Проектирование консольного поворотного крана с тележкой на неподвижной колонне

Редуктор  типа ЦЗУ-200, для него табл. П.5.10 [1],

 

.

 

Выбираю по табл.П.5.8 [1] цилиндрический трехступенчатый редуктор типа ЦЗУ-200. Техническая характеристика:

 

, , ,

L=775мм, L₁=650 мм, l=236 мм, A=580 мм, H=425 мм, B=250 мм, , , d_тих=70 мм, d_быст=25 мм.

 

Крутящий  момент на входе в редуктор:

 

 

 

2.5.4 Выбор соединительной муфты

Расчётный момент муфты:

 

,     (2.13)

 

где - номинальный момент, передаваемый муфтой,

- коэффициент, учитывающий степень  ответственности механизма, 1.3

- коэффициент, учитывающий режим  работы механизма, 1.3,

Момент  статического сопротивления, в период пуска с учётом того, что на барабан навивается две ветви каната, определяется по формуле:

,    (2.14)

 

где - усилие в грузоподъёмном канате,

- число полиспастов в системе,

- диаметр барабана лебёдки  подъёма,

- общее передаточное число  привода механизма,

- КПД барабана, 0.95 табл. 1.18 [2]

- КПД привода барабана, табл. 0.96 5.1 [2].

,

 

Номинальный момент, передаваемый муфтой, принимается  равным моменту статического сопротивления  .

 

.

 

Определение номинального момента на валу двигателя:

 

,  (2.16)

 

По табл. 3.5.1 [2], подбираю муфту: ГОСТ 20761-80, .

 

2.5.5 Выбор тормоза

Рис. Расчетная схема тормоза.

 

Момент  статического сопротивления на валу двигателя при торможении механизма  определяется:

 

,    (2.17)

где - общее передаточное число между тормозным валом и валом барабана,

 

 

По правилам Госгортехнадзора момент, создаваемый  тормозом, выбирается из условия:

 

,   (2.18)

 

где - коэффициент запаса торможения, 2.0 табл. 2.9 [2],

 

 

По таблице 3.5.12 [2], выбираю тормоз ТКТ-300, имеющего характеристики: диаметр тормозного шкива 300мм, Наибольший тормозной момент 500 , масса тормоза, 84кг.

 

2.5.6 Проверка двигателя на время пуска

У механизма  подъёма груза фактическое время  пуска при подъёме груза:

 

,  (2.19)

 

где - средний пусковой момент двигателя,

- момент статического сопротивления  на валу двигателя при пуске,

- частота вращения вала двигателя,

- коэффициент, учитывающий влияние  вращающихся масс привода механизма  (кроме ротора двигателя и муфты), 1.36 [2],

- момент инерции ротора двигателя,

- масса груза, 

- КПД механизма.

Для двигателей фазным ротором:

 

,  (2.20)

, , 1.89 [2],

,

 

 

Фактическая частота вращения барабана:

 

,

 

Фактическая скорость подъёма груза:

 

  (2.21)

Время пуска, должно соответствовать значениям, приведённым в таблице 1.19 [2], для механизма подъёма при скоростях более 0.2 время пуска должно составлять 1…2с.

У механизма  подъёма груза фактическое время  торможения при опускания груза:

 

,   (2.22)

,

 

Время торможения механизма, должно соответствовать  значениям, приведённым в таблице 1.19 [2], для механизма подъёма при  скоростях более 0.2 время торможения должно составлять не более 1.5с.

Определение ускорения механизма при пуске  механизма:

 

,       (2.23)

,

 

Проверка  ускорения производиться по таблице 1.25 [2], наибольшие допускаемые ускорения механизмов подъёма составляют 0.2..0.6 .

 

Наименование	Обозн.	Ед.изм.	Результаты расчёта, при
			3000	2000	1000	500
КПД		-	0.85	0.77	0.7	0.6
Натяжение каната барабана		Н	14.848	9,898	4,949	2.47
Момент при подъёме груза		Нм	97,79	65,35	32,3	16,32
Время пуска при подъёме		с	1.002	0.89	0.75	0.7
Натяжение каната при оп-е груза		Н	12.4	6.7	2.6	0.736
Момент при опускании груза		Нм	125.1	104.1	47.2	19.1
Время пуска при опускании		с	0.5	0.59	0.64	0.68

 

3. Механизм поворота крана

 

Выбор и  расчет колонны.

вес тали: 4,9 кН

Вес поворотной части крана Т_лов=m_уд*Q*L

m_уд – удельная металлоёмкость =0,25Т/(Тм)

 

Т_лов=0,25*2,5*6=3,75

С_лов=3,75*9,8=36,75 кН

М₄=(G_T+G)(G_пов-G_т)*1,8=176,4+57,33=233,73

 

Диаметр колонны

 

 

В качестве материала для колонны выбираем сталь 20, для которой [G]=40

 

 

принимаем D_к=0,5м

Выбор и  расчет зубчатой передачи.

Принимаем модуль з.п.т.=5, число зубьев ведущей  шестерни z=8,тогда диаметр делительной окружности D=40*22.75=910мм

число зубьев венца:182

Межцентровое  расстояние R_н =1/2(D_B +D_m)=475мм

Расчет  механизма поворота.

Определим действующие нагрузки и реакции  в опорах:

1. Вертикальная реакция:

 

V=Q+G =4000кг =4т

 

Расчетная нагрузка на подшипник:

 

Q_p=k*V=1.4*5000=7000кг

 

где к- коэф. безопасности

По расчетной  нагрузке(ГОСТ 6874,75)выбираем упорный  шарикоподшипник 8216 с допускаемой  статической грузоподъемностью  Q=7990кг, внутренним диаметром d=40мм, наружным диаметром D=125мм.

2. Горизонтальная  реакция:

Горизонтальную  реакцию H определяем из равенства суммы моментов всех действующих сил относительно точки В.

 

 

H= QA+GC

 

Расчетная нагрузка на подшипник:

По расчетной  нагрузке на подшипник выбираем однорядный подшипник статической грузоподъемностью 11,1 т внутренним диаметром d=95мм, наружным диаметром D=200мм, высотой В=45мм.

3. Общий  статический момент:

Общий статический  момент сопротивлению равен сумме  моментов сил действующих на кран:

 

 

где: -сумма моментов сил трения в подшипниках опор,

 

=М_тр(d1)+M_тр(d2)+ M_тр(d3)

 

Момент  сил трения в верхнем подшипнике

 

М_тр(d1)=Нf*d1/2=7500*0.015*0.1475/2=8.3 кг*м

 

где: f=0.015...0.02- приведенный коэф. трения шарикоподшипника.

d1=0.1475м- средний диаметр подшипника

Момент  сил трения в упорном подшипнике:

 

M_тр(d3) = Vf*d3/2=5000*0,015*0,054/2=2,025кг*м

 

Момент  сил трения в нижнем радиальном подшипнике:

 

т.к. d1=d2, то М_тр(d2)=Нf*d2/2=8,3кг*м

 

Момент  сил, возникающих от наклона крана:

 

М_у(QF+G_c)*sin a=(2.5*6+2.5*1.5)0.02=0.375м

 

где а- угол наклона, принимаем а=1

Общий статический  момент:

 

=8,3+8,3+2,025+375=393,6 кг*м

 

4. Момент  сил инерции, при пуске привода:

 

 

где: I_в- суммарный момент инерции масс груза, крана, механизма поворота, приведенной к оси вращения крана.

 

I_в=д(I_тр+I_кр)= 1,2(9172,8+573,3)=11695кг*м*с²

I_тр= m_гр* А²=254,8*6²=9172,8 кг*м*с²

I_кр= m_кр* е²= 254,8*1,5²=573,3 кг*м*с²

m_кр=G_кр/s =2500/9,81=254,8 кг*с*м*с²

 

щ_к - угловая скорость поворота

 

щ_к= р*n_кр/30= 3,14*1/30=0,105 рад/с

 

Расчетная мощность двигателя 

 

 

где ш_ср=1,5....1,8- средний коэф. перегрузки асинхронных двигателей с фазным ротором принимаем 1,65

По каталогу выбираем электродвигатель МТF 112-6 мощностью N=1,7 кВт при ПВ= 25%, n=910 мин^-1, М_{и мах}=4кг*с*м, I_р= 0,00216 кг*с*м*с²=0,021кг*м²

Общее передаточное число механизма поворота:

 

V_об=n/n_кр=910/1 =910

 

Принимаем передаточное число зубчатой передачи V_в=20, тогда передаточное число червячного редуктора

 

 

Выбираем  стандартный редуктор РУУ- 160-40 и  уточняем V_в

 

V_в=910/40=22.75

 

Проверку  выбранного двигателя по условиям нагрева  выполняем с использованием метода номинального режима работы.

Суммарный момент статического сопротивления  повороту приведенный к валу двигателя:

 

 

Номинальный момент выбранного двигателя:

 

 

Коэф. загрузки двигателя при установившемся режиме:

 

 

При б=0,28 находим относительное время  пуска t=1,2. Определяем время разгона  привода при повороте крана с  номинальным грузом:

 

 

где : Inp- суммарный момент инерции вращающихся масс механизма поворота крана, массы груза и массы вращающейся части крана, приведённый к валу двигателя

 

 

где:

 

I_мех - момент инерции вращающихся масс механизма поворота крана

 

 

I_гр- момент инерции массы груза, приведённой к валу двигателя

 

 

I _кр = момент инерции массы вращающейся части крана, приведенной к валу двигателя.

 

 

Тогда:

 

 

Время разгона  привода:

 

 

Ускорение конца стрелы при пуске :

 

 

Время рабочей  операции при среднем угле поворота а = 90° (1/4 оборота)

 

 

Определяем  отношение

 

 

Находим

 

 

Необходимая мощность:

 

 

Эквивалентная мощность:

 

Номинальная мощность:

 

 

Следовательно, выбранный электродвигатель MTF 112-6

удовлетворяет условиям нагрева.

При перегрузке двигатель должен удовлетворять  условию нагрева:

 

 

где:

М_л и М_н - пусковой и номинальный моменты двигателя.

Пусковой  момент:

 

 

где:

М'_ст - суммарный статический момент сопротивления вращению

М_д динамический момент от вращательно движущихся масс механизма и крана

М_д - динамический момент от вращательно движущейся массы груза

 

 

тогда

 

Коэффициент перегрузки двигателя при пуске

 

 

Определение максимальной нагрузки в упругих  связях механизма

поворота.

Максимальный  момент в упругой связи в период пуска:

 

 

где :

  - статический момент сопротивления повороту, приведённый к валу двигателя.

 

 

Коэффициент динамичности:

 

 

Определение тормозного момента и выбор тормоза. Принимаем время торможения t_r = 6с,

Линейное  замедление конца стрелы : а = е_т-А = 0,021-6 = 0,105м/с²

 

Тормозной момент: