Курсовая работа: Кран полукозловой электрический

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине “Основы проектирования”

на тему: “Кран полукозловой электрический”

• 1. Исходные данные

1. Кран установлен на открытом складе;

2. Назначение крана - обслуживание открытого склада;

3. Питание двигателей крана - переменным 3-х фазным током;

4. Режим работы механизмов: подъема - 25%, передвижения - 25%;

5. Грузоподъемность - 5 т.с.;

6. Высота подъема груза - 10 м;

7. Пролет крана - 14 м;

8. Скорости механизма подъема - 10 м/мин;

9. Скорость механизма передвижения крана - 100 м/мин.

2. Механизм подъема

2.1 Выбор полиспаста

Принимаем сдвоенный двукратный полиспаст.

Определение коэффициента полезного действия полиспаста:

где K - кратность полиспаста, K = 2;

з_бл - КПД блока с подшипниками качения, з_бл = 0,98.

2.2 Выбор крюковой подвески

Выбираем крюковую подвеску грузоподъемностью 5 т, массой 61,3 кг 2-5-336 по ОСТ 24.191.08-81.

2.3 Выбор типа гибкого органа

Максимальное статическое усилие в канате, Н:

где G - номинальная грузоподъемность, G = 49650 Н:

з_п - КПД полиспаста, з_п = 0,98.

При выборе типоразмера каната должно быть соблюдено условие: произведение максимального статического усилия в канате на коэффициент использования каната (коэффициент запаса прочности) не должно превышать разрывного усилия каната в целом.

где [S] - коэффициент запаса прочности, [S] = 5,5 при режиме работы 4М.

Выбираем канат ЛК-РО 13-Г-1-О-Н-1372 ГОСТ 2668-80.

2.4 Расчет барабана

Минимальные диаметры барабанов, блоков и уравнительных блоков, огибаемых стальными канатами, определяются по формулам:

принимаем

принимаем

принимаем

Полученные значения округляем в большую сторону до стандартного значения из нормального ряда диаметров.

Длина барабана:

где p - шаг нарезки барабана, p = 16 мм.

Длина гладкого среднего участка l₀ должна быть выбрана так, чтобы угол отклонения от вертикали наматываемой на барабан ветви каната не превышал 6° при верхнем положении подвески.

Величина l₀ может быть определена из соотношения:

где B_н - расстояние между осями наружным блоков крюковой подвески, B_н = 56 мм.

h_min ? 3D_б - минимальное расстояние между осью блоков крюковой подвески, h_min = 960 мм.

56?l_o258

Из данного соотношения принимаю l₀ = 100 мм.

Рабочая длина нарезанного участка барабана (для одинарного полиспаста для одной набегающей ветви:

Материал корпуса барабана принимаем Сталь 20.

Толщину стенки стальных литых барабанов для предварительных расчетов принимаем:

Проверка на сжатие толщины стенки при :

2.5 Расчет крепления каната к барабану

Крепление конца каната к барабану преимущественно осуществляется с помощью планок, прижимающих канат к барабану. Вследствие наличия регламентированных нормами полутора дополнительных витков натяжение каната в месте его крепления к барабану S_закр уменьшается не менее, чем в 2 раза и равно:

где f = 0,1 - минимальное значение коэффициента трения между канатом и барабаном;

б = 3р - угол обхвата барабана неприкосновенными витками каната (при б = 3р = 540°, e^fб = 2,57).

Размеры винтов крепления прижимных планок принимают по диаметру отверстия в прижимной планке, выбираемой по нормали на прижимные планки по диаметру каната. Необходимое усилие нажатия планки на канат в месте крепления к барабану (усилие затяжки болтов):

где K - коэффициент запаса надежности крепления каната, K = 0,85;

C - коэффициент сопротивления выскальзыванию каната из под планки с полукруглыми канавками, C = 0,35.

Необходимое число болтов крепления:

где d₁ - внутренний диаметр резьбы винта, d₁ = 13 мм.

[у]_p - допускаемое напряжение растяжения винта, определяемое при коэффициенте запаса прочности, равном 2,5. Число витков в креплении должно быть не менее двух.

Предел текучести материала винта Сталь 20:

По требованиям Госгортехнадзора принимаем количество планок равное 2.

2.6 Определение расчетной мощности двигателя и его выбор

Определение общего передаточного числа и подбор редуктора.

где G - номинальная грузоподъемность, G = 49650 Н;

х_гр - скорость груза, х_гр = 0,17 м/с²;

з_o - общий КПД механизма подъема, предварительно принимаем з_o=0,9.

Выбираем электродвигатель MTF 211-6.

Характеристики электродвигателя:

з = 77%;

Т_max = 191 Н·м;

I_д = 0,115 кг·м²;

m = 120 кг;

n_дв = 915 об/мин;

P_ном = 9 кВт.

Частота вращение барабана n_б, об/мин, равна:

Передаточное число редуктора:

Крутящий момент на валу двигателя:

Мощность на выходном валу редуктора:

где з_р - КПД редуктора, з_р = 0,95.

Крутящий момент на выходном валу редуктора

Выбираем редуктор Ц2-350: =40мм, =6,3кН

2.7 Проверка выбранного двигателя на разгон, нагрев и кратковременную перегрузку

Время пуска:

где G - масса груза и подвески;

T^п_ср - средний пусковой момент двигателя, Н·м. Для двигателей трехфазного тока с фазным ротором

;

T_с - статический момент, развиваемый двигателем при установившемся движении и подъеме номинального груза:

где m - число концов контакта навиваемых на барабан, m = 2;

I - момент инерции ротора и муфты, I = I_р + I_м = 0,115 + 0,24 = 0,355 кг·м²;

Проверку на разгон можно считать законченной, если выполняется условие:

Проверка двигателя на нагрев по условию P_дв ? P_нагр25,

где P_дв - номинальная мощность выбранного двигателя при ПВ = 25%;

P_нагр25 - эквивалентная номинальная мощность двигателя при ПВ = 25%;

где г - коэффициент эквивалентной мощности рабочей части цикла, г = 1ч1,1 для механизмов подъема монтажных кранов.

K - коэффициент режима работы, при режиме работы 4М, K = 0,75.

2.8 Определение расчетного тормозного момента, выбор тормоза и муфты с тормозным шкивом, проверка тормоза на время торможения

Тормоз подбирают по тормозному моменту М_т, необходимому для удержания неподвижно висящего груза с коэффициентом запаса торможения K_т:

где K_т = 1,5 для группы режима 4М согласно правилам Госгортехнадзора.

Время торможения

? []=0.6

2.9 Выбор муфты и тормоза

Муфты выбирают в зависимости от передаваемого вращающего момента и условий работы по формуле:

где T_р - расчетный крутящий момент;

К - коэффициент запаса прочности;

T_K - действующий крутящий момент, T_K = 90,5 Н·м;

[T_K] - допускаемый (табличный) крутящий момент, которая способна передать муфта.

где K₁ - коэффициент, учитывающий степень ответственности соединения/для нормальных условий работы/исключая экстремальные, K₁ = 1;

K₂ - коэффициент режима работы: при режиме работы 4М K₂ = 1,1;

K₃ - коэффициент углового смещения, который должен учитываться в соответствии с ГОСТ 5006-83 при выборе зубчатых муфт: при угле перекоса вала в градусах, равном 0,5° - K₃ = 1,25.

Выбираем тормоз ТКТ-200.

Принимаем =110 Нм

Выбираем муфту с тормозным шкивом ОСТ 24.848.03-79.

=160 Нм

полиспаст кран двигатель редуктор

3. Механизм передвижения крана

3.1 Определение статических нагрузок на ходовые колеса

Рис. 8. Схема нагружения.

При грузоподъемности Q = 5 т расстояние l₁ = 1 м, l₁ = 0,8 м.

Конструктивная масса крана m_кр = 7800 кг по ГОСТ 25711-83.

Вес крана:

Вес тележки при режиме работы 4М принимаем:

Так как тележка имеет один механизм подъема принимаем наименьшее значение числового коэффициента.

Вес моста крана равен:

Определение нагрузок на ходовые колеса крана:

3.2 Выбор колес

При грузоподъемности ниже 80 т принимаем число ходовых колес 4.

Зная максимальную статическую нагрузку на одно колесо, выбираем колесо по условию:

Для группы режима работы 4М и скорости движения крана 1,67 м/с выбираем больший диаметр колеса и больший типоразмер рельса.

Выбираем колесо диаметром 400 мм и типоразмер рельса с выпуклой головкой Р43 ГОСТ 7173-54.

3.3 Определение сопротивлений передвижению крана

Полное сопротивление W передвижению крана в период разгона, приведенное к ободу колеса:

где W_тр - сопротивление, создаваемое силами трения:

где м - коэффициент трения качения колеса по рельсу, м = 0,6 мм;

f - приведенный коэффициент трения скольжения в шариковых подшипниках колес, f - 0,015;

k_доп - коэффициент дополнительных сопротивлений, определяемых в основным трением реборд о головку рельса и трением элементов токосъемного устройства, k_доп = 1,1.

d_ц - диаметр цапфы предварительно принимаем

W_у - сопротивление, создаваемое уклоном:

где б - уклон рельсового пути, б = 0,001.

W_п - сопротивление, создаваемое ветром рабочего состояния, определяют по нормам ГОСТ 1451-77.

Динамическое давление ветра:

где с - плотность воздуха, с = 1,225 кг/м³;

х - скорость ветра, х = 14 м/с.

Распределенная ветровая нагрузка p на единицу расчетной площади элемента конструкции или груза в данной зоне:

где k - коэффициент, учитывающий изменение динамического давления по высоте, k = 1;

c - коэффициент аэродинамической силы, c = 1,2;

n - коэффициент перегрузки, n = 1.

где А - расчетная площадь, А = 7,1 м².

W_ин - сопротивление, создаваемое силами инерции.

где д - коэффициент, учитывающий инерцию вращающихся частей механизма, при скорости передвижения больше 1 м/с д = 1,15;

m_пост - масса поступательно движущегося объекта, m_пост = 7800 кг;

a - ускорение при разгоне, a = 0,15 м/с².

W_гиб - сопротивление, создаваемое раскачиванием груза.

3.4 Выбор двигателя

где з_м - КПД механизма, предварительно принимаем з_м = 0,85;

ц_ср.п - кратность среднепускового момента двигателя по отношению к номинальному, для асинхронных двигателей с фазным ротором (MTF, MTH), принимаем ц_ср.п = 1,5.

Выбираем электродвигатель MTF 112-6, P_дв = 5,8 кВт, n = 915 мин^-1, =35мм

3.5 Выбор редуктора

Необходимое передаточное число редуктора:

Максимальный момент на тихоходном валу редуктора:

Принимаем редуктор Ц3вк-160, U_р = 12,5,Т_ном = 1000 Нм.

3.6 Выбор тормоза

Расчетный тормозной момент механизма при работе крана на открытом воздухе и отсутствии противоугонных устройств:

где k_зап - коэффициент запаса торможения, k_зап = 1,2;

T_{в 0 нер} - момент ветровой нагрузки нерабочего состояния W_{в 0 нер}, действующей на кран, приведенный к валу, на котором установлен тормоз:

где r_к - радиус колеса, r_к = 0,2 м;

з_к-т - КПД механизма на участке кинематической цепи “приводное колесо - тормоз”, з_к-т = 0,92;

Т_{у 0} - момент, создаваемый уклоном:

Т_{тр 0} - момент, создаваемый уклоном:

Расчетный тормозной момент тормоза T_т.р.:

где z_т - число тормозов в механизме, z_т = 1.

Выбираем тормоз ТКГ-200,=160

Тормоз отрегулирован на =65

3.7 Проверка двигателя на время разгона

где щ_дв - угловая скорость двигателя:

T_п.ср - среднепусковой момент двигателя:

T_ст.р - момент статических сопротивлений при разгоне, приведенный к валу двигателя:

где W_ст - статические сопротивления от трения, уклона и ветра:

где J_вр - момент инерции при разгоне всех вращающихся частей механизма, приведенный к валу двигателя:

где г - коэффициент учета инерции вращающихся масс, расположенных на втором, третьем и последующих валах механизма, г = 1,2;

J₁ - момент инерции вращающихся масс на первом валу, равный сумме моментов инерции ротора двигателя и муфты:

где о_т.ш. - коэффициент, учитывающий распределенность массы шкива (коэффициент приведения геометрического радиуса вращения к радиусу инерции), о_т.ш. = 0,6;

m_т.ш. - масса тормозного шкива, m_т.ш. = 43 кг;

r_т.ш. - радиус тормозного шкива, r_т.ш. = 0,15 м.

J_пост.р - момент инерции при разгоне поступательно движущихся частей механизма и груза, приведенный к валу двигателя:

3.8 Проверка двигателя на время торможения

Проверка производится для случая, когда кран нагружен, а ветер и уклон способствуют движению. Время торможения должно быть равно примерно времени разгона:

где J_мех.т - момент инерции всех движущихся масс механизма и поступательно движущихся объектов при торможении, приведенный к первому валу механизма:

Т_ст.т - момент статических сопротивлений при торможении, приведенный к первому валу механизма:

Отрицательное значение статического сопротивления при торможении означает его противоположное направление.

Библиографический список

1. Александров М.П. Грузоподъемные машины, изд.: МГТУ им. Н.Э. Баумана - Высшая школа, 2000 - 552с.