Проектирование двухскоростной лебёдки с микроприводом

Проектирование двухскоростной лебёдки с микроприводом

Содержание

Введение

. Расчёт узлов лебёдки

.1 Выбор типа и кратности полиспаста, расчёт и выбор каната, определение размеров барабана и блоков

.2 Определение потребной статической мощности и выбор двигателя Э1 при основной скорости подъёма груза

.3 Определение передаточного числа механизма и выбор редуктора Р1

.4 Определение потребного тормозного момента и выбор тормоза Т1

.5 Определение времён разгона и торможения механизма при основной скорости

.6 Определение потребной статической мощности и выбор двигателя Э2 при установочной скорости подъёма груза

.7 Определение необходимого передаточного числа планетарной муфты

. Расчёт планетарной муфты

.1 Определение исходных данных

.2 Проектировочный расчёт колёс

.3 Проверочный расчёт валов

.4 Расчёт шпоночных соединений

. Дальнейший расчёт узлов лебёдки

.1 Определения момента затяжки и выбор тормоза Т3

.2 Определение потребного тормозного момента и выбор тормоза Т2

.3 Определение времён разгона и торможения механизма при установочной скорости

Выводы

Список литературы

Введение

Целью данного курсового проектирования является проектирование специальной двухскоростной лебёдки с планетарной муфтой для стрелового крана по заданной схеме (см. рис.1). Лебёдка имеет следующие характеристики:

Грузоподъёмность ;

Основная скорость подъёма ;

Установочная скорость подъёма ;

Высота подъёма груза ;

Группа режима механизма 4М;

Продолжительность включения 40%.

Лебёдка имеет два привода: главный и микро привод. Это позволяет иметь две скорости подъёма, значительно отличающиеся друг от друга: основную  и установочную . Барабан приводится во вращение от главного двигателя Э1 через редуктор Р1 или вспомогательного двигателя Э2 (микродвигателя), который соединён с валом главного двигателя по средством вспомогательного червячного редуктора Р2, зубчатой муфты и планетарной муфты. Каждый из двигателей имеет свой тормоз (Т1, Т2). Третий тормоз установлен на обойме планетарной муфты (Т3).

При работе главного двигателя тормоз Т2 замкнут, тормоза Т1 и Т3 разомкнуты. Центральное колесо планетарной муфты при этом неподвижно. При работе вспомогательного двигателя Э2 тормоз Т3 замкнут, тормоза Т1 и Т2 разомкнуты. Центральное колесо приводит в движение водило которое вращает барабан через вал главного двигателя Э1 с уменьшенной скоростью.

рис. 1

1. Расчёт узлов лебёдки

.1 Выбор типа и кратности полиспаста, расчёт и выбор каната, определение размеров барабана и блоков

Для уменьшения натяжения гибкого грузового органа выберем сдвоенный полиспаст  кратностью .

Выбор каната производим по величине разрывного усилия каната в целом  по формуле (1.1):

, (1.1)

где - коэффициент запаса прочности каната; для заданного режима работы механизма подъёма 4М  [1];

- наибольшее натяжение ветви каната, которое определим по формуле (1.2):

, (1.2)

где - масса груза с крюковой подвеской; ;

- КПД полиспаста;  [2].

Подставляя числа в (1.2), (1.1) получаем:

,

.

Выбираем канат двойной свивки типа ЛК-Р 619 ГОСТ 7669-80 диаметром  и разрывным усилием не менее  [2].

Минимальный диаметр барабана определим по формуле (1.3):

, (1.3)

где - коэффициент выбора диаметра барабана;  [1].

.

Для уменьшения длины барабана, а также выбора корректного передаточного числа для соблюдения заданной скорости подъёма окончательно выбираем диаметр барабана .

Длину барабана определим по формуле (1.4):

, (1.4)

где  - длина нарезанной части барабана с однослойной навивкой каната

, (1.5)

где  - число витков нарезки барабана; - шаг винтовой нарезки;  [2];- длина не нарезанной части барабана

, (1.6)

,

.

Минимальный диаметр блоков определим по формуле (1.7):

, (1.7)

где  - коэффициент выбора диаметра блоков, [1].

.

Окончательно назначаем диаметр блоков .

.2 Определение потребной статической мощности и выбор двигателя Э1 при основной скорости подъёма груза

Статическая мощность двигателя при подъёме груза равна:

, (1.8)

где  - основная скорость подъёма груза; по заданию ;

 - КПД механизма от двигателя Э1 к крюковой подвеске;

где ,,,- КПД полиспаста, барабана, втулочно-пальцевой муфты, и редуктора Р1 соответственно, равны 0,98.

.

- вес груза на канатах; .

Подставляя числа в (1.9) получаем:

.

Исходя из этого, выбираем асинхронный двигатель MTKF 411-6 с короткозамкнутым ротором на лапах, со следующими характеристиками [3]:

Мощность на валу ; частота вращения вала ; кратность среднего пускового момента ; момент инерции ротора ; масса двигателя .

.3 Определение передаточного числа механизма и выбор редуктора Р1

Частота вращения барабана равна

. (1.10)

Передаточное число редуктора Р1 равно

. (1.11)

Вращающий момент на тихоходном валу редуктора Р1 равен

. (1.12)

Исходя из этого, выбираем цилиндрический горизонтальный двухступенчатый крановый редуктор Ц2-500 со следующими характеристиками [2]:

Номинальное передаточное число ; момент на тихоходном валу ; масса редуктора .

Тогда действительная частота вращения барабана равна

, (1.13)

действительная основная скорость подъёма груза равна

, (1.14)

расхождение с заданным значением основной скорости составило

. (1.15)

.4 Определение потребного тормозного момента и выбор тормоза Т1

Тормоз выбираем по тормозному моменту нужному для удержания неподвижно висящего груза, с коэффициентом запаса торможения  для заданного режима работы [2]:

. (1.16)

Выбираем колодочный тормоз с приводом от электрогидравлических толкателей ТКГ-300 со следующими характеристиками [2]: Создаваемый тормозной момент ; диаметр шкива , масса .

Для передачи вращения от двигателя Э1 к редуктору Р1 используем втулочно-пальцевую муфту с тормозным шкивом по ОСТ24.848.03-79 соответственного диаметра, рассчитанную на соответствующий тормозной момент  и имеющую момент инерции .

1.5 Определение времён разгона и торможения механизма при основной скорости

Проверку двигателя по времени пуска при подъёме груза выполняем по формуле (1.17) [2]:

, (1.17)

где  и  - моменты инерции ротора двигателя и тормозной муфты;

- средний пусковой момент двигателя;

, (1.18)

, (1.19)

где  - кратность среднего пускового момента двигателя; ;

Подставляя числа в (1.19), (1.18) и (1.17) получаем:

,

,

.

Время торможения при спуске груза находим по формуле (1.20) [2]:

Времена разгона и торможения механизма подъёма должны быть не менее 1-2с [2,c.395,397].

.6 Определение потребной статической мощности и выбор двигателя Э2 при установочной скорости подъёма груза

Статическая мощность двигателя при подъёме груза равна:

, (1.20)

где  - установочная скорость подъёма груза; по заданию ;

 - КПД механизма от двигателя Э2 к крюковой подвеске;

, (1.21)

где ,,- КПД планетарной муфты, втулочно-пальцевой и зубчатой муфты, редуктора Р2 соответственно, равны 0,98; 0,99; 0,98.

. Подставляя числа в (1.20) получаем:

.

Исходя из этого, выбираем асинхронный двигатель MTKF 011-6 с короткозамкнутым ротором на лапах, со следующими характеристиками [3]:

Мощность на валу ; частота вращения вала ; кратность среднего пускового момента ; момент инерции ротора ; масса двигателя .

1.7 Определение необходимого передаточного числа планетарной муфты

Частота вращения барабана равна

; (1.22)

Исходя из условий компоновки, выбираем одноступенчатый универсальный червячный редуктор 2Ч-63 со следующими характеристиками [2]:

Номинальное передаточное число ; момент на тихоходном валу ; масса редуктора .

Частота вращения центрального колеса планетарной муфты равна

; (1.23)

Частота вращения водила планетарной муфты равна

; (1.24)

Передаточное число планетарной муфты равно

. (1.25)

2. Расчёт планетарной муфты

.1 Определение исходных данных

В качестве исходной схемы планетарной муфты выбираем схему планетарной передачи с одновенечными сателлитами, входящими в одно внешнее и одно внутреннее зацепления (передача типа 2K-h).

Норма времени работы передачи ;

Число сателлитов .

Угол наклона зубьев .

Передаточное отношение от солнечного колеса к корончатому колесу, при остановленном водиле:

. (2.1)

Момент на водиле:

. (2.2)

Момент на солнечном колесе:

. (2.3)

2.2 Проектировочный расчёт колёс

Исходя из расчёта на контактную долговечность, делительный диаметр сателлитов предварительно определяем по формуле (2.4):

, (2.4)

где - вспомогательный коэффициент; при,;

- момент на сателлите, определяем по формуле (2.5):

, (2.5)

где - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки между сателлитами;

, (2.6)

.

 - коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между зубьями;  при  [2];

- коэффициент неравномерности распределения нагрузки;  при числе сателлитов  [2];

 - коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку, возникающую в зацеплении;  [2];

 - допускаемое напряжение при расчётах на контактную долговечность;

, (2.7)

где - предел контактной долговечности зубьев, соответствующий базовому числу циклов перемены напряжений;

, (2.8)

 - коэффициент долговечности;

, (2.9)

где - базовое число циклов перемены напряжений;  для  [2];

 - коэффициент интенсивности режима для зубчатых передач;  для класса нагружения В4 [2];

 - суммарное число циклов перемены напряжений;

, (2.10)

где - вспомогательный коэффициент;  для передач с односторонней нагрузкой на зубья [2]; - частота вращения сателлита;

, (2.11)

,

.

 - коэффициент, учитывающий размеры зубчатых колёс;  [2];

 - коэффициент безопасности;  для зубчатых колёс с однородной структурой [2].

Подставляя числа в формулы (2.7) и (2.4) получаем:

,

.

Задаёмся числом зубьев числом зубьев сателлитов .

Тогда модуль зубчатых колёс определим по формуле (2.12)

, (2.12)

округляя модуль в большую сторону до ближайшего числа из стандартного ряда, получаем .

Число зубьев солнечного колеса определим по формуле (2.13):

, (2.13)

Число зубьев корончатого колеса определим по формуле (2.14):

. (2.13)

Проверим условие вхождения зубьев в зацепления по формуле (2.14):

, (2.14)

где - целое число;

. Т.о. условие выполнено. Проверим выполнение условия соседства по формуле

; (2.15)

;

. Т.о. условие выполнено. Уточним передаточное отношение по формуле

. (2.16)

Определим диаметры делительных окружностей колёс и их ширину:

,

,

,

.

2.3 Проверочный расчёт валов

Вал солнечного колеса, работающий на кручение, рассчитываем по формуле (2.17) [2]:

, (2.17)

где - вращающий момент; ;

- расчетные касательные напряжения;

 - полярный момент сопротивления сечения, ослабленного шпоночным пазом [2];

, (2.18)

где - диаметр вала; ; - ширина шпонки; ; - высота шпонки; . Подставляя числа в формулу (2.18) получаем:

.

- допускаемое напряжение;

, (2.19)

где - допускаемое напряжение на кручение; ;

Подставляя числа в формулы (2.19) и (2.17) получаем:

.

.

Т.о. условие (2.17) выполняется. Аналогично производим расчёт выходного вала планетарной муфты со следующими параметрами:

; ; ; .

Подставляя числа в формулы (2.18) и (2.17) получаем:

,

.

Т.о. условие (2.17) выполняется.

.4 Расчёт шпоночных соединений

Шпоночные соединения с призматическими шпонками рассчитывают на смятие боковых рабочих поверхностей шпонки.

Расчёт на смятие производят по формуле (2.20):

, (2.20)

где - рабочая длина шпонки;

, (2.21)

где - длина шпонки;

- допускаемое напряжение смятия;  [2];

Шпоночное соединение вал - ступица солнечного колеса имеет следующие параметры:

; ; ; ; .

Подставляя числа в формулы (2.21) и (2.20) получаем:

,

.

Т.о. условие (2.20) выполняется.

Шпоночное соединение выходного вала с зубчатой муфтой имеет следующие параметры:

; ; ; ; .

Подставляя числа в формулы (2.21) и (2.20) получаем:

,

.

Т.о. условие (2.20) выполняется.

3. Дальнейший расчёт узлов лебёдки

.1 Определения момента затяжки и выбор тормоза Т3

Определим окружное усилие в одном зубчатом зацеплении планетарной муфты по формуле (3.1) [4]:

, (3.1)

где - К.П.Д. от водила к барабану;

, (3.2)

.

Определим момент затяжки тормоза Т3 по формуле (3.3), с учётом коэффициента запаса [4]:

, (3.3)

Выбираем колодочный тормоз с приводом от электрогидравлических толкателей ТКГ-160 со следующими характеристиками [2]:

Создаваемый тормозной момент ; диаметр шкива , масса .

3.2 Определение потребного тормозного момента и выбор тормоза Т2

Тормоз выбираем по тормозному моменту нужному для удержания неподвижно висящего груза, с коэффициентом запаса торможения  для заданного режима работы [2]:

. (3.4)

Выбираем колодочный тормоз с приводом от электрогидравлических толкателей ТКГ-160 со следующими характеристиками [2]:

Создаваемый тормозной момент ; диаметр шкива , масса .

Для передачи вращения от двигателя Э2 к редуктору Р2 используем втулочно-пальцевую муфту с тормозным шкивом по ОСТ24.848.03-79 соответственного диаметра, рассчитанную на соответствующий тормозной момент  и имеющую момент инерции .

двигатель торможение муфта полиспаст

3.3 Определение времён разгона и торможения механизма при установочной скорости

Проверку двигателя по времени пуска при подъёме груза выполняем по формуле (3.5)

, (3.5)

где - средний пусковой момент двигателя Э2;

, (3.6)

, (3.7)

где  - кратность среднего пускового момента двигателя; ;

Подставляя числа в (3.7), (3.6) и (3.5) получаем:

,

,

.

Время торможения при спуске груза находим по формуле (3.8)

Времена разгона и торможения механизма подъёма должны быть не менее 1-2с [2,c.395,397].

Выводы

В ходе курсового проектирования был разработан проект специальной двухскоростной лебёдки с планетарной муфтой для стрелового крана. Было произведено проектирование и расчёт механизмов лебёдки, а также проектирование и расчёт планетарной муфты, которая является специальным узлом данной лебёдки. Работа включает чертёж на листе формата А1, на котором показан общий вид лебёдки, чертёж планетарной муфты и полная кинематическая схема спроектированной лебёдки, а также расчётно-пояснительную записку.

Список литературы

1.Орлов А.Н., Соколов C.А., Бурлуцкий В.С.. Выпускная работа бакалавра: Учеб. пособие для студентов кафедры “Подъемно-транспортные и строительные машины”, обучающихся по циклу специальных дисциплин “Проектирование машин”. СП б.: Изд-во СПбГТУ, 1999.

. Справочник по кранам. В 2 т.: Т 2/ М.П. Александров, М.М. Гохберг, А.А. Ковин и др. / Под общ. ред. М.М. Гохберг. Л.: Машиностроение, 1988. 559с.

. Справочник по кранам. В 2 т.: Т 1/ В.И. Брауде, М.М. Гохберг, И.Е. Звягин и др. / Под общ. ред. М.М. Гохберг. Л.: Машиностроение, 1988. 536с.

. Специальные лебёдки. Методические указания к курсовому проектированию по курсу «Специальные краны». Составители Баранов Н.А. и Серлин Л.Г. Л:1983.