Канат, блок, крюк, гайка крюка и упорный подшипник

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 расчета

Задано: грузоподъемность (т), высота подъема (м), скорость подъема (м ^. с^-1), количество ветвей полиспаста , режим работы, тип крюковой подвески.

1. Схема механизма [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.

Привод механизма

4.1. Двигатель

Расчетная мощность

,

 

где - КПД механизма; принимаем[26] [1, табл.1.18].

Выбираем[27] электродвигатель; номинальная мощность при ПВ = % кВт, частота вращения мин^-1, момент инерции ротора = кг×м², максимальный (пусковой) момент , размер , диаметр вала мм [ ].

Условное обозначение: двигатель [1, с. 38].

4.2. Редуктор

Частота вращения барабана[28]

, 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[29] 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[30] условиям перегрузки в период пуска

Фактическая скорость подъема груза

,

Отклонение[31] 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[32] тормоз с тормозным моментом Н×м [ ].

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[33] муфту зубчатую с тормозным шкивом (табл.П.6.): момент [Т] = Н×м, диаметр тормозного шкива , диаметр отверстия шкива , диаметр отверстия полумуфты мм, момент инерции .

Условное обозначение: муфта зубчатая с тормозным шкивом [1, с.41…43].

Выбираем[34] 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[35] 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[36] масса груза; для режима работы , , .

 

КПД[37] механизма [1, рис. 1.2]

при

при

Угловая скорость вала двигателя

Статический момент[38] 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[39] .

Время пуска[40] 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

Среднеквадратичный момент

,

где - суммарное время пуска в течении одного цикла, - время установившегося движения, - коэффициент, учитывающий ухудшение условий охлаждения двигателя при пуске, - общее время установившегося движения; принимаем для закрытого двигателя [1, с.36], (здесь Н – высота подъема груза), с учетом графика загрузки электродвигателя (рис. П.6)

,

,

Эквивалентная мощность[41], кВт

, кВт

Ускорение[42] при пуске, м ^. с^-2

,

Время[43] торможения при опускании номинального груза

, с

 

Путь торможения [1, табл. 1.22]

Замедление при торможении

,

4.5.2. Кран работает без магнита. В этом случае и , , , .

Далее расчет выполнить по приведенной выше методике (П.4.5.1.).

Узел барабана (Рис. 3)

Размеры:

диаметр[44] 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[45] участка между нарезками =

Расчетная длина барабана

.

Принимаем[46] мм.

Свободные участки по краям барабана

Сварной барабан

Изготовляем из стали ГОСТ: , МПа (табл. П.4.)

Толщина[47] стенки из расчета на сжатие

,

где - допускаемое напряжение; [1, с.62].

Толщина стенки из конструктивных соображений

принимаем[48] мм [3].

5.1.1. Эскизная[49] компановка (рис. 3).

По диаметру расточки мм (табл.П.9) выходного вала редуктора выбираем[50] 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[51]

Принимаем мм

Из компоновки

5.1.2. Прочность барабана

Рассматриваем барабан как балочку на шарнирно-подвижных опорах А и В, к которой приложены силы[52] .

Реакции опор (по уравнениям статики)

Проверка

Изгибающие моменты

Крутящие моменты .

Эквивалентный момент

Эквивалентное напряжение[53] в стенке

,

где - эквивалентный момент сопротивления поперечного сечения барабана изгибу

Здесь

5.1.3. Прочность полуоси

Выполняем для правой (по рис.3) полуоси, имеющей большие осевые размеры. Выбираем материал сталь ГОСТ с пределом текучести МПа (табл. П.4.)

Изгибающий момент в сечении АА

Напряжение изгиба

5.1.4. Прочность сварного шва

где - катет шва; принимаем .

5.1.5. Долговечность опор

Проверяем для опоры В, т.к. этот подшипник вращается[54].

Частота вращения[55] барабана

, мин^-1

Требуемая динамическая грузоподъемность

кН

где - см. п. 3.4.

5.1.6. Крепление конца каната

Выполняем прижимной планкой с полукруглой канавкой [2, табл. 8] для каната диаметром мм. Планка крепится винтом М из стали ( МПа.)

 

Натяжение каната в месте крепления[56]

,

где - коэффициент трения между канатом и барабаном, - угол обхвата барабана неприкосновенными витками; принимаем , [1, с.63].

Сила затяжки винта

,

где - число болтов в креплении, - коэффициент трения между канатом и планкой, - угол обхвата барабана витком крепления каната; принимаем[57] , , [1, с.63].

Сила, изгибающая винт,

Суммарное напряжение в каждом винте[58]

,

где - коэффициент надежности крепления, - расстояние от головки винта до барабана, - внутренний диаметр резьбы винта; принимаем , мм, .

Литой барабан

Изготавливаем из серого чугуна ГОСТ (табл. П.4) с пределом прочности сжатия МПа.

Толщина стенки из расчета на сжатие

,

где - допускаемое напряжение; для чугуна .

Толщина[59] стенки из условия технологии изготовления литых барабанов

Принимаем[60] мм [3].

5.2.1. Эскизная компановка[61] (рис.).

По диаметру расточки мм (табл.П.9) выходного вала редуктора[62] выбираем[63]: , , , мм, , кН. Совмещаем на общей оси середину подшипника, зубчатого венца 1 вала редуктора и венца 2 барабана [2, табл.13].

Основные размеры[64]

принимаем мм.

Из компоновки , =, , , мм.

5.2.2. Прочность барабана

Рассматриваем барабан как балочку на шарнирно-подвижных опорах А и В, расположенных по середине ступиц барабана.

Реакции опор

Проверка

Изгибающие моменты

Крутящие моменты

Эквивалентные моменты

Эквивалентное напряжение[65] в стенке

,

где - эквивалентный момент сопротивления поперечного сечения барабана изгибу

,

где

5.2.3. Прочность оси

Для изготовления принимаем сталь ГОСТ с пределом текучести МПа [ ].

Реакции опор

Проверка

Изгибающие моменты

Расчетное напряжение[66]

_т ,

где - диаметр оси.

5.2.4. Долговечность опор[67]

5.2.5. Крепление конца каната[68]

Механизм передвижения тележки

Последовательность расчета

1. Выбор схемы механизма, ее описание.

2. Выбор массы тележки, ходовых колес и определение сопротивления передвижению.

3. Выбор электродвигателя, редуктора, муфт, тормоза.

4. Проверка двигателя на пусковой режим и устойчивость процесса пуска.

5. Проверка двигателя на нагрев.

6. Расчет ходовых колес.

Если по условиям пуска получаются неприемлемые время пуска и ускорение, принять более мощный двигатель, проверить пригодность ранее принятых редуктора (по и ) и тормоза (по ).

Методика расчета

Задано: грузоподъемность (т), скорость передвижения (), режим работы.

1. Схема [69] механизма (рис.4).

Электродвигатель через муфту соединен с вертикальным редуктором ВК. Выходной вал редуктора муфтами и промежуточными валами соединен с ходовыми колесами.

Сопротивление передвижению.

Масса тележки [1. с. 13].

Наибольшая нагрузка на одно колесо

где - количество колес тележки; принимаем = 4.

Выбираем[70] [1, табл.III.2.3] при заданной скорости передвижения и режиме работы колесо: диаметр мм, допускаемая нагрузка кН, тип рельса. В опорах колеса установлены подшипники[71] (табл.П.10) с внутренним диаметром мм; диаметр реборд мм (табл.П.10).

Сопротивление передвижению с номинальным грузом

, кН,

где - коэффициент трения в опорах колеса, - коэффициент трения качения колеса по рельсу, - коэффициент, учитывающий трение реборд о рельс, - уклон пути; принимаем [1, с.33], мм при мм и рельсе[72] с головкой [1, табл.1.28], при подшипниках качения [1, с.33], [1, табл. 2.10].

Выбор элементов привода

3.1 Электродвигатель

Статическая мощность привода

, кВт,

где - КПД механизма передвижения; принимаем [1, табл. 1.18]. Выбираем[73] [1, табл.ІІІ.3.5] двигатель: номинальная мощность при ПВ = % кВт, частота вращения мин^-1, максимальный (пусковой) момент , момент инерции редуктора , мощность при ПВ = 25% кВт, диаметр вала , высота центров мм [1, табл. ІІІ.3.6].

Условное обозначение: [1, с.38].

3.2. Редуктор

Частота вращения ходовых колес

, мин^-1

Передаточное отношение привода

Минимально возможное суммарное межосевое расстояние редуктора

Выбираем[74] [ ] редуктор: передающая мощность кВт при режиме работы, частота вращения мин^-1. передаточное число , диаметр входного вала мм [ ], диаметр выходного вала мм [ ].

Фактическая скорость передвижения

,

3.3. Муфта на быстроходном валу

Номинальный момент на валу

Расчетный момент

,

где - коэффициент, учитывающий степень ответственности механизма, - коэффициент, учитывающий режим работы; принимаем [1, табл.1.35] , .

Выбираем[75] муфту [ ]: номинальный момент , момент инерции , диаметр отверстий и мм.

3.4. Муфта на тихоходном валу

Расчетный момент

,

где - момент на валу редуктора.

,

где - КПД редуктора; принимаем . [1, табл. 1.18]

Выбираем муфту [ ]; , , , мм.

3.5. Тормоз

Максимально допустимое замедление при движении тележки без груза

где - число приводимых колес, - коэффициент сцепления ходовых колес с рельсами; принимаем , [1, с.33].

Время торможения

Сопротивление[76] передвижению тележки без груза при торможении

Тормозной момент при движении без груза

Выбираем[77] тормоз с тормозным моментом , который следует отрегулировать до .

Рекомендуемая длина пути торможения [1, табл. 1.23],

где .

Фактическая длина пути торможения

Узел ходовых колес

Нагрузка[86] на одно колесо

Расчетная нагрузка

где - коэффициент режима работы, - коэффициент, учитывающий переменность нагрузки; принимаем [5, табл. 34],

Напряжение смятия [5, с. 116]

Подшипники опор[87].

Список литературы

1. Кузьмин А.В., Марон Ф.Л. Справочник по расчетам механизмов подъемно-транспортных машин.-Мн.: Высшая школа, 1983-350 с., ил.

2. Погорелов С.В. Методические указания по конструктированию узлов тележки электромостового крана – Запорожье: ЗИИ, 1990-72 с., ил.

3. ГОСТ 6636-69 «Нормальные линейные размеры».

4. Перель Л.Я. Подшипники качения. Справочник – М.: Машиностроение, 1983-543 с., ил.

5. Расчеты грузоподъемных и транспортирующих машин. Иванченко Ф.К. и др. – К.: Выща школа, 1978-576 с., ил.

 

 

Приложения

Таблица П.1

Размеры канатных блоков, мм

Диаметр каната	Диаметр по дну канавки	Длина ступицы	Диаметр каната	Диаметр по дну канавки	Длина ступицы
От 11 до 14	320-400		Свыше 14 до 20	320, 400, 450 500, 560, 630

 

Таблица П.2

Таблица П.3

Толщина серьги

Грузоподъемность , т	5.0	6.3	8.0	10.0	12.5	16.0
Толщина серьги , мм

 

Таблица П.4

Таблица П.5

Запас прочности .

Тип крана	Режим работы
Легкий	Средний	Тяжелый
Крюковой	1.4	1.6	1.7
Магнитный	1.3	1.5	1.6

 

Таблица П.6

Таблица П.7

Таблица П.8

Таблица П.9

Таблица П.10

Таблица П.11

Редуктор типа ВКН

Типоразмер редуктора	Диаметр быстроходного вала	Передаточное число	Максимальная мощность (кВт) на быстроходном валу при разных режимах работы
мин^-1	мин^-1
л	с	т	л	с	Т
ВКН-280			4.3	2.0	1.8	6.0	2.0	1.9
	3.0	1.4	1.2	4.0	1.7	1.5
31.5	1.4	1.0	0.9	1.9	1.0	0.9
	0.9	0.7	0.6	1.0	0.8	0.7
ВКН-320		12.5	6.5	3.1	2.7	8.1	3.4	3.0
	3.6	2.4	1.8	5.6	2.8	2.2
	2.5	1.7	1.2	2.8	1.8	1.2
	1.2	0.9	0.7	1.7	1.1	0.7
ВКН-420			7.8	5.0	4.8	9.1	6.0	6.5
	5.0	3.5	3.0	6.1	4.9	4.4
	2.8	2.1	1.6	3.5	2.8	2.2
	2.3	1.8	1.3	3.1	2.2	1.7
	1.6	1.2	1.0	1.7	1.4	1.2
ВКН-480			11.7	7.3	4.8	14.4	9.0	6.3
31.5	8.3	5.0	4.0	10.3	6.6	4.8
	4.7	3.4	2.5	5.9	4.1	3.0
	3.3	3.3	2.2	4.1	3.0	2.7
ВНК-560			19.9	13.3	9.7	23.1	16.6	12.1
	15.5	10.6	8.2	21.9	14.1	10.3
	10.7	7.8	6.5	13.9	10.0	7.9
	8.8	6.5	5.5	12.1	8.6	6.7
	5.9	4.4	3.9	7.8	5.5	4.8

 

 

 

 

b1

Б

Б

Рисунок П.2 Эскизная компоновка подвески (а), расчетные схемы (б, в, г) и схемы подвесок типа 1 (А), 2 (Б), 3 (В), 4 (Г): 1-ось блоков, 2-блок, 3-серьга, 4-траверса.

 

 

a ₁

 

 

 

R_L

 

B L

 

 

Рисунок П.5 Типовые графики загрузки механизма подъема груза: а, б, в – соответственно для легкого, среднего и тяжелого режимов работы

 

 

 

 

Рисунок П.6 График загрузки электродвигателя механизма подъема в течении цикла