Ташкент 2024
Содержание:
Введение
1. Режимы работы ГПМ
2. Расчет механизма подъема
3. Расчет механизма поворота крана
4 Расчёт приводной тележки электротали
Список литературы
Приложение
Введение
Грузоподъёмные и транспортирующие машины являются неотъемлемой частью совершенного производства, так как с их помощью осуществляется механизация основных технологических процессов и вспомогательных работ. В поточных и автоматизированных линиях роль подъёмно - транспортных машин возросла, и они стали органической частью технологического оборудования, а влияние их на технико-экономические показатели предприятия стало весьма существенным.
Увеличение производительности и улучшение технико-экономических показателей подъёмно - транспортных машин, повышение их прочности, надёжности и долговечности неразрывно связано с применением новейших методов расчёта и конструирования.
Современное производство грузоподъёмных машин основывается на создание блочных и унифицированных конструкций. Применение блочных конструкций позволяют выпускать узел механизмов в законченном виде, что приводит отдельных цехов и заводов.
Применение блочных конструкций позволяет легко отделить от машины узел, требующий ремонта, без разборки смежных узлов.
Принцип унификации и блочности создаёт основу для серийного производства подъёмно - транспортных машин.
Грузоподъёмные машины по назначению и конструктивному исполнению весьма разнообразны.
В данном проекте рассмотрен поворотный кран-стрела с электроталью.
Данный вид крана широко используется на буровых вышках, на машиностроительных предприятиях для разгрузки и погрузки, передачи бурильных труб, изделий с одной технологической операции на другую и многое другое. По проекту выпущена партия из 12 кранов, которые
установлены у буровых вышках- превышечных кранов. .
Исходные данные:
Стреловой поворотный кран. , , , коэффициент использования крана по времени – 0.4.
Мотор- редуктор
Рис. 1.2 Крюковая подвеска
Рис. Электроталь
1. Режимы работы ГПМ
1. Тип ГПМ стреловой полноповоротный кран. Срок службы 15 лет, число рабочих смен в сутки - 1, продолжительность рабочей смены – 7 часов. Характер обрабатываемых грузов – штучные грузы.
2. График загрузки механизма во времени.
Масса груза, т Время работы с грузом, %
1 0.5 30
2 1 40
3 2 20
4 4 10
График использования механизма по времени.
Класс использования зависит от общего времени работы механизма за весь срок его службы.
Время работы механизма:
, (1.1)
где - коэффициент использования механизма (крана) во времени,
- число рабочих смен в сутки,
- продолжительность работы смены,
- количество дней работы крана за год,
- срок службы крана лет.
.
В соответствии с таблицей 1.3 [1] класс использования данного механизма А4.
Класс нагружения характеризуется коэффициентом нагружения, который вычисляется по формуле:
,
(1.2)
где - номинальная грузоподъёмность крана т,
- продолжительность времени работы крана с грузом час,
- суммарное время работы крана % час.
В соответствии с таблицей 1.4 [1] класс нагружения В1 (работа при нагрузках значительно меньших номинальных и в редких случаях номинальных).
В соответствии с таблицей 1.2 [1] класс использования 3М .
Режим работы механизма по ГОСТ 25835-83 – Т.
2. Расчёт механизма подъёма груза
В качестве механизма подъема используется электроталь. Они предназначены для выполнения погрузочно-разгрузочных работ. Перемещаются по нижней полке двутаврового монорельса. Электротали выполняют грузоподъемностью 0,25; 0,5; 1; 2; 3; 5; 8 тон.
Рис. Электроталь
Общий расчёт механизма подъёма груза включает выбор крюковой подвески, полиспаста, двигателя, редуктора, муфт, тормоза; выбор и расчёт каната, расчёт барабана и крепления концов каната.
Исходные данные: , , , , срок службы - 15 лет.
2.1 Выбор кинематической схемы механизма
Кинематическая схема механизма подъёма груза.
Схема подвески груза выбирается в зависимости от типа крана, его грузоподъемности, высоты подъема груза, типа подвесного грузозахватного устройства и кратности полиспаста.
Используя табл. 2.1[1], выбираю – тип полиспаста сдвоенный.
Кратность полиспаста
, (2.1)
где - число ветвей на которых висит груз,
- число ветвей каната навиваемых на барабан.
Для кранов стрелового типа при грузоподъемности от 2000 до 6000 кг кратность полиспаста iП = 2. Учитывая тип крана и необходимость обеспечения подъема груза без раскачивания и равномерного нагружения всех сборочных единиц механизма подъема принимаем подвеску груза через одинарный полиспаст и изображаем схему подвески груза на рис. 1.1.
Рис. 1.1 Схема механизма подъёма
1 – электродвигатель;
2 – тормоз,
3 – редуктор,
4 – муфта,
5 – барабан;
6 – крюковая подвеска.
2.2 Выбор каната
Усилие в канате набегающем на барабан при подъёме груза:
, (2.2)
где - номинальная грузоподъёмность крана,
- число полиспастов в системе
- кратность полиспаста,
- общий КПД полиспаста и обводных блоков,
; 2.3)
- кпд полиспаста,
- кпд обводных блоков.
, (2.4)
табл. 2.1[2],
,
, где z число обводных блоков,
,
,
.
2.2.1 Расчёт канатов на прочность
Расчёт стальных канатов на прочность производиться согласно правилам Госгортехнадзора. Расчётное разрывное усилие каната: произведение максимального усилия в канате на коэффициент запаса прочности не должно превышать разрывного усилия каната в целом: , в соответствии с классом использования 3М табл.2.3 [2],
(2.5)
Выбор типа каната. Выбираю шестипрядный стальной канат двойной свивки с органическим сердечником тип ЛК-Р о.с. ГОСТ 2688-80.
Диаметр каната13,0 мм, Расчётная площадь сечения проволок 61 , ориентировочная масса 1000м смазанного каната 596,6 кг, маркировочная группа 1764 Мпа. разрывное усилие
2.2.2 Проверка типоразмера каната
- должно выполняться соотношение между диаметром выбранного каната и диаметром блока крюковой подвески:
. (2.6)
,
по табл.2.7 [2],
.
- фактический коэффициент запаса прочности каната не должен превышать табличного:
Данные условия выполняются.
2.3 Выбор крюковой подвески
Используя приложение 1 [1], выбираю крюковую подвеску:
ГОСТ 24.191.08-81 Типоразмер по стандарту 1-5-406, , , , , , В=138мм, , , , , , , , масса 47,8кг, , режим работы Т, диаметр каната .
Рис. 1.2 Крюковая подвеска
2.4 Определение основных размеров сборочной единицы «Установка барабана»
Схема установки барабана.
Выбираю тип установки барабана, предназначенного для одинарного полиспаста.
Диаметр барабана , измеряемый по средней линии навитого каната, принимаем на 15%, меньше чем .
Принимаю диаметр барабана ,
Определение диаметра барабана по дну канавок:
,
,
Уточнённый диаметр барабана .
Определение диаметра максимальной окружности описываемой максимальной точкой установки барабана, ,
.
Определение длины барабана:
, (2.7)
где - длина нарезного участка, ,
,
- число рабочих витков для навивки половины полной рабочей длины каната,
, (2.8)
- число неприкосновенных витков, требуемых правилами ГГТН для разгрузки деталей крепления каната на барабане, ,
- число витков для крепления конца каната, ,
.
Длина гладкого концевого участка, необходимого для закрепления заготовки барабана в станке при нарезании канавок определяется:
.
Длина барабана:
Определение высоты оси барабана относительно основания вершины опоры: , ,
Определение толщины стенки барабана. Толщина стенки литого чугунного барабана должна быть не менее ,
Принимаю толщину стенки барабана
Проверку стенки барабана от совместного сжатия, изгиба и кручения выполняют, если lб?3D в нашей работе , значит, проверка не требуется.
2.4.1 Расчет крепления каната к барабану
Принимаем конструкцию крепления каната к барабану прижимной планкой, имеющей трапециевидные канавки. Канат удерживается от перемещения силой трения, возникающей от зажатия его между планкой и барабаном двумя болтами.
Натяжение каната перед прижимной планкой:
где е=2,72
?=0,1…0,16 – коэффициент трения между канатом и барабаном, принимаем ?=0,15;
? – угол обхвата канатом барабана, принимаем ?=4?
Усилие растяжения в каждом болте:
Суммарное напряжение в болте при затяжке крепления с учетом растягивающих и изгибающих усилий:
d1 – внутренний диаметр болта М12, изготовленного из стали Ст.3;
l=26 мм – длина болта от барабана до гайки.
n – коэффициент запаса надежности крепления каната к барабану, n?1.5;
принимаем n=1.5; z=2 – количество болтов.
усилие изгибающее болты:
2.5 Выбор двигателя
2.5.1 Определение максимальной статической мощности:
, (2.10)
где - предварительное значение КПД механизма, ,
.
2.5.2 Выбор серии двигателя
Номинальную мощность двигателя можно принять равной или на 20-30% меньше статической мощности
По таблице III.3.7 [2] выбираю – крановый электродвигатель серии MTK 111-6 с короткозамкнутым ротором 50Гц 220/380В, имеющего при ПВ=15% мощность 4,5кВт и частоту вращения 825 , максимальный пусковой момент , момент инерции ротора , масса электродвигателя 70кг.
2.5.3 Выбор типа редуктора
Скорость наматывания каната на барабан:
Определение частоты вращения барабана:
, , (2.11)
Общее передаточное число привода механизма:
, ,
Для редукторов, расчётная мощность на быстроходном валу равна:
, (2.12)
где - коэффициент, учитывающий условия работы редуктора,
- наибольшая мощность, передаваемая редуктором при нормально протекающем процессе работы механизма.
Редуктор типа ЦЗУ-200, для него табл. П.5.10 [1],
.
Выбираю по табл.П.5.8 [1] цилиндрический трехступенчатый редуктор типа ЦЗУ-200. Техническая характеристика:
, , ,
L=775мм, L1=650 мм, l=236 мм, A=580 мм, H=425 мм, B=250 мм, , , dтих=70 мм, dбыст=25 мм.
Крутящий момент на входе в редуктор:
2.5.4 Выбор соединительной муфты
Расчётный момент муфты:
, (2.13)
где - номинальный момент, передаваемый муфтой,
- коэффициент, учитывающий степень ответственности механизма, 1.3
- коэффициент, учитывающий режим работы механизма, 1.3,
Момент статического сопротивления, в период пуска с учётом того, что на барабан навивается две ветви каната, определяется по формуле:
, (2.14)
где - усилие в грузоподъёмном канате,
- число полиспастов в системе,
- диаметр барабана лебёдки подъёма,
- общее передаточное число привода механизма,
- КПД барабана, 0.95 табл. 1.18 [2]
- КПД привода барабана, табл. 0.96 5.1 [2].
,
Номинальный момент, передаваемый муфтой, принимается равным моменту статического сопротивления .
.
Определение номинального момента на валу двигателя:
, (2.16)
По табл. 3.5.1 [2], подбираю муфту: ГОСТ 20761-80, .
2.5.5 Выбор тормоза
Рис. Расчетная схема тормоза.
Момент статического сопротивления на валу двигателя при торможении механизма определяется:
, (2.17)
где - общее передаточное число между тормозным валом и валом барабана,
По правилам Госгортехнадзора момент, создаваемый тормозом, выбирается из условия:
, (2.18)
где - коэффициент запаса торможения, 2.0 табл. 2.9 [2],
По таблице 3.5.12 [2], выбираю тормоз ТКТ-300, имеющего характеристики: диаметр тормозного шкива 300мм, Наибольший тормозной момент 500 , масса тормоза, 84кг.
2.5.6 Проверка двигателя на время пуска
У механизма подъёма груза фактическое время пуска при подъёме груза:
, (2.19)
где - средний пусковой момент двигателя,
- момент статического сопротивления на валу двигателя при пуске,
- частота вращения вала двигателя,
- коэффициент, учитывающий влияние вращающихся масс привода механизма (кроме ротора двигателя и муфты), 1.36 [2],
- момент инерции ротора двигателя,
- масса груза,
- КПД механизма.
Для двигателей фазным ротором:
, (2.20)
, , 1.89 [2],
,
Фактическая частота вращения барабана:
,
Фактическая скорость подъёма груза:
(2.21)
Время пуска, должно соответствовать значениям, приведённым в таблице 1.19 [2], для механизма подъёма при скоростях более 0.2 время пуска должно составлять 1…2с.
У механизма подъёма груза фактическое время торможения при опускания груза:
, (2.22)
,
Время торможения механизма, должно соответствовать значениям, приведённым в таблице 1.19 [2], для механизма подъёма при скоростях более 0.2 время торможения должно составлять не более 1.5с.
Определение ускорения механизма при пуске механизма:
, (2.23)
,
Проверка ускорения производиться по таблице 1.25 [2], наибольшие допускаемые ускорения механизмов подъёма составляют 0.2..0.6 .
Наименование Обозн. Ед.изм. Результаты расчёта, при 3000 2000 1000 500
КПД
- 0.85 0.77 0.7 0.6
Натяжение каната барабана
Н 14.848 9,898 4,949 2.47
Момент при подъёме груза
Нм 97,79 65,35 32,3 16,32
Время пуска при подъёме
с 1.002 0.89 0.75 0.7
Натяжение каната при оп-е груза
Н 12.4 6.7 2.6 0.736
Момент при опускании груза
Нм 125.1 104.1 47.2 19.1
Время пуска при опускании
с 0.5 0.59 0.64 0.68
3. Механизм поворота крана
Выбор и расчет колонны.
вес тали: 4,9 кН
Вес поворотной части крана Тлов=mуд*Q*L
mуд – удельная металлоёмкость =0,25Т/(Тм)
Тлов=0,25*2,5*6=3,75
Слов=3,75*9,8=36,75 кН
М4=(GT+G)(Gпов-Gт)*1,8=176,4+57,33=233,73
Диаметр колонны
В качестве материала для колонны выбираем сталь 20, для которой [G]=40
принимаем Dк=0,5м
Выбор и расчет зубчатой передачи.
Принимаем модуль з.п.т.=5, число зубьев ведущей шестерни z=8,тогда диаметр делительной окружности D=40*22.75=910мм
число зубьев венца:182
Межцентровое расстояние Rн =1/2(DB +Dm)=475мм
Расчет механизма поворота.
Определим действующие нагрузки и реакции в опорах:
1. Вертикальная реакция:
V=Q+G =4000кг =4т
Расчетная нагрузка на подшипник:
Qp=k*V=1.4*5000=7000кг
где к- коэф. безопасности
По расчетной нагрузке(ГОСТ 6874,75)выбираем упорный шарикоподшипник 8216 с допускаемой статической грузоподъемностью Q=7990кг, внутренним диаметром d=40мм, наружным диаметром D=125мм.
2. Горизонтальная реакция:
Горизонтальную реакцию H определяем из равенства суммы моментов всех действующих сил относительно точки В.
H= QA+GC
Расчетная нагрузка на подшипник:
По расчетной нагрузке на подшипник выбираем однорядный подшипник статической грузоподъемностью 11,1 т внутренним диаметром d=95мм, наружным диаметром D=200мм, высотой В=45мм.
3. Общий статический момент:
Общий статический момент сопротивлению равен сумме моментов сил действующих на кран:
где: -сумма моментов сил трения в подшипниках опор,
=Мтр(d1)+Mтр(d2)+ Mтр(d3)
Момент сил трения в верхнем подшипнике
Мтр(d1)=Нf*d1/2=7500*0.015*0.1475/2=8.3 кг*м
где: f=0.015...0.02- приведенный коэф. трения шарикоподшипника.
d1=0.1475м- средний диаметр подшипника
Момент сил трения в упорном подшипнике:
Mтр(d3) = Vf*d3/2=5000*0,015*0,054/2=2,025кг*м
Момент сил трения в нижнем радиальном подшипнике:
т.к. d1=d2, то Мтр(d2)=Нf*d2/2=8,3кг*м
Момент сил, возникающих от наклона крана:
Му(QF+Gc)*sin a=(2.5*6+2.5*1.5)0.02=0.375м
где а- угол наклона, принимаем а=1
Общий статический момент:
=8,3+8,3+2,025+375=393,6 кг*м
4. Момент сил инерции, при пуске привода:
где: Iв- суммарный момент инерции масс груза, крана, механизма поворота, приведенной к оси вращения крана.
Iв=?(Iтр+Iкр)= 1,2(9172,8+573,3)=11695кг*м*с2
Iтр= mгр* А2=254,8*62=9172,8 кг*м*с2
Iкр= mкр* ?2= 254,8*1,52=573,3 кг*м*с2
mкр=Gкр/s =2500/9,81=254,8 кг*с*м*с2
?к - угловая скорость поворота
?к= ?*nкр/30= 3,14*1/30=0,105 рад/с
Расчетная мощность двигателя
где ?ср=1,5....1,8- средний коэф. перегрузки асинхронных двигателей с фазным ротором принимаем 1,65
По каталогу выбираем электродвигатель МТF 112-6 мощностью N=1,7 кВт при ПВ= 25%, n=910 мин-1, Ми мах=4кг*с*м, Iр= 0,00216 кг*с*м*с2=0,021кг*м2
Общее передаточное число механизма поворота:
Vоб=n/nкр=910/1 =910
Принимаем передаточное число зубчатой передачи Vв=20, тогда передаточное число червячного редуктора
Выбираем стандартный редуктор РУУ- 160-40 и уточняем Vв
Vв=910/40=22.75
Проверку выбранного двигателя по условиям нагрева выполняем с использованием метода номинального режима работы.
Суммарный момент статического сопротивления повороту приведенный к валу двигателя:
Номинальный момент выбранного двигателя:
Коэф. загрузки двигателя при установившемся режиме:
При ?=0,28 находим относительное время пуска t=1,2. Определяем время разгона привода при повороте крана с номинальным грузом:
где : Inp- суммарный момент инерции вращающихся масс механизма поворота крана, массы груза и массы вращающейся части крана, приведённый к валу двигателя
где:
Iмех - момент инерции вращающихся масс механизма поворота крана
Iгр- момент инерции массы груза, приведённой к валу двигателя
I кр = момент инерции массы вращающейся части крана, приведенной к валу двигателя.
Тогда:
Время разгона привода:
Ускорение конца стрелы при пуске :
Время рабочей операции при среднем угле поворота а = 90° (1/4 оборота)
Определяем отношение
Находим
Необходимая мощность:
Эквивалентная мощность:
Номинальная мощность:
Следовательно, выбранный электродвигатель MTF 112-6
удовлетворяет условиям нагрева.
При перегрузке двигатель должен удовлетворять условию нагрева:
где:
Мл и Мн - пусковой и номинальный моменты двигателя.
Пусковой момент:
где:
М'ст - суммарный статический момент сопротивления вращению
Мд динамический момент от вращательно движущихся масс механизма и крана
Мд - динамический момент от вращательно движущейся массы груза
тогда
Коэффициент перегрузки двигателя при пуске
Определение максимальной нагрузки в упругих связях механизма
поворота.
Максимальный момент в упругой связи в период пуска:
где :
- статический момент сопротивления повороту, приведённый к валу двигателя.
Коэффициент динамичности:
Определение тормозного момента и выбор тормоза. Принимаем время торможения tr = 6с,
Линейное замедление конца стрелы : а = ?т-А = 0,021-6 = 0,105м/с2
Тормозной момент:
Тогда
Выбираем двух колодочный тормоз ТКТ - 200/100 с тормозным моментом Мт = 4 кгс-м, который обеспечивает торможение крана за более короткое время. Следовательно, его нужно отрегулировать на нужный тормозной момент.
Расчёт муфты предельного момента
Максимальный крутящий момент:
где:
Мп = 2,02 - пусковой момент
Vp = 40 - передаточное число редуктора
?p = 0,8 . к.п.д. червячной пары
Рис Расчётная схема фрикциона
Расчётный момент фрикциона:
Mp = R-Mmax = 11,6 кгс*м
где: R = 1,2..1,4 - коэффициент расчётной силы динамической нагрузки при работе червячной пары.
Руководствуясь ориентировочными данными по расчёту червячных передач, принимаем средний диаметр D = 300мм, угол при вершине ?=16° Необходимое усилие пружины:
где: f- коэффициент трения бронзы по стали в условиях смазки f = 0,06 Предельное усилие пружины:
Рпредел = (1,3..1,6)р = 1,3-600 = 780 кгс
Коэффициент 1,3... 1,6 учитывает возможные изменения величины
момента при регулировках.
Диметр прутка пружины рассчитываем на кручение :
где:
R =1,4 - коэффициент кривизны витка, зависящий от отношения диаметра витка пружины к диаметру прутка.
- отношение среднего диаметра пружины к диаметру прутка.
Средний диаметр пружины:
Рабочая длина пружины:
Наименьший допустимый зазор между витками пружины:
Число рабочих витков пружины:
где: t = d + s = 14,5мм - шаг ненагруженной пружины.
Предельная длина пружины:
Определяем усадку пружины при её нагружении из соотношения :
Длина пружины в рабочем состоянии :
Наибольший и наименьший диаметры конусов:
Давление на рабочей поверхности конуса:
4. Расчёт приводной тележки электротали
Имеются два редуктора - правый и левый, соединённых между собой тремя стяжками. На правом редукторе, являющимся ведущим, закреплён электродвигатель механизма передвижения. Колёса тележки установлены на выходных валах редукторов. Приводная и холостая тележка присоединены шарнирно к траверсе, образуя механизм передвижения тали.
Полное сопротивление передвижению электротали, складываются из сопротивлений от трения при движении и от уклона пути. Груз перемещается электроталью по двутавровой балке на расстояние см. Допустимый местный уклон, отношение стрелы прогиба к расстоянию между двумя опорами d = 0,003
Сопротивление движению от трения
Go = 470 кгс - вес электротали
Dk = 17,5 см - диаметр ходового колеса
d = 4 см - диаметр цапфы
? = 0,04 см
f = 0,015 - коэффициент трения в шарикоподшипниках опоры
R? = 2,5...3 - коэффициент учитывающий дополнительные
сопротивления от трения реборд и торуов ступени ходовых колёс.
Сопротивление движению от уклона пути:
Статическая мощность для перемещения тележки с грузом
?m = 0,85 - кпд передачи при полной нагрузке
Принимаем электродвигатель типа АОЛ - 22 - 4мощностью N = 0,4 кВт
n = 1410 мин-1 ? = 147,6 рад/с
Mmax/Мн = 2,2 J1 = 0,000201 кгс • м • с2
Частота вращения ходового колеса:
Передаточное число редуктора:
Фактическое передаточное число редуктора:
Фактическая скорость движения тележки:
Номинальный момент двигателя:
Статический момент при нагружение тележки:
Момент электродвигателя при пуске:
Максимальный момент электродвигателя при пуске принимают равным наибольшему значению, указанному в каталоге, с учётом падения напряжения в сети до 10%, т.е.
Средний момент электродвигателя при пуске:
Приведённый момент инерции тележки механизма передвижения с грузом:
где:
Jш = 0,00005 кгс-м-с2- момент инерции шестерни, закреплённой на валу электродвигателя.
Время пуска двигателя:
Путь тележки с грузом за время её разгона:
Сила сопротивления передвижению электротали без груза:
Момент сопротивления передвижению электротали без груза:
Приведённый момент инерции механизма передвижения без груза:
Время пуска электродвигателя при незагруженной электротали:
Путь тележки без груза за время её разгона:
Среднее ускорение при пуске механизма передвижения с грузом и без груза:
Коэффициент запаса сцепления нагруженной электротали:
где:
Сш=1835 кгс - суммарная сила давления двух приводных колёс на рельсы электротали с грузом
? = 0,20 - коэффициент сцепления колеса с рельсом механизмов, работающих в закрытых помещениях
nk - общее число колёс
nпр - число приводных колёс
Список литературы
1. Курсовое проектирование грузоподъемных машин, под редакцией Казака С.А, 1989
2. Металлургические подъемно-транспортные машины: Методические указания к курсовому проектированию /Ю.В. Наварский. Екатеринбург: УГТУ, 2001. 84 с.
3. Подъемно-транспортные машины: Атлас конструкций: Учебное пособие для студентов втузов /В.П. Александров, Д.Н. Решетов, Б.А. Байков и др.; Под. ред. М.П. Александрова, Д.Н. Решетова.-2-е изд., перераб. и доп. – М: Машиностроение, 1987.-122 с., ил.
4. Справочник конструктора машиностроителя: В 3-х т.-5-е изд., перераб. и доп. – М: Машиностроение, 1987.-557 с., ил.