Московский Государственный Технический университет

им. Н.Э. Баумана.

Кафедра «Детали машин»

ПОЛНОПОВОРОТНЫЙ (ДВУПЛЕЧЕВОЙ)

КРАН НА КОЛОННЕ

Пояснительная записка

ТНУ 16-05.00.00 ПЗ

Студент Михальцевич О.И.. Группа МТ7-72

Руководитель проекта Попов П.К.

Москва 2003 г.

Содержание.

1.Расчет механизма подъема

1.1. Выбор электродвигателя

1.2. Выбор каната

_{1.3. Диаметр канатного барабана}

1.4. Длина барабана

1.5. Предварительная частота вращения барабана

1.6. Необходимое передаточное отношение редуктора

1.7. Фактическая скорость груза.

1.8.1. Выбор редуктора.

1.8.2. Проверка редуктора на способность воспринимать консольную силу

1.9. Проверка выбранного электродвигателя

1.10. Выбор тормоза.

1.11. Расчет дискового тормоза

1.12.Подшипники блоков.

1.12.1. Диаметр блока по дну ручья

1.12.2. Частота вращения отклоняющих блоков

1.12.3. Нагрузка на подшипники

1.13.Крюковая подвеска

1.14.Подбор болтов, крепящих элементы механизма подъёма к раме

1.15 Подбор болтов для крепления каната к барабану.

2.Расчет металлоконструкции.

2.1.Определение основных размеров металлоконструкции

2.2.Определение веса металлоконструкции

_{2.3.Проверка времени затухания колебани}

_{2.4. Проверка прочности}

3.Выбор подшипников для опор крана

3.1.Определение реакций в опорах

3.2.Выбор подшипников

4.Механизм поворота

4.1. Выбор электродвигателя

4.2.Корректировка предварительного расчета

4.3.Выбор редуктора

4.4.Расчёт ОЗП

4.5. Расчёт муфты

4.5.1.Число пар поверхностей трения

4.5.2. Проверочный расчёт дисковой муфты трения

4.5.3. Выбор пружины

5.Расчет соединений

5.1. Расчет шпоночных соединений

5.2.Расчет болтов, крепящих конструкцию к основанию

6.Список использованных источников.

1. РАСЧЕТ МЕХАНИЗМА ПОДЪЕМА.

Различают механизмы подъёма с жёстким захватом груза и с гибким захватом

груза. Наиболее широко распространены механизмы подъёма с гибким захватом

груза. Их достоинства:

1.Способны обеспечивать большую высоту подъёма.

2.Канат является упругим элементом, способным смягчать толчки нагрузки.

3.Механизмы комплектуются в основном из стандартных и нормализованных

элементов (кроме талей):

• электродвигатель;

• муфта;

• тормоз;

• редуктор;

• канат;

• блоки.

Проектируемым является только канатный барабан.

В механизмах подъёма применяют электро -, гидро -, пневмо - и ручной приводы.

Наибольшее распространение получили электроприводы.

Таким образом, наибольшее распространение получили механизмы подъёма с

гибким подвесом груза и приводом от электродвигателя.

В представленном варианте проекта механизм подъема набран из стандартных элементов, которые необходимо рассчитать и подобрать.

Исходные данные:

FQ=8000Н. -Грузоподъемность крана.

Н=4м. - Высота крана.

L=3м. -Вылет крана.

V=10м/с. -Скорость перемещения груза.

4M -Режим работы крана.

ПВ=25% - Относительная продолжительность включения крана.

m= 1 -Число ветвей каната.

a=2 -Кратность полиспаста.

t =2 -Число отклоняющих блоков

tS=4000ч. -Суммарное время работы крана.

KHE=0.8 -Коэффициент эквивалентности.

1.1. Выбор электродвигателя.

Статическая мощность-мощность при подъёме номинала груза с

установленной скоростью.

Pст.=(FQ+Gзах)*V/(60000*hм-ма)=(1,03*8000*10)/(60000*0,727)=

=1,89кВт.

hм-ма- КПД всего механизма подъёма.

hм-ма=hр.*hб*hп.=0,8*0,98*0,9268=0,727.

hр. – КПД редуктора.

hб- КПД канатного барабана.

hп. -КПД полиспаста.

hр.= 0.8;

hм=0.99;

hб=0.98;

hп.= (1+h)*h^t /a = (1+h)*h² / 2=(1+0.97)*0.97²=0.9268;

h =0.97.

По каталогу выбираем двигатель с Рн>=Рст. (в соответствии с ПВ)

Рекомендуемая частота вращения двигателя n=1500 об/мин.

Выбранный двигатель: AIS100LA4

Рн =2.2 кВт; nн=1400 об/мин.

Для механизмов подъёма время пуска не определяется, т.к.:

1.Вертикальное ускорение не может вызвать раскачивание груза.

2. Распределение избыточного момента Тизб между звеньями

кинематической цепи таково, что через редуктор проходит

всего около 5% момента Тизб, поэтому не возникает больших

динамических перегрузок элементов полиспаста и редуктора.

3.Время разгона механизма подъёма близко ко времени разгона

самого электродвигателя и составляет не более 1 с. Время

пуска мало по сравнению с продолжительностью цикла

работы и поэтому практически не влияет на производительность.

1.2.Выбор каната.

В ГПМ применяют главным образом стальные проволочные канаты

двойной свивки: сначала проволока свивается в пряди вокруг

центральной проволоки, а затем пряди свиваются в канат вокруг

сердечника.

Наиболее распространены канаты из 6-и прядей с числом проволок

в одной пряди 19 или 37. Сердечники бывают металлические и

органические.

Органические: изготавливаются из: пеньки, капрона, нейлона.

Металлические: отдельная прядь или канат двойной свивки.

Для работы при высоких температурах, помимо стальных сердечников,

применяют сердечники из асбеста.

Изготавливают канаты:

-с точечным контактом между проволоками различных слоев пряди ТК;

-с линейным контактом ЛК.

Канаты ЛК более гибкие, долговечные; при одинаковой прочности имеют

диаметр каната меньше, чем у ТК, поэтому получили наибольшее распространение.

Канаты ЛК имеют следующие разновидности:

• ЛКО – в отдельно взятом слое пряди все проволоки имеют одинаковый диаметр.

• ЛКР - в наружном слое пряди проволоки двух различных диаметров, через одну.

• ЛКРО – в одних слоях все проволоки имеют одинаковый диаметр, а в других – проволоки двух разных диаметров через одну.

• ЛКЗ - между двумя смежными проволоками одного диаметра размещается заполняющая проволока меньшего диаметра.

При работе каната, проволока находится в сложном напряжённом состоянии; происходит также изнашивание проволоки. Ввиду сложности теоретического расчёта, канат выбирается по условию:

Fразр>= k*Fmax (1); где

Fразр – сила, при которой разрушается канат, приведена в ГОСТе для любых диаметров каната.

k = 3.5…9 – коэффициент запаса прочности ; зависит от типа машины, степени ответственности и группы режима работы механизма.

Fmax – максимальная сила натяжения каната.

Fmax = FQ +Gзах = 1.03*8000 =4445 Н.

m*a*hп. 1*2*0.9268

k = 5.5; Fразр= 24450 Н.

Выбираем канат ЛК-Р, его характеристики:

dк=7.4 мм.

Fразр= 29000 Н.

1.3.Выбор диаметра канатного барабана.

Канатные барабаны бывают:

• литые(из чугуна или стали);

• сварные(из стали).

В большинстве случаев применяют барабаны с винтовой нарезкой, на который канаты наматываются в один слой.

Диаметр барабана по дну канавки:

Dб>=dк*(e-1);

Dб – диаметр канатного барабана, который следует принимать из ряда Ra40.

Если редуктор механизма подъёма груза имеет запас по вращательному моменту и по передаточному отношению, то увеличивая диаметр барабана Dб, можно уменьшить длину барабана Lб. Этим можно добиться установки барабана консольно на тихоходном валу редуктора, что упрощает конструкцию.

e = 25;

Dб>= 7.4*(25-1) = 177.6 мм.

Принимаем Dб=220 мм.

1.4. Длина канатного барабана.

Lб= p*(zp+6)=9*(11+6)=153 => Lб=Dб=160 мм.

p =(1.1..1.2)*dк =9 мм; zp= a*H*10³ = 2*4*10³ =11.198.

3.14*(Dб+dк) 3.14*(220+7.4)

p – шаг винтовой нарезки.

zp – число рабочих витков.

Н – высота подъёма груза.

Реборду выполняют только с той стороны барабана, где нет крепления каната.

1.5. Предварительная частота вращения канатного барабана.

nб= a*v = 2*10*10^3 =28 1/мин.

3.14*(Dб+dк) 3.14*(220+7.4)

1.6.Необходимое передаточное отношение редуктора.

iред.= nн/nб = 1400/28= 50.01

принимаем i_ред =49

1.7.Фактическая скорость груза.

Vф. = 3.14*(Dб+dк)*nн. = 3.14*(220+7,4)*1400 =10.206м/мин.

a* iред. *1000 2*40*1000

Погрешность скорости груза:

ΔV= Vф – V *100%= 10,206-10 *100%=2% < 10%

V 10

1.8.1 Выбор редуктора.

Редуктор выбирают по вращающему моменту, а затем проверяют на способность воспринимать тихоходным валом максимальную силу натяжения каната Fmax – консольную силу.

nб= nэд/iред.=1400/49=28 об/мин. – частота вращения барабана.

NHG=10000 (Для червячного редуктора) – число циклов переменных контактных напряжений, соответствующее перелому кривой усталости (базовое число циклов) ;

k нд= kне* 3 N = 0.8* 3 4000*0,5 =0.468.

NHG 10000

kнд – коэффициент долговечности, учитывающий одновременно переменные нагрузки и число циклов нагружения N;

Принимаем kнд=0.63.

Запишем Тmax:

Тmax = Fmax*(Dб+dк)*m = 4445(220+7,4)*1 =515.7 Н*м.

2* ηб*1000 2*0.98*10³

Тне= kнд*Тmax=0.63*515.7=310,57 Н*м.

Тн>=Тне => мотор-едуктор 7МЧ-М-85

Его характеристики:

Тн=316 Н*м;

ηб =0.67;

Fн=4700Н;

С=61 мм;

1.8.2. Проверка редуктора на способность воспринимать Fmax.

Выбранный редуктор проверяют на способность воспринимать тихоходным валом максимальную силу(проверка по консольной силе).

Fн>= Fmax*kне*(lF/B+0.25)

lF=С+lб-5*p = 61+160-5*9=176 мм.

4700>=4445*0.8(176/168+0.25)=4614 Н.

Следовательно, выбранный редуктор можно использовать в данном механизме подъёма.

1.9. Проверка электродвигателя.

Pст= (FQ+Gзах)*Vф. = 1.03*8000*10.206 =2.303;

60000*ηф 60000*0.61

ηф = ηр*ηб*ηп=0.67*0.98*0.9268=0.61;

Pст/Pн=2.303/2.2=1.047.

1.05>1.047>0.7.

1.10. Выбор тормоза.

Необходимый момент тормоза:

Тт.= kт*Тгр;

kт- коэффициент запаса торможения;

Тгр - грузовой момент; момент от веса груза и грузозахватного устройства на тормозном шкиве (диске).

Грузовой момент:

Тгр= (FQ+Gзах)*(Dб+dк)* ηобр = 1.03*8000*(220+7,4)*0.484 =4.629Н*м;

2*a*iред*1000. 2*2*49*1000

hобр – обратный КПД(КПД при обратном движении груза при отключении электродвигателя ) механизма между грузозахватным устройством и тормозным шкивом (диском).

Механизмы с червячным редуктором, с учётом того, что фактический потом может оказаться меньше расчётного:

ηобр =0.5*(1+η/ ηр)*(2-1/ ηр)=0.5*(1+0.61/0.67)*(2-1/0.67)=0.484, где η – прямой КПД механизма, между тормозным шкивом диска и грузозахватным устройством.

Тт.= kт*Тгр=2*4.629=9.258Н*м.

По моменту Тт. подбирают или проектируют тормоз. Для механизмов подъёма груза время торможения, обычно, не определяют по тем же причинам, что и время пуска. Если в механизме используют двигатель со встроенным тормозом, то дополнительный тормоз не нужен, встроенный тормоз электродвигателя надо отрегулировать на момент Тт.

Выбираем встроенный дисковый тормоз в соответствии с ПВ=25%.

1.11 Расчет дисоквого тормоза.

1.12.Подшипники блоков.

1.12.1. Диаметр блока по дну ручья.

Dбл=dк*(e-1)=7.4*(18-1)=133.2 мм.

e=18