Задание расчет механизма подъема поворотного крана на колоне
Задание Рассчитать механизм подъема поворотного крана на колоне по следующим данным:
Грузоподъемность Q=0,7 m
Вылет стрелы (постоянный) L=2,5 м
Высота подъема Н=4 м
Скорость подъема V=3,5 м/мин
Режим работы- тяжелый ПВ=25%
Расчет механизма подъема
1.1 Выбор полиспаста
Для проектируемого крана принимаем механизма подъема, схема которого изображена на рисунке.
Рис.1 Кинематическая схема механизма подъема
Для крана грузоподъемностью 0,7 тонн, используем [I, табл 10] принимаем одинарный простой одинарный полиспаст а=1, u=2.
1.2 Расчет и выбор каната
Максимальное натяжение каната, набегающего на барабан
Smax=
Где Z – количество ветвей, на которых весит груз.
Z=u*a=2*1=2
- КПД полиспаста
Где -КПД блока =0,97 (с учетом жесткости каната)
Smax=
1.3 Выбор каната и крюковой подвески
Канат выбирают по разрывающему усилию, согласно правилам Госгортехнадзора [I c56]
SpSnax*nk
Где nk-коэффициент запаса мощности, выбираем используем [I прил 11] nk=6
Sp= Snax*nk=392*6=2362 кгс
Из [I прил 1] выбираем канат стальной двойной свивки ЛК-3 конструкции 6x25(1+6;6+12)+1 о. с. (ГОСТ 7665-69). Диаметр каната dK=5,5 мм при расчетном приделе прочности проволоки =160 кгс/мм2 площадью сечения всех проволок FK=34,14 мм2 с разрывным усилием Sp=4640 кгс
По номинальной грузоподъемности Q=0,7 т и тяжелому режиму работы из [Iприл. VI, VII] выбираем крюк однорогий тип А №5 (ГОСТ 6627-74) изготовленный из стали 20 с приделом прочности В=4200 кгс/см2 и приделом текучести Т=2500 кгс/см2, выносливости -1=1200 кгс/см2. Резьба шейки
М 24. Для металлической резьбы, высота гайки должна быть не менее:
Нmin=1,2d2=1,2*19,3=23,2 мм
С учетом стопорной планки, принимаем Н=25 мм. Наружный диаметр гайки:
DH=1,8d2=1,8*23,2=41,7 мм
Т. к грузоподъемность не превышает 3,2 т то (по рекомендации [II c 87]) гайка будет опираться на сферическую шайбу.
Траверса изготовлена из стали 45с пределом прочности В=6100 кгс/см2,
приделом текучести Т=4300 кгс/см2, выносливости -1=2500 кгс/см2.
1.4 Расчет узла барабана.
Максимальный диаметр барабана (по центру натягиваемого каната)
Где е - коэффициент режима работы и типа грузоподъемной машины. Используя [I табл. 12] для тяжелого режима работы выбираем е=20
Тогда диаметр блоков (по центру наматываемого каната)
Принимаем =200 мм, =240 мм.
Рабочая длина каната, наматываемого на барабан, при подъеме
Количество рабочих витков
Zраб=
Общее число витков
Zобщ=Zраб+ Zзап +Zзакр
Где Zзап - минимальное количество запасных витков на барабане Zзап=1,5
Zзакр-количество витков на закрепление каната Zзакр=2
Zобщ=11,15+1,5+2=14,65
Длина барабана
б= Zобщ*t+4dК
Где t-шаг каната (для барабана с нарезкой)
t=dК+(2….3)=9,7+2=11,7 мм
4dК-запасное расстояние от последующих витков до конца барабана.
б= 14,65*11,7+4*9,7=210,2 мм
Толщина стенки барабана ( по условию деформации сжатия):
=
Где [сж] – допустимое напряжение сжатия.
Для чугуна СЧ 15-32 [сж]=1650 кгс/см2
= см
Из условия изготовления литых барабанов
=0,02*+(0,6…1)=0,02*20+0,8=1,2 см
Дополнительную проверку на кручение и изгиб не выполняем так как (210<600).
Для расчета крепления каната к барабану, определим натяжение каната перед прижимной планкой
Где f-коэффициент трения каната по барабану f=0,1…0,16
-угол обхвата барабана канатом =4
Суммарное усилие растяжения болтов
Где f1-привиденный коэффициент трения между планкой и барабаном при угле заклинивания 2=800
-угол обхвата при переходе от одной канавки планки к другой =
кгс
Суммарное напряжение в болте при заточке с учетом растягивающих и изгибающих усилий
Где n-коэффициент запаса прочности (надежности) крепления (n1,5) n=1,8
Z-количество болтов Z=2
d1-внутренний диаметр болтов М12,
сталь Ст3, Т=2200 кгс/см2,
d1=11,2
Pu – усилие, изгибающее болты
Pu=Pf1=214,7*0,218=46,81кгс
[Р]= кгс/см2
кгс/см2
Что меньше допустимого [Р]=1173 кгс/см2
1.5 Расчет мощности электродвигателя привода
Мощность двигателя, необходимого при подъеме номинального груза
NP=
Где V - скорость подъема груза V=0,06 м/с
-КПД механизма. Для механизмов с цилиндрическими зубчатыми колесами =0,85
NP=
Используя [I прил XXXIV] выбираем электродвигатель асинхронный с фазовым ротором типа NTF 011-6 со следующими параметрами N=2кВт, n=800мин-1
с максимальным моментом
Mn. max.=4 кгс*м, моментом инерции ротора
JP=0,00216 кгс*м*с2
1.6 Кинематический расчет привода и выбор редуктора.
Номинальный момент на валу двигателя
Mн=
Отношение максимального момента к номинальному
Определяю передаточное число редуктора
-частота вращения барабана
=
Где = скорость наматывания каната на барабан
=
Выбираем редуктор с наиболее подходящим передаточным числом =50,94 Ц2-250 [I прил. XLV]
Фактическая скорость подъема груза будет составлять
Vф=
Проверка электродвигателя.
Выполним проверку двигателя по условиям нагрева.
Мощность при подъеме номинального груза
NН. Г.=
Крутящий момент на валу двигателя при подъеме номинального груза
MС. Т.=
Номинальный момент выбранного двигателя
Mн=
Коэффициент перегрузки при подъеме номинального груза
Пользуясь графиком [I рис. 79а с.181] (кривая Нmax=200%) при =0,69 находим относительное время пуска
tпо=1,55
Определим врем разгона при подъеме номинального груза
tп=tпо*
Где -момент инерции движущихся масс, приведенных к валу двигателя
=
Где - коэффициент учитывающий моменты инерции деталей вращающихся медленнее чем вал двигателя.
=момент инерции муфты, =0,00763 кгс*м*с2
- общее передаточное число механизма
=
=
tп=1,55*
Среднее время рабочей операции
tP=
где LP-средний рабочий путь
LP=(
tP=
отношение времени пуска с среднему времени рабочей операции.
Пользуясь графиком [Iрис.45с112] определяем вспомогательный коэффициент =0,72.
Эквивалентная мощность цикла
Определяем требуемую мощность цикла по условиям нагрева при ПВ=25%
N15=k*Ne
Где k-коэффициент, зависящий от режима работы. При номинальной мощности и ПВ=25% k=1,25
N15=1,25*1,0008=1,251 кВт
Выбранный двигатель ПТF 011-6 мощностью N= 2 кВт удовлетворяет условию нагрева.
1.7 Расчет и выбор тормоза
Расчетный момент тормоза
МТ=КТ*МСТ. Т
гдеКТ- коэффициент запаса торможения.
По правилам Госгортехнадзора для тяжелого режима работ, используя, [Iтабл. 18] принимаем КТ=2,0
МСТ. Т=
МТ=2*1,53=3,06 кгс*м
Пользуясь [I прил. LI] выбираем двух колодный тормоз типа ТКТ-200/100 с наибольшим тормозным моментом МТ=4 кгс*м, отрегулированный на расчетный тормозной момент.
Время торможения.
tT=
где -момент инерции движущихся масс, приведенный к валу двигателя при торможении.
=
JP. M.=JP.+JM.=0,00216+0,00763=0,00979 кгс*м*с2
Jпр. т.=1,2*0,00979+ кгс*м*с2
Время торможения при подъеме груза
tТП=
Время торможения при опускании груза
tТОП=
Исходя из величины тормозного момента, ориентировочно по рекомендуемым [I с. 85] данным выбираем диаметр тормозного шкива DТ=200мм.
Тормозной шкив изготавливают из стального литья марки 45Л, тормозные колодки футэрованны фрикционной лентой типа Б (ГОСТ 118-69)
Наименьший диаметр тормозного шкива
Dmin=
Где - допустимое давление между колодкой и шкивом. Используя [I табл. 19] выбираем =6 кгс/см2. В формуле используется значение на 50% меньше.
- коэффициент трения, выбираем из [I табл. 19] =0,3
Dmin=
Что меньше выбранного DT=200мм.
Сила нажатия колодки на шкив.
N=
Где - сила трения между колодкой и шкивом
=
N=
Высота тормозной колодки.
НК=(0,5…0,8)*DT=(0,5….0,8)*200=87….100 мм
Принимаем НК=90 мм
Ширина колодки
ВК=
Принимаем ВК=50 мм
Задание №2.
Рассчитать привод горизонтального винтового конвейера по следующим данным:
Транспортируемый груз - зерно;
Производительность П = 70000 кг/ч
Длина конвейера l = 30 м
Угол наклона b = 0°
Плотность материала r = 1500 кг/м3
В конструкции для транспортирования муки принимаем винт со сплошной поверхностью, однозаходный.
Диаметр винта из условий обеспечения заданной производительности:
где e = r/D - зависимость между шагом и диаметром, примем e=0,8 (r=0,6D)
n - частота вращения винта, ;
k - коэффициент, зависящий от характера груза,
k = 65
y - коэффициент наполнения желоба,
y = 0,4
Сb - коэффициент снижения производительности наклонного конвейера
Сb = 1
Принимаем предварительно диаметр винта 400 мм, тогда , т. е. выполняется требование < 150 мин-1
Примем =103,0 мин-1
Вычислим диаметр винта
Принимаем D = 300 мм.
Мощность на валу электродвигателя
,
где kз - коэффициент запаса, kз = 1,1…1,2;
h - кпд привода, примем h = 0,85;
Lr - горизонтальная проекция пути транспортирования, Lr = L = 35 м (т. к. угол b = 0);
w0 - коэффициент сопротивления движению, w0 = 1,2
Выбираем электродвигатель 4А112М2У3, номинальная мощность 7,5 кВт, синхронная скорость 1000 мин-1, коэффициент скольжения S = 3,2%, т. е. nном = 974 мин-1 (w = 101,95 с-1)
Передаточное число редуктора
выбираем редуктор Ц2-250 для среднего режима работы, передаточное отношение iред = 9,8
Уточним число оборотов винта
,
это меньше 150 мин-1, т. е. удовлетворяет условию.
Крутящий момент на валу электродвигателя
Крутящий момент на валу винта
Действующая на винт осевая сила
,
где r0 - радиус, на котором приложена осевая сила,
r0 = (0,7…0,8)D|2
a - угол подъема винтовой линии
a = 19°49'
g - приведенный угол трения перемещаемого груза о поверхность винта, для муки tgg = f = 0,65
т. е. g = 33°
Литература:
1. «Расчеты грузоподъемных и транспортирующих машин» Ф. К. Иванченко, В. С. Бондарев.
2. «Проектирование механических передач» С. А. Чернавский.