Проектировка бешенный кран на неподвижной колонне

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования «Сахалинский государственный  университет»

 

 

 

 

 

 

 

 

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПО ДЕТАЛЯМ  ПОДЪЕМНО – ТРАНСПОРТНЫМ МАШИНАМ

 

Выполнил: Усов А.И.

Проверил: Костин Д.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Южно-Сахалинск

2013

З А Д А Н И Е 3

Вариант 3

Спроектировать консольный поворотный кран на неподвижной колонне по схеме:

Вес поднимаемого груза F = 32 кН.

Скорость подъема груза   = 13 м/мин.

Высота подъема груза  Н = 3,3 м.

Вылет крана L = 3,4 м.

Режим работы - легкий.

 

 

 

 

 

 

 

ВЫБОР СОСТАВНЫХ  ЭЛЕМЕНТОВ МЕХАНИЗМА

 

1. Выбор системы подвешивания.

Схема подвески груза выбирается в зависимости от типа крана, его  грузоподъемности, высоты подъема груза, типа подвесного грузозахватного устройства и кратности полиспаста.

Кратность полиспаста u при различных грузоподъемностях

Характер навивки каната на барабан	Тип полиспаста	u при грузоподъемности, т
		до 1	2-6	10-15	20-30
Непосредственно (например: мостовые краны, тали)	сдвоенный (простой)	2 (1)	2 (2)	2-3 (---)	3-4 (---)
Через направляющий блок (например: стреловые краны)	простой (сдвоенный)	1-2 (2)	2-3 (2)	3-4 (2-3)	5-6 (---)

 

Для кранов стрелового типа при грузоподъемности от 2000 до 6000 кг кратность полиспаста u = 2. Учитывая тип крана и необходимость обеспечения подъема груза без раскачивания и равномерного нагружения всех сборочных единиц механизма подъема принимаем подвеску груза через сдвоенный полиспаст.

КПД полиспаста принято выражать через КПД неподвижного блока:

 

H_п = (1 – Н*u) / [(1 -Н)*u] = (1 – 0,98 * 2) / [2 * (1 - 0,98)] = 0,96/0,04 = 24

 

где H_п - значение КПД полиспаста, соответствующее подъему груза в силовых полиспастах;

u – кратность полиспаста;

H- КПД одного неподвижного блока, значения которого принимают по известным рекомендациям в пределах 0,96…0,98 в зависимости от вида трения в опоре блока и условий эксплуатации.

 

2. Выбор типа  и диаметра каната.

 

Максимальное расчетное  усилие в ветви каната, навиваемой на барабан, при сдвоенном полиспасте определяется по формуле:

 

где - масса поднимаемого груза и грузозахватных механизмов (Q’ = = Q + Q_к), кг;

Q_к - масса крюковой подвески, кг;

= 9,81 м/с² - ускорение силы тяжести.

Массу крюковой подвески принимаем предварительно по таблице:

 

Для нашего случая при крюковой подвеске массой 85 кг

S_макс = [(3200 + 85) * 9,81)] / (2 * 2 * 24) = 335,69 Н

Определяем разрывное усилие (Р) каната по формуле:

Р = К * S_макс

где К - коэффициент запаса прочности (К = 5 при режиме работы - легкий).

Р = 5 * 335,69 = 1678,45 Н = 1,68 кН

Тип и диаметр каната выбираем, по величине Р = 1,68 кН, по таблице:

Диаметр каната, мм Расчетная площадь  сечения всех проволок, мм2 Масса 1000 м каната, кг Суммарное разрывное  усилие всех проволок/разрывное усилие каната в целом (Н) для маркировочных  групп, Н/мм2(кгс/мм2) Номер барабана Количество метров на барабане 1570(160) 1670(170) 1770(180) 3.6 4.98 48.8 - - - - 2780 7465 6 4000 3.8 5.63 55.1 - - - - 9930 8400 6 4000 4.1 6.55 64.1 - - - - 11550 9750 6 4000 4.8 8.62 84.4 - - - - 15200 12850 6 4000 5.1 9.76 95.5 - - - - 17200 1460 7 2000 5.6 11.9 116.5 18650 15800 19800 16800 20950 17800 7 2000 6.2 14.47 141.6 22650 19250 24100 20100 25500 21100 7 2000 6.9 18.05 176.6 28300 24000 30050 25500 31800 26300 7 2000 7.6 21.57 211.0 33860 28700 35900 30500 38000 32300 7 1000 8.3 26.15 256.0 41000 34800 43550 36950 46100 38150 7 1000 9.1 31.18 305.0 48850 41500 51900 44100 55000 45450 7 1000 9.6 36.66 358.6 57450 48850 61050 51850 64650 53450 7 1000 11.0 47.19 461.6 73950 62850 78600 66750 83200 68800 10а 1000/2000 12.0 53.87 527.0 84450 71750 89700 76200 95000 78550 10а 1000/2000 13.0 61.0 596.6 95600 81250 101500 86800 107500 89000 10а 1000/2000 14.0 74.40 728.0 116500 98950 123500 105000 131000 108000 10а 1000/2000 15.0 86.28 844.0 135000 114500 143500 122000 152000 125500 11 1000/2000 16.5 104.61 1025,0 164000 139000 174000 147500 184500 152000 12 1000/2000 18.0 124.73 1220.0 195500 166000 207500 176000 220000 181500 12 1000/2000 19,5 143.61 1405.0 225000 191000 239000 203000 253000 209000 12 1000

 

Диаметр каната D_к = 3,6 мм, маркировочная группа 1770, разрывное усилие [Р] = 2,78 кН > Р, канат двойной свивки типа ЛК-Р, конструкции 6 х 19 +1 О.С. (ГОСТ 2688-80).

Канат 3,6 - Г - I - C - H - 1770 ГОСТ 2688-80.

 

3. Расчет барабана.

 

По правилам максимальный допускаемый диаметр барабана определяется по формуле:

 

где - диаметр каната, мм;

- коэффициент, зависящий  от типа грузоподъемной машины и режима ее эксплуатации,  

Принимем для нашего случая барабан нарезного типа для укладки каната в один слой с наканатной нарезкой для уменьшения износа каната.

 

В соответствии с ГОСТ 6636-69 назначаем D_б = 58 мм.

Длина нарезанной части барабана определяется по формуле:

 

 

где Н - высота подъема груза, мм;

m - запасное число витков каната для крепления к барабану ( m = 4...6 - для сдвоенного полиспаста);

t - шаг нарезки канавки, мм, мм

- передаточное число (кратность) полиспаста

 

Общая длина барабана определяется по формуле:

 

где - расстояние между нарезанными частями барабана ( = 120...200 мм);

- величина, зависящая  от способа крепления каната  к барабану, определяется по зависимости = 4 * t = 4 * 6 = 24 мм.

 

 

Длина оси барабана определяется по условию:

 

 

 

Минимальная толщина стенки стального барабана (сталь 35Л) составляет 12...15 мм. Принимаем б = 12 мм.

Определяем наибольшее значение Мu по формуле:

Мu = S * (+)

Мu = 335,69 * (0,06 +0,12) = 6,042 Н*м

Определяем диаметр оси барабана:

 

 

 

где – допускаемое напряжение при симметричном цикле (для стали = 45 МПа).

Проверочный расчет оси барабана в опасном сечении определяется по формуле:

su = Мu / (0,1 * d_оси) £

su = 6,042 / (0,1 * 22,38) = 35,39 МПа ≤ 45 МПа

Условие выполняется, диаметр  оси барабана должен быть не менее 12мм.

 

4. Расчет крюковой  подвески.

 

Подбор крюка производим по грузоподъемности и режиму работы механизма.

Выбираем заготовку крюка номер 11 (ГОСТ 6627-74).

Необходимые размеры для расчета: d =М33; d1 = 62 мм; Р = 5 мм.

Условие прочности по внутреннему диаметру резьбы крюка:

s_р = (4 * Q * g) / (p * d₁*2) £ [s_р],

 

где d₁ - внутренний диаметр резьбы хвостовика, мм;

[s_р] -  допускаемое напряжение на растяжение, МПа, [s_р] = 30 МПа;

Q - грузоподъемность крана,  кг.

s_р = (4 * 3200 * 9,8) / (3,14 * 62*2) = 26 МПа £ 30 МПа

Условие выполняется.

 

Определим размеры блоков подвески также как диаметр барабана.

D_бл = 240 мм по ГОСТ 6636-39.

Диаметр уравнительного блока  составляет (0,6...0,8) * D_бл .

D_у.бл = 0,6 * 240 = 144 мм

Для расчета траверсы необходимо назначить ее длину, т.е. расстояние Lт между местами действия опорных реакций. Определяем размеры траверсы при укороченной подвеске при двух блоках.

Длина траверсы определяется по формуле:

L_т = l_ст + D_п + (20...25) мм

где l_ст - длина ступицы блока, мм (l_ст = 30...60 мм);

D_п - диаметр упорного шарикоподшипника под гайку крюка, мм.

Выбираем подшипник 8202Н по ГОСТ 7872-89:

d =15 мм;  D = 32 мм;  H = 12 мм;  Cr = 16,6 кН;  Cor = 20,8 кН.

L_т = 40 + 32 + 23 = 95 мм

Ширина траверсы (В_т) определяется по формуле:

В_т = D_п + (10...15) мм,

В_т = 32 + 13 = 45 мм

 

 

Диаметр цапфы траверсы определяем конструктивно для размещения подшипников  качения, на которых устанавливаем  блоки крюковой подвески.

 

5. Выбор электродвигателя.

 

Статическая мощность двигателя определяется по формуле:

N_дв = [(М_ст + g * Á_кр.пов * Е) * wкр] / (1000 * y * hм),

где М_ст - статический момент сопротивления повороту при разгоне, Н*м;

М_ст = М_тр + М_в.max 

g - коэффициент, учитывающий инерцию быстро вращающихся частей механизма (g = 1,2...1,4);

Á_кр.пов - момент инерции медленно поворачивающихся масс крана, кг*м2; определяется по формуле:

Á_кр.пов = [103*(g*Q*L2 + Gкр * lкр2 + Gстр * lстр2 + Gпр * lпр2)] / g ,

где G_кр - вес металлоконструкции, кН;

lкр - плечо центра тяжести металлоконструкции крана относительно оси поворота.

Е - ускорение при разгоне, с -2; определяется по формуле:

Е = n_кр / (9,55 * t_разг),

где n_кр - частота вращения поворота крана (n_кр = 2 об/мин);

t_разг - время разгона (пуска) механизма, с; для механизма поворота определяется по формуле:

t_разг = (60 * [b]) / (p * n_кр),

где [b] - рекомендуемый нормами ГОСТ угол поворота стрелы крана с неизменяемым вылетом во время разгона, рад; для режима работы - легкий [b] = p / 12.

w_кр - угловая скорость вращения крана, с -1; определяется по формуле:

w_кр = (p * n_кр) / 30

y - среднепусковая кратность перегрузки двигателей с фазовым ротором типа MTF и MTH (y = 1,5...1,6);

h_м - КПД привода поворота; hм » 0,7 при наличии в механизме редуктора и пары цилиндрических зубчатых колес.

Определяем статический  момент сопротивления повороту при  разгоне по формуле:

М_ст = 983,8 + 3120,6 = 4104,4 Н*м

Вес металлоконструкции определяется по формуле:

G_кр = G_стр + G_под + G_пов + G_пл

G_кр = 2,5 + 15,68 + 7,84 + 28,2 = 54,2 кН

Плечо центра тяжести металлоконструкции крана относительно оси поворота определяется по формуле:

l_кр = 0,3 * L

l_кр  = 0,3 * 2,5 = 0,75 м

Определяем момент инерции  медленно поворачивающихся масс крана по формуле:

Á_кр.пов = [103 * (9,8 * 8 * 2,52 + 54,2 * 0,752 + 2,5 * 1,52 + 72 * 12)] / 9,8 = 61032 кг*м2

Определяем время разгона (пуска) механизма по формуле:

t_разг = (60 * p / 12) / (p * 2) = (60 * 3,14 / 12) / (3,14 * 2) = 2,5 с

Определяем ускорение  при разгоне по формуле:

Е = 2 / (9,55 * 2,5) = 0,08 с -2

Определяем угловую скорость вращения крана по формуле:

w_кр = (3,14 * 2) / 30 = 0,2 с -1

Определяем мощность двигателя по формуле:

N_дв = [(4104,4 + 1,4 * 61032 * 0,08) * 0,02] / (1000 * 1,6 * 0,7) = 1,95 кВт

Двигатель выбираем по условию ГОСТ 51689-20 Nдв £ Nдв.каталога .

Выбираем двигатель MTF 011-6: N = 2 кВт; n= 800 об/мин; маховый момент ротора GDр2 = 0,085 кг*м2.

 

6. Выбор редуктора.

 

В механизме поворота крана  за расчетную рабочую нагрузку принимают эквивалентный момент (М_ч.экв , Н*м).

Расчетная мощность на быстроходном валу редуктора определяется по формуле:

N_расч = М_ч.экв * n1 / 9550

N_расч = 28,5 * 800 / 9550 = 2,4 кВт

Выбор необходимого типоразмера  редуктора проводят по условию:

К * N_расч £ N_ред. * (n1 / n_вл),

где n_вл - частота вращения червяка, об/мин;

n1 - частота вращения ротора электродвигателя, об/мин;

К - коэффициент, принимаемый  в зависимости от режима работы; при режиме работы - легкий К = 0,40.

Выбираем Чг-125.

Техническая характеристика: n_вл = 1000 об/мин; N_ред = 2,8 кВт; h_ред = 0,74.

 

7. Подбор соединительной и предохранительной муфт.

 

После начала торможения кран мгновенно остановиться не может. В  этом случае должно срабатывать предохранительное  устройство - иначе произойдет поломка  механизма. В качестве предохранительного устройства применяют муфту предельного  момента фрикционного типа.

Расчетный момент предохранительной  фрикционной муфты определяется по формуле:

М_муф.фр. =1,2 * М_пуск * u_ред * h_ред ,