Федеральное агентство по образованию
Сибирский государственный технологический университет
Факультет: Механический
Кафедра: Механики
РАСЧЕТ МЕХАНИЗМА ПОДЪЕМА ГРУЗА
МОСТОВОГО КРАНА
Пояснительная записка
(КМ.РГР.02.01.00.000ПЗ)
                                                                          Руководитель:
                                                                                                         
                                                                                (подпись)
     
                                                                   (оценка, дата)
                                                                           Разработал:
                                                                           Студент группы   
                                                                                                             

                                                                                   (подпись)
      
 SHAPE  \* MERGEFORMAT                          (дата)

Задание на проектирование №12 Вариант 4
Спроектировать механизм подъема груза мостового крана

Рисунок – Кинематическая схема механизма подъема груза: 1 – электродвигатель, 2 – муфты , 3 – вал-вставка, 4 – тормоз, 5 –редуктор, 6 – барабан
Грузоподъемность, т                                                                                          10,0
Пролет, м                                                                                                             16,5
Высота подъема, м                                                                                              12,5
Колесная база, м                                                                                                   4,0
Скорость подъема, м/с                                                                                       0,63
Скорость передвижения грузовой тележки, м/с                                                0,6
Скорость передвижения крана, м/с                                                                     2,0
Тип тележки                                                                        двухрельсовая опорная
Режим работы, %                                                                                                   25
Грузозахватное устройство                                                      крюковая подвеска
Ориентировочная масса каната                                                                    30 – 50
Реферат
В расчетно-графической работе приведены результаты проектирования механизма подъема груза мостового крана.
В работе изложены решения следующих задач: выбор полиспаста, крюка с крюковой подвеской, типового электродвигателя, редуктора, муфт и тормоза; выбор и расчет каната; расчет геометрических параметров каната; выбор схемы и способа крепления конца каната на барабане; выбор подшипников и их проверочный расчет.
Расчетно-графическая работа содержит расчетно-пояснительную записку из 30 страниц, 11 таблиц, 13 рисунков и графическую часть из 1 листа формата А3, выполненного на миллиметровке.

Содержание
Введение
1 Назначение и область применения проектируемого изделия
1.1 Техническая характеристика проектируемого механизма
1.2 Описание и обоснование варианта проектируемого механизма
2 Расчеты, подтверждающие работоспособность и надежность
 механизма подъема груза
2.1 Цель и задачи расчета
2.2 Выбор схемы полиспаста
2.3 Определение максимального усилия в канате
2.4 Определение разрывного усилия в канате и выбор каната
2.5 Определение параметров барабана
2.6 Определение длины каната
2.7 Определение длины барабана
2.8 Определение толщины стенки барабана
2.9 Определение частоты вращения барабана2.10   Определение  статической   мощности   двигателя,   выбор типового электродвигателя
.11 Определение расчетной мощности редуктора и его выбор
2.12 Определение  статического  момента  на валу двигателя при
подъеме груза
2.13 Определение расчетного момента и выбор муфты
2.14 Определение номинального момента на валу двигателя
2.15 Определение среднего пускового момента
2.16 Определение времени пуска двигателя при подъеме груза
2.17 Определение фактической частоты вращения барабана
2.18 Определение фактической скорости подъема груза
2.19 Определение максимального ускорения при подъеме груза
2.20 Определение тормозного момента и выбор тормоза
2.21 Определение времени торможения при опускании груза
2.22 Определение пути торможения
2.23 Определение максимального времени торможения
2.24 Определение замедления при торможении
2.25 Расчет оси барабана
2.26 Подбор подшипников и проверка их на долговечность
2.27 Крепление конца каната на барабане
2.28 Выбор крюковой подвески
Заключение
Список использованных источников

ведение
В современных условиях поточного и автоматизированного производства значение подъемно-транспортных машин качественно изменилось. Они вышли за рамки своего первоначального назначения – вспомогательного оборудования для механизации трудоемких процессов производства – и являются связующими звеньями в технологической цепи, обеспечивающими непрерывность производства, основным регулятором поточного производства, ограниченной частью технологических процессов, определяющих ритм и производительность основного оборудования предприятия. Подъемно-транспортные устройства являются основой комплексной механизации и автоматизации производственных процессов. От правильного выбора наиболее рациональных машин зависит высокопродуктивная работа всего предприятия.
Конструкция подъемно-транспортных машин непрерывно совершенствуется, в связи, с чем возникают новые задачи по расчету, проектированию, исследованию и выбору оптимальных параметров машин, обеспечивающих высокие технико-экономические показатели и качество машин.
В данной работе был рассчитан и спроектирован механизм подъема мостового крана, были рассчитаны параметры барабана, выбран канат, подобраны двигатель и редуктор, подобрана крюковая подвеска, выбран тормоз.  

1 Назначение и область применения проектируемого изделия
Электрические подъёмные краны - это устройства служащие для вертикального и горизонтального  перемещения грузов. Подвижная металлическая конструкция с расположенной на ней подъемной лебёдкой являются основными элементами подъёмного крана. Механизм подъемной лебёдки приводится в действие электрическим двигателем.
Подъемный кран представляет собой грузоподъемную машину циклического действия, предназначенную для подъема и перемещения груза, удерживаемого грузозахватным устройством (крюк, грейфер).  Он является наиболее распространенной  грузоподъемной машиной, имеющей весьма разнообразное конструктивное исполнение и назначение.
Мостовой кран (рис.1) представляет собой мост, перемещающейся по крановым путям на ходовых колесах, которые установлены на концевых балках. Пути укладываются на подкрановые балки, опирающиеся на выступы верхней  части колонны цеха. Механизм передвижения крана установлен на мосту  крана. Управление всеми механизмами происходит из кабины прикрепленной к мосту крана. Питание электродвигателей осуществляется по цеховым троллеям. Для подвода электроэнергии применяют токосъемы скользящего типа, прикрепленные к металлоконструкции крана. В современных конструкциях мостовых кранов токопровод осуществляется с помощью гибкого кабеля. Привод ходовых колес осуществляется от электродвигателя через редуктор и трансмиссионный вал.
Любой современный грузоподъемный кран в соответствии с требованиями безопасности, может иметь для каждого рабочего движения в трех плоскостях, следующие самостоятельные механизмы: механизм подъема - опускания груза, механизм передвижения крана в горизонтальной плоскости и механизмы обслуживания зоны работы крана (передвижения тележки).

.1 Техническая характеристика проектируемого механизма
1 Полиспаст сдвоенный, с кратностью 2 (Z = 2; U = 2 ).
2 Канат двойной свивки типа ЛК – Р конструкции 6×9 (1+6+6/6) + 1 о.с. диаметром d_K = 14 мм по ГОСТ 2688-80, с помощью прижимной планки двумя болтами крепится к барабану). Длина каната L_K – 16,71 м.
3 Барабан литой из чугуна СЧ28, разборный.
Длина барабана                                                                              l = 1,324 м
Диаметр барабана по центру навиваемого каната                    D_б = 0,35 м
Длина нарезанной части барабана с одной стороны                 l_н = 0,427 м
Шаг нарезки                                                                                      t = 16 мм
4  Электродвигатель асинхронный с короткозамкнутым ротором общепромышленной серии MTF
Типоразмер                                                                                4МТН 225L6
Номинальная мощность, кВт                                                                     55
Частота вращения вала, мин^-1                                                                   960
Момент инерции ротора, кгм²                                                                 1,02
Масса, кг                                                                                                     500
5  Редуктор горизонтальный двухступенчатый цилиндрический Ц2  400
Передаточное число                                                                               12,41
Режим работы, ПВ %                                                                                  25
Частота вращения быстроходного вала, мин^-1                                    1500
Мощность на быстроходном валу, кВт                                                    81
Диаметр проточки под подшипники выходного конца вала, выполненного в виде зубчатой полумуфты, мм                                               110
6 Муфты с тормозным шкивом №2
Передаваемый крутящий момент, Нм                                                   1000
Диаметр тормозного шкива, мм                                                               300
Ширина тормозного шкива, мм                                                               150
Момент инерции муфты, кгм²                                                              1,5
7 Тормоз
Типоразмер                                                                                     ТКГ – 300
Номинальный тормозной момент, Нм                                                 800
Расчетный тормозной момент, Нм                                                       740
Диаметр тормозного шкива, мм                                                            300
Ширина тормозной колодки, мм                                                          140
Масса, кг                                                                                                 80
.2 Описание и обоснование варианта проектируемого механизма
Кинематическая схема механизма подъема с крюковой подвеской показана на рисунке. Электродвигатель 1 соединен с цилиндрическим редуктором 5 при помощи муфт 2 и 4 и вала- вставки 3; полумуфта 4 со стороны редуктора выполнена с тормозным шкивом, на котором установлен колодочный тормоз. Редуктор 5 соединен с барабаном 6 при помощи муфты 2. На барабан наматывается канат полиспаста с грузозахватным приспособлением.
Одной из поставленных целей расчетно-графической работы является упрощение конструкции и уменьшение габаритных размеров механизма подъема груза. Для этого из конструкции исключаем муфту 2 между барабаном и редуктором, при этом выходной конец вала изготавливаем в виде зубчатой полумуфты. Также исключаем муфту 2 и вал-вставку 3, так как межосевое расстояние редуктора позволяет вместить барабан и двигатель без вала-вставки.

2 Расчеты, подтверждающие работоспособность и надежность механизма подъема груза
2.1 Цель и задачи расчета
Общий расчет механизма подъема груза включает с себя:
- выбор полиспаста, крюка с крюковой подвеской, типового электродвигателя, редуктора, муфт и тормоза;
- выбор и расчет каната;
- расчет геометрических параметров каната;
- выбор схемы и способа крепления конца каната на барабане;
- выбор подшипников и их проверочный расчет
2.2 Выбор схемы полиспаста
Расчет механизма подъема груза начинают с выбора схемы полиспаста с учетом грузоподъемности и типа крана (по таблице 1 [1]).
Для проектируемого крана грузоподъемностью Q = 10т
  m = 2
Рисунок 2.1 – Схема полиспаста крана грузоподъемностью 10т: 1 – барабан, 2 – блок, 3 – траверса, 4 – крюк, 5 – трос  
.3 Определение максимального усилия в канате
Усилие в канате, набегающем на барабан при подъеме груза, Н
                                                                                        (1)
где Q – грузоподъемность, кг;
z – число полиспастов, для сдвоенного полиспаста z = 2;
U_п – кратность полиспаста, U_п = 2;
общий КПД полиспаста и обводных блоков
                                      (2)
где КПД полиспаста
                               (3)

где КПД блоков, по таблице 2[1]

С учетом реальных событий .
Так как обводные блоки отсутствуют,  
Таким образом

2.4 Определение разрывного усилия в канате и выбор каната
Расчетное разрывное усилие в канате при максимальном усилии равно
                                                       (4)
где k – коэффициент запаса прочности, по таблице 3[1] k = 5,5 для среднего режима.

По разрывному усилию выбираем диаметр и тип каната (таблица П1.1[1])

Рисунок 2.2 – Схема сечения каната двойной свивки типа ЛК – Р конструкции 6×9 (1+6+6/6) + 1 о.с. ГОСТ 2688 – 80
Таблица 2.1 – Основные параметры каната

Диаметр каната, мм	Масса 1000м каната, кг	Маркировочная группа, Мпа	Разрывное усилие каната, Н, не менее
14	728	1568	98950

Фактический коэффициент запаса прочности каната
                                                 (5)

2.5 Определение параметров барабана
Диаметр барабана и блока по средней линии навитого каната равен
                                                       (6)
где d_к – диаметр каната, мм, d_к = 12мм;
e – коэффициент, зависящий от типа машины, привода и режима работы, по таблице 4[1] e = 25

                                

Рисунок 2.3 – Геометрические параметры барабана
2.6 Определение длины барабана
Длина каната, навиваемого на барабан с одного полиспаста    
         
                                        (7)
где h – высота подъема груза, м;
Z₁ – число  запасных  витков  на  барабане до  места  крепления  каната,  Z₁ =
1,5÷2, принимаем Z₁ = 2;
Z₂ – число витков каната, находящихся под прижимным устройством на барабане, Z₂ = 3÷4, принимаем Z₂ = 3.

  

2.7 Определение длины барабана

Рисунок 2.4 – Длина барабана
При расчете рабочей длины барабана следует учесть, что в проектируемом механизме полиспаст сдвоенный. Тогда рабочая длина барабана для каната, свиваемого с одного полиспаста, будет равна  
                                                   (8)
где t_б – шаг винтовой линии, по таблице 4.4[3] t_б =16 мм.
Тогда

Полная длина барабана для сдвоенного полиспаста
                                                     (9)
где В – расстояние между осями крайних блоков крюковой подвески, по таблицам приложения Г [3] выбираем типовую крюковую подвеску с учетом грузоподъемности, режима работы, диаметра каната и схемы полиспаста;
Таблица 2.2 – Основные параметры подвесок

Грузоподъемность, т	Режим работы	Тип	Диаметр каната	Размеры, мм					Масса, кг
				D	B	B1	B2	H
12,5	С	I	17,5	450	400	266	342	888	198

S – ненарезанная часть барабана, необходимая для закрепления его в станке при нарезке канавок,
                                                    (10)

Диаметр оси под ступицей барабана, мм
                                                 (49)

Прочность оси на изгиб обеспечивается.
2.26 Подбор подшипников и проверка их на долговечность
Подшипники выбирается в соответствии с диаметром проточки в зубчатом венце выходного вала редуктора, равной 110 мм (см. рисунок 2.7 и таблицу 2.6). Учитывая это, по таблице И.1[3] выбираем подшипники шариковые радиальные сферические двухрядные с диаметром наружного кольца D = 110 мм ГОСТ 5720-75.   

Рисунок 2.12 – Основные размеры подшипника
Таблица 2.10 – основные параметры подшипника

Условное обозначение подшипника типа 1000	d	D	B	C	C	e	Y	пластичном	жидком	Масса, кг
				H
1212	60	110	22	30200	15500	0,19	3,57	5600	6700	0,88

Долговечность подшипника, млн. об
,                                                   (50)
где С – табличное значение динамической грузоподъемности, по таблице И.1[3] C = 30200 H;
R_Э – эквивалентная нагрузка, Н
                                           (51)
где Х – коэффициент радиальной нагрузки, Х = 1;
R_r = R₁ – радиальная нагрузка, равная опорной реакции, Н;
V – коэффициент вращения, при вращении внутреннего кольца V = 1;
K_б – коэффициент безопасности, принимаем из условий работы механизма  К_б = 1,5;
_Т – температурный коэффициент, К_Т = 1;
 показатель степени, для шариковых подшипников .


Расчетная долговечность подшипника, час
                                                   (52)
где n – фактическая частота вращения барабана, мин^-1.

Для крановых механизмов считается приемлемой долговечность  часов, поэтому чтобы не изменять размеры проточки зубчатого венца выходного вала редуктора, следует принять подшипник более тяжелой или широкой серии с большей динамической грузоподъемностью.
2.27 Крепление конца каната на барабане
Конец каната на барабане крепят накладкой с трапециидальными канавками

Рисунок 2.13 – Крепление каната на барабане накладкой с трапециидальной канавкой
 
Выбираем накладу с двумя болтами.
Напряжение каната в месте крепления на барабане, Н
                                                (53)
где f – коэффициент трения между канатом и барабаном, f = 0,15;
угол обхвата барабана запасными витками каната ( ), ;
e = 2,74 – основание логарифма.

Сила, растягивающая один болт, Н
                                         (54)
где f₁ – приведенный коэффициент трения между канатом и накладкой с трапециидальным сечением канавки
                                                (55)
где угол наклона боковой грани канавки;

угол обхвата барабана канатом при переходе от одной канавки накладки к другой.

Сила, изгибающая один болт, Н
                                                   (56)

Суммарное напряжение в каждом болте, Н/мм²
                                      (57)
где k – коэффициент запаса надежности крепления каната, k = 1,5;
l – расстояние от головки болта до барабана, мм (по дну канавки, см рисунок2.13).
l = d_к + (4…8)мм,                                             (58)
l = 14 + 6 = 20мм;
d₁ – внутренний диаметр резьбы болта, мм.
d₁ = d_к – 2мм,                                                (59)
d₁ = 14 – 2 = 12мм;
допускаемое напряжение на растяжение материала болта, Н/мм²
                                                 (60)
где предел текучести материала болта, 240Н/мм²;



Условие прочности выполняется.

2.28 Выбор крюковой подвески
Крюковую подвеску выбираем с учетом грузоподъемности, режима работы, диаметра каната и схемы полиспаста по таблице приложения Г [3] (см. подраздел 2.7). 

Заключение
Как показали проектные и проверочные расчеты, выбранный канат, крюковая подвеска, электродвигатель, редуктор, соединительные муфты и тормоз отвечают правилам и нормам Госгортехнадзора и обеспечивают выполнение основных положений технического задания.
Конструкция барабана, оси и подшипниковых опор барабана спроектированы с учетом специфики эксплуатации механизма и требований, предъявляемых к прочности, надежности и долговечности данных изделий.
Следовательно, можно сделать вывод: спроектированный механизм подъема груза отвечает необходимым критериям работоспособности и обеспечивает выполнение требований технического задания.    

Список использованных источников
 1 Кучеренко А.Н. Детали машин и подъемно – транспортные устройства отрасли. Расчет механизмов передвижения кранов и крановых тележек: Учебное пособие по курсовому проектированию для студентов специальности 26.01 всех форм обучения. Раздел 1. – Красноярск: КГТА, 1995. – 68 с.
2 Кузьмин А.В., Марон Ф.Л. Справочник по расчетам механизмов подъемно – транспортных машин. Минск, «Вэшэйш. школа», 1997. – 272 с.
3 Кучеренко А.Н. Подъемно-транспортные устройства. Проектирование механизмов подъема груза: Учебное пособие для студентов специальностей 26.01, 26.02, 17.04, 17.05 всех форм обучение. – Красноярск: СибГТУ, 2001. – 232с.