3.6 Расчет пружины.

Наружный диаметр тормозного диска D_Н определяем конструктивно по диаметру барабана: принимаем D_Н =180 мм. Внутренний диаметр D_B =0.5* D_Н=90 мм. (Полуразность радиусов удовлетворяет условию [1, с.14]).

Давление на рабочих поверхностях фрикционных обкладок

[1, с.11, табл.4]

Начальный суммарный осевой зазор между трущимися поверхностями

Наибольший зазор

При достижении наибольшего зазора осуществляют регулировку зазора до начального значения.

Сила пружины:

Пружины сжатия выбираем тарельчатые, т.к. нагрузка динамическая, деформация каждой тарелки ≤0,6s_n, где s_n=ns [3, с.371], F_n=F. Пружины в пакет устанавливаются при помощи направляющего стержня.

Окончательно выбираем тарельчатые пружины по ГОСТ 3057-90, тип 1, F_max=132Н, при действии силы F_пр=47.6Н осадка одного диска составит примерно 0,2s, т.е. 0,09 мм. Если отрегулировать тормоз на полный номинальный момент, то рабочая длина сжатой пружины

Где z – число пружин в пакете,

Δl₁ – осадка одной пружины под нагрузкой.

3.7 Расчет электромагнита.

Работа кольцевого электромагнита:

_м = _м s_м  1,25 * F_пр * _max = 1,25 *47,6 * 0,64 = 38,1 Нм

где F_м - тяговая сила магнита;

s_м - ход якоря.

Площадь воздушного зазора между корпусом электромагнита и якорем:

Индукция электромагнитного поля в воздушном зазоре:

где = 410^-7Гн/м - магнитная постоянная.

Напряжённость магнитного поля в воздушном зазоре:

I_w = 2 H_o= 2 0,3180,64*10^-3 =4,07*10^-4 A

где - наибольшее значение воздушного зазора, м.

Площадь поперечного сечения катушки электромагнита

где 2A/м² - плотность тока;

k 0,5 - коэффициент, учитывающий заполнение проволокой сечения катушки.

Полученную площадь сравнивают с площадью поперечного сечения катушки по предварительному эскизу тормоза и электромагнита

Так как площадь поперечного сечения ранее принятой катушки отличается от потребной менее чем на 10%, то принимаем длину l_k.

3.8 Конструирование блоков

Диаметр блока по дну ручья

Принимаем диаметр блока 140 мм по табл.6 [1, с. 22]

Для одного крана желательно все блоки унифицировать.

3.9 Выбор крюка.

Крюк выбираем по ГОСТ 6627-66 в соответствии с грузоподъемностью и группой режима работы. Дополнительных расчетов крюка не требуется.

Q=5 кН, режим работы 4М: выбираем крюк №4 [2, с.14].

4. Расчет соединений.

4.1 Расчет шпоночных соединений.

4.1.1 Соединение вал электродвигателя - муфта.

Для диаметра вала d=20 принимаем призматическую шпонку по ГОСТ 23360-78 b=6 мм, h=6 мм.

Определяем расчетную длину призматической шпонки:

Примем длину шпонки l=28мм.

4.2 Винты для крепления каната на барабане.

Определим силу затяжки винтов:

Н

где z– кол – во винтов.

Принимаем класс прочности винтов 3.6, тогда предел текучести =200МПа. Допустимое напряжение сжатияМПа

Расчётный диаметр винтов:

мм

Окончательно выбираем винты М10.

5. Металлоконструкция.

5.1 Определение основных размеров

Основные размеры металлоконструкции назначаем по эмпирическим формулам, соответствующим опытным данным и обеспечивающие жесткость конструкции, близкую к нормированной.

Исходными данными для расчета является вылет стрелы L=4500 мм, грузоподъемностьQ=5000 Н, высота подъема груза Н=4000 мм, скорость передвижения крановой тележки (тали)V=8 м/мин.

Кран балочного типа с переменным вылетом (с внешней опорой) – по рис. 4.3 [4,c.6].

Расстояние между серединами опор

Наиболее выгодны по массе балки коробчатого сечения. Высота балки

_{Принимаем высоту балки h=560 мм.}

_{Ширина балки}

_{Толщина стенки}

_{Принимаем 4 мм.}

_{Толщина верхнего пояса}

_{Принимаем 6 мм.}

_{Толщина нижнего пояса, т.к. он служит рельсом для колес электротали:}

_{, где}

_{Fп – подвижная нагрузка от колеса, Н}

_{KQ =1,3 – по табл.2 [4,с.19] принимаем в зависимости от режима эксплуатации;}

_{Kq =1,1– по табл.1 [там же] учитывает удары от неровностей пути;}

_{[σ] – допускаемое напряжение на изгиб, МПа.}

_{Принимаем δп.н.=7 мм.}

_{Размер Δ выбирается по условию размещения ходового колеса. Предварительно принимаем}

_{Ширина нижнего пояса}

Высота эквивалентного сечения

Расстояние между внутренними стенками сечения принимаем стандартным, что позволяет выполнять диафрагмы из прокатных полос без обрезки по длине. Диафрагмы к верхнему растянутому поясу не приваривают.

Расчетное сечение показано на рисунке.

Свес пояса над стенкой в 11 мм обеспечивает удобство автоматической сварки.

Координаты центра тяжести сечения

Момент инерции определяем, пренебрегая собственными моментами инерции поясов:

Расстояние от нижнего пояса до зева крюка (~800 мм) и до верхнего обреза колонны (~300 мм) определяем по аналогии с подобными конструкциями. Тогда высота колонны:

H_кол =H+0.8-0.3 = 4+0.8-0.3 = 4.5м

Диаметр колонны

Принимаем D_кол =377 мм (труба бесшовная горячекатаная).

Толщина стенки колонны:

_кол=(0.05…0.08)D_кол=(0.05…0.08)*355,4 = 18,85…30,16 мм

принимаем _кол=28 мм.

Момент инерции колонны:

J_кол=0.32D_кол³*_кол=0.32*377³*28=480*10⁶мм⁴

5.2. Проверка статического прогиба.

Эпюра изгибающих моментов аналогична приведенной на рисунке.

Расчетная длина стрелы:

Фактический прогиб:

Допустимый прогиб:

Как видно, фактический прогиб не превышает допустимый.

5.3. Определение веса металлоконструкции.

Вес стрелы:

Координаты центра тяжести стрелы:

Вес подвижной колонны

Вес неподвижной колонны:

G_кол=2.5*10^-4D_кол*_кол*H_кол=2.5*10^-4*425*28*4500=13388H

5.4.Проверка времени затухания колебаний.

Приведенная масса:

Жесткость:

Период собственных колебаний:

Логарифмический декремент затухания:

Начальная амплитуда:

Время затухания колебаний

- условие выполнено.

5.5 Проверка прочности.

Допускаемое нормальное напряжение:

Допускаемое касательное напряжение, в том числе и для сварных швов:

Расчет в данном случае целесообразно начинать с подвижной колонны, так как в опасном сечении подвижной колонны действует наибольший момент в вертикальной плоскости.

Момент инерции опасного сечения стрелы:

Момент сопротивления изгибу:

Напряжение изгиба:

Условие выполняется.

5.6 Проверочный расчет сварного соединения стрелы с опорой.

1. Положение, форма и размеры опасного сечения.Сварное соединение нахлесточное, швы угловые, их рассчитывают по условным касательным напряжениям. Один из размеров опасного сечения шва – биссектриса в равнобедренном прямоугольном треугольнике с катетомk, второй – суммарная длина швов. На каждом из участков сварного шва опасное сечение наклонено под углом 45° к плоскости стыка деталей.

2. Расчетное сечение получено поворотом опасного сечения швов на плоскость стыка деталей 1 и 2.

3. Положение центра масс расчетного сечения. Т.к. фигура симметрична, то центр масс шва совпадает с центром симметрии.

4. Силовые факторы, действующие на соединение. При параллельном переносе внешней силы в точку С – центр масс расчетного сечения шва – получаем нормальную силуF=F_Q+G_стрелы+G_тали=5000+2729+1500=9229Н и отрывающий момент

М=(F_Q+G_тали)*L+G_стрелы*L/3=(5000+1500)*4,5+2729*1,5=33343.5H*м

5. Напряжения в расчентном сечении шва

а) от нормальной силы

б)от отрывающего момента пропорциональны расстоянию до нейстральной линии, проходящей через центр масс; максимальное напряжение в наиболее удаленных точках:

Мосент инерции расчетного сечения шва

6. Суммарные напряжения для наиболее опасно нагруженной точки:

7. Допускаемое напряжение для сварного шва. Допускаемое напряжение на растяжение для основного металла (для стали Ст3), сварка ручная, обычного качества [табл.2.1, 5, с.9]:

Прочность сварного шва достаточна.