Снесарев-Тибанов-Зябликов - Расчет механизмов кранов (1994)

При наличии консольной прямозубной шестерни на тихоходном валу (рис. 6в)

Fном>=FtKHE

Где Ft – окружная сила в зацеплении открытой пары.

1.10 Присоединительные размеры Важнейшее присоединительные размеры: диаметры посадочных

шеек валов и осей, высоты центров, расстояния между осями отверстий под фундаментальные болты и до оси тихоходного вала, диаметры барабанов и блоков по дну канавки для каната, диаметры тормозных шкивов и ходовых колес – следует выбирать по ГОСТ 6636-88 из ряда чисел Ra 10, Ra 20 и Ra40, кроме случаев, когда размеры определены другими стандартами, например посадочные размеры подшипников качения. Предпочтительные размеры Ra 10 и Ra 20 приведены в табл. 6.

Таблица 6

21

2.МЕХАНИЗМ ПОДЪЕМА

В исходных данных должны быть заданы: FQ – грузоподъемная сила (грузоподъемность), Н(кН); V - скорость подъема, м/мин, Н- высота подъема, м; режим работы; t0 – машинное время работы, ч; Gзахв

– вес грузозахватного ограна, Н. Для крюковых кранов можно принимать Gзахв = Gподв 0,03FQ

Коэффициент эквивалентности KHE рекомендуется принимать по табл.1.

2.1. Схемы и полиспасты

Наиболее распространенные конструктивные схемы механизмов подъема приведены на рис. 7: а – электроталь; б – двухбарабанная схема с глобоидным редуктором; в – схема с цилиндрическим редуктором; г – схема с соосным редуктором. На схемах б, в и г показано консольное расположение коротких барабанов. Если длина барабана больше его диаметра, то его выполняют обычно двухопорным (см. далее рис.13). Если позволяет межосевое расстояние, двигатель и барабан с одной стороны редуктора.

Схемы полиспастов, чаще всего используемые в легких кранах, приведены на рис. 8 и 9.

22

23

При малой грузоподъемности (Q<320кг) рекомендуется применять однократный (α=1) одинарный (m=1) полиспаст.

Стреловые краны и электротати при Q<=4,0т обычно выбирают двухкратные (α=2) одинарные (m=1) полиспасты (рис. 8а, б). Если механизм подъема расположен на стреле, рационально является двухбарабанная схема с конически-цилиндрическим или глобоидным редуктором при сдвоенном (m=2) полиспасте (см. рис. 7б, 8в и 9).

Краны мостового типа с телеэками при Q<=12,5т чаще всего выполняют с двухкратным (α=2) сдвоенным (m=2) полиспастом и одним двухопорным барабаном.

ηn = 1+η +ηα2 +.. +ηα−i ηt

КПД полиспаста и отклоняющих блоков где η=ηбл=0,97 – КПД блока; α – кратность полиспаста; t – число отклоняющихся блоков.

Число полиспастов m на КПД не влияет.

При подъеме грузов пневмоили гидроцилиндром, как правило, применяют ускоряющие полиспасты.

2.2 Двигатель

Мощность (кВт) при подъеме номинального груза весом Fα(Н) с установившейся скоростью V (м/мин) – статическая мощность

Рст=(FQ+Gзахв)·V/(60·1000·η),

где Gзахв в Н .

Для крюковых кранов Рст=1,03FQ·V/(60·1000·η)

24

Предварительно значения коэффициентов полезного действия принимают: η ≈0,9 – при зубчатом редукторе; η ≈0,7 – при глобоидном редукторе.

Выбор двигателя: тип определяют по п. 1.4; мощнось Рдв=Рн>=Рст (соответствии с ПВ). Проверку времени пуска в учебном курсовом проектировании можно не проводить.

После определения всех параметров механизма мощность двигателя уточняют по фактическим значениям скорости подъема и КПД.

2.3. Канат Наибольшая сила натяжения в канате, Н

Fmax=(FQ+Gзахв)/(α·m·ηп)

Тип каната выбирают по ГОСТ 2688-80 и ГОСТ 7668-80. Рекомендуемый предел прочности материала проволок

σв=1600…1800 Н/мм2. Выбор размера каната, т.е. его диаметра dкан проводят по разрушающей нагрузке. Разрушающая нагрузка каната должна удовлетворять условию Fразр>=KFмах. Коэффициент запаса прочности К принимают по табл. 7.

Таблица 7

Если канат крепят к барабану прижимными планками, то число болтов или шпилек равно 2, а их диаметр dн=(1,4..1,6)dкр. Болты или шпильки с резьбой меньше М10 по возможности не применяют. Расчет силы затяжки болтов представлен в [5].

2.4. Барабан Основные размеры

Диаметр барабана по дну канавки Dбар>=dкан(e-1),

где dкан – диаметр каната; е – коэффициент, принимаемый по табл. 8. Диаметр барабана Dбар следует принимать по стандартному ряду чисел (см. табл. 6.)

Таблица 8

25

Если редуктор (см. ниже п.2.8) имеет запас по вращающему моменту и передаточному отношению, то путем увеличения Dбар можно уменьшить длину барабана до Lбар<Dбар и выполнить его консольным без внешней опоры, что существенно упрощает конструкцию.

Для электротали со встроенным двигателем диаметр барабана определяют конструктивно по диаметру статора электродвигателя d30.

Dбар=d30+2,4dкан+5..10мм

Размеры основных конструктивных элементов барабана даны на рис. 10.

Шаг нарезки р=(1,1..1,2)dкан округляют до 0,5мм.

Толщина стенки для чугуна (СЧ15) δ≈1,2dкан >=8мм; для стали

(Ст3) δ≈dкан.

Реборду предусматривают только на той стороне барабана, где нет крепления каната. При наличии ограничения высоты подъема и однослойной навивке каната на барабан от реборды можно отказаться.

Длина барабана, если на него наматывают одну ветвь каната (Рис. 11), т.е. при одинарном полиспасте (m=1),

Lбар=lн+lр+lраз+lкр=р(zp+6),

где lн = 1,5р – расстояние до начала нарезки (см. рис.10); lр =zp*p – длина рабочей

части барабана; zp=α·H/(π(Dбар+dкан)) – число рабочих витков, Н- высота подъема;

lраз=zраз*p=1,5p – длина части барабана, на которой размещаются разгружающие витки, регламентированные нормами техники безопасности [7]; lкр=zкр*р=3р – длина части барабана, на которой размещается крепление каната.

26

Если применен сдвоенный полиспаст с двумя барабанами, как например на рис. 9, то размеры каждого из них и из взаимное положение определяют исходя из условия непревышения допустимого угла (3о) между осью каната и касательной к оси винтовой канавки.

Длина барабана при сдвоенном полиспасте и намотке обеих ветвей каната на один барабан при m=2 (рис.12)

Lбар=2(lр+lраз+lкр)+lсв=2р(zр+4,5)+lсв

Длины lр, lраз и lкр и число рабочих витков zp определяют так же, как в предыдущем случае; а длину свободной (ненарезанной) части барабана lсв≈lподв*hmin/14 по условию непревышения допустимого угла между осью каната и касательной к оси винтовой канавки(3о).

Прочность барабана Напряжениями изгиба и кручения в стенке барабана можно

пренебречь.

Напряжение сжатия в стенке барабана

σсж=Fmax/(δ*p)<=[σсж]

Допускаемые напряжения : [σсж]=130Н/мм2 для чугуна СЧ15; для стали Ст3 и 30Л [σсж]=110Н/мм2.

Расчетные нагрузки подшипников.

27

Если барабан соединен с редуктором встроенной зубчатой муфтой, то наибольшие нагрузки на подшипники определяют по схеме, приведенной на рис.13.

Если на барабан наматывают одну ветвь каната (одинарный полиспаст), то нагрузку на подшипник 1 определяют в крайнем левом положении каната, на подшипник 2 – в крайнем правом:

Fr,max,1=Fmax(l-l1)/l; Fr,max,2=Fmax(l-l2)/l

где Fmax – наибольшее натяжение в канате.

Если на барабан наматывают две ветви каната (сдвоенный полиспаст), то нагрузки на подшипники не зависят от положения канатов, и их определяют в предположении, что сила, равная 2 Fmax, приложена в середине свободной части барабана. Эквивалентная радиальная нагрузка

FrE=Frmax*KHE,

где коэффициент эквивалентности KHE, принимают по табл.1. Обычно подшипники 1 и 2 унифицируют, тогда расчетным

является подшипник 2. Если нужно проверить ресурс подшипника 1, то расчетную частоту вращения принимают равной nбар/3,5 (см. п. 2.7).

2.5 Блоки Основные размеры блока по дну ручья показаны на рис. 14.

Диаметр блока по дну ручья Dбл>=dкан(е-1), коэффициент е принимают по табл. 8. Диаметр блока для кранов интенсивного использования целесообразно принимать на 25% больше, чем

28

получается по указанной формуле, Dбл следует выбирать из ряда чисел по табл. 6.

Диаметр уравнительного блока Dур.бл≈Dбл. Для одного крана желательно все блоки унифицировать.

Подшипники блоков Частота вращения отклоняющего блока, об/мин

nоткл.бл.=αV/(π(Dбл+dкан))

Радиальную нагрузку на подшипники отклоняющего блока определяют аналитически или графически в предположении, что в канате действует наибольшее натяжение Fмах.

Частота вращения наиболее быстроходного блока подвески крюка

nбл=V(α-1)/(π(Dбл+dкан))

Наибольшая нагрузка на подшипник блока полиспаста

Fп=2Fмах/zn,

где zn – число подшипников в блоку, обычно zn = 1(или 2) . Эквивалентная динамическая нагрузка на подшипник блока

РЕ=FnVKB=Fn·1,2·1,3·KHE,

где KHE – коэффициент эквивалентности (см. табл.1);

V=1,2 – коэффициент вращения наружного кольца; КБ=1,3 – коэффициент безопасности.

Обычно, как более нагруженные, подшипники блоков подвески должны иметь большую грузоподъемность, однако, по соображениям унификации, подшипники всех блоков выбирают такими же, как и у блоков подвески.

29

2.6 Подвески Крюки выбирают по ГОСТ 6627-66 в соответствии с

грузоподъемностью и группой режима работы. Дополнительных расчетов крюка не требуется.

Упорные подшипники крюков выбирают по диаметру шейки крюка и статической грузоподъемности: C0>=FQ.

Ось блоков и траверсу крюка рассчитывают по условию отсутствия общих пластических деформаций при постоянной нагрузке. Коэффициент запаса прочности по отношению к текучести составляет 2..2,5. Опорные поверхности осей блоков, траверсы, а также проушины щек проверяют на смятке, если оси блоков и траверса крбка не совмещены.

2.7. Передаточное отношение привода Частота вращения барабана, об/мин,

nбар=αV/(π(Dбар+dкан))

Необходимое передаточное отношение привода t’=nдв/nбар

Полученное значение округляют до стандартного (см. п. 1.7) в меньшую сторону, если двигатель недогружен, и в большую, если он загружен полностью.

Применение открытых передач следует, по возможности, избегать.

Наибольшие передаточные отношения редукторов: цилиндрических и конически-цилиндрических двухступенчатых – 40, глобоидных – 63, планетарных двухступенчатых – 125, волновых – 315.

Фактическая скорость подъема

Vср=nдв·π ·(Dбар+dкан)/(i·α)

не должна отличаться от заданной более чем на 10%. Если допуск не соблюден, изменяют i или, что нежелательно, Dбар.

2.8 Редуктор Крутящий момент на барабане

Tбар=Fмах(Dбар+dкан)·m/2

30