Проектирование тележки мостового крана

Содержание Введение

1. Расчет механизма подъема

1.1 Выбор схемы подвеса груза

1.2 Выбор крюковой подвески

1.3 Выбор каната

1.4 Определение размеров барабана

1.5 Расчёт крепления конца каната на барабан

1.6 Выбор двигателя

1.7 Выбор редуктора.

1.8 Уточнение.

1.9 Выбор муфт

1.10 Проверка двигателя на перегрузку

1.11 Выбор тормоза

2. Проектирование и расчет механизма передвижения

2.1 Расчет опорно-приводных колес

2.2 Расчет сопротивлений передвижению

2.3 Выбор двигателя и редуктора

2.4 Проверка на буксование

2.5 Выбор тормоза

3. Прочностные расчеты

3.1 Расчет вала барабана

3.2 Выбор муфты

3.3 Выбор подшипников

3.4 Расчет болтового соединения

4.Техника безопасности Литература

Введение

Подъёмно-транспортные устройства сельскохозяйственного и мелиоративного производства имеют свою специфику, как по конструкции их специальных частей, так и машины в целом вследствие особенностей условий работы, физико-механических свойств сельскохозяйственной продукции, требований подвижности. Поэтому в качестве объекта курсового проектирования необходимо выбирать подъёмно-транспортные машины, применяемые в ремонтных мастерских, хранилищах, кормоцехах, зернотоках, строительных предприятиях и других производственных подразделениях АПК и мелиоративно-строительных предприятий, а также встроенные транспортирующие устройства мелиоративных и сельскохозяйственных машин. Такими объектами могут быть краны мостовые, козловые, поворотные, гидравлические; подъёмники, погрузчики; транспортёры ленточные, скребковые, винтовые, пневматические, элеваторы, устройства безрельсового транспорта.

Задание на проектирование должно предусматривать разработку конструкции несложной подъёмно-транспортной машины с выполнением чертежей общих видов машин, сборочных чертежей узлов, рабочих чертежей сопряжённых деталей, исчерпывающего кинематического, динамического и прочностного расчётов машины. В текстовой части проекта необходимо описать назначение, конструкцию, работу машины, дать указания по её эксплуатации и технике безопасности.

1. Расчет механизма подъема

1.1 Выбор схемы подвеса груза

4 1 1- электродвигатель;

2- муфта с тормозом;

2 3- редуктор;

4- барабан

Рис. 1.1.Схема механизма подьёма.

Согласно рекомендациям кратность полиспаста выбираем в зависимости от грузоподъёмности крана. При грузоподъёмности 12 тонн и более — =3. Кратность полиспаста можно определить по отношению числа ветвей каната, на которых держится полиспаст, к числу ветвей наматываемых на барабан, т. е.

1.2 Выбор крюковой подвески Т.к. грузоподъемность Q=12,5 т, крюковую подвеску не рассчитываем, а сразу выбираем из справочной литературы

D=450 мм

B=564мм

b=342мм

b1=270мм

H=922 мм Масса 306 кг

Рис. 1.2.Крюковая подвеска

1.3 Выбор каната

Канат выбираем по разрывному усилию :

(1.1)

где: — наибольшее натяжение тяговой ветви каната, Н;

К — коэффициент запаса прочности, принимаем равным 6 [1], т. 2.3, с. 55;

Наибольшее натяжение тяговой ветви каната определяем по формуле:

Н (1.2)

где: Q — грузоподъёмность (кг)

g — ускорение свободного падения ()

а — число полиспастов (одинарный, сдвоенный);

— кратность полиспаста;

— к.п.д. блока;

— кпд полиспаста

По формуле (1.1):

По [1], т.III.1.3 с. 278 выбираем канат двойной свивки типа ЛК-Р. канат 16,5-Г-I-1960;ГОСТ 2688−80, со следующими параметрами: =16,5 мм, =154,5 кН, =1960 МПа.

Определение фактического коэффициента запаса прочности:

(1.3)

1.4 Определение размеров барабана

Рис. 1.3. Барабан

Учитывая режим работы крана, предусматриваем изготовление блоков и барабана литьем из чугуна СЧ 15. Выбираем желобчатый барабан.

Допустимый диаметр блоков определяем по формуле:

(1.4)

где: — диаметр блока, измеряемый по центру огибаемого каната, мм;

e — коэффициент, зависящий от грузоподъемности машины и режима ее работы, принимаем е=25 [1], т. 2.7 с. 59;

— диаметр каната, мм.

По формуле (1.3):

Диаметр барабана принимаем равным диаметру блоков, округляя до большего ближайшего значения из нормального ряда размеров:

— т. lll.2.1

Полную длину барабана определяем:

(1.5)

где: — ширина буртиков (5…6 мм.)

— длина рабочей части

— длина под неприкосновенными витками

— длина под крепёжными витками

l0- ширина крюковой подвески

мм. (1.6)

где: Н — высота подъёма;

— шаг каната;

Принимаем

(1.7)

— число неприкосновенных витков

(1.8)

— число крепёжных витков

Подставляем значения формул 1.6 и 1.7 в 1.8:

Толщину стенки барабана определяем по формуле:

(1.9)

Проверка барабана на прочность.

Если длина барабана больше 3-ох диаметров (LБ>3ДБ), то в барабане испытываются напряжения изгиба и кручения.

(1.10)

Для СЧ-15 [у]сж=98.1(МПа) Определим напряжение сжатия

(1.11)

(МПа) Определим напряжение изгиба

(1.12)

(1.13)

(1.14)

(МПа) Определим напряжение кручения

(1.15)

(1.16)

(МПа) По формуле (1.10) определим напряжение

— условие выполнено

1.5 Расчёт крепления конца каната на барабан Принимаем крепление конца каната к барабану двумя прижимными планками и шпильками а) Определение усилия затяжки шпильки:

(1.17)

где: — угол обхвата барабана запасными витками каната;

f=0,12…0,15 — коэффициент трения между канатом и барабаном.

Принимаем f=0,15;

— приведенный коэффициент трения между планкой и канатом Принимаем f1=0,23;

— угол обхвата каната под прижимными планками

— угол обхвата барабана неприкосновенными витками б) Принимаем материал шпильки сталь Ст7

в) Определяем диаметр болтов:

(1.18)

где: 1,3 — коэффициент, учитывающий скручивание болта при затяжке;

К — коэффициент нагрузки (К=2,7…4,3 — переменная нагрузка) Принимаем d=18 мм

1.6 Выбор двигателя Принимаем =0,86 и, и рассчитываем статическую мощность по формуле:

(1.19)

где: G — сила тяжести поднимаемого груза, Н;

— скорость подъема груза, м/мин;

— общий к.п.д. механизма подъема.

.

Рис. 1.4 электродвигатель По справочной литературе принимаем двигатель серии MTKF 412−6, номинальная мощность которого Рн=30 (кВт), номинальная частота nн=935 (об/мин), максимальный момент Tmax=1000 (Н· М), пусковой момент Тпуск=950 (Н· М), выходной момент вала d1=70 (мм), маховый момент ротора Iм=0.638 (кг· м2).

Определяем номинальный момент:

(1.20)

1.7 Выбор редуктора Редуктор выбираем по передаточному числу и вращающему моменту на тихоходном валу.

Расчетное передаточное число редуктора:

(1.21)

где: — частота вращения барабана.

В соответствии с принятой схемой механизма по т. 33 [2], с. 236 выбираем редуктор PM -650. Передаточное число редуктора =31.5, момент на тихоходном валу, Диаметр тихоходного вала d1=125 мм.

Рис. 1.5 Редуктор PM-650

1.8 Уточнение а) скорости подъёма груза

(1.22)

б) мощности двигателя:

(1.23)

1.9 Выбор муфты Муфта выбирается по моменту:

груз подвеска передвижение двигатель

(1.24)

— коэффициент ответственности механизма

— коэффициент группы режима работы с.31

Принимаем муфту упругую втулочно-пальцевую с тормозным шкивом Муфта № 1.

Iм=0.125 (кг· м2), mм=25 (кг), Bтш=95 (мм), Dтш=200 (мм),

Рис. 1.6 МУВП T<500 (Н· М).

1.10 Проверка двигателя на перегрузку По времени пуска:

(1.18)

где: — частота вращения вала двигателя, ;

— допустимое время пуска, =1…2 с

— момент инерции ротора двигателя

— момент инерции муфты К=1,1…1,25 — коэффициент вращающихся масс на валу электродвигателя Среднепусковой момент:

(1.25)

Момент статического сопротивления при подъёме полного груза:

(1.26)

По ускорению в период пуска:

(1.27)

Условия пуска выполняются

1.11 Выбор тормоза Тормоз устанавливают на быстроходном валу привода. Расчетный тормозной момент определяют по формуле:

(1.28)

где: — коэффициент запаса торможения, выбираемый в зависимости от режима работы механизма подъема. По с.34

— статический тормозной момент от веса груза приведенный к валу тормозного шкива:

(1.29)

Тогда по формуле (1.22):

По т.58 [2], с. 249 выбираем колодочный тормоз ТКТ — 200 с тормозным шкивом диаметром 300 мм, развивающий тормозной момент =250 Н•м, ширина тормозной колодки B=90 мм.

Рис. 1.7 Тормоз колодочный Подобранный тормоз проверяем по условиям пуска.

Время торможения:

Замедление при торможении:

(1.30)

замедление находится в допустимых пределах=0,3…0,6 .

Путь торможения:

(1.31)

Проверка тормоза на давление:

(1.32)

где: f=0,15 — коэффициент трения между колодкой и шкивом т.1.38 с.46

D — диаметр тормозного шкива, А — площадь рабочей поверхности 1 колодки:

(1.33)

— угол обхвата;

В — ширина тормозной колодки В=90 мм т.59 с.249

По т.1.38 с. 46 [р]=1,5 МПа Таким образом, все условия торможения соблюдены.

2. Проектирование и расчет механизма передвижения Расчёт механизма передвижения проводят с целью определения сил сопротивления передвижению. Расчёт сводим к определению сил, которые препятствуют перемещению.

1.Вес груза и крана:

Конструктивно принимаем mкр=3360 кг:

(2.1)

(2.2)

2.Опорно-приводные колёса:

Принимаем число опрноприводных колес — 2 и 2 поддерживающих ролика, т. е.n =4 — число колёс. Выбираем литые чугунные колеса с цилиндрической рабочей поверхностью.

2.1 Максимальная нагрузка на одно колесо:

(2.3)

2.2 Скоростной коэффициент

(2.4)

где: vкр=22 м/мин — скорость передвижения крана

2.3 Диаметр колеса Принимаем колёса и поддерживающие ролики одного диаметра

(2.5)

где: [р]=2,5…3 МПа — для чугунных колёс т.10

b=64 мм — ширина двутавра ([4] c.246 принимаем двутавр № 12)

Принимаем. Диаметр цапфы колеса определяем по условию:

(2.6)

3. Сопротивления передвижению Определяем полное сопротивление передвижению тележки в установившемся режиме по формуле:

(2.7)

где: — сопротивление от сил трения

— сопротивление от уклона

— сопротивление от ветровой нагрузки

— сопротивление от инерции поступательно движущихся масс

3.1 Сопротивление от сил трения

(2.8)

W1 — тяговое усилие необходимое для преодоления трения в цапфах колёс

W2 — тяговое усилие необходимое для преодоления трения качения между рельсом и колесом

f=0,1 — коэффициент трения между рельсом и колесом т.1.4 с.9

мм — т.1.3 с.9

Кр=2 — т.1.4 с.9

3.2 Сопротивление от инерции поступательно движущихся масс

(2.9)

— для крана

3.3 Сопротивление от уклонов в пути

(2.10)

4. Выбор электродвигателя и редуктора

4.1 Статическая потребная мощность двигателя

(2.11)

Рис. 2.1 Электродвигатель По т. 25[2] приложения выбираем двигатель серии 4A132S8У3 с параметрами: номинальная мощность Р=4 кВт; частота вращения n=720; диаметр вала двигателя d=38 мм; масса m=77 кг;момент инерции Iдв=0,0425 кг м2

4.2 Номинальный момент на валу двигателя

(2.11)

4.3 Максимальный момент на валу двигателя

(2.13) 4.4.Частота вращения колеса:

(2.14)

4.5 Общее передаточное отношение

(2.15)

Выбираем цилиндрический двухступенчатый редуктор BK-475 с параметрами: передаточное число; максимально допустимый момент на тихоходном валу= 5.46 кН•м.

Рис. 2.2 Редуктор BK-475

4.6 Уточняем скорость передвижения тележки

(2.16)

4.7 Выбор муфты Муфта выбирается по моменту:

(2.17)

— коэффициент ответственности механизма

— коэффициент группы режима работы с.31

По справочной литературе принимаем муфту Принимаем муфту упругую втулочно-пальцевую Муфта № 1

Iм=0.125 (кг· м2)

mм=25 (кг)

Bтш=95 (мм)

Dтш=140 (мм)

T<250 (Н· М)

5. Проверка на буксование

5.1 Минимальная сила на 1 колесо

(2.18)

n=4 — число колёс

5.2 Сила сцепления

(2.19)

z=2 — число ведущих колёс

5.3 Сопротивления при ненагруженном кране

(2.20)

(2.21)

(2.22)

5.4 Действительный коэффициент запаса сцепления рельса с колесом

(2.23)

Все условия выполняются, следовательно, механизм передвижения рассчитан верно.

6. Выбор тормоза Тормоз устанавливают на быстроходном валу привода. Расчетный тормозной момент определяют по формуле:

(2.24)

где: — коэффициент запаса торможения, выбираемый в зависимости от режима работы механизма подъема. По с.34

— статический тормозной момент от веса груза приведенный к валу тормозного шкива:

(2.25)

Тогда по формуле (2.24):

По т.58 [2], с. 249 выбираем колодочный тормоз ТКГ — 400 с тормозным шкивом диаметром 400 мм, развивающий тормозной момент =1500 Н•м, ширина тормозной колодки B=180 мм.

Рис. 1.7 Тормоз колодочный

Подобранный тормоз проверяем по условиям пуска.

Время торможения:

Замедление при торможении:

(2.26)

замедление находится в допустимых пределах=0,3…0,6 .

Путь торможения:

(2.27)

Проверка тормоза на давление:

(2.28)

где: f=0,15 — коэффициент трения между колодкой и шкивом т.1.38 с.46

D — диаметр тормозного шкива, А — площадь рабочей поверхности 1 колодки:

(2.29)

— угол обхвата;

В — ширина тормозной колодки В=90 мм т.59 с.249

По т.1.38 с. 46 [р]=1,5 МПа Таким образом, все условия торможения соблюдены.

7. Прочностные расчёты

7.1 Расчет вала барабана

1. Выбор материала.

Принимаем материал вала сталь 45.

уВ=560МПа; уТ=280МПа

2.Мощность на валу.

(3.1)

3.Частота вращения вала барабана.

(3.2)

4.Крутящий момент на валу.

(3.3)

5. Определяем диаметр выходного конца вала.

(3.4)

где:Нм — крутящий момент на валу

— допускаемое напряжение на кручение с. 16.

Принимаем dВ=90 мм. с. 16.

6. Определяем диаметры отдельных участков и длины вала.

Под барабан: dб= с. 16.

Под подшипники: dП= с. 16.

Принимаем линейные размеры вала: f=60 мм таб.4

7. Межопорное расстояние:

мм. (3.5)

8. Изображаем вал, как балку на двух опорах, рисунок 3.1. Разложим силы на две плоскости.

9. Определяем реакции в опорах:

в плоскости XOY

;; (3.6)

; (3.7)

где Fм= - консольная нагрузка от муфты

Fmax=25 759 Н. — максимальная нагрузка на вал Рис. 4.1. Вал барабана.

Н;

Н .

Проверка: (3.8)

Проверка сошлась значит реакции определены правильно В плоскости YOZ внешних сил нет, следовательно и реакции отсутствуют.

10. Определяем суммарные реакции в опорах Н; Н.

11. Определение изгибающих моментов, построение эпюры изгибающих моментов.

Нм; Нм; Нм; Нм;

Максимальный суммарный изгибающий момент в точке 3 12. Определяем эквивалентный изгибающий момент

(3.9)

11. Определяем диаметр вала в наиболее нагруженном сечении:

(3.10)

— предел прочности при симметричном цикле нагружения, = 60 МПа.

Проверочный расчет вала.

Для опасного сечения вала определяем коэффициент запаса усталостной прочности S и сравним его с допускаемым значением принимаемым обычно 1,5…2,5.

(3.11)

коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям:

(3.12)

предел выностливости стали при симметричном цикле изгиба:

эффективный коэффициент концентрации нормальных напряжений.

коэффициент учитывающий шероховатость поверхности.

масштабный фактор для нормальных напряжений.

амплитуда цикла нормальных напряжений.

(3.13)

W — момент сопротивления при изгибе.

(3.14)

коэффициент характеризующий чувствительность материала к асимметрии цикла нагружения. для углеродистых сталей, для легированный сталей.

среднее напряжение цикла нормальных напряжений.

коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям.

(3.15)

предел выностливости стали при симметричном цикле:

и амплитуда и среднее напряжение цикла касательных напряжений.

(3.16)

момент сопротивления при кручении.

(3.17)

Расчетный коэффициент усталостной прочности вала в опасном сечении:

(3.18)

Сопротивление усталости вала в опасном сечении обеспечивается.

7.2 Выбор муфты Рис. 3.2 МУВП Муфта выбирается по моменту:

(3.19)

— коэффициент ответственности механизма

— коэффициент группы режима работы с.31

Из т.54 с. 247 принимаем:

МУВП-8000−100−1.2−125−1.1-У2 ГОСТ 21 424–75

7.3 Выбор подшипников Зная диаметр вала под подшипник из справочной литературы выбираем подшипники.

Принимаем подшипники шариковый радиальный двухрядный 1220

Рис. 4.3 подшипник

d=100 (мм)

D=180 (мм) В= 34 (мм)

r1= 3,5 (мм) С=63,7 кН С0=37,0 кН

7.4 Расчет болтового соединения Выбираем материала для вала барабана:

Принимаем материал вала сталь 45.

уВ=560МПа; уТ=280МПа

1. Определение расчетной нагрузки приходящейся на один болт.

(3.20)

Где Fmaxмаксимальная нагрузка в опорах

fкоэффициент трения (0,12…0,15)

i-число плоскостей среза

z-число болтов

2.Определение диаметра болта.

(3.21)

(3.22)

Принимаем болт М20.

8.Техника безопасности Безопасность при работе с грузоподъемными механизмами устанавливается «Правилами устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных машин».

К выполнению обязанностей по управлению и обслуживанию грузоподъемных кранов допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие медицинское освидетельствование, специальное обучение, славшие экзамены квалификационной комиссии и получившие удостоверения.

В ремонтных мастерских грузоподъемными механизмами управляют сами рабочие. Поэтому с нами, кроме инструктажа по технике безопасности по основной профессии, необходимо периодически проводить обучение по правилам безопасной работы с грузоподъемными механизмами и устройствами.

Необходимо обеспечить содержание грузоподъемных машин, съемных грузозахватных приспособлений и тары в исправном состоянии и создавать безопасные условия их работы путем организации надлежащего технического надзора и обслуживания.

Стальные грузовые канаты и канаты стропов подвергают выбраковке в зависимости от количества оборванных проволок на одном шаге свивки. При наличии 10% оборванных проволок на шаге свивки канат выбраковывают.

Запрещается оставлять подвешенный груз во время перерывов, отдыха, а также в конце смены.

При работе крана необходимо устанавливать противооткатные устройства под колеса во избежание самопроизвольного перемещения.

Площадка, на которой работает кран, должна иметь уклон не более 5%.

Запрещается эксплуатация крана ближе 15 метров от линии электропередач без наряда допуска.

В начале каждой смены необходимо производить визуальный осмотр крана, узлов и механизмов. Проверять наличие и исправность заземления.

Электроведущий кабель не должен проходить под грузом, а так же в местах, где он может попасть под опорные колеса крана во избежание повреждения кабеля, что может вызвать короткое замыкание.

Техническое обслуживание необходимо проводить в сроки установленные технической инструкцией крана.

При техническом обслуживании необходимо использовать исправный инструмент, устройства и приспособления.

Замену смазывающих материалов необходимо производить в сроки установленные инструкцией по эксплуатации и использовать смазочные материалы, указанные в инструкции.

1 А. В. Кузьмин, Ф. Л. Марон «Справочник по расчётам механизмов подъёмнотранспортных машин». Минск «Вышэйшая школа» 1983.

2 М. Н. Ерохин «Проектирование и расчёт подъёмно-транспортирующих машин сельскохозяйственного назначения». М. Колос 1999.

3 Чернавский С. А. Курсовое проектирование деталей машин. М.: Машиностроение, 1987. — 416 с.

4 Курмаз Л. В., Скойбеда А. Т. Детали машин. Проектирование. Мн.: УП «Технопринт», 2001.