Міністерство освіти і науки, молоді та спорту україни сімферопольський технікум залізничного транспорту

РОЗГЛЯНУТО на засіданні циклової комісії Голова комісії _______________Г.А. Авраменко протокол №____ від «____»_______20 _ р.

ЗАТВЕРДЖЕНО Зав. відділенням КМ ________________ Ю.Б.Клементьєв від «___»___________20 _ р.

Методичні вказівки з виконання розрахункової частини курсового та дипломного проектування.

тема:“Розрахунок механізму тягової лебідки крану УК25/9-18”

з дисципліни: «Колійні машини»

спеціальность: 5.05050204«Експлуатація і ремонт

підйомно-транспортних, будівельних,

дорожніх машин і устаткування»

Розробив:

викладач

Гень В.М.

20 _ р.

Исходные данные

1. Вес звена рельсошпальной решетки d = 2,0·10⁵ Н

2. Вес подъемной траверсы С₁ = 2,5·10⁴ Н

3. Вес подъемной траверсы С₂ = 8·10⁴ Н

4. Число вращающихся блоков при движении тележки n=10

5. Коэффициент трения в блоке ĸ = 1,01

6. Допускаемая длина провисания ℓ_к = 4,7 м

7. Режим работы – тяжелый

8. КПД редуктора тяговой лебедки η_р = 0,9

9. КПД концевых блоков η_бл = 0,98

10. КПД барабанов η_б = 0,97

11. КПД зубчатых муфт η_м = 0,99

Конструктивный расчет

Тяговые лебедки служат для передвижения грузовых тележек вдоль фермы крана из одного крайнего положения в другое, что позволяет выносить звено с платформы с укладкой его в путь или собирать старогодные звенья с укладкой их на платформу крана. Кинематически тяговая лебедка состоит из электродвигателя, зубчатой муфты, среднеступенчатого цилиндрического редуктора, двухколодочного нормального замкнутого тормоза, двух барабанов с канавками.

Р

ис. 1 Кинематическая схема тяговой лебедки

х

х

х

х

х

х

х

1 – электродвигатель 4,5 – барабан

2 – муфта зубчатая 6 – тормоз

3 – редуктор цилиндрический

Конструктивный расчет

1. Определяем сопротивление перемещению тележек с грузом, Н

W₁ = = = =

= = 6404 Н с. 188-199 (2)

2. Определяем сопротивление трения грузового каната, Н

W₂ = ·(R^n-1-1) = · (1,01^10-1 – 1) = 5061 Н

где R – коэффициент трения в блоке (R = 1,01-1,02)

n – число вращающихся блоков при движении тележки

3. Находим сопротивление натяжения каната, Н

W₃ =

где g₁ – вес 1 м каната

с_к – длина провисающего каната, м

ℓ_к = 4,7 м

h = = 0,047 м

Для каната d_к = 13 мм, g₁ = 5,9 н/м, тогда

W₃ = = 34,5 Н

4. Определяем сопротивление трения концов звена о пакет, Н

W₄ = q₂ ∙ ℓ₁ ∙ ƒ₁,

где q₂ = вес 1 м звена (q₂ = 7200 н/м)

ℓ₁ – расстояние от места захвата до его конца ℓ₁ = 7,0 м

ƒ₁ – коэффициент трения бетона по стали (ƒ₁= 0,015)

Тогда W₄ = 7200 ∙ 7 ∙ 0,015 = 756 Н

5. Общая величина сопротивления при установившемся движении, Н

W = W₁+W₂+W₃+W₄ = 6404 + 5061 + 756 + 34,5 = 12256 Н [4.1] (2)

6. Подбираем тяговый канат

S_р = W_n = 12256 · 6 = 73,53 кН

по ГОСТ 3070-74, этому усилию соответствует канат 13-1Л-К-Н-160

На кране УК-25/9-18 установлен канат 13,5-Г-I-С-О-Н-1760 по ГОСТ 7668-80.

ℓ_к = 60 м и 64 м

С хема запасовки тяговых канатов

1; 2 – барабан 4; 8 – концевые блоки

3; 6; 9 – тяговые канаты 5; 7 – грузовые тележки

По ГОСТ 3070-74 соответствует канат 13-1Л-К-Н-160

1.3 Определение параметров элементов барабана

Так как, на тяговой лебедке барабан имеет одинаковые параметры, расчет будем вести только для одного

1.3.1 Определяем диаметр барабана, измеренный по дну канавки

Д_о = (ℓ– 1) ∙ d_к = (20 – 1) ∙ 13,5 = 247 мм

где ℓ – коэффициент, регламентируемый Правилами Госгортехнадзора в зависимости от типа грузоподъемной машины и режимы ее работы. Так как режим работы крана тяжелый, принимаем значение ℓ = 20

d_к – диаметр каната, d_к = 13,5 мм

По конструктивным соображениям принимается диаметр по дну канавки Д_о = 700 мм

1.3.2 Длину каната навиваемого на барабан принимаем согласно конструкции фермы ℓ₁ = 60м и ℓ₂ = 64м

Определяем шаг нарезки винтовых канавок, нарезанных на поверхности барабана

t = d_к + (2÷3) = 13,5+2,5 = 16 мм

Принимаем шаг 15 мм

Радиус канавки r = (0,6÷0,7) · d_к = 0,6 · 13,5 = 8,1 мм Принимаем r = 8 мм

Глубина канавки h = 0,3 · d_к = 0,3 · 13,5 = 4 мм

Определяем число рабочих винтов каната z_р по формуле

z_р = (2.18) [1]

z_р = = = 15,5

Принимаем z = 16, тогда L_нар = z · t = 16 · 15 = 240 мм

где L_к – длина каната, навиваемого на барабан для перемещения траверсы с одного конца фермы на другой L_к = 40,7 м

Значения ненарезанных частей в месте закрепления каната ℓ₁ = 3∙d_к = 3∙13,5 = = 40 мм, принимаем 42 мм ℓ₂ = 1∙d_к = 13,5 мм

Определяем полную длину барабана L_б = L_нар + ℓ₁ + ℓ₂ = 240 + 40 + 13,5 = 293,5 мм

Принимаем L_б = 294 мм

Определяем толщину стенок барабана из условия прочности по формуле

б = (2.27) [1]

где [σ]_сж – допускаемое напряжение сжатия = 90 МПа для чугунных барабанов [σ]_сж = 90·10⁶ Па

t = 15 мм – шаг нарезки

S = максимальное натяжение каната, Н

S = 12256 Н

б = 12256/0,015 · 90 · 10⁶ = 0,009 м = 9 мм

Проверяем толщину стенок из технологических условий изготовления по формуле

б ≥ 0,02 ∙ Д_б + (6÷10) мм (2.28) [1]

где Д_б – диаметр барабана, мм Д_б = 700 мм

б ≥ 0,02 ∙ 700 + 8 мм = 22 мм

Принимаем толщину стенок 22 мм

Выполняем эскиз барабана по рис. на стр. 89 альбома чертежей УК-25/9-18 том IV конструкцию крепления каната на барабане планочным. Конец каната пропускаем через отверстие в стенке барабана Н = 25 м, В = 40 мм, закрепляем планкой – зажимом (чертеж УК^Э 61.10.00.33 альбом IV стр. 91) и прижимаем специальными болтами п. 47 (чертеж УК^Э 62.10.00.03 лист 85 альбом IV)

Конструкция натяжного барабана по чертежу УК⁰-62.10.10.00 сборная и имеет храповое устройство внутри барабана, которое необходимо для натяжения тягового каната при его удлинении.

В качестве ступицы барабана использовано храповое колесо 1 (62.10.10.01 лист 94) закрепленное на валу шпонкой. В теле корпуса барабана (n²) (чертеж УК^Э 62.10.00.02 лист 95) с внутренней стороны сделано 6 пазов под собачки 4 (см деталь I) храпового устройства. Собачки 4 пружинами 5 прижаты к зубьям храпового колеса. С обеих сторон храповой механизм ограничен двумя дисками-обоймами 3, соединенными шестью болтами М 20×100 с корпусом барабана 2. При вращении корпуса барабана для натяжения каната собачки под действием пружины заскакивают во впадины храповчика.

1.4 Определение частоты вращения вала барабанов

Частота вращения вала барабана определяется по формуле:

n_б =

где U – скорость движения каната U = 1,5 м/с

Д_б – диаметр барабана Д_б = 0,7 м

n_б = 40 мин^-1

1.5 Определение мощности электродвигателя и подбор его по каталогу

Определяем общий КПД передачи – n_общ

n_общ = η_бл² · n_б · n_р · h_м = 0,982 · 0,97 · 0,9 · 0,97 = 0,83

Определяем мощность электродвигателя по формуле

N = = (2.47) [1]

N = = 22,4 кВт

где W – общая величина сопротивления при установившемся движении, Н

U – скорость передвижения звена

η_общ – коэффициент полезного действия лебедки, η_общ = 0,83

По каталогу подбираем электродвигатель постоянного тока типа ДЛ-41, мощностью 24 кВт частотой вращения 970мин^-1

1.6 Определение общего передаточного числа редуктора и механизма. Подбор редуктора

1.6.1 Определяем общее передаточное число редуктора по формуле: U_р =

U_р = = 24,25

где n_дв – число оборотов вала двигателя

n_бар – число оборотов вала барабана

Принимаем трехступенчатый цилиндрический редуктор по чертежу УК^Э 62.10.00.00 листы 86, 87, 88 с передаточными отношениями ступеней

і_Iст = = = 2,4

і_IIст = = = 4,17

і_IIIст = = = 2,52

Общее передаточное число будет равно і_общ = і_Iст · і_IIст · і_IIIст = 2,4 · 4,17 · 2,52 = 25,3

Сводная таблица кинематического расчета тяговой лебедки УК-25/9-18

Мощность			Передаточное число	Угловая скорость		Крутящий момент
	Расчет	кВт		Расчет	Р/сек	Расчет	Н·м
1	Р1 = Рдв	24	-	ω1 = ωд = ω1 = ωд =	101,5	Т = Т =	236,45
2	Р2 = Р1 · ηзм · ηпк · ηзп Р2 = 24 · 0,99 · 0,99 · 0,97	22,8	іIст = = = 2,4	ω2 = ω2 =	42,3	Т2 = Т2=	539
3	Р3 = Р2 · ηпк · ηзп Р3 = 22,8 · 0,99 · 0,97	21,9	іIIст = = = 4,17	ω3 = ω2/іII ω3 = 42,3/4,14	10,14	Т3 = Т3 =	2160
4	Р4 = Р3 · ηпк · ηзп Р4 = 21,9 · 0,99 · 0,97	21	іIIIст = = = 2,52	ω4 = ω3/і3 ω4 =	4,02	Т4 = Т4 =	5234
5	Рб = Р4 · ηпк · ηб Рб = 21 · 0,99 · 0,97	20,16		ωб = ω4 ωб = 4,02	4,02	Тб = Тб =	5015

1.7 Подбор и проверка муфты соединения электродвигателя с редуктора. Муфту принимаем зубчатую из альбома IV стр. 73

Эскиз муфты

Соединение муфты проверяем на смятие по формуле

σ_см = ≤ [σ]см (8.23)

Допускаемое напряжение при переменной нагрузке 0,5 · 40 = 20МПа

где Т = 236450 Н·мм – передаваемый крутящий момент

0,75 – множитель для учета неравномерности давления по зубьям

z = 40 – число зубьев

А_см = 0,8 · m · ℓ, где m = 3 – модуль зубьев

ℓ = 25мм – длина зубьев, тогда расчетная поверхность смятия будет равна

А_см = 0,8 · 3 · 25 = 60 мм²

R_ср = 0,25 · (Д_в + d₂) = 0,25 · (126 + 110) = 59 мм

σ_см = = = 2,2 МПа ≤ [σ]см = 20 МПа

1.8 Расчет тормоза

Определяем требуемый тормозной момент по формуле М_т = К_т · М_кр [2.29]

где: К_т – коэффициент запаса торможения, обеспечивающий надежность работы тормоза К_т = 2

М_кр = 9550 · [2.31]

М_кр = 9550 · = 236 Н·м

М_т = 2 · 236 = 472 Н·м

Принимаем диаметр тормозного шкива Д_т = 270 мм (чертеж УК^Э-62.10.00.02 стр. 83)

Определяем расчетно-тормозное усилие на ободе тормозного колеса по формуле М_т = Р_рас · [2.33]

Р_рас =

где Д_т – диаметр тормозного шкива в м = 0,27 м

Р_рас = = 3496 Н

Определяем силу прижатия тормозных колодок по формуле:

Р_рас = 2 · N · μ [2.34]

N = = = 4994 Н = 5 кН

где: μ – коэффициент трения колодки с тормозной асбестовой по шкиву μ = 0,35

Определяем усилие в тяге ТкН для создания необходимого усилия прижатия тормозных колодок по формуле:

Т = N · · = 4994 · · = 1440 А

Расчетная схема тормоза

в₁ = 420 мм в = 210 м

а = 75 мм а₁ = 130 мм ℓ = 410

S = N · = 5 · = 2,5 кН

Т = S · = 2,5 · = 1,44 кН

С_гр = Т · = 1,44 · = 0,123 кН = 123 Н

Согласно чертежа УК^Э 61.20.00.09 вес 12,3 кг или 123 н, таким образом, вес взятого груза достаточный для обеспечения требуемого нажатия на тормозные колодки.

Определяемый необходимый вес тормозного груза по формуле:

G_гр = Т · = 1440 · = 123 Н [2.36]

Определяем необходимые тяговые усилия магнита Р_м по формуле:

Р_м = G_гр · = 113 · = 172 кН [2.38]

Определяем высоту подъема тяги электромагнита по формуле: h = 2,2 · = 0,2м

стр. 109

где i = (кратность системы рычагов)

i = = 0,2

σ – радиальный зазор между тормозной колодкой и шкивом σ = 0,8…2 мм, зависит от диаметра тормозного шкива

По растормаживающему усилию и ходу рычага подбираем тип тормозного магнита по таблице 5.2 КМТ-103

Проверяем размеры трущихся поверхностей колодок по допускаемым удельным давлениям по формуле (2.39)

Р = ≤ [Р]

Р = = = 0,2 МПа

[Р] – допускаемое давление, МПа между шкивом из стали и колодкой с асбестовой лентой [Р] = 0,3 МПа следовательно, Р = 0,2 МПа < [Р] = 0,3 Ма тормоз будет работать надежно