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

[pic] (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 ? 0,18Ч10 = 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 Ч 10 = 21,5 кН. Ориентировочно принимаем

l ? L ? 0,87 м.

Для определения нагрузки Rmax пользуемся уравнением статики

SM2 = 0 или – Rmax Lк+ (GГ+ GT)Ч(Lк – l) + (Gк – GT) Ч 0,5Lк =0

(2)

откуда

Rmax=[pic] = (3)

[pic]? 27 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,

[pic]

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 Ч 9 = 22 мм.

Коэффициент влияния скорости Kv=1 +0,2 V = 1 + 0,2 Ч0,48= 1,096.

Для стальных колес коэффициент пропорциональности а1 = 190.

Предварительно выбранные ходовые колеса проверяем по контактным

напряжениям.

При линейном контакте

?к.л = аl[pic] = 493 МПа (5)

Поскольку допустимые контактные напряжения для стального

нормализованного колеса [?кл] =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:

[pic] (7)

По таблице 1.3 [1, стр. 9] принимаем, ? = 0,3 мм, а по таблице 1.4 для

колес на подшипниках качения f=0,015, Кр= 1,5. Тогда,

[pic]

Сопротивление движению от возможного уклона пути.

Wyк = (G+ Gк)Ч? = (17 + 21,5)Ч0,0015 = 0,058 кН = 58 Н. (8)

Значения расчетного уклона а указаны на с. 9.Таким образом, получаем

[pic]

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),

[pic] (10)

3. Подбираем электродвигатель по требуемой мощности

[pic] (11)

Предварительно принимаем ? = 0,85 и ?п.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 кгЧм2; Tп/Tн = 2;

Tmax/Tн= 2. Диаметр вала d= 19 мм.

Номинальный момент на валу двигателя

[pic] (12)

Статический момент

[pic] (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 НЧм.

Проверяем условие подбора [Тм] ? Тм. Для муфты Тм= 2,1ЧТн = 2,1Ч4,16 = 8,5

НЧм. Момент инерции тормозного шкива муфты Iт = 0,008 кг-м2. Маховой момент

(mD2)T= 4ЧIт = 0,032 кг-м2.

5. Подобранный двигатель проверяем по условиям пуска. Время пуска

[pic] (14)

Общий маховой момент

[pic] (15)

Относительное время пуска принимаем по графику (см. рис. 2.23, б) в

зависимости от коэффициента ?=Тс/Тн. Поскольку ? = 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

[pic] (16)

Статическое сопротивление передвижению крана в установившемся режиме

без груза

[pic] (17)

[pic]

Ускорение при пуске без груза

[pic] (18)

Время пуска без груза

[pic] (19)

Общий маховой момент крана, приведенный к валу двигателя без учета

груза,

[pic] (20)

Момент сопротивления, приведенный к валу двигателя при установившемся

движении крана без груза

[pic] (21)

По графику на рисунке 2.23 [1, стр.29] при ? = Тс'/Тн = 1,633/4,16 =

0,393 получаем tп.о.= 1

Тогда время пуска

[pic] (22)

Ускорение при пуске

[pic]

Суммарная нагрузка на приводные колеса без учета груза

[pic] (23)

Коэффициент сцепления ходового колеса с рельсом для кранов, работающих

в помещении, ?сц = 0,15.

Запас сцепления

[pic]

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:

[pic] (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

[pic] (25)

Сопротивление движению от уклона

[pic] (26)

Сопротивление от сил трения в ходовых частях крана

[pic] (27)

Общий маховой момент

[pic] (28)

Время торможения:

[pic] (29)

Максимально допустимое ускорение:

[pic] (30)

Число приводных колес znp = 2. Коэффициент сцепления ?сц = 0,15. Запас

сцепления Кц = 1,2.

Фактическая скорость передвижения крана

[pic] (31)

т. е. сходна с заданным (исходным) значением.

Расчетный тормозной момент

[pic]

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:

[pic] (32)

Маховой момент масс:

[pic] (33)

Статический момент сопротивления движению при торможении:

[pic] (34)

Сопротивление движению при торможении:

[pic] (35)

Сопротивление от сил трения:

[pic] (36)

Сопротивление от уклона:

[pic] (37)

Следовательно,

[pic]

Тогда статический момент сопротивления:

[pic]

а время торможения:

[pic]

что меньше допустимого [tт] = 6...8 с.

Проверка по замедлению при торможении:

[pic]

что меньше максимально допустимого значения для кранов, работающих в

помещении, [ат] < 1 м/с2.

Следовательно, условия торможения выполняются.

9. Определяем тормозной путь по формуле:

[pic] (38)

По нормам Госгортехнадзора при числе приводных колес, равном половине

общего числа ходовых колес (см. табл. 3.3), и при фсц = 0,15

[pic] (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.