Тележка мостового крана. Курсовой проект.

Рама тележки.dwg

Механизм передвижения.dwg

Механизм подъема.dwg

Тормоз регулировать на момент 100Нм
Смешения валов двигателя и редуктора
не более: радиальное - 0.5 мм
В подшипниках заложить смазку
солидол С ГОСТ4366-76
Технические требования
Т.К. 01.01.02.00. СБ

Общий вид.dwg

Блок уравнительный.dwg

Записка1.doc

РАСЧЕТ МЕХАНИЗМА ПОДЪЕМА ГРУЗА
ТЕЛЕЖКИ МОСТОВОГО КРАНА
Грузоподъемная сила. 3
Наибольшее усилие в ветви каната набегающего на барабан при подъеме груза. 4
Выбор электродвигателя. 4
Угловая скорость электродвигателя. 5
Разрывное усилие каната в целом 5
Минимальный диаметр барабана. 6
Расчетный диаметр барабана. 7
Длина барабана с двусторонней нарезкой. 7
Проверка размеров барабанов по условиям. 7
Угловая скорость барабана 8
Выбор и расчет редуктора 8
Передаточное число редуктора. 8
Грузовой момент на барабане. 9
Проверка редуктора по грузовому моменту. 9
Тормозной момент на который регулируют тормоз. 10
Компоновка механизма. 10
Условие соседства тормоза и барабана 11
Бесступенчатый барабан 11
Ступенчатый барабан 14
Минимальная колея тележки. 12
РАСЧЕТ МЕХАНИЗМА ПЕРЕДВИЖЕНИЯ
Выбор ходовых колес. 15
1Определение предварительной массы тележки. 15
2Давление на ходовое колесо. 16
Расчет сопротивления передвижению. 16
Выбор электродвигателя. 16
Выбор редуктора. 17
Определение коэффициента запаса сцепления
приводных колес с рельсом при пуске. 17
Список литературы 20
РАСЧЁТ МЕХАНИЗМА ПОДЪЁМА ГРУЗА МОСТОВОГО КРАНА ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ
Задание: спроектировать механизм подъёма груза мостового крана общего назначения.
Дано: грузоподъёмность кг; скорость подъёма ; высота подъёма ; режим нагружения L1 - легкий; группа классификации механизма – М2 по ИСО 43011 дана схема тележки (рис. 1).
ГРУЗОПОДЪЕМНАЯ СИЛА:
где - ускорение свободного падения.
где - КПД блока на подшипниках качения; -кратность полиспаста; - число обводных блоков.
Согласно рекомендациям ВНИИПТМаш: «При малых грузоподъёмностях (до 3 тонн) груз может подвешиваться без полиспаста либо на одном подвижном блоке; при грузоподъёмностях свыше 5 т обычно применяют сдвоенные полиспасты с кратностью возрастающей от 2 до 4 при увеличении грузоподъёмности от 5 до 50 тонн».
Получим КПД полиспаста для кратностей :
НАИБОЛЬШЕЕ НАТЯЖЕНИЕ ВЕТВИ КАНАТА НАБЕГАЮЩЕГО НА БАРАБАН ПРИ ПОДЪЕМЕ ГРУЗА
где - число полиспастов.
Для мостового крана т.е. оба конца каната закреплены на барабане - для строго вертикального подъёма груза выравнивания усилий на опоры барабана (рис. 2).
Наибольшее натяжение ветви каната набегающей на барабан при подъёме груза:
Рис.2. Схемы полиспастов механизма подъема груза
Очевидно что Fa уменьшается по мере увеличения кратности.
ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
Статическая мощность электродвигателя:
где - предварительное значение КПД (для механизма подъёма с цилиндрическим редуктором).
Выбираем для легкого режима нагружения ПВ=15% и мощности Р15 кВт электродвигатель серии 4MTКF. Технические данные двигателей принимаем:
MTКF112LВ4 ( кВт; р=4; m=63 кг; мм; обмин; мм).
MTF132L6 ( кВт; р=6; m=104 кг; мм; обмин; мм).
где ()- длина двигателя без посадочной части вала мм.
В литературе указана мощность P40 (при ПВ=40%). При ПВ=15% те же двигатели имеют большую мощность:
Имеем: кВт т.е. мощность выбранных двигателей достаточна.
УГЛОВАЯ СКОРОСТЬ ДВИГАТЕЛЯ
РАЗРЫВНОЕ УСИЛИЕ КАНАТА В ЦЕЛОМ
где - минимальный коэффициент использования каната.
По табл. П.1 (2. с.17) выбирают для заданной группы классификации механизмов. Символ означает смещение по таблице вверх и вниз на 1 и 2 шага.
Согласно «Правил » [2 c.18] опускается изменение коэффициента выбора диаметра барабана но не более чем на два шага по группе классификации в большую или меньшую сторону с соответствующей компенсацией путем изменения величины на то же число шагов в меньшую или большую сторону поэтому введём ряд смещений: Тогда получим ряд значений: .
Для группы классификации механизма М2 имеем . Получаем добавочные значения ; и разрывное усилие каната () для кратностей для основного и добавочных значений :
Мостовой кран работает в относительно чистом сухом помещении следовательно абразивный и коррозионный износ проволок каната незначителен. Поэтому выбираем канат типа ГОСТ 7668-80. Он имеет большое количество проволок малого диаметра и высокую усталостную износостойкость при перегибах на блоках.
По найденным значениям находят значения диаметров каната и маркировочную группу соответствующую условию прочности каната:
где - разрывное усилие каната в целом.
Имеем следующие значения диаметров каната (в скобках указаны маркировочные группы МПа разрывные усилия):
МИНИМАЛЬНЫЙ ДИАМЕТР БАРАБАНА
где - коэффициент выбора диаметра барабана.
По табл. П.1 (2. с26) для заданной группы классификации механизмов получают основное значение . При определении минимального диаметра барабана для заданной группы классификации механизма М2 получим основное значение . При смещении по этой таблице вверх и вниз на один шаг имеем: ; ; . Получим мм:
Примечание. ГОСТ 3241-80 «Канаты стальные. Технические условия» приводит ограничение: «Диаметр шейки барабана должен быть не менее 15 номинальных диаметров каната». В выводах по расчету вариант с h115 может быть принят с пометкой «условно до согласования с изготовителем каната».
РАСЧЕТНЫЙ ДИАМЕТР БАРАБАНА
Барабаны диаметром меньше 140 мм исключаем из дальнейших расчетов т.к. наименьший из выходных валов редукторов с частью зубчатой полумуфты встраиваемый в барабан имеет диаметр . Тогда диаметр охватывающей зубчатой обоймы составляет .
Расчётный диаметр барабана мм принимают из ряда : 100 110 125 140 160 180 200 220 250 280 320 360 400 450 500.
Расчетный диаметр барабана мм:
Барабаны диаметром менее 140 мм исключены т.к. будут иметь большую ступень.
ДЛИНА БАРАБАНА С ДВУСТОРОННЕЙ НАРЕЗКОЙ
где - шаг нарезки; a - кратность полиспаста; - диаметр каната; с - коэффициент длины средней части барабана H - высота подъема.
Принять: для кратности для кратности для кратности а=3 для кратности . Длина барабана с двусторонней навивкой мм:
ПРОВЕРКА РАЗМЕРОВ БАРАБАНА ПО УСЛОВИЯМ
При проводят простой расчёт барабана на сжатие. При проводят уточнённый расчёт барабана на сжатие и совместное действие напряжений изгиба и кручения на устойчивость стенки. При необходимости усиливают барабан вводят кольца жесткости в его полость (РТМ–24.09.21–76).
Проверим размеры барабана по условиям:
Остаются варианты кратностью a=2 с увеличенным барабаном на 2 и 3 шага
УГЛОВАЯ СКОРОСТЬ БАРАБАНА
ВЫБОР И РАСЧЕТ РЕДУКТОРА
Выбираем редуктор с зубчатой полумуфтой на выходном валу т.к уменьшается габариты механической передачи. Это редукторы Ц2 (завод ПТО им. Кирова) специальные крановые и Ц2У (Ижевский редукторный завод) универсальные общемашиностроительного применения.
где – действующая радиальная нагрузка. Полагаем что наибольшее усилие от левой ветви каната набегающей на барабан действует на консоль выходного вала редуктора (рис. 2); Fy – допускаемая радиальная консольная нагрузка на выходном валу редуктора. Выбираем редукторы Ц2 т.к они более легче.
Для полиспаста кратностью выберем редуктор Ц2-250 для которого условие выполняется с наименьшим запасом:
Масса редуктора Ц2-250 m=86 кг КПД=096.
Для полиспаста кратностью выберем редуктор Ц2-350 для которого условие выполняется с наименьшим запасом:
Масса редуктора Ц2-350 m=210 кг КПД=096.
ПЕРЕДАТОЧНОЕ ЧИСЛО РЕДУКТОРА
Определим расчетное передаточное число редуктора и округлим его до номинального значения:
Вывод: вариант с кратностью 1 отвергаем т.к требуется редуктор с передаточным числом много большим 50. На двухступенчатых имеем Umax=50 а трехступенчатые редукторы не рекомендуются.
ГРУЗОВОЙ МОМЕНТ НА БАРАБАНЕ
где – число полиспастов.
ПРОВЕРКА РЕДУКТОРА ПО ГРУЗОВОМУ МОМЕНТУ
Условие прочности редуктора:
где – грузовой момент на барабане; – допускаемый крутящий момент на валу редуктора.
Проверяем редуктор Ц2-250 для кратности (рис. 2а). Допускаемый крутящий момент на валу редуктора Н·м определяем для редуктора Ц2-250 соответствующей частоты вращения вала электродвигателя обмин и обмин (приравниваем к 1500 и 1000) номинального передаточного числа режима работы “Л” ПВ=15%. Сведем результаты в табл1
Из табл. 1 следует что редуктор подходит. Наименьший запас крутящего момента имеем для варианта 42+3 и 62+3.
Статический момент на выходном валу редуктора при торможении
где - КПД механизма который можно принять равным КПД редуктора; - номинальное передаточное число редуктора.
ТОРМОЗНОЙ МОМЕНТ НА КОТОРЫЙ РЕГУЛИРУЮТ ТОРМОЗ
где - коэффициент запаса торможения.
Согласно правилам ПБ . Тормоз выбирают по условию где – максимальный тормозной момент по каталогу.
Для всех вариантов двигателей выбираем тормоз типа ТКГ-160 с тормозным моментом .22 кг.
КОМПОНОВКА МЕХАНИЗМА
Для сравнения металлоёмкости вариантов механизма подъёма заносим их характеристики в табл.4.
Наименее металлоёмкими являются варианты 42+2 и 42+3 с кратностью быстроходным двигателем с увеличенным на 2 и 3 шага диаметром барабана. Далее продолжим расчет трех вариантов т.к. более тяжелый вариант может иметь меньшую колею. Вариант 62+3 исключим.
Необходимо чтобы размер соседства электродвигателя и барабана удовлетворял условию
где – суммарное межосевое расстояние редуктора; – габаритный размер электродвигателя; – размер от оси вращения барабана до наружного конца шпильки крепления каната получен конструктивно из чертежа в стандарте. Если то принимают редуктор с большим значением
Варианты 42+3 и62+3 не проходят по размеру A1 поэтому необходим редуктор с большим а вариант 42+3 не нуждается в компоновке.
УСЛОВИЯ СОСЕДСТВА ТОРМОЗА И БАРАБАНА
Для возможности установки тормоза необходимо чтобы размер соседства тормоза и барабана удовлетворял условию
где – модуль зубчатого венца;– число зубьев венца по справочнику; – размер от оси вращения барабана до крайней точки зубчатой ступицы получен конструктивно из чертежа – диаметр тормозного шкива; – размер от оси вращения тормозного шкива до наружней поверхности рычага тормоза получен конструктивно.
0-06·35·40-08·160=38>20
0-06·5·40-08·180=36>20
0-06·5·40-08·160=52>20
Все варианты проходят по размеру A2.
БЕССТУПЕНЧАТЫЙ БАРАБАН
Если диаметр барабана превышает диаметр делительной окружности зубчатого венца редуктора более чем на 40% т.е.
то барабан будет бесступенчатым. Полуколея тележки равна расстоянию от середины редуктора до середины бесступенчатого барабана
где – расстояние от оси редуктора до оси зубчатого венца; –ширина зубчатого венца. Размер необходим для размещения зубчатой ступицы внутри барабана получен конструктивно из ГОСТа.
Если диаметр барабана мал а редуктор велик то соотношение не выполняется. Тогда имеем ступенчатый барабан. Ступень увеличивает длину барабана на величину .
Приняв литейный уклон толщину стенки и зазор получим:
Тогда полуколея тележки (расстояние от середины редуктора до середины ступенчатого барабана)
где - ширина зубчатого венца.
Полуколея тележки равна расстоянию от середины редуктора до середины барабана.
0+2·20+30+05·5006=5003
5+2·25+30+05·8145=6923
5+2·25+30+05·5006=5353
МИНИМАЛЬНАЯ КОЛЕЯ ТЕЛЕЖКИ
Находим значения для каждого варианта и округляем его до ближайшего большего значения кратного 10 мм.
Минимизация колеи и массы
Приводим наиболее приемлемую схему с минимальной массой и колеей по варианту 42+2.
Рис.4 Компоновка механизма подъёма без промежуточного вала по варианту 42+2: масса 171 кг; колея 980 мм.
Для грузоподъемности 5 т кратность 3 и 4 неприемлема т.к. диаметр барабана составляет менее 160 мм.
Использование шестиполюстных двигателей нецелесообразно в связи с увеличением массы двигателя на 41 кг.
Наиболее приемлем вариант 42+2 с увеличенным на 2 шага диаметром барабана и менее тяжелым редуктором Ц2-250. Он отличается от ближайшего варианта 42+3 меньшей колеёй на 300 мм а от следующего варианта 62+1 меньшей колеёй на 80 мм и меньшей массой на 93 кг.
РАСЧЕТ МЕХАНИЗМА ПЕРЕДВИЖЕНИЯ КОНСОЛЬНОЙ ТЕЛЕЖКИ.
Тележка (рис.4) имеет опорные ходовые колеса 1 и 2 а также опорные 3 и 4. Ходовые колеса 1 и 2 приводятся в движение при помощи редуктора 5 и электродвигателя 6. На металлоконструкции тележки 7 установлен механизм подъема 8.
Исходные данные см. в задании и выше в расчете механизма передвижения.
ВЫБОР ХОДОВЫХ КОЛЕС.
1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ МАССЫ ТЕЛЕЖКИ.
На основании статистических данных массу тележки можно выразить зависимостью:
где - масса груза. кг
Вес тележки с грузом:
2. ДАВЛЕНИЕ НА ХОДОВОЕ КОЛЕСО.
Определим диаметр ходового колеса
Итак выберем колесо диаметром 200мм: диаметр внутреннего отверстия подшипника d=45мм. Значения и d принимают по ГОСТу 24.090.09-75 а значение в этом случае равно 04мм .
РАСЧЕТ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПЕРЕДВИЖЕНИЮ.
Сила сопротивления передвижению тележки с грузом.
где f – коэффициент трения качения подшипников буксы ( f=0015)
- коэффициент сопротивления реборды .
– для крановых тележек при гибком (кабельном) и жестком (троллейном) токопроводе соответственно. Примем кабельный токопровод ().
ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ.
Номинальная мощность электродвигателя механизма передвижения: Вт
Согласно заданию ПВ = 15 % т.к. задан режим работы L1 – легкий
и группы классификации механизма- М2 .
Выбираем двигатель 4АС90LE6 ; Мощность двигателя при ПВ 40 % ; тормозной момент
; частота вращения ;
Минимальный момент в процессе пуска должен быть не менее 08 пускового получим минимальный пусковой момент:
Считаем что значение соответствует пониженному напряжению сети на 20% Длина двигателя с тормозом 505 мм; высота вала 90 мм; посадочный конец вала – цилиндрический длина 50 мм диаметр 24 мм. Номинальный момент электродвигателя:
Примечание: в литературе обычно указана мощность
(при ПВ40%) .При ПВ15% те же электродвигатели имеют большую мощность:
Угловая скорость ходового колеса:
Угловая скорость электродвигателя:
Определим требуемое передаточное число:
Редуктор выбираем по условию:
Принимаем редуктор Ц3УвкФ-100 с передаточным числом масса редуктора 45 кг.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ЗАПАСА СЦЕПЛЕНИЯ ПРИВОДНЫХ КОЛЕС С РЕЛЬСОМ ПРИ ПУСКЕ.
где - сила сцепления приводных ходовых колес с рельсами;
- сила статического сопротивления передвижению тележки без груза и без учета трения в подшипниках приводных колес;
- сила динамического сопротивления передвижению тележки без груза;
- допускаемое значение коэффициента запаса сцепления (=115).
где - коэффициент сцепления приводного ходового колеса с рельсом. Если исключено попадание влаги и масел то .
- число приводных колес.
где - максимально допустимое значение ускорения (замедления) тележки.
Таким образом запас сцепления при пуске достаточен.
Тормозной момент определим как
где - момент инерции вращающихся и поступательно движущихся масс приведенных к тормозному шкиву. Тормоз расположен на валу электродвигателя (встроен в корпус электродвигателя) то:
выберем муфту зубчатую малогабаритную с диаметром выходного вала 25мм. Момент инерции муфты диаметр тормозного шкива 200мм.
Коэффициент полезного действия механизма:
Определим статический момент сопротивления передвижению при торможении:
На чертеже механизма передвижения укажем: “ тормоз отрегулировать на момент 10 Нм.
Расчёты крановых механизмов и их деталей М. П. Александров И. И. Ивашков С. А. Казак; Под ред. Р. А. Лалаянца.- М.: ВНИИПТМаш 1993.- Т. 1. - 187 с.
Расчеты крановых механизмов и их деталей: В 2 т. Под ред. Р. А. Лалаянца т. 1 – М.: ВНИИПТМаш 1993. – 187 с.
Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъёмных кранов: Утв. Госгортехнадзором России 31.12.2000.- М. ПИО ОБТ 2000.- 266 с.
Подъемно-транспортные машины Александров М. П. - М.: Высшая школа1979. 558с.
Расчет механизма передвижения тележки мостового крана Ермоленко В.А; рецензент: Никольская Т.А- методические указания по курсовому проектированию для студентов. - Калуга 2006.