1. Основные характеристики грузоподъемной машины.

1. Согласно заданию выписать данные для расчета.

2. Ознакомиться с аналогичными грузоподъемными машинами ,изучить общее устройство, сборочные единицы, работу механизмов, основные параметры. Выбрать схему работы грузоподъемной машины, начертить кинематическую схему работы с указанием всех сборочных единиц, обозначить заданные параметры.

3. Вес грузоподъемной машины или отдельного механизма в предварительных расчетах принимают по аналогии с существующими конструкциями или определяют ориентировочно. Вес козлового крана определяют по формуле, кН,

,

где L – пролет;

Q – грузоподъемность, т;

q – ускорение свободного падения, м/с²;

Н – высота подъема груза, м.

Вес поворотного крана, кН,

где L и Н – вылет и высота подъема груза проектируемого крана;

L₀ + Н₀ = 8 м – сумма вылета и высоты подъема груза эталонного крана.

Вес тележки с механизмом передвижения, установленной непосредственно на ней, кН,

Вес крюковой подвески, кН,

1.4. Общее машинное время работы механизма можно определить по общей формуле, час,

Тм=t·365·kг·kс·24·ПВ/100

(5)

где t – срок службы, лет (приложение А, таблица 1);

k_г и k_с – коэффициенты использования в течении года и суток (приложение А, таблица 1);

ПВ – продолжительность включения.

Определить срок службы узлов механизмов для подшипников, зубчатых передач, валов.

2. Расчет механизма подъема

2.1. Расчет каната.

2.1.1. Определить максимальное напряжение при подъеме груза, Н,

Smax=G/I Kn ,

(6)

где - грузоподъемность механизма, Н;

I – число полиспастов,

K_п- кратность полиспастов (приложение А таблица 2);

- КПД блока

m – число блоков.

2.1.2.Определить разрывное усилие каната, кН,

Sраз=Smaxn,

(7)

где n- коэффициент, учитывающий запас прочности, выбираемый по правилам Гостехнадзора (приложение А, таблица 3).

По разрывному усилию подобрать канат (приложение А, таблица 4)

2.2. Расчет барабана и блоков.

Принять способ навивки каната на барабан, материал барабана и блоков и способ их изготовления.

2.2.1. Определить минимально допустимый диаметр барабана, мм

Дб= Дбл ,

(8)

где е- коэффициент пропорциональности, зависящий от грузоподъемности машины и режима работы (приложение А, таблица 3);

d_k- диаметр каната, мм.

Полученное значение диаметра барабана и блока округлить до ближайшего большего значения по ГОСТ 6636-94 (приложение А, таблица 5). Диаметры уравнительных блоков принять

Дбл.ур=(0,6…0,8)Дб..

(9)

2.2.2. Определить рабочую длину барабана, для однослойной навивки каната, мм

,

(10)

где z=z_p+z_з+z_g – общее число витков каната на барабан;

z_p= H K / _б – рабочее число витков,

Н – высота подъема груза, м;

К_п- кратность полиспаста;

Д_б - диаметр барабана, м;

z_з=1,5…2 – число витков, необходимое для крепления каната к барабану;

z_g=1,5…2 - дополнительное число витков, определенное Гостехнадзором для разгрузки узла крепления каната;

Р - шаг навивки каната, мм; (приложение 1, таблица 6).

При многослойной навивке рабочая длина барабана, мм,

,

(11)

где L_к=Hк_n - длина каната, м;

m - число слоев навивки,

d_k – соответственно диаметр барабана и каната, м.

2.2.3. Определить толщину стенки барабана, исходя из технологии изготовления по эмпирической зависимости, мм,

,

(12)

где при отливке барабана из серого чугуна СЧ 15 ГОСТ 1412-88.

2.2.4. Определить напряжение сжатия в стенках барабана, Па,

,

(13)

где - допустимые напряжения сжатия (приложение1, таблица 7)

При длине барабана L 3Д_б произвести проверку прочности барабана на изгиб и кручение, МПа

2.3.Расчет крепления каната к барабану.

2.3.1. Определить усилие натяжения каната в месте крепления к барабану, Н,

,

(14)

где е=2,71 – основание натурального логарифма;

2z_g – угол охвата барабана витками каната для крепления, рад;

f = 0,1…0,16 – коэффициент трения между канатом и барабаном.

2.3.2. Определить усилие затяжки болтов крепления, Н,

Fзат.= Кт Fкр /2fn,

(15)

где К_т=1,5 – коэффициент безопасности,

n – количество болтов.

2.3.3. Определить напряжение в болтах, МПа

(16)

где d₁- внутренний диаметр резьбы мм;

- допустимое напряжение на растяжение. Для болтов из стали Ст3 =85 МПа, ГОСТ 380-94.

2.4. Расчет крюковой подвески

Рисунок 1- Крюковая подвеска

1- щека;2- блок; 3 – ось блока; 4 – гайка крюка;

5 – упорный шарикоподшипник; 6 – траверса; 7 - серьга

Проанализировать схемы крюковых подвесок, принять тип крюка, расположение блока в обойме, опоры вращающихся частей подвески.

2.4.1. По номинальной грузоподъемности подобрать крюк ГОСТ 6627-74 (приложение А, таблица 8)

2.4.2. Определить высоту гайки крюка из условия расчета на смятие резьбы, мм,

,

(17)

где p – шаг резьбы, мм;

d и d₁ - соответственно наружный и внутренний диаметр резьбы, мм;

=29,4…39,2 МПа – допускаемое напряжение смятия резьбы.

2.4.3.Произвести проверку поперечного сечения траверсы на изгиб

,

(18)

где - изгибающий момент в среднем сечении траверсы, Нм;

l - длина траверсы, м;

W_n= - момент сопротивления при изгибе среднего сечения траверсы, м³;

в – ширина траверсы, назначенная в зависимости от наружного диаметра подшипника, м;

d₂- диаметр отверстия в траверсе, который должен быть на 2…5 мм больше диаметра нарезной части крюка, м;

h – высота траверсы, м;

=80…100 МПа для стали 20 ГОСТ 1050- 88.

2.4.4.Определить диаметр шипа траверсы, мм,

dш= ,

(19)

где - изгибающий момент, действующий на шип, Н мм, (рис.3);

h₁ и h₂ - толщина сечения серьги и щитка, мм;

= 80…100 МПа.

2.4.5. Произвести проверку оси блока по напряжениям изгиба, МПа

,

(20)

где М_и = - изгибающий момент, возникающий в средней части оси, Н мм;

W= 0,1d³ - момент сопротивления изгибу оси, мм³;

=120…140 МПа допустимое напряжение изгиба для стали 40 .

2.5. Выбор электродвигателя, муфты, редуктора.

2.5.1. Определить статическую мощность, необходимую для подъема номинального груза, кВт,

Рс= QgV/

(21)

где Q - сила тяжести груза, м/с;

V – скорость подъема груза, м/с;

= 0,85 – общий КПД механизма .

2.5.2. По статистической мощности, режиму работы (ПВ %) подобрать крановый электродвигатель (приложение А таблица 9,10), записать полную характеристику электродвигателя. Определить угловую скорость вала двигателя , с^-1.

Номинальный момент двигателя Т_ном=Р_дв/_дв, Нм.

Коэффициент пусковой перегрузки .

Статический момент двигателя Т_с=Р_с/ , Нм.

Коэффициент .

2.5.3. Определить общее передаточное число редуктора

и= ,

(22)

где n_в – частота вращения барабана, n_в=К_п , мин^-1;

К_п- кратность полиспаста;

- скорость подъема груза, м/с;

D_в - диаметр барабана, мм.

2.5.4. Определить крутящий момент на валу барабана, Нм;

Тв=SmaxDв/2

(23)

где =0,98 – КПД барабана при установке его вала на подшипники качения.

2.5.5. По передаточному числу и крутящему моменту на тихоходном валу Т_max= Т_в, Нм; подобрать редуктор (приложение А, таблица 11). Записать его характеристику.

2.5.6. Подобрать муфту в зависимости от вращающего момента и условий работы.

Тр=к1·к2·к3Тн

(24)

где Т_р - расчетный вращающий момент;

к_{1 –} коэффициент, учитывающий степень ответственности соединения: для механизма подъема – 1,3; для механизма передвижения – 1,2; для механизма поворота 1,4.

к₂ - коэффициент, учитывающий режим работы: для легкого режима – 1,1; среднего – 1,2; тяжелого – 1,3.

к₃ - коэффициент углового смещения: для зубчатых муфт – 1,25; для всех остальных – 1.

(приложение А, таблица 12), ГОСТ 21424 – 93.

2.5.7. Определить время пуска электродвигателя

=1…2 с,

(25)

где общий приведенный маховый момент, кгм²;

- частота вращения двигателя,мин^-1;

Т_ном – номинальный момент двигателя, Нм;

t_по – относительное время пуска, с, определенное по коэффициентам и (пункт 2.5.2) по графику (приложение А, таблица 8).

Ускорение пуска, м/с²;

, м/с2

(26)

где V- скорость подъема груза, м/с;

2.6 Подбор тормоза

Проведя анализ существующих тормозных механизмов , выбрать тип тормоза и место его установки.

2.6.1. Определить статический тормозной момент от веса груза, приведенный к валу тормозного шкива, Нм,

= ,

(27)

где V - установившаяся скорость перемещения груза, м/с; (равная скорости подъема);

угловая скорость тормозного шкива, с^-1, ( при установке тормоза на вал двигателя);

=0,85 – общий КПД .

2.6.2. Определить расчетный тормозной момент, Нм,

Тт=Тс.тКт

(28)

где К_т – коэффициент запаса торможения.

К_{т =} 1,5 при ручном и легком режиме работы;

К_т = 1,75 при среднем режиме работы;

К_т = 2,0 при тяжелом режиме работы;

К_т = 2,5 при весьма тяжелом режиме работы;

2.6.3. По расчетному тормозному моменту, Нм; режиму работы, ПВ %; подобрать тормоз и электромагнит к нему в случае применения тормоза с электроприводом (приложение А, таблица 14) . Записать их характеристики.

2.6.4. Произвести проверку тормоза

Тт

(29)

где - создаваемый тормозом момент, Нм.

2.7. Методика расчета подъемного механизма с ручным приводом

2.7.1. Произвести выбор узлов и их расчет по методике, изложенной в §2 пунктах 2.1…2.4.

2.7.2. Определить момент, развиваемый рабочими, Нм,

,

(30)

где F- максимальное расчетное значение усилия рабочего, Н, (приложение А, таблица 15);

R- радиус рукоятки (плечо), м;

i – количество одновременно работающих;

 - коэффициент неравномерности приложения усилий (приложение А, таблица 15).

2.7.3. Определить грузовой момент на барабане, Нм,

Тб=Smax .

(31)

2.7.4. Рассчитать передаточное число механизма между валом барабана и приводным валом (валом рукоятки)

,

(32)

где = 0,6…0,8 – КПД механизма.

2.7.5. В зависимости от полученного передаточного числа принять тип передачи.

2.7.6. В механизмах с ручным приводом правилами безопасной эксплуатации грузоподъемных машин рекомендуется применять автоматические грузоупорные тормоза .

Конструктивно принять диаметры тормозных дисков и храповика. Произвести расчет тормозного момента, создаваемого тормозом

ТТ Тб.

(33)