Расчет мостового электрического крана

Расчет  мостового электрического крана.

     1.Задание.

       Разработать проект мостового  крана механосборочного цеха  по следующим данным: грузоподъемность  пролет скорости: подъема груза , передвижения крана и передвижения тележки . Режим работы крана – средний, ПВ=25%. Высота подъема груза Род тока – трехфазный, напряжение 380 в. Металлоконструкция моста – двухбалочная, сварная.

     Использование крана по грузоподъемности в течение  цикла работы механизма подъема показано на рис.1.

     

     Механизм  передвижения крана – с раздельным приводом каждой концевой балки.

     При проектировании механизмов максимально  используем унифицированные узлы и  детали. Все зубчатые передачи помещаем в закрытые корпуса. 

     2. Механизм подъема.

     По  аналогии с выполненным современными конструкциями кранов примем схему  механизма подъема по рис.2.

     Электродвигатель  переменного тока соединяется через  вал-вставку с помощью зубчатых муфт с зубчатым цилиндрическим двухступенчатым  редуктором. Редукторная полумуфта  вала-вставки используется как тормозной  шкив нормально-замкнутого электромагнитного колодочного тормоза. Соединение вала редуктора с барабаном производится также зубчатой муфтой, одна из полумуфт которой изготовлена за одно целое с выходным валом редуктора.

     С целью обеспечения строго вертикального  подъема груза и создания неизменной нагрузки на опоры барабана и на ходовые колеса тележки независимо от высоты подъема груза принимается сдвоенный полиспаст (а=2) с кратностью .

     Выбор кратности полиспаста для мостовых кранов, выпускаемых заводами в серийном порядке, основывается на принципе максимальной унификации элементов, из которых состоит механизм крана. При этом с помощью одних м тех же элементов, изменяя кратность полиспаста, можно создать механизм подъема различной грузоподъемности.

     

     2.1. Расчет каната.

     Максимальное  натяжение каната сдвоенного полиспаста при подъеме груза:

                   
здесь - коэффициент, учитывающий потери на блоках. При блоках, установленных на подшипниках качения, .

     Расчет  каната по Правилам Ростехнадзора проводим по формуле:

, 
где - запас прочности, принимаем по Правилам Госгортехнадзора в зависимости от назначения каната и режима работы механизма (см.табл.15) (1); для грузовых канатов при среднем режиме работы ;

      - разрывное усилие каната  в целом, принимаемое по таблицам  ГОСТа;

                       

     По  таблицам на канаты ГОСТа 2688-80 выбираем канат типа ЛК-Р 6×19 диаметром 15 мм, имеющий при расчетном пределе прочности проволоки при растяжении, равном 190 кГ/мм², разрывное усилие .

     Условное  обозначение каната: 12 – 190 – I – ГОСТ 2688-80. Фактический запас прочности:

                               

     2.2. Определение основных  размеров и числа  оборотов барабана.

     Минимально  допускаемый диаметр барабана, измеренный по дну канавки для каната, определяется по формуле:

, 
где - коэффициент, принимаемый по Правилам Госгортехнадзора в зависимости от типа грузоподъемной машины и режима ее работы (табл.16) (1). Для рассматриваемого случая

     Тогда  

                        

     Так как увеличение диаметра барабана приводит к повышению долговечности каната, то примем диаметр барабана по центру наматываемого каната

     Число витков нарезки на одной половине барабана:

                  =

     Длина нарезки на одной половине барабана:

                   
где - шаг нарезки:

                 

     Оставляем на закрепление каната с каждой стороны  барабана расстояние s, равное длине не менее четырех шагов нарезки. При примем s=68мм. Расстояние между правым и левым нарезными полями в средней части барабана примем равным 130 мм. Расстояние между осями ручьев блоков в крюковой обойме принято равным 133мм. Таким образом, размер обеспечивает нормальное набегание каната на барабан даже при самом верхнем положении крюковой обоймы.

     Тогда общая длина барабана:

             

     

     Толщина стенки барабана, выполненного из чугуна СЧ 15-32, определяется из расчета на сжатие (рис.3,а):

           

     Где - допускаемое напряжение сжатия, определенное по зависимости:

                   
здесь - предельное напряжение материала при данном напряженном состоянии; для чугуна за предельное напряжении принимается предел прочности при сжатии ; для чугуна СЧ 15-32  = =650 H/мм².

      - коэффициент запаса прочности,  принимаемый по табл.17(1); для крюковых  кранов  = 4,25.

     Однако  исходя из технологии отливки барабана толщина стенки не должна быть меньше определенной по эмпирической зависимости:

           

     Примем  толщину стенки равной 14мм. Кроме  того, стенка барабана испытывает напряжение изгиба и кручения. Напряжения изгиба имеют максимальное значение при  положении каната около центра барабана. Расчетная схема и эпюры крутящих и изгибающих моментов приведены на рис.3,б:

           

           

     Сложное напряжение от изгиба и кручения:

            = , 
где - коэффициент приведения, учитывающий отношение допускаемого напряжения на изгиб, соответствующего режиму изгибающих нагрузок, к допускаемому напряжению на изгиб, соответствующему режиму крутящих нагрузок; ;

     W – экваториальный момент сопротивления поперечного сечения барабана:

     

     Здесь =380-15=365мм.

           

     Таким образом, напряжения в стенке барабана от изгиба и кручения весьма малы. Основным напряжением, определяющим прочность барабана, является напряжение сжатия.

     Скорость  каната, навиваемого на барабан, при  скорости груза 7,5м/мин:

                       

     Число оборотов барабана в минуту:

                         

     2.3. Выбор электродвигателя  и редуктора.

     Определим статическую мощность двигателя  при подъеме номинального груза:

                 

     Предварительное значение КПД механизма примем равным

     Выбираем  электродвигатель серии МТН, отличающийся высоким классом нагревостойкости изоляции. С учётом коэффициента использования  мощности

     

     

     Выбираем  электродвигатель типа МТН 312-8, ГОСТ185-70, имеющий параметры: ПВ=25%; Кратность максимального момента .

     Общее передаточное число редуктора:

                             

     По  нормали на крановые редукторы типа Ц2 выбираем редуктор Ц2-400, имеющий передаточное число и мощность при и среднем режиме работы. Для механизма подъема расчетный момент, передаваемый редуктором, принимается равным наибольшему статическому моменту при установившемся движении при подъеме, т.е.

     Наибольший  момент, передаваемый редуктором, не должен превышать допустимого момента  :

                  , 
где m – коэффициент пускового момента, принимаемый для среднего режима работы равным 1,6; 

2.4. Определение тормозного момента и выбор тормоза.

      Тормозной момент:

       ;

      где     k— коэффициент   запаса   торможения,   принимаемый   согласно  Правилам Госгортехнадзора для    среднего  режима работы равным 1,75;     

                — статический крутящий момент на тормозном валу при торможении, определенный в предположении равномерного распределения нагрузки между всеми ветвями полиспаста с учетом потерь в механизме, способствующих   удержанию   груза;

                   .

      

      Наибольшее  распространение в краностроении  находят нормальные колодочные тормоза  с электрогидравлическим приводом. Принимаем по нормали тормоз ТКТГ-200 с одноштоковым электрогидравлическим толкателем и с максимальным тормозным моментом

 

      2.5. Крюковая подвеска.

           Крюк подбираем по номинальной  грузоподъемности по ГОСТу 6627—74(2) на крюки однорогие для механизмов  с машинным приводом.     

            Траверсу у крюка рассчитывают  на изгиб .в центральном сечении, ослабленном отверстием под шейку крюка, а цапфу траверсы проверяют по давлению в щеке подвески. Упорный шарикоподшипник крюка подбирают по статической нагрузке, радиальные подшипники блоков подвески — по коэффициенту работоспособности. Этот коэффициент определяется с учетом коэффициента режима работы по приведенной эквивалентной нагрузке, вычисленной с учетом использования крана по грузоподъемности; для механизмов подъему кранов коэффициент безопасности к_б = 1,2. Щеку подвески, изготовленную из листовой стали, рассчитывают на растяжение по сечению, ослабленному отверстием, и проверяют по формуле  Лямэ. 

      2.6. Подшипники оси  барабана.

        Ось барабана установлена на  двух подшипниках, работающих в различных условиях. Учитывая возможность неточности монтажа оси барабана, применяют радиальные, самоустанавливающиеся сферические подшипники.  Оба кольца подшипника,   установленного  внутри  вала   редуктора,   вращаются совместно. Расчет этого подшипника производят по статической нагрузке, равной реакции в опоре оси барабана от номинального груза.

          Подшипник на другом конце  оси барабана рассчитывается  по работоспособности с учетом  переменности  нагрузки. 

2.7. Крепление каната к барабану (рис.4)

     Канат крепится  к барабану прижимной  пленкой с трапецеидальными  канавками,   где   канат   удерживается   силой   трения,   создаваемой   затяжкой   двух болтов М20.

     

     Усилие  натяжения каната в месте крепления:

     

      где -коэффициент трения между канатом и барабаном, принятый равным 0,16;

- угол обхвата барабана дополнительными  витками; принят согласно Правилам   Госгортехнадзора равным   З (полтора   регламентированных дополнительных витка).

        Усилие, растягивающее каждый болт  крепления: