Механизм подъема с увеличенной высотой перемещения груза (перематывающая лебедка)

Федеральное агентство по образованию РФ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

Кафедра «Подъемно-транспортные машины и роботы»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

МЕХАНИЗМ ПОДЪЕМА С УВЕЛИЧЕННОЙ ВЫСОТОЙ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ГРУЗА (ПЕРЕМАТЫВАЮЩАЯ ЛЕБЕДКА)

Студент ЗО 05-02_Ю.Р. Новикова

Красноярск 2010

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Исходные данные

2. Выбор схемы

3. Расчет подъемной канатоведущей лебедки

3.1 Выбор полиспаста

3.2 Выбор каната

3.3 Определение диаметра барабана

3.4 Определение количества ветвей каната на барабанах

3.5 Проверка принятой величины минимального натяжения

3.6 Определение нагрузок, действующих на перематывающие барабаны

3.7 Определение моментов на перематывающих барабанах

3.8 Определение необходимой мощности и выбор электродвигателя

3.9 Определение передаточного числа и выбор передач

3.10 Определение тормозного момента и выбор тормоза

3.11 Расчет открытой зубчатой передачи

3.11.1 Тип передачи и числа зубьев

3.11.2 Выбор материалов открытой пары

3.11.3 Допускаемые напряжения изгиба

3.11.4 Допускаемые контактные напряжения

3.11.5 Определение модуля зацепления по напряжениям изгиба

3.11.6 Основные геометрические параметры открытой передачи

3.11.7 Окружная скорость в зацеплении и степень точности передачи

3.11.8 Уточненное значение коэффициента расчетной нагрузки

3.11.9 Проверка передачи по контактным напряжениям

3.12 Ориентировочное определение диаметров валов и осей

3.13 Предварительный выбор подшипников

3.14 Подбор соединительных муфт

3.14.1 Соединение электродвигателя с редуктором

3.14.2 Соединение редуктора с приводным валом

3.15 Расчет осей барабанов

3.15.1 Выбор материала

3.15.2 Нагрузки, действующие на барабаны

3.15.3 Нагрузки, действующие на ось барабана

3.15.4 Проверка прочности оси барабана

3.16 Расчет подшипников оси барабана

4. Расчет канатосборной лебедки

4.1 Основные геометрические параметры канатосборной катушки

4.2 Кинематический расчет привода, выбор электродвигателя и редуктора

4.3 Выбор муфт

4.4 Расчет тормозного момента и выбор тормоза

4.5 Расчет канатоукладчика

4.6 Расчет подшипников на статическую грузоподъемность

5 Расчет механизма передвижения тележки

5.1 Выбор кинематической схемы

5.2 Выбор колес и колесных установок

5.3 Выбор рельса

5.4 Выбор двигателя

5.5 Расчет и выбор редуктора

5.6 Выбор муфт

5.6.1 Муфта, соединяющая электродвигатель с редуктором

5.6.2 Муфты, соединяющие редуктор с колесами

6. Расчет тормозного момента и выбор тормоза

Список используемых источников

ВВЕДЕНИЕ

Перематывающие лебедки применяют при больших длинах наматываемого каната в качестве подъемных или тяговых большегрузных башенных, козловых и шахтных кранах, а также в качестве траловых лебедок /1, с. 203/.

Перематывающая лебедка в целом состоит из собственно перематывающей (канатоведущей) части – подъемной или тяговой лебедки и канатосборного устройства. При этом в подъемной или тяговой канатоведущей лебедке, имеющей два параллельных, синхронно вращающихся барабана, канат не закрепляется на них, а укладывается в кольцевые канавки с определенной силой натяжения. Это натяжение предотвращает проскальзывание каната при вращении барабанов за счет возникающих при этом сил трения между поверхностями канавок и каната. За счет перематывания натянутого каната происходит снижение его натяжения от максимального усилия в набегающей ветви (подвес груза) до минимального в сбегающей ветви, которая укладывается в канатосборное устройство. Это устройство представляет собой канатосборную лебедку (катушку).

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Грузоподъемность – Q = 100 т.

Скорость подъема – V = 0,2 м/с.

Высота подъема – Н = 80 м.

Режим работы – тяжелый, группа классификации механизма 5М в соответствии с ГОСТ 25835-83, М7 в соответствии с ИСО4301/1-86.

2. ВЫБОР СХЕМЫ

Наиболее компактной для козлового крана представляется схема с канатосборной лебедкой. Схема, показанная на рисунке 2.1, более компактна и удобна для кранов пролетного типа, так как в этом случае канат непосредственно опускается на грузовой полиспаст с одного из перематывающих барабанов, для чего на нем выполняется дополнительный ручей. Поэтому примем эту схему.

1 – перематывающие барабаны; 2 – канатосборная лебедка; 3 – канатоукладчик; 4 – грузовой полиспаст

Рисунок 2.1 – Схема запасовки каната механизма лебедки

3. РАСЧЕТ ПОДЪЕМНОЙ КАНАТОВЕДУЩЕЙ ЛЕБЕДКИИ

3.1 Выбор полиспаста

Исходя из грузоподъемности, выбираем одинарный 10-кратный полиспаст /3, с.1/.

3.2 Выбор каната

Максимальное натяжение каната

(3.1)

где G – суммарная сила веса поднимаемого груза с учетом весов грузовой подвески (траверсы) и канатов, кН;

z – общее число ветвей канатаполиспастной системы, на которых подвешен груз;

- КПД полиспаста

(3.2)

где Q – масса номинального груза (грузоподъемность), т;

Qп – масса грузовой подвески, т;

Qк – наибольшая масса канатов подвески при нижнем положении груза, т (выбираем по ГОСТ 3079-80);

g = 9,81 м/с2 – ускорение свободного падения.

.

, (3.3)

где а – количество полиспастов механизма подъема, а = 1 (одинарный полиспаст);

- кратность полиспаста, =10;

.

, (3.4)

где =0,98 - КПД, учитывающий потери на одном блоке полиспаста;

.

Тогда максимальное натяжение каната

.

Расчет стальных канатов на прочность производится согласно правилам Госгортехнадзора России. Расчетное разрывное усилие каната (Н):

, (3.5)

где F0 – разрывное усилие каната, кН;

Zp – минимальный коэффициент использования каната (коэффициент запаса прочности), определяемый по табл. 2 настоящих правил (группа классификации механизма М7 в соответствии с ИСО4301/1, Zp=7,1).

.

По этому усилию по ГОСТ или каталогу подбираем канат диаметром 39 мм типа ТЛК-О конструкции 6х37(1+6+15+15)+1 о. с. по ГОСТ 3079-80 с разрывным усилием каната в целом F0 = 863 кН.

Обозначение каната по стандарту: «Канат 39-Г-I-Н-1960(200) ГОСТ 3079-80», что означает – канат диаметром 39 мм, грузового назначения, из проволоки без покрытия, марки I, правой крестовой свивки, нераскручивающийся, маркировочной группы 1960 МПа (200 кг/мм2).

Дополнительные параметры каната:

- расчетная площадь сечения всех проволочек – 450,55 мм2;

- расчетный вес 1000 м смазанного каната – 5395,0 кг.

Проверим фактический запас прочности каната:

. (3.6)

3.3 Определение диаметра барабана

В соответствии с рекомендациями Правил Госгортехнадзора /4, с. 16/ минимальный диаметр барабана Dб, огибаемыми стальными канатами, по средней линии навитого каната определяется по формуле:

, (3.7)

где h1 – коэффициент выбора диаметра барабана, для режима работы 7М h1=22,4 /4, с.16, таб. 3/;

dк – диаметр каната, мм;

.

Учитывая, что для перематывающих лебедок существует и другая рекомендация, например, Dб=(40-60)dк, дающая большие габариты, увеличим несколько диаметр барабана и примем его равным Dб=1000 мм.

3.4 Определение количества ветвей каната на барабанах

(3.8)

где k – коэффициент запаса, принимаем k = 1,3;

Smax = Sнаб = 118,49 кН – максимальное натяжение каната, или усилие в набегающей на барабан ветви;

S0= Sсб – минимальное натяжение каната, или усилие в сбегающей с барабана ветви, кН;

е = 2,718 – основание натурального логарифма;

μ – коэффициент трения каната с барабаном, зависит от материалов трущихся поверхностей и формы ручья. Для смазанных канатов при полукруглой канавке на чугунных или стальных ободах μ = 0,12;

α=π – угол обхвата барабана одной ветвью каната;

сж – коэффициент, учитывающий сопротивление жесткости каната.

(3.9)

,(3.10)

где - коэффициент жесткости, определяемый по эмпирической формуле, где диаметры подставляются в сантиметрах:

. (3.11)

.

.

С целью уменьшения нагрузки на канат и улучшения условий его работы на канатосборной катушке примем уменьшенную величину предварительного натяжения S0 = 7 кН.

принимаем n=8, тогда количество ручьев на каждом барабане:

. (3.12)

3.5 Проверка принятой величины минимального натяжения

По условию непроскальзывания каната по ручьям барабана при подъеме полного груза должно выдерживаться соотношение:

, (3.13)

.

Полученное значение меньше принятого S0 = 7 кН, таким образом условие обеспечивается с запасом:

. (3.14)

По условию возможности опускания порожнего грузозахватного органа должно выдерживаться соотношение:

, (3.15)

где Smin – минимальное натяжение ветви каната, сбегающей с барабана, при опускании порожнего грузозахватного устройства, вес которого принят равным (см. пункт 3.2) Gп = Qпg = 9∙9,18 = 83 кН.

.

По формуле (3.1) считаем минимальное натяжение ветви кната, сбегающей с барабана:

.

Таким образом, Smin = 9,1кН > 0,30 кН, т. е. условие выполняется с запасом:

.

3.6 Определение нагрузок, действующих на перематывающие барабаны

В соответствии с принятой схемой запасовки каната механизма лебедки (см. рис. 2.1) изобразим расчетную схему действующих нагрузок на перематывающих барабанах (рис. 3.1).

Усилия в ветвях каната определяются зависимостью Л. Эйлера:

, (3.16)

При подъеме полного груза:

.

Рисунок 3.1 – Расчетная схема нагрузок на перематывающих барабанах

Усилия в остальных ветвях каната, наматываемых на барабаны, определяется:

,

,

,

,

,

,

,

,

.

Принятое значение S0 = 7 кН больше расчетного (что и требуется) с запасом:

.

Суммарные усилия, действующие на барабаны:

Барабан I

Усилие в горизонтальной плоскости

,(3.16)

.

Усилие в вертикальной плоскости

. (3.17)

Результирующее усилие

,(3.18)

.

Барабан II

Усилие в горизонтальной плоскости

, (3.19)

.

Усилие в вертикальной плоскости

Y = 0. (3.20)

3.7 Определение моментов на перематывающих барабанах

Крутящий момент, необходимый для перематывания канатов и подъема груза:

, (3.21)

.

Момент, необходимый для преодоления трения в опорах:

, (3.22)

где и - коэффициент трения в опорах барабана, принимаем для опор на подшипниках качения = = 0,015;

и - диаметры опорных цапф барабана, принимаем = = 180 мм;

.

Суммарный момент:

, (3.23)

.

3.8 Определение необходимой мощности и выбор электродвигателя

Для определения мощности привода следует установить число оборотов барабанов

, (3.24)

где - кратность полиспаста, =10;

.

Тогда необходимая мощность на валах перематывающих барабанов:

, (3.25)

.

Необходимая мощность на валу электродвигателя с учетом потерь:

, (3.26)

где - КПД механизма, принимаем = 0,9;

.

Принимаем двухприводную схему механизма.

Тогда мощность для подбора одного электродвигателя определяется:

, (3.27)

.

По каталогу или справочнику / 7, с. 58, таб. 2-34/ подбираем крановый электродвигатель большей ближайшей мощности.

Характеристика и основные параметры электродвигателя:

- тип – асинхронный с фазным ротором МТН 612-10;

- номинальная мощность – 60 кВт при ПВ 40 %;

- частота вращения – nдв = 570 об/мин;

- максимальный момент – Мmax = 4120 Н∙м;

- КПД двигателя - = 0,87;

- маховый момент ротора – GD2 = 25