ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени Н. Э. БАУМАНА

ФАКУЛЬТЕТ РК (Робототехника и комплексная автоматизация)

КАФЕДРА РК3(Детали машин)

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ НА ТЕМУ:

Разработка конструкции

консольного настенного поворотного крана

ТНУ02-05.00.00РЗ

Студент ( Матыков О.С. ) Группа МТ13-71

(фамилия, инициалы) (индекс)

Руководитель проекта ( Пучкова Л.М.)

(фамилия, инициалы)

Москва 2003год.

Содержание:

Введение_________________________________________

Техническое задание_______________________________

Расчет механизма подъема груза ___________________

Расчет металлоконструкции________________________

Расчет соединений________________________________

Список литературы_______________________________

ВВЕДЕНИЕ

В данном курсовом проекте предлагается разработать консольный неполноповоротный кран с постоянным вылетом, который состоит из механизма подъема, металлоконструкции. Кран крепится к стене.

Консольный неполноповоротный кран применяют для проведения подъемно-транспортных работ в производственных помещениях, цехах и на открытом воздухе при обслуживании технологического оборудования и пр. Кран представляет собой подвижную колонну со стрелой. Управление краном осуществляется с пульта управления на уровне 1,5 м до пола.

Технические требования:

Типовой режим работы – 2М;

Электропитание от сети переменного 3-х фазного тока с частотой 50 Гц и напряжением 380 (220) В;

Необходимо разработать:

Общий вид крана;

Механизм подъема;

Металлоконструкцию;

Спецификации и расчетно-пояснительную записку.

Исходные данные для расчета:

Грузоподъемность F_Q = 8 кН;

Скорость подъема V_п = 10 м/мин;

Высота подъема H = 5 м;

Вылет стрелы L_max = 4,5 м;

1.Механизм подъема.

Исходные данные:

Грузоподъемная сила F_Q=8кН

Скорость подъема V=10м/мин

Высота подъема H=5м

Режим работы 2

Машинное время t_=8000

1.1.Схемы и полиспасты.

Рекомендации по выбору полиспаста: стреловые краны при  = 8 Кн обычно выбирают двукратные (а=2) одинарные(m=1) полиспасты. Отклоняющих блоков нет.

КПД полиспаста и отклоняющих блоков

_п= , где =_бл=0,97  КПД блока; а=2  кратность полиспаста; t=0  число; m=1  число полиспастов на КПД не влияет.

_п=0,985

1.2.Двигатель.

Мощность при установившемся движении для крюковых кранов:

_ст=

=0.9 т.к предполагаем использовать зубчатый редуктор

V- установившаяся скорость (м/мин)

Выбираем встраиваемый двигатель 4АB90A6У3 – Р>Pст=1.7 кВт, n=900 мин^-1

1.3.Канат.

Канат выбирают из условия F_разkF_мах, где k-коэффициент запаса прочности (таблица 7), F_раз - разрушающая нагрузка в (Н), F_мах -наибольшая сила натяжения в канате (Н)

F_мах=

Для режима 2М k=5

F_разр 5  4.18=20кН

Выбираем: канат двойной свивки типа ЛК-РO конструкции 619(1+6+6/6+16)+1 по ГОСТ 7668-80

Характеристики каната: d=6.3мм, F_разр=23 кН

Канат крепим к барабану прижимными планками.

Для этого используем 2 болта d=(1,4..1,6)dкан=10-2 болта М10.

1.4.Барабан.

Основные размеры:

D_барd_кан  e-1) для 2М е=16

Для электротали со встроенным двигателем диаметр барабана:

D_бар =d30 +2,4dкан+5..10 мм

D_бар149 + 15 +6 170мм; принимаем D_бар=170мм.

Толщина стенки для чугуна (СЧ15): =1.2d_кан7,56мм принимаем =8мм

Шаг нарезки Р для барабана (по канату) Р=(1.1…1.2) d_кан=1,26,3=7мм

1.5Длина барабана:

Длина барабана при одинарном полиспасте (m=1)

Z_p –число рабочих витков

Z_p=

L_бар=l_н + l_p + l_разр + l_кр =P (Z_p +6)=7(16+6)=154мм

Где l_н =1.5  P=1.5  7=10,5мм –расстояние до начала нарезки

l_p= Z_p –длина рабочей части барабана

l_разр=1.5  P=1.5  7=10,5мм–длина на которой помещаются разгружающие витки

l_кр=3  P=3  7=21мм–длина на которой размещается крепление каната

1.6Прочность барабана.

Напряжение сжатия в стенке барабана (напряжениями изгиба и кручения пренебрегаем)

_см=

_см130Мпа –допускаемое напряжение для чугуна СЧ15

_см  _см - условие выполняется

1.7.Редуктор.

Исходя из скорости подъема груза найдем требуемую скорость вращения тихоходного вала редуктора

n_т=

частота вращения выходного вала электродвигателя n_дв=900мин^-1 отсюда найдем передаточное отношение редуктора:

U=

принимаем передаточное отношение равным 25 и проверяем фактическую скорость подьема груза:

V_ф=

Передаточное отношение 25 проходит т.к разница в скорости подьема меньше 10%

Номинальный вращающий момент на выходном валу редуктора

_ном=  Нм

Максимальный вращающий момент на тихоходном валу редуктора

_мах=

1.8Расчёт дискового тормоза.

Из – за своей компактности, часто используют дисковые тормоза.

Необходимый момент тормоза

Момент от груза на валу тормозного шкива:

Т
тр=Тб

Требуемый момент тормоза, с учётом режима нагружения:

1.8Рассчёт пружины.

Сила пружины:

R
=0,5(R_H+R_B)=0,5(63+37)=50мм — средний радиус поверхности трения

i = 1 - число пар поверхностей трения .

f = 0,42 - коэффициент трения при работе всухую.

Д
авление на рабочих поверхностях фрикционных обкладок:

Допускаемое давление [p] при работе всухую 0,3 МПа .

Начальный суммарный осевой зазор между трущимися поверхностями:

_нач=0,3+0,1i = 0,3+0,1 1=0,4мм.

Наибольший зазор _max = 1,4_нач =0,64

При достижении наибольшего зазора осуществляется автоматическая регулировка зазора до начального значения.

Индекс пружины с =D_пр / d = 48 / 8 =6 ;

Свободная длина пружины L_св=(1..3) D_пр ;

г
де k = 1+1,5 / c = 1,25 - коэффициент кривизны

Пружину изготавливают горячей навивкой из кремнистой стали марки 60С2А с закалкой до твёрдости HRC=40…45 (d 5мм). Допускаемые напряжения кручения [ ] = 750МПа.

Осадка одного витка пружины под действием силы F_пр:

г
де G =8 10⁴МПа - модуль сдвига.

Шаг витков пружины t= l₁ + 1,1d=6,04+1,15х8 =13 мм.

По условию устойчивости свободная длина пружины L_св 6D_пр

Число рабочих витков:

1.9Рассчёт электромагнита

Работа кольцевого электромагнита:

_м = _м s_м  1,25 * Fм * _max = 1,25 * 2238 * 0,4 = 1119Нм

где F_м = F_тр -тяговая сила магнита;

s_м - ход якоря.

Площадь воздушного зазора между корпусом электромагнита и якорем:

И ндукция электромагнитного поля в воздушном зазоре:

где = 4 10^-7Гн/м - магнитная постоянная.

Напряжённость магнитного поля в воздушном зазоре:

Н
еобходимое количество ампер-витков для создания индукционного потока, А,

I_w = 2 H_o = 2 0,68 0,00064 = 0,00086A

где - наибольшее значение воздушного зазора, м.

Площадь поперечного сечения катушки электромагнита

где 2A/м² - плотность тока;

k 0,5 - коэффициент, учитывающий заполнение проволокой сечения катушки.

Полученную площадь сравнивают с площадью поперечного сечения катушки по предварительному эскизу тормоза и электромагнита

1.10Выбор крюка и расчет крюковой подвески.

Выбор крюка.

Для заданной грузоподъёмности выбираем по каталогу однорогий крюк №6.

Грузоподъёмность при режиме эксплуатации 2М – 1000 кг.

Размеры блока полистпаста.

Диаметр блока по дну ручья:

D_бл ≥ d_кан (е-1)= 6,3  (22-1) = 0,132 мм

где е = 22 для электротали и режима 2М.

D_бл ≥ 145мм.

Принимаем D_бл = D_бар =170мм.

R= (0,6…0,7) d_кан=4,14…4,83=4,5 мм.

h= (2…2,5) d_кан=13,8…17,25=17 мм.

Подшипники блока

Частота вращения блока:

Наибольшая нагрузка на подшипник блока полистпаста:

где z_П=2 – число подшипников в блоке.

Эквивалентная динамическая нагрузка на подшипник блока:

P_Е = F_П * V * k_Б * k_НЕ

V=1,2 – коэффициент вращения наружного кольца;

k_Б=1,3 – коэффициент безопасности;

k_HE =0,63 – коэффициент эквивалентности;

P_Е =4108Н

Требуемый ресурс работы подшипников L=8000ч.

Расчетный ресурс:

k – показатель степени уравнения кривой усталости. Для шариковых подшипников k=3;

a₁ – коэффициент, учитывающий безотказность работы. Для P=90% a₁=1;

a₂₃ – коэффициент, учитывающий качество материала и условия смазывания. Для нормальных условий a₂₃=0,6;

Подшипник № 204 подходит по условию долговечности с запасом.

Упорные подшипники крюков

Упорные подшипники крюков выбирают по диаметру шейки крюка и статической грузоподъемности:

C₀ ≥ F_Q =10400H

Для выбранного подшипника d=25мм, C₀ = 40000Н. Подшипник проходит.

Ось блока и траверса.

Ось блока и траверса крюка рассчитываются по условию отсутствия общих пластических деформаций при постоянной нагрузке.

l

М_изг = F_Q /2· l/2 = 5200·40=208000 Н·мм

Ось блока:

Траверса:

2 Расчёт опорных узлов

2.1 Нагрузка на опорные узлы.

Нагрузку на опорные узлы определяют при подъеме номинального груза Q и наибольшем вылете L. Для крана с внешней опорой вертикальная нагрузка: