1. Механизм подъема

Назначение механизма подъема крана:

В соответствии с заданными требованиями данный механизм подъема крана предназначен для вертикального перемещения грузов массой до 500 кг на высоту до 3,6 м.

Механизм подъема состоит из следующих основных элементов:

• двигатель

• редуктор

• тормоз

• барабан

Исходные данные:

Грузоподъемная сила:

Высота подъема:

Скорость подъема груза:

Режим работы механизма: 3М;

Относительная продолжительность включения ПВ = 25% (для режима 3М);

Кратность полиспаста: а=1 ([2], стр.24);

Число канатов, наматываемых на барабан: m=2 ([2], стр.24);

Число отклоняющих блоков: t=1;

Ресурс:

1.1. Двигатель

1.1. 1. Расчет мощности электродвигателя

Мощность (кВт) при подъёме номинального груза весом F_Q(Н) с установившейся скоростью V(м/мин) для крюковых канатов

, где

- КПД механизма подъема;

- КПД муфты;

- КПД барабана;

- КПД червячного глобоидного редуктора;

1.1.2. Схема и КПД полиспаста

Т.к. механизм подъема расположен на стреле, рациональной является двухбарабанная схема с глобоидным редуктором при сдвоенном полиспасте(m=2). Схема подъема:

- КПД полиспаста и отклоняющих блоков; - КПД блока ([2], стр.25);

1.1.3. Выбор мощности электродвигателя

кВт

По каталогу выбираем двигатель с нормальной мощностью в соответствии с ПВ=25%

Выбираем двигатель 4АС80B6У3 на n_c=1000, у которого Р=1.3 кВт, n_н=860 мин^-1 ([4], стр. 33, т.1)

1.2. Выбор каната

Наибольшая сила натяжения в канате, Н:

Выбор размера каната, т.е. диаметра d_к, производим по разрушающей нагрузке. Разрушающая нагрузка каната должна удовлетворять условию:

, где

k — коэффициент запаса прочности ( для режима работы 3М k=5.5 )

Возьмем канат двойной свивки типа ЛК-РО по ГОСТ 7668-80 диаметром d_к=6,3 мм, имеющим F_раз=22000 Н (предел прочности проволоки 1764 МПа).

1.3. Барабан

1.3.1. Диаметр барабана

Канатные барабаны бывают литые из чугуна или стали и сварные из стали. В большинстве случаев применяют барабаны с винтовой нарезкой, на которые канаты наматывают в один слой. Диаметр барабана по дну канавки:

D_б  d_к  (e – 1)

D_б следует принимать из ряда размеров Ra 20, тогда

D_б  d_к  (e – 1) = 6,3 (18-1) = 107,1 мм.

е = 18 - коэффициент, принятый в зависимости от режима работы и типа крана. ([2], стр.26, т.8)

По Ra 20 D_б =110 мм.

Р=(1,1…1,2)  d_k = 7 мм - шаг винтовой нарезки;

1.3.2. Прочность барабана

Напряжениями изгиба и кручения в стенке барабана можно пренебречь. Напряжение сжатия в стенке барабана

Пусть материал барабана сталь Ст 3 с допускаемым напряжением =110 МПа.

Толщина стенки барабана

Тогда

где мм- шаг нарезки.

Условие < выполнено.

1.3.3. Длина барабана

Длина нарезанной части барабана:

L_н=l_н+ l_раз+ l_кр= z_p  (p +6)

где

– число рабочих витков;

L_p = z_р  p – длина рабочей части барабана;

L_н=7,6(7+6) =98,8мм.

Принимаем L_н=100мм

где - номинальная частота вращения вала электродвигателя.

Примем u_ред=40.

1.4.4 Выбор редуктора по вращающему моменту

Номинальный вращающий момент на выходном валу редуктора должен удовлетворять условию:

, где T_HЕ – эквивалентный момент, равный:

Коэффициент долговечности К_нд для ЧГ редукторов:

Коэффициент эквивалентности К_НЕ=0.63 при .

Таким образом:

Наибольший момент на тихоходном валу редуктора:

Получаем эквивалентный момент:

Выбираем редуктор ЧГ-80, для него > 157,5 Нм.

1.4.5 Проверка на консольную силу

При консольном закреплении барабана номинальная консольная радиальная сила должна удовлетворять условию ([2], стр 21):

F_ном=4000 H

, следовательно, редуктор пригоден.

1.5 Тормоз

Режим нагружения 3М, выбираем тормоз ТКП.

Требуемый тормозной момент

Коэффициент запаса торможения .

Тормоз устанавливается на валу, где наименьший момент. Устанавливается на полумуфту МУВП со стороны редуктора ([5], стр.304) . Момент на быстроходном валу редуктора:

КПД при обратном движении

([2], стр. 33),где

Выбираем тормоз ТКП 100

Нм >9 Нм

1.6 Муфта

Тормоз установлен между двигателем и редуктором, поэтому тормозной шкив рационально выполнять заодно с муфтой.

Так как выбран тормоз ТКП 100, то диаметр тормозного шкива муфты должен быть равен 100мм.Упругие элементы проверяют на смятие в предположении равномерного распределения нагрузки между пальцами

1.8. Расчет крюковой подвески

1.8.1. Выбор крюка

Выбираем крюк однорогий по ГОСТ 6627-74 для грузоподъемных машин и механизмов с машинным приводом исполнение 1.

№ крюка – 5

Наибольшая грузоподъемность – 8кН

Подшипник крюка шариковый упорный однорядный №8204H C_оа = 32000Н

Упорный подшипник выбирается из условий статической грузоподъемности.

4000Н  32000Н – условие выполняется, подшипник проходит с запасом.

1.8.2. Расчёт подшипников блока

Выберем подшипник шариковый радиальный однорядный с двусторонним уплотнением по ГОСТ 8882-75 (серия 180000) №180304:

	Размеры				Грузоподъемность (кН)
	d	D	b	r	Cr	C0r
180304	20	52	15	2.0	15.9	7.8

- частота вращения блока.

- наибольшая нагрузка на подшипник блока

где - число подшипников

- эквивалентная динамическая радиальная нагрузка

Проверка условия

- расчётный скорректированный ресурс подшипника

1.8.3. Расчёт оси блока и траверсы на изгиб

2. Расчет металлоконструкции

Исходными данными для расчета является длина вылета L, грузоподъемность Q.

Высота сечения стрелы

_{Принимаем}

2.1.Определение основных размеров

Ширина сечения стрелы

Принимаем стандартную полосу с шириной

Толщина стенки:

Примем толщину стенки равной

Толщина верхнего пояса: мм

_{Примем толщину равной 6 мм.}

Дальнейшие расчеты производят по эквивалентному сечению.

Высота эквивалентного сечения:

Расчетное сечение показано на рисунке.

Расстояние между стенками принято стандартным, что позволяет выполнять диафрагмы без обрезки по длине. Диафрагмы к нижнему растянутому поясу не приваривают.

Координаты центра тяжести сечения.

Момент инерции определяем, пренебрегая собственными моментами инерции поясов.

2.2. Проверка статического прогиба.

Эпюра изгибающих моментов аналогична приведенной на рисунке.

Расчетная длина стрелы:

Расстояние между подшипниками:

Принимаем

2.3. Проверка фактического прогиба.

Допустимый прогиб:

Фактический прогиб не превышает допустимый.

2.4. Вес металлоконструкции.

Вес стрелы:

Координаты центра тяжести стрелы:

Вес подвижной колонны

Вес поворотного осевого короба с пальцами опорных узлов:

Координаты центра тяжести короба:

X_кор = 50 мм.

Вес механизма подъема:

G_м.п. = G_дв+G_муф+G_тор +G_ред+G_рам +G_бар ;

G_м.п. = (20,4+3+15,8+30+8,59*1,692+20)*9,81=1021Н

Координаты центра тяжести механизма подъема:

X_м.п. = 680мм

Вес груза и грузозахватывающего устройства:

G_гр. = 1.03*F_Q = 1.03*5000 = 5150Н

Координаты центра тяжести груза и грузозахватывающего устройства:

X_гр. = 3600мм.

Координаты центра тяжести:

1. Проверка прочности.

Допускаемое нормальное напряжение:

Допускаемое касательное напряжение, в том числе и для сварных швов:

Расчет в данном случае целесообразно начинать с подвижной колонны, так как в опасном сечении подвижной колонны действует наибольший момент в вертикальной плоскости.

Момент инерции в опасном сечении:

Момент сопротивления изгибу:

Напряжение изгиба:

Условие выполняется.

3. Опорные узлы

3.1. Подбор подшипников для опор крана

Расчет произведем для наиболее нагруженной опоры - нижней опоры.

3.1.1 Определение реакций в подшипниках:

Вертикальная реакция:

Горизонтальная реакция:

Реакции в подшипниках от силы в зацеплении

Реакция в верхней опоре

Реакция в нижней опоре

Суммарные реакции в опорах

3.1.2 Расчет подшипников на ресурс по динамической грузоподъемности

Радиальный подшипник

Для опор крана выберем  роликовые радиальные сферические двухрядные подшипники, так как они допускают большие углы перекоса (до 4 градусов). Предварительно возьмем шариковый радиальный двухрядный подшипник №53515 по ГОСТ 24696-81.

	Размеры				Грузоподъемность (Н)
	d	D	B	r	Cr	C0r
53515	75	130	31	2,5	154000	110000

Эквивалентная динамическая радиальная нагрузка