Расчет мостового крана

 

 

          1. Призначення та конструктивне виконання мостового крану.

 

Мостові крани призначені для виконання вантажно-розвантажувальних  та транспортних операцій у цехах  сучасних промислових підприємств, на відкритих та закритих складах. Вони переміщуються по рельсам, які розміщені на значній висоті від полу, мало займають корисного простору цеху.

Мостовий кран складається: з вантажопідйомного візка, включаючого  механізм підйому, вантажопідйомний прилад, механізм пересування, і з моста, що являє собою дві решітчасті ферми, приєднані до кінцевих балок, в які вмонтовані приводні та неприводні колеса.

 

Завдання: розрахувати  мостовий кран загального призначення  для роботи у складальному цеху машинобудівного  заводу при наступних вихідних даних:

 

    -   вантажопідйомність Q=1,5т

    -   найбільша висота підйому h=10м

    -   швидкість підйому вантажу V=2м/хв

    -   швидкість пересування візка =3 м/хв

    -   швидкість пересування крану =6 м/хв

    -    довжина прольоту L=6 м

    -    режим роботи механізмів –  середній.

 

2. Розрахунок  механізму підйому.

2.1. Вибір поліспасту, канату, діаметру барабана та  блоків.

Для проектованого крану  приймаємо механізм підйому, схема  якого представлена на малюнку 1. Для  крану вантажопідйомністю Q=1,5т приймаємо здвоєний поліспаст (а=2) кратністю u=2.

Максимальний натяг  в канаті, що набігає на барабан  при підйомі вантажу визначають по формулі:

Н;

де  - кількість гілок, на яких висить вантаж

   - ККД поліспаста

При збіганні канату з  рухомого блоку ККД поліспаста

;

де  - ККД блоку з урахуванням жорсткості канату; для блоку на підшипниках    кочення .

Канат вибираємо по розривному зусиллю, згідно з правилами Держгіртехнагляду:

,

де  - коефіцієнт запасу міцності канату, при легкому режимі роботи =5.

Н;

За ГОСТ 7665-69 приймаємо діаметр канату d_k =8,1 мм.

Діаметр блока та барабана по центру намотуємого канату:

,

де е – коефіцієнт, що залежить від режиму роботи та типу вантажопідйомної машини. Для середнього режиму роботи е=25.

мм.

Діаметр блока та барабана по дну канавки:

мм,  .

Відповідно вибираємо  блок (див. мал. 2. Блок).

 

                                      Мал.1. Схема механізму підйома.

 

 

Діаметр блоку крюкової підвіски (по дну канавки) приймаємо   D = 200 мм.

Діаметр урівноважуючого  блоку  мм.

 

 

 

 

 

          2. 2. Вибір та перевірочний розрахунок крюкової підвіски.

По номінальній вантажопідйомності та режиму роботи вибираємо крюк однорогий.

Номер заготовки крюка  – №8, за ГОСТ 6628-74 (див. мал. 3. Крюк однорогий)

Крюк виготовлений із Сталі 20, що має границю міцності σ_В=4200 кгс/см², границю текучості σ_Т=2500 кгс/см², границю витривалості σ_-1=1200 кгс/см². Різьба М24 з внутрішнім діаметром d_B=21 мм.

      У перетині І-І:

 

МПа

В перетині А-А гачок  розраховують як кривий брус навантажений ексцентрично прикладеним зусиллям:

 

 

МПа

 

м

k=0,42

 

м

Напруги в перетині А’-A’ визначають за умови, коли стропи розміщені під кутом 45 до вертикалі:

 

Н

Найбільша напруга розтягу  внутрішніх волокон у перетині А’-A’:

 

МПа

Дотична напруга (на зріз) в перетині:

 

МПа

МПа

Напруга, що допускається:

МПа

 

 

 

2. 2. 1. Гайка  гачка.

Висота гайки повинна  бути не менша:

м,

де t=3 мм – крок різьби

     p=30 МПа – напруга, що допускається на зминання.

Н= мм,

    конструктивно  приймаємо Н=34 мм

Зовнішний діаметр гайки

мм.

Мал. 2. Блок

 

Мал. 3. Крюк

 

Мал. 4. Перетин крюка

 

2. 2. 2. Упорний  підшипник

Для крюка діаметром  шийки d₁ = 25 мм вибираємо за ГОСТ 6874-75 упорний однорядний підшипник 8205 з статичною вантажопідйомністю С_о=41000 Н.

Розрахункове навантаження на підшипник  повинно дорівнювати або бути менше статичної вантажопідйомності:

;

Н.

де  - коефіцієнт безпеки.

 

2. 2. 3. Траверса  крюка.

Траверса (див. мал. 4. Траверса) виготовлена з сталі 45, що має  межу міцності МПа, межу текучості , межу витривалості МПа.

МПа – напруга, що допускається на згин.

Для вантажопідйомності крюка Q=1,5 т та середньому режимі роботи відстань між осями крайніх блоків b = 200 мм.

Максимальний згинальний момент для перетину А-А:

Н·м..

Момент опору середнього перетину траверси:

м³.

де [σ] =250000000 Па.                                                                             

Момент опору середнього перетину траверси, послабленого отвором:

,

де  мм;

     - ширина траверси, призначається з урахуванням зовнішнього діаметру посадочного гнізда для упорного підшипника, який вибрано,

мм,

- висота траверси,

м.

Згинальний момент в  перетині Б-Б:

Н·м.

Мінімальний діаметр  цапфи під підшипник:

м.

 

Мал. 5. Траверса

 

 

2. 2. 4. Вибір  підшипників.

Для радіальних шарикопідшипників  еквівалентне навантаження при кожному  режимі обчислюють за формулою:

,

де  та - коефіцієнти радіального та осьового навантажень, для однорядних шарикопідшипників , ,

     - коефіцієнт безпеки,

     - температурний коефіцієнт,

     - коефіцієнт обертання.

З урахуванням графіка  завантаження механізму підйому  при легкому режимі роботи радіальні навантаження на підшипник складають:

Н;

Н;

Н;

Н;

Еквівалентні навантаження при кожному режимі навантаження:

Н;

Н;

Н;

Н.

Довговічність підшипника номінальна і при кожному режимі навантаження:

млн.об.;

об/хв

 млн.об.;

 млн.об.;

 млн.об.

де n – частота обертання рухомого блоку гачкової підвіски, з якої канат змотується на барабан, при режимі, що установився.

Еквівалентне навантаження: =

Н.

Динамічна вантажопідйомність:

Н,

де  для шарикопідшипників.

Для порахованого діаметру цапфи по динамічній вантажопідйомності вибираємо за ГОСТ 8338 –75 шарикопідшипник 206 з внутрішнім діаметром d=30 мм, зовнішнім діаметром D=62 мм, шириною підшипника  B=16 мм, динамічна   вантажопідйом-ність С=15300 Н.         

Після підбору підшипників уточнюємо розміри отворів у вибраних блоках гачкової підвіски та діаметр цапфи траверси. (див. мал.6.Крюкова підвіска).

 

Мал. 6. Крюкова підвіска

 

 

 

 

2. 3. Розрахунок  вузла барабана.

Приймаємо барабан діаметром D=260 мм по дну канавки.

Розрахунковий діаметр  барабана =270,5 мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мал. 7. Профіль канавок барабана

 

Довжина каната, що намотується  на одну половину барабана:

 м.

Число витків нарізки  на одній половині барабана:

.

Довжина нарізки на одній половині барабана:

м,

де t_н=20 мм - крок нарізки барабана.

Повна довжина барабана:

мм, 

де  мм – довжина дільниці з кожної сторони барабана, що використовується для закріплення канату;

     - відстань між правою та лівою нарізками,

 м; 

h_min - відстань між віссю барабана та віссю блоків у крайньму верхньому положенні.

α=4…6º - допустимий кут відхилення набігаючої на барабан гілки канату від вертикального положення.

b – відстань між осями струмків крайніх блоків, b=200мм .

 

 

 

 

Розрахунок  на міцність.

Барабан відлитий з чавуну СЧ-18 з межею міцності на стискання  .

Товщину стінки барабана визначають з розрахунку на стискання:

м, 

МПа,

де  - коефіцієнт запасу міцності для крюкових кранів.

З умов технології виготовлення литих  барабанів товщина їх стінки повинна  бути не менше 12 мм і визначається за формулою

мм

Приймаємо товщину стінки δ=15мм.

Окрім стискання стінка барабана зазнає деформації згину та кручення.

Крутний момент, що передається барабаном:

 

 Н·м.

 

 

2. 3. 1. Розрахунок  кріплення каната до барабана.

Прийнята конструкція  кріплення каната до барабана притискною планкою, що має трапецієподібні канавки (див. мал. 8. Схема закріплення каната).

Натяг канату перед притискною планкою (точка Б):    

Н,,

де  - коефіцієнт тертя між канатом та барабаном,

- кут обхвату канатом барабана, приймаємо  .                        

Сумарне зусилля розтягу  болтів:

Н,

 де  - наведений коефіцієнт тертя між планкою та барабаном, при куті заклинювання канату :

,

- кут обхвату барабана канатом  при переході від однієї канавки  до іншої.

Сумарне напруження в  болті при затяжці кріплення з урахуванням розтягуючих та згинаючих зусиль:

,

- коефіцієнт запасу надійності  кріплення каната до барабана, . Приймаємо .

- кількість болтів,

     P_З - зусилля, згинаюче болти,

Н,

Мал. 8. Схема закріплення каната

 

МПа,   

14,9 МПа < [σ_p]=117,333 МПа                

d₁ – внутрішній діаметр болта М21, виготовленого із Сталі 3,

МПа,  d₁=18,753 мм.

Напруга, що допускається для болта:

 МПа.

 

 

 

 

 

 

 

2. 5. Розрахунок вісі барабана.

Вісь барабана виготовляють зі сталі 45 (ГОСТ 1050-74) з межею міцності МПа.

Див. мал. 11. Схема до розрахунку вісі барабана.

Мал.11 Схема розрахунку осі барабана

Реакції в опорах:

Н

Н

Зусилля, що діють з  боку ступиць на вісь:

Н

Н

Будуємо епюри згинальних моментів та перерізуючих сил:

Н∙м

Н·м

При відомому згинальному  моменті діаметр вісі приблизно  обчислюють по формулі:

м

 

2.5.1. Вибір підшипників вісі барабана.