Задание расчет механизма подъема поворотного крана на колоне

Задание Рассчитать механизм подъема поворотного крана на колоне по следующим данным:

Грузоподъемность Q=0,7 m

Вылет стрелы (постоянный) L=2,5 м

Высота подъема Н=4 м

Скорость подъема V=3,5 м/мин

Режим работы- тяжелый ПВ=25%

Расчет механизма подъема

1.1  Выбор полиспаста

Для проектируемого крана принимаем механизма подъема, схема которого изображена на рисунке.

Рис.1 Кинематическая схема механизма подъема

Для крана грузоподъемностью 0,7 тонн, используем [I, табл 10] принимаем одинарный простой одинарный полиспаст а=1, u=2.

1.2  Расчет и выбор каната

Максимальное натяжение каната, набегающего на барабан

Smax=

Где Z – количество ветвей, на которых весит груз.

Z=u*a=2*1=2

- КПД полиспаста

Где -КПД блока =0,97 (с учетом жесткости каната)

Smax=

1.3  Выбор каната и крюковой подвески

Канат выбирают по разрывающему усилию, согласно правилам Госгортехнадзора [I c56]

SpSnax*nk

Где nk-коэффициент запаса мощности, выбираем используем [I прил 11] nk=6

Sp= Snax*nk=392*6=2362 кгс

Из [I прил 1] выбираем канат стальной двойной свивки ЛК-3 конструкции 6x25(1+6;6+12)+1 о. с. (ГОСТ 7665-69). Диаметр каната dK=5,5 мм при расчетном приделе прочности проволоки =160 кгс/мм2 площадью сечения всех проволок FK=34,14 мм2 с разрывным усилием Sp=4640 кгс

По номинальной грузоподъемности Q=0,7 т и тяжелому режиму работы из [Iприл. VI, VII] выбираем крюк однорогий тип А №5 (ГОСТ 6627-74) изготовленный из стали 20 с приделом прочности В=4200 кгс/см2 и приделом текучести Т=2500 кгс/см2, выносливости -1=1200 кгс/см2. Резьба шейки

М 24. Для металлической резьбы, высота гайки должна быть не менее:

Нmin=1,2d2=1,2*19,3=23,2 мм

С учетом стопорной планки, принимаем Н=25 мм. Наружный диаметр гайки:

DH=1,8d2=1,8*23,2=41,7 мм

Т. к грузоподъемность не превышает 3,2 т то (по рекомендации [II c 87]) гайка будет опираться на сферическую шайбу.

Траверса изготовлена из стали 45с пределом прочности В=6100 кгс/см2,

приделом текучести Т=4300 кгс/см2, выносливости -1=2500 кгс/см2.

1.4  Расчет узла барабана.

Максимальный диаметр барабана (по центру натягиваемого каната)

Где е - коэффициент режима работы и типа грузоподъемной машины. Используя [I табл. 12] для тяжелого режима работы выбираем е=20

Тогда диаметр блоков (по центру наматываемого каната)

Принимаем =200 мм, =240 мм.

Рабочая длина каната, наматываемого на барабан, при подъеме

Количество рабочих витков

Zраб=

Общее число витков

Zобщ=Zраб+ Zзап +Zзакр

Где Zзап - минимальное количество запасных витков на барабане Zзап=1,5

Zзакр-количество витков на закрепление каната Zзакр=2

Zобщ=11,15+1,5+2=14,65

Длина барабана

б= Zобщ*t+4dК

Где t-шаг каната (для барабана с нарезкой)

t=dК+(2….3)=9,7+2=11,7 мм

4dК-запасное расстояние от последующих витков до конца барабана.

б= 14,65*11,7+4*9,7=210,2 мм

Толщина стенки барабана ( по условию деформации сжатия):

=

Где [сж] – допустимое напряжение сжатия.

Для чугуна СЧ 15-32 [сж]=1650 кгс/см2

= см

Из условия изготовления литых барабанов

=0,02*+(0,6…1)=0,02*20+0,8=1,2 см

Дополнительную проверку на кручение и изгиб не выполняем так как (210<600).

Для расчета крепления каната к барабану, определим натяжение каната перед прижимной планкой

Где f-коэффициент трения каната по барабану f=0,1…0,16

-угол обхвата барабана канатом =4

Суммарное усилие растяжения болтов

Где f1-привиденный коэффициент трения между планкой и барабаном при угле заклинивания 2=800

-угол обхвата при переходе от одной канавки планки к другой =

кгс

Суммарное напряжение в болте при заточке с учетом растягивающих и изгибающих усилий

Где n-коэффициент запаса прочности (надежности) крепления (n1,5) n=1,8

Z-количество болтов Z=2

d1-внутренний диаметр болтов М12,

сталь Ст3, Т=2200 кгс/см2,

d1=11,2

Pu – усилие, изгибающее болты

Pu=Pf1=214,7*0,218=46,81кгс

[Р]= кгс/см2

кгс/см2

Что меньше допустимого [Р]=1173 кгс/см2

1.5 Расчет мощности электродвигателя привода

Мощность двигателя, необходимого при подъеме номинального груза

NP=

Где V - скорость подъема груза V=0,06 м/с

-КПД механизма. Для механизмов с цилиндрическими зубчатыми колесами =0,85

NP=

Используя [I прил XXXIV] выбираем электродвигатель асинхронный с фазовым ротором типа NTF 011-6 со следующими параметрами N=2кВт, n=800мин-1

с максимальным моментом

Mn. max.=4 кгс*м, моментом инерции ротора

JP=0,00216 кгс*м*с2

1.6 Кинематический расчет привода и выбор редуктора.

Номинальный момент на валу двигателя

Mн=

Отношение максимального момента к номинальному

Определяю передаточное число редуктора

-частота вращения барабана

=

Где = скорость наматывания каната на барабан

=

Выбираем редуктор с наиболее подходящим передаточным числом =50,94 Ц2-250 [I прил. XLV]

Фактическая скорость подъема груза будет составлять

Vф=

Проверка электродвигателя.

Выполним проверку двигателя по условиям нагрева.

Мощность при подъеме номинального груза

NН. Г.=

Крутящий момент на валу двигателя при подъеме номинального груза

MС. Т.=

Номинальный момент выбранного двигателя

Mн=

Коэффициент перегрузки при подъеме номинального груза

Пользуясь графиком [I рис. 79а с.181] (кривая Нmax=200%) при =0,69 находим относительное время пуска

tпо=1,55

Определим врем разгона при подъеме номинального груза

tп=tпо*

Где -момент инерции движущихся масс, приведенных к валу двигателя

=

Где - коэффициент учитывающий моменты инерции деталей вращающихся медленнее чем вал двигателя.

=момент инерции муфты, =0,00763 кгс*м*с2

- общее передаточное число механизма

=

=

tп=1,55*

Среднее время рабочей операции

tP=

где LP-средний рабочий путь

LP=(

tP=

отношение времени пуска с среднему времени рабочей операции.

Пользуясь графиком [Iрис.45с112] определяем вспомогательный коэффициент =0,72.

Эквивалентная мощность цикла

Определяем требуемую мощность цикла по условиям нагрева при ПВ=25%

N15=k*Ne

Где k-коэффициент, зависящий от режима работы. При номинальной мощности и ПВ=25% k=1,25

N15=1,25*1,0008=1,251 кВт

Выбранный двигатель ПТF 011-6 мощностью N= 2 кВт удовлетворяет условию нагрева.

1.7 Расчет и выбор тормоза

Расчетный момент тормоза

МТ=КТ*МСТ. Т

гдеКТ- коэффициент запаса торможения.

По правилам Госгортехнадзора для тяжелого режима работ, используя, [Iтабл. 18] принимаем КТ=2,0

МСТ. Т=

МТ=2*1,53=3,06 кгс*м

Пользуясь [I прил. LI] выбираем двух колодный тормоз типа ТКТ-200/100 с наибольшим тормозным моментом МТ=4 кгс*м, отрегулированный на расчетный тормозной момент.

Время торможения.

tT=

где -момент инерции движущихся масс, приведенный к валу двигателя при торможении.

=

JP. M.=JP.+JM.=0,00216+0,00763=0,00979 кгс*м*с2

Jпр. т.=1,2*0,00979+ кгс*м*с2

Время торможения при подъеме груза

tТП=

Время торможения при опускании груза

tТОП=

Исходя из величины тормозного момента, ориентировочно по рекомендуемым [I с. 85] данным выбираем диаметр тормозного шкива DТ=200мм.

Тормозной шкив изготавливают из стального литья марки 45Л, тормозные колодки футэрованны фрикционной лентой типа Б (ГОСТ 118-69)

Наименьший диаметр тормозного шкива

Dmin=

Где - допустимое давление между колодкой и шкивом. Используя [I табл. 19] выбираем =6 кгс/см2. В формуле используется значение на 50% меньше.

- коэффициент трения, выбираем из [I табл. 19] =0,3

Dmin=

Что меньше выбранного DT=200мм.

Сила нажатия колодки на шкив.

N=

Где - сила трения между колодкой и шкивом

=

N=

Высота тормозной колодки.

НК=(0,5…0,8)*DT=(0,5….0,8)*200=87….100 мм

Принимаем НК=90 мм

Ширина колодки

ВК=

Принимаем ВК=50 мм

Задание №2.

Рассчитать привод горизонтального винтового конвейера по следующим данным:

Транспортируемый груз - зерно;

Производительность П = 70000 кг/ч

Длина конвейера l = 30 м

Угол наклона b = 0°

Плотность материала r = 1500 кг/м3

В конструкции для транспортирования муки принимаем винт со сплошной поверхностью, однозаходный.

Диаметр винта из условий обеспечения заданной производительности:

где e = r/D - зависимость между шагом и диаметром, примем e=0,8 (r=0,6D)

n - частота вращения винта, ;

k - коэффициент, зависящий от характера груза,

k = 65

y - коэффициент наполнения желоба,

y = 0,4

Сb - коэффициент снижения производительности наклонного конвейера

Сb = 1

Принимаем предварительно диаметр винта 400 мм, тогда , т. е. выполняется требование < 150 мин-1

Примем =103,0 мин-1

Вычислим диаметр винта

Принимаем D = 300 мм.

Мощность на валу электродвигателя

,

где kз - коэффициент запаса, kз = 1,1…1,2;

h - кпд привода, примем h = 0,85;

Lr - горизонтальная проекция пути транспортирования, Lr = L = 35 м (т. к. угол b = 0);

w0 - коэффициент сопротивления движению, w0 = 1,2

Выбираем электродвигатель 4А112М2У3, номинальная мощность 7,5 кВт, синхронная скорость 1000 мин-1, коэффициент скольжения S = 3,2%, т. е. nном = 974 мин-1 (w = 101,95 с-1)

Передаточное число редуктора

выбираем редуктор Ц2-250 для среднего режима работы, передаточное отношение iред = 9,8

Уточним число оборотов винта

,

это меньше 150 мин-1, т. е. удовлетворяет условию.

Крутящий момент на валу электродвигателя

Крутящий момент на валу винта

Действующая на винт осевая сила

,

где r0 - радиус, на котором приложена осевая сила,

r0 = (0,7…0,8)D|2

a - угол подъема винтовой линии

a = 19°49'

g - приведенный угол трения перемещаемого груза о поверхность винта, для муки tgg = f = 0,65

т. е. g = 33°

Литература:

1.  «Расчеты грузоподъемных и транспортирующих машин» Ф. К. Иванченко, В. С. Бондарев.

2.  «Проектирование механических передач» С. А. Чернавский.