Дипломная работа: Кран велосипедный

Содержание

велосипедный кран механизм кинематический

Введение

1. Предварительные расчеты механизмов крана, выбор кинематической схемы и компоновки механизмов

2. Проверочные расчёты механизмов

3. Расчёт элементов металлоконструкции

4. Охрана труда и выбор устройств, обеспечивающих безопасную эксплуатацию

5. Смазка узлов и деталей крана

Заключение

Список литературы

Приложение

Введение

Кран велосипедный является одним из лучших и наиболее распространённых средств механизации различных производственных и погрузочно-разгрузочных работ.

К кранам велосипедным общего назначения относятся краны, предназначенные для работы с разнообразными грузами и имеющие в качестве грузозахватных органов грузовые крюки. Наиболее широко их используют в сборочных цехах (в качестве монтажных), в машинных залах электростанций.

Краны велосипедные общего назначения имеют большую номенклатуру типоразмеров и исполнений.

Основная цель курсового проекта по ПТМ - приобретение навыков проектирования машины в целом, в отличие от предыдущих курсовых проектов (детали машин), где необходимо было спроектировать отдельный узел машины. Работая над поставленной задачей, студент выполняет расчёты, учится рациональному выбору материалов, узлов и форм элементов конструкции, стремится обеспечить их высокую экономичность, надёжность и долговечность. Приобретённый студентом опыт окажет неоценимую услугу при выполнении им курсовых проектов по другим дисциплинам, дипломного проектирования, а так же для всей дальнейшей конструкторской работы.

1. Предварительные расчёты механизмов крана, выбор кинемати- ческой схемы, и компоновки механизмов

Исходные данные:

грузоподъёмность Q=6,3 т

скорость подъёма груза V_гр=18 м/мин

скорость поворота крана n=1,2 мин^-1

скорость передвижения крана V_T= 120 м/мин

вылет консоли L=6,3 м

группа режима работы крана А6

род тока переменный

высота подъёма груза Н=36 м

Общий расчет механизма подъема груза включает выбор крюка с подвеской, полиспаста, двигателя, редуктора, муфт, тормоза, выбор каната, расчет барабана.

Необходимо рассчитать механизм подъема груза велосипедного крана грузоподъемностью Q = 6300кг. Режим работы А6 соответствует группе классификации механизма М5 или М6, принимаем М6 в соответствии с ИСО4301/1-86. Кинематическая схема привода механизма подъема показана на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 Кинематическая схема механизма подъема электрической тали 1-тормоз; 2- грузоупорный тормоз; 3- электрооборудование; 4- электродвигатель; 5- токосъёмник

Выбор полиспастной системы

Кратность полиспаста механизма подъема выбирается в зависимости от типа полиспаста и грузоподъемности механизма [1, с.55]. Для электротали грузоподъемностью 6,3т принимаем сдвоенный полиспаст кратностью и крюковую подвеску с блоком на подшипниках качения, рисунок 1.2.

Рисунок 1.2 Кинематическая схема запасовки каната. 1 - барабан; 2 - канат; 3 - крюковая подвеска; 4 - уравнительный блок

КПД полиспаста определяем по формуле:

, (1.1)

где - КПД блока нормальной смазки на подшипниках качения; кратность полиспаста.

.

Расчет и выбор типа каната

Усилие в канате, набегающем на барабан при подъеме груза:

(1.2)

где - номинальная грузоподъемность крана, кг;

- число ветвей каната, навиваемых на барабан, ;

- кратность полиспаста, ;

- КПД полиспаста;

g - ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с².

.

Выбор стального каната производится в соответствии с Правилами Госгортехнадзора [1, стр.16]. Расчетное разрывное усилие в канате, Н:

, (1.3)

где z_p = 5,55 ? минимальный коэффициент использования каната, для группы классификации механизма М6 по ИСО 4301/1.

S=15600 - наибольшее натяжение ветви каната, Н.

С учётом полученных данных выбираем по ГОСТ 2688-69 канат двойной свивки типа ЛК-Р конструкции диаметром d_к = 19,5 мм, имеющий придел прочности 160 МПа, разрывное усилие S_разр = 191,23 кН,[2,стр.300].

Канат грузовой (Г), первой марки (I), из проволоки без покрытия (-), левой свивки (Л), нераскручивающийся (Н) обозначается:

Канат 19,5 - Г - I -Л- Н - 1600 ГОСТ 2688-69.

При выборе стандартного крюка по грузоподъемности не требуется расчет его прочности. Параметры кованых и штампованных однорогих крюков выбирают по ГОСТ 6627-74. Выберем для крюка заготовку - 18 для грузоподъемности 6,3т и группы классификации М6.

Выбор крюковой подвески

Выбор крюковой подвески осуществляем с учетом выполнения 2х условий:

1 - грузоподъемность крюковой подвески не должна быть меньше заданной грузоподъемности: ;

2 - группа классификации подвески должна соответствовать группе классификации механизма.

Выбираем подвеску крюковую типа 1 грузоподъемностью 6,3 тонны, имеющую 2 блока диаметром 450 мм. Крюковая подвеска состоит из: блоков 4, траверсы 1, грузового крюка 2 и упорного подшипника 3. Конструктивная схема крюковой подвески показана на рисунке 1.3.

Рисунок 2.3 Конструктивная схема крюковой подвески. 1 - блок, 2 - траверса, 3 - крюк

Определяем размеры блоков, минимальный диаметр блока:

, (1.4)

где d = 19,5 - диаметр каната, мм;

= 22,4 - коэффициент выбора диаметра блока;

В соответствии с таблицей II.1.1. [2, c.287 ] выбираем блок диаметром ближайший диаметр D=450 исполнение 9, диаметр каната от 18 до 23.

Определение основных размеров и числа оборотов барабана

Барабаны выполняют литыми из чугуна или стали и сварными стальными. На рисунке 1.4 представлена схема размеров барабана.

Рисунок 1.4 Схема размеров барабана

Диаметр барабана определяем по формуле:

(1.5)

где - коэффициент, зависящий от типа машины, привода механизма и режима работы [1,стр 59].

d=19,5 - диаметр каната, мм;

.

У серийно выпускаемых талей электродвигатель подъёма встроен в барабан, образуя мотор-барабан. Поэтому размеры барабана принимаются конструктивно, но не менее допустимого значения. У электротали грузоподъёмностью 6,3 т диаметр барабана по дну канавки равен D_б = 390 мм.

Количество рабочих витков каната на барабане:

, (1.6)

где - высота подъема, м;

- кратность полиспаста;

- число полиспастов;

- диаметр барабана, м;

- диаметр каната, м.

.

Общее количество витков на барабане:

(1.7)

где -количество запасных витков которое, остается на барабане при спуске груза на полную высоту,[1,стр.60];

количество рабочих витков каната на барабане.

Длина каната, навиваемого на барабан с одного полиспаста:

(1.8)

где - высота подъема, м;

- число витков каната, находящееся под зажимным устройством на барабане, Z₂ = 3 [1, стр.60].

- количество запасных витков, которое остается на барабане при спуске груза на полную высоту, [1, стр.60];

- кратность полиспаста;

- диаметр барабана, м;

.

Рабочая длина барабана для каната, свиваемого с одного полиспаста:

, (1.9)

где - число слоёв навивки;

- коэффициент неплотности навивки, для нарезных барабанов;

- диаметр барабана, м;

- диаметр каната, м;

- длина каната навиваемого на барабан с одного полиспаста, м.

- шаг нарезки, м,

мм., (1.10)

Номинальное расстояние между осью блока и осью барабана (для нарезного):

, (1.11)

где рабочая длина барабана для каната, свиваемого с одного полиспаста.

мм.

Длина нарезной части барабана для сдвоенного полиспаста.

Минимальная:

. (1.12)

Максимальная:

, (1.13)

где -расстояние между центрами блоков крюковой обоймы.

мм,

мм.

Длина барабан:

, (1.14)

где - гладкая часть барабана;

- гладкая боковая часть барабана;

рабочая длина.

мм.

Проверяем соотношение:

. (1.15)

.

Условие выполняется.

Следовательно, рассчитываем барабан только на сжатие; толщину стенки находим по формуле:

(1.16)

где - усилие в канате, Н;

- шаг нарезки, мм;

- допускаемое напряжение сжатия, МПа;

Выбираем материал барабана Ст3пс, , тогда [1,стр.62].

.

Напряжение сжатия в стенке барабана определим по формуле:

, (1.17)

.

Расчёт крепления каната к барабану

Натяжение закрепляемого конца каната:

(1.18)

где - усилие в канате, Н;

- коэффициент трения между канатом и барабаном;

- угол обхвата барабана запасными витками каната.

Приняв и радиана для двух витков, получим:

.

.

Рисунок 1.5 Схема крепления каната к барабану

Необходимая сила прижатия болтов:

Рисунок 1.6 Схема определения силы прижатия планки к барабану

(1.19)

где - приведенный коэффициент трения между канатом и планкой с учётом её желобчатой формы.

- натяжение закрепляемого конца каната, Н.

. (1.20)

Приняв , получим:

.

Тогда сила прижатия составит:

.

Приведенное напряжение в болтовом соединении:

(1.21)

где d=0,02 - диаметр болта, м;

l_с=0,016 - расстояние между центрами масс сечений каната и стенки барабана, м;

Z - число болтов (планок);

- допускаемое напряжение на разрыв материала болта, МПа.

Выразим число необходимых болтов (планок) Z:

,

.

Принимаем болт с d = 16 мм из стали 35 по ГОСТ 1759.4-87 с , тогда .

Условие Z > [Z] = 2 выполняется.

Условие выполняется.

Выбор и расчет двигателя

Выбор электродвигателя производится по статической мощности.

Статический крутящий момент на валу барабана при подъеме груза:

(1.22)

где а= 2 - количество ветвей каната, закрепленных на барабане;

- усилие в канате, набегающем на барабан, Н;

- диаметр барабана, м,

- диаметр каната, м,

.

Частота вращения барабана:

(1.23)

где - скорость подъёма груза, м/с.

.

Расчетная мощность электродвигателя:

(1.24)

где х_г=0,3 - скорость подъема груза, м/с;

з_м=0,88- КПД механизма;

Q=6300 - масса поднимаемого груза, кг;

Выбираем асинхронный короткозамкнутый встраиваемый электродвигатель типа АО2-82-10 мощность N_дв = 22 кВт, момент инерции I_р = 0, 45 кгм², частота вращения n_дв = 600 об/мин.

Номинальный крутящий момент на валу двигателя:

(1.25)

где - мощность электродвигателя, кВт;

частота вращения, об/мин.

.

Наибольший пусковой момент:

(1.26)

где -набольший коэффициент пусковой перегрузки;

номинальный крутящий момент на валу двигателя, .

Наименьший пусковой момент:

(1.27)

где - наименьший коэффициент пусковой перегрузки двигателя;

номинальный крутящий момент на валу двигателя, .

Средний коэффициент пусковой перегрузки:

Средний пусковой момент:

(1.28)

Расчетный момент для выбора соединительной муфты:

(1.29)

где - коэффициент, учитывающий степень ответственности механизма [1, табл. 35];

- коэффициент, учитывающий режим работы механизма [1, табл. 35].

.

Расчет и выбор редуктора

Необходимое передаточное число редуктора:

, (1.30)

где - частота вращения барабана, об/мин;

- частота вращения выходного вала электродвигателя.

.

Редуктор электротали соосный двухступенчатый. Передаточное число первой ступени:

,

Передаточное число второй ступени:

,

Фактическое передаточное число:

,

Отклонение передаточного числа:

,

Условие выполняется.

Фактическое скорость подъема:

, (1.31)

где передаточное число механизма подъема;

фактическое передаточное число механизма.

.

Отклонение скорости:

Номинальный крутящий момент на быстроходном валу:

, (1.32)

где _з - КПД зубчатой передачи 1 и 2 ступени, _з=0,975.

Нм.

Номинальный крутящий момент на промежуточном (тихоходном) валу:

, (1.33)

Нм.

Частота вращения шестерни:

.

Частота вращения колеса:

.

Выбор тормоза

Применим нормально-замкнутый колодочный тормоз с длинно ходовым электромагнитом, который является стопорным и регулируется на тормозной момент с требуемым запасом торможения.