Одесса 2014

Министерство образования и науки Украины

Одесская национальная морская академия

Кафедра СВУ

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА

по дисциплине «СГ и ПМ»

На тему: «Расчет элементов конструкции судового

грузоподъемного устройства»

Вариант № М43

Выполнил:

Курсант 3 курса

Факультета СМФ

Группы 2303

МузиповД.

Проверил преподаватель:

Дрозд Е.В.____________

Одесса 2014

Задание № М43

№	Параметр	Значение
	Тип СПТМ	Механизм подъема груза судового крана
	Тип редуктора	Ч-Ц
	Грузоподъемность G, тонн	3.0
	Скорость подъема груза V, м/с	0.9
	Кратность полиспаста i
	Диаметр барабана D min, мм
	Длина барабана L max, м	0.6
	Канатоемкость M, м

Содержание

1.Краткая характеристика грузоподъемного устройства…………………………….4

2.Рассчет и подбор грузового каната………………………………………..………………….7

3.Рассчет и подбор привода……………………………………………………………….…………9

4.Рассчет грузового барабана и крепления шкентеля…………………………………13

5. Подбор муфты и тормозного устройства…………………………………………………18

Выводы……………………………………………………………………………………………………………20

Список использованной литературы……………………………………………………………..22

1. Краткая характеристика грузоподъемного устройства

Современные универсальные суда, как правило, оснащены собственными грузоподъемными средствами, среди которых наибольшее распространение получили краны. В данной работе рассматривается механизм подъема груза судового крана грузоподъемностью G = 3 тонн. Схема механизма подъема груза приведена на рисунке 1.1. В данном механизме подъема груза используется полиспаст кратностью i = 2. Схема полиспаста приведена на рисунке 1.2. Выбран легкий режим работы.

Рисунок 1.1 Механизм подъема груза

1 – двигатель; 2 – муфта; 3 – тормоз; 4 – редуктор; 5 – барабан;

6 – канат; 7 – полиспаст; 8 – гаковая подвеска.

Рис 1.2 Схема двукратного полиспаста приведена на рисунке справа.

2. Расчет и подбор грузового каната

2.1.Выбор каната и определение частоты вращения барабана. Номинальная нагрузка каната вычисляется по формуле:

F= (g * G) /i,kH (2.1)

где F–номинальная нагрузка, тонн

g- ускорение свободного падения,

G - номинальная грузоподъемность, тонн

i - кратность полиспаста.

В формулу (2.1) подставляем значения:

F= (9.8 * 3) / 2 = 14,7(kH)

2.2.Разрывное усилие каната, согласно требованиям регистра, определяется по формуле:

F_р= k*F, kH(2.2)

Где F – номинальная нагрузка, тонн

k – коэффициент запаса прочности

k = 5 при F< 100 kH

k = 4 при F> 100 kH

Так как F< 100 kH,то k = 5

В формулу (2.2) подставляем значения:

F_р= 5* 14,7 =73,5(kH)

2.3.Подбираем из каталога грузовой канат и значения оформляем в таблицу (2.1)

Таблица 2.1. Технические характеристики каната

№	Параметр	Значение
	Разрывное усилие Fp, kH
	Маркировочная группа временного сопротивления разрыва, МПа	1600(160)
	Диаметр каната d, мм	13,5
	Масса каната m,кг
	Тип каната	ТК конструкции 6 * 24 по ГОСТ 3083-66

Проверяем диаметр каната на соответствие требованиям Регистра:

D_расч. = k_{усл.раб.} * d (2.3)

Где d–диаметр выбранного каната

k –коэффициент, учитывающий условия работы

В формулу (2.3) подставляем значения:

D_min= 16 * 13,5 = 216 (мм)

D_расч. ≥ D_min (400>216)

Заданный диаметр барабана удовлетворяет требованиям Регистра.

Частота вращения барабана может быть вычислена по формуле

n_б = (i * V) / π (D+d) (2.4)

где i - кратность полиспаста

V - скорость подъема груза, м/с

D - диаметр барабана, мм

d - диаметр каната, мм

В формулу (2.4) подставляем значения:

n_б = 2 *0.9/ 3,14* (0,400+ 0.0135) = 0,24 (об/с)

3. Расчет и выбор привода

В современных судовых ПТМ и палубных механизмах наибольшее распространение получили электропривод и гидропривод. В данном задании рассматриваем электропривод состоящий из электродвигателя и редуктора.

Мощность двигателя может быть посчитана по формуле:

P = g * G * V/ η (3.1)

Где g–ускорение свободного падения

G – номинальная грузоподъемность, тонн

V - скорость подъема груза, м/с

η – КПД механизма подъема груза

КПД может быть посчитано по формуле:

η= η_м* η_р* η_бар * η_бл * η_{полисп (3.2)}

η_муфты=(0,98..0,99)=0,99 КПД муфты

η_{редуктора}= 0.97 КПД редуктора

η_бар=(0,95..0,98)=0,95 КПД барабана

η_бл кочения = 0,98 КПД блока качения

η_полисп=(1- η_блⁱ)/(1- η_бл)*4КПД полиспаста (3.3)

КПД муфты зависит от типа муфты и точности центровки валов и лежит в диапазоне = 0.98..0.99.

КПД редуктора определяется с учетом рекомендаций по заданию. В данной работе рассмотрим Ч-Ц редуктор.

КПД цилиндрической ступени для редуктора закрытого типа = 0.96..0.98. Выбираем значение 0.97.

КПД барабана = 0.95..0.98. Зависит от типа подшипников.

КПД блока назначается в зависимости от используемых в нем подшипников. Выбираем подшипники качения = 0.98.

Подставляем значения в формулу (3.3):

η_полисп=1 -(0.98)⁴/(1-0.98)*4=0,97

Подставляем значения в формулу (3.2):

η = 0,99 * 0.97 * 0,95 * 0.98 * 0.97 = 0.86

Подставляем значения в формулу (3.1):

P = 9.8 * 10* 0.75/ 0.86= 85,465 (кВт)

Подбираем двигатель МАП 622-4/8/24(с внешним обдувом)

P = 40 кВт,

Режим работы = 40%,

n_вр =1354,8 об/мин,

М_max= 700 Н*м,

M_пуск =580 Н*м,

Маховый момент ротора: без тормоза = 60 Н*м²,

c тормозом ТМТ = 67 Н*м².

Передаточное число редуктора может быть посчитано по формуле:

U = n_дв/ n_бар (3.4)

Подставим числовые значения в формулу (3.4):

U= 22,58 / 0,24 = 94,08

Момент на валу двигателя рассчитывается по формуле:

Т₁=Р/2π*n_{дв (3.5)}

_{Подставляем численные значения в формулу (3.5):}

Т₁= 40/2*3,14* 22,58 = 0.282= 282 Н*м

T₂=T₁ * U * η_{редуктора (3.6)}

_{Подставляем численные значения в формулу (3.6)}

Т₂= 282*94,08 * 0.97 = 25735,86 Н*м

По моменту на валу редуктора из [2] выбираем редуктор и данные оформляем в таблицу 3.2
(табл. 3.2) Технические характеристики редуктора

Параметры	Значения
Наименование изделия, ТУ	ТУ205623886
Типоразмер	ЧЦ- 160
Код ОКП
Передаточные числа	8, 10, 12,5, 16, 20, 25,31.5,40,50,63,80
Номинальный крутящий момент на выходном валу, Нм
Масса, кг

Схема редуктора одноступенчатого ЧЦ типа представлен на рис 3.1.а

4. Расчет грузового барабана и крепления шкентеля

4.1. Число витков каната при навивке на барабан в один слой может быть рассчитано по формуле:

Z = L/P; (4.1)

Где P– шаг,

L – длина барабана.

Шаг считается по формуле:

P=d+(2мм)= 23,5+2= 25,5 мм (4.2)

Где d – диаметр выбранного каната

Z= 0.47/ 0,0255 =18,43

Длина первого слоя навивки каната на барабан может быть рассчитана по формуле:

l₁= Z* (D+d) (4.3)

Подставим числовые значения в формулу (4.3):

l₁=18,43*3,14* (0,4+ 0,0135)= 23,93 (м)

l₂= Z* (D+3d) (4.4)

Подставим числовые значения в формулу (4.4):

l₂=18,43*3,14*(0,4+3*0,0135)=25,55 (м)

l₃= Z* (D+5d) (4.5)

Подставим числовые значения в формулу (4.5):

l₃= 18,43*3,14*(0,4+5*0,0135)=27,05

Определяем число слоев навивки на барабан путем сравнения:

(l₁ + l₂ + l₃) ≤ M

Где M – канатоемкость, м

23,93+25,55+27,05=76,53 < 80

На данный барабан можем намотать три слоя навивки.

Схема барабана приведена на рис. 4.1.

Схема для запасовки барабана приведена на рис. 4.2.

Рис. 4.1 Схема барабана

1. Барабан

2. Реборда барабана.

3. Канал для запасовки каната.

Рис 4.2 Схема барабана и способы его запасовки.

Выбран способ запасовки- а).

Проверка барабана на прочность сводится к определению толщины стенки барабана из условия расчета на сжатие. Напряжение сжатия рассчитывается по формуле:

Ϭ_сж=(F_ш * k_нав/P*ρ)≤0,28 [Ϭ_в] (4.4)

Где k_нав=1,1 – коэффициент, учитывающий число слоев навивки на барабан

F_ш – натяжение шкентеля

ρ – толщина стенки

p – шаг

F_ш=k_сн.нат. * g * G/i, kH (4.5)

Где k_{сниж.нат.} – коэффициент снижения натяжения = 0.7-0.8. В дальнейшем расчете k_{сниж.нат.} = 0.75.

Подставим численные значения в формулу (4.6):

F_ш = 0.75 *9.8* 3/ 2 = 11,03 (kH)

[Ϭ_сж] = 833 МПа – запас прочности

Ϭ=(F_ш*k_нав/P*Ϭ_в*0.28= 11,03*1.1/ 0.0135*833000*0.28= 0,004м=0.4 см

5. Подбор муфты и тормозного устройства

Зубчатые муфты применяются для соединения валов и состоят из двух зубчатых втулок и обойм. Мы выбрали именно этот тип муфты по причине того, что номинальный крутящий момент (T2) равен 5276 (Нм), что мы нашли в «3» пункте нашей работы, а из этого следует, что муфты: пальцевые жесткие и пальцевые с упругими втулками не подходят из-за малых номинальных моментов. А по типоразмеру редуктора (1Ч2-160) также пункт «3» можно определить, что и муфты кулачково-дисковые нам не подходят. [3]

Данные оформляем в таблицу 5.1
Табл. 5.1 Технические характеристики муфты.

Параметры	Значения
Диаметр отверстия под соединяемый вал «d», (мм)
Крутящий момент, (Нм)
Частота вращения, (об/мин)
Масса, (кг)
Тип	Зубчатая общего назначения №3 по (ГОСТ 5006-55)

Муфта представлена на рисунке (5.1)

Тормозное устройство подбираем по значению тормозного момента, которое можно поcчитать по формуле:

Т_т = k_з.т.* Т_ном, H* м _(5.1)

Где k_з.т. = 1.5

Подставляем численные значения в формулу (5.1):

Т_т=1.5*0.282=0,423 H* м

Номинальный момент рассчитывается по формуле:

Т_ном= P/2π*n_дв, kH*м _(5.2)

_{Подставим численные значения в формулу (5.2):}

Т_ном = 40/2*3.14* 22,58=0,282 кН*м

Из источника [4] по моменту двигателя подбираем тормоз:ТК-200/100.

Таблица 5.2 Технические характеристики тормоза ТК-200/100.

Параметр	Значение
Тормозной момент, Н*м	400(40)
Номинальная установочная длина главной пружины, мм	Переменный ток = 110
Постоянный ток = 121

Схема тормозного устройства приведена на рис. 5.2.

Рис. 5.1 Схема муфты зубчатого типа.

Рис. 5.2 Колодочный тормоз с короткоходовым электромагнитом постоянного тока типа ТКП.

Выводы:

По предложенному варианту произведены расчеты элементов механизма подъема груза судового крана и подобраны эти элементы со следующими техническими характеристиками:

Грузовой канат:

Разрывное усилие –F_p = 197 kH

Диаметр каната – d = 20.5 мм

Масса каната – M = 1400 кг

Тип каната - ТК конструкции 6 * 24 по ГОСТ 3083-66

Электродвигатель:

Тип - МАП 622-4/8/24(с внешним обдувом)

Мощность - P = 40 кВт

Режим работы = 40%

Частота вращения - n_вр = 1354,8 об/мин

Максимальный момент - М_max= 700 Н*м

Пусковой момент - M_пуск = 580 Н*м

Маховый момент ротора: без тормоза = 60 Н*м²

c тормозом ТМТ = 67 Н*м²

Редуктор:

Тип – Червячно-Цилиндрический

Грузовой барабан:

Диаметр – D = 600мм

Длина – L = 0.7 м

Канатоемкость – M = 80 м

Соединительная муфта - Зубчатая общего назначения №3 по (ГОСТ 5006-55)

Тормозное устройство:

Тип - ТК-200/100

Тормозной момент – Т = 400(40) Н*м

Выбран тип запасовки: прижимными пластинами

Список использованной литературы

1. Камнев Г.Ф., Кипарский Г.Р., Балин В.М. «Подьемно-транспортные машины и палубные механизмы», - Л. Судостроение, 1976 – 312 с.

2. Седор А.М. «Судовые машинно-транспортные машины и устройства», ОГМА – Одесса, 1998 – 125 с.

3. Кипарский Г.Р. «Судовые краны и лебедки. Атлас конструкций» - Л.: Судостроение, 1978 – 84 с.

4. Чернега В.И., Мазуренко И.Я. «Краткий справочник по грузоподъемным машинам» - К.: Техника, 1984 – 360 с.

Дата добавления: 2015-07-19