24878-1 (Расчет поворотного крана на неподвижной колонне), страница 5

Условие расчета выполняется.

2.7. Подбор стандартных муфт.

В приводах машин для соединения валов и компенсации их смещений, возникающих в результате неточности изготовления и монтажа используют жесткие или упругие компенсирующие муфты.

Типоразмер муфты выбирается по диаметру вала и величине расчетного крутящего момента с условием:

Тр = К * Тном < [Т], (2.7.1.)

где К - коэффициент динамичности (К = 1,2...1,5);

Тном - крутящий момент на валу;

[Т] - предельное значение момента муфты, Н*м, определяется по ГОСТу.

1) Муфта соединяющая вал двигателя с быстроходным валом редуктора.

Тном = 125,44 Н*м; К = 1,2

Расчетный крутящий момент:

Тр = К * Тном = 1,2 * 125,44 = 150,5 Н*м

Выбираем муфту упругую втулочно-пальцевую (табл. 13.2 /6/), ГОСТ 21424-75.

Характеристика: d = 38 мм; [Т] = 250 Н*м; n = 3800 мин -1.

2) Муфта соединяющая тихоходный вал с барабаном.

Тном = 3431 Н*м; К = 1,2

Расчетный крутящий момент:

Тр = К * Тном = 1,2 * 3431 = 3920 Н*м

Выбираем муфту упругую втулочно-пальцевую (лист 261 /17/), ГОСТ 21424-75.

Характеристика: d = 85 мм; [Т] = 4000 Н*м; n = 1800 мин -1.

2.8. Выбор и расчет тормоза.

По правилам госгортехнадзора тормоз подбирается из каталога по статическому крутящему моменту, создаваемому грузом на тормозном валу, который определяется по формуле /1/:

Мторм = Кт * Мст , (2.8.1.)

где Кт - коэффициент запаса торможения (Кт = 1,5 для режима работы - легкий);

Мст - статический момент при торможении, Н*м.

Статический момент при торможении определяется по формуле /1/:

Мст = (Sмакс * Dб * м) / uм , (2.8.2.)

где Sмакс - максимальное расчетное усилие в ветви каната, Н;

Dб - диаметр барабана, м;

м - общий КПД механизма;

uм - передаточное число механизма.

Мст = (20162 * 0,24 * 0,8) / 63,2 = 61,25 Н*м

Мторм = 1,5 * 61,25 = 91,9 Н*м

По каталогу (табл. 12П. /2/) выбираем тормоз ТКТ-200 с короткоходовым электромагнитом МО-200Б. Табличный момент этого тормоза равен 160 Н*м при ПВ - 40%, у нас же ПВ - 15%. Тормозную ленту для обкладок выбираем типа А (по ГОСТ 1198-78), тормозной шкив - стальное литье.

Определяется необходимая сила трения между колодкой и шкивом по формуле /1/:

Fторм = Мторм / Dт , (2.8.3.)

где Dт - диаметр тормозного шкива (у тормоза ТКТ-200 Dт = 0,2).

Fторм = 91,9 / 0,2 = 459,5 Н

Усилие прижатия колодки к тормозному шкиву определяется по формуле /1/:

N = Fтр / f , (2.8.4.)

где f - коэффициент трения (f = 0,35..0,40; по табл.8. /1/).

N = 459,5 / 0,37 = 1241,9 Н

Проверяем колодки на удельное давление по условию /1/:

р = N / (Bк * Lк), (2.8.5.)

где Bк - рабочая ширина колодки, м (у тормоза ТКТ-200 Bк = 0,095 м по табл. 12П. /2/);

Lк - длина дуги обхвата колодки, м.

Длина дуги колодки при угле обхвата тормозного шкива колодкой  = 700 составляет /1/:

Lк = ( * Dт * ) / 360 (2.8.6.)

Lк = (3,14 * 0,2 * 70) / 360 = 0,122 м

р = 1241,9 / (0,095 * 0,122) = 107152,7 Па = 0,11 МПа,

что меньше 0,3 МПа - допускаемого значения для выбранных материалов.

Проверяем колодки на нагрев по удельной мощности трения по формуле /1/:

А = р * vр * f  [А], (2.8.7.)

где [А] - допускаемая удельная мощность трения [А] = 1,5...2,0 МН/м*с;

vр - расчетная скорость на ободе шкива, м/с.

vр = с0 * v, (2.8.8.)

где с0 = 1,1..1,2 - коэффициент безопасности при спуске груза;

v - окружная скорость на ободе шкива, м/с.

v = ( * Dт * nдв) / 60, (2.8.9.)

где nдв - частота вращения двигателя, мин -1.

v = (3,14 * 0,2 * 670) / 60 = 7 м/с

vр = 1,15 * 7 = 8,05 м/с

А = 0,11* 8,05 * 0,37 = 0,3 МН/м*с  [А] = 1,5...2,0 МН/м*с

Расчет рабочей пружины тормоза.

Рабочее усилие в главной пружине с учетом действия якоря магнита и вспомогательной пружины определяется по формуле /1/:

Fгл = N * a1 / a2 + Mяк / е + Fbc , (2.8.10.)

где N * a1 / a2 - усилие замыкания рычагов тормоза, Н;

a1 и a2 - плечи рычагов, м (табл. 12П. /2/);

Mяк / е - усилие, действующее на шток от силы тяжести массы якоря, Н (табл. 13П. /2/);

Fbc - усилие вспомогательной пружины, Fbc = 30...50 Н.

Для тормоза ТКТ-200: a1 = 135 мм; a2 = 305 мм; Mяк = 3,6 Н*м; е = = 40 мм, принимаем Fbc = 40 Н.

Fгл = 1241,9 * 0,135 / 0,305 + 3,6 / 0,04 + 40 = 679,7

Расчет пружины производим по расчетной силе Fр с учетом дополнительного сжатия по формуле:

Fр = Fгл * К0 , (2.8.11.)

где К0 = 1,25...1,50 - коэффициент запаса.

Fр = 679,7 * 1,3 = 883,6 Н

Диаметр проволоки для главной пружины из расчета на деформацию кручения определяется по формуле /1/:

где с = D / dпр - индекс пружины круглого сечения;

D - средний диаметр пружины, мм;

К - коэффициент, зависящий от формы сечения и кривизны витка пружины, выбирается в зависимости от индекса пружины с;

[] - допускаемые напряжения на кручение, для материала пружин из стали 60С2А составляют [] = 400 МПа, для пружин 1 класса соударение витков отсутствует.

Принимаем индекс пружины с = 6, тогда К = 1,24 /1/.

Из ряда диаметров по ГОСТ 13768-68 на параметры витков пружин принимаем dпр = 6,5 мм.

Средний диаметр пружины D = с * dпр = 6 * 6,5 = 39 мм.

Обозначение пружины: 60С2А-Н-П-ГН-6,5 ГОСТ 14963-69.

Жесткость пружины определяется по формуле /1/:

Z = (G * dпр4) / (8 * D3 * n), (2.8.13.)

где G - модуль сдвига для стали; G = 8*104 МПа;

n - число рабочих витков.

Для определения числа рабочих витков задаемся длиной Нd и шагом рd пружины в рабочем (сжатом) состоянии:

Нd = (0,4...0,5) * Dт = 0,45 * 200 = 90 мм

рd = (1,2...1,3) * dпр = 1,2 * 6,5 = 7,8 мм

Число рабочих витков определяем по формуле /1/:

n = (Hd - dпр) / рd (2.8.14.)

n = (90 - 6,5) / 7,8 = 10,7

Величину n округляем до целого числа, т.е. n = 11.

Z = (80000 * 6,54) / (8 * 3,93 * 11) = 27,4 Н/мм

Длина нагруженной пружины определяется по формуле /1/:

Н0 = Нd + (1,1...1,2) * Fp / Z (2.8.15.)

Н0 = 90 + 1,15 * 883,6 / 27,4 = 127 мм

Сжатие пружины при установке ее на тормозе:

Н0 - Нd = 127 - 90 = 37 мм

Наибольшее напряжение в проектируемой пружине определяется по формуле /1/:

макс = (8 * D * Fмакс * К) / ( * dпр3) , (2.8.16.)

где Fмакс - максимальное усилие в пружине при ее дополнительном сжатии, Н.

Fмакс = Fгл + Z * h, (2.8.17.)

где h - дополнительное сжатие пружины, равное ходу штока тормоза.

h =  * е , (2.8.18.)

где  - угол поворота якоря электромагнита (для электромагнита МО-200Б  = 5,50 табл. 13П. /2/).

 = (5,5 * 2 * ) / 360 = (5,5 * 2 * 3,14) / 360 = 0,096 рад

h = 0,096 * 40 = 3,84 мм

Fмакс = 679,7 + 27,4 * 3,84 = 784,9 Н

Определяем наибольшее напряжение в пружине по формуле 2.8.16.:

макс = (8 * 39 * 784,9 * 1,24) / (3,14 * 6,53) = 352 МПа  [] = 400 МПа

Отход колодок от шкива определяем по формуле /1/:

 = (а1 / (2 * а2)) * h , (2.8.19.)

где h - ход штока тормоза;

а1 и а2 - плечи рычагов тормоза, мм.

 = (135 / (2 * 205)) * 3,84 = 0,85 мм

Отход колодок от тормоза регулируется в пределах от 0,5 до 0,8 мм.

Проверочный расчет электромагнита.

Работа электромагнита Wэм тормоза должна быть больше работы растормаживания Wр .

Работа электромагнита тормоза определяется по формуле /1/:

Wэм = Мэм *  , (2.8.20.)

где Мэм - рабочий момент якоря магнита (Мэм = 40 Н*м из табл. 13П. /2/);

 - угол поворота якоря, рад.

Wэм = 40 * 0,096 = 3,84 Н*м

Работа растормаживания колодок определяется по формуле /1/:

Wр = (2 * N * ) / (0,9 * ) , (2.8.21.)

где  = 0,95 - КПД рычажной системы тормоза.

Wр = (2 * 1241,9 * 0,8) / (0,9 * 0,95 * 103) = 2,3 Н*м

Wэм > Wр , следовательно электромагнит подходит.

2.9. Расчет механизма подъема в период неустановившегося

движения.

В пусковой период суммарный момент определяется по формуле /5/:

Мпуск = Мст + Мд.п. + Мд.в. , (2.9.1.)

где Мст - статические момент, необходимый для преодоления веса груза и сопротивлений сил трения в звеньях механизма, Н*м;

Мд.п. - динамический момент, необходимый для преодоления сил инерции поступательно движущихся масс груза и подвески, Н*м;

Мд.в. - динамический момент, необходимый для преодоления сил инерции вращающихся масс механизма, Н*м.

Статический момент на валу электродвигателя определяется по формуле /5/:

Мст = Мст.б. / (uо * пр), (2.9.2.)

где Мст.б. - статический момент на барабане, Н*м;

uо - общее передаточное число механизма подъема груза;

пр - КПД привода (пр = 0,8).

Статический момент на барабане определяется по формуле /5/:

Мст.б. = Smax * Dб / 2 (2.9.3.)

Мст.б. = 20162 * 0,24 / 2 = 2419,4 Н*м

Мст = 2419,4 / (63,2 * 0,8) = 47,85 Н*м

Динамический момент сил инерции поступательно движущихся масс определяется по формуле /5/:

где о - общий КПД;

tпуск - время пуска, с.

Время пуска определяется по формуле /5/:

где GD12 - сумма маховых моментов масс вращающихся на первом валу механизма, кг*м2;

GD12 = GD2рот + GD2муф ,

где GD2рот - маховый момент ротора двигателя (у нашего двигателя GD2рот = 1,1 кг*м2);

GD2муф - маховый момент тормозной муфты (у нашей муфты GD2муф = 0,44 кг*м2).

Средний пусковой момент двигателя (Мдв.пуск.ср.) определяется по формуле /5/:

Мдв.пуск.ср. = (1,5...1,6) * 9560 * Nдв / rдв (2.9.6.)

Мдв.пуск.ср. = 1,6 * 9560 * 9 / 670 = 205,5 Н*м

Определяем время пуска по формуле 2.9.5.:

Время пуска получилось несколько меньше рекомендуемого [tпуск] = 1...2 с, т.е. электродвигатель был выбран с некоторым запасом мощности.

Определяем динамический момент сил инерции поступательно движущихся масс по формуле 2.9.4.:

Динамический момент сил инерции вращающихся масс определяется по формуле /5/:

Определяется суммарный момент в пусковой период по формуле 2.9.1.:

Мпуск = 47,85 + 12,6 + 62,1 = 122,55 Н*м

В тормозной период суммарный момент определяется по формуле /5/:

Мторм = Мст + Мд.п. + Мд.в. , (2.9.8.)

где Мст - статический момент на валу тормоза от груза, Н*м;

Мд.п. - динамический момент на валу тормоза для поглощения момента от сил инерции поступательно движущихся масс груза с подвеской, Н*м;

Мд.в. - динамический момент на валу тормоза, необходимый для поглощения момента от сил инерции вращательного движения частей механизма при опускании груза, Н*м.

Статический момент на валу тормоза от груза определяется по формуле /5/:

Динамический момент на валу тормоза для поглощения момента от сил инерции поступательно движущихся масс определяется по формуле /5/:

где tторм - время торможения.

Время торможения определяется по формуле /5/:

tторм = (120 * Sторм) / vгр , (2.9.11.)

где Sторм - величина тормозного пути, м;

vгр - скорость подъема груза, м/мин.

По табл. 2.1. /5/ выбираем для режима работы - легкий Sторм = vгр / 120.

tторм = (120 * vгр / 120) / vгр = 1 с

Динамический момент на валу тормоза, необходимый для поглощения момента от сил инерции вращательного движения частей механизма при опускании груза определяется по формуле /5/:

Определяется суммарный момент в тормозной период по формуле 2.9.8.:

Мторм = 60,8 + 4 + 31,1 = 65,9 Н*м

3. Расчет и проектирование механизма поворота крана.

3.1. Выбор веса крана и определение веса противовеса.

Противовес в полноповоротных кранах на колонне применяют для уменьшения момента, изгибающего колонну, и уменьшения горизонтальной силы, определяющей опорную нагрузку. Противовес устанавливают на поворотной части крана.

Вес противовеса выбирают таким, чтобы при полной нагрузке крана на крюке колонна крана работала приблизительно на половину грузового момента в сторону груза, а при порожнем состоянии крана - на половину грузового момента в сторону противовеса.

Определим составляющие веса металлоконструкции (рис. 3.1.1.):

1) Вес стрелы, плечо стрелы /4/ (кН; м):

Gстр = Кстр * L  L ; lстр = 0,6 * L , (3.1.1.)

где L - вылет стрелы, м.

Gстр = 2,5 кН ; lстр = 0,6 * 2,5 = 1,5 м

2) Вес механизма подъема, плечо (кН; м) /4/:

Gпод = 0,2 * Q * g ; lпод = 0,3 * L , (3.1.2.)

где Q - грузоподъемность крана, т.

Gпод = 0,2 * 8 * 9,8 = 15,68 кН