Министерство образования и науки Украины
Одесская национальная морская академия
Кафедра СВУ
РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА
по дисциплине «СГ и ПМ»
На тему: «Расчет элементов конструкции судового
грузоподъемного устройства»
Вариант № М43
Выполнил:
Курсант 3 курса
Факультета СМФ
Группы 2303
МузиповД.
Проверил преподаватель:
Дрозд Е.В.____________
Одесса 2014
Задание № М43
-
№
Параметр
Значение
1
Тип СПТМ
Механизм подъема груза судового крана
2
Тип редуктора
Ч-Ц
3
Грузоподъемность G, тонн
3.0
4
Скорость подъема груза V, м/с
0.9
5
Кратность полиспаста i
2
6
Диаметр барабана D min, мм
400
7
Длина барабана L max, м
0.6
8
Канатоемкость M, м
80
Содержание
1.Краткая характеристика грузоподъемного устройства…………………………….4
2.Рассчет и подбор грузового каната………………………………………..………………….7
3.Рассчет и подбор привода……………………………………………………………….…………9
4.Рассчет грузового барабана и крепления шкентеля…………………………………13
5. Подбор муфты и тормозного устройства…………………………………………………18
Выводы……………………………………………………………………………………………………………20
Список использованной литературы……………………………………………………………..22
-
Краткая характеристика грузоподъемного устройства
Современные универсальные суда, как правило, оснащены собственными грузоподъемными средствами, среди которых наибольшее распространение получили краны. В данной работе рассматривается механизм подъема груза судового крана грузоподъемностью G = 3 тонн. Схема механизма подъема груза приведена на рисунке 1.1. В данном механизме подъема груза используется полиспаст кратностью i = 2. Схема полиспаста приведена на рисунке 1.2. Выбран легкий режим работы.
Рисунок 1.1 Механизм подъема груза
1 – двигатель; 2 – муфта; 3 – тормоз; 4 – редуктор; 5 – барабан;
6 – канат; 7 – полиспаст; 8 – гаковая подвеска.
Рис 1.2 Схема двукратного полиспаста приведена на рисунке справа.
2.Расчет и подбор грузового каната
2.1.Выбор каната и определение частоты вращения барабана. Номинальная нагрузка каната вычисляется по формуле :
F= (g * G) /i ,kH (2.1)
где F–номинальная нагрузка, тонн
g- ускорение свободного падения,
G - номинальная грузоподъемность, тонн
i - кратность полиспаста.
В формулу (2.1) подставляем значения :
F= (9.8 * 3) / 2 = 14,7( kH)
2.2.Разрывное усилие каната, согласно требованиям регистра, определяется по формуле :
Fр= k*F, kH(2.2)
Где F – номинальная нагрузка, тонн
k – коэффициент запаса прочности
k = 5 при F< 100 kH
k = 4 при F> 100 kH
Так как F< 100 kH,то k = 5
В формулу (2.2) подставляем значения:
Fр= 5* 14,7 =73,5( kH)
2.3.Подбираем из каталога грузовой канат и значения оформляем в таблицу (2.1)
Таблица 2.1. Технические характеристики каната
№ |
Параметр |
Значение |
1 |
Разрывное усилие Fp, kH |
75 |
2 |
Маркировочная группа временного сопротивления разрыва, МПа |
1600(160) |
3 |
Диаметр каната d, мм |
13,5 |
4 |
Масса каната m,кг |
566 |
5 |
Тип каната |
ТК конструкции 6 * 24 по ГОСТ 3083-66 |
Проверяем диаметр каната на соответствие требованиям Регистра:
Dрасч. = kусл.раб. * d (2.3)
Где d–диаметр выбранного каната
k –коэффициент, учитывающий условия работы
В формулу (2.3) подставляем значения:
Dmin= 16 * 13,5 = 216 ( мм)
Dрасч. ≥ Dmin (400>216)
Заданный диаметр барабана удовлетворяет требованиям Регистра.
Частота вращения барабана может быть вычислена по формуле
nб = (i * V) / π ( D+d) (2.4)
где i - кратность полиспаста
V - скорость подъема груза, м/с
D - диаметр барабана, мм
d - диаметр каната, мм
В формулу (2.4) подставляем значения:
nб = 2 *0.9/ 3,14* (0,400+ 0.0135) = 0,24 ( об/с)
3. Расчет и выбор привода
В современных судовых ПТМ и палубных механизмах наибольшее распространение получили электропривод и гидропривод. В данном задании рассматриваем электропривод состоящий из электродвигателя и редуктора.
Мощность двигателя может быть посчитана по формуле:
P = g * G * V/ η (3.1)
Где g–ускорение свободного падения
G – номинальная грузоподъемность, тонн
V - скорость подъема груза, м/с
η – КПД механизма подъема груза
КПД может быть посчитано по формуле:
η= ηм* ηр* ηбар * ηбл * ηполисп (3.2)
ηмуфты=(0,98..0,99)=0,99 КПД муфты
ηредуктора= 0.97 КПД редуктора
ηбар=(0,95..0,98)=0,95 КПД барабана
ηбл кочения = 0,98 КПД блока качения
ηполисп=(1- ηблi)/(1- ηбл)*4КПД полиспаста (3.3)
КПД муфты зависит от типа муфты и точности центровки валов и лежит в диапазоне = 0.98..0.99.
КПД редуктора определяется с учетом рекомендаций по заданию. В данной работе рассмотрим Ч-Ц редуктор.
КПД цилиндрической ступени для редуктора закрытого типа = 0.96..0.98. Выбираем значение 0.97.
КПД барабана = 0.95..0.98. Зависит от типа подшипников.
КПД блока назначается в зависимости от используемых в нем подшипников. Выбираем подшипники качения = 0.98.
Подставляем значения в формулу (3.3):
ηполисп=1 -(0.98)4/(1-0.98)*4=0,97
Подставляем значения в формулу (3.2):
η = 0,99 * 0.97 * 0,95 * 0.98 * 0.97 = 0.86
Подставляем значения в формулу (3.1):
P = 9.8 * 10* 0.75/ 0.86= 85,465 ( кВт)
Подбираем двигатель МАП 622-4/8/24(с внешним обдувом)
P = 40 кВт,
Режим работы = 40%,
nвр =1354,8 об/мин,
Мmax= 700 Н*м,
Mпуск =580 Н*м,
Маховый момент ротора: без тормоза = 60 Н*м2,
c тормозом ТМТ = 67 Н*м2.
Передаточное число редуктора может быть посчитано по формуле:
U = nдв/ nбар (3.4)
Подставим числовые значения в формулу (3.4):
U= 22,58 / 0,24 = 94,08
Момент на валу двигателя рассчитывается по формуле:
Т1=Р/2π*nдв (3.5)
Подставляем численные значения в формулу (3.5):
Т1= 40/2*3,14* 22,58 = 0.282= 282 Н*м
T2=T1 * U * ηредуктора (3.6)
Подставляем численные значения в формулу (3.6)
Т2= 282*94,08 * 0.97 = 25735,86 Н*м
По моменту на валу редуктора из [2] выбираем редуктор и данные оформляем в таблицу 3.2 (табл. 3.2) Технические характеристики редуктора
Параметры |
Значения |
Наименование изделия, ТУ |
ТУ205623886 |
Типоразмер |
ЧЦ- 160 |
Код ОКП |
4161420650 |
Передаточные числа |
8, 10, 12,5, 16, 20, 25,31.5,40,50,63,80 |
Номинальный крутящий момент на выходном валу, Нм |
2500 |
Масса, кг |
110 |
Схема редуктора одноступенчатого ЧЦ типа представлен на рис 3.1.а
4. Расчет грузового барабана и крепления шкентеля
4.1. Число витков каната при навивке на барабан в один слой может быть рассчитано по формуле:
Z = L/P; (4.1)
Где P– шаг,
L – длина барабана.
Шаг считается по формуле:
P=d+(2мм)= 23,5+2= 25,5 мм (4.2)
Где d – диаметр выбранного каната
Z= 0.47/ 0,0255 =18,43
Длина первого слоя навивки каната на барабан может быть рассчитана по формуле:
l1= Z*(D+d) (4.3)
Подставим числовые значения в формулу (4.3):
l1=18,43*3,14* (0,4+ 0,0135)= 23,93 ( м)
l2= Z*(D+3d) (4.4)
Подставим числовые значения в формулу (4.4):
l2=18,43*3,14*(0,4+3*0,0135)=25,55 (м)
l3= Z*(D+5d) (4.5)
Подставим числовые значения в формулу (4.5):
l3= 18,43*3,14*(0,4+5*0,0135)=27,05
Определяем число слоев навивки на барабан путем сравнения:
(l1 + l2 + l3) ≤ M
Где M – канатоемкость, м
23,93+25,55+27,05=76,53 < 80
На данный барабан можем намотать три слоя навивки.
Схема барабана приведена на рис. 4.1.
Схема для запасовки барабана приведена на рис. 4.2.
Рис. 4.1 Схема барабана
-
Барабан
-
Реборда барабана.
-
Канал для запасовки каната.
Рис 4.2 Схема барабана и способы его запасовки.
Выбран способ запасовки- а).
Проверка барабана на прочность сводится к определению толщины стенки барабана из условия расчета на сжатие. Напряжение сжатия рассчитывается по формуле:
Ϭсж=(Fш * kнав/P*ρ)≤0,28 [Ϭв] (4.4)
Где kнав=1,1 – коэффициент, учитывающий число слоев навивки на барабан
Fш – натяжение шкентеля
ρ – толщина стенки
p – шаг
Fш=kсн.нат. * g * G/i, kH (4.5)
Где kсниж.нат. – коэффициент снижения натяжения = 0.7-0.8. В дальнейшем расчете kсниж.нат. = 0.75.
Подставим численные значения в формулу (4.6):
Fш = 0.75 *9.8* 3/ 2 = 11,03 ( kH)
[Ϭсж] = 833 МПа – запас прочности
Ϭ=(Fш*kнав/P*Ϭв*0.28= 11,03*1.1/ 0.0135*833000*0.28= 0,004м=0.4 см