Расчет механизма подъема груза

Федеральное государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Вологодская государственная молочнохозяйственная академия

имени Н.В. Верещагина

              Технологический факультет

Специальность: машины и аппараты пищевых производств

Заочное отделение

Кафедра графики и технической механики

Расчетно- графическое задание №1

Расчет механизма подъема груза

Выполнил:                                                            Микляев Максим Викторович

Проверил:                                                                               Вечеринин А.А.

Вологда – Молочное

2011

Содержание

Исходные данные

1.      Грузоподъемность mг , 0,5 т

2.      Высота подъема груза Н, 4 м

3.      Скорость подъема груза V, 5 м/мин

4.      Режим работы Л

5.      Скорость перемещения штабелёра V, 10 м/мин

6.      Полиспаст: одинарный

Введение

Поточные технологические линии, межцеховой и внутрицеховой транспорт погрузочно-разгрузочные операции органически связаны с применением разнообразных подъемно-транспортных машин и механизмов, обеспечивающих непрерывность и ритмичность производственных процессов. Использование подъемно-транспортных машин во многом определяет эффективность производства, а уровень механизации технологического процесса — степень совершенства и производительность пред­приятия. При современной интенсивности производства нельзя обеспечить его устойчивый ритм без согласованной и безотказной работы средств транспортирования сырья, полуфабрикатов и готовой продукции па всех стадиях обработки и складирования.

Современные высокопроизводительные грузоподъемные и транспорти­рующие машины, имеющие высокие скорости и большую грузоподъемность, появились в результате постепенного совершенствования машин в течение долгого времени.

В решении важнейших задач подъема сельского хозяйства решающая роль принадлежит комплексной механизации сельскохозяйственного производства.

Многообразие отраслей сельскохозяйственного производства открывает широкие возможности для применения подъемно-транспортной техники: грузоподъемников, транспортеров, свеклоподъемников, зернопогрузчиков, подвесных дорог, тюкоподборщиков, грейферных погрузчиков на тракторах, навозоуборочных агрегатов и т. п.

1.      Подбор каната

Рис. 1. Схема сечения пряди и полиспаста

Приняв кратность полиспаста u в зависимости от грузоподъемности и типа каната или, рассчитав по предварительной схеме, определяем максимальное усилие натяжения каната.

                             ,                                                (1)

где  - грузоподъемная сила, состоящая из массы груза и массы грузозахватного органа (крюковой обоймы); mk: для одинарного полиспаста ;

mk  -  масса крюковой обоймы кг;

mг  -  масса груза кг;

z   -  число ветвей каната;

u   -  кратность полиспаста /I.с.63./ ;

  -  к.п.д. полиспаста, определяемый расчетом, или по таблице / I.с.74/

        = 0, 96;             

         u = 2;

         z = 1;

         т ;

Согласно правилам Госгортехнадзора канат подбирается по разрывному усилию Fр.

                                  ;                                                          (2)    

где  S  -   запас прочности , выбираемый в зависимости от назначения каната и режима работы (S=5) /I.c.65/ ;

                          Fmax -  максимальное усилие натяжения каната (Fmax=2.679кН);

кН;

Действительное разрывное усилие подбираем по таблицам

Учитывая незначительную длину каната, выбираем для механизма подъема барабан с винтовой канавкой. В этом случае наибольшей износостойкостью обладает канат типа ЛК-Р.

По таблице подбираем канат типа ЛК-Р конструкции 6x19(1+6+6.6)+10.с.  ГОСТ 2088-80.

Диаметр каната dk =5мм;

Предел прочности:

Разрывное усилие Fp=13.39кН;

Канат  5-Г-1-Л-Н-1765 ГОСТ 3088-80.

2. Расчет деталей крюковой обоймы

2.1. Подбор крюка и упорного подшипника

По грузоподъемной силе и режиму работы определяем номер крюка /5,с.32/ , а по номеру крюка /5.с.28/ определяем диаметр нарезной части хвостовика крана d0 и ненарезной части d1. /ГОСТ 5933-73/.

Номер крюка: №4

Грузоподъемная сила:

Размеры хвостовика:

Проверяем крюк в опасном сечении.

                                                  ,                                                   (3)

где  Fg  -  грузоподъемная сила, Н;

       dвн -   внутренний диаметр хвостовика крюка;

       [σ] -   допускаемое напряжение для крюка, [σ] = (50…60) МПа;

Из расчета на смятие определяем минимально допустимую высоту гайки.

                                                ,                                               (4)

где  Fg  -  грузоподъемная сила, Н;

p -  шаг резьбы /3.с.627/;

q   -   допускаемое давление, q = 30…40 МПа;    

dвн -   внутренний диаметр хвостовика крюка;

d0 -   диаметр резьбы нарезной части хвостовика крюка.

                             ,

   Подбираем стандартную корончатую гайку /3.с.527/ по наружному диаметру резьбы хвостовика так, чтобы для высоты стандартной гайки hг выполнялось условие: . Принимаем hг = 7 мм.

   По диаметру нарезной части хвостовика крюка d1 и статической нагрузке Fст, которая должна быть больше или равна грузоподъемной силы с учетом коэффициента безопасности подбираем упорный шариковый радиальный подшипник. /4.с.182/.

Записываем номер подшипника, нагрузку Fст , и диаметр Dn .

;                                                      (5)

где   Fg  -  грузоподъемная сила, кН;

        к σ -  коэффициент безопасности, для деталей крюковой обоймы, к σ = =1.0…1.2, (принимаем к σ = 1).

кН;

Принимаем подшипник № 8103. Наружный диаметр Dn = 30 мм.

Вычерчиваем эскиз хвостовика крюка.

                                              Рис 3.   Хвостовик крюка

2.2. Расчет траверсы.

Ширина тела траверсы конструктивно принимается:

;                                                   (6)

где          Dn  -  наружный диаметр подшипника, мм.

;

Траверса испытывает напряжение изгиба от усилия Fg , которая при наличии упорного подшипника равномерно распределяется по площади.

;                                           (7)

где                                       

x  -   величина зазора между планкой и траверсой (x = 1);

δn - толщина планки 6…16 мм; принимаем δn=10

Fg  -  грузоподъемная сила, Н;

Dn  -  наружный диаметр подшипника, мм;

.

Высота траверсы определяется:

;                                               (8)

где        Мизг -  изгибающий момент, Н·мм;

Вт  -   ширина тела траверсы, мм;

dт  -  диаметр отверстия под ненарезную часть хвостовика, мм.

;

где          d1  -  внутренний диаметр подшипника, (d1 = 17 мм).

;

.

Диаметр цапфы траверсы определяется конструктивно:

                                                     (9)

где          Нт  -  расчетная высота траверсы, мм;

.

Вычерчиваем эскиз траверсы.

Рис. 4.   Траверса

2.3.           Расчет блока.

Наименьший допустимый диаметр блока по дну канавки определяется:

;                                                 (10)

где          dк  -  диаметр каната, dк  = 5 мм;

e   -   коэффициент, зависящий от типа крана и режима работы, (для среднего режима работы e = 18).

.

Ширина блока выбирается по нормали ПТМ 12-62/5.с.41/ в зависимости от диаметра каната. Вб = 28 мм.

Из расчета на изгиб определяем диаметр оси блока.

;                                                (11)

где         LT    -  длина траверсы (LT = 33 мм);

x      -   величина зазора между планкой и траверсой (x = 1мм);

δn     -   толщина планки 6…16 мм (принимаем δn = 10 мм);

;

[σ]  -  допускаемое напряжение, [σ] = 50…60 МПа;

,

Полученный диаметр оси блока округляем под подшипник качения.                dв = 25 мм.

Цапфа траверсы проверяется:

на изгиб                     ;                                              (12)

где          Fg  -  грузоподъемная сила, Н;

dц  -  диаметр цапфы траверсы, мм;

lц   -   расчетная длина цапфы, мм;

;

δn     -   толщина планки, мм;

x      -   величина зазора между планкой и траверсой (x = 1мм);

[σ]из -  допускаемое напряжение изгиба, [σ]из = 60…100 МПа,

;

на смятие                       ;                                          (13)

где          Fg  -  грузоподъемная сила, Н;

δn     -   толщина планки, мм;

dц  -  диаметр цапфы траверсы, мм;

[σ]см -  допускаемое напряжение смятия, [σ]см = 80…150 МПа,

.

             Рис. 5.   Блок

2.4. Подбор радиальных подшипников.

Скорость скольжения каната определяется:

;                                                    (14)

где          Vср  -  скорость подъема груза, м/мин;

U   -    кратность полиспаста;

.

Частота вращения блока:

;                                              (15)

где          Vк  -  скорость скольжения каната, м/мин;

Dб  -    допустимый диаметр блока по дну канавки, мм;

dк  -  диаметр каната, мм;

.

Приведенная нагрузка для однорядного подшипника:

;                                           (16)

где       X  -  коэффициент для радиальной нагрузки (для подшипника = 1);

V  -  коэффициент, учитывающий влияние вращающего колеса, т.к. вращается внутреннее колесо, V = 1.

Fr  -    радиальная нагрузка, кН;

;

Fg  -  грузоподъемная сила, кН;

k   -   количество блоков на оси;

kт  -   температурный коэффициент (т.к. t ≤ 1000 С, то kт = 1);

kσ  -   коэффициент безопасности, kσ = 1…1,2; (принимаем kσ = 1).

;

По диаметру оси блока (dб = 25 мм) подбираем шариковый подшипник. Подшипник – 305.

Динамическая грузоподъемность С = 22.5 кН.

Определяем ресурс в миллионах оборотов:

;                                                     (17)

где          Р  -  приведенная нагрузка для однорядного подшипника;

.

Определяем расчетную долговечность в часах:

;                                                  (18)

где          L  -  ресурс в миллионах оборотов;

n   -  частота вращения блока;

.

2.5.           Расчет планки.

Минимальная ширина планки первоначально определяется из расчета на разрыв:

;                                           (19)

где           Fg  -  грузоподъемная сила, Н;

[σ]  -  допускаемое напряжение разрыва, [σ] = 60 МПа;

dmax -   подставляется больший диаметр dб и dп, (dб = 25 мм);

δп   -   толщина планки, мм;

.

Из расчета на срез определяется размер:

;                                                 (20)

где           Fg     -  грузоподъемная сила, Н;

δп     -   толщина планки, мм;

[σ]ср  -  допускаемое напряжение среза, [σ]ср = 40…75 МПа, (принимаем [σ]ср = 50 МПа).

;

В этом случае толщина планки определяется:

;                                              (21)

где          Δ    -    размер, мм;

dmax -   подставляется больший диаметр dб и dп, (dб = 25 мм);

.

При малых нагрузках:

;                                                   (22)

где          dmax -   подставляется больший диаметр dб и dп, (dб = 25 мм);

.

Из полученных трех значений (19, 21, 22) выбираем наибольшее Вп =50 мм.

Выполняем эскиз планки.

Рис. 6   Планка

3. РАСЧЕТ БАРАБАНА.

Диаметр барабана по дну каната, принимается равным размеру блока            Dб = 85 мм.

Диаметр барабана, замеренный по центрам намотанного каната:

     ;                                                                   (23)

где          dк -   диаметр каната, мм;             

Dб -  диаметр барабана по центрам намотанного каната, мм;

;

Внутренний диаметр барабана:

;                                               (24)

где          Dб -  диаметр барабана по центрам намотанного каната, мм;

δб  -  толщина стенки барабана, мм;

;

По правилам Госгортехнадзора, толщина стенки барабана должна быть не менее 12 мм, следовательно, δб = 12 мм.

.

Полная длина барабана определяется по формуле:

              ;                                                            (25)

где          lр -  рабочая длина барабана, мм;

                                                   ;                                                      (26)

lн   -  шаг витка, мм;

                                                  ;                                             (27)

iн -  количество витков на барабане;

                                              ;                                            (28)

Н  -  высота подъема груза, мм;

u  -  кратность полиспаста;

  Dн -  диаметр барабана по центрам намотанного каната, мм;

(3.5…4) - дополнительные витки, (1.5…2) витка для крепления каната и еще (1.5…2) витка для разгрузки крепления;

dк -   диаметр каната, мм;

;

;

;

.

Стремясь к снижению напряжений в стенке барабана, принимаем соотношение размеров l ≤ 3Dб , 

Барабан работает только на сжатие. Проверяем его на сжатие.

Материал С2 15 – 32

Вычерчиваем эскиз барабана.

Рис. 6.   Барабан

4. Расчет крепления каната.

Основание натурального логарифма –

- коэффициент трения, равен 0,16;

- угол отклонения.

lб – длина барабана

5. Подбор электродвигателя.

Потребную мощность двигателя определяем по максимальной нагрузке.

Vср – скорость подъема груза, равна 10 м/сек.

Для легкого режима электродвигатель НТ-11-6.

Частота вращения 855 об/мин.

6. Подбор редуктора.

Частота вращения барабана рассчитывается по формуле:

Vк – скорость движения каната, (Vк =5 м/мин);

Dн – наружный диаметр барабана (Dн =90 мм).

Подбираем редуктор Ц2-250

Upeд=50,94 ; Nред=6 кВт.

7. Подбор тормоза.

Статический момент груза, приведенный к валу электродвигателя:

Определяем расчетный тормозной момент:

Кт – коэффициент запаса, для легкого режима Кт=1.5.

Подбираем тормоз ТКТ-100.

Литература

1.      Павлов Н. Г. Пример расчетов кранов. Л. Машиностроение. 1976

2.      Красников В. В. Подъемно – транспортные машины. И. Агропромиздат. 1987.

3.      Васильев В. З. и др. Справочные таблицы по деталям машин. т. 1. М. Машиностроение. 1965.

4.      Васильев В. З. и др. Справочные таблицы по деталям машин. т. 2. М. Машиностроение. 1966.

5.      Васильев В. З. и др. Справочные таблицы по деталям машин. Дополнение. М. Машиностроение. 1966.

6.      Чернавский С. А. и др. Курсовое проектирование деталей машин. М. Машиностроение. 1988.

6