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 KOČKA TRAVELLING CRAB
BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR´S THESIS
AUTOR PRÁCE
LUKÁŠ HRNKO
AUTHOR
VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR
BRNO 2012
doc. Ing. JIŘÍ MALÁŠEK, Ph.D.
Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství Ústav automobilního a dopravního inženýrství Akademický rok: 2011/2012
ZADÁNÍ BAKALÁŘSKÉ PRÁCE student(ka): Lukáš Hrnko který/která studuje v bakalářském studijním programu obor: Stavba strojů a zařízení (2302R016) Ředitel ústavu Vám v souladu se zákonem č.111/1998 o vysokých školách a se Studijním a zkušebním řádem VUT v Brně určuje následující téma bakalářské práce: Jeřábová kočka v anglickém jazyce: Travelling Crab Stručná charakteristika problematiky úkolu: Proveďte konstrukční návrh a výpočet zdvihového ústrojí jeřábové kočky. Nosnost 50 000kg Zdvih 30m Rychlost zdvihu 0,06m.s-1 Rychlost pojezdu 0,5m.s-1 Zdvihová třída H3 Cíle bakalářské práce: Proveďte výpočet hlavních rozměrů pro zadaný zdvih, proveďte pevnostní výpočet kladnice. Vypracujte výkresovou dokumentaci sestavy kladnice s rozpiskou - kusovníkem. Nakreslete detaily: lanová kladka, příčník, matice háku, čep.
Seznam odborné literatury: 1. Gajdůšek,J., Škopán,M.: Teorie dopravních a manipulačních zařízení. 2. Remta,F., Kupka,L., Dražan.F.: Jeřáby. 3. Cvekl,Z., Dražan.F.: Teoretické základy transportních zařízení. 4. Jančík, L.: Části a mechanismy strojů, ČVUT Praha, 2004. 5. Klimeš P.: Části a mechanismy strojů I, II, VUT Brno, 2003.
Vedoucí bakalářské práce: doc. Ing. Jiří Malášek, Ph.D. Termín odevzdání bakalářské práce je stanoven časovým plánem akademického roku 2011/2012. V Brně, dne 16.11.2011 L.S.
_______________________________ prof. Ing. Václav Píštěk, DrSc. Ředitel ústavu
_______________________________ prof. RNDr. Miroslav Doupovec, CSc., dr. h. c. Děkan fakulty
PODĚKOVÁNÍ
PODĚKOVÁNÍ Za cenné rady a věcné připomínky vedoucí k úspěšnému dokončení této bakalářské práce tímto děkuji svému vedoucímu doc. Ing. Jiřímu Maláškovi, Ph.D.
OBSAH
OBSAH Úvod ........................................................................................................................................... 7 1
2
3
4
Kladkostroj ......................................................................................................................... 8 1.1
Převod kladkostroje ..................................................................................................... 8
1.2
Účinnost kladkostroje .................................................................................................. 8
Lano .................................................................................................................................... 9 2.1
Zatížení lana ................................................................................................................. 9
2.2
Jmenovitá únosnost lana .............................................................................................. 9
2.3
Skutečná bezpečnost lana .......................................................................................... 10
Kladky .............................................................................................................................. 11 3.1
Vodící kladky ............................................................................................................. 11
3.2
Vyrovnávací kladka ................................................................................................... 12
Lanový buben ................................................................................................................... 13 4.1
4.1.1
Průměr lanového bubnu ...................................................................................... 13
4.1.2
Tloušťka stěny lanového bubnu ......................................................................... 13
4.1.3
Délka lanového bubnu ........................................................................................ 13
4.2
5
6
Rozměrový návrh ....................................................................................................... 13
Pevnostní kontrola ..................................................................................................... 15
4.2.1
Namáhání ohybem .............................................................................................. 15
4.2.2
Namáhání krutem ............................................................................................... 16
4.2.3
Zatížení vnějším přetlakem ................................................................................ 17
4.2.4
Redukované napětí dle hypotézy HMH.............................................................. 17
Kladnice ............................................................................................................................ 18 5.1
Čep ............................................................................................................................. 18
5.2
Příčník ........................................................................................................................ 21
5.3
Bočnice ...................................................................................................................... 24
5.4
Hák ............................................................................................................................. 26
5.5
Ložiska ....................................................................................................................... 28
5.5.1
Radiální ložiska .................................................................................................. 28
5.5.2
Axiální ložisko.................................................................................................... 29
Pohon zdvihového ústrojí ................................................................................................. 30 6.1
Motor ......................................................................................................................... 30
6.2
Převodovka ................................................................................................................ 31
6.3
Kontrola rozběhu motoru ........................................................................................... 32
6.4
Brzda .......................................................................................................................... 34
BRNO 2012
5
OBSAH 7
Konstrukční provedení jednotlivých dílů kladnice ........................................................... 35 7.1
Celková sestava kladnice ........................................................................................... 35
7.2
Čep ............................................................................................................................. 36
7.3
Vodící kladky ............................................................................................................. 36
7.4
Distanční kroužky ...................................................................................................... 37
7.5
Bočnice ...................................................................................................................... 37
7.6
Příčník ........................................................................................................................ 38
7.7
Pojistná vložka ........................................................................................................... 38
7.8
Matice háku ................................................................................................................ 39
7.9
Dřík dvojitého háku ................................................................................................... 39
7.10
Krytování ................................................................................................................ 40
Závěr ......................................................................................................................................... 41 Použité informační zdroje......................................................................................................... 42 Seznam použitých zkratek a symbolů ...................................................................................... 43 Seznam příloh ........................................................................................................................... 47
BRNO 2012
6
ÚVOD
ÚVOD Cílem této bakalářské práce je navrhnout zdvihové ústrojí jeřábové kočky pro zadaný zdvih a nosnost 50000kg. Předpokládané použití jeřábu je v těžkém provozu. Dále se také předpokládá kusová výroba tohoto zařízení, což se projevilo v konstrukčním řešení kladnice, ve kterém byl kladen důraz na jednoduchost a finanční nenáročnost při zachování požadované funkce. Jeřábová kočka je zařízení využívající se k manipulaci s materiálem jakéhokoliv druhu. Je nedílnou součástí většiny jeřábů, a proto jsou na ni kladeny vysoké požadavky týkající se bezproblémové funkčnosti, spolehlivosti a bezpečnosti. Základním prvkem jeřábové kočky je rám na který navazují další důležité komponenty jako je asynchronní motor s kroužkovou kotvou ze kterého je hnací moment dále veden pomocí hřídelů se zubovými spojkami přes mechanickou brzdu do převodovky, kde je hnací moment navýšen a dále veden na lanový buben. Na lanovém bubnu je v tomto konkrétním případě lano navinuto z obou stran a je vedeno přes sérii vodících kladek na rámu a kladnici přes vyrovnávací kladku. Posledním členem, který je přímo v kontaktu s břemen, je kladnice, ve které je uložený dvojitý hák. Břemeno může být k háku uchyceno pomocí popruhů, vázacích lan, atd. Práce obsahuje návrh kladkostroje s pevnostními výpočty lanového bubnu a kladnice společně s volbou materiálu jednotlivých komponent. Dále obsahuje volbu vhodného asynchronního motoru, převodovky, brzdy, lana, radiálních ložisek kladek a axiálního ložiska dvojitého háku. Výstupem tohoto návrhu je výkresová dokumentace obsahující výkres sestavy kladnice a výrobní výkresy vybraných dílů.
BRNO 2012
7
KLADKOSTROJ
1 KLADKOSTROJ Návrh kladkostroje byl proveden dle [4] – str. 155 a 156.
1.1 PŘEVOD KLADKOSTROJE ik =
n 12 = =6 z 2
(1)
Kde: n [-] celkový počet nosných průřezů lana z [-] počet větví lanového systému
1.2 ÚČINNOST KLADKOSTROJE ηk =
1 − η1nv 1 − 0,986 = = 0,95 nv ⋅ (1 − η1 ) 6 ⋅ (1 − 0,98)
(2)
Kde: nv [-] počet nosných průřezů lana v 1 větvi lanového systému η1 [-] účinnost kladky uložené na valivém ložisku dle [4] – str. 156, tab. III-34.
1 – motor 2 – zubová spojka 3 – hřídel 4 – brzda 5 – převodovka 6 – lanový buben 7 – vyrovnávací kladka 8 – vodící kladka
Obr. 1.1 Koncepční schéma navrženého zdvihového ústrojí jeřábové kočky
BRNO 2012
8
LANO
2 LANO Návrh lana proveden dle [1] a [2].
2.1 ZATÍŽENÍ LANA Zatížení od statických sil QS = mb ⋅ γ Lo + mkl + m l = 50000 ⋅1,4 + 2000 + 900 = 72900kg
(3)
Kde: mb mkl ml γLo
[kg] [kg] [kg] [-]
hmotnost břemene předpokládaná hmotnost kladnice předpokládaná hmotnost lana součinitel náhodného zvětšení břemene dle [1] – str. 9, tab. 1.
Zatížení od svislých setrvačných sil QD = QS ⋅ (1,3 + 0,39 ⋅ vh ) = 72900 ⋅ (1,3 + 0,39 ⋅ 0,06) = 96476kg
(4)
Kde: QS vh
[kg] [m.s-1]
zatížení lana od statických sil rychlost zdvihu
Osová síla v laně F=
QD ⋅ g 96476 ⋅ 9,81 = = 83020 N n ⋅η K 12 ⋅ 0,95
(5)
Kde: QD g n ηk
[kg] [m.s-2] [-] [-]
zatížení lana od svislých dynamických sil tíhové zrychlení počet nosných průřezů lana účinnost kladkostroje
2.2 JMENOVITÁ ÚNOSNOST LANA Fi ≥ k1 ⋅ F = 4,1 ⋅ 83020 = 340382 N
(6)
Kde: F k1
[N] [-]
BRNO 2012
osová síla v laně součinitel bezpečnosti lana
9
LANO Volba ocelového lana Vzhledem k vypočítanému zatížení lana a s ohledem na třídu zdvihu bylo zvoleno speciální ocelové lano VEROTOP P dle [8].
Obr. 2.1 Schéma konstrukční struktury ocelového lana VEROTOP P
Pevnost drátků 1960MPa Průměr lana d1=20mm Únosnost lana Fj=450,7kN Celkový počet drátů 259 Počet drátů ve vnějších pramenech 126 Jádro z ocelových drátů, plastová vrstva mezi vnitřním lanem a vnějšími prameny.
2.3 SKUTEČNÁ BEZPEČNOST LANA ki =
Fj Fi
=
450700 = 5,43 83020
(7)
Kde: Fj Fi
[N] [N]
BRNO 2012
skutečná únosnost lana dle [8] jmenovitá únosnost lana
10
KLADKY
3 KLADKY Rozměrový návrh kladek proveden dle [4] s. 94 – 97.
Obr. 3.1 Rozměrové schéma kladky
3.1 VODÍCÍ KLADKY Teoretický průměr
DK min = d ⋅ α = 20 ⋅ 26 = 520mm
(8)
Kde: d α
[mm] [-]
průměr ocelového lana součinitel závislý na druhu kladky a skupině jeřábu dle [4] s. 95, tab. III-15.
Jmenovitý průměr DKj = DV − d = 520 − 20 = 500mm
(9)
Kde: DKmin [mm] d [mm]
teoretický průměr vodící kladky průměr ocelového lana
Dle [4] s. 95 byl zvolen normalizovaný průměr vodící kladky DKj=500mm. Z důvodů zabránění přesmýknutí lana v nejnižší poloze kladnice byly průměry středních dvou kladek zvoleny o řád vyšší DKj=560mm.
BRNO 2012
11
KLADKY
3.2 VYROVNÁVACÍ KLADKA Teoretický průměr DV min = d ⋅ α = 20 ⋅18 = 360mm
(10)
Kde: d α
[mm] [-]
průměr ocelového lana součinitel závislý na druhu kladky a skupině jeřábu dle [4] s. 95, tab. III-15.
Jmenovitý průměr DVj = DV − d = 360 − 20 = 340mm
(11)
Kde: DVmin [mm] d [mm]
teoretický průměr vyrovnávací kladky průměr ocelového lana
Dle [4] – str. 95 byl zvolen nejbližší vyšší normalizovaný průměr vyrovnávací kladky DVj=355mm.
Zobrazení uložení vodící kladky na čepu kladnice
Obr. 3.2 Zobrazení uložení vodící kladky na čepu kladnice
BRNO 2012
12
LANOVÝ BUBEN
4 LANOVÝ BUBEN 4.1 ROZMĚROVÝ NÁVRH Proveden dle [4] s. 104 – 107.
Obr. 4.1 Rozměrové schéma lanového bubnu
4.1.1 PRŮMĚR LANOVÉHO BUBNU DB = d ⋅ α = 20 ⋅ 22 = 440mm
(12)
Kde: d α
[mm] [-]
průměr ocelového lana součinitel závislý na skupině jeřábu dle [4] s. 105, tab. III-17.
Dle [4] s. 106 byl zvolen normalizovaný průměr lanového bubnu DB=900mm.
4.1.2 TLOUŠŤKA STĚNY LANOVÉHO BUBNU S B = 0,03 ⋅ DB + 5 = 0,03 ⋅ 900 + 5 = 32mm
(13)
Z důvodů následné nevyhovující kontroly bubnu byla tloušťka stěny lanového bubnu zvýšena na SB=40mm. Kde: DB
[mm]
průměr lanového bubnu
4.1.3 DÉLKA LANOVÉHO BUBNU Délka navíjeného lana v 1 větvi lanového systému L1 = h ⋅ ik = 30000 ⋅ 6 = 180000mm
(14)
Kde: h ik
[mm] [-]
BRNO 2012
výška zdvihu celkový převod kladkostroje
13
LANOVÝ BUBEN Počet závitu bubnu pro 1 větev lanového systému
z1 = 2
L1 180000 +3= + 3 = 66,7 ≅ 67 závitů π ⋅ DB π ⋅ 900
(15)
Kde: L1 DB
[mm] [mm]
délka lana v 1 větvi lanového systému průměr lanového bubnu
Délka ½ závitové části bubnu
l2 = z 1 ⋅ t = 67 ⋅ 22 = 1474mm
(16)
2
Kde: z1/2 [mm] t [mm]
počet závitu bubnu pro 1 větev lanového systému rozteč lanových drážek bubnu
Délka krajní části lanového bubnu l3 = 4 ⋅ t = 4 ⋅ 22 = 88mm
(17)
Kde: t
[mm]
rozteč lanových drážek bubnu
Délka střední části lanového bubnu Dle typizované kladnice z [4] s. 123 byla navržena délka střední části l1=630mm.
Celková délka lanového bubnu Skládá se z jednotlivých dílčích úseků. lB = l1 + 2 ⋅ l2 + 2 ⋅ l3 = 630 + 2 ⋅ 1474 + 2 ⋅ 88 = 3754mm
(18)
Kde: l1 l2 l3
[mm] [mm] [mm]
BRNO 2012
délka střední části délka závitové části délka krajní části
14
LANOVÝ BUBEN
4.2 PEVNOSTNÍ KONTROLA Pevnostní kontrola provedena dle [3] – str. 41 a 42. Materiál bubnu 12020.1 (Rm=380MPa; Re=235MPa).
4.2.1
Obr. 4.2 Průběh zatěžujících sil a momentů lanového bubnu NAMÁHÁNÍ OHYBEM
Maximální ohybový moment působící na buben Tento moment působí v místě náběhu lana na buben. MoMAX = F ⋅ l = F ⋅ (l2 + l3 ) = 83020 ⋅ (1474 + 88) = 129 677 240 Nmm
(19)
Kde: F l l2 l3
[N] [mm] [mm] [mm]
osová síla v laně rameno momentu délka závitové části lanového bubnu délka krajní části lanového bubnu
Průřezový modul v ohybu Wo = 0,8 ⋅ ( DB − S B ) 2 ⋅ S B = 0,8 ⋅ (900 − 40) 2 ⋅ 40 = 23 677 200mm 3
(20)
Kde: DB SB
[mm] [mm]
BRNO 2012
průměr lanového bubnu tloušťka stěny lanového bubnu
15
LANOVÝ BUBEN Napětí v ohybu
MoMAX ≤ σ oDOV Wo 129 677 240 σo = = 5,5MPa 23 667 200
σo =
(21)
σ o < σ o DOV 5,5MPa < 15MPa ⇒ vyhovuje Kde: σODOV [MPa] MOmax [MPa] WO [mm3]
dovolené ohybové napětí dle [3] – str. 41. maximální ohybový moment průřezový modul v ohybu
4.2.2 NAMÁHÁNÍ KRUTEM Maximální kroutící moment působící na buben
Mk = 2⋅ F ⋅
DB = F ⋅ DB = 83020 ⋅ 900 = 76 378 400 Nmm 2
(22)
Kde: F DB
[N] [mm]
osová síla v laně průměr lanového bubnu
Průřezový modul v krutu Wk = 1,6 ⋅ ( DB − S B ) 2 ⋅ S B = 1,6 ⋅ (900 − 40) 2 ⋅ 40 = 47 334 400mm 3
(23)
Kde: DB SB
[mm] [mm]
průměr lanového bubnu tloušťka stěny lanového bubnu
Napětí v krutu
τk =
Mk ≤ τ kDOV Wk
τk =
76 378 400 = 1,6MPa 47 334 400
(24)
τ k < τ kDOV 1,6MPa < 5MPa ⇒ vyhovuje
BRNO 2012
16
LANOVÝ BUBEN Kde: τKdov MK WK
[MPa] [MPa] [mm3]
dovolené smykové napětí dle [3] – str. 41. kroutící moment průřezový modul v krutu
4.2.3 ZATÍŽENÍ VNĚJŠÍM PŘETLAKEM σ tl =
F 83020 = = 94,3MPa S B ⋅ t 40 ⋅ 22
(25)
Kde: F SB t
[N] [mm] [mm]
osová síla v laně tloušťka stěny lanového bubnu rozteč lanových drážek bubnu
4.2.4 REDUKOVANÉ NAPĚTÍ DLE HYPOTÉZY HMH Pevnostní kontrola lanového bubnu byla provedena podle hypotézy HMH, protože lanový buben je současně zatěžován ohybovým, smykovým namáháním a zatížením od vnějšího přetlaku.
σ red = σ o2 + σ tl2 + σ o ⋅ σ tl + 3 ⋅ τ k2 = 5,52 + 94,32 + 5,5 ⋅ 94,3 + 3 ⋅ 1,6 2 = 97,2 MPa
(26)
σ red ≤ σ DOV 97,2 MPa < 110 MPa ⇒ vyhovuje Kde:
τK σO σtl σDOV
[MPa] [MPa] [MPa] [MPa]
BRNO 2012
napětí v krutu napětí v ohybu napětí způsobené vnějším přetlakem dovolené napětí dle [3] – str. 42.
17
KLADNICE
5 KLADNICE Pevnostní návrh jednotlivých součástí kladnice proveden dle [5].
5.1 ČEP Materiálem čepu byla zvolena ocel 11600.0 (Rm=590MPa; Re=295MPa).
Obr. 5.1 Průběh zatěžujících sil a momentů čepu
Síla působící na jednu kladku
Fk =
QS ⋅ g 72900 ⋅ 9,81 = = 119191,5 N 6 6
(27)
Kde: QS g
[kg] [m.s-2]
BRNO 2012
zatížení od statických sil tíhové zrychlení
18
KLADNICE Síla působící na jednu bočnici
FB =
QS ⋅ g 72900 ⋅ 9,81 = = 357 574,5 N 2 2
(28)
Průběh ohybového momentu Silové zatížení čepu od kladek je symetrické. Mo x1 = Fk ⋅ x1 = 119191,5 ⋅ 77 = 9177 745,5 Nmm
(29)
Mo x 2 = Fk ⋅ x1 = 119191,5 ⋅ 77 = 9177 745,5 Nmm Mo x 3 = Fk ⋅ (x1 + x 2 ) − FB ⋅ x 2 = 119191,5 ⋅ ( 77 + 77 ) − 357574,5 ⋅ 77 = − 9177 745,5 Nmm Mo x 4 = Fk ⋅ (x1 + x 2 + x3 ) − FB ⋅ (x 2 + x3 ) + Fk ⋅ x3 = = 119191,5 ⋅ ( 77 + 77 + 108 ) − 357574,5 ⋅ ( 77 + 108 ) + 119191,5 ⋅ 108 = − 22 050 427,5 Nmm Mo x 5 = Fk ⋅ (x1 + x 2 + x3 + x 4 ) − FB ⋅ (x 2 + x3 + x 4 ) + Fk ⋅ (x3 + x 4 ) + Fk ⋅ x 4 = = 119191,5 ⋅ ( 77 + 77 + 108 + 53 ) − 357574,5 ⋅ ( 77 + 108 + 53 ) + 119191,5 ⋅ ( 108 + 53 ) + 119191,5 ⋅ 53 = = − 22 050 427,5 Nmm
Kde: MOx1,…,5 FK FB x1,…,4
[Nm] [N] [N] [mm]
ohybové momenty v jednotlivých intervalech síla působící na jednu kladku síla působící na jednu bočnici jednotlivé délkové intervaly
Nejkritičtější místo z hlediska ohybového namáhání je v oblasti X5. Minimální průměr čepu
WO ≥
π ⋅d
(30)
MoMAX ≤ σ oDOV WO
σ oC =
MoMAX
3 c
32
(31)
σ oDOV ≥
k MoMAX
σ oDOV
k 32 ⋅ MoMAX ⋅ k 3 32 ⋅ 22050427,5 ⋅ 2 dč ≥ 3 ≥ ≥ 130,96mm ⇒ zvýšen na 140mm π ⋅ σ oDOV π ⋅ 200
(32)
Kde: MOmax σO σODOV WO dč k
[Nm] [MPa] [MPa] [mm3] [mm] [-]
BRNO 2012
maximální ohybový moment v oblasti X5 ohybové napětí v oblasti X5 dovolené ohybové napětí pro statické zatížení oceli 11600.0 dle [6] průřezový modul v ohybu průměr čepu součinitel bezpečnosti dle [6] – str. 38. 19
KLADNICE Napětí v ohybu
σO =
MoMAX MoMAX 22050427,5 = = = 81,85MPa π ⋅ d č3 π ⋅140 3 WO 32 32
(33)
Napětí v krutu
τK =
Fk Fk 119191,5 = = = 7,74 MPa 2 S π ⋅ dč π ⋅140 2 4 4
(34)
Pevnostní kontrola čepu Pevnostní kontrola čepu byla provedena podle hypotézy HMH, protože čep je současně zatěžován ohybovým a smykovým namáháním. 2
σ red = σ O + 3 ⋅τ c2 ≤ σ DOV σ red = 81,85 2 + 3 ⋅ 7,74 2 = 82,94 MPa σ red < σ DOV 82,94 MPa < 147,5MPa ⇒ vyhovuje Re 295 σ DOV = = = 147,5MPa k 2
(35)
(36)
Kde: τK σO σDOV
[MPa] [MPa] [MPa]
BRNO 2012
napětí v krutu napětí v ohybu dovolené normálové napětí pro ocel 11600.0 dle [6]
20
KLADNICE
5.2 PŘÍČNÍK Materiálem příčníku byla zvolena ocel 11600.0 (Rm=590MPa; Re=295MPa).
Obr. 5.2 Rozměrové schéma příčníku s průběhy zatěžujících sil a momentů
Statická síla působící na příčník FS = QS ⋅ g = 72900 ⋅ 9,81 = 715149 N
(37)
Kde: QS g
[kg] [m.s-2]
BRNO 2012
zatížení od statických sil tíhové zrychlení
21
KLADNICE Průběh ohybového momentu (38)
Mo A = 0 Nmm MoB = FB ⋅ 0 = 0 Nmm MoC = FB ⋅ x1 = −357574,5 ⋅ 33 = −11799 958,5 Nmm MoD = − FB ⋅ ( x1 + x2 ) = −357574,5 ⋅ (33 + 205) = − 85102 731Nmm MoE = − FB ⋅ ( x1 + x2 + x3 ) + FS ⋅ x3 = −357574,5 ⋅ (33 + 205 + 205) + 715149 ⋅ 205 = = −11799 958,5 Nmm MoF = − FB ⋅ ( x1 + x2 + x3 + x4 ) + FS ⋅ ( x3 + x4 ) + FB ⋅ 0 = = −357574,5 ⋅ (33 + 205 + 205 + 33) + 715149 ⋅ (205 + 33) = −11799 958,5 Nmm MoG = 0 Nmm Kde: MOA,…,G [Nm] [N] FB x1,…,4 [mm]
ohybové momenty v jednotlivých bodech příčníku síla působící na jednu bočnici jednotlivé délkové intervaly
Průměr postranních čepů
σ ex = α ⋅ σ o ≤ σ DOV
(39)
MoC MoC = 2⋅ WO π ⋅ d P3 32 32 ⋅ MoC ⋅ 2 32 ⋅11799958,5 ⋅ 2 dP = 3 =3 = 117,68mm ⇒ zvýšen na d P = 120mm π ⋅ σ ex π ⋅147,5
(40)
V
σ ex = 2 ⋅
(41)
Kde: σex σOV σDOV MOC WO dP α
[MPa] [MPa] [MPa] [Nm] [mm3] [mm] [-]
extrémní hodnota napětí ohybové napětí v místě vrubu dovolené napětí pro ocel 11600.0 dle [6] ohybový moment v bodě C (v místě vrubu) modul průřezu v ohybu průměr postranního čepu součinitel koncentrace napětí dle [5]
Délka příčníku Z prostorového uspořádání kladek a bočnic na čepu vyplívá délka příčníku L=414mm. Šířka příčníku Byla zvolena S=290mm s ohledem na velký průměr axiálního kuličkového ložiska.
BRNO 2012
22
KLADNICE Výška příčníku Byla stanovena z rovnice pro velikost ohybového napětí v místě D.
M OD
σo =
WOP
P
WOP ≥
(42)
≤ σ DOV
M OD
(43)
σ DOV
M OD 1 ⋅b ⋅ h2 ≥ σ DOV 3 h≥
3 ⋅ M OD b ⋅ σ DOV
≥
3 ⋅ 85102731 ≥ 208mm ⇒ zvýšena na h = 220mm 40 ⋅147,5
1 2 ⋅ ⋅ b ⋅ h3 Jy 12 = 1 ⋅b ⋅ h2 WOP = 2 ⋅ P = 2 ⋅ h h 3 2 2 1 J yP = 2 ⋅ J y = 2 ⋅ ⋅ b ⋅ h 3 12 Re 295 σ DOV = = = 147,5MPa k 2
(44) (45)
(46) (47)
Kde: σOP σDOV Re MOD WOP JyP Jy b h k
[MPa] [MPa] [MPa] [Nm] [mm3] [mm4] [mm4] [mm] [mm] [-]
BRNO 2012
ohybové napětí příčníku dovolené napětí mez kluzu oceli 11600.0 dle [6] ohybový moment v bodě D příčníku modul průřezu v ohybu příčníku kvadratický osový moment vzhledem k ose Y kvadratický osový moment obdelníkového průřezu tloušťka stěny příčníku v bodě D výška příčníku součinitel bezpečnosti dle [6] – str. 38.
23
KLADNICE
5.3 BOČNICE Materiálem bočnice byla zvolena ocel 11523.0 (Rm=520MPa; Re=333MPa).
Obr. 5.3 Rozměrové schéma příčného průřezu bočnice
Tloušťka bočnice Byla stanovena z kontrolní rovnice na odtlačení v otvoru bočnice pro postranní čep příčníku. pB = S PR ≥
FB ≤ p DOV S PR FB p DOV
tB ⋅ d P ≥ tB ≥
(48) (49)
FB p DOV
(50)
FB 357574,5 ≥ ≥ 59,6mm ⇒ zvýšena na t B = 60mm d P ⋅ p DOV 120 ⋅ 50
(51)
Kde: pB pDOV FB SPR dp tB
[MPa] [MPa] [N] [mm2] [mm] [mm]
BRNO 2012
tlak v otvoru bočnice dovolený tlak síla působící na jednu bočnici promítnutá plocha otvoru bočnice pro postranní čep příčníku průměr otvoru v bočnici pro postranní čep příčníku tloušťka bočnice
24
KLADNICE Šířka bočnice Hodnota šířky bočnice byla stanovena z rovnice pro tahové napětí v místě oslabeného příčného průřezu otvorem pro postranní čep příčníku.
σt = S≥
FB ≤ σ tDOV SB
(52)
FB
σt
(53)
DOV
(bB − d P ) ⋅ t B ≥
FB
σt
(54)
DOV
bB ≥
FB 357574,5 + dP ≥ + 120 ≥ 155,8mm ⇒ šírka zvýšena na bB = 180mm t B ⋅ σ tDOV 60 ⋅166,5
σt
=
DOV
Re 333 = = 166,5MPa k 2
(55) (56)
Kde: σt σtDOV Re FB SB dp bB tB k
[MPa] [MPa] [MPa] [N] [mm2] [mm] [mm] [mm] [-]
BRNO 2012
tahové napětí dovolené tahové napětí mez kluzu oceli 11523.0 dle [6] síla působící na jednu bočnici plocha příčného průřezu bočnice průměr otvoru v bočnici pro postranní čep příčníku šířka bočnice tloušťka bočnice součinitel bezpečnosti dle [6] – str. 38.
25
KLADNICE
5.4 HÁK Dle požadované nosnosti a druhu provozu byl zvolen typizovaný dvojitý jeřábový hák velikosti 40 dle DIN 15402 od výrobce VINGU – Steel s.r.o. [9]. Základní parametry Pevnostní třída = P (3m) Nosnost = 50000kg Hmotnost = 264kg Materiál = ocel 11503 (StE 355) Rozměry a1=180mm; a2=140mm; b1=150mm; d1=150mm; f1=754mm; h=190mm; I1=885mm
Obr. 5.4 Rozměrové schéma jeřábového háku s detailem lichoběžníkového závitu
Stanovení minimálního průměru dříku
σt = D
SD ≥
π ⋅d 4
FS ≤ σ tDOV SD
(57)
FS
(58)
σt
DOV
2
≥
FS
σt
DOV
BRNO 2012
⇒d ≥2
4 ⋅ FS 4 ⋅ 715149 ≥2 ≥ 85,52mm π ⋅ σ tDOV π ⋅124,5
(59)
26
KLADNICE Kde: [MPa] [MPa] [N] [mm] [mm]
σtD σtDOV FS SD d
tahové napětí v dříku dovolené tahové napětí oceli 11503 dle [6] statická síla zatěžující hák plocha průřezu dříku průměr dříku
Závit háku Dle [4] s. 117 byl zvolen lichoběžníkový závit Tr 130x16 pro únosnost 50000kg. Vnější průměr závitu d1=130mm Střední průměr závitu d2=122mm Malý průměr závitu d3=114mm Stoupání závitu P=16mm Nosná výška závitu h=8mm Minimální délka závitu Stanovena z rovnice pro dovolený tlak v závitech dle [7] s. 23.
p DOV ≥
nZ ≥
FS n ⋅π ⋅ d 2 ⋅ h
(60)
FS 715149 ≥ ≥ 6,14 závitů ⇒ zvýšeno na 8 závitů π ⋅ d 2 ⋅ h ⋅ p DOV π ⋅122 ⋅ 8 ⋅ 38
LZ MIN = P ⋅ nZ = 16 ⋅ 8 = 128mm
(61) (62)
Kontrola tlaku v závitech p≥
FS 715149 = = 29,15MPa n ⋅ π ⋅ d 2 ⋅ h 8 ⋅ π ⋅122 ⋅ 8
(63)
p < p DOV 29,15MPa < 38MPa ⇒ vyhovuje
(64)
Kde: pDOV p F d2 h n
[MPa] [MPa] [N] [mm] [mm] [-]
BRNO 2012
dovolený tlak v závitech dle [4] – str. 113. tlak v závitech statická síla zatěžující hák střední průměr závitu nosná výška závitu počet závitu 27
KLADNICE
5.5 LOŽISKA Návrh ložisek proveden dle [10].
5.5.1 RADIÁLNÍ LOŽISKA Slouží k rotačnímu uložení lanových kladek na čepu. Vzhledem k tomu, že se tato ložiska otáčejí velmi malou rychlostí, je ve výpočtu uvažováno pouze statické zatížení.
Radiální zatížení působící na jedno ložisko FR =
QS ⋅ g 72900 ⋅ 9,81 = = 59 595,75 N nL 12
(65)
Kde: QS g nL
[kg] [m.s-2] [-]
zatížení od statických sil tíhové zrychlení celkový počet ložisek
Ekvivalentní statické zatížení PO = X O ⋅ FR + YO ⋅ Fa = 1 ⋅ 59595,75 + 0 ⋅ 0 = 59595,75 N
(66)
Kde: FR Fa XO YO
[N] [N] [-] [-]
radiální zatížení ložiska axiální zatížení ložiska koeficient radiálního dynamického zatížení dle [6] – str. 507. koeficient axiálního dynamického zatížení dle [6] – str. 507.
Volba radiálního ložiska Vzhledem k velikosti ekvivalentního zatížení bylo dle [11] zvoleno radiální kuličkové ložisko s oboustranným krytím SKF 6028-2RS1 (Velký průměr D=210mm; malý průměr d=140mm; šířka B=33mm; C=111kN; CO=108kN). Kontrola statické únosnosti navrženého ložiska CO = S O ⋅ PO ≤ CODOV
(67)
CO = 1,5 ⋅ 59595,75 = 89393,63 N ≅ 89,4kN CO < CODOV 89,4kN < 108kN ⇒ navržené ložisko vyhovuje
BRNO 2012
(68)
28
KLADNICE Kde: CO CODOV PO SO
[N] [N] [-] [-]
základní statická únosnost dle [11] dovolená statická únosnost dle [11] ekvivalentní statické zatížení statická bezpečnost dle [10] – str. 77, tab. 10.
5.5.2 AXIÁLNÍ LOŽISKO Slouží k rotačnímu uložení jeřábového háku na příčníku.
Axiální síla působící na ložisko Fa = QS ⋅ g = 72900 ⋅ 9,81 = 715149 N
(69)
Kde: QS g
[kg] [m.s-2]
zatížení od statických sil tíhové zrychlení
Ekvivalentní statické zatížení PO = Fa = 715149 N
(70)
Kde: Fa
[N]
axiální síla působící na ložisko
Volba axiálního ložiska Vzhledem k velikosti ekvivalentního zatížení bylo dle [12] zvoleno jednosměrné kuličkové axiální ložisko SKF 51132M (Velký průměr D=200mm; malý průměr d=160mm; výška H=31mm; C=112kN; CO=465kN).
Kontrola statické únosnosti navrženého ložiska
CO = S O ⋅ PO ≤ CO DOV
(71)
CO = 0,5 ⋅ 715149 = 357574,5 N ≅ 358kN CO < CO DOV 358kN < 465kN ⇒ navržené ložisko vyhovuje
(72)
Kde: CO CODOV PO SO
[N] [N] [-] [-]
BRNO 2012
základní statická únosnost dle [12] dovolená statická únosnost dle [12] ekvivalentní statické zatížení statická bezpečnost dle [10] – str. 77, tab. 10.
29
POHON ZDVIHOVÉHO ÚSTROJÍ
6 POHON ZDVIHOVÉHO ÚSTROJÍ Pohon zdvihového ústrojí se skládá z motoru, ze kterého je hnací moment veden přes hřídel s dvojicí zubových spojek do redukční převodovky. V převodovce je hnací moment navýšen a dále veden na lanový buben. Z provozních a bezpečnostních důvodů je do obvodu mezi motor a převodovku zařazena mechanická brzda. Výpočet hlavních prvků zdvihového ústrojí je proveden dle [3].
6.1 MOTOR Otáčky lanového bubnu ik ⋅ v z 6 ⋅ 3,6 = = 7,47ot / min π ⋅ Db π ⋅ 0,92
nb =
Db = DB + d = 900 + 20 = 920mm = 0,92m
(71) (72)
Kde: DB Db d vz ik
[N] [N] [m] [m.s-1] [-]
průměr lanového bubnu průměr roztečné kružnice lanového bubnu průměr lana zdvihová rychlost celkový převod kladkostroje
Výkon motoru při zadané zdvihové rychlosti P=
QD ⋅ g ⋅ vZ 96476 ⋅ 9,81 ⋅ 3,6 = = 63,8kW 60 ⋅ 1000 ⋅ ηC 60 ⋅ 1000 ⋅ 0,89
ηC = η K ⋅ηb ⋅η P = 0,95 ⋅ 0,96 ⋅ 0,98 = 0,89
(73) (74)
Kde: QD g vz ηC
[kg] [m.s-2] [m.s-1] [-]
zatížení od svislých setrvačných sil gravitační zrychlení zdvihová rychlost celková mechanická účinost
Na základě vypočtených parametrů dle [13] – str. 16 byl zvolen asynchronní hutní jeřábový motor P280M08-000-Siemens.
BRNO 2012
30
POHON ZDVIHOVÉHO ÚSTROJÍ Technické parametry zvoleného motoru Zatěžovatel = 40% Výkon = 68kW Otáčky = 735ot/min Kroutící moment = 884Nm Momentová přetížitelnost = 3,3
6.2 PŘEVODOVKA Převod potřebný mezi elektromotorem a lanovým bubnem iP =
nm 735 = = 98,4 nb 7,47
(75)
Kde: nm nb
[ot/min] [ot/min]
jmenovité otáčky motoru vypočítané otáčky bubnu
Vzhledem k velikosti výkonu motoru a potřebného převodového poměru mezi motorem a lanovým bubnem byla dle [14] zvolena třístupňová převodovka PB100C-100GS1 společnosti MOTOR-GEAR s.r.o.
Kontrola zdvihové rychlosti Skutečná zdvihová rychlost se může od zadané zdvihové rychlosti lišit maximálně o ±6%.
Skutečné otáčky lanového bubnu n´b =
nm 735 = = 7,58ot / min ≅ 0,1263ot / s iP 96,955
(76)
Kde: nm iP
[ot/min] [-]
jmenovité otáčky motoru celkový převod převodovky
Skutečná zdvihová rychlost v´Z =
n´b ⋅Db ⋅ π 0,1263 ⋅ 0,920 ⋅ π = = 0,061m / s ik 6
BRNO 2012
(77)
31
POHON ZDVIHOVÉHO ÚSTROJÍ Kde: n´b Db ik
[ot/min] [m] [-]
skutečné otáčky lanového bubnu průměr roztečné kružnice lanového bubnu celkový převod kladkostroje
Porovnání skutečné a teoretické zdvihové rychlosti v´Z 1 − ⋅100 ≤ 6% vZ 0,061 1 − ⋅100 = 1,6% 0,06
(78)
1,6% < 6% ⇒ navržená prevodovka vyhovuje
(80)
(79)
Kde: [m.s-1] [m.s-1]
v´z vz
skutečná zdvihová rychlost zadaná zdvihová rychlost
6.3 KONTROLA ROZBĚHU MOTORU Statický moment břemene redukovaný na hřídel motoru M st =
QS ⋅ g ⋅ Db 72900 ⋅ 9,81 ⋅ 0,92 = = 690 Nm 2 ⋅ iK ⋅ iP ⋅ ηC 2 ⋅ 6 ⋅ 96,955 ⋅ 0,89
(81)
Kde: QS Db g vz ik iP ηC
[kg] [m] [m.s-2] [m.s-1] [-] [-] [-]
zatížení od statických sil průměr roztečné kružnice lanového bubnu tíhové zrychlení zdvihová rychlost celkový převod kladkostroje celkový převod převodovky celková mechanická účinost
Moment setrvačnosti všech pohyblivých hmot soustavy J = J 1 + J 2 + J 3 = 1,3 ⋅ J1 + J 3 = 1,3 ⋅ 3,5 + 0,0000102 = 4,55kg ⋅ m 2 2 ( mb + mkl ) ⋅ v´Z J3 = 2
2
4 ⋅ π ⋅ nm ⋅ η C
BRNO 2012
=
(50000 + 2000) 4 ⋅ π 2 ⋅ 735 2 ⋅ 0,89
= 0,0000102kg ⋅ m 2
(82) (83)
32
POHON ZDVIHOVÉHO ÚSTROJÍ Kde: mb mkl J1 J2 J3 v´z nm ηC
[kg] [kg] [kg.m2] [kg.m2] [kg.m2] [m.s-1] [ot/min] [-]
hmotnost břemene předpokládaná hmotnost kladnice moment setrvačnosti všech hmot na rychloběžném hřídeli dle [13] moment setrvačnosti součásti na předlohách a pomaloběžném hřídeli moment setrvačnosti posuvných hmot, redukovaný na rychloběžný hřídel skutečná zdvihová rychlost jmenovité otáčky motoru celková mechanická účinost
Úhlové zrychlení hmot na rychloběžném hřídeli
ε= tr =
π ⋅ nm 30 ⋅ tr
=
π ⋅ 12,25 30 ⋅ 0,01
= 128,3s − 2
v´Z 0,061 = = 0,01s 6 6
(84) (85)
Kde: nm tr ηC
[ot/min] [s] [-]
jmenovité otáčky motoru dle [13] – str. 16. doba rozběhu celková mechanická účinost
Setrvačný moment posuvných hmot redukovaný na hřídel motoru M S = J ⋅ ε = 4,55 ⋅ 128,3 = 583,765 Nm
(86)
Kde: J ε
[ot/min] [rad.s-1]
moment setrvačnosti všech pohyblivých hmot soustavy úhlové zrychlení hmot na rychloběžném hřídeli
Rozběhový moment motoru
M r = M st + M s = 690 + 583,765 = 1274 Nm M r ≤ 3,3 ⋅ M m
(87) (88)
1274 Nm < 3,3 ⋅ 884 Nm 1274 Nm < 2917 Nm ⇒ vyhovuje
(89)
Kde: Mst MS Mm
[Nm] [Nm] [Nm]
BRNO 2012
statický moment břemene redukovaný na hřídel motoru setrvačný moment posuvných hmot redukovaný na hřídel motoru krouticí moment motoru dle [13] – str. 16.
33
POHON ZDVIHOVÉHO ÚSTROJÍ
6.4 BRZDA Potřebný brzdný moment M b = β ⋅ M st = 2 ⋅ 503,3 = 1006,6 Nm
(90)
Kde: Mst [Nm] β [-]
statický moment břemene redukovaný na hřídel motoru bezpečnost brzdy pro těžký a velmi těžky provoz = 2 dle [3] – str. 71.
Statický moment břemene redukovaný na rychloběžný hřídel M st =
QS ⋅ g ⋅ Db ⋅ η C 72900 ⋅ 9,81 ⋅ 0,92 ⋅ 0,89 = = 503,3 Nm 2 ⋅ iK ⋅ iP 2 ⋅ 6 ⋅ 96,955
(91)
Kde: QS Db g ik iP ηC
[kg] [m] [m.s-2] [-] [-] [-]
zatížení od statických sil průměr roztečné kružnice lanového bubnu tíhové zrychlení celkový převod kladkostroje celkový převod převodovky celková mechanická účinost
Dle velikosti potřebného brzdného momentu byla dle [15] zvolena dvoučelisťová brzda s elektrohydraulickým odbrzďovačem GALVI N(NV).400.HYD.080/06.
BRNO 2012
34
KONSTRUKČNÍ PROVEDENÍ JEDNOTLIVÝCH DÍLU KLADNICE
7 KONSTRUKČNÍ
PROVEDENÍ
JEDNOTLIVÝCH
DÍLŮ
KLADNICE 7.1 CELKOVÁ SESTAVA KLADNICE
Obr. 7.1 Kladnice se šesti vodícími kladkami a dvojitým hákem
Kladnice je nepostradatelným prvkem zdvihového ústrojí jeřábové kočky. Tvoří poslední a velmi důležitý článek mezi břemenem a hlavním ocelovým lanem, proto je kladen vysoký důraz na spolehlivou funkci, životnost a v neposlední řadě bezpečnost. Základní prvek kladnice tvoří čep, na kterém jsou v kuličkových ložiscích uloženy lanové kladky. Na čepu jsou také nasunuty bočnice. Správnou velikost mezery mezi jednotlivými kladkami a bočnicemi zajišťují distanční kroužky. Proti axiálnímu vysunutí těchto komponent z čepu jsou na obou koncích čepu namontovány KM matice s MB podložkou. Ve spodních otvorech bočnic jsou nalisována kluzná kompozitní pouzdra. V těchto pouzdrech je rotačně uložen příčník. Hlavním otvorem příčníku je prostrčen dvojitý jeřábový hák, který je zajištěn maticí s příložkou. Rotace háku je zajištěna axiálním jednosměrným kuličkovým ložiskem. Proti vypadnutí háku ze závěsu při destrukci matice či přetržení háku v dříku jsou použity dvě pojistné vložky.
BRNO 2012
35
KONSTRUKČNÍ PROVEDENÍ JEDNOTLIVÝCH DÍLU KLADNICE
7.2 ČEP
Obr. 7.2 Čep
Jedná se o strojní součást rotačního tvaru s metrickými závity M135x2 na obou koncích pro KM matici s MB podložkou. Čep je základním prvkem kladnice nesoucí 6 vodících lanových kladek společně s dvěma bočnicemi. Materiálem čepu byla zvolena ocel 11600.0. S ohledem na hospodárnost výroby a pevnost byl čep navržen jako neosazený.
7.3 VODÍCÍ KLADKY
Obr. 7.3 Lanová vodící kladka
Jsou nepostradatelným prvkem jakéhokoliv kladkostroje. Slouží k vedení lana v kladkostroji čímž je umožněn svislý pohyb břemene. Jedná se o odlévanou součást rotačního tvaru. Jádro kladek, mezi nábojem a věncem, je vyztuženo sérii žeber, mezi nimiž jsou kruhové odlehčovací otvory. Do otvoru v náboji jsou při montáži nalisována radiální kuličková ložiska společně s distančními kroužky, vymezujícími vůli mezi ložisky. Vzhledem k požadované nosnosti a třídě zdvihu byla materiálem kladek zvolena ocel na odlitky 422652.1.
BRNO 2012
36
KONSTRUKČNÍ PROVEDENÍ JEDNOTLIVÝCH DÍLU KLADNICE
7.4 DISTANČNÍ KROUŽKY
Obr. 7.4 Schéma zobrazení umístění jednotlivých distančních kroužků
Jejich úkolem je vymezovat potřebné vůle mezi jednotlivými součástmi na čepu (Obr. 3.2 a 7.4 kroužky modré barvy). Další kroužky vymezují vůle mezi ložisky nalisovanými ve vodících kladkách (Obr. 3.2 a 7.4 kroužky červené barvy). Distanční kroužky jsou na čepu i v kladkách uloženy volně. Distanční kroužky přenášejí stálou axiální sílu, která je vyvozena od KM matic s MB podložkami na obou koncích čepu při utažení. Materiálem kroužků byla zvolena ocel 11600.0.
7.5 BOČNICE
Obr. 7.5 Bočnice
Jedná se o prvek spojující čep společně příčníkem, zároveň bočnice slouží jako základní prvek, na který jsou namontovány prvky krytování kladnice. V otvoru pro příčník jsou nalisována kluzná kompozitní pouzdra, protože při provozu dochází k výkyvům příčníku. Bočnice je na čep nasunuta přímo bez jakéhokoliv pouzdra vzhledem k tomu, že při provozu nedochází k protáčení bočnice na čepu. Materiálem bočnice byla zvolena ocel 11523.0. BRNO 2012
37
KONSTRUKČNÍ PROVEDENÍ JEDNOTLIVÝCH DÍLU KLADNICE
7.6 PŘÍČNÍK
Obr. 7.6 Příčník
Nepostradatelná součást každé kladnice. Příčník přenáší tíhu zdvihaného břemene na bočnice. Postranními čepy je příčník vložen do otvoru s kluznými pouzdry v bočnicích. Společně s dalšími součástmi umožňuje vertikální – rotační a horizontální – výkyvný pohyb dvojitého háku. Rozměry a tvar příčníku byly zvoleny dle pevnostního výpočtu. Materiálem příčníku byla zvolena ocel 11600.0.
7.7 POJISTNÁ VLOŽKA
Obr. 7.7 Pojistná vložka
Jedná se o bezpečnostní prvek, který zabraňuje vypadnutí háku ze závěsu při přetržení dříku háku v nejužším místě, případně při destrukci matice háku. Pojistné vložky jsou na příčník namontovány až po tom co je hlavním otvorem prostrčen dřík dvojitého háku. Propadnutí háku zabraňuje spodní prstenec, na který v případě přetržení dříku háku v nejužším místě dosedne osazení na zbylé části dříku háku. Tímto je zabráněno propadnutí háku, avšak kladnice se již nadále nesmí v tomto stavu používat. Tvar a rozměry pojistné vložky byly uzpůsobeny daným zástavbovým rozměrům. Skrz tělo pojistné vložky jsou vyvrtány dva otvory sloužící ke spojení vložek s příčníkem. Střední průměr s osazením je uzpůsoben pro montáž jednosměrného axiálního kuličkového ložiska. Vzhledem k důležité funkci byla, oproti jiným součástem, materiálem zvolena ocel 14220.4. BRNO 2012
38
KONSTRUKČNÍ PROVEDENÍ JEDNOTLIVÝCH DÍLU KLADNICE
7.8 MATICE HÁKU
Obr. 7.8 Zobrazení matice háku v řezu
Důležitá součást zajišťující dvojitý hák v kladnici. Spodní část matice je uzpůsobena k montáži matice na jednosměrné axiální kuličkové ložisko, zároveň je tvarem matice zajištěno krytí ložiska společně s pojistnými vložkami proti vnějšímu okolí. V matici je zhotoven lichoběžníkový závit Tr 130x16. Po obvodu matice je zhotoveno 6 otvorů pro montážní kolíky. Na vrchní ploše jsou dva závitové otvory pro přišroubování příložky zabraňující vytočení dvojitého háku ze závitu matice háku. Materiálem matice byla zvolena ocel 11600.0.
7.9 DŘÍK DVOJITÉHO HÁKU
Obr. 7.9 Upravena část dříku dvojitého háku
Dřík dvojitého háku je dodatečně obroben. V horní části je vytvořen lichoběžníkový závit Tr 130x16, pod kterým se nachází nejužší průměr dříku (kritické místo). Na dříku je vytvořeno osazení, kterým hák v případě přetržení dříku dosedne na pojistné podložky. Na čelní ploše dříku je příčná drážka pro příložku zabraňující vytočení matice se závitu háku. BRNO 2012
39
KONSTRUKČNÍ PROVEDENÍ JEDNOTLIVÝCH DÍLU KLADNICE
7.10 KRYTOVÁNÍ
Obr. 7.10 Zobrazení krytování v rozpadu
Bylo navrženo kompletní krytování vodících kladek, zabraňující vniknutí cizích těles mezi kladky a lano. Základním prvkem krytování jsou dvě příruby přišroubované k bočnicím (zelená barva), na které navazují jednotlivé spodní a horní části krytování (béžová barva). Jednotlivé kryty jsou svařeny s přírub a skružených plechů. Spojení krytů mezi sebou je provedeno pomocí šroubů s podložkami a nýtovacích matic. Vrchní díly krytování obsahují drážky pro ocelové lano. Střední vrchní díl krytování je mezi drážkami ještě vyztužen přírubami. Tuhost bočních krytů zajišťují boční víka (světle červená barva). Materiálem krytování byla zvolena ocel 11373.0.
BRNO 2012
40
ZÁVĚR
ZÁVĚR Návrh zdvihového ústrojí jeřábové kočky, který je obsahem této práce, byl zpracován dle platných technických norem a směrnic pro zdvihová ústrojí. Návrh zdvihového ústrojí se skládá s návrhu kladkostroje, kladek, lanového bubnu, kompletního návrhu kladnice s detailním návrhem jednotlivých dílů a v neposlední řadě s návrhu pohonu zdvihu. Důležitým faktorem návrhu jednotlivých vyráběných součástí byly výsledky pevnostních výpočtů, které zásadně ovlivňovaly tvar a rozměry daných součástí. Vyráběné součásti byly také konstruovány s ohledem na malosériovost výroby a finanční nenáročnost. U ostatních součástí byly rozhodujícím faktorem zástavbové rozměry. Prvky pohonu zdvihového ústrojí byly zvoleny z katalogů daných výrobců dle vypočtených potřebných provozních parametrů. Výstupem návrhu kladnice je výkres sestavy s výrobními výkresy vybraných součástí zpracovaný v programu SolidWorks 2012.
BRNO 2012
41
POUŽITÉ INFORMAČNÍ ZDROJE
POUŽITÉ INFORMAČNÍ ZDROJE [1] ČSN 27 0103. Navrhování ocelových konstrukcí jeřábů: Výpočet podle mezních stavů. Praha: Český Normalizační Institut, 1989. [2] ČSN 27 0100. Výpočet ocelových lan pro jeřáby a zdvihadla. Praha: Český Normalizační Institut, 1977. [3] KAŠPÁREK, Jaroslav. Dopravní a manipulační zařízení [online]. Brno [cit. 2012-0512]. Dostupné z: http://www.iae.fme.vutbr.cz/opory/DMZ-sylaby.pdf [4] REMTA, František, Ladislav KUPKA a František DRAŽAN. Jeřáby: I. díl. 2. dopl. vyd. Praha: Nakladatelství technické literatury, 1974. ISBN DT 621.873. [5] JANÍČEK, Přemysl, Emanuel ONDRÁČEK, Jan VRBKA a Jiří BURŠA. Mechanika těles: pružnost a pevnost. 3. přepracované vydání. Brno: CERM, 2004, 287 s. ISBN 80214-2592-X. [6] LEINVEBER, Jan a Pavel VÁVRA. Strojnické tabulky. 2. dopl. vyd. Úvaly: Albra pedagogické nakladatelství, 2005. ISBN 80-7361-011-6. [7] MALÁŠEK, Jiří. Transportní zařízení. Brno. [8] Ocelová lana: Speciální ocelové lano VEROTOP P. ELIS, spol. s r.o. [online]. 2007 [cit. 2012-05-12]. Dostupné z: http://www.ocelovalana.cz/obrazky/verope/verotop-p.pdf [9] Vingu Steel s.r.o.: Kované háky. [online]. [cit. 2012-05-12]. Dostupné z: http://www.vingu.cz/documents/tabulka_nosnosti.pdf [10] SKF Ložiska, a.s.: Určení velikosti ložiska. [online]. [cit. 2012-05-12]. Dostupné z: http://www.skf.com/files/515039.pdf [11] SKF Ložiska, a.s.: Radiální kuličková ložiska. [online]. [cit. 2012-05-12]. Dostupné z: http://www.skf.com/files/515051.pdf [12] SKF Ložiska, a.s.: Axiální kuličková ložiska. [online]. [cit. 2012-05-12]. Dostupné z: http://www.skf.com/files/515996.pdf [13] Elektromotory Vlastimil Moravec: Katalog elektromotorů Siemens. [online]. 2011 [cit. 2012-05-12]. Dostupné z: http://www.elektromotory.net/upload/file/katalog_p.pdf [14] MOTOR-GEAR, a.s.: Paralelní, ploché převodovky. [online]. 2001 - 2009 [cit. 201205-12]. Dostupné z: http://www.motorgear.cz/userfiles/file/01_paralelni-plocheprevodovky.pdf [15] GALVI S.r.l. - NEWCOMEN S.r.l.: Shoe Brakes. [online]. [cit. 2012-05-12]. Dostupné z: http://www.galvi.com/moduli/catalogo/schedatecnica/1
BRNO 2012
42
SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ
SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ b
[mm]
tloušťka stěny příčníku v bodě D
bB
[mm]
šířka bočnice
CO
[N]
základní statická únosnost
CODOV
[N]
dovolená statická únosnost
d
[mm]
průměr ocelového lana
d
[mm]
průměr dříku
d2
[mm]
střední průměr závitu
DB
[mm]
průměr lanového bubnu
Db
[N]
průměr roztečné kružnice lanového bubnu
dč
[mm]
průměr čepu
DKj
[mm]
jmenovitý průměr vodící kladky
DKmin
[mm]
teoretický průměr vodící kladky
dP
[mm]
průměr postranního čepu
DVj
[mm]
jmenovitý průměr vyrovnávací kladky
DVmin
[mm]
teoretický průměr vyrovnávací kladky
F
[N]
osová síla v laně
Fa
[N]
axiální zatížení ložiska
FB
[N]
síla působící na jednu bočnici
Fi
[N]
jmenovitá únosnost lana
Fj
[N]
skutečná únosnost lana
FK
[N]
síla působící na jednu kladku
FR
[N]
radiální zatížení ložiska
FS
[N]
statická síla zatěžující hák
g
[m.s-2] -2
tíhové zrychlení
g
[m.s ]
tíhové zrychlení
h
[mm]
výška zdvihu; výška příčníku; nosná výška závitu
ik
[-]
celkový převod kladkostroje
iP
[-]
celkový převod převodovky
J
[ot/min]
moment setrvačnosti všech pohyblivých hmot soustavy
J1
[kg.m2]
moment setrvačnosti všech hmot na rychloběžném hřídeli dle […]
J2
[kg.m2]
moment setrvačnosti součásti na předlohách a pomaloběžném hřídeli
J3
2
[kg.m ]
BRNO 2012
moment setrvačnosti posuvných hmot, redukovaný na rychloběžný hřídel 43
SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ Jy
[mm4]
kvadratický osový moment obdelníkového průřezu
JyP
[mm4]
kvadratický osový moment vzhledem k ose Y
k
[-]
součinitel bezpečnosti
k1
[-]
součinitel bezpečnosti lana
l
[mm]
rameno momentu
L
[mm]
délka příčníku
L1
[mm]
délka navíjeného lana v 1 větvi lanového stystému
l1
[mm]
délka střední části lanového bubnu
l2
[mm]
délka závitové části lanového bubnu
l3
[mm]
délka krajní části lanového bubnu
LZMIN
[mm]
minimální délka závitu háku
mb
[kg]
hmotnost břemene
Mb
[Nm]
potřebný brzdný moment
MK
[MPa]
kroutící moment
mkl
[kg]
předpokládaná hmotnost kladnice
ml
[kg]
předpokládaná hmotnost lana
Mm
[Nm]
krouticí moment motoru
MOA,…,G [Nm]
ohybové momenty v jednotlivých bodech příčníku
MOC
[Nm]
ohybový moment v bodě C
MOD
[Nm]
ohybový moment v bodě D příčníku
MOmax [MPa]
maximální ohybový moment
MOx1,…,5 [Nm]
ohybové momenty v jednotlivých intervalech
MS
[Nm]
setrvačný moment posuvných hmot redukovaný na hřídel motoru
Mst
[Nm]
statický moment břemene redukovaný na hřídel motoru
n
[-]
celkový počet nosných průřezů lana
n
[-]
počet nosných průřezů lana
n
[-]
počet závitu
n´b
[ot/min]
skutečné otáčky lanového bubnu
nb
[ot/min]
vypočítané otáčky bubnu
nL
[-]
celkový počet ložisek
nm
[ot/min]
jmenovité otáčky motoru
nv
[-]
počet nosných průřezů lana v 1 větvi lanového systému
pB
[MPa]
tlak v otvoru bočnice
BRNO 2012
44
SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ pDOV
[MPa]
dovolený tlak
PO
[-]
ekvivalentní statické zatížení
pZ
[MPa]
tlak v závitech
pZDOV
[MPa]
dovolený tlak v závitech
QD
[kg]
zatížení lana od svislých dynamických sil
QS
[kg]
zatížení lana od statických sil
Re
[MPa]
mez kluzu
Re
[MPa]
mez kluzu
Rm
[MPa]
mez pevnosti
S
[mm]
šířka příčníku
SB
[mm]
tloušťka stěny lanového bubnu; plocha příčného průřezu bočnice
SD
[mm]
plocha průřezu dříku
SO
[-]
statická bezpečnost
SPR
[mm2]
promítnutá plocha otvoru bočnice pro postranní čep příčníku
t
[mm]
rozteč lanových drážek lanového bubnu
tB
[mm]
tloušťka bočnice
tr
[s]
doba rozběhu
v´z
[m.s-1]
skutečná zdvihová rychlost
vh
[m.s-1]
rychlost zdvihu
vz
[m.s-1]
zdvihová rychlost
WK
[mm3]
průřezový modul v krutu
WO
[mm3]
průřezový modul v ohybu
3
WOP
[mm ]
modul průřezu v ohybu příčníku
x1,…,4
[mm]
jednotlivé délkové intervaly
XO
[-]
koeficient radiálního dynamického zatížení
YO
[-]
koeficient axiálního dynamického zatížení
z
[-]
počet větví lanového systému
z1/2
[mm]
počet závitu bubnu pro 1 větev lanového systému
α
[-]
součinitel závislý na druhu kladky a skupině jeřábu
α
[-]
součinitel závislý na druhu kladky a skupině jeřábu
α
[-]
součinitel koncentrace napětí
β
[-]
bezpečnost brzdy pro těžký a velmi těžky provoz
γLo
[-]
součinitel náhodného zvětšení břemene
BRNO 2012
45
SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ ε
[rad.s-1]
úhlové zrychlení hmot na rychloběžném hřídeli
η1
[-]
účinnost kladky uložené na valivém ložisku
ηC
[-]
celková mechanická účinost
ηk
[-]
účinnost kladkostroje
σDOV
[MPa]
dovolené normálové napětí
σex
[MPa]
extrémní hodnota napětí
σO
[MPa]
napětí v ohybu
σOdov
[MPa]
dovolené ohybové napětí
σOP
[MPa]
ohybové napětí v místě vrubu
σOP
[MPa]
ohybové napětí příčníku
σRED
[MPa]
redukované napětí dle hypotézy HMH
σt
[MPa]
tahové napětí
σtD
[MPa]
tahové napětí v dříku
σtDOV
[MPa]
dovolené tahové napětí
σtl
[MPa]
napětí způsobené vnějším přetlakem
τK
[MPa]
napětí v krutu (smyku)
τKdov
[MPa]
dovolené smykové napětí
BRNO 2012
46
SEZNAM PŘÍLOH
SEZNAM PŘÍLOH Výkresová dokumentace: SESTAVA KLADNICE
SESTAVA
1-BP12-1/List. 1
KUSOVNÍK
1-BP12-1/List. 2
KUSOVNÍK
1-BP12-1/List. 3
KUSOVNÍK
1-BP12-1/List. 4
ČEP
VÝROBNÍ VÝKRES
3-BP12-2
MATICE HÁKU
VÝROBNÍ VÝKRES
3-BP12-3
PŘÍČNÍK
VÝROBNÍ VÝKRES
3-BP12-4
LANOVÁ KLADKA
VÝKRES ODLITKU
3-BP12-5
LANOVÁ KLADKA
VÝROBNÍ VÝKRES
3-BP12-6
BRNO 2012
47
