Московский Государственный Технический Университет

им. Н. Э. Баумана

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ записка

к курсовому проекту

«Проектирование настенного поворотного крана»

ТНУ 7.05.

Студент: Ткачук Ю.П. Гр. МТ8 – 71

Консультант: Богачев В.Н. Дата: ,

МОСКВА 2002.

Содержание

1Описание крана

2. Mеханизм подъема

2.1 Мощность двигателя

2.2. Выбор каната

2.3 Определение размеров барабана

2.4 Витны для крепления каната к барабану

2.5 Передаточное отношение привода

2.6 Выбор крюка

2.7 Выбор тормоза

2.7.1. Необходимый момент тормоза

3. Металлоконструкция

3.1 Выбор основных размеров

3.2 Проверка жесткости

3.3 Проверка прочности

3.4 Расчет подшипников опорного узла

4. Расчет соединений

4.1 Шпоночные соединения

4.2 Расчет соединения стрелы крана с опорным узлом

4.3 Расчет болтового соединения

4.4 Блоки

5. Выбор смазочного материала

6. Список литературы

1. Oписание крана.

Подвесной поворотный кран с переменным вылетом, состоит из механизма подъёма, механизма поворота в виде механизма передвижения, металлоконструкции и опорных узлов. Кран предназначен для подъёма и перемещения груза массой до 1000 кг на расстояние 3,2 метра, с возможностью поворота на 180. Краны данного типа используются, например, для транспортировки промковшей от стальковшей к заливаемым формам.

2. Pасчёт механизма подъёма.

2.1. Мощность двигателя.

С учётом ПВ=25% выбираем двигатель 4АC90L6У3.

P_дв = 1.7 кВт

n_дв = 900 мин ^-1

2.2. Выбор каната.

Наибольшая сила натяжения в канате:

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

Рекомендуемый предел прочности материала проволок _в = 1666 Н/м²;

Разрушающая сила каната F_разр  K  F_max  5.5  2994=16467 H

Выбираем канат ЛК-Р ГОСТ2688-80, d_кан = 5.6 мм, F_разр = 17 кН;

2.3. Определение размеров барабана.

Для режима 3М е = 17

Д
иаметр барабана:

D_б=160 мм

Шаг нарезки барабана :

p = (1.1…1.2)*d_кан

p =6.5 мм

Число рабочих витков :

z
_p =12.5

Длина барабана:

L_б = p(z_р + 6) = 6.5*(12.5 + 6) = 120 мм

l_н = 1,5*р => 9.5 мм - расстояние до начала нарезки;

l_р = z_р*р = 81.5 мм - длина рабочей части барабана;

l_раз = 1,5*р = 9.5 мм – длина части барабана, на которой

размещаются разгружающие витки

l_кр =3*р = 19,5 мм - длина части барабана, на которой

размещается крепление барана

Прочность барабана:

Материал барабана Ст3. Толщина стенки  = d_кан = 5.6 мм.

Необходимо провести расчет на сжатие стенок. Допускаемое напряжение сжатия для Ст. 3

Окончательно принимаем толщину стенки барабана  = 5.6мм.

2.4. Винты для крепления каната на барабане.

Определим силу затяжки винтов:

где z – кол – во болтов.

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

Расчётный диаметр винтов:

мм

Окончательно выбираем винты М12.

2.5. Передаточное отношение привода.

Частота вращения барабана.

П
ередаточное отношение редуктора.

-> i= 32

Крутящий момент на барабане

Нм

где F_max - наибольшее натяжение в канате,

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

Ф
актическая скорость подъема:

Наибольший момент на тихоходном валу редуктора:

Проверка редуктора выдержать консольную нагрузку:

Выбираем редуктор КЦ2-100

2.6. Выбор крюка.

Для заданной грузоподъёмности выбираем по каталогу однорогий крюк № 6.

Грузоподъёмность при режиме эксплуатации 3М – 1 тоннa.

2.7. Выбор тормоза.

2.7.1. Необходимый момент тормоза

Момент от груза на валу тормозного шкива:

Т
ребуемый момент тормоза, с учётом режима нагружения:

Д
ля режима 3М К_торм = 1,8

Выбираем тормоз ТКП-200/100

3. Mеталлоконструкция.

3.1 Выбор основных размеров.

Высота балки:

Высота балки по условиям жесткости:

h=L/25=4000/25=160мм

Принимаем стандартный швеллер №16 ГОСТ8240-89

Для него: b=64мм, S=5.0мм, t=8.4мм, А=1810мм²

Ширина скчения стрелы: b=0.5h=0.5*160=80мм

Масса 1 погонного метра швеллера 14.2кг

Определение веса металлоконструкции:

Материал стрелы – Ст3. Удельные вес стали =78.5 * 10^-6 Н/мм³

Для определения веса стрелы, необходимо подсчитать вес швеллеров и массу приваренных пластин.

Обьем приваренных пластин:

г
де n-количество пластин

Вес пластин:

G_пл. = V *  = 13.86*10⁵ * 78.5 * 10^-6 = 108 H

Вес металлоконструкции:

G^/_мк=2*(1м,кг*4)+G_пл=2*(14.2*4)+10.8 =124.4кг =1244Н

Полученное значение увеличим на 10%, учитывая таким образом массу сварных швов.

G_мк. = G^/*0.1 + G^/=124.4*0.1 +124.4=136.8кг=1368 H

3.2 Проверка жесткости:

Определим координаты центра тяжести сечения стрелы:

т.к. сечение имеет симметричную форму

y₀= t₁/2 + h/2=14/2 + 160/2 = 87мм

I = 2*

=2*

= 52.9 * 10⁶мм⁴

Прогиб стрелы не должен превышать допустимый прогиб. Для данного типа крана допустимый прогиб - [f_cт] = L / 400 = 4000 / 400 = 10 мм

Прогиб:

f_ст=

Прогиб меньше допустимого.

Формула взята стандартная для нашей расчетной схемы из книги 6 списка литературы.

3.3 Проверка прочности.

Допускаемое нормальное напряжение [] = 140 МПа

Допускаемое касательное напряжения для сварных швов:

[] = 0,6[]= 0,6 * 140 = 84 МПа

Напряжение изгиба в вертикальной плоскости:

М

омент сопротивления изгибу:

Момент в вертикальной плоскости равен:

Н

апряжение изгиба:

Напряжение изгиба в горизонтальной плоскости.

Момент инерции сечения:

М
омент сопротивления изгибу:

Момент в горизонтальной плоскости равен:

Н
из

Напряжение изгиба:

Н
аибольшее нормальное напряжение в стреле:

 = _в + _г = 67,2 + 39 = 106,2 МПа  [] = 140МПа

Следовательно стрела с приведёнными выше геометрическими размерами обладает достаточной прочностью.

3.4 Расчет подшипников опорного узла.

Расчет нагрузки действующей на подшипники.

Схема нагрузки балки силами:

П
одбор подшипников.

Выбираем роликовые конические однорядные с повышенной грузоподъёмностью.

Подшипник 7210А. d = 50, С_r = 70400H, C_0r =55000H.

e = 0.43, Y = 1.4, Y₀ = 0.8.

Определяем эквивалентную статическую нагрузку. Подшипники рассчитываем по статической грузоподъёмности, так как скорость вращения менее 10 об/мин.

P₀ = X₀F_r + Y₀F_a (F_a = R_А ) F_r=0

P₀= 1.04*7105 = 7390H

Y₀ = 0.22 ctg12=1.04

P₀  C_or

Выбранные подшипники удовлетворяют требованиям.

Значения моментов в точках В и С

М= Q*0.4L = 11000*0.4*4000 = 18*10⁶Нмм

М= Q*0.5L –R_В*0.1L = 11000*0.5*4000 – 19475*0.1*4000= 14,2*10⁶Нмм

4. РАСЧЕТ СОЕДИНЕНИЙ

4.1 Шпоночные соединения.

Рассчитаем шпоночное соединение при соединении тихоходного вала с барабаном. Шпонку выбираем призматическую по ГОСТ 23360-78 исходя из размеров тихоходного вала.

Для диаметра вала d=40 мм принимаем призматическую шпонку по : bh =87 (t₁ = 4).

Определяем расчетную длину призматической шпонки:

.

Т=362.3Hм, .

мм

Принимаем длину шпонки l_шп = 43 мм, l_ст = 70 мм

Шпонка 8х7х43 ГОСТ 23360 –78

4.2 Расчет соединения стрелы крана с опорным узлом.

Расчет оси на смятие.[_см]

_см = МПа

_см  _см=0.4_т=96Мпа

Расчет оси на срез.

П
ринимаем [_ср] = 0,3_т = 0.3 * 240 = 72МПа

О
сь отвечает необходимым требованиям по прочности.

4.3 Расчет болтового соединения крепления крана к стене.

Необходимая сила затяжки болта из условия несдвигаемости:

г
де K_cц – коэффициент запаса сцепления;

z – число болтов; f – коэффициент трения для стыка металл – бетон;

i – чило рабочих стыков.

Необходимая сила затяжки болта из условия не раскрытия стыка: _{min ст}>0

_{min ст} = _зат - _м

Напряжение на стыке от затяжки болтов:

Н
апряжение на стыке от действия момента:

г
де  - коэффициент основной нагрузки.

М₁=R_А*l₁ =3105*160= 4.97*10⁶Нмм

Wx_cт=

Wx_cт=2* 24.5*10⁵мм³

Вводя коэффициент запаса по не раскрытию стыка, получим:

П
ринимаем силу затяжки болта F_зат = 2911 Н, большую из двух необходимых.

Условие прочности болта имеет вид:

г
де А₁ – площадь болта по диаметру d₁;

Суммарная внешняя нагрузка приходящаяся на один болт:

Н
еобходимый диаметр болта из засчёта необходимой площади:

г
де []_p = _т / S_т – допускаемое напряжение для расчёта на растяжение;

_т = 320 – предел текучести материала болта, для болтов класса прочности 4.8

S_т = 4 – коэффициент запаса прочности, для болтов с d < 30мм.

П
о результатам расчеты выбираем болт М16, т.к. у него d₁ = 14,294

Проверка на прочность бетонного основания.

_{max ст} = _зат + _м  []_см

где []_см = 1.8 МПа – допустимое для бетона напряжение смятия.

Б
етонное основание достаточно прочное.

4.4 Блоки

Основные размеры ручья:

Принимаем R=4мм;

Принимаем h=14мм;

Принимаем

Подшипники блока:

Частота вращения наиболее быстроходного блока подвески крюка:

Наибольшая нагрузка на подшипник блока полиспастов:

F_n= Н

Z_n- число подшипников

Эквивалентная динамическая нагрузка на подшипник блока

P_e=F_n*V*K_b*K_he =5000*1.2*1.3*1 =7800H