Проектування під'ємно-транспортних машин

МІНІСТЕРСТВО АГРАРНОЇ ПОЛІТИКИ УКРАЇНИ

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ СІЛЬСЬКОГО ГОСПОДАРСТВА ім. Петра Василенка

КАФЕДРА «ДМ та ПТМ»

КУРСОВИЙ ПРОЕКТ НА ТЕМУ: ПРОЕКТУВАННЯ ПІД`ЄМНО ТРАНСПОРТНИХ МАШИН

Харків 2009 р.

Зміст

Вступ

1. Розрахунок механізму підйому крана

1.1 Вибір типу поліспаста

1.2 Розрахунок і вибір сталевого дротяного каната

1.3 Визначення розмірів барабана

1.4 Визначення товщини стінки барабана

1.5 Визначення вихідних даних до розрахунку привода

1.6 Розрахунок привода

1.7 Вибір редуктора

1.8 Вибір муфти

1.9 Перевірка електродвигуна на перевантаження в період пуску

1.10 Вибір гальма

2. Розрахунок механізму пересування

2.1 Визначаємо найбільше навантаження на одне колесо

2.2 Опір пересуванню коліс по рейках

2.3 Преревірка прискорення візка в період пуску

2.4 Опір пересуванню при гальмуванні кран-балки без вантажу

3. Розрахунок механізму повороту

3.1 Визначаємо навантаження на колону

3.2 Розраховуємо противагу

3.3 Вибираемо підшипник башти крану

3.4 Визначаємо вітрове навантаження

3.5 Вибираємо двигун

3.6 вибираємо муфту

3.7 Вибираємо редуктор

3.8 вибираємо гальмо Список використаних джерел

Вступ Підйомно-транспортні машини, пристрої для переміщення вантажів і людей в вертикальною, горизонтальною і похилою площинах. П. т. м. є основними засобом механізації підйомно-транспортних і навантажувально-розвантажувальних робіт у промисловості, будівництві, на транспорті, у гірській справі і в сільському господарстві. П. т. м. застосовують також для переміщення людей в багатоповерхових житлових, громадських і адміністративних будівлях, шахтах, на станціях метрополітенів і так далі по характеру виконуваних переміщень і призначенню П. т. м. можуть бути умовно розділені на, 5 укрупняють груп: вантажопідйомні машини і механізми, що транспортують машини, машини підвісного однорельсового транспорту, машини підлогового транспорту (у т. ч. безрейковий транспорт) і навантажувально-розвантажувальні машини. П. т. м. можуть бути періодичного .До машин періодичнї дії відносяться прості неприводні вантажопідйомні пристрої: блоки, поліспасти та ін., а також вантажопідйомні машини, головним чином електричні підйомні крани, вантажні і пасажирські ліфти, підйомники. Групу машин безперервного дії складають конвеєри різних типів, у тому числі пасажирські (рухомі тротуари), елеватори, ескалатори і патерностери. До машинам однорельсового транспорту відносяться електричні і пневматичні, підвісні електротягачі, электроі автовізки. Представники машин підлогового транспорту — автоі електронавантажувачі, электро-штабелери та ін. Навантажувально-розвантажувальні машини бувають як періодичної дії (одноковшові навантажувачі, автомобилеразгрузчики і вагоноопрокидувачі, інерційні розвантажувачі, розвантажувальні машини скребкового типу), так і безперервної дії (багатоковшові навантажувачі, пневморазгрузчики). П. -т. м. можуть мати електричний, гідравлічний, пневматичний привід або отримувати енергію від двигуна внутрішнього згорання. Знаходять застосування також електричні лінійні двигуни (головним чином асинхронні), дозволяючі здійснювати безпосереднє з'єднання двигуна з машиною (без проміжної механічної передачі). Розвиток П. т. м. пов’язане з розробкою конструкцій підвищеній надійності, що мають високі технічними параметрами, з одночасним зниженням металло энергоємності, а також із створенням комплексів машин, що поєднують функції машин періодичного і безперервної дії, маніпуляторів і машин-роботів (П. -т. м. з програмним управлінням), що виконують різні операції в важкодоступних місцях, в небезпечних для здоров’я людей умовах і тому подібне. Прикладом комплексного підйомно-транспортного споруди являється підвісна канатна дорога, в яку входять механічне і електричне устаткування кінцевих і проміжних станцій і рейкових шляхів, рухомий склад (вагонетки), тягові і несучі канати, механічне устаткування лінійних опор, будівельні спорудження (будівлі станцій, лінійні опори, запобіжні мости і ін.). Комплексами є та ін. установки, складові основу конвеєрного транспорту (стрічкові і канатно-стрічкові конвеєри), канатно-підвісного, однорельсового, пневмокапсульного транспорту.

1. Розрахунок механізму підйому крана

Вихідні дані:

1. Вантажопідйомність — Q = 2400 кг.

2. Швидкість підйому вантажу — Vгр= 0,30

3. Висота підйому вантажу — H = 5.2 м

4. Режим роботи — ТВ =25% (ТВ — тривалість включень)

1.1 Вибір типу поліспаста Тому що канат навивається в стрілових кранах не безпосередньо на барабан, а через напрямні блоки, то приймаємо простий поліспаст із передаточним числом u = 2 (кратність поліспаста).

1.2 Розрахунок і вибір сталевого дротяного каната

Канат вибирається по руйнівному навантаженню:

де: — найбільше зусилля в вітці каната, що навивається на барабан, визначається по формулі;

Kкоефіцієнт запасу міцності каната, (табл. 1);

= дійсне розривне зусилля каната в цілому, що приводиться в таблицях, по яких підбирається діаметр каната (таблиця Д. 1 [1]).

Таблиця 1.

де: Q — номінальна вантажопідйомність в кг,

u — кратність поліспаста;

z — число канатів, що підводяться до барабана;

збл — ККД одного блоку;

збл = 0,94−0,96 — для блоків на підшипниках ковзання;

збл = 0,9−0,98 — для блоків на підшипниках кочення;

зп — ККД поліспаста (0,96);

t — кількість обвідних блоків.

Вказівка:

а) для механізмів підйому вантажу стрілових кранів: рекомендується до застосування канати типу ЛК-Р 6Ч19 за ГОСТ 2688–80 і одношаровій навивці, і нарізних барабанів типу ЛК-О 6Ч19 ГОСТ 3077–80 при багатошаровій навивці;

б) розрахункова границя міцності каната при розтяганні увр рекомендується приймати рівним 1500…1800Н/мм2.

Для обраного каната записуються наступні дані (таблиця Д. 1 [1]):

а) тип каната — ЛК-Р ГОСТ 2688–80;

б) межа міцності дротів увр = 1700 Н/мм2;

в) дійсне розривне зусилля [Fр] = 34 800 Н;

г) діаметр каната dк = 8.3 мм.

1.3 Визначення розмірів барабана

1. Розрахунковий діаметр барабана визначається залежністю:

де: -коефіцієнт кратності, що залежить від типу крана й режиму роботи механізму, його значення вибирається по табл. 2.

Таблиця 2

Значення коефіцієнта кратності е

Тому що збільшення барабана приводить до підвищення довговічності каната, то приймаємо діаметр барабана по центрі намотуваного каната

Діаметр блоків приймаємо

2. Визначення довжини барабана.

При одношаровій навивці каната на барабан, довжина барабана визначається по формулі:

де: — робоча довжина барабана, м;

— довжина ділянки барабана для кріплення каната на барабані, м;

— довжина гладкої частини барабана, розташована між нарізками, 0 — при одинарному барабані.

— число додаткових (запасних) витків, що залишаються на барабані й розвантажують кріплення каната;

— крок нарiзки барабана;

1.4 Визначення товщини стінки барабана

Стінки барабана випробовують складну напругу стиску, крутіння й вигину.

Товщина стінки барабана із сірого чавуну визначається по формулі:

— обовґязково>8ММмiнiмальний зазор у який можна вiдлити чавун.

У випадку якщо lб<3Dб барабан перевіряється тільки на стиск, якщо lб>3Dб те перевіряється на стиск, згин і кручення.

Таким чином умова міцності виконується.

1.5 Визначення вихідних даних до розрахунку привода

1. Обертальний момент:

2. Потужність на валу барабана:

де — колова швидкість барабана:

3. Частота обертання:

1.6 Розрахунок привода

1. Попередній вибір двигуна.

У кранових механізмах використаються спеціальні кранові двигуни (короткозамкнені з підвищеним пусковим моментом). Кранові двигуни працюють повторно-короткочасному режимі - самому несприятливому для двигуна. Позначення таких двигунів починається з М (МТК, MTF, MTV, MTKF).

Потужність двигуна вибираємо з урахуванням режиму роботи (ТВ%)

По каталогу (табл. Д. 6 [1]) при ТВ=25% орієнтовно приймаємо електродвигун MTKF 211−6:

потужністю Рн=9квт;

частотою обертання nдв=915хв-1.

2. Попереднє передаточне відношення, склад і ККД привода.

По даному передаточному відношенню до складу привода включаємо двоступінчастий циліндричний редуктор (якщо i<6 те одноступінчастий).

У цьому ККД привода складе:

— ККД швидкохідного та тихохідного ступеня редуктора;

3. Остаточний вибір двигуна.

Необхідна потужність двигуна:

По отриманій необхідній потужності вибираємо крановий електродвигун (табл. Д. 6 [1]) MTKF 211−6 із трифазним номінальною потужністю (при ТВ=25%);

частотою обертання;

номінальний пусковий момент []=205 Нм;

пусковий момент []=210 Нм

момент інерції ротора =0,11 кг· м2

Дійсне передаточне відношення привода:

Кутова швидкість обертання ротора

1.7 Вибір редуктора

Редуктор вибирають:

а) по передаточному числу (по виконанню);

б) по типу;

в) по навантаженню, що передається (по габаритах).

По типу в кранових механізмах застосовують редуктори двоступінчасті (рідше одноступінчасті) циліндричні типу РМ або Ц1, Ц2.

Приймаємо редуктор (табл. Д. 9 [1]) з передаточним числом 12,75 типорозмір Ц2−250 (250- сумарна міжосьова відстань 500мм).

Умовне позначення редуктора: Ц2−250−12,75

У якого:

— при частоті обертання швидкохідного вала n1=840хв-1;

— потужність на швидкохідному валу Р1=19квт.

1.8 Вибір муфти

Муфта вибирається по розрахунковому обертальному моменту:

каталог

де: — коефіцієнт відповідальності муфти, для кранових механізмів k1 = 1,3;

— коефіцієнт режиму роботи, визначається по таблиці 3.

Таблиця 3

Tобертальний момент на з'єднуваних валах

1. Вибір муфти на швидкохідному валу.

=42,28Hм

Розрахунковий момент на швидкохідному валу

=65,95

По цьому моменті на валу електродвигуна вибираємо муфту (табл. Д. 31 [1]) компенсуючу із пружним елементом МУВП-1 (МУВП — муфта пружна втулочно-пальцева).

— Момент по каталозі [ ] =500 Нм

— Діаметр гальмового шківа

— Момент інерції муфти

2. Вибір муфти на тихохідному валу.

Приймаємо муфту зубчасту МЗ-2 (табл. Д32 [1]), у якої максимальний переданий момент по каталогу []=1600 Нм.

1.9 Перевірка електродвигуна на перевантаження в період пуску

Електродвигуни перевіряють на перевантаження за умовою:

де: — розрахунковий коефіцієнт перевантаження двигуна;

— розрахунковий пусковий і розрахунковий номінальний момент на валу двигуна, Нм;

— допустимий коефіцієнт перевантаження двигуна;

— пусковий і номінальний моменти обраного по каталогу двигуна.

де — статичний момент від вантажу та сил опору привода, приведених до вала двигуна;

— моменти інерційних сил відповідно від мас, що рухаються поступально та обертаються, приведених до вала двигуна.

де — ККД механізму підйому

— час пуску електродвигуна, для орієнтовного розрахунку можна прийняти по емпіричній залежності:

де: I — момент інерції мас, що обертаються на першому валу.

(по каталогу, при виборі електродвигуна);

Таким чином, двигун перевантаження витримує.

1.10 Вибір гальма

Гальмо вибирається по необхідному гальмівному моменту, величина якого визначається з умови утримання вантажу у висячому положенні по наступній формулі:

де коефіцієнт запасу гальмування

статичний момент від вантажу і сил опору в період гальмування, приведений до вала двигуна, Нм

По необхідному гальмівному моменті по каталогу (табл. Д. 34 [1]) вибираємо гальмо ТКТ-200 у якого найбільший гальмівний момент [Тт]кат=160 Нм, діаметр гальмівного шківа 200 мм, що відповідає діаметру гальмівного шківа муфти МУВП-1.

2. Розрахунок механізму пересування

2.1 Визначаємо найбільше навантаження на одне колесо:

де Q — маса вантажу;

маса візка ;

масакрану;

кількість ходових коліс візка;

Вибираємо стальне одноребордне колесо діаметром D=160мм з шириною ободу В=70мм і рейку Р-8.

Ширина рейки згідно з рекомендаціями:

кран балка вантаж механізм

Перевіряємо колесо на питомий тиск:

де — коефіцієнт впливу швидкості;

D — діаметр колеса;

— ширина рейки;

В — ширина ободу колеса;

— дотичний питомий тиск, 5…6МПа для стальних коліс.

Умова по питомому тиску і відповідно по зношуванню поверхні колеса та рейки виконується.

2.2 Опір пересуванню коліс по рейках

Визначаємо опір від сил тертя.

Коефіцієнт тертя кочення коліс по рейках з скругленою поверхнею

Коефіцієнт тертя в цапфі на підшипниках кочення .

де коефіцієнт, що враховує додатковий опір від тертя реборд і торців коліс, на підшипниках ковзання на підшипниках кочення

коефіцієнт тертя у підшипниках букси: для підшипників ковзання

для підшипників кочення

— коефіцієнт тертя кочення (плече реактивної сили).

Опір від нахилу підкранових рейок.

де — допустимий кут нахилу підкранової колії: для електро-талів і кран-балок, для мостових кранів, для візків

Загальний статичний опір пересуванню візка.

Опір від сили вітру

При переміщенні вильоту з допомогою переміщення візка по направляючим балкам з допомогою тягового каната зусилля в цьому канаті,

де супротив від тертя при переміщенні візка.

сила інерції, яка з’являєтся при повороті крана

Q — номінальна вантажо підьомність;

маса візка;

різниця в натягу грузових канатів;

ККД канатного блоку;

Z — кількість гілок каната в системі грузового поліспаста;

супротив від провисання холостої гілки канату Н;

погонна маса холостої гілки канату, кг/м;

— довжина холостої гілки тягового канату м;

3. Вибір електродвигуна, з'єднувальних муфт і редуктора

Статична потужність двигуна, при ККД приводу .

Вибираємо крановий електродвигун типу MTF011−6, який має потужність P=1.7кВт при ПВ=25% і частоту обертання об/хв.

Момент інерції ротора найбільший момент

Частота обертання ходового колеса:

Необхідне передаточне число редуктора:

Вибираємо редуктор ВК-475 з передаточним числом і потужністю

Фактична швидкість пересування:

Статичний момент на валу лебыдки;

Вибору Розрахунковий момент для зубчастих муфт трансмісійного валу Вибираємо зубчасту муфту МЗП-І з допустимим крутним моментом

2.3 Преревірка прискорення візка в період пуску Номінальний момент електродвигуна Найбільша кратність пускового моменту:

Середнєпусковий момент електродвигуна.

Кутова швидкість електродвигуна:

Тривалість пуску електродвигуна:

Середне прискорення візка з вантажем при пуску;

де фактична швидкість пересування;

рекомендоване найбільше прискорення;

тривалість пуску механізму;

Вибір гальма.

Тривалість гальмування візка;

2.4 Опір пересуванню при гальмуванні кран-балки без вантажу:

Момент від статичних навантажень на гальмівному валу з урахуванням нахилу рейкової колії

де допустимий нахил рейок.

Момент сил інерції при гальмуванні кран-балки без вантажу:

Розрахунковий гальмівний момент на валу гальма:

Вибираємо гальмо ТКГ 200/100 з діаметром гальмівного шківа і найбільший гальмівний момент при ПВ=25%. Гальмо треба відрегулювати на момент

3. Розрахунок механізму повороту Розрахунок механізму повороту консольного крану на нерухомій колоні з візком.

Вантажопідйомність крана Q=2.4т, найбільший виліт вантажу ,

Висота підйому 5,2 м, частота обертання. Режим роботи середній, ПВ=25%.

За даними табл. Д45 визначаємо найбільш допустиму конструктивнувагу крана, висота крану, максимально допустимий згинальний момент що діє на колону, допустиме вертикальне навантаження .

3.1 Визначаємо навантаження на колону За найбільшою конструктивною масою крана визначаємо загальну масу поворотної частини, до якої входить маса візка і маса противаги.

де — маса крана ГОСТ 19 811–90 (табл. Д45).

За рекомендаціями (п. 5.4) визначаємо відстань від осі крана до центра ваги поворотної частини та відстань між опорами де Q — e тонах

— e метрах.

Визначаємо найбільший згинальний момент, що діє на конструкцію крана при відсутності противаги Необхідно застосувати проти вагку.

Вертикальне навантаження на фундамент, де — за табл. Д45.

Вертикальне навантаження у межах допустимого.

3.2 Розраховуємо противагу Визначаємо масу противаги і попередню відстань її від осі обертання, ф.5,78

де

Маса поворотної частини крана без візка і противаги, Визначаємо остаточне плече противаги, Призначаємо конструктивний розмір

Згинальний момент на конструкцію крана за остаточним розподіленням мас де — найбільший допустимий момент на конструкцію за табл. Д45.

118кНм=200кНм Визначаємо діаметр несучої стійки колони у небезпечному перерізі

де згинальний момент,

найбільше допустиме напруження згину для сталі 5 і сталі 45 (т.зв. осьові сталі) при пульсуючому циклі зміни напружень Приймаємо посадочні діаметри стійки під підшипники

Горизонтальна реакція в опорах, А і В Відношення Згідно з даними обертання буде легким, зведений коефіцієнт тертя в опорах можна прийняти .

3.3 Вибираемо підшипник башти крану Вертикальна реакція в опорі С За вертикальним навантаженням вибираємо упорний, однорядний кульовий підшипник легкої серії № 8216 ГОСТ 6874–75, який має внутрішній діаметр d=80мм, зовнішній — D=115мм і допустиме осьове навантаження

За відношенням обертання підшипника буде легким, ѓ=0.015.

Середні розрахункові діаметри підшипникових опор Сумарний момент сил тертя в опорах поворотної частини крана

3.4 Визначаємо вітрове навантаження Розподілене вітрове навантаження на елементи крана у робочому стані

де: q=125 Па динамічний тиск вітру;

k — коефіцієнт, що враховує підвищення тиску залежно від висоти розташування елементів машини. При висоті до 10 м k=1;

c — коефіцієнт аеродинамічної сили: для вантажів, прямокутних кабін, коробчастих конструкцій с=1,2; для металоконструкцій з труб та кутків с=0,7…1,4; для плоских форм с=1,1…1,9;

n — коефіцієнт перевантаження: n=1 для навантажень робочого стану, n=1,1 для навантажень не робочого стану, n=0,7 при визначенні потужності двигунів механізмів.

Вітрове навантаження на консоль Для противаги 3,7т

Загальний момент від дії вітрових сил на поворотну частину крана у робочому стані

Розподілене вітрове навантаження на вантаж Момент від сил вітру, що діють на вантаж масою де розподілене вітрове навантаження на вантаж;

умовна площа вантажу Загальний момент від дії вітрових сил у робочому стані крана Момент опору від нахилу фундаменту де допустимий нахил опорної площадки, Сумарний статичний момент відносно осі обертання крана Визначаємо приблизне значення моменту інерції крана відносно осі його обертання Де коефіцієнт, який враховує вплив обертових мас приводу

кутова швидкість крана,

тривалість пуску приводу механізму повороту, для попередніх розрахунків.

Приймаємо тривалість пуску

Момент сил інерції відносно осі обертання крана при:

де приблизне значення моменту інерції крана, для попереднього розрахунку Загальний пусковий момент відносно осі обертання крана Пускова потужність при обертанні відносно осі обертання крана Намічаємо привод механізму, що складається з черв’ячного редуктора з запобіжною муфтою та двоступінчастої циліндричної зубчастої передачі.

Ккд приводу дорівнює

3.5 Вибираємо двигун Необхідна потужність двигуна серії МТF зурахуванням допустимого навантаження

Вибираємо електродвигун з фазовим ротором серії MTF 0,11−6, який має номінальну потужність при ПВ=25% частоту обертання максимальний момент момент інерції ротора

Кутова швидкість:

Номінальний момент на валу двигуна:

Передаточне число приводу механізму повороту:

Приймаємо передаточне число черв’ячного редуктора. Загальне передаточне чило двоступінчатої відкритої зубчастої передачі

Зведений статичний момент на валу двигуна

3.6 вибираємо муфту Найбільший момент, що передає моторна муфта За моментом вибираємо муфту МПВП-І, яка передає момент і має гальмівний шків діаметром. Момент ынерцыъ муфти

Зведений до валу двигуна момент інерції поворотної частини крана Сумарний зведений до валу момент інерції обертових мас крана і приводу Визначаємо середнє пусковий момент двигуна, приймаючи

Уточнюємо тривалість пуску механізму Тривалість пуску у межах допустимого

3.7 Вибираємо редуктор Розрахунковий граничний момент вимикання запобіжної муфти вибираємо черв’ячний редуктор, який має міжосьову відстань А=150мм, максимальний момент на вихідному валу

Перевіряємо двигун на надійність розгону, Визначаємо тривалість гальмування Допустимі кути повороту у період несталого руху за правилами ДТН Приймаємо

Момент сил інерції на валу гальма (двигуна) при гальмуванні поворотної частини крана з вантажем

3.8 вибираємо гальмо Момент статичного опору на валу гальма Необхідний гальмівний момент Вибираємо гальмо ТКГ-200/100, яке має при ТВ=25% набільший гальмівний момент і встановлюється на гальмівний шків діаметром ротора Гальмо необхідно відрегулювати на робочий гальмівний момент

Список використаних джерел

1. Л.М. Тіщенко, В.О. Білостоцький. Проектування вантажопідйомних машин та навантажувачів. — Харків, 2003, — 406 стор.

2. А. В. Кузьмин, Ф. Л. Марон. Справочник по расчетам механизмов подъемно-транспортных машин. Мински 1983