3.Расчетная часть (Модернизация рабочего оборудования мотовоза МПТ4)

3. Расчетная часть

Задача расчета:

Спроектировать механизм подъема груза мотовоза МПТ-4.

Исходные данные:

-грузоподъемность m_г = 5000 кг;

-высота подъема H = 8,6 м.

-скорость подъёма V = 0,14 м/с.

-кратность полиспаста а = 4.

-масса крюковой подвески m_кр = 50 кг.

3.1 Выбор каната и барабана.

3.1.1 Находим грузоподъёмную силу по формуле (3.1):

(3.1)

Где, g = 9,81 м/с - ускорение свободного падения.

;

3.1.2 КПД полиспаста определяется по следующей формуле(3.2):

= , (3.2)

Где, = 0,98 – КПД блока на подшипниках качения;

к = 1 – число обводных блоков.

Следовательно:

= = 0,95

3.1.3 Рассчитывается наибольшее натяжение ветви каната, набегающей на барабан при подъёме груза по формуле(3.3):

, (3.3)

где = 1 – число полиспастов.

Получим:

3.1.4 Разрывное усилие каната в целом определяется по формуле(3.4):

, (3.4)

где - минимальный коэффициент использования каната;

- символ, означающий смещение по таблице [3 стр.25] соответствия групп классификации и коэффициентов использования каната и выбора диаметра. (Допускается изменение коэффициента выбора диаметра барабана , но не более чем на два шага по группе классификации в большую или меньшую сторону, с соответствующей компенсацией, путём изменения величины на то же число шагов в меньшую или большую сторону), поэтому введём ряд смещений:

Тогда получим ряд значений:

Разрывное усилие каната ( ), для кратности , для основного и добавочных значений получим по формуле (4):

3.1.5 Выбор типа каната. Для мотовоза, работающего на открытом воздухе, при наличии пыли и влаги следует выбирать канат типа ЛК – Р 6 19+1 о.с., ГОСТ 2688-80 с малым количеством проволок большого диаметра. Этот канат обладает высокой абразивной и коррозионной износостойкостью.

По найденным значениям определяются значения диаметров каната и маркировочная группа, соответствующую условию прочности каната(3.5):

, (3.5)

где - разрывное усилие каната в целом (по каталогу). Имеем следующие значения диаметров каната (в скобках указаны маркировочные группы (МПА) и разрывные усилия ( )):

3.1.6 Минимальный диаметр барабана определяется по формуле(3.6):

, (3.6)

где - коэффициент выбора диаметра барабана.

Минимальный диаметр барабана .

По формуле (3.6):

3.1.7 Расчетный диаметр барабана , принимается из ряда Ra20.

ГОСТ 3241 – 80 «Канаты стальные. Технические условия» приводит ограничение: «Диаметр шейки барабана должен быть не менее 15 номинальных диаметров каната». Следовательно, отбрасываем барабаны с .

3.1.8 Длина барабана с односторонней нарезкой определяется по формуле(3.7):

(3.7)

где - шаг нарезки; - кратность полиспаста; - необходимая

длина каната на барабане ( =50м.) (условно).

Как видно из расчетов, вариант с канатом диаметром 16,5мм дает больший диаметр барабана при меньшей его длине.

Принимается:

диаметр барабана D = 450мм.

длина барабана L = 605 мм.

диаметр каната d = 16.5 мм.

На кране мотовоза допустима навивка каната на барабан в несколько слоев, следовательно, запаса каната на выбранном барабане будет достаточно.

3.1.9 Угловую скорость барабана определяется по формуле(3.8):

, (3.8)

3.2 Выбор гидромотора

3.2.1 Статическую мощность гидромотора (3.9):

, (3.9)

где =

= 0,9 – КПД механизма с цилиндрическим редуктором.

= 0,965 – КПД гидромотора.

Вт. (2,1 кВт).

3.2.2 Крутящий момент, создаваемый гидромотором (3.10):

, (3.10)

где - угловая скорость гидромотора.

,

=31,5 передаточное число редуктора (взято максимальное среди двухступенчатых редукторов).

.

3.2.3 Потребный рабочий объем гидромотора:

, (3.11)

где = 16 МПА – перепад давлений на гидромоторе (выбираем ориентировочно).

= 0,94 – механический КПД гидромотора в первом приближении.

Выбираем аксиально-поршневой регулируемый гидромотор-редуктор с наклонным блоком.

Техническая характеристика гидромотора:

Потребный рабочий объем гидромотора =160

Перепад давлений на гидромоторе 16 МПА.

Номинальная подача 4,840

Частота вращения вала гидромотора 1200

Масса гидромотора 55 кг.

(Регулировать на частоту 750 )

3.3 Расчет шпоночного соединения

Для проверки работоспособности спроектированной конструкции следует проверить надежность шпоночного соединения тихоходный вал редуктора - зубчатый венец.

Выбранная шпонка: «Шпонка 22 14 90 ГОСТ 23360 – 78» (Шпонка призматическая).

Основным расчётом для призматических шпонок является условный расчёт на смятие.

Условие прочности выбранной шпонки на смятие(3.15):

, (3.15)

где 2992,5 Нм - вращающий момент (принимается равным грузовому моменту на барабане).

77 мм – диаметр вала, на который посажена шпонка.

90 мм – рабочая длина шпонки.

5,6 мм – глубина врезания шпонки в ступицу.

600 МПа – допускаемое напряжение смятия.

следовательно, неравенство выполняется. Шпонка выбрана верно.

Итоги расчета, выбрано следующее:

- гидромотор-редуктор

- барабан диаметр 450 мм., длина 605 мм., диаметр каната 16,5 мм.

Расчет механизма поворота.

Задача расчета:

Спроектировать механизм поворота для поворотной части крановой установки мотовоза МПТ-4.

Исходные данные:

-грузоподъемность (масса груза) 5000 кг.

-длина стрелы (при максимальной грузоподъемности) 3 м.

-вылет (при максимальной грузоподъемности) 5 м.

-угловая скорость поворотной части 0,18

-масса крюковой подвески 50 кг.

3.4 Массовые характеристики стрелы

Стрела состоит из двух секций: 5 м.; 8,4 м. (выдвижение секции – 3,4 метра, то есть ход поршня 3,4 метра). Для расчета нужно учитывать также и вес гидроцилиндра.

Вес стрелы вычисляют из эмпирической зависимости (3.16):

, (3.16)

где 0,066 – коэффициент веса стрелы (мал потому, что стрела при подъеме груза расположена наклонно).

1,33 10 - грузоподъемная сила.

5 - вылет.

0,066 1,33 10 5 0,44 10

Плечо силы тяжести стрелы = 1,75м. (взято из геометрических соотношений между: длиной стрелы, точкой подвеса стрелы и вылетом груза).

3.4.1 Момент сопротивления повороту поворотной части в период пуска(3.17):

, (3.17)

где - момент сил трения;

- момент динамический.

Момент сил трения(3.18):

0,5 , (3.18)

где =0,015 – приведенный коэффициент трения в подшипниках;

реакция упорного подшипника(3.19):

, (3.19)

где 1,33 10 - грузоподъёмная сила.

0,44 10 - вес стрелы.

9,81 , (3.20)

где 800 кг – масса поворотной платформы (принята конструктивно с запасом).

800 9,81=0,8 10 .

(1,33+0,44+0,8) 10 =2,57 10 .

Упорный подшипник выбирается по статической грузоподъемности из условия . Этому условию удовлетворяет подшипник шариковый упорный ВА 7. Внутренний диаметр d = 7 мм; наружный диаметр D =17 мм; высота h =6 мм; статическая грузоподъёмность С = 2,9 10 .

Момент, изгибающий колонну(3.21):

М =3,75F +1,75F -0,75F , (3.21)

М = ( 3,75 1,33+1,75 0,44+0,75 0,8 ) 10 =4,2 10 .

Напряжение изгиба самой колонны(3.22):

=М W [ ] = /(n k ) , (3.22)

где n = 1,4 – коэффициент запаса прочности;

k =1,3 – коэффициент безопасности;

= 314 10 Па – предел текучести (Сталь 35 ГОСТ 8731-72) (нормализация).

W =n k М / , (3.23)

W = 1,4 1,3 4,2 10 /314 10 =2,4 10 м .

Реакции радиальных подшипников(3.24):

F =M /0,7, (3.24)

F =4,2 10 /0,7=0,6 10 .

Т =0,5 0,015(2,57 10 7 10 +0,6 10 2 9 10 )=1,75 .

Динамический момент равен (3.25):

Т =I Е , (3.25)

где I – момент инерции поворотной части крана вместе с грузом;

Е – угловое ускорение.

Е = а / , (3.26)

а = 0,15 м/c - минимальное угловое ускорение груза.

Е = 0,15/5 = 0,03 .

Момент инерции(3.27):

I = ( 1,75 + 3,75 + 3,75 + 0,75 ) , (3.27)

где = 1,3 – коэффициент, учитывающий инерционность поворотной части;

= 1,05 – коэффициент, учитывающий инерционность механизма

поворота;

= 4270 кг – масса стрелы;

= 50 кг – масса крюковой подвески;

= 5000 кг – масса поднимаемого груза;

= 800 кг – масса поворотной части;

I = 1,3 1,05(4270 3,0625+50 14,0625+5000 14,0625+800 0,5625) =

=11,5 10 кг м .

Полученные соотношения подставляются в (3.25):

Т =11,5 10 0,03 = 0,345 10 (3450 Н м).

Суммарный момент сопротивления повороту: