Мостовой кран

- диаметр каната;

- коэффициент выбора  диаметров (табл. 3.8).

 

 

 

 

2.7.2 Расчет подшипников блоков

 

Каждый блок устанавливается на двух радиальных подшипниках. Нагрузка на один подшипник при номинальном грузе:

 

где, -динамический коэффициент ();

- коэффициент вращения (при вращении  наружного кольца подшипника, );

-число блоков в подвеске ().

 

Однако в связи с тем, что кран работает с различными грузами, расчет следует вести по эквивалентной нагрузке, которую с достаточной точностью можно определить по следующей  зависимости:

 

где, -коэффициент приведения (ориентировочно его можно принять:для режима М5).

,65

Параметры блоков: 

 

 

Требуемая долговечность подшипника    (в млн. оборотов) определяется по формуле:

 

где,-долговечность подшипника равная 3500 для режима М5;

-частота вращения блока, ,

тогда,

 

Тогда расчетная динамическая грузоподъемность шарикового подшипника будет равна:

 

 

 

Рисунок 2.8: Подшипник шариковый, радиальный, однорядный,

Обозначение подшипника №214, d=70 мм, D=125 мм, B=24 мм, динамическая нагрузка 61800 Н, r=2,5, частота вращения 5400об/мин. Масса 1,08кг.

 

2.8 Расчет барабана

 

Требования к барабанам

       В большинстве грузоподъемных машин применяют барабаны с винтовыми канавками для наматывания каната в один слой. По способу изготовления барабаны бывают: литые, из чугуна или стали; сварные из толстостенных труб с нарезными канавками.

Минимальный диаметр барабана:

 

где, -диаметр барабана по средней линии навитого каната, мм;

-коэффициент выбора  диаметра барабана для режима  М5, (табл. 3.8);

-диаметр каната.

 

 

 

 

2.8.1 Расчет основных параметров барабан

 

 Профили и размеры канавок на барабане выбирают из условий обеспечения долговечной и надежной работы каната:

     Радиус  канавки:

 

 

Шаг винтовой линии:

 

 

Глубина канавок для обычных барабанов:

 

 

,0165=0,0237

Дина нарезной части барабана, характеризующая его канатоемкость, зависит от длинны наматываемого каната, определяемого высотой подъема груза H, диаметром барабана и числом ветвей полиспаста.

Число витков нарезной части барабана:

 

где, H- высота подъема груза (H=14 м);

- кратность полиспаста ();

- диаметр барабана ();

- число запасных витков согласно  нормам Госгортехнадзора принимают  ;

- число витков для крепления  каната();

 

 

Длина барабана:

 

 

 

Длина барабана при сдвоенных полиспастах:

 

где, -длина средней (не нарезной) части барабана, определяется конструктивно из условий допускаемого угла отклонения γ каната на барабане.

Наибольший угол не должен превышать . Ориентировочно

Рисунок 2.9 - Конструкция барабана

 

 

где, - расстояние между осями блоков крюковой подвески();

-расстояние между осями барабана  и блоков подвески в крайнем  верхнем положении (предварительно  можно принять в пределах 600...1000 мм в зависимости от диаметров  блоков и барабана);

;

Рисунок 2.10 : Варианты устанвки барабана

 

 

значит,

 

 

 

2.8.2 Расчет барабана на прочность

 

Толщину стенки барабана определяют δ из условий сжатия, учитывая, что он нагружен равномерно распределенной нагрузкой вследствие огибания его натянуты канатом силой .

Рисунок 2.11: Расчёт барабана на прочность

 

Выбираем материал для барабана сталь 35Л(ГОСТ 977-75) свариваемость ограниченная, термическая обработка и температура 860-880. Временное сопротивление разрыву предел текучести отклонение удлиненное , относительное сужение ударная вязкость 25 Дж/, твердость 137-166 НВ

Напряжение определяем по следующей зависимости:

 

где, - натяжение каната,

t- шаг.

Так как допускаемое напряжение  определяется:

 

Где  n-запас прочности, для чугунных барабанов n=1,4…1,5;

 

.

Предварительно толщина барабана может быть определена по эмпирической формуле:

 

-условие технологии изготовления  литых барабанов выполняется.

Определим напряжение:

 

Кроме деформаций сжатия, стенка барабана в общем случае испытывает так же деформации изгиба и кручения. Следовательно, необходимо провести статический расчет барабана.

Схема барабана испытывает напряжения сжатия, изгибающие  и касательные напряжения,  напряжения кручения

Рисунок 2.12: Схема напряжений

 

 

Находим реакции в опорах:

 

 

Изгибающий момент:

 

Момент кручения:

 

 

Произведем расчет:

 

 

 

 

 

Напряжение изгиба:

 

где, -экваториальный момент сопротивления стенки барабана:

 

 

 

тогда,

 

 

 

 

Напряжение кручения:

 

где, - полярный момент сопротивления стенки барабана.

 

 

Тогда,

 

Суммарное напряжение в стенке:

 

где,

 

Устойчивость барабана.

Толщину стенки следует проверить на устойчивость согласно неравенству:

 

где, - критическое напряжение,

 

 

 

- запас устойчивости, в  расчетах принимают для  стальных  барабанов 

тогда,

 

 

 

 

Тогда,

 

 

 

 

 

 

2.8.3 Расчет узла крепления каната  на барабан

 

Узел крепления каната на барабане является одним из самых ответственных и к нему предъявляют высокие требования надежности, простоты конструкции, отсутствие острых перегибов, удобства осмотра и легкости замены каната.

Рассмотрим расчетную схему крепления каната прижимными планками. Канат удерживается силой трения между канатом и планкой, канатом и барабаном. Натяжение каната перед прижимной планкой значительно меньше натяжения ветви каната из-за наличия на барабане постоянно 1,5…2 витков.

Рисунок 2.13: Расчетная схема для определения параметров узла крепления каната на барабане

 

где,  f- коэффициент трения между канатом и барабаном;

α- угол обхвата канатом барабана. В расчетах принимают f=0,1..0,16 и α=(3…4).

 

Тогда, f=0,1,

 

 

 

Усилие растяжение болта.

 

где, - угол обхвата барабана канатом при переходе от одной канавки планки к другой;

- число болтов. Принимаем ;

- приведенный коэффициент  трения между планкой и канатом  ).

 

Момент, изгибающий болт:

 

где, l- плечо изгиба.

 

Суммарное напряжение в болте при затяжке крепления с учетом растягивающих и изгибающих усилий определяется:

 

где, - диаметр выбранного болта ( ),

 

 

Принятый болт проверяют на растяжение.

 

где, -коэффициент запаса крепления;

- диаметр болта;

- допускаемое напряжение  растяжения (для Ст.3 принимаем равным 117 МПа),

 

 

 

 

 

 

2.8.4 Расчет оси барабана

 

Ось барабана испытывает напряжение изгиба от действия усилий двух ветвей каната при сдвоенном полиспасте, а также от собственного веса барабана.

Для предварительного расчета длины оси барабана можно принять равной

 

 

 

Нагрузки на ступицы барабана  ( при пренебрежении его весом) создается усилиями в двух ветвях канатов-. Поскольку ступицы находятся на разных расстояниях от опор (предварительно можно принять =120 мм, ), нагрузки на ступицы также не будут одинаковы. Их с достаточной точностью можно принять

 

 

 

 

Расчет оси барабана сводят к определению диаметров цапф и ступицу из условия работы оси на изгиб в симметричном цикле:

 

где, M- изгибающий момент в расчетном сечении;

W- момент сопротивления расчетного сечения при изгибе

 

- допускаемое напряжение  при симметричном цикле, МПа.

Материалом для оси барабана обычно служит сталь 45 с пределом выносливости :

 

где, -допускаемый коэффициент запаса прочности (для групп режимов работы М5, М6-1,6);

- коэффициент, учитывающий  конструкцию детали (для валов, осей  и цапф- 2…2,8).

 

На данном этапе необходимо определить реакции в опорах оси и наибольшие максимальные моменты.

Определение реакций:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Наибольший изгибающий момент под ступицей:

 

 

 

Наибольший изгибающий момент для правой цапфы будет  равен:

 

 

 

Момент сопротивления сечения цапфы:

 

 

Момент сопротивления сечения цапфы:

 

 

Момент сопротивления сечения ступицы:

 

 

 

Условие работы на изгиб при симметричном цикле:

 

 

 

Рисунок 2.14: Эпюра сил действующих на ось

 

 

2.8.5 Расчет подшипников оси барабана

 

Для компенсации несоосности  опоры вала барабана помещаются на самоустанавливающихся сферических двухрядных шариковых или роликовых  подшипниках (ГОСТ 5220, ГОСТ 5221).

Эквивалентная нагрузка на правый подшипник может быть определена по упрощенной формуле:

 

где, -коэффициент вращения (при вращении внутреннего кольца );

- динамический коэффициент (для  механизма подъема, );

-коэффициент приведения (для режима  М5, ).

 

Требуемая долговечность подшипника (в млн. оборотов) определяется по формуле:

 

где, -долговечность подшипника равная 3500 для режима М5;

- частота вращения барабана, ,

 

Расчетная динамическая грузоподъемность будет равна:

 

где, м=3 для шариковых подшипников,

 

 

Рисунок 2.15: Подшипник радиальный, сферический, двухрядный, шариковый ГОСТ 5720-75

 

Подшипник для ступицы: Подшипник радиальный, сферический двухрядный шариковый ГОСТ 28428-90:

Условное обозначение-1214;  

 

Подшипник для цапфы: Подшипник радиальный, сферический двухрядный шариковый ГОСТ 28428-90:

условное обозначение-1214;  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.9 Выбор двигателя

2.9.1 Определение  максимальной статической мощности

Максимальная статическая мощность , которую должен иметь механизм в период установившегося движения при подъеме номинального груза, равна

 

где, - скорость груза;

-КПД механизма;

 

2.9.2 Выбор серии двигателя

        В  крановых механизмах подъема  целесообразнее всего использовать  асинхронные двигатели с фазным  ротором серий MTF, МТН, 4МТН, 4АК, 4АНК. Из них наибольшее применение  получили серии MTF и МТН. Однако практика эксплуатации последних лет показала, что двигатели серии MTF, устанавливаемые на башенных кранах, часто выходят из строя из-за перегрева обмотки. Поэтому применение их следует ограничить режимами работы М1-МЗ. Серия МТН отличается более высоким классом изоляции по сравнению с серией MTF-на 25 °С. Поэтому двигатели серии МТН можно использовать при М5 - М8 режимах работы. Так как стоимость двигателей серии МТН на 20... 50 % выше, чем стоимость двигателей серии MTF, то использовать двигатели серии МТН при режиме М1-М4 работы нецелесообразно. Двигатели серии MTF выпускают мощностью до 30 кВт, а серии МТН-до 200кВт.

        При группах режимах работы М1, М2, МЗ разрешается использовать асинхронные двигатели с коротко-замкнутым ротором общепромышленной серии 4А. При этом можно выбирать или двухскоростные двигатели основного исполнения 4А, выпускаемые мощностью до 71 кВт, или модификацию основного исполнения-двигатели серии 4АС с повышенным скольжением, выпускаемые мощностью до 80 кВт. При режиме М7, М8 рекомендуется использовать двигатели постоянного тока с последовательным возбуждением (серия Д), выпускаемые мощностью до 187 кВт. Технические данные двигателей приведены в ГОСТ 184, 185; 19523.

Серия двигателя: MTH

 

 

 

 

 

2.9.3 Выбор типа двигателя

 

Тип двигателя выбирают исходя из следующих условий.

Первое условие - относительная продолжительность включения двигателя ПВдд должна быть равна среднему значению относительной продолжительности включения электрооборудования ПВЭ0 при заданном режиме работы: ПВдц = ПВЭ0. Второе условие -В кранах общего назначения расчет двигателя можно с достаточной точностью вести по эквивалентной нагрузке. В этом случае потребная мощность двигателя определяется по зависимости

 

где, - коэффициент приведения, принимаемый равный 0,7 для режима М6.

 

Двигатель MTH 312-6:

Рисунок 2.16: Электродвигатель серии MTH

 

2.10 Выбор редуктора и передачи

    

   В механизмах подъема груза могут быть использованы следующие типы цилиндрических редукторов: двухступенчатые Ц2У, Ц2Н, ЦДНД, ЦДН, Ц2, РК, РМ (типоразмеры РМ-500 и РМ-650; остальные типоразмеры РМ сняты с производства; если указанные типоразмеры не удовлетворяют требованиям кинематики и прочности, следу  ЦЗУ, ЦТНД и ГК.

        Конструктивной особенностью данных типов (за исключением типа ГК) является возможность исполнения конца тихоходного вала с зубчатым венцом для муфты и расточкой для размещения опоры оси барабана. Редукторы типа ГК имеют на тихоходном валу шестерню для открытой зубчатой передачи.

       Выбор типоразмера редуктора производится по каталогу. При этом должны быть проверены условия, касающиеся прочности, долговечности и кинематики редуктора.

       Редуктор на стадии ориентировочных расчетов выбирается по статической мощности, передаточному отношению, частоте вращения вала двигателя и режиму работы.

        Мощность передаваемая редуктором определяется по зависимости,

 

Где, -коэффициент запаса (для редукторов типа Ц2 );

 

Определение передаточного числа редуктора.

 

где, – частота вращения вала приводного двигателя;

 –частота вращения тихоходного вала редуктора;

 

Тогда,

 

 

 

Типоразмер редуктора: Ц2-400.