Расчёт механизма подъёма мостового крана

Реферат

Пояснительная записка к курсовой работе состоит из 41 с., 5 рис.,   1 табл.,   5 источников.

Объект проектирования – тележка  мостового крана.

Цель проекта – расчет и проектирование тележки мостового крана.

Метод проектирования – расчетно-графический.

При проектировании тележки мостового  крана максимально используются унифицированные узлы: редукторы, тормоза, колеса, компенсирующие муфты, барабаны, приборы безопасности, что позволяет  сократить время проектирования, изготовления и ремонта тележки.

 

РЕДУКТОР, ТОРМОЗ, МУФТА, ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, БАРАБАН, КРЮК, ПОДВЕСКА, ТЕЛЕЖКА, КОЛЕСО, ТЯГА,  ГРУЗ, МЕХАНИЗМ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

  

Введение

3

1 Расчет механизма подъема груза

4

1.1 Схема механизма

4

1.2 Канат, блок, крюк, гайка крюка  и упорный подшипник

5

1.3 Расчет крюковой подвески

6

1.3.1 Определение конструктивных  размеров

7

1.3.2 Расчет траверсы

8

1.3.3 Расчет оси блоков

11

1.3.4 Расчет подшипников блоков

12

1.3.5 Расчет серьги

13

1.4 Выбор элементов привода

14

1.4.1 Выбор электродвигателя

14

1.4.2 Выбор редуктора

14

1.4.3 Выбор тормоза

16

1.4.4 Выбор муфты

16

1.4.5 Проверка электродвигателя  на нагрев

17

1.5 Расчет узла барабана

20

1.5.1 Эскизная компоновка

22

1.5.2 Расчет прочности барабана

23

1.5.3 Расчет прочности полуоси

26

1.5.4 Долговечность опор

26

1.5.5 Расчет крепления конца каната

27

2. Расчет механизма передвижения  тележки

28

2.1 Схема механизма

28

2.2 Определение сопротивления передвижению

29

2.3 Выбор элементов привода

30

2.3.1 Выбор электродвигателя

30

2.3.2 Выбор редуктора

30

2.3.3 Выбор муфты быстроходного  вала

31

2.3.4 Выбор муфты тихоходного  вала

31

2.3.5 Выбор тормоза

32

2.4 Проверка пускового режима  электродвигателя

33

2.5 Проверка электродвигателя на  нагрев

35

2.6 Расчет узла ходовых колес

36

Вывод

39

Список литературы

40

Список выполненных чертежей

41


 

 

 

 

 

 

Введение

Грузоподъемные и транспортирующие машины являются неотъемлемой частью современного производства, так как  с их помощью осуществляется механизация  основных технологических процессов и вспомогательных работ. В поточных и автоматизированных линиях роль подъемно–транспортных машин качественно возросла и они стали органической частью технологического оборудования, а влияние их на технико–экономические показатели предприятия стало весьма существенно.

Увеличение производительности и улучшение технико–экономических  показателей подъемно–транспортных  машин, повышение их прочности, надежности и долговечности неразрывно связано  с применением новейших методов  расчета и конструирования.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Расчет механизма  подъема

1.1 Схема механизма

 

Электродвигатель 4 (рисунок 1) переменного тока соединяется чрез 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 соединяется 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.

 

Рисунок 1 − Схема механизма

1.2 Канат, блок, крюк, гайка  крюка и упорный подшипник

 

Кратность полиспаста , рассчитываем по формуле (1),

,

(1)


где − количество канатов полиспаста, наматываемых на барабан;

      − количество канатов в системе.

КПД полиспаста , рассчитываем по формуле (2),

,

(2)


где − КПД блока для подшипника качения при плохой смазке              [1, табл.2,1];

.

Максимальное натяжение каната , Н, рассчитываем по формуле (3),

,

(3)


где кг − номинальная грузоподъемность;

      м/с2 − ускорение свободного падения;

H.

Расчетную разрывную силу , Н, рассчитываем по формуле (4),

,

(4)


где − коэффициент запаса прочности для машинного привода при среднем режиме работы [1, табл. 2,3];

 H.

Выбираем канат типа ЛК−P конструкции 6×19 (1+6+6/6)+1 о.с. ГОСТ 2688−80. Диаметр каната мм, разрывная сила Н при маркировочной группе 1568 МПа [1, табл. ІІІ. 1.5].

Условное обозначение: Канат 15,0 − Г − І − Н − 1568 ГОСТ 2688−80 [1, с. 280].

Диаметр блока  , мм, рассчитываем по формуле (5),

,

(5)


где − коэффициент долговечности каната при машинном приводе и среднем режиме работы механизма [1, табл. 2,7];

.

Выбираем диаметр блока по дну  ручья  мм, при длине ступицы мм.

 

 

 

 

 

 

Диаметр барабана (по дну канавок) , мм, рассчитываем по формуле (6),

,

(6)


.

Выбираем диаметр барабана (по дну  канавок) мм.

Для номинальной грузоподъемности т и среднем режиме работы выбираем однорогий крюк по ГОСТ 6627−74 с размерами: , , , , мм, резьба [2, табл. П.2].

Высоту гайки крюка из условия  прочности на смятие резьбы , мм, рассчитываем по формуле (7),

,

(7)


где мм − наружный диаметр резьбы;

      мм − внутренний диаметр резьбы;

      мм − шаг резьбы [3, табл. 14];

     Мпа − допускаемое напряжение (для стали по стали);

 мм.

Высоту гайки крюка из конструктивных соображений , мм, рассчитываем по формуле (8),

,

(8)


мм.

Принимаем высоту гайки  мм.

Наружный диаметр гайки  , мм, рассчитываем по формуле (9),

,

(9)


мм.

Принимаем наружный диаметр гайки  мм.

Нагрузку на упорный  подшипник  , Н, рассчитываем по формуле (10),

,

(10)


где − коэффициент безопасности для механизма подъема;

 Н.

 

Выбираем шарикоподшипник упорный  одинарный ГОСТ 8216−75: мм, мм , мм, Н [3, табл. 15].

 

 

 

 

1.3 Расчет крюковой  подвески

 

Нормальная подвеска, приведенная  на рисунке 2, состоит из блоков 2, оси  блоков 1, траверсы 4 и серег 3.

Рисунок 2 − Схема крюковой подвески

      1.3.1 Определение конструктивных размеров

Ширину траверсы , мм, рассчитываем по формуле (11),

,

(11)


где мм − наружный диаметр упорного подшипника;

 мм.

Принимаем ширину траверсы мм.

Диаметр отверстия  , мм, рассчитываем по формуле (12),

,

(12)


где мм − диаметр шейки крюка;

 мм.

Принимаем диаметр отверстия  мм

 

.

Длину траверсы , мм, рассчитываем по формуле (13),

,

(13)


где мм − зазор между блоками, принимаем мм;

      мм − зазор между блоками и серьгой, принимаем мм;

 мм.

Пролет траверсы , мм, рассчитываем по формуле (14),

,

(14)


где мм − толщина серьги [2, табл. П.3];

 мм.

Принимаем пролет траверсы мм.

Расстояние (рис. 2) от точки 1 до точки 2 , мм, рассчитываем по формуле (15),

,

(15)


мм.

Принимаем мм.

Расстояние (рис. 2) от точки 2 до точки 3 , мм, рассчитываем по формуле (16),

,

(16)


 мм.

Принимаем мм.

 

1.3.2 Расчет траверсы

Для изготовления траверсы выбираем Сталь 45 по ГОСТ 1050−88: , , МПа [2, табл. П.4].

Допускаемое напряжение изгиба при  пульсирующем цикле изменения напряжения , МПа, рассчитываем по формуле (17),

,

(17)


где − коэффициент концентрации напряжений;

      − запас прочности, для крюкового крана [2, табл. П.5];

 МПа.

 

Реакции опор , Н, рассчитываем по формуле (18),

  
,

(18)


Н.

Изгибающий момент , Нм, в сечении АА (рис. 2, т. А), рассчитываем по формуле (19),

АА 

,

(19)


кН.

Изгибающий момент , Нм, в сечении ББ (рис. 2, т. Б), рассчитываем по формуле (20),

ББ 

,

(20)


кН.

По полученным результатам строим эпюр изгибающих моментов в сечении траверсы (рис. 3).

 

Рисунок 3 − Схема сил, действующих  на элементы крюковой подвески

 

 

Высоту траверсы из расчета на изгиб  , мм, рассчитываем по формуле (21),

(21)


 мм.

Принимаем высоту траверсы мм.

Диаметр цапфы из расчета на изгиб  , мм, рассчитываем по формуле (22),

,

(22)


 мм.

Диаметр цапфы из расчета на смятие , мм, рассчитываем по формуле (23),

,

(23)


где МПа − допускаемое напряжение смятия;

 мм.

Принимаем диаметр цапфы  мм.

 

1.3.3 Расчет оси блоков

Для изготовления применяем Сталь 45 по ГОСТ 1050−88: , , МПа [2, табл. П.4].

Реакции опор и , мм, рассчитываем из условия (24) по формуле (25),

:

(24)

,

(25)


 Н.

Изгибающий момент , Нм, рассчитываем по формуле (26),

,

(26)


 Нм.

Изгибающий момент , Нм, рассчитываем по формуле (27),

,

(27)


Нм.

=
=

 

По полученным результатам строим эпюр изгибающих моментов (рис. 3).

Диаметр оси  , мм, рассчитываем по формуле (28),

,

(28)


 мм.

Принимаем диаметр оси  мм.

 

1.3.4 Расчет  подшипников блоков

Радиальную нагрузку на подшипники , Н, рассчитываем по формуле (29),

,

(29)


где − число блоков подвески;

 Н.

Нагрузки, соответствующие времени  их действия , Н, рассчитываем по формуле (30),

,

(30)


где , , ;

 Н,
Н,
Н.

Эквивалентную нагрузку , Н, рассчитываем по формуле (31),

,

(31)


где , , .

Н.

Приведенную нагрузку , Н, рассчитываем по формуле (32),

,

(32)


где − коэффициент радиальной нагрузки;

        − кинематический коэффициент вращения, при вращении наружного кольца подшипника;

     ; 

    − температурный коэффициент, при температуре ;

Н.

Частоту вращения блоков , мин−1, рассчитываем по формуле (33),

,

(33)


где м/мин − скорость поднятия груза;

.

Требуемую динамическую грузоподъемность шарикового однорядного подшипника , Н, рассчитываем по формуле (34),

,

(34)


где ч − срок службы подшипника, при среднем режиме работы и сроке службы механизма 5 лет;

 Н.

Выбираем подшипник шариковый  радиальный однорядный , , мм, Н [ГОСТ 210].

 

1.3.5 Расчет  серьги

Для изготовления серьги выбираем Сталь 45 по ГОСТ 1050−88: , , МПа [2, табл. П.4].

Допускаемое напряжение на растяжение , МПа, рассчитываем по формуле (35),

,

(35)


.

Допускаемое напряжение на смятие МПа.

Ширину серьги , мм, рассчитываем по формуле (36),

,

(36)


мм.

Принимаем ширину серьги мм.

Высоту проушины , мм, рассчитываем по формуле (37),

,

(37)


 мм.

Принимаем высоту проушины мм.

Напряжение растяжения , МПа, рассчитываем по формуле (38),

,

(38)


 МПа.

Что меньше допустимого значения МПа.

Напряжение в проушине , МПа, рассчитываем по формуле (39),

,

(39)


где МПа − давление в зоне контакта цапфы и серьги, принимаем ;

 Мпа.

 

1.4 Выбор элементов  привода

1.4.1 Выбор электродвигателя

Расчетную мощность , кВт, рассчитываем по формуле (40),

,

(40)


где − КПД механизма, при подшипниках скольжения [1, табл. 1.18];

 кВт.

Выбираем электродвигатель MTF 312-6: номинальная мощность при кВт, частота вращения мин−1, момент инерции ротора кг∙м2,

 

максимальный (пусковой) момент Нм, размер мм, диаметр вала мм [1, табл. ІІІ. 3.5].

Условное обозначение: Двигатель MTF 312-6У1 ГОСТ 185−70.

 

1.4.2 Выбор редуктора

Частоту вращения барабана , мин-1, рассчитываем по формуле (41),

,

(41)


.

Передаточное отношение  , рассчитываем по формуле (42),

,

(42)


.

Минимальное возможное суммарное  межосевое расстояние редуктора , мм, рассчитываем по формуле (43),

,

(43)


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

.

Выбираем редуктор Ц2-500: Межосевое расстояние мм, передаточное число , мощность на быстроходном валу при среднем режиме работы и частоте вращения мин−1 кВт [1, ІІІ. 4.2], диаметр быстроходного вала , размеры выходного вала с зубчатым венцом , , , модуль мм, число зубьев [1, ІІІ. 4.2].

Условное обозначение: Редуктор−Ц2−500−37М [1, с. 41].

Предельно допустимый момент редуктора  , Нм, рассчитываем по формуле (44),

,

(44)


где − коэффициент режима работы, при среднем режиме работы;

 Нм.

 

Номинальный момент двигателя  , Нм, рассчитываем по формуле (45),

,

(45)


 Нм.

Средний пусковой момент двигателя  , Нм, рассчитываем по формуле (46),

,

(46)


 Нм.

Таким образом, принятый редуктор удовлетворяет  условиям перегрузки в период пуска.

Фактическую скорость подъема груза  , мм∙с−1, рассчитываем по формуле (47),

,

(47)


 м∙с−1.

Отклонение от заданной скорости , %, рассчитываем по формуле (48),

,

(48)


.

Таким образом, отклонение от заданной скорости на превышает допустимого  .

 

1.4.3 Выбор тормоза

Статический момент при торможении , Нм, рассчитываем по формуле (49),

,

(49)


 Нм.

 

 

Тормозной момент , Нм, рассчитываем по формуле (50),

,

(50)


где − коэффициент запаса торможения, для механизма подъема груза при среднем режиме работы [1, табл. 2.9];

 Нм.

Выбираем тормоз ТКГ-300 с тормозным  моментом Нм [1, табл. ІІІ.5.14].

 

1.4.4 Выбор муфты

Расчетный момент , Нм, рассчитываем по формуле (51),

,

(51)


где − коэффициент , учитывающий степень ответственности механизма, принят для механизма подъема [1, табл. 1.35];

      − коэффициент, учитывающий режим работы, для среднего режима работы [1, табл. 1.35];

 Нм.

Выбираем муфту зубчатую с тормозным шкивом: момент Нм, диаметр тормозного шкива мм, диаметр отверстия шкива , диаметр отверстия полумуфты мм, момент инерции кг∙м2 [2, табл. П.6].

Условное обозначение:

Муфта зубчатая с тормозным шкивом 3150-60-І, 2-55-ІІ. 1-УЗ ГОСТ 5006−55.

Выбираем муфту  зубчатую №3 типа МЗП по ГОСТ 5006−55: момент Нм, диаметр отверстия , мм, момент инерции кг∙м2 [2, табл. П.7].

Условное обозначение:

Муфта зубчатая МЗП 3158-60-І, 2-65-ІІ. 1-УЗ ГОСТ 5006-55.

 

1.4.5 Проверка электродвигателя  на нагрев

Полезная номинальная грузоподъемность кг.

В соответствии с графиком загрузки механизма подъема:

,
,
,

 

где , , − относительные массы груза для легкого режима работы [2, рис. П. 5];

,
,
кг.

КПД механизма:

;

 при  ;

 при  .

Угловую скорость вала двигателя  , с−1, рассчитываем по формуле (52),

,

(52)


 рад/с .

Статический момент на валу двигателя  при подъеме  , Нм, рассчитываем по формуле (53),

,

(53)


Нм,
Нм,
Нм.

Статический момент на валу двигателя  при опускании груза  , Нм, рассчитываем по формуле (54),

,

(54)


Нм,
Нм,
Нм.

Момент инерции движущихся масс, приведенный к валу двигателя, , кг∙м2, рассчитываем по формуле (55),

,

(55)


 

где − коэффициент, учитывающий моменты инерции масс механизма, вращающихся медленнее, чем вал двигателя;

,

,

.

Время пуска при подъеме груза  , с, рассчитываем по формуле (56),

Расчёт механизма подъёма мостового крана