VYSOÉ UČENÍ TECHNICÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV AUTOOBILNÍHO A DOPRAVNÍHO INŽENÝRSTVÍ FACULTY OF ECHANICAL ENGINEERING INSTITUTE OF AUTOOTIVE ENGINEERING POJEZDOVÝ ECHANISUS JEŘÁBOVÉ OČY TRAVELING ECHANIS OF CRANE TROLLEY BAALÁŘSÁ PRÁCE BACHELOR S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR ARE TRLICA doc. Ing. IROSLAV ŠOPÁN, CSC. BRNO 011
Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství Ústav automoilního a dopravního inženýrství Akademický rok: 010/011 ZADÁNÍ BAALÁRSÉ PRÁCE student(ka): arek Trlica který/která studuje v akalářském studijním programu oor: Stava strojů a zařízení (0R016) Ředitel ústavu Vám v souladu se zákonem č.111/1998 o vysokých školách a se Studijním a zkušením řádem VUT v Brně určuje následující téma akalářské práce: v anglickém jazyce: Stručná charakteristika prolematiky úkolu: Pojezdový mechanismus jeřáové kočky Traveling mechanism of crane trolley onstrukční návrh pojezdového mechanismu jeřáové kočky mostového jeřáu. Návrh ude osahovat i rám kočky. Základní technické parametry: nosnost kočky 1.500 kg pojezdová rychlost 0 m/min klasifikace mechanismu dle CSN ISO 401/1 Cíle akalářské práce: Technická zpráva osahující: - koncepce navrženého řešení, - funkční výpočet zařízení, návrh jednotlivých komponent, - pevnostní výpočet a další výpočty dle vedoucího BP Výkresová dokumentace osahující: - celková sestava zařízení - podsestavy a výroní výkresy dle pokynu vedoucího BP
Seznam odorné literatury: 1. POLÁ, J.: Dopravní a manipulační zařízení II., 1. vyd., Ostrava: VŠB - Technická univerzita, 00, 104 s., ISBN: 80-48-049-X. PAVLISA, J., HRABOVSÝ, L.: Dopravní a manipulační zařízení IV, 1. vyd., Ostrava: Vysoká škola ánská - Technická univerzita, 004, 18 s., ISBN: 80-48-057-5.GAJDUŠE, J.; ŠOPÁN,.: Teorie dopravních a manipulačních zařízení, skripta VUT Brno,1988 Vedoucí akalářské práce: doc. Ing. iroslav Škopán, CSc. Termín odevzdání akalářské práce je stanoven časovým plánem akademického roku 010/011. V Brně, dne 8.11.010 L.S. prof. Ing. Václav Píštek, DrSc. Ředitel ústavu prof. RNDr. iroslav Doupovec, CSc. Děkan fakulty
Astrakt Bakalářská práce se zaývá návrhem pojezdového mechanismu jeřáové kočky s maimální nosností 1,5 tun. Práce osahuje výpočet výkonu hnacího elektromotoru, pojezdových kol, hřídelí, ložisek. Součástí práce je výkres sestavy a výroní výkres pojezdového kola. líčová slova Jeřáová kočka, pojezdové kolo, elektromotor, převodovka. Astract Bachelor work conversant project of traveling mechanism of crane trolley with maimum tonnage 1.5 tons. ork contains calculation effort driving electric motor, travelling wheels, shafts, earings. A part of work is assemlage drawing and production drawing of travelling wheel. ey worlds Crane trolley, travelling wheel, electric motor, transmission.
Biliografická citace TRLICA,. Pojezdový mechanismus jeřáové kočky.brno: Vysoké učení technické v Brně, fakulta strojního inženýrství, 011, s. Vedoucí akalářské práce doc. Ing. iroslav Škopán, CSc.
Čestné prohlášení Prohlašuji, že jsem tuto akalářskou práci vypracoval samostatně, s využitím rad vedoucího akalářské práce pana doc. Ing. iroslava Škopána, CSc a na základě podkladů uvedených v seznamu použité literatury. V Brně 5.5.011................... Podpis
Poděkování Rád y jsem na tomto místě poděkoval panu doc. Ing. iroslavu Škopánovi, CScn za poskytnuté rady a vedení celé práce.
OBSAH 1 Úvod 1 oncepční návrh Výpočet výkonu elektromotoru.1 Odpor pojížděcích kol. Výkon hnacího elektromotoru. Otáčky hnacího kola.4 Skutečná pojezdová rychlost.5 Celkový převodový poměr.6 ontrola rozěhového momentu.7 ontrola rzdy.8 Vola motoru a převodovky 4 4 ontrola ložisek 4 4.1 Základní trvanlivost 4 4. Základní trvanlivost v hodinách 4 4. odifikovaná trvanlivost 4 5 Výpočet pojezdového kola 5 5.1 Síla půsoící na jedno kolo 5 5. inimální průměr kola 5 5. Součinitel počtu otáček 5 5.4 Součinitel trvanlivosti 5 5.5 aimální únosnost kola 5 6 ontrola pera 6 6.1 V zuové spojce 6 6.1.1 ontrola na střih 6 6.1. ontrola na otlačení 6 6. V převodovce 6 6..1 ontrola na střih 6 6.. ontrola na otlačení 6 6. V pojezdovém kole 7 6..1 ontrola na střih 7 6.. ontrola na otlačení 7 7 ontrola hřídelí 8 7.1 Spojovací hřídel 8
7. Hnaný hřídel 9 7..1 Průěh VVU 10 7.. Výpočet největšího napětí 11 7. Hnací hřídel 1 7..1 Průěh VVU 14 7.. Výpočet největšího napětí 15 8 Závěr 19 9 Použitá literatura 0 10 Seznam použitých zkratek a symolů 1 11 Seznam příloh
1 ÚVOD Cílem této akalářské práce je navrhnout hlavní parametry pojezdového mechanismu jeřáové kočky o nosnosti 1,5 tun, rozchodu 1750mm a rozvoru 1450mm. Pojezdový mechanismus je navržen pro rychlost 0m/min pomocí jednoho plochého čelního převodového motoru od firmy SE. Předpokladem je, že jeřá ude pracovat uvnitř haly, proto je zanedán odpor větru a současně rovnoměrné rozložení hmotnosti na všechna kola. - 1 -
oncepční návrh Or.1 Schéma pojezdového mechanismu Pojezd jeřáové kočky je tvořen centrálním převodovým motorem s dutou výstupní hřídelí. V převodovce je vložen spojovací hřídel, který přenáší kroutící moment přes zuovou spojku na hnací hřídel, která je uložená v soudečkových ložiscích. routícího momentu z hnacího hřídele je přenesen pomocí těsného pera. Výpočet pojezdového ústrojí -výpočet proveden dle [] a [4].1 Odpor pojížděcích kol ( m m ) R c g ( 1 500 000) 0,175 ( e f r ) č č 9,81N κ ( 0,0007 0,015 0,05),5 149,7N (.1). Výkon hnacího elektromotoru ( V) v p ( 149,7 0) 0 1,75 (.) 60 10 η 60 10 0,9 P p volím výkon hnacího elektromotoru, k. Otáčky hnacího kola n v 0 π 0,5 p 1 k 7,8 ot min (.) π R volím počet otáček hnacího kola n k 6 ot.min -1 - -
.4 Skutečná pojezdová rychlost v ps 1 n k π D 6 π 0,5 8,6 m min (.4).5 Celkový převodový poměr i n m 1410 54, (.5) n 6 p k.6 ontrola rozěhového momentu motoru F R 149,7 0,175 11, Nm (.6) i η 54, 0,9 st p c v p 8,6 (.7) ( m m ) ( 1500 000) 694,17 N 60 Fip R 649,17 0,175 1,4 Nm (.8) i η 54, 0,9 ip c 60 t r ip p c k π J1 n 0 t 1,π 59 10 0 1410 4 m ir r 0,56 Nm (.9) 11, 1,4 0,56 5,1 Nm (.10) r st ip ir k > r rozěhový moment vyhovuje n1 147,9 1547,85 N (.11) n 4 ( m m ) g ( 1500 000) c 9,81 k 7607,5 N (.1) ( m m c ) v p ( 1500 000) 8,6 t rmin 0,8 s (.1) f k 60 0,14 7607,5 1547,85 60 ( ) t r >t rmin doa rozěhu vyhovuje ( ).7 ontrola rzdy R ηc 149,7 0,175 0,9 9,15 Nm (.14) i 54, st p R v p ηc 0,175 8,6 0,9 ( m m c ) ( 1500 000) 1,45 Nm (.15) 60 i t 60 54,1 ip p π J n k 0 1 4 π 59 10 1410 1, 0 1 m ir 0,871 Nm (.16) - -
9,15 1,45 0,871 1,471 Nm (.17) st ip ir s > rzdný moment vyhovuje t ( m m ) ( f k ) v p 60 ( 1 500 000) 8,6 ( 0,14 76 07,5 1547,85) c min t s >t min doa rozěhu vyhovuje 60 0,6 s (.18).8 Vola motoru a převodovky dle [5] volím převodovku s integrovaným motorem od firmy SE typ převodovky: FH77B výstupní otáčky: n a 6 min -1 výstupní moment: k 80 N.m 4 ontrola ložisek dle [] ( m m ) g ( 1 500 000) c 9,81 FR 19 006,875 N 8 8 (4.1) P X Fr Y Fa 119 006,875 0 0 19 006,875 N (4.) 4.1 Základní trvanlivost dle [7] C104 000 N L 10 10 10 C 104 000 6 7,7 10 ot (4.) P 19 006,875 4. Základní trvanlivost v hodinách L 10 10 10h 6 6 C 10 104 000 10 174 807,69 h (4.4) P 60 n 19 006,875 60 6 4. odifikovaná trvanlivost L a a L 0,6 1,6 174 807,69 17 409, h (4.5) 95h 1 10h dle [6] L800 h L<L 95h 800 h<17 409, h ložisko vyhovuje - 4 -
5 Výpočet pojezdového kola -výpočet proveden dle [1,str. 75.-78.] 5.1 Síla půsoící na jedno kolo ( m m ) g ( 1 500 000) F c 9,81 8 01,75 N (5.1) 4 4 5. inimální průměr kola F F 8 01,75 k D min D min 79,7 mm (5.) k 9 5 z konstrukčních důvodů volím průměr pojezdového kola 50 mm ta.1 součinitel druhu materiálu [1,str.76] Hodnota k Druh provozu pro materiál kola Ocelolitina 4 661.1 Lehký 9 Střední 9 Těžký 8,5 5. Součinitel počtu otáček f,, 1,1 (5.) n 6 n a 5.4 Součinitel trvanlivosti Y 800 f h 1,16 (5.4) 500 500 5.5 aimální únosnost kola k 9 D f n 50 51,1 16 6, N (5.5) f 1,16 ma h F < ma 8 01,75 N<16 6, N pojezdové kolo vyhovuje - 5 -
6 ontrola pera 6.1 V zuové spojce V zuové spojce je použito PERO 14e7970 k 80 000 F 800 N (6.1) d 50 6.1.1 ontrola na střih l V l 70 14 56mm (6.) F 800 τ 0,9 Pa l 56 14 (6.) V τ< τ D 0,9 Pa<100 Pa pero vyhovuje 6.1. ontrola na otlačení F 800 p 8,7 Pa t l,5 56 (6.4) 1 V p<p D 8,7 Pa<10 Pa pero vyhovuje 6. V převodovce V zuové spojce je použito PERO 14e79100 k 80 000 F 800 N (6.5) d 50 6..1 ontrola na střih l V l 100 14 86mm (6.6) F 800 τ 7, Pa (6.7) l 86 14 V τ< τ D 7,Pa<100 Pa pero vyhovuje 6.. ontrola na otlačení F 800 p 109 Pa (6.8) t l,5 86 1 V p<p D 109 Pa<10 Pa pero vyhovuje - 6 -
6. V pojezdovém kole V zuové spojce je použito PERO 16e71080 k 80 000 F 9 818, N (6.9) d 55 6..1 ontrola na střih l V l 80 16 64mm (6.10) F 9 818, τ 9,1 Pa (6.11) l 64 16 τ< τ D V 9,1 Pa<100 Pa pero vyhovuje 6.. ontrola na otlačení F 9 818, p 1,6 Pa (6.1) t l,8 64 1 V p<p D 1,6 Pa<10 Pa pero vyhovuje - 7 -
7 ontrola hřídelí 7.1 Spojovací hřídel Průřez I Or. Spojovací hřídel k 80 000 5,6 Pa (7.1) π d d t ( d t) π 50 14 5,5 ( 50 5,5) 16 d 16 50 τ τ < τ D Průřez II 80 000 τ k 40, Pa (7.) π d π 47 16 16 τ < τ D hřídel vyhovuje - 8 -
7. Hnaný hřídel a55 mm 90 mm c55 mm q4,75n/mm Or. Zatížení hného hřídele F 0 : N 0 (7.) Fy 0: Fa q F 0 (7.4) F q - F 4,75 90 19 006,875 19 006,875 N oa a 0: q a F ( a c) 0 90 q a 4,75 90 55 F a c 55 90 55 19 006,875 N (7.5) - 9 -
7..1 Průěh VVU Or.4 Průěh VVU v místě I 1 ( 0;a) F 0 N 0 (7.6) Fy 0: Fa - T 0 Fa T (7.7) oa 0 :T 1 o 0 T (7.8) o 1 ( 0;) Or.5 Průěh VVU v místě II F 0: N 0 (7.9) - 10 -
a a y - q F T 0 - T - q 0: F F (7.10) ( ) ( ) o o oa a T a q 0 a T a q 0: (7.11) největší ohyový moment je pro / mm 147 0,81 N 90 55 0 90 55 90 4,75 a T a q 0 N 90 4,75 19006,875 q - F T oma oma a 7.. Výpočet největšího napětí Or.6 Hnaná hřídel - 11 - (7.1) (7.1)
Napětí v místě C oc F d 19 006,875 15 8510 N mm (7.14) a π d π 47 σ oc 1019,8 mm (7.15) oc 8510 α 55,9 Pa (7.16) 1019,8 oc oc Napětí v místě D od F e 19 006,875 55 1045 78,15 N mm (7.17) a π d π 5 σ od 1 804, mm (7.18) od 1045 78,15 α 151,5 Pa (7.19) 1 804, od od Napětí v místě E oe 1 47 0,81N mm (7.0) oma π d π 55 σ oe 16,8 mm (7.1) oe 147 0,81 90, Pa (7.) 16,8 oe oe Napětí v místě F of F h 19 006,875 48,7 95 64,8 N mm (7.) a π d π 50 σ of 1 71,8 mm (7.4) of 95 64,8 α 150,8 Pa (7.5) 1 71,8 of of největší napětí je v místě D σ od < σ odov 151,5 Pa < 00 Pa hřídel vyhovuje - 1 -
7. Hnací hřídel Or.7 Zatížení hnací hřídele a55 mm q4,75n/mm 90 mm k 80 Nm c55 mm F 0: N 0 (7.6) Fy 0: Fa q F 0 F q - F 4,75 90 19 006,875 19 006,875 N (7.7) a oa 0: q a F ( a c) 0 90 q a 4,75 90 55 F a c 55 90 55-1 - 19 006,875 N (7.8)
7..1 Průěh VVU Or.8 Průěh VVU v místě I 1 ( 0;c) F 0: N 0 (7.9) Fy 0: F T 0 (7.0) T -F o ob 0:T 1 o 0 (7.1) T 1 ( 0;) Or.9 Průěh VVU v místě II F 0: N 0 (7.) Fy 0:F - q T 0 T q F (7.) - 14 -
( ) ( ) o o oa a T c q 0 c T c 0:q (7.4) největší ohyový moment je pro / ( ) mm 147 0,81 N 45 55 0 90 55 90 4,75 c T c q 0 N 19006,875 90 4,75 F q T oma oma 7.. Výpočet největšího napětí Or.10 Hnací hřídel - 15 - (7.5) (7.6)
Řez v místě C Napětí v ohyu σ oc oc oc 0 N mm π d π 50 1 71,8mm oc 0 0 Pa 1 71,8 oc (7.7) (7.8) Napětí v krutu 80 000 N mm τ C C π d 16 β C π 50 16 1,5 4 54,7mm 80 000 4 54,7 50,1 Pa (7.9) (7.40) Řez v místě D Napětí v ohyu σ od od od 0 N mm π d α od od π 47 1019,8 mm 0 0 Pa 1019,8 (7.41) (7.4) Napětí v krutu 80 000 N mm τ D D π d 16 D π 47 0 85,6mm 16 80 000 40, Pa 0 85,6 (7.4) (7.44) Řez v místě E Napětí v ohyu σ oe oe oe F d 19 006,87516 04110 N mm π d α oe oe π 47 1019,8mm 04110 59,7 Pa 1019,8 (7.45) (7.46) (7.47) - 16 -
Napětí v krutu 80 000 N mm τ E E π d π 47 0 85,6 mm 16 16 80 000 40, Pa 0 85,6 E (7.48) (7.49) Redukované napětí σ rede σ oe τ E 59,7 40, 91,7 Pa (7.50) Řez v místě F Napětí v ohyu σ of of of F e 19 006,875 48,5 91 8,4 N mm π d α of of π 50 1 71,8 mm 918,4 150, Pa 1 71,8 (7.51) (7.5) (7.5) Napětí v krutu 80 000 N mm τ F F π d π 50 4 54,7 mm 16 16 80 000,4 Pa 4 54,7 E Redukované napětí σ redf σ of τ F 150,,4 161 Pa (7.54) (7.55) (7.56) Řez v místě G Napětí v ohyu σ og og og F a 19 006,875 55 1045 78,1 N mm π d α og og π 5 1 804,mm 1045 78,1 151,5 Pa 1 804, (7.57) (7.58) (7.59) - 17 -
Napětí v krutu 80 000 N mm τ G G π d 16 G π 5 7 608, mm 16 80000 9,7 Pa 7 608, (7.60) (7.61) Redukované napětí σ rede σ oe τ E 151,5 9,7 160 Pa (7.6) Řez v místě H Napětí v ohyu σ oh oh oh oma π d α oh oh 1 47 0,81N mm π 55 16,8mm 1 47 0,81 1,5 15 Pa 16,8 (7.6) (7.64) (7.65) Napětí v krutu τ H H 80 000 Nmm π d 16 G ( d t) π 55 16 6, ( 55 6,) t d 16 80000 6,9 Pa 0 517, 55 0 517, mm (7.66) (7.67) Redukované napětí σ redh σ oh τ H 15 6,9 14,8 Pa (7.68) největší napětí je v místě F σ red <σ D 161 Pa<180 Pa hřídel vyhovuje - 18 -
8 Závěr Cílem této práce akalářské práce ylo určení hlavních parametrů pojezdového mechanismu jeřáové kočky. Pojezdový mechanismus jeřáové kočky se skládá z plochého čelního převodového motoru v patkovém provedení s dutou výstupní hřídelí od firmy SE, součástí elektromotoru je integrovaná rzda. V převodovce je vložen spojovací hřídel, který přenáší kroutící moment přes zuovou spojku na hnací hřídel, která je uložená v soudečkových ložiscích. Přenos kroutícího momentu z hnacího hřídele na pojížděcí kolo je pomocí těsného pera. Součástí práce je i výkresová dokumentace, ve které jsem vytvořil výkres sestavení pojezdového mechanismu a výroní výkres pojezdového kola. Ve výpočtové části práce je proveden návrh a kontrola pojížděcích kol, ložisek, per, elektromotoru s převodovkou a u všech hřídelí je proveden výpočet největšího napětí v neezpečných průřezech. - 19 -
9 Použitá literatura [1] YNÁŘ, B., AŠPÁRE, J.: Dopravní a manipulační zařízení, Brno, Skriptum pro akalářské studium. [] LEINVEBER, J., ŘASA, J., VÁVRA, P.: Strojnické taulky. Praha : Scientia, 1999. 985 s. [] RETA, F., UPA, L.: Jeřáy, I.-III. Díl. Praha : SNTL, 1961. [4] PAVLISA, J., HRABOVSÝ, L.: Dopravní a manipulační zařízení IV, 1. vyd., Ostrava: Vysoká škola ánská - Technická univerzita, 004, 18 s., ISBN: 80-48-057-5. [5] SE-EURODRIVE [online]. 010 [cit. 011-05-1]. Pohony. Dostupné z : <http://www.sew-eurodrive.cz/>. [6] ČSN ISO 401/1. Jeřáy a zdvihací zařízení, Praha, 199, 8 s. [7] SF [online]. [cit. 011-05-19]. Soudečková ložiska. Dostupné z : <http://www.skf.com/portal/skf/home/products?maincatalogue1&langcs&newlink1_6_9. [8] FERONA [online]. 004 [cit. 011-05-19]. olejnice jeřáová. Dostupné z : <http://www.ferona.cz/cze/katalog/detail.php?id579>. [9] STROJÍRNA ULENY spol s.r.o [online]. 010 [cit. 011-05-19]. Zuové spojky. Dostupné z :<http://www.strojirna.cz/inde.php/cs/strojirenska-vyroa/spojky/zuovespojky>. - 0 -
10 Seznam použitých zkratek a symolů symol název jednotka šířka pera mm k účinná šířka kolejnice mm D průměr pojezdového kola m e souč. valivého tření m f č souč. čepového tření - f h součinitel trvanlivosti - F ip setrvačná síla posuvných hmot N F síla půsoící na pojez. olo N f n součinitel počtu otáček - F R síla půsoící na ložisko N g gravitační zrychlení m.s - i p celkový převodový moment - k zatížení hnaných kol N l celková délka pera mm l v nosná délka pera mm m hmotnost řemene kg rzdný moment Nm s rzdný moment motoru Nm m c hmotnost jeřáové kočky kg ip setr. moment posuvných hmot N.m ir setr. moment rotujících hmot N.m ir setr. moment rotujících hmot N.m ip setr. moment posuvných hmot N.m rzdy k výstupní moment převodovky N.m o ohyový moment N.mm r rozěhový moment motoru N.m st moment pasivních odporů N.m st moment pasivních odporů N.m rzdy n a výstupní otáčky převodovky ot.min -1 n k otáčky kola ot.min -1 n m otáčky motoru ot.min -1 P výkon hnacího elektromotoru p skutečný tlak Pa p D dovolený tlak Pa R poloměr pojezdového kola m r č přídavný odpor - t doa rždění s 1
Symol název jednotka t min minimální doa rždění s t s skutečná doa rždění s t r doa rozěhu s t rmin minimální doa rozěhu s t 1 hlouka drážky v náoji mm V odpor větru N v p pojezdová rychlost m.min -1 odpor pojížděcích kol N k průřezový modul v krutu mm o průřezový modul v ohyu mm Y trvanlivost pojezdového kola hod V odpor větru N τ skutečné napětí Pa τ D dovolené napětí Pa α tvarový součinitel - σ o napětí v ohyu Pa σ odov dovolené napětí v ohyu Pa σ red redukované napětí Pa τ D dovolené napětí v krutu Pa τ skutečné napětí v krutu Pa - -
11 Seznam příloh Název výkresu JEŘÁBOVÁ OČA POJEZDOVÉ OLO HNACÍ Označení výkresu 1-P-11/00 -P-11/0 - -