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) u_п = 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 F_р – розривне зусилля канату;

К – коефіцієнт запасу міцності по нормам Держгортехнадзору; К = 5,5 для середнього режиму (табл. 1.3).

F_max – максимальний натяг нитки канату, Н;

де η_б = 0,98 – к.к.д. блока, приймається з табл. 1.2;

Q = 1000·Q·g = 1000 · 12,5 · 10⁴ Н.

F_р = 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 F^Т_р = 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:

D_1бл = (е – 1)d_к = (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

D_з =(0,6 ÷0,8)D_бл = 0,7 · 380 = 266 мм

Приймаємо діаметр зрівняльного блоку D_з = 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:

D_1бл= D - 2h = 380 - 44 = 336 мм;

D_1з= D_з - 2h = 2

70 – 44 = 226 мм,

де h = 22 мм – висота струмка

Розміри струмка блока приймаються в залежності від діаметра каната, при d_к= 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

D_1бл = (е – 1)d_к = (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 D_б = 400 мм.

Число витків нарізки на однієї половині барабану

Довжина нарізки на однієї половині барабану

l_р = Zt_б = 38 · 15 = 570 мм,

де t_б – шаг нарізки канавок на барабані;

t_б = d_к + (2÷3) = 12,5 + 2,5 = 15 мм

Глибина канавки

С = (0,25 – 0,4)d_к = 0,3 ·12,5 = 3,75 мм.

Приймаємо С = 4 мм.

Радіус канавки r = (0,6 ÷ 0,7) d_к = 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 γ між площиною блоку і канатом в верхньому положенні бакової підвіски був не більш 6°. Приймаємо l₁ = 130 мм.

Загальна довжина барабану (рис. 1.3)

L_б = 2 l_р + l₁ + 2 l₂ = 2·570 + 2· 60 + 130 = 1390 мм.

Приймаємо L_б= 1400 мм.

Товщина стінки барабану, виготовленого з чавуну СЧ 15-32, визначається з розрахунку на стиск:

де - допустиме напруження стиснення, визначається по залежності:

де σ_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 = 0,02D_б + (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 R_А = R_В = F_max. Тоді згинаючий момент

М_зг = F_max · 575 = 2,08 ·10⁴ · 575 = 1196 · 10⁴ Н мм,

а крутний момент

Т =

Сумарне напруження від дії вигину і крутіння

де α = 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 σ_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 = 2F_max = 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