Дипломная (вкр): Модернизация скипового подъемника участка отсева коксовой мелочи доменного цеха

Берем ближайший подходящий электродвигатель серии 4MTKМ200LB8 у которого короткозамкнутый ротор, работающий в тяжёлых режимах  и соответственно номинальная мощность которого равна Nдв = 22 кВт, при нагрузке частота вращения равна nд = 700 об/мин. рисунок 3.2

Главными характеристиками этого двигателя будут:

“мощность кВт, при ПВ-40% ………………………………- 22;

скорость вращения вала, мин^-1 …………………………..- 700;

маховый момент ротора, кг·м² …………………………..- 4.2;

кратность максимального пускового момента………… - 2.9;

масса двигателя, кг……………………………………… - 290.”

Рисунок 3.2 конструктивное исполнение IM1001

Габаритные, присоединительные размеры

d30=422 мм

d1=65 мм

L1=140 мм

h31=500 мм

L30=767 мм

.5 Выбор преобразующего механизма (редуктор)

.5.1 Передаточное отношение редуктора

,

“где n_д - количество оборотов двигателя, мин^-1;

n_б - количество оборотов барабана, мин^-1.”

Момент на валу нашего механизма находим из формулы:

,,

“где  - кратность наибольшего пускового момента

электродвигателя;

S_p - рассчитанное усилие в ветви каната, Н;

η_мех - сумма КПД всех механизмов от вала двигателя до барабана включительно;

r_б - диаметр деленный на 2, (барабана), м;

z_к.б - число необходимых канатов наматываемых на барабан, согласно ТЗ z_к.б = 1.”

Наименьшее расстояние между осями механизма:

В связи с тем, что баран с двигателем находиться по одну сторону от редуктора, для их правильного расположения необходимо узнать наименьшее необходимое расстояние осей редуктора.

,

“где D_б - диаметр барабана, м;

B - наибольшая ширина электродвигателя, для 4MTKМ200LB8

B = 0.422 м;

d - наибольший зазор между двигателем и барабаном, м.  d = 0,04 м [9].”

3.5.2 Подбор преобразующего механизма (редуктор)

Подбираем необходимый редуктор типа Ц2Н-500-50-12М-У1 [12] с нужным передаточным числом 50.0, межосевое расстояние которого 815 мм и максимальным крутящим моментом второго медленного вала ПВ = 100% и реверсивной нагрузке равен 40000 Н×м.

Значение которое я выбрал не должно отличаться от заданного более чем на 15% [9]:

,

“где u_р.т. - необходимое передаточное число редуктора,

u_р -передаточное число выбранного нами редуктора.”

Настоявшее количество оборотов нашего барабана:

,

“где n_д - количество оборотов двигателя, мин^-1;

i_ред - передаточное число редуктора.”

Данный механизм проходит все необходимые требования.

3.6    Определение тормоза

Устройство остановки будем выбирать исходя из нашего расчетного останавливающего момента:

, ,

“где K_т = 2 -стандартный коэффициента запаса торможения для

тяжелых режимов работы [9];

Q - масса поднимаемого груза, кг;

r_б - радиус барабана, м;

η_мех -суммарное КПД механизмов от вала двигателя до барабана включительно;

g - ускорение свободного падения, g = 9.8 м/с².”

Выбираем из [9, таблицы П.7.1] тормоз ТКГ-300 с необходимым наибольшим моментом торможения 800 Н·м.

3.7 Проверочный расчет

Проверять будем время разгона и силу нагрева нашего двигателя

Проводим проверку двигателя на время ускорения.

Максимальное время ускорения:

,

“где w_дв - угловая скорость двигателя, с^-1;

J_мех.р - приведенный к валу двигателя момент инерции при разгоне всех движущихся частей механизма, включая поступательно движущиеся массы, кг · м²;

М_п.ср - средне пусковой момент нашего двигателя, Н·м;

М_ст.р - момент статических сопротивлений при разгоне, приведенный к валу выбранного двигателя, Н·м.”

,

“где Ψ_max - наибольшая кратность пускового момента;

электродвигателя, для электродвигателей с короткозамкнутым ротором ψ_max = 2.9 (см. п.3.4);

Ψ_min - наименьшая кратность пускового момента электродвигателя. Для электродвигателей с короткозамкнутым ротором Ψ_min = 1.1 [9];

М_дв.н - номинальный момент на валу выбранного двигателя, Н·м.”

,

“где N_дв - номинальная мощность выбранного двигателя, кВт;

n_д - количество оборотов нашего двигателя, мин^-1.”

Найдем момент статических сопротивлений при ускорении из формулы:

,

“где Q - масса поднимаемого груза, кг;

g - ускорение свободного падения, g = 9.8 м/с²;

r_б - радиус нашего барабана, м;

η_мех - КПД всех механизмов от вала двигателя до барабана включительно;

i_общ - передаточное число механизма.”

Находим момент инерции, приложенный к валу выбранного двигателя из формулы:

, кг·м²,

“где J_вр - момент инерции при разгоне всех вращающихся частей

устройства, приведенного к валу выбранного двигателя, кг · м²;

J_пост.р. - момент инерции при разгоне поступательно движущихся частей устройства и груза, приведенный к валу нами двигателя, кг · м².”

Находим момент инерции при ускорении всех вращающихся частей изделия, приложенного к валу нашего двигателя из формулы:

, кг·м²,

“где J_р.дв - момент инерции ротора выбранного двигателя, кг · м².

J_р.дв = 4.2 кг · м²;

J_т.ш. - момент тормозного шкива, кг · м²;

γ -стандартный коэффициент, учета инерции вращающихся масс, расположенных на втором, третьем и последующих валах устройства.”

Находим момент инерции останавливающего шкива из формулы:

, кг·м²,

“где m_тш - масса тормозного шкива, кг;

r_тш - радиус тормозного шкива (см. п. 3.6), м;

ξ_тш - коэффициент, учитывающий распределение масс,

ξ_тш = 0.6 [9].”

Выбранный нами тормоз имеет вес шкива равный m_тш = 25.4 кг [8].

 кг·м²

 кг·м²

Находим момент инерции при ускорении поступательно движущихся деталей изделия и груза, приложенный к валу выбранного двигателя из формулы:

, кг·м²,

“где m_п - масса подвески, кг;

m_гр - масса груза, кг;

r_б - радиус барабана, м;

η_мех - КПД всех механизмов от вала двигателя до барабана включительно;

i_общ - передаточное число механизма.”

 кг·м²

Получаем:

 кг·м²

Максимальное время ускорения из формулы (3.15):

Время ускорения соответствует рекомендуемому [2] tр = 1…2 с.

3.8 Проводим проверку электродвигателя на нагрев

Вобранный нами электродвигателя должен выдерживать во время устоявшегося подъема заявленного груза мощность, которая не может превысить установленную. У нас это 22 кВт. Развиваемая во время устоявшегося подъёма мощность равна 19.3 кВт (см. п.3.4). Необходимая мощность не выходит за границы мощностных характеристик электродвигателя, это позволяет пройти рамки нагрева электродвигателя. Следовательно, проводить проверку на нагрев нет необходимости.

.9 Расчеты сборочных единиц изделия

.9.1 Барабан

Его мы будем производить из чугуна Сч24. Из [9, таблицы 5.1] берем допускаемое напряжения на сжатие равное [σ]_сж = 112.8 МПа.

. Толщину корпуса барабана.

Будем находить из условия на сжатие используя формулу:

, 

“где t - расстояние между соседними витками каната, t = 0.024 м;

[σ]_сж - Допускаемое напряжения на сжатие, [σ]_сж = 112.8 МПа.”

Учитывая условия наилучшей технологии производства литых барабанов, примем толщину стенки равной 20 мм.

Учитывая с незначительную длину выбранного барабана относительно его диаметра проводить проверку на изгиб нет смысла.

. Болты для закрепления зубчатого венца полумуфты выбираем следующие:

Диаметр болта будем находить из формулы:

,

“где F_окр - усилие, действующее на окружности установки болтов, Н;

m_б^’ = 0.75m_б - расчетное число болтов;

m_б - количество установленных болтов, обычно 4…8;

[t] - допускаемое напряжение среза, МПа.”

,

“где S_р - разрывное усилие каната, Н;

D_б - диаметр нашего барабана, м;

D_окр - выбранный диаметр окружности для установки болтов, м.”окр = (1.3…1.5) Dз,м

D₃ - наружный диаметр зубчатого венца редуктора, м

Для Ц2Н-500-50-12М-У1 Dз = 0,410 м”окр = 1,4·0,410 = 0,588 м

Учитывая конструкцию берем Dокр = 0,720  

, 

“где s_т - предел текучести материала болтов, МПа;

k₁ - стандартный коэффициент безопасности для

грузоподъемных механизмов;

k₂ - стандартный коэффициент нагрузки.

s_т = 353 МПа - для болтов из Стали 45, k₁ = 1.3 [2], k₂ = 1.2 - для

тяжелых режимов эксплуатации [9].”

Получаем:

. Выполняем вычисление оси барабана

Она испытывает напряжения от массы самого барабана и усилия натяжения каната, исходящего из барабана. В связи с незначительными размерами барабана его массой мы пренебрежём оставив запас прочности.

Расчетная схема барабана в наиболее опасном нагруженном месте по предварительному расчету показана в рисунке 3.3.

Находим силу от натяжения каната давящую на ось из формулы:

,

,

“где - расчетное усилие в ветви каната, Н;

l₄ - расстояние от левой ступицы до точки приложения силы S_р (см. рисунок 3.3), м;

l₅ - расстояние от правой ступицы до точки приложения силы S_р (см. рисунок 3.3), м.”

Рисунок 3.3 - Расчетная схема барабана

Реакции опор:

, ,

,

“где F₁ и F₂ - усилия на ось от натяжения каната, Н;

l₁, l₂, l₃ - расстояния до точек приложения сил (см. рисунок 3.3), м;

L - расстояние между опорами (см. рисунок 3.3), м.”

Изгибающие моменты в точках 1 и 2:

,

, ,

“где R_A и R_B - реакции в опорах, Н;

l₁, l₃ - расстояния до точек приложения сил (см. рисунок 3.3), м.”

Наибольшая нагрузка на ось прилагается в правой ступице в точке 2.

Наименьший диаметр оси:

, ,

“где М₂ - изгибающий момент в точке 2, Н×м;

k₁ - стандартный коэффициент запаса цапф, k₁ = 1.6 [9];

k₂ - стандартный коэффициент запаса прочности механизмов подъема груза, k₂=1.6 [9];

s_-1 - допускаемое напряжение при симметричном цикле, Па.”

Для Стали 45 Ϭ-1 = 237 · 106 Па.

м

Учитывая конструкцию и снижая затраты на изготовление. А также для монтажа шарикоподшипников на цапфы оси. Диаметр оси ступицы барабана будем брать d = 85 мм. Диаметр цапфы оси шарикоподшипников будем брать dц = 75 мм.

. Подбор подшипников

Будем учитывать возможность неточной установки оси барабана и примем радиальные, выравнивающиеся сферические подшипники.

Оба кольца ставятся внутри вала редуктора будут вращается вместе. Наш подшипник выбираем учитывая статическую грузоподъемность равна ранее рассчитанному усилию на барабане  и учитывая внешний диаметра под шарикоподшипник в вале редуктора D = 160 мм: радиальный сферический двухрядный шарикоподшипник №1315 d = 75 мм, D = 160 мм, B =37 мм, Cr = 80 000 Н, C0 = 40 500 Н [1, Т.2].

Подшипник выносной опоры вала берем учитывая работоспособность, и переменность нагрузки. Находим эквивалентную нагрузку из формулы:

,

“где V - коэффициент вращения, V = 1;_B - реакция опоры в точке А, R_B = 26894.3 Н;

K_б - стандартный коэффициент безопасности, для механизмов подъема K_б =1.0…1.2;