Московский Государственный Технический Университет

им. Н. Э. Баумана

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ записка

к курсовому проекту

«Проектирование поворотного крана»

ТНУ.18-03.00.00

Студент: Иваненко В. Гр. МТ8 – 71

Консультант: Варламов В.П. Дата:

МОСКВА 2002.

Оглавление:

1 Исходные данные. 3

2 Расчёт механизма подъёма. 4

2.1 Схема механизма подъема. 4

2.2 Выбор электродвигателя. 4

2.3 Выбор каната. 4

2.4 Определение размеров барабана. 5

2.5 Передаточное отношение привода. 6

2.6 Расчёт дискового тормоза. 7

2.7 Выбор крюка и расчет крюковой подвески. 9

2.8 Шпоночные и шлицевые соединения. 13

2.9 Рассчёт резьбовых соединений. 16

2.10 Рассчёт подшипников барабана. 20

3 Металлоконструкция. 23

3.1 Выбор основных размеров. 23

3.2 Проверка статического прогиба. 25

3.3 Определение веса металлоконструкции. 26

3.5 Проверка времени затухания колебаний. 26

3.5 Проверка прочности. 27

3.6 Опорные узлы. 30

3.7 Рассчёт фундаментных болтов. 31

4 Список литературы. 33

1Исходные данные.

В данном курсовом проекте предлагается разработать консольный полноповоротный кран с переменным вылетом, который состоит из механизма подъема, механизма передвижения, металлоконструкции.

Консольный полноповоротный 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, установленную на неподвижной колонне. Управление краном осуществляется с пульта управления на уровне 1,5 м до пола.

Технические требования:

Типовой режим работы - 2М;

Число часов работы – 2000;

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;

Опорные узлы;

Спецификации и расчетно-пояснительную записку.

Исходные данные для расчета:

Грузоподъемность F_Q = 10 кН;

Скорость подъема V_п = 10 м/мин;

Высота подъема H = 5 м;

Вылет стрелы L_max = 4 м;

2Расчёт механизма подъёма.

2.1Схема механизма подъема.

Схему назначаем, руководствуясь конструктивными особенностями крана. Выбираем одну из наиболее распространненых схем - электроталь с соосным редуктором, дисковым фрикционным тормозом и встроенным двигателем.

Рекомендации по выбору полиспаста: для стреловых кранов при Q < 4 т. обычно выбирают двукратные (а=2) одинарные(m=1) полиспасты, без отклоняющих блоков (t=0).

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

2.2Выбор электродвигателя.

Двигатель выбирают по условию

P_дв > P_ст

(_пр=0,9 – предварительно для зубчатого редуктора)

Выбираем встраиваемый асинхронный двигатель 4А100А4У3.

P_дв =2.2 кВт

n_с = 1500 мин^-1

n_ном = 1425 мин^-1

2.3Выбор каната.

Канат выбирают из условия

F_разk F_мах,

где k=5 -коэффициент запаса прочности для режима 2М, F_раз - разрушающая нагрузка (Н), F_мах -наибольшая сила натяжения в канате (Н)

a = 2, m = 1 – двухкратный одинарный полиспаст;

Разрушающая сила каната F_разр  K  F_max  6 5228 =26142 Н;

Выбираем канат ЛК-Р 1764(180) ГОСТ7668-80, c _в = 1764 Н/м², d_кан =6.9 мм.

2.4Определение размеров барабана.

Диаметр барабана:

D_б = d₃₀ + 2.4d_кан + 5..10

d₃₀ =168 мм – посадочный размер встраиваемого электродвигателя.

D_б =168 + 2.4 *6.9 + 5…10 = 189.6…194.6 мм

Принимаем: D_б =190 мм

Шаг нарезки:

p = 1.2d_к = 1.2 *6.9 =8.28 мм  (округляем до 0.5)  8.5 мм

Материал барабана Ст3. Толщина стенки:  ≈ d_кан

 =8 мм

Число рабочих витков:

Д
лина барабана:

L_б = p(z_р + 6) =8.5(17 + 6) = 195.5 мм

l_кр = 3p = 25.5 мм – длина части барабана, на которой размещено крепление каната.

L_раз = 1.5p = 12.75 мм – длина части барабана, на которой размещены разгрузочные витки по нормам технической безопасности.

l_н = 1.5p = 12.75 мм – расстояние до начала нагрузки.

l_раб = z_р*p = 144.5 мм – длина рабочей части барабана.

П
рочность барабана:

2.4.1Винты для крепления каната на барабане.

Определим силу затяжки винтов:

Н

где z – кол – во винтов.

Принимаем класс прочности винтов 3.6, тогда предел текучести =200МПа. Допустимое напряжение сжатия МПа

Расчётный диаметр винтов:

мм

Окончательно выбираем винты М14.

2.5Передаточное отношение привода.

Частота вращения барабана.

П
ередаточное отношение редуктора.

Крутящий момент на барабане

Нм

где F_max - наибольшее натяжение в канате,

m - число канатов, наматываемых на барабан (число полиспастов)

Наибольший крутящий момент на тихоходном валу редуктора.

П
о следующим данным делаем рассчёт двухступенчатого соосного зубчатого редуктора на ЭВМ.

Вращающий момент на тихоходном валу 522.57 Нм

Частота вращения тихоходного вала 32.35 об/мин

Ресурс 2000 час

Режим нагружения 2М

Передаточное отношение механизма 44.05

Данные полученные в результате проектного рассчёта редуктора представлены в распечатке:

2.6Расчёт дискового тормоза.

Из – за своей компактности, для электроталей часто используют дисковые тормоза. Используем дисковый сухой тормоз с осевым нажатием. Исходными данными к расчету являются:

i = 1 - число пар поверхностей трения .

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

R_Н = 60 мм

R_В выбираем исходя из следующихм условий:

R_В = (0.4…0.8)*R_Н = 24…48 мм

R_Н - R_В ≤ 60 мм

Принимаем: R_В = 40 мм.

2.6.1Необходимый момент тормоза

Момент от груза на валу тормозного шкива:

Требуемый момент тормоза, с учётом режима нагружения:

2.6.2Р
ассчёт пружины.

Сила пружины:

R
=0,5(R_H+R_B)=0,5(185+90)=137.5мм — средний радиус поверхности трения

Давление на рабочих поверхностях фрикционных обкладок:

Д
опускаемое давление [p] при работе всухую 0,30МПа .

Начальный суммарный осевой зазор между трущимися поверхностями:

_нач=0,3+0,1i = 0,3+0,1 1=0,4мм.

Наибольший зазор _max = _нач.

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

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

Индекс пружины с =D_пр / d = 25 / 5 = 5 ;

Напряжения кручения:

г
де k = 1+1,5 / c = 1,3 - коэффициент кривизны

Осадка одного витка пружины под действием осевой силы F_А:

г
де G =8 10⁴МПа - модуль сдвига.

Шаг витков пружины t= l₁ + 1,1d=1.79 + 1.1 *5 =7.29 мм.

По условию устойчивости свободная длина пружины L_св 6D_пр = 150 мм.

Число рабочих витков:

Свободная длина пружины - L_св = zt + d = 20 7.29 + 5 = 150мм

2.6.3Рассчёт электромагнита.

Площадь воздушного зазора между корпусом электромагнита и якорем:

Индукция электромагнитного поля в воздушном зазоре:

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

Н
апряжённость магнитного поля в воздушном зазоре:

Необходимое количество ампер-витков для создания индукционного потока, А,

I_w = 2 H_o = 2 0,195 0,0004 = 0,000156A

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

2.7Выбор крюка и расчет крюковой подвески.

2.7.1Выбор крюка.

Для заданной грузоподъёмности выбираем по каталогу однорогий крюк №6 по ГОСТ 6627-74.

Грузоподъёмность при режиме эксплуатации 2М – 1 тонна.

2.7.2Размеры блока полистпаста.

Диаметр блока по дну ручья:

D_бл ≥ d_кан (е-1)= 6,9 * (22-1)

где е = 22 для электротали и режима 2М.

D_бл ≥ 145мм.

Принимаем D_бл = D_бар = 200мм.

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.

2.7.3Подшипники 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 =5138,5Н

Требуемый ресурс работы подшипников L=2000ч.

Для выбранного подшипника d=30мм, C_r = 19500Н.

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 подходит по условию долговечности с запасом.

2.7.4Упорные подшипники крюков

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

C₀ ≥ F_Q

Для выбранного подшипника d=20мм, C₀ = 30000Н. Подшипник проходит.

2.7.5Ось блока и траверса.

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