Анализ нефтесклада СХПК "Присухонское" (стр. 10 из 14)

При соблюдении всех норм и требований по обслуживанию емкостей и внедрении новых технологий, эти емкости будут служить долго.

4. КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

4.1 Описание разработанного приспособления

Механизация погрузочно-разгрузочных работ – один из важнейших резервов повышения экономической эффективности сельскохозяйственного производства.

Подъемник емкостей (бочек) установлен в маслоскладе и представляет из себя кран мостового типа (кран-балка). Сверху на колонны в маслоскладе устанавливаются рельсы длиной 10 метров, чтобы при подъезде машины к маслоскладу подъемник прямо с машины мог разгружать бочки с маслом. На рельсы устанавливаются колеса, которые между собой связаны ещё одним рельсом, по которому передвигается передвижная тележка. Колеса балки приводятся в движение с помощью электродвигателя через редуктор. Подъем и опускание бочек приводится вручную цепью через редуктор с помощью клещевых захватов, которые имеют С-образную форму и резиновые накладки на самих свободных концах.

При подъезде автомобиля передвигают балку к машине, подводят клещевые захваты и поднимают бочку. Передвигают бочку в склад и устанавливают в нужном месте.

4.2 Расчет подъемника

4.2.1 Исходные данные:

Грузоподъемность, Q = 0,3т

Пролет крана, Lк = 5,5м

Скорость передвижения, V = 0,6 м/с

Высота подъема, H = 3 м

Режим работы средний, управление с пола.

4.2.2 Определение размера ходовых колес

Размеры ходовых колес определяем по формуле:

Dк = 0,02 Rмах (4.1)

Максимальную нагрузку на колесо Rмах вычисляем при одном из крайних положений тали (см. рис. 4.1)

Рисунок 2 «Схема однобалочного крана с талью.»

По ГОСТ 19425-74 принимаем массу тали mт = 45 кг = 0,045т (её вес 450H) и длину

L = 400 мм. Массу кран выбираем приблизительно по прототипу mк = 0,6т (6 кН)

Для определения нагрузки Rмах пользуемся уравнением статики:

∑М2 = 0, или – Rмах ∙ Lк + (Gт + Gт) ∙ (Lr -1) + (Gr – lk) ∙ 0,5Lk = 0 (4.2)

Rмах = (3 + 0,45) ∙ (5,5 – 0,7) + (6 - 0,45) ∙ 0,5 ∙ 5,5 / 5,5 = 5,78 кН

При общем числе ходовых колес Zк = 4 нагрузка приходится на то колесо, вблизи которого расположена тележка.

Следовательно:

Dк = 0,02 5780 = 115,6 мм

Согласно ГОСТ 3569-74 выбираем двухребодное колесо диаметром Dк = 200мм.

Диаметр цапфы:

dц = Dк / (4…6) = (35…50)мм. Принимаем dц = 50 мм

Для изготовления колес используем сталь 45, способ термообработки – нормализация (НВ = 200). Колесо имеет цилиндрическую рабочую поверхность и катится по плоскому рельсу. При этом Dк ≤ 200 мм принимаем плоский рельс прямоугольного сечения, выбирая размеры (ширина рельса) по условию: а<в, при этом Dк ≤ 200 мм ширина поверхности сечения в=50мм. Принимаем а=40мм.

Рабочую поверхность контакта определяем по формуле:

b = а – 2R(4.3)

где R – радиус закругления колеса, R = 9 мм

b = 40 – 2 ∙ 9 = 22 мм

Коэффициент влияния скорости:

Кv = 1 + 0,2V(4.4)

Кv = 1 + 0,2 ∙ 0,6 = 1,12

Для стальных колес коэффициент пропорциональности λ = 190.

Предварительно выбранные ходовые колеса проверяем по контактным напряжениям.

При линейном контакте:

δкл = λ1 ∙ 2 Кv ∙ Rмах / Dк ∙ 6 (4.5)

δ кл = 190 ∙ 2 ∙ 1,12 ∙ 5780 /200 ∙ 22 = 325,9 МПа

Поскольку, допустимые контактные напряжения для стального нормализованного колеса [δ кл] = 450 …500 МПа, то условие прочности выполняется.

4.2.3Определение статистического сопротивления передвижению крана

Сопротивление передвижения определяем по формуле:

Wy =Wтр + Wук (4.6)

где Wтр – сопротивление от сил трения в ходовой части ;

Wук – сопротивление движению от возможного уклона пути.

W тр = G + Gк ∙ (2М + fdu) ∙ Кр / Dк(4.7)

где М – коэффициент трения качения по рельсам , М = 0,3 мм;

f – коэффициент, учитывающий дополнительные потери от трения в ребордах колес, токосъемниках, Кр = 1,5

Wтр= 3+6 ∙ (2 ∙ 0,3 + 0,015 ∙ 50) ∙ 1,5/ 200 = 0,091кН = 91Н

Wук = (G + Gк) ∙ λ (4.8)

где λ – уклон пути, λ = 0,0015

Wук = (3 + 6) ∙ 0,0015 = 0,0135 кН = 13,5Н

Таким образом получаем:

Wу = 91 + 13,5 = 104,5Н

Сила инерции при поступательном движении крана:

Fи = (Q + mk) ∙ V/ tn(4.9)

где Q и mk – масса соответственно груза и крана.

tn – время пуска, tn= 50с.

Fи = (300 + 600) ∙ 0,6 / 5 = 108 Н

Усилие необходимое для передвижения крана в период пуска (разгона).

Wп = Wу + (1,1…1,3) ∙ Fи (4.10)

Wп = 104,5 + 1,3 ∙ 108 = 244,9Н

4.2.4Выбор электродвигателя

Подбираем электродвигатель по требуемой мощности:

Рп.ср. = Рп /ψп.ср. = Wп ∙ V / η ∙ ψ п.ср. (4.11)

где Рп – расчетная пусковая мощность, Рп = Wп ∙ V;

η – к.п.д. механизма передвижения, η = 0,85;

ψ п.ср. – краткость среднего пускового момента по отношению к номинальному, ψ п.ср.=1,65.

Рп.ср. = 244,9 ∙ 0,6 / 0,85 ∙ 1,65 = 104,778Вт

Выбираем асинхронный электродвигатель переменного тока с повышенным скольжением 4А63А6УЗ с параметрами: номинальная мощность Рдв. = 0,18 кВт, номинальная частота вращения, пдв. = 885 мин ˉ¹;

маховый момент ротора (md²)р = 69,410 м кг/м².

Диаметр вала d = 14мм.

Номинальный момент на валу двигателя

Тн = 30 ∙ Рдв. / π ∙ nдв. (4.12)

Тн = 30 ∙ 180 / 3,14 ∙ 885 = 1,94Н∙м

Статистический момент:

Тс = 30Wу ∙ V / п ∙ nдв. (4.13)

Тс = 30 ∙ 104,778 ∙ 0,6 / 3,14 ∙ 885 = 0,676 Н∙м

4.2.5 Подбор муфты

Подбираем муфту с тормозным шкивом для установки тормоза. Берем упругую втулочно-пальцевую муфту с наибольшим диаметром расточки под вал 18 мм и наибольшим передаваемым моментом [Тм] = 32Н∙м;

маховый момент (md²)т = 0,032мм².

Проверяем условие подбора:

[Тм] ≥ Тм

где для муфты Тм = 2,1Тн

Тм = 2,1 ∙ 1,94 = 4,074Н∙м

[Тм] = 32 < Тм = 4,074

4.2.6 Подбор редуктора

Подбираем редуктор по передаточному числу и максимальному вращающему моменту на тихоходном валу.

Передаточное число механизма:

И = nдв. / nк (4.14)

где nк = 60 ∙ V / π ∙ Dк (4.15)

nк = 60 ∙ 0,6 / 3,14 ∙ 0,2 = 57,3 мин ˉ¹

U = 885 / 57,3 = 15,44. Принимаем U = 16

Максимальный момент на валу редуктора.

Тр.мах = Тдв.мах ∙ U ∙ η (4.16)

где Тдв.мах – максимальный момент на валу двигателя.

Тдв.мах = Тн ∙ ψnмах (4.17)

где ψnмах = Тмах / Тн = 2,2

Тдв.мах = 1,94 ∙ 2,2 = 4,268Н∙м

Тр.мах = 4,268 ∙ 16 ∙ 0,8 = 54,63Н∙м

Выбираем червячный редуктор типа Ч-50.

При частоте вращения n = 1000минˉ¹ и среднем режиме работы ближайшее значение вращающего момента на тихоходном валу Ттих = 65Н∙м, что больше расчетного Тр.мах.

4.2.7 Подбор тормоза

Выбираем тормоз по условию [Тт] ≥ Тт. Устанавливаем его на валу электродвигателя.

Тт = (W¹ук – W¹тр.min) ∙ Dк ∙ η / 2∙И + nдв. ∙ (md²)о.т. (4.18)

где W¹ук – сопротивление движения от уклона;

W¹тр.min – сопротивление от сил трения в ходовых частях крана;

(md²)о.т. – общий маховый момент.

W¹ук = 6 ∙ λ (4.19)

W¹ук = 6 ∙ 0,0015 = 0,009кН = 9Н

W¹тр.min = 6 ∙ (2∙µ + f∙du) / Dк (4.20)

W¹тр.min = 6 ∙ (2 ∙ 0,3 + 0,015 ∙ 50) / 200 = 0,045кН = 45Н

(md²)о.т. = 1,2 ∙ [(md²)р + (md²)т ]+ 365 mk ∙ V² ∙ η / ηдв.² (4.21)

(md²)о.т. = 1,2 ∙ [10,00694 + 0,032] + 365 ∙ 600 ∙ 0,6² ∙ 0,85 / 885² = 0,132 кг/м²

Время торможения tт

tт = V / ат.min(4.22)

где ат.min – максимально допустимое ускорение.

ат.min = Zпр / Zк ∙ ψсу / Ксу – f ∙ dy / Dк + (2µ + fdu) ∙ 1 ∙ q / Dк (4.23)

где Zпр – число приводных колес, Zпр = 1;

Zк – общее количество колес, Zк = 4;

Ксу – запас сцепления, Ксу = 1,2;

ψсу – коэффициент сцепления ходовых колес с рельсами, ψсу = 0,15;

q – ускорение свободного падения, q = 9,81м/с²

ат.min = 1 / 4 ∙ 0,15 / 1,2 – 0,015 ∙ 50 / 200 + (2 ∙ 0,3 + 0,015 ∙ 50) ∙ 1 ∙ 9,81 /200 = 0,66м/с²

tт = 0,6 / 0,66 = 0,91с

Тт = (9 – 40,5) ∙ 0,2 ∙ 0,85 / (2 ∙ 16) + 885 ∙ 0,132 / (38 ∙ 0,91) = 3,21Н/м

Выбираем тормоз ТКТ-100 с номинальным тормозным моментом [Тт] = 10 Н/м.

4.2.8 Расчет механизма передвижения тележки с ручным приводом

4.2.8.1Определение веса груза, тали и тележки

Gг = Q ∙ q(4.24)

Gг = 300 ∙ 10 = 3000Н

Gт = mт ∙ q(4.25)

Gт = 45 ∙ 10 = 450Н

Gтел = 0,5 ∙ 450 = 225Н

4.2.8.2 Определение размера ходового колеса

Средний диаметр обода определяется по формуле:

Dк ≥ 1,7 Rмах

где Rмах – нагрузка на колесо

Rмах = (G+Gт+Gтел)/Zк (4.26)

Rмах = (300+450+225)/4 = 243,75Н

Dк = 1,7 ∙ 243,75 = 36,54

Принимаем Dк – 100 мм

Определяем диаметр цапфы:

Dц = Dк/(4…6) (4.27)

Dц = 100/(4…6) = 16,6…25мм

Принимаем Dц = 20мм

Выполняем проверочный расчет ходовых колес по контактным напряжениям:

δк.л. = λт ∙ 2Кv ∙ Rмах / bDк (4.28)

где λт – коэффициент пропорциональности для стальных колес, λт = 126;

Кv – коэффициент влияния скорости при ручном приводе, Кv = 1;

b – ширина поверхностей контакта, b<0,5b – 0,5S – R – r (4.29)

где b – ширина принятого двутавра. При Dк = 100мм принимаем двутавр №18, b = 90мм;

S – толщина стенки двутавра, S=5,1мм;

R – радиус закругления полки, R=9мм;

r – радиус закругления полки, r=3,5мм

b < 0,5 ∙ 90 – 0,5 ∙ 5,1 – 9 – 3,5 = 29,95. Принимаем b=25мм.

δкл = 126 ∙ 2 ∙ 1 ∙ 243,75 / (25 ∙ 100) = 55,64МПа

Допустимое напряжение [δкл] = 350МПа > δкл = 55,64МПа.

4.2.8.3 Определение сопротивления передвижению в ходовых частях тележки

Wтр = (Gг + Gт + Gтел) ∙ (2µ + fdu) ∙ Кр / Dк (4.30)

Wтр = (300+450+225) ∙ (2 ∙ 0,3 + 0,015 ∙ 20) ∙ 1,5 /100 = 13,16Н

Момент от сил трения:

Тс = Wтр ∙ Dк /2 (4.31)

Тс = 13,16 ∙ 0,1 / 2 = 0,658Н/м

Момент на приводном валу создаваемый рабочим.