Кран козловой. Кинематический расчет механизма. Подбор соединительных муфт. Проверка двигателя на надежность пуска.

3.6 Кинематический расчет механизма.

Частота вращения барабана:

,                                                (16)

об/с.

Передаточное число привода:

,                                                    (17)

Выбор типа редуктора зависит от принятой кинематической схемы, которая должна быть компактна, удобна для монтажа и обслуживания при эксплуатации, надежна и экономична.

В серийных кранах наибольшее применение получила компактная схема (рисунок 7) в которой одна из опор оси барабана установлена внутри выходного вала редуктора, выполненного в виде половины зубчатой муфты. Достоинством этой схемы является возможность компоновки из серийных узлов высокой нагрузочной способности, что позволяет применять их на кранах группы режима до 8К включительно.

Недостатки схемы – необходимость применения достаточно жесткой рамы, сложность конструкции зубчатой муфты, высокая трудоемкость монтажа.

Рисунок 7 - Схема лебедки механизма подъема.

Принимаем редуктор 2Ц3-280Н

Характеристики редуктора:

Передаточное число:  U_р=50;

Диаметр быстроходного вала, мм:  D₁=50k6;

Диаметр тихоходного вала с зубчатым венцом, мм:  D₂=140m6.

Таблица 4 – Основные размеры редуктора 2Ц3-280H.

Рисунок 8 – Редуктор 2Ц3-280H.

Фактическая частота вращения барабана , мин^-1:

;                                                (18)

;

Фактическая скорость подъема груза , м/с:

;                                        (19)

;

Эта  скорость  отличается от ближайшего значения 0.25 м/с из стандартного ряда на 1.6%, что допустимо.

3.7 Подбор соединительных муфт.

С  помощью  муфты соединяется вал двигателя с входным валом редуктора. Муфта  на  приводном валу должна иметь тормозной шкив. На ведущий вал для смягчения ударных нагрузок рекомендуется устанавливать упругие муфты.

Расчетный момент :

                                                                                                             (20)

где k₁ – коэффициент, учитывающий степень ответственности механизма (k₁=1,2 [6]);

      k₂ – коэффициент, учитывающий режим работы механизма

(для 6М k₂=1,5[6]);

      – наибольший статический момент на валу муфты, Нм.

    Наибольший статический момент на быстроходном валу

                                                                                              (21)

                             .

    Расчетный момент

Принимаем муфту по ГОСТ 24.848.03-79.

Таблица 5 – Размеры и параметры втулочно – пальцевой муфты.

Рисунок 9 – Втулочно - пальцевая муфта с тормозным шкивом.

3.8 Проверка двигателя на надежность пуска.

    Выбранный двигатель проверяется на надежность пуска по ускорению подъема груза.

    Фактическое ускорение при пуске , м/с²:

                                                                                                                (22)

где t_п – время пуска, с.

Время пуска:

,                                     (23)

где  - момент инерции ротора двигателя;

- момент инерции муфты с тормозным шкивом;

- момент инерции груза, приведенный к валу двигателя;

,                                       (24)

кгм²;

- номинальная угловая скорость движения;

;                                                     (25)

с^-1.

- среднепусковой момент двигателя;

;                                            (26)

- номинальный момент двигателя;

;                                                  (27)

Нм;

Нм;

- наибольший статический момент на валу двигателя.

;                                      (28)

Нм;

- коэффициент учитывающий не учтенные вращающиеся и поступательно движущиеся массы механизма подъема ();

Время разгона механизма подъема с.

с.

.

Условие надежного пуска двигателя:

                                                                                                                   (29)

где а – наибольшее допустимое ускорение механизма подъема груза, м/с²

(а = 0,7 м/с² для кранов, работающих при массовых перегрузочных

работах [7]).

                             0,14 м/с² £ 0,7 м/с².

    Условие (30) выполняется, следовательно, двигатель выбран правильно.

3.9 Выбор тормоза. Определение тормозного момента.

Механизмы грузоподъемных машин должны быть снабжены тормозными устройствами, обеспечивающими в механизмах подъема остановку груза и удержание его в подвешенном состоянии.

На грузоподъемных кранах тормоз лебедки подъема груза устанавливают на быстроходном валу редуктора, используя ведомую полумуфту в качестве тормозного шкива.

В грузоподъемных машинах используют в основном колодочные тормозы.

Тормозной расчетный момент подъема груза определяется из условия надежного удержания груза на весу в статическом состоянии с выбранным коэффициентом запаса торможения:

,                                                 (30)

где  - расчетный тормозной момент;

- коэффициент запаса торможения, при режиме работы 6М: .

Нм.

По расчетному тормозному моменту  и диаметру тормозного шкива  выбираем тормоз ТКП-300. Параметры тормоза сведены в таблицу 6.

Рисунок 10 – Тормоз ТКП-300.

Таблица 6 – Основные размеры тормоза ТКП-300, мм.

3.10 Прочностные расчеты узла барабана

Рисунок 11 – Эскизная компоновка узла установки барабана

    Примем материал барабана чугун СЧ-24. Барабан не потеряет прочность, если будет выполняться условие:

                             ,                                                                                  (31)

где – приведенные напряжения, МПа;

       – допускаемые напряжения, МПа (для режима работы 6М ).

    Приведенные напряжения :

                             ,                                                          (32)

где – напряжения сжатия, МПа;

      – напряжения изгиба, МПа;

– касательные напряжения при кручении, МПа.

    Схема нагружения барабана представлена на рисунке 12.

    Рисунок 12 – Схема нагружения барабана

    Напряжения сжатия при однослойной навивке :

                             .                                                                                 (33)

    При определении напряжений изгиба, барабан принимаем как балку на двух опорах, нагруженную двумя силами .

    Напряжения изгиба :

                             ,                                                                               (34)

где – максимальный изгибающий момент, Нм;

 – момент сопротивления поперечного сечения барабана, м³.

    Момент сопротивления поперечного сечения барабана , м³:

                             .                                                                            (35)

                             .

    Для определения максимального изгибающего момента определим реакции опор  и . Из схемы нагружения видно, что

    Максимальный изгибающий момент на участке E-D.

                             .                                                                       (36)

                             .

    Напряжения изгиба :

                             .

 Касательные напряжения при кручении барабана :

                             ,                                                                                      (37)

где – крутящий момент на барабане, кНм;

       – полярный момент инерции, м³.

    Крутящий момент на барабане для двухканатного барабана , кНм:

                             .                                                                                   (38)

    Полярный момент инерции , м³:

                             .                                                                           (39)

                             .

    Касательные напряжения при кручении барабана :

    Приведенные напряжения :

    Условие (31) выполняется, значит, барабан выдержит приложенные нагрузки.

3.11 Расчет крюковой подвески

3.11.1 Расчет крюка

    Выбранный крюк проверяется на разрыв в сечении по резьбе хвостовика, при этом должно соблюдаться условие:

                                                                                                (40)

где d₀ – внутренний диаметр резьбы хвостовика