Проектирование лебёдки механизма подъёма

Нижегородский государственный архитектурно-

строительный университет

Кафедра технологии строительного производства

Расчетно-пояснительная записка

к курсовому проекту по теме:

«Проектирование лебёдки механизма подъёма»

Выполнил студент гр. 821 ИвановА.В.

Руководитель Гужавин А.Я.

Нижний Новгород, 2007 г.

Содержание

1. Полиспастная система……………………………………………….4

2. Барабаны и блоки…………………………………………………….6

3. Привод лебедки………………………………………………………8

4. Тормоз лебедки………………………………………………………12

5. Подшипниковые узлы барабана…………………………………….13

6. Список литературы…………………………………………………..15

Введение

На предприятиях строительной индустрии и строительных материалов широко применяются грузоподъемные машины. Они обеспечивают механизацию всех подъемных и значительную часть вспомогательных и перегрузочных операций.

Грузоподъемные машины – машины циклического (прерывного) действия, в их рабочем цикле периоды работы отдельных механизмов чередуются с паузами, при которых действуют другие механизмы.

Конструкция, размеры, степень сложности и характеристики грузоподъемных машин весьма разнообразны и зависят от условий

применения и вида груза. Но основной частью этих машин является механизм подъема, в качестве которого, чаще всего, используется лебедка – предназначенная для подъема или перемещения грузов на строительно-монтажных, ремонтных и погрузочно-разгрузочных работах с помощью каната, навиваемого на барабан или протягиваемого через рычажный механизм.

1. Полиспастная система

1.1 Выбор полиспаста:

Выбираем одинарный полиспаст кратностью 3 [1. табл.1]

и длинной крюковой обоймой [2. табл.А1]

Принимаем крюковую обойму грузоподъемностью 4 т и m = 50 кг

1.2 Выбор каната:

По правилам Госгортехнадзора выбираем канат по его разрывному усилию в целом из условия:

F₀>S · Zp,

Где S - наибольшее натяжение ветви каната, навиваемой на барабан, с учетом КПД (без учета динамических нагрузок):

Q - грузоподъемность механизма, кг;
q - масса крюковой подвески, кг;

g - ускорение свободного падения, g=9,81 м/с^2;
Un - кратность (передаточное число) полиспаста;

ŋn - КПД полиспаста:

ŋбл - КПД одного блока;

ŋбл - 0,98- при подшипниках качения;

n – степень, равная количеству блоков в полиспасте, n=3

Zp - минимальный коэффициент использования каната [1. табл.2]

Zp = 7,1

Fo - разрывное усилие каната в целом (Н), принимаемое посертификату,

при проектных работах - по таблицам стандарта.

Выбираем канат 13-Г-1-Ж-Л-Н-1666(170)ГОСТ 2688-80 С Fo=86300 Н

1.3 Определяем фактический коэффициент использования (запаса прочности) каната:

Zрф = F0/S≥Zp,

Zpф =86300/12092=7,13>Zp =7,1

2. Барабаны и блоки.

2.1 Определяем диаметр барабана по центрам навитого каната:

DH ≥ h1 · dk,

где dk– диаметр каната, мм;

h1 – коэффициент выбора диаметра барабана [1.табл. 3]

DH≥ 22,4· 13

DH = 291,2 мм

2.2 Определяем, требуемый диаметр блоков крюковой подвески:

Dбл ≥ h2 · dk, Dбл≥ 25 · 13, Dбл = 325

где h2, - коэффициент выбора диаметра блока [1.табл. 3]

2.3 Определяем диаметр барабана по дну винтовой нарезки:

Dб = DH – dk, Dб = 291,2– 13 = 278,2 мм

Принимаем: Dб =278 мм; D_н=291 мм.

2.4 Определяемразмеры винтовой нарезки и реборды барабана:

T= (1.1…1,2) · dk, мм – шаг нарезки; Принимаем: t=14 мм

C= (0.25…0.4) · dk, мм – глубина канавки; c=5 мм

R= (0.6…0.7) · dk, мм – радиус канавки; R=8 мм

r= (1.5…2.6), мм – радиус скругления; r=1.5 мм

Dp≥ DH + 5dk, мм – диаметр реборды; Dp=356 мм

2.4Определяем полную длину барабана:

Lб = 2l + l1+ l2, мм,

Где l = 2t – расстояние от оси крайнего витка до края (реборды) барабана, мм;

l1 = 3t – длина барабана, используемая для крепления каната (прижимными планками), мм;

l2 = (Z1+Z2) · t – рабочая длина барабана, мм;

Z1≥1.5 – число запасных витков каната (По Правила Госгортехнадзора несвиваемых с барабана); принимаем Z₁=2

Z2 – число рабочих витков каната;

Z2 = L/(π · D H) = (H · Un)/( π · DH)

Где L – рабочая длина каната, навиваемого на барабан, мм;

H – высота подъема груза, мм.

l = 2 · 14 = 28 мм Принимаем: l=28 мм

l1 = 3 · 14 = 42 мм l1 = 42, мм

l2 = (2+32,8) · 14,3=487,2 мм l2 = 487, мм

Z2 = (10000 · 3)/(3.14 · 291) = 32,8

H = 10000 мм

Lб = 2 · 28 + 42 + 487 = 585, мм

Принимаем: L_б=585 мм

2.6 Определяем толщину стенки барабана:

δ = (Dб – Dбвн) / 2, мм

Где Dбвн – внутренний диаметр барабана;

Где [δсж] – допускаемые напряжения сжатия материала барабана, МПа [1.табл. 4]

Принимаем:

δ = (278 – 265) / 2 = 6,5 мм

3. Привод лебедки

3.1. Определяем расчетную мощность электродвигателя при установившемся режиме для подъема номинального груза:

Np = [(Q + q) · g · Vn] / 1000 · ŋ0, кВт

где V_n - скорость подъема груза, V_n=0,16 м/с;

ŋ0 - общий КПД механизма подъема:

где ŋn- КПД полиспаста

ŋб - КПД барабана, ŋб = О ,98 (подшипники качения);
ŋp - КПД редуктора, ŋ_Р= 0,96;

ŋм - КПД муфты, ŋм = 0,98;

m– степень, равная количеству муфт в приводе.

Np = [(3500 + 50) · 9.81 · 0.16] / 1000 · 0.885 = 6,29, кВт

3.2 Выбираем электродвигатель MTF211-6 с учетом заданного значения группы режима (ПВ=40%), с номинальной мощностью Nдв=7,5 кВт и с частотой вращения вала ротора ŋ_дв=930об/мин, моментом инерции

Ip = 0.115 кг·м², m=120 кг, Mmax=191 H·м из условия:

N_дв ≥ N_P[2. табл. В1]

3.3 Определяем требуемое передаточное число редуктора:

U=n_дв/nб

где nб - частота вращения барабана,

Nб = 60Vn· Un/ π · DH= 60· 0.16 · 3 / 3.14· 0,291= 31,5, об/мин

U=930/31,5=29,5

Определяем вращающий момент на тихоходном валу редуктора:

Tp = S · DH/ 2ŋб = 12092 · 0,291 / 2 · 0.98 = 1795,3 Н·м

Принимаем электродвигатель: MTF211 - 6

3.4 Выбираем редуктор Ц2-350-29,4 с фактическим передаточным числом U_P=32,42, ближайшим к требуемому U=29,5, с учетом группы режима механизма (ПВ = 40%) и частоты вращения быстроходного вала nдв = 930 об/мин, из условия:

Tт ≥ Тр [2. табл. Г6]

Тт = 3300, Тр = 1795,3

где Т_т - вращающий момент на выходном валу редуктора (табличный), Т_т= 3300 Н·м

3.5 Определяем минимальное межосевое расстояние редуктора, обеспечивающее условия сборки лебедки:

Amin = [(Dб + dk)/2] + b31 + 30 < аос,

Аmin = [(278+ 13)/2] + 158 + 30 < 350,

333,5мм<350мм

где b31 = 158 мм -габаритный размер электродвигателя; [2. табл. В2]

30 - гарантированный зазор, мм;

аос - межосевое расстояния редуктора, мм. [2. табл. Г2]

3.6 Определяем фактическую скорость подъема груза:

Vмф = π · DH · nбф / 60·Un, м/с

Nбф = nдв / Up =930 / 32,42 = 28,7, об/мин

Vпф = 3.14 · 0.291 · 28,7 / 60 · 3 = 0.146, м/с

где nбф - фактическая частота вращения барабана

3.7 Определяем погрешность скорости подъема груза:

ΔV = [|Vn – Vпф|/ Vn] · 100%

ΔV = [|0.16-0.146|/ 0.16] · 100% = 8,75%

3.8 Определяем расчетный вращающий момент, передаваемый
муфтой:

Tp = K · TH, H·м

где Т_н - действующий вращающий момент:

Тн = 9550Np / nдв , Н·м

К - коэффициент динамичности:

К=К1 · К2 · К 3, К=1.8·1 · 1,2=2,16

К1 = 1,8– коэффициент степени ответственности передачи,

К2 = 1,2– коэффициент режима работы,

К3 = 1 – коэффициент углового смещения; [1. табл. 6]

Тн = 9550 · 6.29/ 930 = 64,5 Н·м

Т_р= 2,16 · 64,5 = 139,3 Н·м

3.9 Выбираем муфту с учетом диаметров соединяемых валов и
передаваемому моменту по условию:

ТМ≥Т_Р,

Тм=500>139,3 Нм

где Т_м - вращающий момент, который способна передать муфта

3.10Проверяем двигатель по условиям пуска

3.10.1 Определяем время разгона механизма при подъеме груза:

TП =Iпр · nдв / 9.55(МП – Мст), с

где Iпр -суммарный, приведенный к валу двигателя, момент инерции движущихся масс механизма и груза:

Iпр = К(Ip + IM) + [(Q + q) · DH²] / 4Up² · Un²· ŋ0 , кг·м²Iпр=1.1(0.115+0.152)+[(3500+50)· 0.291²]/4·32,42² ·9·0.885=0,3 кг·м²

Где К - коэффициент, учитывающий моменты инерции звеньев механизма, расположенные между валом двигателя и барабаном, включая и барабан;

Для грузоподъемных машин К = 1,1... 1,25. Принимаем К = 1,1

1_Р - момент инерции ротора электродвигателя, кг·м²;

1м- момент инерции муфты с тормозным шкивом, кг·м²;

М_п - средний пусковой момент электродвигателя; для крановых двигателей с фазным ротором - М_п=(0,7...0,8)Мmах;

Принимаем М_п= 133,7 Нм

Мcт - момент статических сопротивлений при пуске, приведенный к валу двигателя:

Mст = [(Q + q) g · DH] / 2Up · Uп · ŋ0, Н·м

Мст = [(3500+50)9.81·0.291]/2·32,42·3·0.885=58,8

TП=0.3·930 / 9.55(133,7-58,8) = 0,39 с

3.10.2 Определяем среднее ускорение во время пуска:

Aср= VМф/ТП, м/с²

Аср=0.146/0.39=0,37 м/с²

Исходя из полученного среднего ускорения, можно сделать вывод, что данная лебедка может быть использована в механизмах подъема производственных кранов.

4.Тормоз лебедки

4.1 Определяем расчетный тормозной момент:

Мтр = Кт ·М_{ст т}, Н·м

где К_т - коэффициент запаса торможения, [1.табл.8]

Кт= 2

Мст.т - момент статических сопротивлений при торможении, приведенный к валу тормоза.

Мстт = (Q + q)g · DH · ŋ0 / 2Up · Un, H·м

Мст т = (3500+50) ·9.81 ·0.291 · 0.885/2·32,42·3=46,1 Н·м

Мтр = 2 · 46,1 = 92,2 Н·м

4.2 Выбираем тормоз из каталога [2.табл. Е1]

по условию:

М_т ≥Мтр,

Мт=250>92,2

где М_т - тормозной момент выбранного тормоза (табличный)

Принимаем тормоз ТКГ-200, с учетом D_T

4.3Определяем время торможения механизма при опускании груза:

tm = Iпр · nдв / 9.55·(Мт – Мст т), с

где Iпр - суммарный, приведенный к валу двигателя, момент инерции движущихся масс механизма и груза при торможении:

Iпр = K· (Ip+IM) + [(Q+q) · DH²·ŋ0 / 4Up² · Uп²], кг·м²

М_т - тормозной момент, примененного тормоза, Нм;

Iпр=1.1(0.115+0.152) + [(3500+50) · 0.291² · 0.885/4·(32,42²)·9]=0,3 кг·м²

tm= 0,3·930 / 9.55 · (250-50,6) = 0,14 c

Время торможения для механизмов подъема груза должно составлять 1…2 с, поэтому пуск двигателя нужно осуществлять по искусственным характеристикам.

5.Подшипниковые узлы барабана

5.1 Определяем нагрузки на подшипниковые опоры

После конструктивной проработки определяем расстояние между опорами барабана Lo и расстояние от действующих усилий до реакции на опорах Laи Lb(смрис. 1)

Рисунок 1- расчетная схема к определению нагрузок на опоры.

Lo=a+b+21+l1 +l2, Lo=58+40+57,2+42,9+497,6=695,7 мм

L_A=a+l+l1+l3, L_A=58+28,6+42,9+28,6 = 158,1 мм

L_B=b+l, Lb=40+28,6=68,6 мм

Определяем реакции опор для этих положений:

RA = S · (L0 - LA) / L0

RA=12092· (695,7-158,1)/695,7=9344 H

RB= S · (L0 - LB) / L0

RB=12092 · (695,7-68,6)/ 695,7=11031 H

5.2 Предварительный выбор подшипников

В соответствии с действующими силами и посадочным диаметром расточки тихоходного вала редуктора из таблицы: [2. табл. Ж1] Выбираем подшипник радиальный сферический двухрядный шариковый по ГОСТ28428-90 средней широкой серии диаметров 1610 с диаметром внешнего кольца D=110мм и динамической грузоподъемностью С_г =54940 Н. Диаметр внутреннего кольца подшипника d=50мм определит диаметр оси барабана. Для второй опоры применим подшипник того же типоразмера и серии.

5.3 Определяем расчетную динамическую грузоподъемность подшипника, установленного в стойке:

где n=nбф - частота вращения кольца подшипника,

n=28,7 об/мин;

Lh- требуемая долговечность подшипника, [1. табл. 9]

Принимаем Lh= 16000 ч

Р - эквивалентная динамическая нагрузка, Н;

P = (X·V·F_r+Y·F_a) · Kб·K_T, H

где F_r- радиальная нагрузка на подшипник, Н

F_r=RB= 10899 Н

F_a- осевая нагрузка, Н;

X - коэффициент радиальной нагрузки, Х=1;

Y- коэффициент осевой нагрузки, Y=0;

V- кинематический коэффициент; V=1
Кб - коэффициент безопасности, Кб=1.2

К_т - температурный коэффициент К_т=1 [1. табл. 10]

Р=(1·1·10899)·1,2·1=13078,8 Н

Принимаем радиальный сферический двухрядный шариковый подшипник по ГОСТ28428-90 средней широкой серии диаметров 1610 с d=50мм, D=110мм и Cr=54940 H

6. Список литературы.

1. Гужавин, А. Я. Проектирование лебедки механизма подъема. Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Механическое оборудование заводов стройиндустрии» для студентов направления – «Строительство», с ориентацией на специальность «ПСМ». Часть 1. - Нижний Новгород: ННГАСУ, 2000. – 30 с.

2. Гужавин, А. Я. Проектирование лебедки механизма подъема.

Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Механическое оборудование заводов стройиндустрии» для студентов направления «Строительство», с ориентацией на специальность «ПСМ» Часть 2. – Нижний Новгород: ННГАСУ, 2000. – 36 с.