Кинематический расчет привода механизма передвижения тележки мостового крана
Исходные данные:
1. Вес поднимаемого груза: Gгр = 100000 Н;
2. Вес тележки (по паспорту крана): Gт = 139000 Н;
3. Вес подвески: Gподв = 3680 Н;
4. Скорость передвижения тележки: υ = 61,2 м/мин = 1,02 м/с.
Выбор кинематической схемы
1 – двигатель; 2 – муфта зубчатая; 3 – тормоз; 4 – редуктор;
5 – приводная колесная установка; 6 – муфта зубчатая
Рисунок 2.1 – Кинематическая схема механизма передвижения тележки мостового крана:
Статические нагрузки на колёса
Табл. Вес номинального груза равен . Вес тележки определяется как:
(2.0)
Принемается =34,3
С учётом коэффициента неравномерности нагружения колёс максимально статических нагрузка на одно колесо:
, (2.1)
где k – коэффициент неравномерно нагруженных колес, k = 1,1.
Минимальная статическая нагрузка на одно колесо:
, (2.2)
где k - коэффициент неравномерно нагруженных колес, k = 0,9.
Выбирается колесо диаметром D = 250 мм; = 42 кН.
По диаметру колеса выбираются стандартные колёсные установки приводная колёсная установка К2РП-250 исполнения 1(один конец вала со шпонкой) и неприводная К2РН-250, имеющие параметры [4]: Dк = 250 мм; d = 40 мм; dц = 55 мм; В =50 мм; mк.у.пр = 38,14 кг, mк.у.непр = 36,3 кг; zреб = 2. Форма поверхности катания– цилиндрическая. Тип подшипника – роликовый сферический двухрядный с симметричными роликами.
Выбор подтележного рельса
Принимается рельс Р 24 ГОСТ 6368 - 82 с выпуклой головкой. Значение b = 51 мм. Проверим соотношение ширины дорожки катания колеса B и головки рельса b по формуле:
что соответствует норме B – b 30 мм. указанной в таблице 2.12
Тип колеса: тележечное одноребордное.
Другие параметры рельса: R = 250 мм; b = 92 мм; F = 30.75 см2; I
= 468 см4; А=107мм; С=51мм; m = 24.14 кг; l = 6, 7 и 8 м; материал – сталь М 62.
Сопротивление передвижению тележки
Сопротивление передвижению тележки с номинальным грузом при установившемся режиме работы определяется по формуле:
, (2.3)
где f – приведённый коэффициент трения скольжения в подшипниках шариковых, роликовых [4], f = 0,015;
d – диаметр цапфы, мм, d = 55 мм;
μ – коэффициент трения качения колеса по выпуклому рельсу, μ=0,4 мм [4];
kдоп – коэффициент дополнительных сопротивлений, определяемых в основном трением реборд о головку рельса и трением элементов токосъёмного устройства, kдоп = 2,0 [4];
Dк – диаметр колеса, мм;
– соответственно вес тележки и номинального груза,
Сопротивление передвижению тележки без груза, создаваемое уклоном подтележечного пути, определяется по формуле:
, (2.4)
где – уклон рельсового пути,
.
Определим сопротивление, создаваемое при разгоне силами инерции. При скорости движения менее 1м/с =1,25. Масса тележки равна 3,5т. Из этого значения необходимо вычесть массу крюковой подвески, совершающей вместе с грузом сложное колебательное движение. Масса поступательно движущейся тележки определяем по формуле:
т , (2.5)
где – масса тележки;
масса крюковой подвески
Сопротивление передвижению тележки, создаваемое силами инерции:
По табл.2.16 ([1],с.41) примем значение =0,5∙[
] = 0,5∙0,1=0,05 м/с
, (2.6)
где – коэффициент, учитывающий инерцию вращающихся частей механизма,
;
масса поступательно движущегося объекта,
=3,371т;
а – ускорение при разгоне, м/с, а = 0,05 м/с2
Сопротивление, создаваемое раскачиванием груза на гибкой подвеске:
(2.7)
Учитывая, что кран работает в помещении, полное сопротивление передвижению тележки в период разгона:
, (2.8)
где сопротивление, создаваемое раскачиванием груза,
=0,5
;
сопротивление, создаваемое силами трения,
=1,72
;
сопротивление создаваемое уклоном ,
=0,26
;
сопротивление, создаваемое раскачиванием груза на гибкой подвеске,
=0,21
Выбор двигателя
Мощность предварительно выбираемого двигателя вычисляется по формуле:
, (2.9)
где υ - скорость передвижения тележки, 41,3м/мин = 0,68м/с;
- предварительное значение к.п.д. механизма, ηпр = 0,9;
кратность среднепускового момента двигателя по отношению к номинальному,
=1,55[4]. Из табл.2.17 ([1], с.42)
Выбирается двигатель типа MTH 111-6, имеющий параметры: Nдв = 3,5 кВт; ПВдв = 25%, ηдв = 870 об/мин; Jр.дв = 0,115 кг·м , dв.дв = 35 мм, mдв = 76 кг.
Выбор передачи
Частота вращения колеса:
, (2.10)
Требуемое передаточное число механизма:
, (2.11)
Выбирается тип редуктора ВК – 400-IV
Определим эквивалентный момент на тихоходном валу редуктора . Аналогично механизму главного подъёма примем для группы режима 4М класс нагружения ВК – 400-IV и класс использования А4. При этом
=0,25,
=0,63,
= 12500ч.
Частота вращения тихоходного вала редуктора равна частоте вращения колеса:
, (2.12)
Число циклов нагружения на тихоходном валу редуктора:
, (2.13)
где tмаш – общее время работы за весь срок службы, в течение которого данный механизм находится в действии, tмаш = 12500 ч. [4]
Суммарное число циклов контактных напряжений зуба шестерни тихоходной ступени:
, (2.14)
где uт – передаточное число тихоходной ступени редуктора, uт = 5 [4].
Коэффициент срока службы:
, (2.15)
где Z0 – базовое число циклов контактных напряжений, .
Коэффициент долговечности:
, (2.17)
Значение необходимо принять не менее, чем 0,63, поэтому окончательно
=0,63.
Определим расчетный крутящий момент на тихоходном валу редуктора. Будем ориентироваться на типоразмер редуктора.
,что расходится со значением
на допустимую величину, равную 2,9%
Номинальная угловая скорость двигателя:
Номинальный момент двигателя:
, (2.18)
Принемается . Тогда максимальный момент двигателя:
, (2.19)
Расчетный крутящий момент на тихоходном валу редуктора:
, (2.20)
где uр – передаточное число редуктора, uр = 15,95;
ηр – к.п.д. редуктора, по данным завода-изготовителя ηр = 0,94;
максимальный момент двигателя.
Расчетный эквивалентный момент:
, (2.21)
Редуктор ВК-400 имеет номинальный крутящий момент на тихоходном валу, равный Тр.н = 980…6700 Н∙м. Следовательно условие выполняется. Редуктор имеет следующие параметры: а = 400 мм; dв.быстр = 50 мм; dв.тих = 55 мм; mр = 93кг;
Определение фактической скорости и к.п.д. механизма
Фактическая скорость передвижения тележки:
, (2.22)
где - угловая скорость двигателя, рад/с;
rк – радиус колеса, м;
uмех – передаточное число механизма.
Значение фактической скорости передвижения тележки отличается от данного значения на 7,8%, что допустимо.
К.п.д. зубчатой муфты = 0,99.
Необходимо установить одну муфту между двигателем и редуктором (зубчатую муфту первого типа) и между редуктором и колесом (зубчатую муфту второго типа – с промежуточным валом).
Поэтому
(2.23)
Данное значение к.п.д. мало отличается от предварительно принятого, поэтому перерасчёт мощности делать не требуется.
Выбор муфт
По диаметрам концов соединяемых валов выбираются муфты: для быстроходного вала – зубчатая муфта 1-1600-35-250-20-2У2 ГОСТ 5006-83; для тихоходной ступени-2-6300-55-1-40-1-2У2 ГОСТ 5006-83. Параметры муфты на быстроходном валу: T =1600 Н·м; I
= 0,06 кг·м
; d
= d
= 55 мм; mм = 9,2 кг.
Параметры муфты на тихоходном валу: Tм.н=6300 Н·м; Iм = 2,25 кг·м ; dлев.max = dправ.max = 80 мм; mм = 22,6 кг.
Выбор тормоза
Сопротивление передвижению тележки без груза, создаваемое уклоном:
, (2.24)
Сопротивление передвижению тележки без груза, создаваемое инерцией:
, (2.25)
где δ – коэффициент, учитывающий инерцию вращающихся частей механизма, при скорости передвижения больше 1 м/с δ = 1,25 [4];
а – уклон рельсового пути, для тележки а = 0,002 [4].
Сопротивление передвижению тележки без груза, создаваемое трением:
, (2.26)
где - коэффициент трения качения колеса по рельсу;
f – приведенный коэффициент трения скольжения в подшипниках колес;
dц. – диаметр цапфы вала колеса, мм;
kдоп. – коэффициент дополнительных сопротивлений, определяемых в основном трением реборд о головку рельса и трением элементов токосъемного устройства.
По следующим формулам находим:
Момент, создаваемый уклоном:
, (2.27)
где радиус ходового колеса,
=0,125;
КПД механизма на участке кинематической цепи «приводное колесо-тормоз»
=0,92;
Момент, создаваемый инерцией:
, (2.28)
Момент, создаваемый силами трения:
, (2.29)
Расчётный тормозной момент вычисляется по формуле:
, (2.30)
где моменты, создаваемые уклоном, инерцией и силами трения и приведенные к валу, на котором установлен тормоз.
Расчетный тормозной момент тормоза:
Данному тормозному моменту соответствует тормоз: ТКГ-160 ОСТ 24.290.08, имеющий следующие параметры тормоза: Тт.н = 98 Н·м; Dт.ш = 160 мм; Вк = 70 мм; Lуст = 200 мм; mтор = 25 кг.
Выбор тормозного шкива
По диаметру конца вала двигателя и требуемому диаметру шкива выбирается стандартный тормозной шкив II-го исполнения (с цилиндрическим посадочным отверстием). Шкив имеет следующие параметры: D = 160 мм;
= 70 мм;
= 35 мм; mт = 4,9 кг.
Условное обозначение типоразмера шкива-шкив Ш2-160/70 ОСТ 24.290.062-75
Компонование тележки
Опорные давления ходовых колес тележки мостового крана, определяется:
где, номинальная грузоподъемность крана;
вес тележки;
горизонтальная инерционная нагрузка на кран от груза;
ордината оси барабана относительно подтележечного рельса.
Сумма нагрузок на приводные колеса: