Расчет грузоподъемных машин
Расчет грузоподъемных машин
ВВЕДЕНИЕ
Грузоподъемные машины являются составной частью каждого производства и играют важную роль в механизации погрузочных работ.
Курсовое проектирование грузоподъемных машин - первая самостоятельная разработка машины в целом с взаимосвязанными механизмами, способствующая дальнейшему развитию у студентов конструкторских навыков. При работе над проектом возникает много вопросов по выбору схемы и параметров механизмов, их компоновки, последовательности расчета и т.д. В методических указаниях приведены необходимые рекомендации и нормативные данные, некоторые справочные материалы и последовательность расчета.
Расчетную часть проекта выполняют в виде пояснительной записки, которая должна содержать: задание на проект; введение; схемы механизмов тележки с описанием их назначения, устройства и особенностей; расчет механизмов, узлов и деталей с приведением расчетных схем и обоснованием принятых параметров и допускаемых напряжений (расчеты сопровождают ссылками на литературу); список использованной литературы; оглавление, содержащее наименование всех основных разделов записки (помещают в конце ее).
Пояснительную записку выполняют на листах писчей бумаги формата А4 (297 . 210) в соответствии с ЕСКД. Текст пишут чернилами, схемы и эскизы выполняют в карандаше под линейку с проставлением всех размеров и обозначений. При использовании стандартных и нормализованных узлов в записке приводят их характеристику.
В аналитических расчетах сначала записывают формулу в буквенных выражениях, а затем подставляют числовые значения и записывают результаты. Промежуточные вычисления не приводят. Все символы, входящие в формулы, должны иметь объяснения в тексте. Ссылки на литературные источники, стандарты и нормали заключают в квадратные скобки, эти ссылки должны соответствовать прилагаемому в конце записки списку литературы.
МЕХАНИЗМ ПОДЪЕМА
Последовательность расчета
1. Принять схему механизма, вычертить его с заданным типом крюковой подвески (приложения, рис П.1), привести его описание.
2. Выбрать канат, блоки, барабан, крюк, упорный подшипник (устанавливается под гайку крюка).
3. Составить эскиз крюковой подвески и рассчитать ее элементы - траверсу, ось блоков, подшипники блоков и серьгу (рис. П.2).
4. Выполнить кинематический и силовой расчет привода механизма: выбрать двигатель, редуктор, тормоз, муфты, проверить двигатель на нагрев по среднеквадратичному моменту с учетом графика загрузки механизма (рис. П.5) и двигателя (рис. П.6).
5. Определить размеры барабана и проверить на прочность его элементы.
Методика расчетаЗадано: грузоподъемность (т), высота подъема (м), скорость подъема (м . с-1), количество ветвей полиспаста , режим работы, тип крюковой подвески.1. Схема механизма В схеме на рис. 1 показать свой вариант полиспаста. Схема механизма подъема и варианты полиспастов приведены на рис. П.1. (рис.1)Электродвигатель 4 переменного тока соединяется через вал - вставку 3 с помощью зубчатых муфт с двухступенчатым редуктором 1. Редукторная полумуфта 2 вала вставки используется как тормозной шкив нормально замкнутого колодочного тормоза. Выходной вал редуктора соединятся с барабаном 5 также зубчатой муфтой, у которой одна из полумуфт выполняется как одно целое с валом редуктора, а вторая - крепится непосредственно к барабану. На барабан навивается канат со сдвоенного полиспаста.
2. Канат, блок, крюк, гайка крюка и упорный подшипник
Кратность полиспаста
где - количество канатов полиспаста, наматываемых на барабан; для сдвоенного полиспаста .
КПД полиспаста Эта формула справедлива при . При других значениях количество слагаемых в числителе равно кратности полиспаста.
,
где - КПД блока; принимаем = [1, табл.2.1.].
Максимальное натяжение каната
Расчетная разрывная сила
,
где - коэффициент запаса прочности; по правилам Указать, при каком режиме работы. Выбрать канат по условию желательно при маркировочных группах 1568 и 1764 МПа. Госгортехнадзора [1, табл. 2.3] при режиме работы. Выбираем канат [1, табл. ] типа конструкции ГОСТ : диаметр каната = мм, разрывная сила = при маркировочной группе .
Условное обозначение: канат [1, с. 56].
Диаметр блока (барабана)
,
где - коэффициент долговечности каната; принимаем [1,табл.2.7] при режиме работы.
Выбираем [ , табл. П.1] диаметр блока по дну ручья , при длине ступицы мм.
Выбираем Выбрать из ряда 260, 335, 400 и 510 мм, по условию диаметр барабана (по дну канавок) мм [ ].
Для номинальной грузоподъемности т и режиме работы выбираем [ , табл.П.2] однорогий крюк по ГОСТ с размерами: , , , , мм, резьба .
Высота гайки крюка из
условия прочности на смятие резьбы
=
где и - параметры резьбы; - допускаемое Для стали по стали МПа напряжение; для резьбы , , мм [2, табл.14], = МПа [];
конструктивных Для метрической резьбы из конструктивных соображений соображений =
принимаем = мм [3]
Наружный диаметр гайки
принимаем мм [3]
Расчетная нагрузка на упорный подшипник
,
где - коэффициент безопасности, принимаем Для механизма подъема , передвижения
Выбираем Выбрать по условиям (крюка), [2, табл. 15] шарикоподшипник упорный одинарный ГОСТ 6874-75: , , мм, кН.
3. Крюковая подвеска На рис. 2 показать свой вариант подвески (рис.П.2), расчетные схемы элементов и эпюры механизмов
Нормальная подвеска состоит из блоков 2, оси блоков 1, траверсы 4 и серег 3 (рис. 2).
3.1 Конструктивные размеры Рассчитать для заданной подвески. Размеры принять по ГОСТ 6636-69 [3]:
Ширина траверсы
где - наружный диаметр упорного подшипника
принимаем мм [3]
диаметр Здесь - диаметр шейки крюка отверстия
принимаем мм
длина Длина зависит от типа крюковой подвески (рис.2): с одной стороны , с другой для третьего и четвертого типа подвесок здесь надо разместить блоки; принимать зазор между блоками , между блоками и серьгой мм. траверсы
принимаем = мм
пролет траверсы
,
где - толщина серьги; принимаем = мм [табл. П.3]
принимаем = мм
длина консоли
принимаем = мм.
Расстояния
принимаем , мм
3.2 Траверса
Для изготовления выбираем сталь по ГОСТ : , , МПа (табл.4)
Допускаемое напряжение изгиба при пульсирующем цикле изменения напряжений
,
где К - коэффициент концентрации напряжений; - запас прочности; принимаем Указать для какого крана принимаем «» К= [2, табл. 15], (табл. П.5)
Реакции опор
Изгибающие моменты в сечении
АА
ББ
Высота траверсы из расчета на изгиб
принимаем мм [3]
Диаметр цапфы из расчета на
изгиб
смятие ,
где - допускаемое напряжение; принимаем При отсутствии заедания = 60…65 МПа = МПа.
принимаем Принять большее значение [3]. Для подвески II типа - кратное «5». = мм.
3.3 Ось блоков
Для изготовления применяем Можно применять тот же материал, что для траверсы. Если принята другая сталь, привести расчет сталь по ГОСТ := , , МПа (табл.П.4).
Реакции опор Н.
Изгибающие моменты Рассчитать для заданного типа подвески. Привести расчетную схему.
Диаметр Расчет выполнить для наибольшего момента; результат округлить до кратного пяти. оси
принимаем = мм
Подшипники блоков
Радиальная нагрузка на подшипник
,
где - число блоков подвески; = .
Эквивалентная нагрузка
где - нагрузки, соответствующие времени их действия за весь срок службы подшипника ; принимаем , , , (рис. П.2).
Приведенная нагрузка
,
где - коэффициент радиальной нагрузки, - кинематический коэффициент вращения, - температурный коэффициент; принимаем при действии только радиальной нагрузки , при вращении наружного кольца подшипника , при температуре
Частота Согласовать размерность скорости и диаметров вращения блоков
, мин-1
Требуемая Если мин-1, расчет выполнить при 10 мин-1. динамическая грузоподъемность шарикового однорядного подшипника
,
где - срок Указать при каком режиме работы и сроке службы в часах службы подшипника; [1, с.19].
Выбираем Выбрать при условиях . Или d=dц для подвески II типа. шарикоподшипник радиальный однорядный : , , мм, С = кН [2].
3.4 Серьга
Для изготовления серьги выбираем См. расчет траверсы сталь по ГОСТ : , , МПа (табл. П.4.).
Допускаемое напряжение на растяжение
Допускаемое напряжение на смятие МПа
ширина серьги ;
принимаем мм [3]
высота проушины ;
принимаем мм [3]
Напряжение растяжения
,
что меньше (больше) МПа.
Напряжение в проушине Здесь - больше из и
,
где - давление в зоне контакта Указать, что находится в контакте с серьгой (оси, цапфы) и серьги; принимаем МПа.
4. Привод механизма
4.1 Двигатель
Расчетная мощность
,
где - КПД механизма; принимаем Указать при каких подшипниках. [1, табл.1.18].
Выбираем Выбрать двигатель MTF [1, табл.ІІІ, 3.5] или МТН [2, табл.2]. По условию (ближайшее меньшее). Для легкого режима принять ПВ = 15, среднего 25, тяжелого 40% электродвигатель ; номинальная мощность при ПВ = % кВт, частота вращения мин-1, момент инерции ротора = кгм2, максимальный (пусковой) момент , размер , диаметр вала мм [].
Условное обозначение: двигатель [1, с. 38].
4.2 Редуктор
Частота вращения барабана Диаметр барабана - см. п.2.5. Согласовать размерности скорости и диаметров.
, мин-1
Передаточное отношение
Минимально возможное суммарное межосевое расстояние редуктора
,
где - габаритный размер барабана с учетом узла крепления каната на барабане; принимаем при = = мм [1, табл.ІІІ. 2.1].
Выбираем Выбрать редуктор Ц2 [1, табл.ІІІ. 4.2], [2, табл.4] или типа РМ. По условиям , , - ближайшее большее к редуктор : межосевое расстояние мм, передаточное число , мощность на быстроходном валу при режиме работы и частоте вращения мин-1 кВт, диаметр быстроходного вала мм [ ], размеры выходного вала с зубчатым венцом , , , модуль мм, число зубьев = [2, табл.6].
Условное обозначение: редуктор [1, с.41].
Предельно допустимый момент редуктора
где к - коэффициент режима работы; принимаем при режиме работы к = [1, с.41].
Средний пусковой момент двигателя
,
где - номинальный момент двигателя; , Н . м
Таким образом, принятый редуктор Если условие не выполняется, принять более мощный редуктор. Здесь указать «удовлетворяет» или «не удовлетворяет». условиям перегрузки в период пуска
Фактическая скорость подъема груза
,
Отклонение Допускается . от заданной скорости
4.3 Тормоз
Статический момент при торможении
Тормозной момент
,
где - коэффициент запаса торможения; принимаем = при режиме работы [1, табл.2.9].
Выбираем Выбрать тормоз ТКГ [1, табл. ІІІ.5.13] или ТКТ [1, табл. ІІІ.5.11]. По условию . тормоз с тормозным моментом Нм [ ].
4.4 Муфты вала - вставки
Расчетный момент
,
где - коэффициенты, учитывающие соответственно степень ответственности механизма и режима работы, - номинальный момент на валу двигателя; принимаем [1, табл.1.35] для механизма подъема , при режиме работы .
Выбираем Выбрать по условию, диаметр согласовать с диаметром муфты с тормозным шкивом, с валом редуктора. муфту зубчатую с тормозным шкивом (табл.П.6.): момент [Т] = Нм, диаметр тормозного шкива , диаметр отверстия шкива , диаметр отверстия полумуфты мм, момент инерции .
Условное обозначение: муфта зубчатая с тормозным шкивом [1, с.41…43].
Выбираем Выбрать по условию , диаметр согласовать с диаметром вала двигателя. муфту зубчатую типа МЗП (табл.П.7) по ГОСТ : момент , диаметр отверстия , мм, момент инерции .
Условное обозначение: муфта зубчатая МЗП [1, с.41…43].
4.5 Проверка электродвигателя на нагрев
4.5.1 Кран работает с грузовым электромагнитом. В этом случае подъемная сила электромагнита
Выбираем Выбирать по условию . грузовой электромагнит типа [табл. П.8]: подъемная сила кН, масса = т.
Полезная номинальная грузоподъемность
В соответствии с графиком загрузки механизма подъема (рис. П.5)
,
где - относительная Значения относительной массы приведены на оси ординат (рис. П. 5). масса груза; для режимаработы , , .
КПД На рис. 1.2 выбрать кривую, соответствующую . механизма [1, рис. 1.2]
при
при
Угловая скорость вала двигателя
Статический момент Рассчитать аналогично для масс и , ТП, ТОП, J. на валу двигателя при подъеме груза
,
При опускании груза
,
Момент инерции движущихся масс, приведенный к валу двигателя,
,
где - коэффициент, учитывающий моменты инерции масс механизма, вращающихся медленнее, чем вал двигателя; принимаем Принимать .
Время пуска Рассчитать аналогично при и , tП, tОП. при
подъеме груза
опускании груза
Результаты расчета сведены в таблицу
Показатель | Обозначение | Единица | Результаты при массе, кг | |||
КПД | - | |||||
Момент при подъеме | ||||||
Момент инерции | ||||||
Время пуска при подъеме | С | |||||
Момент при опускании | ||||||
Время пуска при опускании | С |
диаметр Значение , см. п.2
.3 Определяется по осям крайних блоков крюковой подвески по дну канавок мм.шаг нарезки мм [1, табл. 2.8.].длина участка барабана для узла крепления конца каната 3 длина нарезки на половине барабана.Принимаем мм.длина участка между нарезками =Расчетная длина барабана . Принимаем Выбрать длину L из ряда 1200, 1300, 1420, 1800 и 2300 мм по условию LL' мм.Свободные участки по краям барабана 5.1 Сварной барабанИзготовляем из стали ГОСТ : , МПа (табл. П.4.)Толщина Здесь F - см. п.2. стенки из расчета на сжатие ,где - допускаемое напряжение; [1, с.62].Толщина стенки из конструктивных соображенийпринимаем Принять большее из двух значений мм [3].5.1.1 Эскизная См. рис. П.3. Выполнить в масштабе на миллиметровке. компановка (рис. 3)По диаметру расточки мм (табл.П.9) выходного вала редуктора выбираем Выбрать шарикоподшипник [2, табл. 9] или роликоподшипник [2, табл. 10]. радиальный сферический двухрядный подшипник [2, табл.] : , , , мм, , кН. Совмещаем на общей оси середину подшипника, зубчатого венца вала редуктора 2 и венца 1 барабана [2, табл.13]. Торец барабана оказывается на расстоянии мм [1, табл. ІІІ.2.1] от этой оси.Основные размеры Размеры l3, l9, b2 - см. выбор редуктора, толщина буртика a1=5…15 мм. Принимаем ммИз компоновки 5.1.2 Прочность барабанаРассматриваем барабан как балочку на шарнирно-подвижных опорах А и В, к которой приложены силы 1 См. п. 2 .Страницы: 1, 2
