Проектирование козлового крана

     1 - электродвигатель; 2 - муфта, 3 - промежуточный вал; 4 - муфта;

     5 - тормоз; 6 - редуктор; 7 - барабан.

     Рисунок 3.1 – Кинематическая схема привода механизма подъема 

      Механизм  подъема приводится в движение от кранового электродвигателя 1, соединяемого с цилиндрическим двухступенчатым редуктором 6 с помощью зубчатых муфт 2 и 3. Последняя муфта снабжена тормозным шкивом, с которым взаимодействует колодочный электромагнитный тормоз 5. Барабан 7 закреплен на оси, опирающейся на два роликовых сферических подшипника, позволяющих компенсировать перекосы оси относительно выходного вала редуктора 6. Барабан с редуктором соединяется с помощью специальной зубчатой муфты, одна часть которой (внутренняя) выполнена вместе с тихоходным валом редуктора, другая часть входит в состав барабана.  
 

      3.1 Выбор полиспастной  системы расчет и выбор типа каната 

      Кратность полиспаста механизма подъема выбирается в зависимости от типа полиспаста и грузоподъемности механизма /1, с.55/. Принимаем сдвоенный четырехкратный полиспаст. Схема запасовки каната показана на рисунке 3.2. 

      

1 − барабан; 2 − верхние блоки; 3 − уравнительный блок;

4 −  канат; 5 − крюковая подвеска

Рисунок 3.2 − Схема запасовки каната 

      Наибольшее  натяжение ветви каната, H: 

                                                         (3.1) 

где Q = 20000 − номинальная грузоподъемность крана, кг;

      G_з = 586 – масса крюковой подвески, кг;

      z = 2 – число полиспастов в системе;

      а = 4 – кратность полиспаста;

      η_п = 0,96 – КПД полиспаста. 

      

 

      Выбор стального каната производится в соответствии с Правилами Ростехнадзора. Расчетное разрывное усилие в канате, Н: 

       ,                                                    (3.2)

где z_p = 3 − минимальный коэффициент использования каната, для группы классификации механизма М3 по ИСО 4301/1. 

      

 

      Выбираем по ГОСТ 2688−80 канат двойной свивки типа ЛК−Р конструкции 6 19 (1 + 6 + 6/6) + 1о.с. диаметром d =14 мм, имеющий при маркировочной группе проволок 1770 МПа минимальное разрывное усилие F = 131000 H. Канат грузовой (Г), первой марки (I), из проволоки без покрытия (−), правой крестовой свивки (−), нераскручивающийся (Н), обозначается: 14−Г−I−H−1770 ГОСТ 2688−80.

     Фактический коэффициент использования каната: 

      ,                                          (3.3) 

где F=105180 – Разрывное усилие каната, Н;

     S=35060– наибольшее натяжение ветви каната, Н;

     z=3 – минимальный коэффициент использования каната, 

     

 

      Выбираем подвеску крюковую с четырьмя блоками для Q = 25 т (рисунок). Геометрические параметры приведены в таблице. 

               

      Рисунок3.3 − Конструктивная схема крюковой подвески 

      Таблица 3.1– Основные данные крюковой подвески

 

      Определяем  размеры блоков, минимальный диаметр  блока, мм: 

       ,                                                 (3.3) 

где  d = 14 − диаметр каната, мм;

      _{h2 = 18} − коэффициент выбора диаметра блока /4/. 

      

. 

      Диаметр блоков выбранной крюковой подвески D_бл = 560 мм, что удовлетворяет условию.

      Диаметр верхних блоков принимаем D_в.бл = 560 мм.

      Определим диаметр уравнительного блока, мм: 

       ,                                                 (3.4) 

где h₃ = 14 – коэффициент выбора диаметра уравнительного блока /4/.  

      

 

      Принимаем диаметр уравнительного блока  D_ур.бл = 400 мм. 

      3.2 Определение основных размеров и числа оборотов барабана 

      Барабаны  выполняют литыми из чугуна или стали и сварными стальными. На рисунке 3.4 представлена схема размеров барабана.

      

      Рисунок 3.4 − Схема размеров барабана 

     Минимальный диаметр барабана по дну канавки: 

      ,                                                    (3.5) 

где  d=14 - диаметр каната, мм;

     _h1=16 - коэффициент выбора диаметра барабана /4/, 

     

 

     В соответствии с рядом предпочтительных чисел размеров выбираем барабан диаметром D_б=500 мм=0,5 м. 

     Шаг нарезки: 

     t=(1,1..1,2)d,                                                 (3.6) 

     t =(1,1..1,2)·14=16 мм 

     Толщина стенки литого чугунного барабана: 

     δ≈1,2·d≥8 мм,                                                (3.7) 

     δ≈1,2∙14=16,8≥8 мм 

     Для уменьшения металлоемкости барабана принимаем  толщину его стенки δ=17 мм.

     Принимаем в качестве материала барабана чугун марки СЧ 15 ( , [ ]=130 МПа), найдем напряжение сжатия в стенке барабана: 

      ,                                                (3.8) 

где  S=35060 - усилие в канате, Н;

     t=16 - шаг нарезки, мм;

[ ] - допускаемое напряжение сжатия для материала барабана, МПа, 

     

 

     Т. к. условие выполняется с большим запасом примем толщину стенки равную 16 мм. 

     

 

     Действующие напряжения меньше допускаемого, поэтому выбранная толщина стенки обеспечивает требуемую прочность. 

     L_Б=2(l_р+l_раз+l_г)+l₀,                                        (3.9) 

где  l_р – длина рабочей части барабана;

     l_раз – длина части барабана, на которой размещаются разгружающие витки;

     l_г=3t – гладкая часть барабана;

     l₀- длина свободной (не нарезанной) части барабана. 

     Длина рабочей части барабана: 

        ,                                      (3.10) 

где  Н=12 - высота подъема, м;

     a=4 – кратность полиспаста;

     D_Б=0,5 – диаметр барабана, м;

     d=0,014 – диаметр каната, м;

     t=0,016 - шаг нарезки, м,

     

 

     Длина части барабана, на которой размещаются  разгружающие витки: 

     l_раз=2t,                                                 (3.11) 

     l_раз=2∙0,016=0,032 м 

     Определяем  длину гладкой части барабана: 

     l_г=3t,                                                 (3.12) 

     l_г=3∙0,016=0,048 м 

     Приняв  расстояние между правой и левой  нарезками на барабане (длина не нарезанной части) равными расстоянию между ручьями блоков в крюковой обойме l₀=0,462 м, найдем полную длину барабана (см. формулу 3.9): 

     L_Б=2(0,634+0,032+0,048)+0,462=1,89 м 

     При расчете длины барабана должно выполняться  условие: 

      ,                                            (3.13) 

     1,89/0,5=3,78 

     данное условие выполняется, оставляем ранее выбранный размер.

      Определяем  частоту вращения барабана: 

       ,                                            (3.14) 

где  υ_г = 0,16 − скорость подъема груза, м/с;

      a = 4 – кратность полиспаста;

      D_Б = 0,5 – диаметр барабана, м. 

      

 

      Определяем требуемую угловую скорость барабана, сек ^-1:

       ,                                                  (3.15) 

где  n_Б = 24,4 − частота вращения барабана, об/мин. 

      

 

      3.3 Расчет и выбор электродвигателя 

      Находим требуемую статическую мощность электродвигателя, кВт: 

       ,                                            (3.16) 

где υ_г = 0,16 − скорость подъема груза, м/с;

      η_м = 0,85 − КПД механизма;

      Q = 20000 − масса поднимаемого груза, кг;

      G_з = 586 – масса крюковой подвески, кг. 

      

 

     Из /2, с. 251/ выбираем крановый электродвигатель с фазным ротором 4MTH 225L6, имеющим номинальную мощность N_д=65 кВт; частоту вращения n = 950 об/мин; угловую скорость ω_д = 99,4 сек^-1; момент инерции ротора I_p=3,8 кг·м²; массу 500 кг. Габаритная схема электродвигателя представлена на рисунке 3.5.