РАСЧЕТМЕХАНИЗМА ПОДЪЕМА ТЕЛЕЖКИ КОНСОЛЬНОЙ С БОКОВЫМИ РОЛИКАМИ
СОДЕРЖАНИЕ
1. Выбор каната ибарабана
1.1 Грузоподъемная сила
1.2 КПД полиспаста
1.3 Наибольшее усилие в ветви каната,набегающего на барабан при подъеме груза
1.4 Разрывное усилие каната в целом
1.5 Выбор типа каната
1.6 Минимальный диаметр барабана
1.7 Расчетный диаметр барабана
1.8 Длина барабана с двустороннейнарезкой
1.9 Проверка размеров барабанов поусловиям
1.10 Угловая скорость барабана
2. Выбор электродвигателя
2.1 Продолжительность включения
2.2 Статическая мощностьэлектродвигателя
2.3 Выбор электродвигателя
2.4 Угловая скорость электродвигателя
3. Выбор редуктора
3.1 Выбор типа редуктора
3.2 Расчет редуктора по радиальнойконсольной нагрузке
3.3 Передаточное число редуктора
3.4 Грузовой момент на барабане
3.5 Проверка редуктора по грузовомумоменту
4. Выбор тормоза
4.1 Статический момент на выходномвалу редуктора при торможении
4.2 Тормозной момент, на которыйрегулируют тормоз
5. Компановка механизма
5.1 Сравнение металлоемкостимеханизмов подъема
5.2 Условие соседстваэлектродвигателя и барабана
5.3 Условие соседства тормоза ибарабана
5.4 Расчет колеи тележки
5.5 Минимальная колея тележки
Выводы
1. ВЫБОРКАНАТА И БАРАБАНА
1.1 ГРУЗОПОДЪЕМНАЯ СИЛА
/>, (1)
где /> - ускорение свободногопадения.
Получим: />
1.2 КПД ПОЛИСПАСТА
/>,(2)
где /> — КПД блока на подшипникахкачения;
/> -кратность полиспаста;
/> - число обводных блоков.
Согласно рекомендациямВНИИПТМаш (1) с.84: «При малых грузоподъёмностях (до 3 тонн) груз можетподвешиваться без полиспаста, либо на одном подвижном блоке; при грузоподъёмностяхсвыше 5 т обычно применяют сдвоенные полиспасты с кратностью, возрастающей от 2до 4 при увеличении грузоподъёмности от 5 до 50 тонн».
Получим КПД полиспастадля кратностей /> по формуле (2):
/>
/>
Согласнорекомендации ВНИИПТМаш [1] с.84: “При малых грузоподъемностях (до 3 т) грузможет подвешиваться без полиспаста, либо на одном подвижном блоке; пригрузоподъемностях свыше 5т обычно применяют сдвоенные полиспасты с кратностью,возрастающей от 2 до 4 при увеличении грузоподъемности от 5 до 50 т”.
1.3 НАИБОЛЬШЕЕ НАТЯЖЕНИЕ ВЕТВИ КАНАТА, НАБЕГАЮЩЕГО НА БАРАБАНПРИ ПОДЪЕМЕ ГРУЗА
/>; (3)
где k- число полиспастов.
В нашем случае k=2, т.е. оба конца каната закрепленына барабане — для строго вертикального подъёма груза, выравнивания усилий наопоры барабана (рис.2).
Наибольшее натяжение ветвиканата, набегающей на барабан при подъёме груза, по формуле (3):
/>;
/>
/>
/>
/>
Рис.2. Схемы полиспастовмеханизма подъема груза
1.4 РАЗРЫВНОЕУСИЛИЕ КАНАТА ВЦЕЛОМ
/>,(4)
где /> — минимальный коэффициентиспользования каната.
Символ /> означает смещение потаблице вверх и вниз на 1 и 2 шага.
Таблица №1Группа классификации механизма по 4301/1 Коэффициент использования каната z Коэффициент выбора диаметра барабана h1 M1 3.15 11.2 M2 3.35 12.5 M3 3.55 14 M4 4 16 M5 4.5 18 M6 5.6 20 M7 7.1 22.4 M8 9 25
Согласно «Правил...» (2),с.18: ”допускается изменение коэффициента выбора диаметра барабана />, но не более чем на двашага по группе классификации в большую или меньшую сторону с соответствующейкомпенсацией путем изменения величины z(см. табл. прилож. 1) на то же число шагов в меньшую или большую сторону,поэтому введём ряд смещений:/>Тогдаполучим, что для группы классификации механизма М1 z=3.15. Разрывное усилие каната (/>)для кратностей />, для основного идобавочных значений z получим по формуле(4):
/>
/>
/>
/>
1.5 ВЫБОРТИПА КАНАТА
Предположим, что кранработает на открытом воздухе при наличии пыли и влаги, тогда следует выбратьканат типа /> ГОСТ 2688-80 с малымколичеством проволок большого диаметра. Абразивная и коррозионнаяизносостойкость этого каната выше, чем у />ноусталостная износостойкость ниже.
По найденным в п.1.4.значениям /> найдем значениядиаметров каната />(см.табл. 2) имаркировочную группу, соответствующую условию прочности каната:
/>,(5)
где /> — разрывное усилие каната вцелом, по каталогу.
Таблица №2Диаметр каната, мм Маркировочная группа, МПа Диаметр каната, мм Маркировочная группа, МПа 1764 1862 1764 1862 3.8 0.840 0.875 8.3 3.81 3.98 4.1 0.975 1.015 9.1 4.54 4.75 4.5 1.125 1.175 9.9 5.34 5.59 4.8 1.285 1.340 11.0 6.88 7.20 5.1 1.460 1.515 12.0 7.85 8.19 5.6 1.780 1.855 13.0 8.9 9.28 6.2 2.11 2.225 14.0 10.8 11.2 6.9 2.63 2.74 15.0 12.5 13.1 /> /> /> /> /> /> />
По (таблице. 2) имеемследующие значения диаметров каната (в скобках указаны маркировочные группы,МПа, разрывные усилия, />):
/>
/>
/>
/>.
1.6 МИНИМАЛЬНЫЙ ДИАМЕТР БАРАБАНА
/>,(6)
где /> — коэффициент выборадиаметра барабана.
По табл.1 (см. пункт 1.5)для заданной группы классификации механизмов получаем основное значение />. При смещении по этойтаблице вниз на два шага (т.к. М1) находят значения /> ,где />
/>
/> По формуле (6) получим />, мм:
/> />
/> />
/> />
/>/>/>/>/>/>.
1.7 РАСЧЕТНЫЙ ДИАМЕТР БАРАБАНА
Барабаныдиаметром меньше 100 мм исключают из дальнейших расчетов, т.к. наименьший из выходныхвалов редукторов с частью зубчатой полумуфты, встраиваемый в барабан, имеетдиаметр />, [3] с.30. Тогда диаметрохватывающей зубчатой обоймы составляет />.Конструктивно трудно перейти от большего диаметра зубчатой обоймы к меньшемудиаметру барабана при их отношении, свыше />.
При расчётебез помощи ЭВМ можно исключить барабаны диаметром меньше 160 мм. Тогда />. Ступень барабана высотой25% легко выполнима. Расчётный диаметр барабана /> мм,принимают из ряда />, (10) с.29: 100,110, 125, 140, 160, 180, 200, 220, 250, 280, 320, 360, 400, 450, 500.
Расчетный диаметрбарабана />, мм:
/>
Барабаны диаметром менее 160 мм исключены т.к. будут иметь большую ступень.
1.8 ДЛИНА БАРАБАНА С ДВУСТОРОННЕЙ НАРЕЗКОЙ
/>,(7)
где /> — шаг нарезки; a — кратность полиспаста; /> — диаметр каната; с — коэффициент длины средней (не нарезанной) части барабана, H — высота подъема.
Руководствуясь [1] с.85,можно принять: /> для кратности />, /> для кратности />,/>для кратности а=3, /> для кратности />.
Длина барабана сдвусторонней навивкой, мм по формуле (7):
/>
/>
/>
1.9 ПРОВЕРКА РАЗМЕРОВ БАРАБАНА ПО УСЛОВИЯМ
/>,(8) и /> ,(9)
При /> проводят простой расчётбарабана на сжатие. При /> проводятуточнённый расчёт барабана на сжатие и совместное действие напряжений изгиба икручения, на устойчивость стенки. При необходимости усиливают барабан, вводятребра жесткости в его полость (РТМ–24.09.21–76).
Если оба условия невыполняются, то вариант с этой кратностью полиспаста отбрасывают. Если всеварианты не проходят по условиям (8) и (9), то переходят на меньшую кратность,или увеличивают диаметр барабана до следующего значения из ряда />.
В нашем случае:/>-не подходит;
/>-не подходит;
/>-подходит.
Условие (9) выполняетсядля одного из барабанов. Подберем еще один из вариантов диаметров барабановтаким образом, чтобы эти условия выполнялись, т.к. при этом он, в конечномитоге, может оказаться наиболее подходящим (иметь меньшую массу, геометрическиеразмеры и т.д.). Наиболее близок к необходимому диаметру вариант />, поэтому подберем диаметрбарабана для этого случая.
Пусть />(из ряда Ra 20), тогда
/>
Итак, />-подходит.
1.10 УГЛОВАЯСКОРОСТЬ БАРАБАНА
/> рад/с,(10)
где />/> - скорость подъема груза,/>
/>
2. ВЫБОРЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
2.1 ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ВКЛЮЧЕНИЯ
Таблица№3Режим нагружения по ИСО4301/1 ПВ%
Легкий
Умеренный
Тяжелый
Весьма тяжелый
15
25…40
40
60
Позаданию принимаем режим L2-умеренныйи ПВ=25%.
2.2 СТАТИЧЕСКАЯ МОЩНОСТЬ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
/>,(11)
где /> — предварительное значениеКПД (для механизма подъёма с цилиндрическим редуктором).
Статическая мощностьэлектродвигателя, формула (11):
/>
/>
2.3 ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
Для двигателей менее 15кВт принимаем двигатели короткозамкнутые серии MTKF по ГОСТ 185-70:
MTKF 211-6 MTKF 311-8
/> />
2.4 УГЛОВАЯСКОРОСТЬ ДВИГАТЕЛЯ
/>,(12)
где n – число оборотов двигателя.
Получим:
/>рад/с,
/>рад/с.
3. ВЫБОР РЕДУКТОРА
3.1 ВЫБОР ТИПА РЕДУКТОРА
Наиболее совершеннымявляются крановые редукторы типа Ц2 Ленинградского завода портальных кранов.
3.2 РАСЧЕТРЕДУКТОРА ПО РАДИАЛЬНОЙ КОНСОЛЬНОЙ НАГРУЗКЕ
Условиепрочности:
/>, (13)
где /> – действующая радиальная(консольная) нагрузка. Полагаем, что наибольшее усилие от левой ветви каната,набегающей на барабан, Faдействует на консоль выходного вала редуктора (рис. 2). То же, от правой ветвиканата действует на опору справа от барабана; Fy – допускаемая радиальная консольнаянагрузка на выходном валу редуктора.
Для полиспаста кратностью/> выберем редуктор Ц2-500,для которого условие (13) выполняется с наименьшим запасом:
/>
Масса редуктора Ц2-500: m=500 кг, КПД=0,96.
По тому же принципувыбираем редуктор для случая с кратностью полиспаста /> редуктор Ц2-300:
m=138 кг, КПД=0,96
3.3 ПЕРЕДАТОЧНОЕЧИСЛО РЕДУКТОРА
/>,(14)
Определим расчетноепередаточное число редуктора, формула (14), и округлим его до номинального значенияпо каталогу :
/> />
/> />
3.4 ГРУЗОВОЙ МОМЕНТ НА БАРАБАНЕ
/>, (15)
где /> – число полиспастов.
Получим:
/>
/>
3.5 ПРОВЕРКА РЕДУКТОРА ПО ГРУЗОВОМУ МОМЕНТУУсловие прочности:
/>,(16)
где />– грузовой момент набарабане; />– допускаемый крутящий моментна валу редуктора.
Проверяем редуктор Ц2-500для кратности /> и редукторЦ2-300 для кратности /> (рис. 2а) по условию (16). Допускаемый крутящиймомент на валу редуктора />Н·м, покаталогу, определяем для редуктора Ц2-500, соответствующей частоты вращениявала электродвигателя /> и />/>(приравниваемк 1000 и 600 соответственно), номинального передаточного числа />, режима работы ПВ=25%.Сведем результаты в таблицу 2:Таблица 4
Вариант
/>
/>
/>
/> Редуктор: тип Uн 61+2 6180 20000 3,24 500 50 62+2 3432 4370 1,27 300 32 81+2 6180 21200 3,43 500 40 82+2 3432 4370 1,27 300 25
Из табл. следует,что оба редуктора подходят. Наименьший запас крутящего момента /> имеем для вариантов 62+2 и82+2.
4. ВЫБОР ТОРМОЗА
4.1 СТАТИЧЕСКИЙ МОМЕНТ НА ВХОДНОМВАЛУ РЕДУКТОРА ПРИ ТОРМОЖЕНИИ
/>/> (17)
где /> — КПД полиспаста;
/> — КПД механизма, который можнопринять равным:/>,
где />-КПД редуктора;
/>-КПД барабана со встроенной зубчатойполумуфтой.
/>
/> - номинальное передаточное число редуктора.
По формуле (17) имеем:Вариант
Tcpax, Н×м 61+2
/> 62+2
/> 81+2
/> 82+2
/>
4.2 ТОРМОЗНОЙ МОМЕНТ, НА КОТОРЫЙ РЕГУЛИРУЮТ ТОРМОЗ
/> (18)
где /> — коэффициент запасаторможения.
Согласно (2) с.10 />. При двух и более тормозах/>. Если имеем два и болееприводов с двумя тормозами каждый, то />.Тормоз выбирают по условию />, где /> – максимальный тормозноймомент по каталогу.
Тормозной момент />, по формуле (18):Вариант
/>, Н·м 62+1 1,5·117,5=177 62+2 1,5·101=152 82+1 1,5·147=221 82+2 1,5·130=195
Для всех вариантоввыбираем тормоз типа ТКГ-200 с тормозным моментом />.
Масса тормоза 38 кг.
5. КОМПОНОВКА МЕХАНИЗМА
5.1 СРАВНЕНИЕМЕТАЛЛОЕМКОСТИ МЕХАНИЗМОВ ПОДЪЕМА
Для сравненияметаллоёмкости вариантов механизма подъёма заносят их характеристики в табл.4.
Таблица 4Вариант 61+2 62+2 81+2 82+2 масса редуктора 500 138 500 138 масса двигателя 110 110 155 155 масса тормоза 38 38 38 38 суммарная масса 648 286 693 331
Очевидно,что наименее металлоёмкими являются варианты 62+2 и 82+2 с кратностью />, быстроходным двигателем сувеличенным до 220 мм диаметром барабана. Далее продолжим расчет трехвариантов, т.к. более тяжелый вариант может иметь меньшую колею. Вариант 81+2исключим.
5.2 УСЛОВИЕСОСЕДСТВА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ И БАРАБАНА
Необходимо, чтобы размерсоседства электродвигателя и барабана /> удовлетворялусловию:
/> мм,(19)
где /> – суммарное межосевоерасстояние редуктора; /> – габаритныйразмер электродвигателя; /> –размер от оси вращения барабана до наружного конца шпильки крепления каната.Если />, то принимают редуктор сбольшим значением />
По формуле (19) имеем
Вариант
А1, мм 61+2 500-157-0,65·200=213>20 62+2 300-157-0,65·220=0Для вариантов62+2 и 82+2 условие соседства не выполняется. Возьмем для этих вариантовредуктор
Ц2-350. Притех же условиях работы он будет выдерживать большие нагрузки, но при этом />масса механизма увеличится.Вариант
А1, мм 62+2 350-157-0,65·220=50>20 82+2 350-180-0,65·220=27>20
Массаредуктора Ц2-350 равна 210 кг.
5.3 УСЛОВИЯ СОСЕДСТВА ТОРМОЗА И БАРАБАНА
Длявозможности установки тормоза необходимо, чтобы размер соседства тормоза ибарабана /> удовлетворял условию
/>мм,(20)
где /> – модуль зубчатого венца;/>– число зубьев венца; /> – размер от оси вращениябарабана до крайней точки зубчатой ступицы, получен конструктивно, />– диаметр тормозного шкива;/>– размер от оси вращениятормозного шкива до наружней поверхности рычага тормоза, получен конструктивно.
По формуле (20) получаем:
Вариант
/>, мм 62+1 500-0,6·6·40-0,8·200=148>20 62+2 350-0,6·6·40-0,8·200=46>20 82+1 350-0,6·6·40-0,8·200=46>20
Все варианты проходят поразмеру A2.
5.4 РАСЧЕТКОЛЕИ ТЕЛЕЖКИ
Если диаметр барабанапревышает диаметр делительной окружности зубчатого венца редуктора более, чемна 40%, т.е.
/>,(21)
то барабан будетбесступенчатым. Полуколея тележки равна расстоянию от середины редуктора досередины бесступенчатого барабана
/>,(22)
где />– расстояние от осиредуктора до оси зубчатого венца; />–шириназубчатого венца. Размер />необходимдля размещения зубчатой ступицы внутри барабана.
Если же это условие невыполняется, то барабан будет ступенчатым.Вариант
/> 61+2 200Очевидно, все вариантыимеют ступенчатый барабан.
Полуколея тележки.
Полуколея тележки равнарасстоянию от середины редуктора до середины барабана.Вариант
/>, мм 61+2 295+3·40+0,5·1095=926,5 62+2 230+3·30+0,5·1151=895,5 82+2 230+3·30+0,5·1151=895,5
5.5 МИНИМАЛЬНАЯ КОЛЕЯ ТЕЛЕЖКИ
/>,(23)
Находим значения /> для каждого варианта иокругляем его до ближайшего большего значения, кратного 10 мм (табл.5).
Минимизация колеи и массы
Таблица 5Вариант
/>, мм Масса, кг* 61+2
2·926,5/>1860 648 62+2
2·895,5/>1800 358 82+2
2·895,5/>1800 403
*см. табл.4
Как видно из таблицы 5наиболее легким и наименьшим по ширине колеи является вариант 6.2+2.Вариант8.2+2 отличается от него типом электродвигателя.
Определим колею тележкипри применении промежуточного вала для варианта 6.1+2.
В этом случае оставляемредуктор Ц2-300, который будет легче редуктора Ц2-350 на 72 кг.
Определим колею поэлектродвигателю:
/> ,(24) –половина длины колеи,где /> -длина электродвигателя без выходного вала;/>-половина ширины редуктора;/> — длинабарабана./> Вариант 2Lэ, мм 6.2+2 2(586-110-300/2+1151/2)=1810 8.2+2 2(637-110-300/2+1151/2)=1910
Итак, теперь необходимопроверить условия соседства тормоза и барабана для варианта 6.2+2 (с пром.валом). Вариант 8.2+2 проверять не будем, т.к. ширина колеи с пром. валом на110мм больше, чем без пром. вала.
/>
/>
Условие соседства тормозаи барабана не выполняется. Заменим один тормоз ТКГ-200 на два тормоза ТКГ-160,расположенными на промежуточном валу.
Условие соседства в этомслучае:
/>
Условие выполняется.
Масса механизма в этомслучае составит:
/>,
где /> — масса редуктора,
/> — масса двигателя,
/> — масса тормоза.
/>.
Таблица 6. Окончательнаяминимилизация колеи и массы.
Вариант 6.2+2(без пром. вала) 6.2+2(с пром. валом) 8.2+2(без пром. вала) Масса редуктора 210 138 210 Масса двигателя 110 110 155 Масса тормоза 38 44 38 Суммарная масса 358 292 403 Длина колеи 1800 1810 1800
ВЫВОДЫ
1. Для грузоподъемности6.3 т кратность 3 и 4 неприемлема, т.к. диаметр барабана составляет менее 160 мм, а длина барабана более, чем в 6 раз превышает его диаметр. Вариант с кратностью a=1 так же не подходит, т.к. в этомслучае масса механизма подъема резко увеличится из-за выросшей радиальнойнагрузки и приходится применять более тяжелый редуктор Ц2-500.
2. Использование восьмиполюсных двигателей нецелесообразно в связи с увеличением массы двигателя и тормозапо сравнению с шести полюсными.
3. Наиболее приемлемвариант 62+2 (без пром. вала)с увеличенным до 220мм диаметром барабана. Онотличается от ближайшего варианта 62+2(с пром. валом) меньшей колеёй на 10 мм, хотя их вес отличаться практически не будет, т.к. в варианте 62+2(с пром. валом) мы не учлимассы пром. вала и утяжеление ее в связи с увеличенной колеей. Вариант 82+2отличается типом двигателя, который на 45 кг тяжелее, чем в варианте 62+2 (без пром. вала).
ЛИТЕРАТУРА
1.Расчёты крановыхмеханизмов и их деталей / М. П. Александров, И. И. Ивашков, С. А. Казак; Подред. Р. А. Лалаянца.- М.: ВНИИПТМаш, 1993.- Т. 1. — 187 с.
2.Правила устройства и безопаснойэксплуатации грузоподъёмных кранов: Утв. Госгортехнадзором России 31.12.2000.-М., ПИО ОБТ, 2000.- 266 с.
3. Редукторы и мотор-редукторы: Каталог /АО ВНИИТЭМР, ИФК «Каталог».- М.,1994.- Ч. 1.- 75с.
4.Подъемно-транспортные машины / АлександровМ. П., — М.: Высшая школа,1979. 558с.
5.Расчет механизмапередвижения тележки мостового крана / Ермоленко В.А.; рецензент: СероштанВ.И.- методические указания по курсовому проектированию для студентов. — Калуга, 1985.