JEŘÁBOVÁ KLADNICE - NOSNOST 12,5 T CRANE HOOK BLOCK - LIFTING CAPACITY 12,5 TONS

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV AUTOMOBILNÍHO A DOPRAVNÍHO INŽENÝRSTVÍ FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING INSTITUTE OF AUTOMOTIVE ENGINEERING

JEŘÁBOVÁ KLADNICE - NOSNOST 12,5 T CRANE HOOK BLOCK - LIFTING CAPACITY 12,5 TONS

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR´S THESIS

AUTOR PRÁCE

PETR VEČEŘ

AUTHOR

VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR

BRNO 2014

Ing. PŘEMYSL POKORNÝ, Ph.D.

ABSTRAKT, KLÍČOVÁ SLOVA

ABSTRAKT Úkolem této bakalářské práce je návrh a výpočet jeřábové kladnice o nosnosti 12, 5 tun. Práce obsahuje popis částí kladnice a návrh jejich konstrukčního řešení pro danou nosnost. V následující části je proveden návrh lana, lanových kladek, pevnostní výpočet příčníku, osy kladek, bočnic, matice háku a nakonec návrh loţisek. Práce je doplněna přílohami, které se skládají z výkresu sestavení kladnice, seznamu poloţek a výrobního výkresu příčníku.

KLÍČOVÁ SLOVA Jeřábová kladnice, pevnostní výpočet, příčník, bočnice, lanová kladka, nosnost 12,5 t, jeřábový hák, lano

ABSTRACT The objective of this bachelor´s thesis is design and calculation of crane hook block with lifting capacity 12,5 tons. Work contains description of crane hook block parts and design and proposal of construction solution for a specified capacity. The following part contains design of rope, rope pulleys, strength calculation of cross member of the hook block, axis of pulleys, sidewalls, nut of crane hook and in the finish part are design bearings. Work is completed with attachments of assembly drawing, pieces list and manufacturing drawing of cross member of the hook block.

KEYWORDS Crane hook block, strength calculation, cross member of the hook block, sidewalls, rope pulley, lifting capacity 12,5 tons, crane hook, rope

BRNO 2014

BIBLIOGRAFICKÁ CITACE

BIBLIOGRAFICKÁ CITACE VEČEŘ, P. Jeřábová kladnice - nosnost 12,5t. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inţenýrství, 2014. 38 s. Vedoucí bakalářské práce Ing. Přemysl Pokorný, Ph.D.

BRNO 2014

ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ

ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, ţe tato práce je mým původním dílem, zpracoval jsem ji samostatně pod vedením Ing. Přemysl Pokorný, Ph.D. a s pouţitím literatury uvedené v seznamu.

V Brně dne 26. května 2014

…….……..………………………………………….. Petr Večeř

BRNO 2014

PODĚKOVÁNÍ

PODĚKOVÁNÍ Chtěl bych poděkovat především svému vedoucímu bakalářské práce Ing. Přemyslovi Pokornému, Ph.D. za věcné rady, technické připomínky, které mi pomohly k vypracování této bakalářské práce.

BRNO 2014

OBSAH

OBSAH Úvod ......................................................................................................................................... 10 Cíle práce .................................................................................................................................. 11 1

Jeřábová kladnice ............................................................................................................. 12

2

Konstrukční řešení ............................................................................................................ 14

3

2.1

Lanová kladka ............................................................................................................ 14

2.2

Příčník ........................................................................................................................ 15

2.3

Bočnice ...................................................................................................................... 15

2.4

Čep kladek ................................................................................................................. 16

2.5

Matice háku ................................................................................................................ 16

2.6

Hák ............................................................................................................................. 17

2.7

Krytování ................................................................................................................... 18

Návrh a výpočet ................................................................................................................ 19 3.1

Návrh lana .................................................................................................................. 19

3.1.1

Výpočet statické síly........................................................................................... 19

3.1.2

Výpočet celkové síly .......................................................................................... 19

3.1.3

Výpočet síly v laně ............................................................................................. 19

3.1.4

Jmenovitá únosnost lana ..................................................................................... 20

3.1.5

Volba lana ........................................................................................................... 20

3.1.6

Skutečná bezpečnost lana ................................................................................... 20

3.2

Výpočet rozměrů vodících kladek ............................................................................. 21

3.2.1

Teoretický průměr vodící kladky ....................................................................... 21

3.2.2

Jmenovitý průměr vodící kladky ........................................................................ 21

3.3

Výpočet sil ................................................................................................................. 22

3.3.1

Síla působící na kladky ....................................................................................... 22

3.3.2

Síla působící na bočnice ..................................................................................... 22

3.4

Výpočet příčníku ........................................................................................................ 22

3.4.1

Čep příčníku ....................................................................................................... 23

3.4.2

Střední část příčníku ........................................................................................... 25

3.5

Bočnice ...................................................................................................................... 26

3.5.1

Šířka bočnice ...................................................................................................... 27

3.5.2

Kontrola bočnice na otlačení .............................................................................. 27

3.6

Čep kladek ................................................................................................................. 28

3.7

Návrh závitu háku a matice ....................................................................................... 29

3.7.1

Nosná hloubka závitu ......................................................................................... 29

3.7.2

Výpočet výšky matice z otlačení ........................................................................ 30

BRNO 2014

8

OBSAH

3.7.3 3.8

Pevnostní kontrola dříku háku na tah ................................................................. 30

Volba loţisek ............................................................................................................. 31

3.8.1

Axiální loţisko.................................................................................................... 31

3.8.2

Radiální loţiska .................................................................................................. 32

Závěr ......................................................................................................................................... 33 Seznam pouţitých zkratek a symbolů ...................................................................................... 36 Seznam příloh ........................................................................................................................... 38

BRNO 2014

9

ÚVOD

ÚVOD Jeřábová (lanová) kladnice je součástí zdvihacího zařízení, které se vyuţívá v mnoha odvětvích průmyslu ke zdvihání a přemisťování těţkých břemen. Pomocí tohoto zařízení se rovnoměrně rozkládá síla působící na hák do jednotlivých lan kladnice. Kladnice se skládá z příčníku, matice háku, bočnic, čepu kladek, lanových kladek, axiálního loţiska háku, radiálních loţisek kladek a krytování, viz.obr. 1.1. Při konstrukci jeřábové kladnice by mělo být dosaţeno jednoduchosti jednotlivých dílů na výrobu. Zároveň je u tohoto zařízení poţadavek na bezpečné plnění funkce v provozu i pokud bude zařízení přetíţeno, například z důvodu neodhadnutí hmotnosti břemene obsluhou.

Obr. 1.1 Komponenty jeřábové kladnice

BRNO 2014

10

CÍLE PRÁCE

CÍLE PRÁCE Cílem této práce je návrh jeřábové kladnice pro nosnost 12,5 tun. je klasifikován dle ČSN ISO 4301-1 M3. Počet navíjených lan na buben je 2.

Mechanismus

CÍLE JSOU ROZDĚLENY DO NÁSLEDUJÍCÍCH BODŮ: - Popis částí kladnice - Koncepce navrţeného řešení - Návrh a pevnostní výpočet jednotlivých komponent - Zhotovení výkresu sestavení a seznamu poloţek - Zhotovení výrobního výkresu příčníku

BRNO 2014

11

JEŘÁBOVÁ KLADNICE

1 JEŘÁBOVÁ KLADNICE Kladnice umoţňují dosáhnout převod mezi hákem a bubnem nebo poháněnou kladkou. Dle uspořádání převodu můţou být jedno-, dvoj- a nebo vícekladkové [1].

Obr. 1.2 Zdvojené provedení lanového převodu i=2 [6]

Nejčastěji pouţívané lanové kladnice, které mají dvě nebo více kladek, bývají v zásadě v provedení normálním nebo zkráceném, viz. obr. 1.3. Výhodou normálního provedení (kladky jsou uloţeny na jednom čepu, hák na druhém) je, ţe můţe být menší délka bubnu, ale ztrácí se na zdvihací výšce. Z tohoto důvodu se pro dvoukladkové a čtyřkladkové kladnice pouţívá provedení zkrácené (hák i kladky jsou uloţeny na stejném čepu, je nutno pouţít hák s delším dříkem). Provedení normální je častěji pouţíváno pro větší počet kladek v kladnici. Dále mohou být typizované provedení kladnic dle nosností, viz. obr. 1.4 [2].

Obr. 1.3 Provedení lanové kladnice a) normální, b) zkrácené [6]

BRNO 2014

12

JEŘÁBOVÁ KLADNICE

Obr. 1.4 Typizovaná lanová kladnice 5 t a 12,5 t [6]

Na trhu se můţeme setkat s kladnicemi, které mají různá technická vylepšení. Mohou být vybaveny například blokovacím systémem, který umoţňuje zablokovat otáčení háku v předem stanovených polohách nebo můţou být motoricky otočné. Dále mohou být také osazeny váţícím systémem, zásuvkou pro napájení a ovládání elektromagnetu nebo hydraulického drapáku [14].

BRNO 2014

13

KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ

2 KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ Konstrukční provedení kladnice je voleno normální se dvěmi vodícími kladkami, bez pouţití vyrovnávací kladky, kladky jsou umístěny na konci čepu. Hák je dle zadání jednoduchý.

2.1 LANOVÁ KLADKA Lanové kladky mohou být vodící nebo vyrovnávací. Vyrovnávací kladky mají za úkol vyrovnat tah v jednotlivých větvích lana [6]. Dráţka kladky musí být hladce obrobena, se zaoblenými okraji. Tento poţadavek je proto, aby nedocházelo k velkému opotřebení lana [3]. Kladky se nejčastěji vyrábí jako odlitek z lité oceli 42 2650.2, větší průměry mohou být vyráběny svařováním z materiálu 11 373 [3]. Kladky bývají uloţeny na pouzdrech nebo na valivých loţiskách, viz. obr. 2.1 [6].

Obr. 2.1 Uložení kladky na a) pouzdře, b) kuličkových ložiskách [6]

Pro tuto práci je voleno uloţení na kuličkových loţiskách SKF. V kladce je vyrobeno osazení, které slouţí k zajištění loţisek. Loţiska budou mazána kulovou mazací hlavicí, která je spojena s mazacím kanálem vyrobeným uvnitř čepu kladek. Po obvodu čepu jsou vyrobeny otvory, pomocí kterých se mazivo dopravuje k loţiskům.

BRNO 2014

14

KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ

Obr. 2.2 Lanová kladka

2.2 PŘÍČNÍK V příčníku je uloţen jeřábový hák, příčník je vyroben jako výkovek z materiálu 11 700 / E360. Třískovým obráběním jsou dále vytvořeny čepy pro uloţení bočnic a dráţka pro axiální loţisko. Na čepech jsou dále vyrobeny dráţky, ve kterých jsou umístěny normalizované přídrţky dle [8]. Přídrţka slouţí k zajištění axiálního posunu.

Obr. 2.3 Příčník

2.3 BOČNICE Bočnice slouţí ke spojení příčníku a čepu kladek. Jsou vyráběny jako výpalek z plechu z materiálu 11 600 / E335. Díry pro příčník a čep kladek budou obrobeny a dále budou vytvořeny díry se závitem, pomocí kterých se budou uchycovat přídrţky příčníku.

BRNO 2014

15

KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ

Obr. 2.4 Bočnice

2.4 ČEP KLADEK Čep kladek bude zhotoven třískovým obráběním z oceli 11 700 / E360. Na čepu jsou uloţeny kuličková loţiska firmy SKF, která jsou zajištěny pomocí MB podloţky a KM matice. Z tohoto důvodu je na koncích čepu vyroben závit M95x2 a vyfrézovaná dráţka pro MB podloţku. Ve středu a po obvodu čepu budou zhotoveny díry, zajišťující přísun maziva k loţiskům.

Obr. 2.5 Čep kladek (částečný řez)

2.5 MATICE HÁKU Matice je vyrobena třískovým obráběním z materiálu 11 600 / E335. V matici je vyrobeno vnitřní osazení, které slouţí k uloţení axiálního loţiska. Hák je zajištěn pomocí příloţky, která je upevněna šrouby k matici, proto jsou na matici vyrobeny dvě slepé díry se závitem. Dále jsou na matici vyvrtány slepé díry, které slouţí k dotaţení matice pomocí speciálního klíče.

BRNO 2014

16

KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ

Obr. 2.6 Řez maticí háku

2.6 HÁK Háky jsou pouţívány k zavěšování břemen. Dle způsobu výroby se dělí na kované a lamelové. Odlévané a svařované háky se u jeřábů nesmějí pouţívat. Dále se háky dělí podle tvaru na jednoduché nebo dvojité. Jednoduché háky jsou pouţívány do nosnosti 32 t. Dvojité háky se pouţívají pro nosnosti do 200t. Velmi důleţitý je u háků závit a jeho přechod do dříku. Podle normy se pouţívají do nosnosti 12,5 t metrické závity, pro větší nosnosti závity lichoběţníkové [6]. V této práci je pro zadanou nosnost volen jeřábový hák jednoduchý s metrickým závitem M72x6 [6].

Obr. 2.7 Jeřábový hák jednoduchý

BRNO 2014

17

KONSTRUKČNÍ ŘEŠENÍ

2.7 KRYTOVÁNÍ Kryty se skládají ze dvou dílů. První díl je vyroben jako výpalek z plechu z materiálu 11 373 / S235JRG1. Tento díl má tvar pravidelného šestihranu a jsou k němu přivařeny příloţky, které slouţí k vymezení polohy tohoto dílu vzhledem k bočnici. Druhý díl je vyroben jako výlisek z plechu, na kterém jsou přivařeny drţáky k přišroubování. Pro snadný přístup k maznici umístěné v čepu kladky je v krytu vytvořen otvor. Dále jsou na obvodu vyříznuty dva otvory pro průchod lan.

Obr. 2.8 Krytování kladnice a) první díl krytu, b) druhý díl krytu, c) kompletní kryt

BRNO 2014

18

NÁVRH A VÝPOČET

3 NÁVRH A VÝPOČET V této části práce je proveden návrh a výpočet lana a lanových kladek, příčníku, bočnic, návrh průměrů čepu kladek, návrh matice háku a volba axiálních a radiálních loţisek.

3.1 NÁVRH LANA Silové účinky na lano vypočteny dle [9] 3.1.1 VÝPOČET STATICKÉ SÍLY

FS  (Q    mk )  g  (12500 1,3  250)  9,81 FS  161 865 N

(1)

Kde: Q γ mk g

[kg] [-] [kg] [m.s-2]

hmotnost břemene součinitel náhodného zvětšení břemene předpokládaná hmotnost kladnice, odhadnuto dle [2] tíhové zrychlení

3.1.2 VÝPOČET CELKOVÉ SÍLY Volena zdvihová rychlost vz=10 m.min-1 = 0,1667 m.s-1

FC  FS (1,3  0,39  v z )  161865 (1,3  0,39  0,1667) FC  220 947,8 N

(2)

Kde: FS vz

[N] [m.s-1]

statická síla zdvihová rychlost

3.1.3 VÝPOČET SÍLY V LANĚ

FC 220947,8  n  4  0,99 FL  55 794,9 N FL 

(3)

Kde: FC n η

BRNO 2014

[N] [-] [-]

celková síla počet nosných průřezů lana účinnost kladkostroje, dle [9]

19

NÁVRH A VÝPOČET

3.1.4 JMENOVITÁ ÚNOSNOST LANA

FP  k L  FL  4,1 55794,9

(4)

FP  228 759,1 N  228,8 kN Kde: kL FL

[-] [N]

součinitel bezpečnosti lana, volen dle [9] osová síla v laně

3.1.5 VOLBA LANA Na základě vypočtené únosnosti lana voleno lano šestipramenné, konstrukce SEAL, 186 drátů (6x31), dle [15] - průměr lana - pevnost drátů lana - únosnost lana

dL = 19 mm 1770 MPa 240,7 kN

Jedná se o lano vinuté protiběţným způsobem. Prameny lana mají vnější vrstvu drátů větších průměrů. Tato lana jsou odolná proti otěru. Ohebnost lana je zajištěna dráty menších průměrů první a druhé vrstvy [15]. 228,8 kN  240,7 kN  volené lano vyhovuje

Obr. 3.1 Lano SEAL 186 drátů [15]

3.1.6 SKUTEČNÁ BEZPEČNOST LANA

k Lskut 

Fpskut FL



240,7 55,8

(5)

k Lskut  4,3 Kde: Fpskut FL

BRNO 2014

[N] [N]

jmenovitá únosnost lana osová síla v laně

20

NÁVRH A VÝPOČET

3.2 VÝPOČET ROZMĚRŮ VODÍCÍCH KLADEK Kladnice bude sloţena ze 2 vodících kladek. Je volena varianta, která bude bez vyrovnávacích kladek. Kladky budou vyrobeny jako odlitek. Výpočet rozměrů kladek je proveden dle [10]. 3.2.1 TEORETICKÝ PRŮMĚR VODÍCÍ KLADKY - druh provozu: střední

αkl = 24

D  d L   kl  19  24

(6)

D  456mm Kde: dL αkl

[mm] [-]

průměr lana součinitel závislý na typu kladky a druhu provozu, dle [10]

3.2.2 JMENOVITÝ PRŮMĚR VODÍCÍ KLADKY

Dk  D  d L  456  19

(7)

Dk  437 mm Kde: D dL

[mm] [mm]

teoretický průměr vodící kladky průměr lana

Průměr Dk je u kladek normalizován. Pro průměry Dk jsou normou uvedeny tyto rozměry: 50, 63, 80, 100, 125, 160, 220, 250, 280, 315, 355, 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1 000, 1 120, 1 250, 1 400, 1 600, 1 800, 2 000 mm [10]. Volen průměr kladky Dk = 450 mm

- a = 54 mm - b = 36 mm - c = 10 mm - e = 1 mm - r = 10,6 mm - r1 = 18 mm - r2 = 5 mm - r3 = 4 mm Obr 3.2 Drážka a věnec lité kladky [5]

BRNO 2014

21

NÁVRH A VÝPOČET

3.3 VÝPOČET SIL 3.3.1 SÍLA PŮSOBÍCÍ NA KLADKY FC 220947,8  i 2 FR  110 473,9 N FR 

(8)

Kde: FC i

[N] [-]

celková síla počet kladek

3.3.2 SÍLA PŮSOBÍCÍ NA BOČNICE FB  FR

(9)

FB  110 473,9 N

Kde: FR

[N]

síla působící na kladky

3.4 VÝPOČET PŘÍČNÍKU Volen materiál příčníku 11 700 / E360 Mez kluzu ReP = 350 MPa, dle [5]

Obr. 3.3 Zatížení příčníku

BRNO 2014

22

NÁVRH A VÝPOČET

3.4.1 ČEP PŘÍČNÍKU MAXIMÁLNÍ OHYBOVÝ MOMENT ČEPU PŘÍČNÍKU tb 35  110473,9  2 2  1 933 293,3 N  mm

M oPČ max  FB  M oPČ max

(10)

Kde: FB tb

síla působící na bočnice tloušťka bočnice

[N] [m]

Výpočet průměru čepu příčníku proveden dle [4]

 oPČ   PČ 

M oPČ max Wo



ReP kP

(11)

Z rovnice (11) provedeme vyjádření průměru čepu příčníku dPČ: d PČ  3

 PČ  32  M oPČ max  k P 3 2  32  1933293,3  2,5    ReP   350

(12)

d PČ  65,5 mm

Kde: αPČ MoPČmax kP ReP Wo

[-] [N.mm] [-] [MPa] [mm3]

součinitel koncentrace napětí pro čep příčníku, dle [4] maximální ohybový moment čepu příčníku součinitel bezpečnosti pro příčník mez kluzu materiálu příčníku průřezový modul v ohybu

Volen průměr čepu dPČ = 70 mm VÝPOČET SMYKOVÉHO NAPĚTÍ

FB FB 110473,9   3   702 S   d PČ 4 4  Č  28,7 MPa

Č 

(13)

Kde: FB dPČ

BRNO 2014

[N] [mm]

síla působící na bočnice průměr čepu příčníku

23

NÁVRH A VÝPOČET

VÝPOČET OHYBOVÉHO NAPĚTÍ

 oPČ   PČ 

32  M oPČ max

  d PČ

3

 2,15 

32  1933293,3   703

(14)

 oPČ  123,4 MPa Kde: αPČ MoPČmax dPČ

[-] [N.mm] [mm]

součinitel koncentrace napětí pro čep příčníku maximální ohybový moment čepu příčníku průměr čepu příčníku

KONTROLA NA REDUKOVANÉ NAPĚTÍ Výpočet redukovaného napětí pro kombinované namáhání čepu dle teorie HMH [4]

 red   oPČ 2  3  ( 0  č )2  123,42  3  (1  28,7)2  red  133 MPa

(15)

Kde: α0 σoPČ τPČ

[-] [MPa] [MPa]

opravný součinitel, dle [4] ohybové napětí v čepu příčníku smykové napětí čepu příčníku

VÝPOČET DOVOLENÉHO NAPĚTÍ

 dovP 

ReP 350  kP 2,5

(16)

 dovP  140 MPa

 red   dovP 133MPa 140 MPa  vyhovuje

Kde: kP ReP σred

BRNO 2014

[-] [MPa] [MPa]

součinitel bezpečnosti pro příčník mez kluzu materiálu příčníku redukované napětí čepu příčníku

24

NÁVRH A VÝPOČET

3.4.2 STŘEDNÍ ČÁST PŘÍČNÍKU

Obr. 3.4 Rozměry příčníku (řez)

MAXIMÁLNÍ OHYBOVÝ MOMENT

bp  t  35 170  M Op max  FB   b    110473,9     2 2 2 2     M Op max  11 323 574,8 N  mm

(17)

Kde: FB tb bp

síla působící na bočnice tloušťka bočnice šířka příčníku

[N] [mm] [mm]

PRŮŘEZOVÝ MODUL V OHYBU b p  h1

2

b3  h3 b´2  h2 170  75 2 140  5 2 77  70 2 WO       6 6 6 6 6 6 3 WO  95 908,3 mm 2

2

(18)

Kde: bp, b2, b3, h1, h2, h3

BRNO 2014

[mm] [mm]

rozměry příčníku dle obr. 3.4 rozměry příčníku dle obr. 3.4

25

NÁVRH A VÝPOČET

MAXIMÁLNÍ NAPĚTÍ V OHYBU

 Op max 

M Op max WO



11323574,8 95908,3

(19)

 Op max  118,1MPa Kde: MOpmax WO

[N.mm] [mm3]

maximální ohybový moment příčníku průřezový modul v ohybu

VÝPOČET DOVOLENÉHO NAPĚTÍ

 dovP 

ReP 350  kP 2,5

(20)

 dovP  140 MPa

 Op max   dovP 118,1 MPa 140 MPa  vyhovuje

Kde: kP ReP σOmax

[-] [MPa] [MPa]

součinitel bezpečnosti pro příčník mez kluzu materiálu příčníku maximální napětí v ohybu

3.5 BOČNICE Bočnice je zatěţována silou FB, která byla vypočtena v rovnici (9). Bočnice je vyrobena z materiálu 11 600 / E335 Dle [5] jsou pro volený materiál tyto parametry: Reb = 300 MPa pDb = 50 MPa

Obr 3.5 Rozměry bočnice

BRNO 2014

26

NÁVRH A VÝPOČET

3.5.1 ŠÍŘKA BOČNICE Výpočet šířky bočnice proveden z namáhání na tah:

 t  b 

R FB FB  b   eb S (hb  d čk )  t b kb

(21)

Kde: αb FB hb dčk tb Reb kb

[-] [N] [mm] [mm] [mm] [MPa] [-]

součnitel koncentrace napětí bočnice, voleno dle [7] síla působící na bočnice šířka bočnice průměr čepu kladek tloušťka bočnice mez kluzu pro materiál bočnice součinitel bezpečnosti bočnice

Z rovnice (21) vyjádříme hb: hb 

kb   b  FB  Reb  dčk  tb 2,5  2,1  110473,9  300  95  35  Reb  tb 300  35

(22)

hb  150,3 mm

Volena šířka bočnice hb = 160 mm. 3.5.2 KONTROLA BOČNICE NA OTLAČENÍ

pb 

FB FB   p Db S t b  d pč

(23)

110473,9 35  70 pb  45,1 MPa pb 

pb  p Db 45,1 MPa  50 MPa  vyhovuje

Kde: pb FB dpč tb pDb

BRNO 2014

[MPa] [N] [mm] [mm] [MPa]

skutečné otlačení bočnice síla působící na bočnice průměr čepu příčníku tloušťka bočnice dovolený tlak pro materiál bočnice, volen dle [5]

27

NÁVRH A VÝPOČET

3.6 ČEP KLADEK Čep kladek je namáhán silami působícími od bočnic a silami působícími od kladek. Čep lze převést na nosník na dvou podporách, který je zatíţený silami. Materiálem čepu je volena konstrukční ocel 11700 / E360.

Obr. 3.6 Zatížení čepu kladek

MAXIMÁLNÍ OHYBOVÝ MOMENT

M Oč max  FR  e  110473,9  75,5 M Oč max  8 340 779,5 N  mm

(24)

Kde: FR e

[N] [mm]

síla působící na kladky vzdálenost dle obr. 3.6

Výpočet proveden dle [4]

 OČ  č 

BRNO 2014

M Oč max M R   č  Oč max3  eč WO kč   d čk 32

(25) (26)

28

NÁVRH A VÝPOČET

Z rovnice (26) vyjádříme dčk: dčk  3

 č  kč  M Oč max  32 3 1,33  2,5  8340779,5  32    Reč   350

(27)

dčk  93,1 mm

Kde: αč kč Močmax Reč

[-] [-] [N.mm] [MPa]

součnitel koncentrace napětí pro čep kladek, voleno dle [4] součinitel bezpečnosti čepu kladek maximální ohybový moment čepu mez kluzu pro materiál čepu

Volen minimální průměr čepu kladek dčk = 95 mm

3.7 NÁVRH ZÁVITU HÁKU A MATICE Jeřábový hák je vyroben z materiálu 12 020 / C16E, matice háku je vyrobena z materiálu 11 600 / E335, závit matice je kontrolován na tah a otlačení.

Obr 3.7 Profil metrického závitu [5]

Dle [6] volen metrický závit M72x6 s parametry dle [5]: - velký průměr závitu - střední průměr závitu - malý průměr závitu - stoupání závitu - malý průměr šroubu

Dz = 72,000 mm D2 = 68,103 mm D1 = 65,505 mm s = 6 mm d3 = 64,639 mm

3.7.1 NOSNÁ HLOUBKA ZÁVITU D z  D1 72  65,505  2 2 H 1  3,248 mm H1 

(28)

Kde: Dz D1

BRNO 2014

[mm] [mm]

velký průměr závitu malý průměr závitu

29

NÁVRH A VÝPOČET

3.7.2 VÝPOČET VÝŠKY MATICE Z OTLAČENÍ

Obr. 3.8 Matice háku v řezu

pz 

FC  s  p DOVz   H 1  D2  l m

(29)

Z rovnice (29) vyjádříme minimální délku závitu matice lm: lm 

FC  s 220947,8  6    H 1  D2  p Dz   3,248  68,103  50

(30)

l m  38,2 mm

Kde: FC s H1 D2 pDz

celková síla stoupání závitu nosná hloubka závitu střední průměr závitu dovolený tlak v závitu matice, voleno dle [5]

[N] [mm] [mm] [mm] [MPa]

Volena výška závitu matice lm = 50 mm 3.7.3 PEVNOSTNÍ KONTROLA DŘÍKU HÁKU NA TAH

t 

t 

FC FC R   eh 2 S kh   d 2  d3    4  2  220947,8

  68,103  64,639   4 

BRNO 2014

2

 

2



(31)

240 2,5

30

NÁVRH A VÝPOČET

63,9 MPa  96 MPa  vyhovuje

Kde: FC d2 d3 Reh kh

[N] [mm] [mm] [MPa] [-]

celková síla střední průměr šroubu malý průměr šroubu mez kluzu pro materiál háku, voleno dle [5] součinitel bezpečnosti pro dřík háku

3.8 VOLBA LOŽISEK Axiální loţisko v příčníku i loţiska kladek se otáčejí nízkými otáčkami, z tohoto důvodu jsou navrţena pouze z hlediska statické únosnosti. 3.8.1 AXIÁLNÍ LOŽISKO Loţisko je zatíţeno axiální silou Fax  FC Fax  220 947,8 N

(32)

C oa  s L  Fax  1,5  220947,8

(33)

C oa  331 421,7 N Kde: FC s0

[N] [-]

celková síla součinitel statické bezpečnosti, volen dle [18]

Voleno loţisko SKF 51316 dle [16], které má tyto parametry:

Obr. 3.9 Axiální ložisko SKF 51316 [16]

- statická únosnost Coa - vnější průměr loţiska - vnitřní průměr loţiska - šířka loţiska 44 mm

390 kN 140 mm 80 mm

331,4 kN  390 kN  vyhovuje

BRNO 2014

31

NÁVRH A VÝPOČET

3.8.2 RADIÁLNÍ LOŽISKA V kladnici jsou zvoleny 4 radiální kuličková loţiska, kaţdá kladka je uloţena na 2. Síla, která působí na jedno loţisko v radiálním směru Fc 220947,8  4 4  55 237 N

(34)

Coa  s L  Frad  1,5  55237

(35)

Frad  Frad

Coa  82 855,5 N Kde: FC s0

[N] [-]

celková síla součinitel statické bezpečnosti, volen dle [18]

Voleny radiální kuličková loţiska, jednostranně krytovaná SKF 6319-Z, dle [17], které mají následující parametry:

Obr. 3.10 Radiální ložisko SKF 6319-Z [17]

- statická únosnost Cor - vnější průměr loţiska - vnitřní průměr loţiska - šířka loţiska

118 kN 200 mm 95 mm 45 mm

82,9 kN  118 kN  vyhovuje

BRNO 2014

32

ZÁVĚR

ZÁVĚR V této bakalářské práci bylo cílem navrhnout jeřábovou kladnici, která bude dimenzována pro nosnost 12,5 tun. V první části bylo zvoleno konstrukční řešení kladnice. Řešením je normální varianta kladnice, se dvěma vodícími kladkami, bez kladky vyrovnávací. Následně byl vypočten průměr lana pro dané zatíţení. Průměr lana vyšel 19 mm, dle tohoto výsledku byly dále navrţeny průměry vodících kladek lana. V další části byly provedeny pevnostní výpočty jednotlivých komponent kladnice - příčníku, bočnic, čepu kladek. Jeřábový hák byl volen dle dané nosnosti jednoduchý, s metrickým závitem M72. V posledním kroku byl proveden návrh axiálního loţiska háku a radiálních loţisek kladek. Loţiska byla volena dle katalogu firmy SKF. Kladnice byla navrţena s ohledem na fakt, ţe se jedná o strojní zařízení, které pracuje mezi lidmi a musí proto bezpečně plnit svou funkci. Od tohoto faktu se odvíjela volba koeficientů bezpečnosti ve výpočtech. Modely byly vytvořeny v programu Autodesk Inventor 2012, následně z nich byla vytvořena poţadovaná technická dokumentace, která byla dále upravována v programu AutoCAD 2012.

Obrázek 4.1 Model kladnice

BRNO 2014

33

POUŽITÉ INFORMAČNÍ ZDROJE

POUŽITÉ INFORMAČNÍ ZDROJE [1]

BIGOŠ, P., KULKA, J., KOPAS, M., MANTIC, M.: Teória a stavba zdvíhacích a dopravných zariadení. TU v Košiciach, Strojnická Fakulta 2012, 356 s., ISBN 97880-553-1187-6

[2]

DRAŢAN, František, Ladislav KUPKA a kol. Jeřáby. 1. vyd. Praha: SNTL, 1968, 661 s.

[3]

GAJDUŠEK, J.; ŠKOPÁN, M.: Teorie dopravních a manipulačních zařízení, skripta VUT Brno, 1988

[4]

KŘÍŢ, Rudolf a Pavel VÁVRA. Strojírenská příručka: 24 oddílů v osmi svazcích. Vyd. 1. Ilustrace Jindřich Herbrych. Praha: Scientia, 1994, 241 s. ISBN 80-858-2759-X.

[5]

LEINVEBER, Jan. Strojnické tabulky: pomocná učebnice pro školy technického zaměření. 3. dopl. vyd. Úvaly: ALBRA, 2006, xiv, 914 s. ISBN 80-736-1033-7.

[6]

REMTA, František, Ladislav KUPKA, František DRAŢAN. Jeřáby I. díl. 2. přeprac. vyd. Praha: SNTL, 1974, 645 s.

[7]

SHIGLEY, Joseph Edward, Charles R MISCHKE a Richard G BUDYNAS. Konstruování strojních součástí. 1. vyd. Editor Martin Hartl, Miloš Vlk. Brno: VUTIUM, 2010, 1159 s. ISBN 978-80-214-2629-0.

[8]

ČSN 02 2702. Přídržky čepů. 1965, 4 s.

[9]

ČSN 27 0100. Zdvihací zařízení. Výpočet ocelových lan pro jeřáby a zdvihadla. 1978, 8 s.

[10] ČSN 27 1820. Zdvihací zařízení. Kladky a bubny pro ocelová lana. 1957, 9 s. [11] ČSN EN 13001-1+A1. Jeřáby - Návrh všeobecně - Část 1: Základní principy a požadavky. 2009, 28 s. [12] ČSN EN 13001-2. Jeřáby - Návrh všeobecně - Část 2: Účinky zatížení. 2011, 56 s. [13] ČSN ISO 4301/1. Jeřáby a zdvihací zařízení. Klasifikace. Část 1: Všeobecně. 1992, 8 s. [14] KRÁLOVO POLE CRANES, a.s. Klasické jeřábové kladnice [online]. [cit. 2014-0516]. Dostupné z: http://www.kpc.cz/cs/produkty/zavesne-prostredky/klasickekladnice.aspx [15] METALLAN, spol. s r.o. Vázací prostředky [online]. [cit. 2014-05-16]. Dostupné z: http://www.metallan.cz/vazaci-prostredky/ocelova-lana--metraz/sestipramennaocelova-lana---seal/sestipramenne-ocelove-lano---seal---186-dratu-6-x-31.html [16] SKF CZ, a.s. Axiální kuličková ložiska, jednosměrná [online]. [cit. 2014-05-16]. Dostupné z: http://www.skf.com/cz/products/bearings-units-housings/ballbearings/thrust-ball-bearings/singledirection/index.html?prodid=1610011316&imperial=false BRNO 2014

34

POUŽITÉ INFORMAČNÍ ZDROJE

[17] SKF CZ, a.s. Kuličková ložiska, jednořadá [online]. [cit. 2014-05-16]. Dostupné z: http://www.skf.com/cz/products/bearings-units-housings/ball-bearings/deep-grooveball-bearings/single-row/index.html?prodid=1050060319&imperial=false

[18] SKF CZ, a.s. Potřebná statická únosnost [online]. [cit. 2014-05-16]. Dostupné z: http://www.skf.com/cz/products/bearings-units-housings/rollerbearings/principles/selection-of-bearing-size/selecting-bearing-size-using-staticload/required-basic-static-loadrating/index.html?WT.oss=statická%20únosnost&WT.z_oss_boost=0&tabname=Vše& WT.z_oss_rank=1

BRNO 2014

35

SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ

SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ bp bp, b2, b3, D D1 d2 D2 d3 dčk Dk dL dPČ Dz e Fax FB FC FL Fpskut FR Frad FS g H1 h1, h2, h3 hb i kb kč kh kL kLskut kP lm mk Močmax MoPČmax MOpmax n pb pDb pDz pz Q Reb Reč Reh ReP

BRNO 2014

[mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [mm] [N] [N] [N] [N] [N] [N] [N] [N] [m.s-2] [mm] [mm] [mm] [-] [-] [-] [-] [-] [-] [-] [mm] [kg] [N.mm] [N.mm] [N.mm] [-] [MPa] [MPa] [MPa] [MPa] [kg] [MPa] [MPa] [MPa] [MPa]

šířka příčníku rozměry příčníku dle obr. 3.4 teoretický průměr vodící kladky malý průměr závitu střední průměr šroubu střední průměr závitu malý průměr šroubu průměr čepu kladek jmenovitý průměr vodící kladky průměr lana průměr čepu příčníku velký průměr závitu vzdálenost dle obr. 3.6 síla působící na loţisko v axiálním směru síla působící na bočnice celková síla osová síla v laně jmenovitá únosnost lana síla působící na kladky sílla působící na loţisko v radiálním směru statická síla tíhové zrychlení nosná hloubka závitu rozměry příčníku dle obr. 3.4 šířka bočnice počet kladek součinitel bezpečnosti bočnice součinitel bezpečnosti čepu kladek součinitel bezpečnosti pro dřík háku součinitel bezpečnosti lana skutečná bezpečnost lana součinitel bezpečnosti pro příčník výška matice háku předpokládaná hmotnost kladnice maximální ohybový moment čepu maximální ohybový moment čepu příčníku maximální ohybový moment příčníku počet nosných průřezů lana skutečné otlačení bočnice dovolený tlak pro materiál bočnice dovolený tlak v závitu matice skutečné otlačení závitu matice hmotnost břemene mez kluzu pro materiál bočnice mez kluzu pro materiál čepu mez kluzu pro materiál háku, mez kluzu pro materiál příčníku

36

SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ

s sL tb vz WO α0 αb αč αkl αPČ γ η σdovp σoČ σoPČ σOpmax σred σt τPČ

BRNO 2014

[mm] [-] [m] [m.s-1] [mm3] [-] [-] [-] [-] [-] [-] [-] [MPa] [MPa] [MPa] [MPa] [MPa] [MPa] [MPa]

stoupání závitu součinitel pro výpočet loţisek tloušťka bočnice zdvihová rychlost průřezový modul v ohybu opravný součinitel součnitel koncentrace napětí bočnice součnitel koncentrace napětí pro čep kladek součinitel závislý na typu kladky a druhu provozu součinitel koncentrace napětí pro čep příčníku součinitel náhodného zvětšení břemene účinnost kladkostroje dovolené napětí pro příčník ohybové napětí v čepu kladek ohybové napětí v čepu příčníku maximální napětí v ohybu pro příčník redukované napětí čepu příčníku skutečné napětí v tahu smykové napětí čepu příčníku

37

SEZNAM PŘÍLOH

SEZNAM PŘÍLOH Výkresová dokumentace Jeřábová kladnice

výkres sestavy

0-S-145765/14

Příčník

výkres součásti

3-B-145765/14-5

BRNO 2014

38