Розрахунок механізму підйому вантажу
Вибір схеми механізму підйому
По аналогії з виконаними сучасними конструкціями кранів приймається схема механізму підйому (рис. 3.2.). З’єднання барабану з редуктором приймається по схемі рис. 1.2. З метою забезпечення строго вертикального підйому вантажу і створення рівномірного навантаження на приводні колеса візку приймається здвоєний поліспаст (а = 2 – кількість ниток канату, які навиваються на барабан).
Передаточне число поліспаста (кратність) uп = 3 вибирається з залежності від вантажопідйомності крану по табл. 1.1. Вибирається по вантажопідйомності 12,5 т нормальна гакова підвіска з трьома блоками (додаток 1).
Рис.3.2. Кінематична схема механізму підйому
Розрахунок канату
Розрахунок канату по нормах Держгортехнадзору приводять по формулі
,
де Fр – розривне зусилля канату;
К – коефіцієнт запасу міцності по нормам Держгортехнадзору; К = 5,5 для середнього режиму (табл. 1.3).
Fmax – максимальний натяг нитки канату, Н;
де б = 0,98 – к.к.д. блока, приймається з табл. 1.2;
Q = 1000·Q·g = 1000 · 12,5 · 104 Н.
Fр = 5,5 · 2,08 · 104 = 11,44 · 104Н
По таблицях на канати ГОТСу 3081-69 (додаток 2) вибираємо канат типу ЛК-0 діаметром 12,5 мм, який має при тимчасовому опорі розриву 2000МПа, розривне зусилля FТр = 11,5 · 104 Н.
Умовне позначення канату: канат 12,5-2000-1 ГОСТ 3181-69.
Фактичний запас міцності
Вибір блоків, барабану і гака.
Діаметр блока, який вимірюється по дну жолоба для каната, визначається по формулі:
D1бл = (е – 1)dк = (25 – 1) · 12,5 = 300 мм
Де е = 25 – коефіцієнт, який приводиться по Правилам Держтехнагляду в залежності від типу вантажопідйомної машини і режиму її роботи (табл. 1.4).
Тому що збільшення діаметру блока сприяє поліпшенню умов роботи канату, приймаємо внутрішній діаметр блоку D = 380 мм.
Діаметр зрівняльного блоку не впливає на довговічність канату, його діаметр визначається за формулою
Dз =( 0,6 ÷0,8)Dбл = 0,7 · 380 = 266 мм
Приймаємо діаметр зрівняльного блоку Dз = 270 мм.
Основні розміри блоків визначаємо по таблицям-додаткам 3.
Діаметр вісі блоків d1 = 100 мм, довжина ступиці блоку Н = 50 мм.
Діаметр блоку по дну струмка для каната:
D1бл = D - 2h = 380 - 44 = 336 мм;
D1з= Dз - 2h = 2
70 – 44 = 226 мм,
де h = 22 мм – висота струмка
Розміри струмка блока приймаються в залежності від діаметра каната, при dк = 11 – 14 мм, В1 = 40 мм, В = 28 мм, R = 8 мм, h = 22 мм, r = 16 мм, r1 = r2 = 3 мм, r3 =19 мм.
Виконати ескіз блока (додаток 4).
Матеріал для виготовлення барабану – чавун марки СЧ 15-32. Діаметр барабана, виміряний по дну канавки для каната
D1бл = (е – 1)dк = (25 – 1) · 12,5 = 300 мм,
де е = 25 – коефіцієнт, приймається, як і для блоку по табл. 1.4. З метою зменшення габариту візку по ширині з врахуванням поліпшення роботи каната при великому діаметрі барабана назначаємо діаметр барабана по центру каната Dб = 400 мм.
Число витків нарізки на однієї половині барабану
Довжина нарізки на однієї половині барабану
lр = Ztб = 38 · 15 = 570 мм,
де tб – шаг нарізки канавок на барабані;
tб = dк + (2÷3) = 12,5 + 2,5 = 15 мм
Глибина канавки
С = (0,25 – 0,4)dк = 0,3 ·12,5 = 3,75 мм.
Приймаємо С = 4 мм.
Радіус канавки r = (0,6 ÷ 0,7) dк = 65 · 12,5 = 8 мм.
Довжина ділянки для кріплення канату, яка остається з двох сторін барабану, назначається не менш чотирьох кроків нарізки
l2 =4t = 4· 12.5 = 50 мм
Приймаємо l2 =60 мм.
Довжина гладкої ділянки по середині барабану між двома нарізками узгоджується з шириною бакової підвіски, щоб кут між площиною блоку і канатом в верхньому положенні бакової підвіски був не більш 6°. Приймаємо l1 = 130 мм.
Загальна довжина барабану (рис. 1.3)
Lб = 2 lр + l1 + 2 l2 = 2·570 + 2· 60 + 130 = 1390 мм.
Приймаємо Lб = 1400 мм.
Товщина стінки барабану, виготовленого з чавуну СЧ 15-32, визначається з розрахунку на стиск:
де - допустиме напруження стиснення, визначається по залежності:
де в.ст = 650 МПа – межа міцності при стисненні для чавуну СЧ 15-32 (табл. 1.5); S – запас міцності для чавуну (розділ 1.3)
.
а) б)
Рис. 3.4. Схеми до розрахунку стінки барабану:
а) на стиснення; б) на сумісну дію вигину та крутіння.
Виходячи з технології виливка барабану, товщина стінки повинна бути не менш визначеної по емпіричній залежності (розділ 1.3)
б = 0,02Dб + (6 ÷ 10) = 0,02:400 + 8 = 16 мм.
Приймаємо товщину стінки барабану 16 мм.
Крім стиснення стінка барабану зазнає напругу вигину и крутіння. Напруження вигину мають максимальні значення при положенні канату біля центру барабану. Розрахункова схема і епюри крутних і згинаючи моментів приведені на рис. 3.4. Барабан представляється у вигляді балки з опорами А і Б. У зв’язку з симетричним розташуванням навантаження RА = RВ = Fmax. Тоді згинаючий момент
Мзг = Fmax · 575 = 2,08 ·104 · 575 = 1196 · 104 Н мм,
а крутний момент
Т =
Сумарне напруження від дії вигину і крутіння
де = 0,75 – коефіцієнт приведення, враховуючий співвідношення між допустимими вигинаючи ми напругами при вигині і крутінні;
W – осьовий момент опору перерізу, який дорівнює
де D1 = 387,5 мм – діаметр барабану по дну канавки;
D2 = 351,5 мм – внутрішній діаметр стінки барабану.
Допустима напруга при сумісній дії вигину і крутіння
де ви = 320 МПа (табл. 1.5); S – 5-запас міцності при сумісній дії вигину і крутіння ( розділ 1.3).
Розрахунок вісі барабану
При поліспасті з двома вітами, які намотуються на барабан, положення рівнодіючої натягу канату знаходиться по середині барабану і зостанеться незмінним. Ця рівнодіюча:
R = 2Fmax = 2 · 2,08 ·104 = 4,16 ·104Н.
Довжина маточин барабану приймається 100-110 мм, розміри l4 = 200 мм, l3 = 115 мм по аналогії з наявними конструкціями [4, с.92].
Реакція в опорі А визначається по виразу
.
Рис. 3.5. Схема до розрахунку вісі барабану
Реакція в опорі В
RB = R – RA= 41600 – 18458 = 23141Н.
Згинаючий момент в точці D
MD = RA· l4 = 1,85 ·104 · 200 = 370 ·104 Н мм,
А у точці С
MС = RВ· l3 = 2,314 ·104 · 115 = 266 ·104 Н мм,
Необхідний діаметр осі в перетині D, де діє максимальний згинаючий момент
Матеріал вісі – вуглеводиста конструкційна сталь марки 45, межа витривалості -1 = 260 МПа.
Допустиме напруження
де [S0] = 1,6 –запас міцності, що допускається (табл. 1.6);
k'0 = 2,5 – коефіцієнт концентрації напружень (табл. 1.7).
Приймаємо діаметр вісі 80 мм. Діаметри опорних дільниць валу назначаються по конструкторським міркуванням і дорівнюють 70 мм.