Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Расчет козлового крана

Сибирская государственная

автомобильно-дорожная академия

КРАН КОЗЛОВОЙ

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

КП 03.02.00.00 ПЗ

2013

Содержание

Введение…………………………………………………………………….……..3

1 Расчёт механизма подъёма груза.……………………………………………...4

1.1 Выбор схемы полиспаста……………………………………………….....4

1.2 Расчёт усилий в канате и выбор каната…………………………..…........5

1.3 Выбор конструкции барабана и определение его размеров…...…..........6

1.4 Расчёт крепления каната….………………………….…………………...9

1.5 Расчёт грузовой подвески………………………………………………..10

1.5.1 Выбор подшипника блока……………………………………………..10

1.5.2 Расчёт оси блока…………………...…………………………………...12

1.5.3 Выбор крюка, расчёт гайки крюка…...………………………………..13

1.5.4 Выбор подшипника под гайку крюка...……………………………….15

1.5.5 Расчёт траверсы………………………………………………………...15

1.5.6 Расчёт щеки……………………………………………………………..17

1.6 Определение мощности выбор двигателя…...……………………….....18

1.7 Выбор стандартных элементов.…………………………………………20

1.7.1 Выбор редуктора……………………………………………………….20

1.7.2 Выбор муфты…………………………………………………………...21

1.8 Выбор тормоза……………………………………………………………22

2.2 Расчёт механизма передвижения самоходной тележки ...………………...24

2.1 Выбор ходового колеса……………………………………………….......24

2.2 Определение суммарной силы сопротивления передвижению тележки…………………………………………………………………………...24

2.3 Определение мощности и выбор электродвигателя.................................25

2.4 Проверка двигателя МП по сцепной мощности……………………….. 26

2.5 Проверка двигателя по пусковому моменту…………………………… 26

2.6 Проверка двигателя по коэффициенту запаса сцепления…………….. 28

2.7 Выбор стандартных элементов…………………………………………. 29

2.7.1 Выбор редуктора …………………………………...…………………..29

2.7.2 Выбор муфты………………………………………………………….. .30

2.7.3 Выбор типоразмера тормоза……………………………………………31

Заключение……………………………………………………………………….33Библиографический список………...…………………………………………...34

Введение

Цель курсового проекта по грузоподъёмным машинам – проектирование грузоподъёмной машины – козлового крана.

Цель настоящей работы – освоение основных расчётов грузоподъёмных машин на примере козлового крана.

Грузоподъёмные машины (сокр. ГПМ) — класс подъёмно-транспортных машин, предназначенных для подъёма грузов и людей в вертикальной или близким к ней наклонных плоскостях.

Курсовое проектирование по грузоподъемным машинам (ГПМ) способствует обобщению и закреплению теоретических знаний студентов и прививает им навыки самостоятельного решения инженерных задач при разработке конструкций сборочных единиц и машин.

При выполнении курсового проекта студент использует ГОСТы, справочную литературу изучает и применяет современные конструкции машин и лучшие достижения отечественного и зарубежного машиностроения.

Непосредственные задачи работы:

1. Изучение конструкции козлового крана.

2. Расчёт и подбор механизмов подъема груза крана и передвижения тележки.

1 Расчёт механизма подъёма груза

Рисунок 1 – Кинематическая схема МПГ

1.1 Выбор схемы полиспаста

Полиспаст это блочно – канатная система для изменения силы, скорости передвижения каната.

Этот этап является важным как с точки зрения правильности выбора нагрузки на одну ветвь каната, так и с точки зрения задачи рациональной компоновки и расчета всего механизма подъема. Следует учитывать, что в кранах, где навивка каната осуществляется непосредственно на барабан (мостовые и козловые), необходимо применять сдвоенные полиспасты, что обеспечивает строго вертикальный подъем груза; в стреловых кранах – одинарные.

С учетом грузоподъёмности и типа крана выбираем следующую схему полиспаста:

Рисунок 2 – Схема полиспаста

1.2 Расчёт усилий в канате и выбор каната

Определение максимального усилия в ветви каната, набегающей на барабан:

(1)

где F_б - тяговое усилие полиспаста, кН;

Q – номинальная грузоподъёмность крана, кг;

g - ускорение свободного падения, м/с²;

z_н - количество канатов на барабане

z_н=2 для сдвоенного полиспаста;

КПД полиспаста;

U_п – кратность полиспаста, U_п=2.

КПД блока,

n - количество блоков, согласно схеме, n=2.

Определение разрушающей нагрузки:

(2)

где – коэффициент использования каната (минимальный коэффициент запаса прочности каната), для группы режима крана М7, z_р=7,1;/2/

натяжение каната, кН.

По значению разрушающей нагрузки подбираем стандартный канат двойной свивки типа ЛК – О 6х19 проволок с одним органическим сердечником ГОСТ 3077 – 80

d_к=19,5мм;

S_р=183кН;

S_расч.=172,1мм²;

m=1370кг/км.

Канат выбираем из справочника /4/ по разрушающей нагрузке:

Рисунок 3 – Эскиз сечения каната

1.3 Выбор конструкции барабана и определение его размеров

Определение диаметра барабана /8/:

(3)

где - диаметр каната, =19,5 мм;

- коэффициент выбора диаметра, для группы режима М7 =22,4.

Рисунок 4 – Схема барабана для сдвоенного полиспаста

Определение длины барабана c односторонней нарезкой /8/:

(4)

где - длина буртика;

- длина нарезной части барабана.

- расстояние между двумя нарезными частями барабана, .

Длины определяются по формулам /8/:

(5)

где - общее количество витков;

- шаг навивки каната на барабан.

Определение общего количества витков /8/:

(6)

где - количество рабочих витков;

- количество витков идущих на крепление каната к барабану, =3;

- количество запасных витков, =3.

Определение количества рабочих витков /8/:

(7)

Принимаем =12.

Определение шага навивки /8/:

(8)

Определение размеров профиля канавок на барабане /8/:

глубина канавки:

радиус канавки:

Определение основных размеров сечения барабана /8/:

(9)

Определение наружного и внутреннего диаметров барабана /8/:

(10)

(11)

где - толщина стенки барабана.

Определение толщины стенки стального барабана /8/:

(12)

Принимаем толщину стенки

Проверка барабана на прочность /8/:

Цилиндрическую стенку барабана следует проверять на обжатие/8/:

(13)

где - допускаемый предел прочности, =80МПа.

Определение напряжения в барабане /8/:

Условиевыполняется.

1.4 Расчет крепления каната

Рисунок 6 – Эскиз крепления каната к барабану

Определение расчетного напряжения каната /2/:

(14)

где - основание натурального логарифма, /2/

- угол обхвата барабана,

- коэффициент трения, /2/

Определение усилия прижатия планки /2/:

(15)

где-приведенный коэффициент трения между канатом и планкой, ; /2/

к – коэффициент запаса надежности крепления каната к барабану;

Принимаем к=1,25. /2/

m- коэффициент, учитывающий Эйлерову силу за счет крепежных витков, принимаем m=3. /6/

Определение допустимого усилия на болт /2/:

(16)

где - допускаемое напряжение, МПа /2/;

-внутренний диаметр резьбы болта, мм /1/.

Определение количества планок /2/:

(17)

Принимаем 2 планки.

1.5 Расчет грузовой подвески

Рисунок 7 – Схема грузовой подвески

1.5.1 Выбор подшипника блока

Определение диаметра блока/2/:

(18)

где - диаметр каната, =19,5 мм;

- коэффициент выбора диаметра, для группы режима М7 /8/: =25.

Рисунок 8 – Эскиз блока

Определение коэффициента динамической работоспособности подшипника/2/:

(19)

где - приведенная нагрузка на подшипник, Н;

- частота вращения блока, мин^-1;

- срок службы блока в часах,

Определение частоты вращения блока /2/:

(20)

где - скорость подъема груза;

- кратность полиспаста;

-диаметр блока.

Определение приведённой нагрузки /2/:

(21)

где - максимальная нагрузка на подшипник, Н;

- коэффициент переменности нагрузки ,

- коэффициент, учитывающий вращение наружного кольца,

-коэффициент, учитывающий тип механизма,

-коэффициент, учитывающий температурный режим, .

Определение максимальной нагрузки на подшипник /2/:

(22)

где - количество блоков на оси,

- количество подшипников в блоке, принимаем

По справочнику /1/ из средней серии выбираем радиальный подшипник 310 (ГОСТ 8338 – 75):

Рисунок 9 – Эскиз радиального подшипника

1.5.2 Расчёт оси блока

Рисунок 10 – Схема к расчёту оси блока

Определение диаметра оси блока /2/:

(23)

где - допускаемое напряжение,

- максимальный изгибающий момент,

Определение максимального изгибающего момента /2/:

(24)

где - длина оси, м.

Определение длины оси /2/:

(25)

где - количество блоков,

-ширина блока,

-ширина подшипника,

-толщина щеки,

-толщина кожуха,

1.5.3 Выбор крюка, расчет гайки крюка

Производим выбор заготовки крюка по грузоподъёмности и группе режима работы. Примем кованый однорогий крюк №17 с наибольшей грузоподъёмностью при группе режима М7 10 тонны /4/.

Основные размеры:

Резьба М64;

d=80мм;

d₁=64мм;

D=120мм;

L=415мм;

l₁=165мм.

Тип заготовки 17А ГОСТ 6627 - 74.

Рисунок 11 – Эскиз крюка

Определение диаметра и высоты гайки крюка /2/:

(26)

где – диаметр гайки крюка, мм;

– наружный диаметр резьбы на хвостике крюка, d = 64мм.

(27)

где – шаг резьбы.

Проверка высоты гайки из условия напряжения смятия /2/:

(28)

где – высота гайки крюка с учетом проверки на смятие, мм;

– шаг резьбы, p = 6мм;

– допустимое напряжение на смятие,

– внутренний диаметр резьбы,

– наружный диаметр резьбы,

Рисунок 12 – Эскиз гайки крюка

1.5.4 Выбор подшипника под гайку крюка

Подшипник выбираем по статической грузоподъемности /2/:

(29)

По справочнику /1/ выбираем упорный однорядный подшипник 8213(ГОСТ 6874 – 54):

Рисунок 13 – Эскиз упорного однорядного подшипника

1.5.5 Расчет траверсы

Рисунок 14 – Эскиз траверсы для нормальной подвески

Определение ширины траверсы /2/:

(30)

где - диаметр подшипника, =120мм.

Определение диаметра траверсы /2/:

(31)

где - диаметр хвостовика крюка,=64 мм.

Определение длины траверсы /2/:

(32)

Определение расстояния между опорами /2/:

(33)

примем

Определение высоты траверсы /2/:

(34)

где Т_А- изгибающий момент в сечении А – А;

Определение изгибающего момента в сечении А – А /2/:

(35)

Определение изгибающего момента в сечении Б – Б /2/:

(36)

Определение диаметра цапфы /2/:

(37)

где - допускаемый предел прочности, МПа.

1.5.6 Расчет щеки

Рисунок 15 – Эскиз щеки

Определение ширины щеки /2/:

(38)

где - диаметр оси блока.

Определение радиуса закругления траверсы /2/:

(39)

Проверка условия прочности при растяжении /2/:

(40)

где - толщина щеки, принимаем = 9 мм.

Условие прочности :условие выполняется.

1.6 Определение мощности и выбор электродвигателя

Электродвигатель выбираем из условия

Определение расчетной мощности электродвигателя /2/:

(41)

где - статическая мощность, кВт;

- коэффициент использования номинальной грузоподъемности /8/, ;

- коэффициент, учитывающий фактическую продолжительность включения /2/, =1,1;

- коэффициент, учитывающий схему регулирования скорости /2/, =1,05;

- коэффициент пусковых потерь /2/, =1,45.

Определение статической мощности /2/:

(42)

где - общий КПД механизма /2/, .

Выбираем двигатель с мощностью, которая бы удовлетворяла условию: .

Принимаем электродвигатель 4MTH 280M10 /7/ с техническими характеристиками:

Частота вращения вала n=575 мин^-1;

Мощность на валу P=60 кВт, при ПВ=40%;

Момент инерции ротора J=4,6 кгм²;

Масса m=850 кг.

Рисунок 16 – Электродвигатель серии 4MTH

Проверка двигателя по пусковому моменту

Необходимо соблюдение условия /2/:

Определение пускового момента механизма /2/:

(43)

где - статический момент, Н·м;

- инерционный момент от вращающихся масс, Н·м;

- инерционный момент от поступательно движущихся масс, Н·м.

Определение статического момента /2/:

(44)

где - количество ветвей каната закрепленных на барабане,

- передаточное число редуктора.

Определение передаточного числа редуктора /2/:

(45)

где - частота вращения барабана, мин.;

- частота вращения двигателя, мин^-1.

Определение частоты вращения барабана /2/:

(46)

Определение инерционного момента от вращающихся масс /2/:

(47)

где - время пуска;

- частота вращения электродвигателя;

- момент инерции ротора электродвигателя.

Определение времени пуска /2/:

(48)

где - допускаемое ускорение, .

Определение инерционного момента от поступательно движущихся масс /2/:

(49)

Условие выполняется:

1.7 Выбор стандартных элементов

1.7.1 Выбор редуктора

Редуктор выбираем по мощности (крутящему моменту на тихоходном валу) и передаточному числу.

Определение мощности редуктора /2/:

(50)

где - мощность редуктора, кВт;

- мощность двигателя, кВт;

- коэффициент, учитывающий тип механизма, =1.

Определение крутящего момента на тихоходном валу /2/:

(51)

где - фактическое передаточное число редуктора.

Передаточное число редуктора

Выбираем редуктор Ц2 – 650МРЗ /4/:

Рисунок 18 – Общий вид редуктора Ц2-650МРЗ

1.7.2 Выбор муфты

Муфту выбирают по крутящему моменту

Определение крутящего момента /2/:

(52)

где - статический момент;

- коэффициент, учитывающий тип механизма /2/,

- коэффициент, учитывающий группу режима /2/,

- коэффициент для зубчатых муфт (МЗ) /2/,

Выбираем муфту /4/: МЗ-300 ГОСТ 50895-96.

Рисунок 18 – Эскиз муфты

1.8 Выбор тормоза

Выбор тормоза производим по тормозному моменту.

Тормоз выбирается из условия /2/:

Определение расчётного тормозного момента /2/:

(53)

где - тормозной момент механизма;

- коэффициент запаса торможения /2/, .

Определение тормозного момента механизма /2/:

(54)

Определение слагаемых входящих в уравнение (54) /2/:

(55)

(56)

где - время торможения /2/,

Из справочника /7/ выбираем тормоз ТКТГ-400 с электрогидротолкателем ТГМ-50 с наибольшим тормозным моментом

Диаметр тормозного шкива:

Рисунок 19 – Колодочный тормоз ТКТГ с гидравлическим толкателем ТГМ-50

2 Расчёт механизма передвижения самоходной тележки

2.1 Выбор ходового колеса

Производим выбор ходового колеса /5/ по следующим параметрам: группа режима, нагрузка на ходовое колесо, скорость передвижения крана.

Определение нагрузки на ходовое колесо /2/:

(57)

Определение массы тележки/2/:

Выбираем ходовое колесо:

Типоразмер рельса P15 ГОСТ 7173-54

Рисунок 21 – Эскиз ходового колеса

2.2 Определение суммарной силы сопротивления передвижению тележки

(58)

где - сила сопротивления от трения;

- сила сопротивления от уклона пути;

- сила сопротивления от ветровой нагрузки;

Определение силы сопротивления от трения /2/:

(59)

где - коэффициент трения реборды, ;

- коэффициент трения (для шарикоподшипника );

- диаметр цапфы,

- плечо реактивной силы,

Определение силы сопротивления от уклона пути /2/:

(60)

где - уклон пути,

Определение силы сопротивления от ветровой нагрузки /2/:

(61)

где - давление ветра, ();

- площадь тележки, ;

- площадь груза , .

2.3 Определение мощности и выбор электродвигателя

Условие выбора:

Определение расчётной мощности /2/:

(62)

где - скорость самоходной тележки, м/с;

- общий КПД механизма, ;

- количество двигателей, .

Выбираем электродвигатель МТH 411-6 /7/ с техническими характеристиками:

Частота вращения вала n=960 мин^-1;

Мощность на валу P=22кВт, при ПВ=40%;

Пусковой момент T=638 Нм;

Момент инерции ротора J=0,5 кгм²;

Масса m=280 кг.

Рисунок 23 – Электродвигатель серии MTН

2.4 Проверка двигателя МП по сцепной мощности

(63)

где - коэффициент сцепления ходовых колес с рельсами, ;