Расчёт кран-балки
Министерство сельского хозяйства РФ
ФГОУВПО
Пермская государственная сельскохозяйственная
академия имени Д.Н.Прянишникова
Кафедра деталей машин
КУРСОВАЯ РАБОТА
по дисциплине: «Основы конструирования»
на тему: «Расчет мостового однобалочного крана»
Выполнил: студент группы М-51, шифр М-01-157
В.М. Соловьев
Проверил:
Кандидат технических наук доцент В.С. Новосельцев
Пермь 2005
Задание.
Рассчитать механизм передвижения мостового однобалочного крана (кран-балки):
- грузоподъемностью Q=1,7 т;
- пролет крана LK= 10,6 м;
- скорость передвижения V = 0,48 м/с;
- высота подъема Н= 12 м;
- режим работы средний;
- управление с пола.
Кран работает в мастерской по ремонту сельскохозяйственной техники.
Мостовые однобалочные краны грузоподъемностью 1...5т регламентированы ГОСТ 2045 - 89*.
В соответствии с прототипом выбираем кинематическую схему однобалочного мостового крана (кран-балки) с центральным приводом и передвижной электрической талью (рис. 1). Согласно ГОСТ 22584 - 96 по грузоподъемности 1 т выбираем электроталь ТЭ 100-521 [1, стр. 215].
Рисунок 1. Мостовой однобалочный кран.
Расчет механизма передвижения крана проводим в следующем порядке.
1. Определяем размеры ходовых колес по формуле
(1)
Максимальную нагрузку на колесо вычисляем при одном из крайних положений электротали.
По ГОСТ 22584-96 [1, стр. 215] принимаем массу тали mт =180 кг = 0,18т (ее вес G7 = mTg ≈ 0,18×10 = 1.8кН) и длину L = 870 мм. Массу крана с электроталью выбираем приближенно по прототипу [1, стр. 214] mк ≈ 2,15т. Тогда вес крана Gк = mкg ≈ 2,15 × 10 = 21,5 кН. Ориентировочно принимаем
l ≈ L ≈ 0,87 м.
Для определения нагрузки Rmax пользуемся уравнением статики
∑M2 = 0 или – Rmax Lк+ (GГ+ GT)×(Lк – l) + (Gк – GT) × 0,5Lк =0 (2)
откуда
Rmax= = (3)
7 кН
При общем числе ходовых колес Zk = 4 нагрузка приходится на те два колеса крана, вблизи которых расположена тележка. Тогда
Rmax = R/2 = 27/2 = 13,5 кН = 13500 Н. (4)
Следовательно,
Согласно ГОСТ 3569 - 74 [1, стр. 252] выбираем крановое двухребордное колесо диаметром Dк = 200мм. Диаметр цапфы dц = Dк/(4...6) ≈ (50...35) мм. Принимаем dц = 50 мм.
Для изготовления колес используем сталь 45, способ термообработки нормализация (НВ ≈ 200). Колесо имеет цилиндрическую рабочую поверхность и катится по плоскому рельсу. При Dк ≤ 200 мм принимаем плоский рельс прямоугольного сечения [1, стр. 252], выбирая размер а по условию: а < В. При DK ≤ 200 мм ширина поверхности качения B = 50 мм. Принимаем а = 40 мм.
Рабочая поверхность контакта b = а - 2R = 40 - 2 × 9 = 22 мм.
Коэффициент влияния скорости Kv=1 +0,2 V = 1 + 0,2 ×0,48= 1,096.
Для стальных колес коэффициент пропорциональности а1 = 190.
Предварительно выбранные ходовые колеса проверяем по контактным напряжениям.
При линейном контакте
σк.л = аl = 493 МПа (5)
Поскольку допустимые контактные напряжения для стального нормализованного колеса [σкл] =450...500 МПа, то условие прочности выполняется.
2. Определяем статическое сопротивление передвижению крана.
Поскольку кран работает в помещении, то сопротивление от ветровой нагрузки Wв не учитываем, т. е.
WУ = Wтр + Wук (6)
Сопротивление от сил трения в ходовых частях крана:
(7)
По таблице 1.3 [1, стр. 9] принимаем, μ = 0,3 мм, а по таблице 1.4 для колес на подшипниках качения ƒ=0,015, Кр= 1,5. Тогда,
Сопротивление движению от возможного уклона пути.
Wyк = (G+ Gк)×α = (17 + 21,5)×0,0015 = 0,058 кН = 58 Н. (8)
Значения расчетного уклона а указаны на с. 9.Таким образом, получаем
Сила инерции при поступательном движении крана
Fи = (Q + mк)v/tп = (1700 + 2150) х 0,48/5 = 370 Н, (9)
где tп – время пуска; Q и mк – массы соответственно груза и крана, кг.
Усилие, необходимое для передвижения крана в период пуска (разгона),
(10)
3. Подбираем электродвигатель по требуемой мощности
(11)
Предварительно принимаем η = 0,85 и ψп.ср.= 1,65 (для асинхронных двигателей с повышенным скольжением) [1, стр. 49].
По таблице 27 приложения [1] выбираем асинхронный электродвигатель переменного тока с повышенным скольжением 4АС71А6УЗ с параметрами: номинальная мощность Рт = 0,4 кВт; номинальная частота вращения
nдв = 920мин-1; маховой момент ротора (mD2)р = 0,00068 кг×м2; Tп/Tн = 2; Tmax/Tн= 2. Диаметр вала d= 19 мм.
Номинальный момент на валу двигателя
(12)
Статический момент
(13)
4.Подбираем муфту с тормозным шкивом для установки тормоза. В выбранной схеме механизма передвижения (см. рис. 1) муфта с тормозным шкивом установлена между редуктором и электродвигателем. По таблице 56 приложения подбираем упругую втулочно-пальцевую муфту с наибольшим диаметром расточки под вал 22 мм и наибольшим передаваемым моментом [Тм] = 32 Н×м.
Проверяем условие подбора [Тм] ≥ Тм. Для муфты Тм= 2,1×Тн = 2,1×4,16 = 8,5 Н×м. Момент инерции тормозного шкива муфты Iт = 0,008 кг-м2. Маховой момент (mD2)T= 4×Iт = 0,032 кг-м2.
5. Подобранный двигатель проверяем по условиям пуска. Время пуска
(14)
Общий маховой момент
(15)
Относительное время пуска принимаем по графику (см. рис. 2.23, б) в зависимости от коэффициента α=Тс/Тн. Поскольку α = 2,23/4,16 = 0,54, то tп.о=1.
Ускорение в период пуска определяем по формуле :
an = v/tn = 0,48/2,85=0,168 м/с2, что удовлетворяет условию.
6. Проверяем запас сцепления приводных колес с рельсами по условию
пуска при максимальном моменте двигателя без груза
(16)
Статическое сопротивление передвижению крана в установившемся режиме без груза
(17)
Ускорение при пуске без груза
(18)
Время пуска без груза
(19)
Общий маховой момент крана, приведенный к валу двигателя без учета груза,
(20)
Момент сопротивления, приведенный к валу двигателя при установившемся движении крана без груза
(21)
По графику на рисунке 2.23 [1, стр.29] при α = Тс'/Тн = 1,633/4,16 = 0,393 получаем tп.о.= 1
Тогда время пуска
(22)
Ускорение при пуске
Суммарная нагрузка на приводные колеса без учета груза
(23)
Коэффициент сцепления ходового колеса с рельсом для кранов, работающих в помещении, φсц = 0,15.
Запас сцепления
что больше минимально допустимого значения 1,2.
Следовательно, запас сцепления обеспечен.
7. Подбираем редуктор по передаточному числу и максимальному вращающему моменту на тихоходном валу Трmax. определяемому по максимальному моменту на валу двигателя:
(24)
В соответствии со схемой механизма передвижения крана (см. рис. 1) выбираем горизонтальный цилиндрический редуктор типа Ц2У. При частоте вращения n = 1000 мин-1 и среднем режиме работы ближайшее значение вращающего момента на тихоходном валу Ттих = 0,25 кН м = 250 Н м, что больше расчетного Тр mах. Передаточное число uр = 18.
Типоразмер выбранного редуктора Ц2У-100.
8. Выбираем тормоз по условию [Тт] > Тт и устанавливаем его на валу электродвигателя.
Расчетный тормозной момент при передвижении крана без груза
(25)
Сопротивление движению от уклона
(26)
Сопротивление от сил трения в ходовых частях крана
(27)
Общий маховой момент
(28)
Время торможения:
(29)
Максимально допустимое ускорение:
(30)
Число приводных колес znp = 2. Коэффициент сцепления φсц = 0,15. Запас сцепления Кц = 1,2.
Фактическая скорость передвижения крана
(31)
т. е. сходна с заданным (исходным) значением.
Расчетный тормозной момент
По таблицам 58 и 62 приложения выбираем тормоз ТКТ-100 с номинальным тормозным моментом [TТ] = 10H·м, максимально приближенным к расчетному значению Тт.
Подобранный тормоз проверяем по условиям торможения при работе крана с грузом.
Проверка по времени торможения:
(32)
Маховой момент масс:
(33)
Статический момент сопротивления движению при торможении:
(34)
Сопротивление движению при торможении:
(35)
Сопротивление от сил трения:
(36)
Сопротивление от уклона:
(37)
Следовательно,
Тогда статический момент сопротивления:
а время торможения:
что меньше допустимого [tт] = 6...8 с.
Проверка по замедлению при торможении:
что меньше максимально допустимого значения для кранов, работающих в помещении, [ат] < 1 м/с2.
Следовательно, условия торможения выполняются.
9. Определяем тормозной путь по формуле:
(38)
По нормам Госгортехнадзора при числе приводных колес, равном половине общего числа ходовых колес (см. табл. 3.3), и при фсц = 0,15
(39)
Список литературы
1. Проектирование и расчет подъемно-транспортирующих машин сельскохозяйственного назначения/ М.Н.Ерохин, А.В.Карп, Н.А.Выскребенцев и др.; Под ред. М.Н. Ерохина и А.В. Карпа. – М.: Колос, 1999.
2. Курсовое проектирование грузоподъёмных машин / Н.Ф Руденко, М.П.Александров, А.Г. Лысяков.- М.: издательство «Машиностроение», 1971.