальными канавками

Рисунок 7 - Крепление канта на барабане.

Выбираем накладку с двумя болтами. Напряжение каната в месте крепления на барабане, Н

; (2.15)

где f - коэффициент трения между канатом и барабаном, принимаем равным f =0,16.

- угол обхвата барабана запасными витками каната (= ), принимаем = 4

е = 2,74 - основание логарифма.

Сила растягивающая один болт, Н

(2.16)

где f₁- приведённый коэффициент трения между канатом и накладкой с трапециидальным сечением канавки

(2.17)

где = 40° - Угол наклона боковой грани канавки;

Сила изгибающая один болт, Н

(2.18)

Суммарное напряжение в каждом болте, Н/мм²

(2.19)

где k - коэффициент запаса надёжности крепления каната, (к = 1,5);

l - расстояние от головки болта до барабана, мм

d₁- внутренний диаметр резьбы болта, мм.

d₁=13-2=11мм

l=d_k-(4…8),мм

l=13-4=9мм

- Допускаемо напряжение на растяжение материала болта (шпильки), =120H/мм²

Условие прочности выполняется.

2.1.11 Статическая мощность электродвигателя

(2.20)

где Q - номинальная грузоподъёмность, кг

v_n- скорость подъёма груза, м/с,

- КПД механизма

Выбор электродвигателя

Выбираем асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым ротором 4А200, имеющим при ПВ = 25 % номинальную мощность Р = 30 кВт и частоту вращения n= 980 мин^-1 Момент инерции ротора I_p=0,45кг*м² (таблица А12 [2]).

Рисунок 8 - Электродвигатель 4А

2.1.12 Частота вращения барабана

(2.21)

2.1.13 Общее передаточное число привода

(2.22)

2.1.14 Выбор типа редуктора

Расчётная мощность на быстроходном валу редуктора

(2.23)

где k_р - коэффициент, учитывающий условия работы редуктора, (k_p= 1);

p_c - наибольшая статическая мощность, передаваемая редуктором при нормально протекающем процессе работы механизма, кВт, равна расчётной.

Выбираем в таблице III.4.2[4] горизонтальный двухступенчатый редуктор Ц2-500 с передаточным числом U_p = 41,34 и мощностью на быстроходном валу Р_р= 42,2 кВт.

Рисунок 9 - Редуктор Ц2-500

2.1.15 Момент статического сопротивления на валу двигателя в период пуска при подъёме груза

(2.24)

2.1.16 Номинальный момент, предаваемый муфтой, принимается равным

моменту статических сопротивлений

(2.25)

2.1.17 Выбор соединительных муфт.

По кинематической схеме установлена одна муфта. Она установлена у быстроходного вала редуктора и вала двигателя.

Расчётный момент для выбора муфты с тормозным шкивом, Нм

(2.26)

где k₁ - коэффициент, учитывающий степень ответственности механизма,(k1=1,3)

k₂ - коэффициент, учитывающий режим работы механизма (k₂= 1,2).

Т_м =156*1,3*1,2 = 243 Нм

Выбираем муфту по таблице Ш.5.9 [4] МУВП с диаметром тормозного шкива D_T = 200 мм (ГОСТ 21424 – 75).

Рисунок 10 - МУВП с тормозным шкивом

2.1.18 Средний пусковой момент двигателя

Двигатель с короткозамкнутым ротором можно принимать

(2.27)

где T_max - максимальный момент двигателя, Нм

(2.28)

где T_ном - номинальный момент двигателя, Нм;

-максимальная кратность пускового момента,()

(2.29)

Принимаем среднее значение Т_ср.п =410 H*м

2.1.19 Время пуска при подъеме груза

Устанавливаем маховик

(2.30)

2.1.20 Фактическая частота вращения барабана

(2.31)

2.1.21 Фактическая скорость подъёма груза

(2.32)

Отклонение фактической скорости подъёма груза от заданной ,что не превышает допустимых 15%.

2.1.22 Ускорение при пуске

, (2.33)

2.1.23 Момент статического сопротивления на валу электродвигателя при торможении механизма

(2.34)

2.1.24 Выбор тормоза

Расчётный тормозной момент

(2.35)

где k_T - коэффициент запаса торможения.

Выбираем тормоз работающий на переменном токе типа ТКТ-300/200 (по таблице III,5,11 [4]).

Рисунок 11 - Тормоз колодочный ТКТ-300/200

2.1.25 Время торможения при опускании груза

(2.36)

Путь торможения механизма подъёма груза, м

(2.37)

Максимальное время торможения

(2.38)

2.1.26 Замедление при торможении

(2.39)

2.1.27 Расчёт вала барабана

На сдвоенном полиспасте, вал барабана испытывает напряжения изгиба и кручения от действия усилий двух ветвей каната.

Определяем равнодействующую, согласно расчётной схемы

(2.40)

Расстояние между опорами

(2.41)

где l₁ и l₂ - расстояние от опоры до ступицы, мм;

l₄ - Расстояние между ступицами, мм;

В - ширина подшипниковой опоры, предварительно принимаем 70 мм;

С = 30 мм - расстояние от опоры до края барабана.

При расчёте принимаем l₁=l₂, конструктивно это расстояние принимаем 200 мм.

l_н=202мм, l_гл=372мм, l_к=65мм.

l=70+2*30+2*65+2*202+372=1036мм

Рисунок 12 - Расчётная схема вала

Расстояние между ступицами барабана

(2.42)

Расстояние от центра ступицы до приложения равнодействующей натяжения канатов

(2.43)

Нагрузка на ступицу барабана 1

(2.44)

Нагрузка на ступицу барабана 2

(2.45)

Для определения опорных реакций R_A и R_B составляем уравнение моментов относительно опоры А

(2.46)

(2.47)

Нагрузка на опору B

(2.48)

Изгибающий момент в сечении вала 1, Нм

(2.49)

Крутящий момент на валу барабана при сдвоенном полиспасте, Нм

(2.50)

Приведённый момент, Нм

(2.51)

Диаметр вала в опасном сечении, мм

, (2.52)

где - допускаемое напряжение изгиба, Н/мм²

(2.53)

где - предел выносливости стали, Н/мм²

(2.54)

где - предел прочности стали, Н/мм²

- коэффициент, учитывающий конструкцию детали, (принимаем 2,5);

- коэффициент запаса прочности для среднего режима работы равен 1,4.

Принимаем, что вал изготовлен из углеродистой стали =500 Н/мм²

(сталь 45)

окончательно допускаемое напряжение на изгиб, Н/мм²

принимаем допускаемое напряжение =62 Н/мм²

По стандартному ряду принимаем

3. Расчеты на долговечность

3.1 Расчет подшипника на долговечность

Выбираем подшипники из таблицы И.1 [2] шариковые радиальные, сферические двухрядные со следующими параметрами D=215мм, d_П = 100мм, В = 47мм, С = 143000 Н, С₀ - 72000 Н, е = 0,24 ГОСТ 5720-75 (средняя узкая серия).

Долговечность подшипника

(3.1)

где С - динамическая грузоподъёмность подшипника, н;

а - показатель степени для шариковых подшипников, а = 3,0.

3.2 Проверка долговечности подшипника

Эквивалентная нагрузка

(3.2)

где X - коэффициент радиальной нагрузки;

V - коэффициент вращения;

К_б - коэффициент безопасности;

К_Т - температурный коэффициент.

Долговечность подшипника в часах, ч

(3.3)

Долговечность подшипника обеспечена.

4. Расчет шпоночных соединений

Подбор шпонок и их прочностной расчёт на смятие

Рисунок 13 - Шпоночное соединение.

Выбираем шпонку по диаметру вала и длине ступицы барабана со следующими параметрами (ГОСТ 23360 – 78).

b= 28 мм, h= 16 мм, t₁ = 10 мм, t₂ ⁼ 6,4 мм

Проверка шпонки на смятие боковых поверхностей

(4.1)

где h- высота шпонки, мм;

t₁- глубина паза в валу, мм;

l_p- рабочая длина шпонки, l_Р = 2d_в;

- допускаемое напряжение на смятие,

Условие прочности выполняется.

Заключение

Как показали проектные и проверочные расчеты, выбранные канат, крюковая подвеска, электродвигатель, редуктор, соединительные муфты и тормоз, отвечают правилам и нормам Госгортехнадзора и обеспечивают выполнение основных положений технического задания.

Конструкция барабана, вала и подшипниковых опор барабана спроектированы с учетом специфики эксплуатации механизма и требований предъявляемых к прочности, надежности и долговечности данных изделий.

Следовательно, можно сделать вывод: спроектированный механизм подъема груза отвечает необходимым критериям работоспособности и обеспечивает выполнение требований технического задания.

Библиографический список

1. Курсовое проектирование грузоподъемных машин: Учебное пособие для студентов машиностр. спец. вузов/ С.А.. Казак, В.Е. Дусье, Е.С. Кузнецов и др.; Под ред. С.А. Казака. -М: Высш.шк., 1989.-319 с: ил.

2. Кучеренко А.Н. Детали машин и подъемно-транспортные устройства отрасли. Расчет механизмов передвижения кранов и крановых тележек: Учебное пособие по курсовому проектированию для студентов специальности 26.01 всех форм обучения. Раздел 1.- Красноярск: КГТА, 1995.- 68 с.

З. С.А. Чернавский, Г.М. Ицкович, К.Н. Боков и др. Курсовое проектирование деталей машин. Учеб. пособие - М.: Машиностроение, 1980. - 350 с.

4. Кузьмин А.В., Марон Ф.Л. Справочник по расчётам механизмов подъёмно-транспортных машин/ А.В. Кузьмин, Ф.Л Марон. = Минск: «Вышейшая школа», 1983. – 350 с.