Подъем двухконсольной тележки

СОДЕРЖАНИЕ


I. Расчёт механизма подъёма двухконсольной тележки

1. Выбор каната и барабана

1.1 Грузоподъемная сила

1.2 КПД полиспаста

1.3 Наибольшее усилие в ветви каната, набегающего на барабан при подъеме груза

1.4 Разрывное усилие каната в целом

1.5 Выбор типа каната

1.6 Минимальный диаметр барабана

1.7 Расчетный диаметр барабана

1.8 Длина барабана с двусторонней нарезкой

1.9 Проверка размеров барабанов по условиям

1.10 Угловая скорость барабана

2. Выбор электродвигателя

2.1 Продолжительность включения

2.2 Статическая мощность электродвигателя

2.3 Угловая скорость электродвигателя

3. Выбор редуктора

3.1 Выбор типа редуктора

3.2 Расчет редуктора по радиальной консольной нагрузке

3.3 Передаточное число редуктора

3.4 Грузовой момент на барабане

3.5 Проверка редуктора по грузовому моменту

4. Выбор тормоза

4.1 Статический момент на выходном валу редуктора при торможении

4.2 Тормозной момент, на который регулируют тормоз

5. Компановка механизма

5.1 Сравнение металлоемкости механизмов подъема

5.2 Условие соседства электродвигателя и барабана

5.3 Условие соседства тормоза и барабана

5.4 Расчет колеи тележки

Выводы

II. Расчёт механизма передвижения двухконсольной тележки

1. Выбор ходовых колес

1.1Определение предварительной массы тележки

1.2Давление на ходовое колесо

2. Расчет сопротивления передвижению

3. Выбор электродвигателя

4. Выбор редуктора

5. Определение коэффициента запаса сцепления приводных колес с рельсом при пуске

Список литературы


I. РАСЧЁТ МЕХАНИЗМА ПОДЪЁМА ДВУХКОНСОЛЬНОЙ ТЕЛЕЖКИ


Задание: спроектировать механизм подъёма груза двухконсольной тележки с боковыми роликами.

Дано: грузоподъёмность m=6.3т ; скорость подъёма v=0.32 м/с; высота подъёма H=20 м; режим нагружения L1; группа классификации механизма – М2, по ИСО 4301/1.


Рис.1.Схема тележки с механизмом подъёма груза.


1. ВЫБОР КАНАТА И БАРАБАНА


1.1 ГРУЗОПОДЪЕМНАЯ СИЛА


, (1)


где - ускорение свободного падения.

Получим:


1.2. КПД ПОЛИСПАСТА


,(2)


где - КПД блока на подшипниках качения;

-кратность полиспаста;

- число обводных блоков.

Согласно рекомендациям ВНИИПТМаш (1) с.84: "При малых грузоподъёмностях (до 3 тонн) груз может подвешиваться без полиспаста, либо на одном подвижном блоке; при грузоподъёмностях свыше 5 т обычно применяют сдвоенные полиспасты с кратностью, возрастающей от 2 до 4 при увеличении грузоподъёмности от 5 до 50 тонн".

Получим КПД полиспаста для кратностей по формуле (2):



1.3 НАИБОЛЬШЕЕ НАТЯЖЕНИЕ ВЕТВИ КАНАТА, НАБЕГАЮЩЕГО НА БАРАБАН ПРИ ПОДЪЕМЕ ГРУЗА


; (3)


где k- число полиспастов.

Наибольшее натяжение ветви каната, набегающей на барабан при подъёме груза, по формуле (3):


;


Рис.2. Схемы полиспастов механизма подъема груза


1.4 РАЗРЫВНОЕ УСИЛИЕ КАНАТА ВЦЕЛОМ


,(4)


где - коэффициент использования каната.


Таблица №1

Группа классификации механизма Коэффициент использования каната z Коэффициент выбора диаметра барабана h
M1 3.15 11.2
M2 3.35 12.5
M3 3.55 14
M4 4 16
M5 4.5 18
M6 5.6 20
M7 7.1 22.4
M8 9 25

Разрывное усилие каната () для кратностей , для основного и добавочных значений z получим по формуле (4):


1.5 ВЫБОР ТИПА КАНАТА

Для мостового крана работающего в сухом помещении (коррозионный и абразивный износ проволок мал) рекомендуется канат ЛК-РО 636 (1+7+7,7+14)+ас bГОСТ 7668 По найденным в п.1.4. значениям найдем значения диаметров каната (см.табл. 2) и маркировочную группу, соответствующую условию прочности каната: ,(5) где - разрывное усилие каната в целом, по каталогу.


Таблица2

Диаметр каната, мм Маркировочная грумма, МПа

1770 1860
6,3 2,265 2,365
6,7 2,570 2,680
7,4 2,910 3,035
8,1 3,705 3,865
9,0 4,545 4,740
9,7 5,610 5,850
11,5 7,510 7,830
13,5 10,15 10,60
15,0 11,65 12,25
16,5 15,00 15,75
18,0 17,55 18,65
20,0 21,50 22,90
22,0 25,85 27,50
23,5 30,40 32,10
25,5 35,25 37,55
27,0 39,65 42,20
29,0 45,45 48,40
31,0 51,70 55,05

Вариант 0-1 0 0+1 0+2 0-1 0 0+1 0+2 0-1 0 0+1 0+2

Н

 4.85 5.16 5.47 6.16 2.46 2.61 2.77 3.12 1.67 1.78 1.88 2.12

5.610 5.610 5.610 7.510 2.570 2.570 2.910 3.705 2.265 2.265 2.265 2.265

,мм

 9.7 11.5 6.7 7.4 8.1 6.3
a 1 2 3

По (таблице. 2) имеем следующие значения диаметров каната (в скобках указаны маркировочныегруппы, МПа, разрывные усилия, ):


1.6 МИНИМАЛЬНЫЙ ДИАМЕТР БАРАБАНА


,(6)


где - коэффициент выбора диаметра барабана.

В соответствии с "Правила устройства и безопасности эксплаутации грузоподъёмных кранов" допускается изменение коэффициента h не более чем на два шага по группе классификации механизмов с соответствующей компенсацией, путём изменения величины z, следователно при уменьшении z, требуется увеличить h. С увеличением h увеличивается диаметр барабана, что при той же канатоёмкости позволит снизить его длину.

По табл.1 (см. пункт 1.5) для заданной группы классификации механизмов получаем основное значение :



По формуле (6) получим , мм:


a=1 a=2

.

a=3


полученные значения округляют до ближайших больших значений из данного ряда:80,100,120,140,160,180,200,220,240.


1.7 РАСЧЕТНЫЙ ДИАМЕТР БАРАБАНА

Барабаны диаметром меньше 160 мм исключают из дальнейших расчетов, т.к. в них не впишется зубчатая полумуфта. Вариант с кратностью a=3 выводим из расчётов.

Для вариантов с кратностью a=1;2, добавим несколько значений, чтобы сравнить с вариантом при a=1



1.8 ДЛИНА БАРАБАНА С ДВУСТОРОННЕЙ НАРЕЗКОЙ


,(7)


где - шаг нарезки; a - кратность полиспаста; - диаметр каната; с - коэффициент длины средней (не нарезанной) части барабана, H - высота подъема.

Длина барабана с двусторонней навивкой, мм по формуле (7):



1.9 ПРОВЕРКА РАЗМЕРОВ БАРАБАНА ПО УСЛОВИЯМ

,-- проверка на устойчивость не требуется(8) и

-- необходима проверка на устойчивость , (9)

При проводят простой расчёт барабана на сжатие. При проводят уточнённый расчёт барабана на сжатие и совместное действие напряжений изгиба и кручения, на устойчивость стенки. При необходимости усиливают барабан, вводят ребра жесткости в его полость (РТМ–24.09.21–76).

Если оба условия не выполняются, то вариант с этой кратностью полиспаста отбрасывают. Если все варианты не проходят по условиям (8) и (9), то переходят на меньшую кратность, или увеличивают диаметр барабана до следующего значения из ряда .

В нашем случае: -не подходит;


;-- барабан не годен для эксплаутации

-- не годен для эксплаутации

-- не годен для эксплаутации


1.10 УГЛОВАЯ СКОРОСТЬ ВРЩЕНИЯ БАРАБАНА


рад/с,(10)


где - скорость подъема груза,


2. ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ


2.1 ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ВКЛЮЧЕНИЯ МЕХАНИЗМА ПОДЪЁМА


Таблица №3

Режим нагружения по ИСО4301/1 ПВ%

Легкий

Умеренный

Тяжелый

Весьма тяжелый

15

25…40

40

60

По заданию принимаем режим L1-лёгкий и ПВ=15%.


2.2 СТАТИЧЕСКАЯ МОЩНОСТЬ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ


,(11)


где - предварительное значение КПД (для механизма подъёма с цилиндрическим редуктором).

Статическая мощность электродвигателя, формула (11):


Тележка должна иметь два двигателя,следовательно,статичечкую мощность необходимо разделить на два.По каталогу подбираем двигатели обеспечивающие необходимую мощность при ПВ 15%


MTF 311-6 MTKВ 312-8


2.3 УГЛОВАЯ СКОРОСТЬ ДВИГАТЕЛЯ


,(12)


где n – число оборотов двигателя.

Получим:


рад/с,

рад/с.


3. ВЫБОР РЕДУКТОРА


3.1 ВЫБОР ТИПА РЕДУКТОРА

Применем для данного механизма подъёма редуктор типа Ц2 (цилиндрический двухступенчатый) выпускаемого на Ленинградском заводе ПТО им. Кирова. Редуктор имеет вал с зубчатым венцом (с зевом для подшипника) – частью зубчатой полумуфты.Редуктор хорош тем, что он лёгкий, безотказный и долговечный, а так же ремонтопригодный.

3.2 РАСЧЕТ РЕДУКТОРА ПО РАДИАЛЬНОЙ КОНСОЛЬНОЙ НАГРУЗКЕ

Условие прочности:


, (13)


где – допускаемая радиальная нагрузка на консоль выходног вала редуктора (опредкляется из условия нагружения и типа редуктора).

Рассмотрим три азных редуктора:



Редукторы Ц2-300 и Ц2-350 выдерживают расчётную консольную нагрузку.Редуктор Ц2-250 не приемлем для работы в данных условиях.


3.3 ПЕРЕДАТОЧНОЕ ОТНОШЕНИЕ РЕДУКТОРА


(14)


где -- угловая скорость барабана.

Определим расчетное передаточное число редуктора, формула (14), и округлим его до номинального значения по каталогу :



3.4 ГРУЗОВОЙ МОМЕНТ НА БАРАБАНЕ


, (15)


где – число полиспастов,

-- минимальный диаметр каната из усилий прочности,

-- наибольшее набегающее натяжение каната.

Получим:



3.5 ПРОВЕРКА РЕДУКТОРА ПО ГРУЗОВОМУ МОМЕНТУ

Условие прочности:


,(16)


где – грузовой момент на барабане; – допускаемый крутящий момент на валу редуктора.

Проверяем редуктор Ц2-300 и редуктор Ц2-350.

Сведем результаты в таблицу4:


Вариант

Редуктор:




Тип()

 Uн
14-1 6 2464 5000 2 300 25

8
5800 2,35 300 16
14-2 6 3080 5450 1.77 300 32

8
5800 1.88 300 20
14-3 6 6180 5450 1.97 300 32

8
5800 2.09 300 20
14-1 6 2464 8250 3.35 350 25

8
9000 3.65 350 16
14-2 6 3080 8250 2.68 350 32

8
9000 2.92 350 20
14-3 6 2772 8250 2.98 350 32

8
9000 3.25 350 20

Из табл.4 следует, что оба редуктора подходят и имеют запас по крутящему моменту. Наименьший запас крутящего момента имеем для вариантов 14-2 с двигателем MTF311-6


4. ВЫБОР ТОРМОЗА


4.1 СТАТИЧЕСКИЙ МОМЕНТ НА ВХОДНОМ ВАЛУ РЕДУКТОРА ПРИ ТОРМОЖЕНИИ


(17)


где -- КПД полиспаста;

-- КПД механизма, который можно принять равным:,

где -- КПД редуктора;

- номинальное передаточное число редуктора.

По формуле (17) имеем:



сведём полученные данные в таблицу:

Вариант Tcpax , НЧм
(14-1)6 94.6
(14-1)8 147.84
(14-2)6 92.4
(14-2)8 147.84
(14+1)6 83.16
(14+1)8 133.06

4.2 ТОРМОЗНОЙ МОМЕНТ ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОРМОЗА


(18)


где - коэффициент запаса торможения.

Согласно (2) с.10. При двух и более тормозах . Если имеем два и более приводов с двумя тормозами каждый, то . Тормоз выбирают по условию , где – максимальный тормозной момент по каталогу.

Тормозной момент , по формуле (18):


Вариант

, Н·м
(14-1)6 1,5·94,6=142
(14-1)8 1,5·147,84=222
(14-2)6 1,5·92,4=139
(14-2)8 1,5·147,84=222
(14+1)6 1,5·83,16=125
(14+1)8 1,5·133,06=200

Для всех вариантов выбираем тормоз типа ТКГ-200 с тормозным моментом ,

Масса тормоза 38 кг.

Избыточный тормозной момент вреден, т.к. вызывает резкое торможение, что приводит к динамическим перегрузкам крана.


5. КОМПОНОВКА МЕХАНИЗМА


5.1 СРАВНЕНИЕ МЕТАЛЛОЕМКОСТИ МЕХАНИЗМОВ ПОДЪЕМА

Для сравнения металлоёмкости вариантов механизма подъёма заносят их характеристики в табл.5.


Таблица 5

Вариант 14-1(300) 14-1(350) 14-2(300) 14-2(350) 14-3(300) 14-3(350)

6 8 6 8 6 8 6 8 6 8 6 8
масса редуктора 138 138 210 210 138 138 210 210 138 138 210 210
масса двигателя 170 195 170 195 170 195 170 195 170 195 170 195
масса тормоза 38 38 38 38 18 38 38 38 38 38 38 38
суммарная масса 346 371 418 443 346 371 418 443 346 371 418 443

Очевидно, что наименее металлоёмкими являются варианты 14-1(300) , 14-2(300) , 14-3(300).


5.2 УСЛОВИЕ СОСЕДСТВА ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ И БАРАБАНА

Необходимо, чтобы размер соседства электродвигателя и барабана удовлетворял условию:


мм,(19)

где – суммарное межосевое расстояние редуктора; – габаритный размер электродвигателя; – размер от оси вращения барабана до наружного конца шпильки крепления каната. Если , то принимают редуктор с большим значением .

По формуле (19) имеем


Таблица 6.

Вариант А1, мм
14+1 300-0.5·350-0.65·160=21>20
14-1 350-0.5·350-0.65·160=71>20
14+2 300-0.5·350-0.65·200=-5<20
14-2 350-0.5·350-0.65·200=45>20
14+3 300-0.5·350-0.65·180=8<20
14-3 350-0.5·350-0.65·180=58>20

Для вариантов 14+2 и 14+3 условие соседства не выполняется. Для этих вариантов в схему требуется ввести промежуточный вал, что позволит сдвинуть двигатель, но при этом резко возрастёт длинна тележки.


5.3 УСЛОВИЯ СОСЕДСТВА ТОРМОЗА И БАРАБАНА

Для возможности установки тормоза необходимо, чтобы размер соседства тормоза и барабана