Модернизация механизма подъема груза крана (конструкторская часть дипломного проекта)

5 КОНСТРУКТОРСКАЯ РАЗРАБОТКА...
5.1 Обоснование необходимости модернизации механизма подъема груза...
5.2 Выбор схемы подъема груза...
5.3 Расчет и выбор каната
5.4 Расчет деталей крюковой подвески...
5.5 Расчет барабана...
5.6 Расчет крепления каната на барабане

Проведя анализ существующих схем механизмов подъема, выбираем схему, состоящую из следующих составных частей:
- привод (мотор-редуктор);
- тормоз дисковый:
- барабан:
Подъем грузов осуществляется с помощью полиспастов, дающих возможность уменьшать усилия в грузовых канатах и увеличивать грузовой момент на барабане..
Исходя из конструкции механизма подъема, наиболее рациональной является следующая схема механизма подъема, которая изображена на рисунке 5.1.


Рис.5.1- Кинематическая схема механизма подъема
1 – мотор-редуктор;
2 – муфта фланцевая глухая;
З – тормоз дисковый;
4 – барабан;
5 – крюковая подвеска;
6 - канат;
7 – ось.
Эта схема позволяет получить привод с минимальными габаритами.

5.3 Расчет и выбор каната
Выбор стальных проволочных канатов для подъема груза производится по разрывному усилию, для чего необходимо определить максимальное рабочее усилие натяжения ветви каната, набегающей на барабан.
По таблице 2.1 /1/ принимаем коэффициент полезного действия (КПД) подвижных блоков - ηп =0,96, а неподвижных – ηн=0,98.
Определим КПД полиспаста по формуле:
ηпол=ηпz1.ηнz2=0,96 2×0,98=0,9032, где
z1 – число подвижных блоков;
z2 – число неподвижных блоков;
Максимальное рабочее усилие натяжения ветви каната, набегающей на барабан, определим по формуле 1.3, с.10 /2/:
5.7
Fгр – грузоподъемная сила в Н;
m=1 – для одинарного полиспаста; m=2 – для сдвоенного полиспаста;
iп – кратность полиспаста;
ηпол – КПД полиспаста;
ηн.б. – КПД направляющих блоков;
Определим разрывное усилие каната: 5.8
где k – коэффициент запаса прочности (таблица 1.2 /2/) равен 6;
По ГОСТ 2688 – 80 (приложение I /2/) выбираем канат стальной типа ЛК-Р конструкции 6×19(1+6+6/6)+1о.с., с разрывным усилием, равным Pk=11 250Н. Диаметр каната - dk=4,5 мм.
Фактический запас прочности: 5.9
Условное обозначение каната:
Канат 4,5 – I – Л – О – Н – 1764 ГОСТ 2688 - 80

5.4 Расчет деталей крюковой подвески

С учетом принятой схемы подвеса груза выбираем нормальную конструкцию крюковой подвески с верхним расположением блока. Так как грузоподъемность механизма не превышает 5 т, то для подвешивания груза применим однорогий крюк. Исходя из грузоподъемности, рода привода и режима работы механизма, по ГОСТ 6627— 76 (приложение III /2/) выбираем крюк No 4. Для стандартных крюков проверочный расчет на прочность не производят.

Рис. 5.2- Эскиз крюка
Определим диаметры блоков: 5.10
где dк – диаметр каната;
e – коэффициент запаса прочности блоков и барабанов (таблица 1.3, с 9 /2/);
По приложению VII /2/ выбираем стандартный блок: dбл.=150мм; lст.=40мм;
Расчетная длина оси блока определяется по формуле:
, 5.11
где и – толщина серьги кожуха определяется по таблице (прилож. VI /2/);
  Zбл – количество подвижных блоков на оси крюковой подвески;
  – длина ступицы блока (приложение VII /2/);
  – зазор между торцами ступиц блоков (1...5мм);
Ось блоков рассчитывается на изгиб и смятие по уравнению прямого бруса:
5.12
Изготавливается из стали 45. Расчетная схема представлена на Рис. 5.2. Расчетный диаметр оси блоков:
5.13
где 5.14
Проверка расчетного диаметра оси блоков по напряжениям смятия на контактной поверхности между серьгой и осью блока:
, 5.15
где 
dц=dо–5=21-5=16мм, – диаметр цапфы;
Fгр - сила тяжести поднимаемого груза, Н.

Рис. 5.3- Эскиз и расчетная схема оси блоков
Траверса изготавливается из стали 45 и рассчитывается как прямой брус на изгиб от веса груза и грузозахватных устройств.
Для расчета траверсы конструктивно принимаем:
Lтр=Lос=100мм; d1/ = d1 + (2...5)=17+3=20мм; 5.16
h=L–l1–l2=85-40-25=20мм; 5.17
где d1, L, l1, l2 – параметры крюка из приложения III /2/ (см. Рис. 5.2).
Ширина траверсы рассчитывается по формуле:
5.18
Для установки крюка в поперечине (траверса), по внутреннему диаметру d1 и грузоподъемности Fгр, выбираем подшипник упорный No 8104 c внутренним диаметром dв=20мм, наружным – Dн=35мм (приложение VIII, /2/).   
Должно выполняться условие: ;
С учетом невыполнения данного условия, принимаем В=42мм.
Диаметр цапф траверсы определяют расчетом их на прочность по изгибу и смятию на контактной поверхности между цапфой и отверстием в серьге:
5.19
  5.20
где    

Рис. 5.4- Эскиз и расчетная схема траверсы
 Серьга (ст.4) рассчитывается по напряжениям растяжения.
Ширину серьги принимаем равной:  
Условие прочности серьги: 5.21
где

Рис. 5.5- Эскиз серьги

5.5 Расчет барабана

Изобретение относится к устройствам в виде барабана для намотки каната, которые служат для аккамулирования каната у грузоподъёмных кранов и тяговых лебёдок и являются составной частью механизма подъёма груза кранов и частью тяговых лебёдок.
Барабаны выпускают для многослойной и однослойной навивок каната [7]. Барабаны для многослойной навивки применяют только при очень большой длине навиваемого каната и легких режимах работы. Это вызвано тем, что при многослойной навивке каната первый слой ложится по винтовой линии. Каждый последующий слой имеет противоположное направление навивки. При этом каждый виток верхнего слоя навивки пересекает виток ранее уложенного слоя, что вызывает образование выпуклости в этом месте. В нижнем слое каната возникают высокие контактные напряжения не только от растягивающих сил, но и от давления вышерасположенных слоёв. Кроме того, при наматывании каната происходит трение между соседними витками. Всё это вызывает повышенный износ каната и существенно сокращает срок его службы.
Известен барабан нарезной для однослойной навивки каната [1] содержащий установленный на приводном валу и соединённый с ним с помощью шпонки цилиндр с закреплённым у одного из его торцов концом каната, а также нарезанные на цилиндрической поверхности барабана по винтовой линии канавки. Шаг нарезки канавок на 2...3 мм больше диаметра каната, а диаметр цилиндрической поверхности барабана в зависимости от условий работы должен быть не менее 20...35 диаметров каната. Однако, при намотке на такой барабан достаточно длинного каната, габариты и в первую очередь длина барабана возрастают, в результате чего увеличивается изгибающий барабан момент и требуется дополнительное увеличение толщины его стенок. В ряде случаев по требованиям технологии, безопасности, эстетики и т.д. габаритные размеры узлов и самих машин ограничены, что сужает область и возможности их применения.
Задача, которую решает изобретение, заключается в уменьшении длины барабана при обеспечении заданной длины наматываемого на него каната.
Поставленная задача решается с помощью барабана для намотки каната механизма подъёма груза крана, содержащего установленный на приводном валу и соединенный с ним с помощью шпонки цилиндрический барабан с нарезной поверхностью и с устройством для крепления конца каната, отличающийся тем, что барабан состоит из внутреннего, к которому крепится конец каната, и наружного барабанов, на противоположной устройству крепления конца каната
крайней нарезной канавке поверхности внутреннего барабана в прикреплённых к торцу внутреннего барабана цилиндрических направляющих установлен радиальный плунжер с упорной цилиндрической пружиной сжатия и скосом на внутреннем конце, в который упирается установленный в цилиндрических направляющих перпендикулярно торцу осевой плунжер со скосом, сопряжённым со скосом радиального плунжера, соединённого шарнирно с закреплённым шарнирно на торце внутреннего барабана с помощью кронштейна коромыслом, противоположный конец которого выполнен в виде вилки, шарнирно крепящейся к ступице установленного на валу с помощью подвижного шлицевого соединения диска, сопрягающегося с торцом внутреннего барабана с помощью установленных в прикреплённых к торцу внутреннего барабана цилиндрических направляющих цилиндрических пружин сжатия и имеющего на обращенной к внутреннему барабану стороне сопряжённой с ободом диска кольцевой поверхности V- образные мелкие зубья, с возможностью сопряжения с аналогичными зубьями кольцевого переходника, крепящегося с помощью винтов к торцу наружного барабана, с нарезной цилиндрической поверхностью для витков каната с направлением противоположным внутреннему барабану, и с закреплённым на нём с помощью винтов торцом внешнего барабана, причём внешний барабан установлен на приводном валу с помощью подшипников и по всей длине по образующей его поверхности имеет щель с закруглёнными краями, а диск имеет отверстия для удобства монтажа коромысла к кронштейну и установки осевого плунжера в цилиндрические направляющие.
На фиг.1 представлен разрез фронтальной проекции барабана; на фиг.2 представлен разрез А-А радиального плунжера с пружиной; на фиг 3 представлен вид В коромысла; на фиг.4 представлен профильный разрез С-С барабана; на фиг.5 представлен разрез D-D сопряжённых кольцевых поверхностей обода диска и переходника с V-образными мелкими зубьями.
Барабан для намотки каната механизма подъёма груза крана, содержит установленный на приводном валу 1 и соединенный с ним с помощью шпонки 2 внутренний цилиндрический барабан 3 с нарезной поверхностью и с устройством для крепления конца каната 4. На противоположной устройству крепления конца каната 4 крайней нарезной канавке внутреннего цилиндрического барабана 3 в прикреплённых к его торцу цилиндрических направляющих 5 установлен радиальный плунжер 6 с упорной цилиндрической пружиной сжатия 7 и скосом на внутреннем конце под углом 450 симметричным плоскости походящей через ось радиального плунжера 6 параллельно оси барабана 3, в который упирается установленный в цилиндрических направляющих 8 перпендикулярно торцу осевой плунжер 9 со скосом под углом 450, сопряжённым со скосом радиального
плунжера 6 , соединённый шарнирно с закреплённым шарнирно на торце внутреннего барабана 3 с помощью кронштейна 10 коромыслом 11, противоположный конец которого выполнен в виде вилки 12, шарнирно крепящейся к ступице установленного на валу 1 с помощью подвижного шлицевого соединения диска 13, сопрягающегося с торцом внутреннего барабана 3 с помощью установленных в прикреплённых к торцу внутреннего барабана 3 цилиндрических направляющих 14 цилиндрических пружин сжатия 15 и имеющего на обращенной к внутреннему барабану 3 стороне сопряжённой с ободом диска 13 кольцевой поверхности V-образные мелкие зубья 16 [2], с возможностью сопряжения с аналогичными зубьями 17 кольцевого переходника 18, крепящегося с помощью винтов 19 к торцу наружного барабана 20 с нарезной цилиндрической поверхностью для витков каната с направлением противоположным внутреннему барабану 3 и с закреплённым на нём с помощью винтов 21 торцом внешнего барабана 22, причём внешний барабан 20 установлен на приводном валу с помощью подшипников 23 и по всей длине по образующей его поверхности имеет щель 24 с закруглёнными краями, а диск 13 имеет отверстия 25 для удобства монтажа коромысла 11 к кронштейну 10 и установки осевого 9 плунжера в цилиндрические направляющие 8.
Барабан для намотки каната работает следующим образом.
При намотке каната на барабан во время подъёма груза установленный на приводном валу 1 и соединенный с ним с помощью шпонки 2 внутренний цилиндрический барабан 3 с нарезной поверхностью и с устройством для крепления конца каната 4 наматывает через щель 24 неподвижного внешнего цилиндрического барабана 20 канат до крайней нарезной канавки на противоположной устройству крепления конца каната 4 стороне внутреннего цилиндрического барабана 3, где канат утапливает установленный в прикреплённых к торцу внутреннего цилиндрического барабана 3 цилиндрических направляющих 5 радиальный плунжер 6, сжимая упорную цилиндрическую пружину сжатия 7, скос на внутреннем конце которого воздействует на скос, установленного в цилиндрических направляющих 8 перпендикулярно торцу, осевого плунжера 9, перемещая его в сторону соединённого с ним шарнирно и закреплённого шарнирно на торце внутреннего барабана 3 с помощью кронштейна 10 коромысла11. Противоположный конец коромысла 11, выполненный в виде вилки 12, шарнирно крепящийся к ступице установленного на валу 1 с помощью подвижного шлицевого соединения диска 13, сжимая установленные в прикреплённых к торцу внутреннего барабана 3 цилиндрических направляющих 14 цилиндрические пружины сжатия 15, перемещает диск 13 по шлицам в сторону устройства для крепления конца каната

4 смыкая имеющиеся на обращенной к внутреннему барабану 3 стороне сопряжённой с ободом диска 13 кольцевой поверхности V- образные мелкие зубья 16 с аналогичными зубьями 17 кольцевого переходника 18, приводя во вращение совместно с внутренним цилиндрическим барабаном 3 находящийся ранее неподвижно внешний цилиндрический барабан 20, по нарезной цилиндрической поверхности для витков каната с направлением противоположным внутреннему барабану 3 которого канат наматывается в обратном предыдущему осевом направлении до высшей точки подъёма груза. При опускании груза канат сматывается с поверхности внешнего цилиндрического барабана 20 до освобождения канатом радиального плунжера 6 на внутреннем барабане 3 . Под действием пружин 7 и 15 механизм барабана возвращается в первоначальное положение, V-мелкие зубья 16 и 17 размыкаются и внешний цилиндрический барабан 20 становится неподвижным, а через его щель 24 канат далее сматывается с нарезной поверхности внутреннего барабана 3 до полного опускания груза.