Подбор асинхронного двигателя
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к проекту по модулю «Механика»
по теме: Электрический тельфер
Студент: Шаповалов Сергей Валериевич _____________________
(ФИО) (Подпись)
Группа: ЭН-270016
Екатеринбург
2019
| Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина» (УрФУ) Институт фундаментального образования Кафедра теоретической механики |
Задание на проект по модулю
Студент
Шаповалов Сергей Валериевич
группа ЭН-270016
направление подготовки Энергетическое машиностроение
1. Тема проекта
Электрический тельфер
2. Содержание проекта, в том числе состав графических работ и расчётов
Подбор комплектующих тельфера, расчет на прочность троса, расчет на жесткость валов, расчет на прочность при изгибе балки, расчет канатоемкости барабана
3. Дополнительные сведения _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
4. План выполнения проекта
| Наименование элементов проектной работы | Сроки | Примечания | Отметка о выполнении |
| Выбор типа редуктора | |||
| Расчет на прочность и жесткость ведущего и ведомого валов | |||
| Расчет канатоемкости барабана и его размеров | |||
| Подбор подшипников |
|
|
|
Руководитель ________________________/ С. А. Берестова /
Оглавление:
Введение: 4
Техническое задание. 5
Расчетная часть. 7
Выбор каната. 8
Крюковая подвеска. 8
Подбор асинхронного двигателя. 9
Выбор типа редуктора. 9
Монтаж тельфера: 11
Расчет на прочность при растяжении троса с учетом динамического коэффициента, подбор его диаметра: 13
Расчеты на жесткость и прочность при кручении ведущего и ведомого валов, подбор их диаметров: 15
Расчет на прочность при изгибе и подбор сечения балки по таблице сортамента, на которую устанавливается электрическая таль: 17
Расчет канатоемкости барабана и его размеров, выборочный подбор подшипников, муфты: 20
Подбор муфты: 20
Подбор подшипников: 22
Список литературы.. 23
Введение:
Электрический тельфер – в широком смысле, подвесное грузоподъемное устройство с электрическим приводом, которое позволяет поднимать грузы в вертикальном и горизонтальном направлении. Это устройство широко применяется как на производстве, так и на складах, также применяются в портах на открытом воздухе. Во многих случаях при строительных работах или в процессе производства возникает необходимость поднять груз и переместить его на некоторое расстояние. Тельфер может использоваться как самостоятельно, так и в составе грузоподъемных механизмов (подъемных кранов, кран-балок, и т.д.) самого разного типа. Использование тельфера обеспечивает простоту и безопасность выполнения подобных работ. То есть из всего вышеперечисленного следует что тельферы по типу перемещения бывают двух типов: стационарные и передвижные.
|
|
|
В нашем проекте мы разрабатываем стационарный тельфер, который значительно увеличивает производительность работ, в которых постоянно требуется многократное поднятие грузов в заводских цехах либо же на складах, то есть вне агрессивной коррозионной среды. Грузоподъемность разрабатываемого устройства 5 тонн.
Техническое задание
1. Область применения тельфера – цех завода или склада;
2. Назначение разработки: функциональное и эксплуатационное назначение тельфера – подъем грузов;
3. Требования к надежности и безопасности по ГОСТ 22584 - 96:
· Корпуса электрооборудования электрических талей заземляются.
|
|
|
· Корпус кнопочного аппарата управления тали, тельфера, управляемой с пола, выполняется из изоляционного материала либо должен быть заземлен не менее чем двумя проводниками
· Коэффициент запаса торможения электромагнитного тормоза тали, тельфера должен быть не менее 1,25
· Техническое освидетельствование тали проводится нагрузками, указанными в документации
· Не допускается эксплуатация электрического тельфера для перевозки людей, взрывчатых и легковоспламеняющихся веществ.
· Запрещается использование тельфера в химически агрессивных средах;
4. Оптимальные условия для эксплуатации тельфера: в закрытом помещении или под навесом, при температуре окружающей среды от -40° до +40° С, при влажности не более 80%;
5. Требования к функциональным характеристикам:
· Мощность статической нагрузки: Pст=12.3 кВт поэтому Pдв=15 кВт
· Канат двойной свивки ЛК-Р 6х19(1+6+6/6)+1 о.с. ГОСТ 2688-80 т.к. он обладает большей гибкостью и стойкостью по сравнению с канатом одинарной свивки
· Диаметр барабана равен 400 мм.
· Синхронную частоту вращения вала выбираем из диапазона (288…768) об/мин, следовательно, из ГОСТа выбираем 750 об/мин
|
|
|
· Частота вращения вала двигателя с учетом скольжения равна 730 об/мин
· Ориентировочные качественные характеристики нагружения механизма B2 - то есть преобладают средние и минимальные нагрузки
Расчетная часть
Выбор типа двигателя
Из курса Электротехники, а именно из раздела Устройство А.Д., используем формулы для нахождения расчета мощности:
где Q — масса поднимаемого груза, кг; mкп — масса крюковой подвески, кг; 
— КПД всего механизма, = 0,80…0,85;
— номинальная скорость подъема груза, м/с
кВт
Из ряда номинальных мощностей электродвигателей выбираем электродвигатель с мощностью 15кВт.
Определим наибольшую частоту вращения барабана тельфера, об/мин:
Где Dб - диаметр барабана, мм, 
- скорость подъема и опускания груза, м/мин. Диаметр барабана по оси навиваемого каната определяется по формуле:
Где dk - диаметр каната, h1 - коэффициент выбора диаметра барабана
Мы подбираем больший диаметр исходя из ГОСТ 12080-66
Тогда, наибольшая частота вращения барабана:
об/мин
Таблица класификаций механизма взята из Международного стандарта ИСО 4301/1
| Группа классификации механизмов по ИСО 4301/1 | Коэффициент |
| |
| M7 | 22.4 |
| M8 | 25.0 |
Выбор каната
Мы используем стальной канат двойной свивки в качестве гибкого тягового элемента. Используем гибкий канат типа ЛК-Р 6х19(1+6+6/6)+1 о.с. ГОСТ 2688-80
Где N – тяговое усилие
Коэффициент запаса прочности: 
Временное сопротивление разрыву:
По ГОСТ 7668-80 выбираем канат d 
Разрывные усилия 
= 145000 H
Крюковая подвеска
В соответствии с ГОСТ 24.191.08-81 выбираем крюковую подвеску ПКК-2-5-500 которая имеет кратность полиспаста 2, диаметр ролика 500 мм.
Подбор асинхронного двигателя
Синхронная частота вращения двигателя
По каталогу компании «ЭЛЕКТРОТЕХНИКА СПб» выбрали тип двигателя: А 180М6
N 
– мощность асинхронного двигателя
n 
– частота вращения вращающегося магнитного поля;
– масса двигателя
Величина скольжения асинхронного двигателя определяется из раздела Электротехники вращающий момент А. Д.:
Величина скольжения асинхронного двигателя 14% от номинального значения частоты вращения.
Определим частоту вращения вала двигателя:
об/мин
Выбор типа редуктора
Передаточное число:
,
где Dб— диаметр барабана по оси навиваемого каната, м; nв— частота вращения вала двигателя, об/мин; — скорость подъема, м/мин; 
— кратность полиспаста. Передаточное число выбираемого редуктора не должно отличаться от расчетного более чем на (±15) %
Эквивалентный момент:
µз=0,5 т.к. B3 – класс нагружения механизма
åN= 
=110592000
=3600 – коэффициент для передач механизма подъема
=nб=9,6 – частота вращения тихоходного вала редуктора
=1 – число зубчатых колес, находящихся в зацеплении с тихоходным колесом редуктора
=3200 (по ИСО 4301/1)
Выбор редуктора осуществляем по ГОСТ 25301-95:
Так как U 
, то редуктор двухступенчатый.
Максимальный вращающий момент на тихоходном валу редуктора:
Эквивалентный момент:
= 
Расчет крутящего момента на барабане:
2551 H
Номинальные крутящие моменты, возникающие на барабане:
Нм
На быстроходном валу редуктора:
Монтаж тельфера:
Определение реакций в шарнирах осуществляется из сопротивления материалов, а именно раздела статически определимой балки:
åМA 
→ Vв: 
Vв 
кН
åМB → 
: 
P 
Расчет изгибающих моментов:
На рисунке 1 показана эпюра поперечных сил и моментов.
Рисунок 1
Статическое нормальное усилие:
Н
По ГОСТу 2688-80 определили вес троса q = 21,1 кг. На 10 м.
Динамическое нормальное усилие:
Динамический коэффициент:
Расчет на прочность при растяжении троса с учетом динамического коэффициента, подбор его диаметра:
Максимальное усилие каната определяется по формуле:
= 25.73 кН,
где 
КПД полиспаста:
η= 
= 0.99, U- кратность полиспаста, Где – 
– КПД блока с подшипниками качения
Канат выбирается по расчетному разрывному усилию, которое определяется по формуле: 
где K = 5.5 – коэффициент запаса прочности каната
Выбираем по ГОСТ 2688–80 канат двойной свивки ЛК-Р 6х19(1+6+6/6)+1 о.с.
Разрывное усилие: = 145000 H 
Диаметр: 
мм
Согласно ГОСТ 2688–80 канат обозначается: стальной канат диаметром 18 мм, грузовой (Г), изготовленного из материала марки 1, с правой свивкой прядей, крестовой свивкой элементов каната, из проволок маркировочной группы 1568 Мпа : Рисунок 2
КАНАТ – 18 – Г – 1 – 1568 ГОСТ 2688–80 представлен на рисунке 2.
Прочностной расчет на растяжение
Расчетная схема на рисунке 3, для определении прочности троса, составлена в соответствии с известным из теоретической механики принципом Д'Аламбера. Согласно этому принципу движущуюся систему можно рассматривать как находящуюся в равновесии, если ко всем точкам её присоединить силу инерции. И так Р– вес груза; Q = γFx– вес троса, где γ– объёмный вес материала; I = ma– сила инерции, где m = (P + Q)/g– масса груза и троса
Напряжения в тросе при равноускоренном подъёме груза Расчет динамической внутренней силой в тросе 
:
Динамические напряжения будут равны
,
где F – площадь сечения троса
Допускаемое напряжение
| Рисунок 3 |
,
где 
– предел текучести, который определяется по ГОСТу в зависимости от используемого материала; n – Запас прочности равен 1.4
Расчеты на жесткость и прочность при кручении ведущего и ведомого валов, подбор их диаметров:
Как правило, валы изготавливаются из углеродистой стали марок. Ст – 25,
Ст – 30 и Ст – Б. Для осей и валов не подвергающихся термообработке обычно используют стали СТ-5 по ГОСТ 380-60.
, тогда для сталей:
Переводим в Мпа, получаем 
Из курса Теоретической механики, а именно раздела Расчет крутящих моментов, используем формулы для нахождения номинального крутящего момента, передаваемого валом двигателя через муфту на вал редуктора:
Из курса сопротивления материалов, а именно раздела расчет прочности, используем формулы для нахождения прочности вала; исходя из условия 
находим полярный момент сопротивления:
Полярный момент сопротивления выражается через диаметр по формуле:
Из условия жесткости вала: 
, где 
– полярный момент инерции сечения вала
– модуль сдвига стали
Допускаемый относительный угол закручивания:
Из двух найденных значений диаметра выберем большее, т.е. d 
, по ГОСТ 12080-66 ближайший больший диаметр d=14 см.
Таким же образом произведем расчет для ведомого вала редуктора:
Находим полярный момент сопротивления:
Аналогично находим полярный момент сопротивления для ведомого вала:
Из условия жесткости вала: , где – полярный момент инерции сечения вала
– модуль сдвига стали
Допускаемый относительный угол закручивания:
Из двух найденных значений диаметра выберем большее, т.е. d 
, по ГОСТ 12080-66 ближайший больший диаметр d=12,5 см.
Расчет на прочность при изгибе и подбор сечения балки по таблице сортамента, на которую устанавливается электрическая таль:
1. Определение реакций опор балки от заданной нагрузки
Покажем внешние силы, приложенные к балке: силу Р; распределенную нагрузку интенсивностью q 
реакции опор А и В (рис. 13).
Составим уравнения равновесия сил, приложенных к балке:
Из этих уравнений:
P+ 
; 
Для проверки правильности вычислений составим уравнение моментов сил относительно точки В:
P + q 
,
то есть реакции опор найдены верно.
Расчетная схема балки приведена на рисунке 4
2. Построение эпюр поперечных сил Q и изгибающих моментов 
:
Рисунок 4
Рассчитаем реакции опор:
Изгибающие моменты:
3. Определение положения опасного сечения:
4. Определение расчетного осевого момента сопротивления сечения:
Находим расчетный осевой момент сопротивления сечения балки с учетом того, что [σ] = 175 МПа:
5. Выбираем двутавр, так как его сечение является наиболее удобным для крепления тельфера.
По таблице сортамента прокатной стали
(ГОСТ 8239 – 89) подбираем двутавровое сечение с моментом сопротивления большим или равным расчетному. В данном случае это двутавр № 24 у которого 
и площадь поперечного сечения 
Расчет канатоемкости барабана и его размеров, выборочный подбор подшипников, муфты:
Длину барабана определим по известным значениям канатоемкости, которая определяется длиной каната:
,
где L – канатоемкость, t – шаг равный 
, 
Фактическая длина барабана должна быть больше на 2 
На рисунке 5 показано сечение барабана с однослойной навивкой и представлены углы отклонения каната.
Рисунок 5
Подбор муфты:
Подбор муфты проводится по номинальному вращающему моменту и диаметру валов для обеспечения передачи момента от двигателя к редуктору в соответствии со справочными данными или стандартом на муфту.
T- расчетный вращающий момент.
, где к- коэффициент, учитывающий режим работы механизма
В нашем случае режим нагружения 
, по ГОСТ 25835-83, K = 0.25 поэтому
Максимальный момент, передаваемый муфтой T=63 Нм
D =100 мм; L =104 мм; l =50 мм;
=65 мм; 
=32 мм; 
= 16 мм
; B = S = 4 мм z = 4; d = 22 мм.
; 
; 
Конструкция муфты представлены на рисунке 6
Рисунок 6
Подбор подшипников:
Так как частота вращения барабана 
, то мы выбираем подшипники для обеспечения равномерного вращения барабана по динамической грузоподъемности.
Критерием для выбора подшипника служит неравенство Стр< С, где Стр — требуемая величина динамической грузоподъемности подшипника; С — табличное значение динамической грузоподъемности выбранного подшипника
Рассчитаем долговечность выбранного подшипника:
,
где L рассчитываем по формуле
,
где a=3 для шариковых подшипников
Далее рассчитаем динамическую грузоподъемность подшипника:
И далее из неравенства 
<С, мы определяем, что подшипник соответствует динамическому критерию.
Список литературы
1. Курсовое проектирование грузоподъемных машин. Н. Ф. Руденко. «Машиностроение», 1971.
2. Справочник по машиностроительному черчению. А. А. Чекмарев. «Высшая школа», 2004.
3. Расчет и конструирование грузоподъемных машин. «Машиностроение», 1999.
4. ГОСТ 22584-96 Тали электрические канатные, 1997.
5. ГОСТ 2688-80 Канат двойной свивки типа ЛК-Р конструкции 6х19(1+6+6/6)+1 о.с. Сортамент (с Изменениями N 1, 2), 2011.
6. ГОСТ 12080-66. Концы валов цилиндрические, 1994.
7. ИСО 4301/1-86. Краны и подъемные устройства. Классификация, 1987.
8. ГОСТ 25301-95. Редукторы цилиндрические. Параметры, 2000.
9. ОСТ 24.191.08-81 Подвески крюковые крановые. Конструкция и размеры, 1981.
10. ГОСТ 380-60 Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки и общие технические требования, 1961.
11. ГОСТ 8239-89 Двутавры стальные горячекатаные. Сортамент, 1990.
12. ГОСТ 25835-83. Краны грузоподъемные. Классификация механизмов по режимам работы, 1985.
13. «Строительные машины и оборудование». Барсов И.П, 1986.
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 302; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!