Дипломная работа: Кран велосипедный

g = 9,81 - ускорение свободного падения груза в нижних слоях поля гравитации земли характерных для северного полушария в пределах широт от 40⁰ до 60⁰, ;

.

Горизонтальные усилия в опорах:

; (1.81)

где R = 6,3 - вылет стрелы, м;

с = 1,5 - расстояние от центра тяжести стрелы до оси вращения крана, м;

а = 0 - расстояние от центра тяжести механизма поворота крана до оси вращения крана, м;

h = 1 - расстояние между опорами, м;

.

Из каталога выбираем для верхней опоры по статической нагрузке V=82502 Н, упорный однорядный шарикоподшипник серии 18422 (ГОСТ 7872-89) с внутренним диаметром 110мм, наружным диаметром 240 мм.

По горизонтальной реакции Н=400984 Н выбираем радиальный роликовый сферический подшипник 3113169 (ГОСТ 5721-75) с внутренним диаметром 300 мм и наружным диаметром 460 мм.

Примем для упорного подшипника средний диаметр опоры В , для радиального подшипника средний диаметр опоры .

Сопротивление при вращении крана.

Момент сил трения в опорах [2, стр. 81]:

, (1.82)

где f - коэффициент трения катков о неподвижную колонну;

f_B = f_C = 0,015 приведенный коэффициент трения в опорах (подшипниках качения);

F_B = V = 82502 - вертикальное усилие, действующее на верхнюю опору, Н;

F_A = F_C = H = 400984 - горизонтальное усилие, действующее на нижнюю и на верхнюю опору, соответственно, Н;

d_B = 0,041 - диаметр цапфы упорного подшипника, м;

d_C = 0,1475 - диаметр цапфы подшипника в опоре С, м;

= 0,0005 - коэффициент трения качения ролика по кругу катания (по колонне) [2, стр. 81], м;

= 60 - центральный угол между точками касания катков о неподвижную колонну, град;

D_A = 0,50 - диаметр опорного круга, м;

D_К = (0,5ч0,6)D_A = 0,50,50 = 0,25 - диаметр катка, м;

d_K = (0,25ч0,3)D_K = 0,30,25 = 0,075 - диаметр цапфы катка, м;

.

Суммарный статический момент относительно оси вращения крана.

.

Расчет и выбор электродвигателя.

Выбор электродвигателя производят по статической мощности.

Определим необходимую статическую мощность электродвигателя:

, (1.83)

где M_тр = 6536 - момент сил трения в опорах, Нм;

=0,02 - число оборотов крана, м/с;

- общее К.П.Д механизма поворота:

, (1.84)

где _черв. = 0,9 - К.П.Д червячной передачи червячного редуктора;

_з.п. = 0,92 - К.П.Д открытой зубчатой передачи;

_м. = 0,98 - К.П.Д зубчатой муфты.

,

Тогда:

Номинальная мощность электродвигателя принимается равной или несколько большей статической мощности. С учетом этих указаний из [4, стр.45] выбираем крановый электродвигатель с фазным ротором MTF 211-6 [4, стр.45], имеющим для группы классификации механизма М6 номинальную мощность ; частоту вращения ; момент инерции ротора ; максимальный пусковой момент двигателя и массой 120 кг.

Номинальный момент двигателя:

, (1.85)

где - номинальная мощность электродвигателя, кВт;

- частота вращения, об/мин;

.

Расчет и выбор редуктора.

Требуемое передаточное число привода:

; (1.86)

.

Передаточное число открытой зубчатой пары ориентировочно принимаем равным i_o = 12,5, тогда передаточное отношение редуктора i_р = 80.

Тогда общее действительное передаточное число механизма поворота будет:

; (1.87)

.

Расчетная мощность редуктора:

, (1.88)

где - статическая мощность электродвигателя, кВт;

- коэффициент, учитывающий условия работы редуктора [7, с.40];

.

Исходя из этой мощности и требуемого передаточного числа, выбираем для группы классификации механизма М6 редуктор конический [7, с.331], номинальная передаваемая мощность которого , и передаточным числом .

Выбор муфты.

Расчетный момент для выбора соединительной муфты между двигателем и редуктором.

, (1.89)

где М^ном - номинальный статический момент.

- коэффициент, учитывающий степень ответственности механизма [7, стр.42];

- коэффициент, учитывающий режим работы механизма [7, стр.42],

; (1.90)

;

.

Из [7, с.339] выберем ближайшую по требуемому крутящему моменту зубчатую муфту №1 с тормозным шкивом диаметром D_т=200мм, шириной с B_т=100мм и наибольшим передаваемым крутящим моментом 250 Нм. Момент инерции муфты I_м=0,24кгм². Масса муфты 13 кг.

Выбор тормоза.

Для выбора тормоза определим:

Момент инерции ротора двигателя и муфты:

, (1.91)

где момент инерции ротора двигателя;

момент инерции муфты;

.

Момент инерции вращающихся масс платформы с механизмом подъема относительно оси крана (массу поворотной колонны не учитываем, не учитывается так же масса механизма поворота, так как он расположен на концевой балке), кгм²:

, (1.92)

где I_вр.пл. - момент инерции вращающихся масс платформы с механизмом поворота, кгм²:

,

I_вр.ст. - момент инерции вращающейся массы стрелы, кгм²:

, (1.93)

где масса стрелы;

l_ст. = 6,3 - длина стрелы, м;

;

I_вр.г. - момент инерции груза при постоянном вылете, кгм²:

, (1.94)

где m_г. = 6300 - масса поднимаемого груза, кг;

R = 6,3 - вылет крана, м;

.

Тогда:

кгм².

Момент сил инерции механизма поворота крана при пуске на валу двигателя:

. (1.95)

При условии, что максимальное время пуска (торможения) механизма поворота крана, исходя из допускаемого при этом угле поворота [] = 20⁰ [2, табл. 1.24] для группы классификации механизма М6 [2, стр.30], с:

, (1.96)

где [] = 20 - допускаемый угол поворота, град;

v_кр = 0,02 - число оборотов крана, м/с,

.

Тогда:

Момент сопротивления на валу двигателя при пуске

, (1.97)

Тогда:

Момент сил инерции на валу тормоза при торможении

.

при времени .

Момент сопротивления на валу тормоза при торможении

(1.98)

.

Выбираем тормоз ТКГ-200, с тормозным моментом 250 Нм, диаметром тормозного шкива мм [7, с.341]. Масса тормоза 38 кг. Регулировкой можно получить требуемый тормозной момент =2,4 Нм.

2. Проверочные расчёты механизмов

Проверим фактический коэффициент запаса прочности каната

Фактический коэффициент запаса прочности каната:

, (2.1)

где - запас прочности каната при легком режиме работы, ;

F=191230 - разрывное усилие каната, Н;

S=15600 - наибольшее натяжение ветви каната, Н.

.

В соответствии с проведенными расчетами выбранный канат удовлетворяет условиям нагружения механизма.

Проверим толщину стенки барабана

Проверка:

, (2.2)

Запас прочности ,

.

Условие не выполняется, толщину стенки барабана определим заново: мм.

.

.

Условие выполняется, толщину стенки барабана принимаем мм.

Расчет параметров неустановившегося движения в механизме подъема

Момент инерции ротора двигателя и муфты:

.

Время пуска при подъеме груза:

(2.3)

где -коэффициент, учитывающий влияние вращающихся масс привода механизма, ;

, (2.4)

где - номинальный момент электродвигателя.

момент статического сопротивления на валу двигателя для механизма подъёма:

.

, (2.5)

;

.

Время пуска при опускании груза:

(2.6)

где -коэффициент, учитывающий влияние вращающихся масс привода механизма

,

где - номинальный момент электродвигателя.

момент статического сопротивления на валу двигателя для механизма подъёма.

.

(2.7)

;

.

Ускорение при спуске:

(2.8)

где фактическая скорость механизма подъёма;

время пуска при опускании груза;

Полученные значения ускорения соответствуют допускаемому ускорению механизма, таблица 1.25 [1, с. 32].

Проверим тормоз на момент торможения

Осадка рабочей пружины тормоза при рабочей нагрузке :

, (2.9)

где =97,6 Н/мм - коэффициент жёсткости пружины;

.

Наибольшая величина давления на тормозных обкладках из вальцованной ленты:

, (2.10)

где =91 мм - длина обкладки;

=50 мм - ширина обкладки;

.

Время торможения при опускании груза:

где -коэффициент, учитывающий влияние вращающихся масс привода механизма, ;

- тормозной момент;

момент статического сопротивления на валу двигателя для механизма подъёма;

.

,

Замедление при опускании груза:

Полученные значения ускорения соответствуют допускаемому ускорению механизма, таблица 1.25 [1, с. 32].

Проверяем фактический запас сцепления механизма передвижения

Находим суммарную нагрузку на приводные колёса без груза:

, (2.11)

Н.

Сопротивление передвижению механизма без груза:

, (2.12)

где = 1120 кг - масса электротали, выберем из каталога наиболее близкую электроталь 2ТЭ-6300 ;

D_к = 19,0 см - диаметр ходового колеса;

d_к - диаметр цапфы, для подшипников качения средний диаметр цапфы d_к=(0,2…0,25)·D_k =4 см ;

= 0,04 см - коэффициент трения качения колеса по рельсу с выпуклой головкой;

f = 0,015 - коэффициент трения в шарикоподшипниках опоры;

k_p = (2,0…2,5) - коэффициент, учитывающий дополнительные сопротивления от трения реборд и торцов ступиц ходовых колёс, для подшипников качения k_p = 2,5;

Н.

Фактический запас сцепления:

, (2.13)

где f = 0,015 - коэффициент трения в шарикоподшипниках опоры;

d_к - диаметр цапфы, для подшипников качения средний диаметр цапфы d_к=(0,2…0,25)·D_k =0,23·17,5=4 см ;

D_к = 19,0 см - диаметр ходового колеса;

= 1120 кг - масса электротали, выберем из каталога наиболее близкую электроталь 2ТЭ-6300;

z_пр = 2 - число приводных колёс;

z = 4 - общее число колёс;

= 0,15 - коэффициент сцепления колеса с рельсом для механизмов, работающих в закрытых помещениях;

.

Условие выполняется.

Расчет параметров неустановившегося движения для механизма передвижения крана

Фактическая скорость передвижения крана:

, (2.14)

где скорость передвижения крана;

требуемое передаточное число привода;

общее расчетное число привода;

.

Фактическая скорость отличается от заданного значения на 0,59 %, что допустимо.

Полагаем, что общее число ходовых колес крана z = 2, из них приводных Примем коэффициент сцепления ходовых колес с рельсами ц = 0,15, коэффициент запаса сцепления (при работе крана в помещении) [1, с.33].

Максимально допустимое ускорение крана при пуске:

(2.15)

где общее число колес;

число приводных колес;

диаметр ходового колеса;

коэффициент трения в подшипниках качения ходовых колес;

диаметр цапфы вала ходового колеса;

коэффициент трения качения ходовых колес по рельсам;

ускорение свободного падения;

коэффициент, учитывающий дополнительные сопротивления от трения реборд ходовых колес и торцов ступиц колеса;

коэффициент сцепления ходовых колес с рельсами;

коэффициент запаса сцепления;

.

Наименьшее допускаемое время пуска по условию сцепления:

(2.16)

Средний пусковой момент двигателя:

(2.17)

где ш_max= 1,9..3,2 - максимальная кратность пускового момента электро- двигателя, примем ш_max= 1,9;

ш_min= 1,1...1,4 - минимальная кратность пускового момента электродвигателя, примем ш_min=1,1;

Момент статических сопротивлений при работе крана без груза:

(2.18)

Момент инерции ротора двигателя и муфты быстроходного вала : .

Фактическое время пуска механизма передвижения крана без груза:

где - масса крана, кг;

- число оборотов двигателя, об/мин;

- фактическая скорость передвижения крана, м/с.

что согласуется с данными таблицы [1, 1.19].

Фактическое ускорение крана без груза при спуске:

;

.

Проверяем фактический запас сцепления. Для этого найдем суммарную нагрузку на приводные колеса без груза:

(2.19)

Сопротивление передвижению крана без груза:

(2.20)

Найдем фактический запас сцепления:

(2.21)

где сопротивление передвижению крана без груза;

- масса крана, кг;

общее число колес;

число приводных колес;

диаметр ходового колеса;

коэффициент трения в подшипниках качения ходовых колес;

диаметр цапфы вала ходового колеса;

ускорение свободного падения;

коэффициент сцепления ходовых колес с рельсами;

.

Условие выполнятся.

Проверим минимальный путь торможения

Минимальная длина пути торможения:

(2.22)

где - фактическая скорость передвижения крана;

- коэффициент по [7, с.31];

Фактическая длина пути:

(2.23)

Условие выполняется.

3. Расчёт элементов металлоконструкции

Монорельсовый путь выполняют из двутавровой балки № 18М, 24М, 30М, 36М и 45М согласно ГОСТ 19425-74.

Полку двутавра проверим на местный изгиб от действия сосредоточенной нагрузки, передаваемой ходовыми колесами электротали. Для проектируемой электротали принимаем двутавр № 45М. Имеющий следующие размеры в поперечном сечении, рисунок 3.1.

Рисунок 3.1 Схема к расчету полки двутавра на местный изгиб

высота;

ширина

толщина стенки;

момент сопротивления;

ширина полки;

средняя толщина полки.

В нашем случае при ширине колеса и толщине реборд у основания величина .