Расчет механизма подъема груза

1 Расчет механизма  подъема груза 

     Выполним  расчет механизма подъема мостового крана при исходных данных: грузоподъемность Q=7 тонн, высота подъема Н=10 метров, скорость подъема груза V_г=15 м/мин, скорость передвижения тележки и кранаV_т= 40 м/мин, пролет = 10 метров, работы тяжелый (ПВ 40 %).

     Механизмов  подъема груза предназначен для  перемещения груза в вертикальном направлении. Он выбирается в зависимости  от грузоподъемности. Привод механизма  подъема и опускания груза  включает в себя лебедку механизма  подъема. Крутящийся момент, создаваемый  электродвигателем передается на редуктор через муфту Редуктор предназначен для уменьшения числа оборотов и  увеличения крутящегося момента  на барабане.

     Выбор схемы подвеса груза. При этом необходимо учитывать, что для крана, имеющего механизм передвижения с канатной тягой, кратность полиспаста должна быть четной. Выбираем кратность полиспаста k_п=2.

     Выбор каната. Барабан предназначен для  преобразования вращательного движения привода в поступательное движение каната.

     Усилие  в канате набегающем на барабан, Н: 

     Где Q=7000 – номинальная грузоподъемность крана, кг;

     z=2 – число полиспастов в системе;

     u_n=2 – кратность полиспаста;

     η_о – общий КПД полиспаста и обводных блоков;

     поскольку обводные блоки отсутствуют, то

     η_о=η_п=(1-n_бл^Uп)/u_п*(1-η_бл)=(1-0,98²)/2*(1-0,98)=0,99

     Расчетное разрывное усилие в канате при  максимальной нагрузке на канат F_к=F_б= Н и k= 6,0

     F≥F_к*k=*6,0=104046 Н

     Где F_к – наибольшее натяжение в канате (без учета динамических нагрузок), Н;

     k – коэффициент запаса прочности (для тяжелого режима работы k=6,0).

     Принимаем канат по ГОСТу 7668 – 80 двойной свивки типа ЛК – РО конструкции 6×36 (1+7+7/7+14)+1 о.с. диаметром 15 мм имеющий при маркировочной группе проволок 1568 Мпа разрывное усилие F=114500 Н.

     Фактический коэффициент запаса прочности:

     k_ф=F/F_б=114500/= 6,6>k=6

     Требуемый диаметр барабана по средней линии  навитого стального каната, мм

     D≥d*e=15*30=450

     Где d – диаметр каната

     e – коэффициент, зависящий от типа машины, привода механизма и режима работы машины механизма.

     Принимаем диаметр барабана D=500 мм.

     Расчет  узла барабана.

     Длина каната навиваемого на барабан с  одного полиспаста при z₁=1,5 и z₂=3, м:

     L_к = Н*U_п+π*D*(z₁+z₂)=10*2+3,14*0,5*(1,5+3)=27

     где: Н – высота поднимаемого груза;

     Uп – кратность полиспаста;

     D – диаметр барабана по средней линии навитого каната;

     z₁ – число запасных (неиспользуемых) витков на барабане до места крепления: (z₁=1,5…2)

     z₂ – число витков каната, находящихся под зажимным устройством на барабане: z₂=3…4.

     Рабочая длина барабана, м:

     Lб=L_k*t/p*m(m*d+D)*j=27*15/3,14*1(1*0,015+0,5)=250

     где:  L_к – длина каната, навиваемого на барабан;

     t – шаг витка;

     m – число слоев навивки;

     d – диаметр каната;

     j - коэффициент не плотности навивки; для гладких барабанов;

     Полная  длина барабана, м:

     L=2Lб+l=2*250+0,2=500,2

     Где l – длина гладкого участка между нарезанными участками, l = 200м.

     Толщина стенки литого чугунного барабана должна быть, м:

     d_min=0,02Dб+(0,006…0,01)=0,02*0,5+0,01=0,02 м

     Принимаем d=15 мм.

     Dб=D – d=0,5 – 0,015=0,485 м.

     Приняв  в качестве материала барабана чугун  марки СЧ 15-32 (d_в=650 Мпа,   [d_сж]=130 Мпа) найдем напряжения сжатия стенки барабана:

     d_сж=Fб/t[d_сж] = 17341/0,015*0,015 = 77,07<130 М

     где: Fб – усилие в канате, Н;

     t – шаг витков каната на барабане, м;

     [d_сж] – допускаемое напряжение сжатия для материала барабана;

     Условие прочности соблюдено, толщина стенки барабана выбрана верно.

     5. Выбор двигателя и редуктора

     Статическая мощность двигателя при h = 0,85, кВт,:

     Pc=Q*g*v_г/10³*h=7000*9,81*0,25/1000*0,85=20 кВт

     где: Q – номинальная грузоподъемность, кг;

     v_г – скорость подъема груза, v_г = 15 м/мин = 0,25 м/с;

     h - КПД механизма

     Выбираем  крановый электродвигатель с фазным ротором MTF – 412 – 8 имеющим номинальную мощность Рном=22 кВт и частоту вращения n=720 мин^-1. Момент инерции ротора Ip=3 кг*м² максимальный пусковой момент двигателя Тmax=900 H*м, диаметр двигателя d=65 мм.

     Время пуска рассчитываем по формуле: 
 

     Номинальный момент двигателя: 
 

     Угловая скорость вала: 
 

     Статистический  момент на валу двигателя: 
 

     Величину  t_п.о определяем по графику при  

     и при 

     Следовательно t_п.о=2

     Общий маховый момент движущихся масс вычисляем  по формуле: 

     Для определения махового момента тормозного шкива (муфты) выбираем муфту с тормозным  шкивом по таблице. Диаметру вала электродвигателя 65 мм соответствует упругая втулочно-пальцевая муфта с вращающим моментом Т_м=2000 Н*м, d=71 мм, =1,06 кг*м².

     Тогда маховый момент .

     Маховый момент груза, приведенный к валу двигателя, определяется по формуле:

     .

     Таким образом, общий маховый момент 

     Время пуска 

     Что согласуется с [t_п]=1…2 с.

     Ускорение груза при запуске 

     Что меньше допустимого значения [а_п]=0,3…0,6 м/с². Следовательно условия пуска выполняется.

     Выбор редуктора. Редуктор выбираем по передаточному  числу и вращающему моменту на тихоходном валу.

     Расчетное передаточное число редуктора 

     Где - частота вращения барабана, .

     Вращающий момент на тихоходном валу редуктора  равен моменту на барабане  

     Выбираем  редуктор Ц₂-300. Передаточное число редуктора u_р=40. Вращающий момент на тихоходном валу Т_н=2,3 кН*м.

     Выбор тормоза. Тормоз устанавливается на быстроходном валу привода. Расчетный  тормозной момент 

     где ,ω_т=ω_дв.- статический тормозной момент от веса груза, приведенный к валу двигателя, β=2-коэффициент запаса торможения для тяжелого режима работы.

     Выбираем  колодочный тормоз с электрогидравлическим толкателем ТКТГ-300М с тормозным шкивом диаметром d=300 мм и тормозным моментом Т_Т=800 Н*м (при тяжелом режиме ПВ = 40 %).

     Подобранный тормоз проверяем по условиям пуска. Время торможения 

     Где ; 
 

     Замедление  

     Что превышает допустимое значение [а_т]=0,3…0,6 м/с². 

     2 Расчет механизма  передвижения грузовой  тележки 

     Найдем  рекомендуемый диаметр ходовых  колес Dк=250 мм.

     Коэффициент качения ходовых колес по рельсам m=0,0006 м. Коэффициент трения в подшипниках качения ходовых колес f=0,02.

     Диаметр вала цапфы ходового колеса, мм:

     D_к=0,2*250=50мм

     Общее сопротивление передвижению крана, Н:

     F_пер=F_тр=k_p(m+Q)g(fd_k+2m)/D_k=2,5(2000+7000)*

     9,81(0,02*0,05+2*0,0006)/0,25=1942 Н

     Статическая мощность привода при h = 0,85, кВт:

     Pc=F_пер*v_пер/10³*h=1942*(40/60)/1000*0,85=1,53 кВт.

     где: F_пер – общее сопротивление передвижению тележки, Н;

     v_пер – скорость передвижения грузовой тележки, v_пер =40м/мин;

     Выбираем  крановый двигатель

     MTF – 012-6 имеющим ПВ=40% номинальную мощность Р= 2,2 кВт и частоту вращения n=890 мин^-1. Момент инерции ротора Ip=0,12 кг*м².

     Номинальный момент на валу двигателя Н*м:

     Т_ном=9550Р/n=9550*2,2/890=23,6

     Частота вращения вращения ходового колеса (мин^-1):

     n_б=60v_пер/p*Dк=60*0,67/3,14*0,25=51,2 об/мин

     где:  v_пер – скорость передвижения тележки м/с;

     Dк – расчетный диаметр колеса, м.

     Требуемое передаточное число привода:

     U=n/n_к=890/51,2=17,4

     Выбираем  редуктор типа ВКУ – 500М передаточное число u_p=20 и Pр=7,6…18,6 кВт.

     Номинальный момент передаваемый муфтой двигателя, Н*м:

     Тм=Тс=F_перD_к/2u_рh=1942*0,25/2*20*0,85=14,3 Н*м

     Расчетный момент для выбора соединительной муфты, Н*м:

     Т_м=Т_м^ном*k₁*k₂=14,3*1,2*1,2=20,6

     Выбираем  втулочно – пальцевую муфту c крутящим моментом 31,5 Н*м с диаметром D=90 мм и моментом инерции муфты,  кг*м²: Iм=0,005

     Фактическая скорость передвижения тележки, м/с:

     v_пер^ф=v_пер*u/u_p=0,67*17,4/20=0,58 – отличается от исходной на допустимую величину.