Материал: Проектирование настенного поворотного крана по заданной схеме

Расчет привода конвейера (в данном случае пластинчатого) начинают с выбора электродвигателя. Двигатель выбирают исходя из требуемой мощности. Для нахождения требуемой мощности на приводной звездочке определяют тяговое усилие W₀(или, что то же самое, окружное усилие) на нем.

W₀ = S_нб-S_сб + ω_об(S_нб + S_сб),….(4.1)

где ω_об = 0,04 обобщенный коэффициент сопротивления движении, который учитывает сумму всех потерь на приводном элементе (потери от очистительных устройств, уплотнений, в опорах, от изгиба тягового элемента и т.д.).

W₀ = 18961,8 - 1500 + 0,04(18961,8 + 1500) = 18280,2 Н

Требуемая мощность двигателя:

 (4.2)

где k_зап = 1,15 - коэффициент запаса мощности (k_зап = 1,15…1,2);

η₀ = 0,8 - КПД привода.

Полученное значение мощности необходимо для выбора из справочников, каталогов, ГОСТ(ов) электродвигателя ближайшей большей мощности.

При выборе двигателя, следует учитывать рекомендации и опыт эксплуатации, которые могут быть сведены к следующим положениям.

Для приводов цепных конвейеров хорошо зарекомендовали себя асинхронные двигатели серии 4А-С с короткозамкнутым ротором и повышенным скольжением, а так же серии 4А-Р с повышенным пусковым моментом.

Еще одним немаловажным условием выбора электродвигателя является условие обеспечения двигателем пускового момента М_ПУС. В период пуска двигатель преодолевает статическое пусковое усилие W_СТПУСотличное от статического усилия установившегося режима работы. Обусловлено это отличие повышенным сопротивлением сил трения. Кроме того, процесс пуска затрудняется и действием динамического усилия при пуске, причиной которого являются инерционные свойства перемещаемых масс m_ПУС, J_ПР, максимального ускорения тягового элемента а_ПУСв период пуска и максимального углового ускорения вала двигателя ε_max.

Мощность двигателя в период установившегося движения:

….(4.3)

где υ_max - максимальная скорость цепи;

η₀ - КПД привода;

z_ц = 2 - число цепей конвейера.

 (4.4)

Мощность двигателя в период его пуска:

 (4.5)

где Fп - тяговое усилие ведущей звездочки.

_п = S_нб-S_сб+F_ин, ….(4.6)

где Fин - инерционное усилие, возникающее в период пуска конвейера.

….(4.7)

Установочная мощность:

F_п = 18961,8-1500+19240 = 36,7 кН

Установочная мощность:

Р_уст = 1,3·Р_ст+0,7 (4.8)

Р_уст = 1,3·6,97+0,7 = 9,76 кВт

По значению установочной мощности Р_уст принятасинхронный электродвигатель серии 4А.

На рисунке 4.2 представлены эскиз и главные габаритные размеры асинхронных двигателей серии 4А.

На рисунке 4.3 представлен внешний вид электродвигателя серии 4А.

Рисунок 4.2 Эскиз и главные размеры асинхронных двигателей серии 4А

Рисунок 4.3 Внешний вид электродвигателя серии 4А

·        тип двигателя - 4А160М6УЗ;

·        мощность Р_дв= 11 кВт;

·        частота вращения n_дв= 975 об/мин;

·        допустимым коэффициентом перегрузки К₁ = 2,2.

Р_п/Р_ст = 13,99/6,97 = 2,0

Выбранный электродвигатель удовлетворяет условию:

Р_п/Р_ст = 2,0˂ 2,2

Двигатель выбран правильно.[8]

4.2 Расчет и подбор редуктора

Редуктор (механический) - это механизм, передающий и преобразующийкрутящий момент <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%BE%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%82_%D1%81%D0%B8%D0%BB%D1%8B>, с одной или болеемеханическими передачами <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B5%D1%85%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%B4%D0%B0%D1%87%D0%B0>.

Кроме того, привод без дополнительной передачи является более предпочтительным.

При выборе редуктора основываются на его передаточном числе и крутящем моменте на выходном валу. Передаточное число редуктора рассчитывают, зная частоту вращения вала двигателя n_дви частоту вращения приводной звездочки n_зпрс помощью выражения:

 = n_дв / n_зпр (4.9)

Частота вращения приводной звездочки (вала) конвейера:

_зпр = 60υ/π·D₀ ~ 60υ/t·z,….(4.10)

где D₀ - делительный диаметр приводной звездочки;

t - шаг приводной цепи;

z - число зубьев звездочки.

….(4.11)

Принято t = 80 мм, z = 10.

_зпр = 60·0,3/3,14·0,26 = 22,14 об/мин

u = 975 / 22,14 = 44,03

Исходя из выше определенных величин, выбран двухступенчатый цилиндрический соосный редуктор (рисунок 4.4).

Рисунок 4.4 Внешний вид цилиндрического соосного редуктора Ц2С

Технические характеристики:

·        тип редуктора - Ц2С;

·        передаточное число u = 45;

·        номинальный крутящий момент на выходном валу при тяжелом режиме M_кр = 4000 Н·м;

·        масса m = 320 кг[8].

4.3 Выбор муфты

Передача крутящего момента от вала двигателя на входной вал редуктора производится предохранительной многодисковой фрикционной муфтой.

Многодисковая фрикционная муфта состоит из двух полумуфт в виде корпуса 1 и втулки 3, дисков 4 и 5 и нажимного механизма 2 (рисунок 4.5). В продольные пазы внутренней поверхности корпуса свободно входят зубья ведущих дисков 4, а в пазы на наружной поверхности втулки - зубья ведомых дисков 5, между которыми возникают силы трения, что обусловливает передачу вращающего момента.

Рисунок 4.5 Многодисковая фрикционная муфта

Толщину стальных дисков принимают 1,5...2,5 мм для масляных и 2,5...5 мм для сухих муфт. Зазор между дисками выключенной муфты 0,2...1,5 мм в зависимости от материала поверхностей трения.

Число ведущих дисков выбирают не более 11, так как нажимная сила Р на последние диски постепенно уменьшается вследствие трения зубьев дисков в пазах полумуфт.

Все диски в муфте должны быть параллельными и соосными во избежание их местного повышенного износа и нагрева. По этой причине ведущие и ведомые диски устанавливают на одной полумуфте, расположенной на ведомом валу, при этом число пар трущихся поверхностей четное, а число всех дисков - нечетное.

Многодисковые муфты имеют малые габариты, что важно для быстроходных механизмов. Эти муфты с механическим управлением применяют для передачи малых и средних вращающих моментов. При передаче больших моментов многодисковые фрикционные муфты снабжают пневматическим, гидравлическим или электромагнитным дистанционным управлением, широко применяемым в современном станкостроении [9].

Номинальный крутящий момент:

Т = 9,55·103·Р_эд/n_дв….(4.12)

Т = 9,55·103·11/975 = 107,74 Н·м

Передаваемый расчетный крутящийся момент:

Т_р = К_р·Т,….(4.13)

где К_р = 1,6 - коэффициент режима работы, для пластинчатых конвейеров при нагрузках с умеренными колебаниями до 150% номинальной (К_р = 1,5…1,8).

Т_р = 1,6·107,74 = 172,4 Н·м

По величине Т_риз приложения 5 [8] выбрана муфта типоразмера 4, имеющую следующие параметры:

номинальный крутящийся момент Т_р = 250 Н·м,

D = 140 мм,

L = 165 мм,

L₁ = 80 мм,

R = 58 мм,

r = 32 мм,_ср = 45 мм,= 1 мм.

4.4 Расчет приводного вала

Вал - деталь машин, предназначенная для поддержания сидящих на нем деталей и передачи крутящего момента. При работе вал испытывает деформации кручения и изгиба, иногда - растяжения-сжатия.

Опорная часть вала или оси называется цапфой (рисунок 4.6).

Рисунок 4.6 Конструктивные элементы вала

Шипом 1 называется цапфа, расположенная на конце вала и передающая преимущественно радиальную нагрузку. Шейкой 2 называется цапфа, расположенная в средней части вала или оси. Шипы и шейки по форме могут быть цилиндрическими, коническими, сферическими [ 9].

Ориентировочный расчет ведущего вала привода:

 ≥ (5…6) (Т_пр)^1/3 (4.14)

Принято d = 75 мм.

d ≥ (5…6) (2307)^1/3 = 66,07…79,28 мм

По таблице 5 [8] выбираем конструктивные элементы вала:

t = 3,5 мм,

r = 3,5 мм,

f = 2,5 мм.

Тогда:

_П ≥ d + 2·t_цикл(t_кон) (4.15)

_П ≥ 75 + 2·3,5 = 82 мм

Принят d_П = 85 мм.

_БП ≥ d_П + 3·r (4.16)

_БП ≥ 85 + 3·3,5 = 95,5 мм

Принят d_БП = 100 мм, d_К = 100 мм.

Вычисленные значения диаметров округляются в ближайшую сторону по ряду нормальных линейных размеров (приложение 1 [8]).

Для соединения выходного вала редуктора с ведущим валом привода применяется зубчатая муфта.

Для выбора муфты рассчитывается передаваемый расчетный крутящий момент:

Т_р = К_р · Т_пр (4.17)

Из приложения 5.3 [8] выбираем зубчатую муфту, передающую крутящий момент 4000 Нм с параметрами:

d = 65 мм,

D = 200 мм,

D₁ = 150 мм,

D₂ = 95 мм,

L = 220 мм,

l = 105 мм,

C = 18 мм,

b = 20 мм.

Выбран модуль m = 3 при числе зубьев z = 45.

Затем для двух диаметров вала выбираем шпонку одного сечения по валу минимального сечения с d = 75 мм.

По ГОСТ 23360 - 78 выбираем шпонку 1-22х14х120 с t₁ = 9 мм.

Параметры ступицы звездочки:

длина ступицы:

_ст = (1…1,2)d_k (4.18)

_ст = 1,2·100 = 120 мм

диаметр ступицы:

_ст = (1,5…1,55)d_k (4.19)

_ст = 1,525·100 = 150 мм

Принимаем рабочую длину шпонкиl_р = 120 мм.

Проверка выбранной шпонки по напряжениям смятия:

 (4.20)

шпонка выбрана правильно.

Проверочный расчет приводного вала

Моменты сопротивления сечения вала со шпоночной канавкой под звездочкой по таблице 5.2 [8]:

W_И = 0,1·d³ - [b·t₁(d - t₁)²]/2d (4.21)

_И = 10^-9·[0,1·75³ - [22·9·(75 - 9)²]/2·75 = 3,6·10^-5 м³;

W_И = 0,2·d³ - [b·t₁(d - t₁)²]/2d (4.22)

_И =10^-9·[0,2·75³ - [22·9·(75 - 9)²]/2·75 = 7,9·10^-5 м³

Горизонтальная сила, действующая на звездочку:

F_c = S_нб + S_сб + F_ин (4.23)

F_c = 18961,8 + 1500 + 2014,44 = 2,183·10⁴ Н

Сила, действующая на валы при наличии зубчатой муфты:

F_M = 2·10³·(0,15…0,2)Т_р / d_ст (4.24)

F_M = 2·10³·0,168·3922 / 150 = 8785 Н

Конструктивные размеры транспортера:

а₆ = (0,4…1,6)·d₆, (4.25)

где d₆- конструктивный размер вала редуктора, d₆ = 0,3 м.

а₆ = 1,565·0,3 = 0,5 м

а₇ = 2,75·d (4.26)

а₇ = 2,75·0,075 = 0,21 м

Рисунок 4.1 Эпюра изгибающих моментов приводного вала

Горизонтальные реакции в опорах Б и Г с заменойF_tr на F_м:

_Бг = F_м·(1+a₇/a₆) - F_c/2 (4.27)

_Бг = 8785·(1+0,21/0,5) - 2,183·10⁴/2Н_Бг = 1247,7 - 2,183·10⁴/2 = 1,56·10³Н

_Гг = F_м·a₇/a₆+ F_c/2 (4.28)

_Гг = 8785·0,21/0,5 + 2,183·10⁴/2 = 1,46·10⁴ Н

Так какR_Гг>R_Бг, то при расчете подшипников принимаемFr = R_Гг.

Изгибающие моменты:

момент, изгибающий вал в горизонтальной плоскости:

М_иВ = R_Гг·а₆/ 2 (4.29)

М_иВ = 1,46·10⁴·0,5 / 2 = 3,65·10³ Н·м

момент, изгибающий вал в опоре Б слева в горизонтальной плоскости:

М_иВ = F_M·a₇ (4.30)

М_иВ = 8785·0,21 = 1845 Н·м

Напряжение в сечении вала:

напряжение в расчетном сечении вала от изгиба моментом М_иГ:

σ_и = М_иГ/W_и (4.31)

σ_и = 3,65·10³/ 3,6·10^-5 = 101 МПа

наибольшее напряжение в расчетном сечении вала от крутящего моментаТ:

τ_к = М_к/W_к (4.32)

τ_к = 4000 / 7,9·10^-5 = 50 МПа

эквивалентное напряжение в точке наружного волокна:

σ_экв = (σ_и²+ 3·τ_к²)^1/2(4.33)

σ_экв = (101² + 3·50²)^1/2 = 181 МПа

Для вала назначаем сталь 45 с пределом текучести σ_т = 360 МПа

Запас прочности по пределу текучести:

_т = σ_т/σ_экв(4.34)

_т = 360 / 181 = 1,9

.5 Расчет натяжного устройства

Принимаем для проектируемого одноцепного конвейера винтовое натяжное устройство с двумя винтами.

Расчетная сила натяжки:

 (4.34)

где S₂ - натяжение цепи в точке 2;

S₃ - натяжение цепи в точке 3.

G_ну = (9831,96 + 10618,52) / 2 = 10225,2 Н

Расчетный изгибающий момент:

М_И = G_ну · а₆/2 (4.35)

М_И = (10225,2 · 0,5)/2 = 2556,31 Н·м

Требуемый диаметр оси:

 (4.36)

Чтобы уменьшить номенклатуру фрез для нарезания шпоночных пазов принимаем диаметр оси натяжения устройства в месте установки звездочки d_к = 75 мм, а диаметр оси в месте установки подшипника d_п = 70 мм.

4.6 Расчет винта натяжного устройства

Момент от сил трения при вращении винта:

 (4.37)

Принимая,, ,

Откуда

Величина усилия натяжки натяжного устройства:

S = 2·G_ну (4.38)

S = 2·10225,2 = 20450,5 H

Из приложения 20 [8] выбрано натяжное устройство: Трап.32х6, с параметрами:

сила натяжки натяжного устройства S = 25000 Н;

диаметр подшипникаdп = 70 мм;

ход ползуна А = 500 мм;