3313

Кроектирование мостового грейферного крана

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Введение Мостовые краны относятся к кранам пролётного типа. Данные краны широко применяются на судоремонтных заводах, закрытых и открытых складах, в мастерских, производственных цехах, на монтажных и ремонтных площадках, а также на всех промышленных...

Русский

2012-10-29

237 KB

45 чел.

Введение

Мостовые краны относятся к кранам пролётного типа.

Данные краны широко применяются на судоремонтных заводах, закрытых и открытых складах, в мастерских, производственных цехах, на монтажных и ремонтных площадках, а также на всех промышленных предприятиях для переработки сырья и грузов, подлежащих разгрузке и погрузке. В самих портах эти краны встречаются редко, обычно их можно увидеть в портовых складах, но иногда их также используют для обработки речных судов.

Мостовой грейферный кран принадлежит к кранам специального назначения, так как в качестве грузозахватного органа используется грейфер. Мостовые специальные грейферные краны применяют для транспортировки насыпных и кусковых грузов. Их эксплуатируют в режимах, относящихся к группам 6К-8К, то есть в тяжелых режимах работы.

Такие краны обладают тремя рабочими движениями; ими являются подъем, передвижение тележки вдоль моста и передвижение самого крана.

Исходные данные:

Грузоподъемность Q= 18т,

длина пролета L= 28м,

высота подъема H= 23м,

скорость подъема груза v= 0,88м/с,

скорость передвижения тележки vт = 1,07 м/с,

скорость передвижения крана vкр =  0,92м/с,

режим работы - тяжелый,

ПВ=44%.

I.1 Расчет механизма подъема крана

I.1.1 Выбор полиспаста, каната, диаметра барабана и блоков

Максимальное натяжение в канате, набегающем на барабан, при подъеме груза:

где     Q – грузоподъемность крана, Н;

       u – кратность полиспаста;

      0– КПД канато-блочной системы;

где     -КПД полиспаста;

                                                      - КПД блока.

Разрывное усилие каната в целом:

где     nк – коэффициент запаса прочности, зависящий от режима работы и типа крана; nк=0,6 (табл.11, с.56, [1])

По каталогу выбираем стальной канат двойной свивки типа ЛК-Р 6х19 (1+6+6/6)+1о.с., диаметром dk =25,5 мм;

при расчетном пределе прочности  (1600 МПа), площадью сечения всех проволок Fк =244 мм2 (244*10-6 м2 ), с разрывным усилием Sр

=33150 кгс (331500Н).

Диаметр блока и барабана по центру наматываемого каната:
                                 

Диаметр блока и барабана по дну канавки:

 ,

где    е – коэффициент, зависящий от режима работы и типа крана;

е=30 (табл.12, с58, [1])

 

Принимаем диаметр барабана по дну канавки D=720 мм.

I.1.2 Расчет узла барабана

Принятый диаметр барабана D=720 мм по дну канавки;

расчетный диаметр барабана по центру наматываемого каната:

Dб =D+ dk=720+25,5=745,5 мм

Длина каната, наматываемая на одну половину барабана:

Lк=H*u=23*1=23м,

Число витков нарезки на одну половину барабана:

где (1,5….2) – число запасных витков.

Принимаем Z=11.

Длина нарезки на одной половине барабана:

lн =z*tн=11*29=319

где     tн- шаг нарезки барабана для каната dk =25,5 мм, tн=29мм

(прил.XIV, с.475, [1]).

Полная длина барабана:

Lб=2*(lн + lз)+lг=2*(319+4*29)+180=1050мм

где lз=4*tн – длина участка с каждой стороны барабана, используемая для закрепления каната;

lг =b-2*hmin*tg=266-2*650*tg=175мм,

где      lг-расстояние между правой и левой нарезками; принимаем lг =180мм.

Принимаем Lб=1100мм

Проверка:

Lб < 3* D =1100 < 3*420=2160

Условие выполняется.

I.1.3 Расчет толщины стенки барабана

Барабан сварной стальной (Сталь 45) ГОСТ1050-74 с пределом прочности =6100 кгс/см2 и пределом текучести =3600 кгс/см2.

Толщину стенки барабана определяют из расчета на сжатие:

==7,4мм=0,74см,

где     []=кгс/мм2,

где     k-коэффициент запаса прочности для крюковых кранов, k=1,4.

Принимаем =8мм (прил.XV,с.475, [1]).

Так как барабан сварной, то проверяем его на сложное напряжение от изгиба и кручения:

кгс/см2,

где     W-экваториальный момент сопротивления поперечного сечения барабана;

               - коэффициент приведения напряжений;

               Мкр- крутящий момент, передаваемый барабаном.

Проверка:

96кгс/см2 < =2571кгс/см2,

Условие выполняется, следовательно оставляем принятую ранее толщину стенки барабана =8мм.

I.1.4 Расчет крепления каната к барабану

Натяжение каната перед прижимной планкой:

кгс,

где     е – основание натурального логарифма;

                                    f – коэффициент трения между канатом и барабаном;

                                     - угол обхвата канатом барабана.

Суммарное усилие растяжения болтов:

кгс,

где   f1 – приведенный коэффициент трения между планкой и барабаном;

            1 – угол обхвата барабана при переходе от одной канавки планки к другой.

Суммарное напряжение в болте при затяжке крепления с учетом растягивающих и изгибающих усилий:

кгс/см2,

где   n – коэффициент запаса надежности крепления каната к барабану;

              z – количество винтов;

              d – внутренний диаметр болта, мм.

Для крепления прижимных планок принимаем болт М22 из стали Ст3 у которого т=2200 кгс/см2.

Допускаемое напряжение для болта:

кгс/см2;

 Проверка:

с=1475кгс/см2 > [p]=1173кгс/см2,

Так как условие не выполняется, то принимаем количество болтов z=4!

(кгс/см2 < [p]=1173кгс/см2

I.1.5 Расчет мощности двигателя и выбор редуктора

При подъеме номинального груза мощность двигателя механизма подъема:

где Q0 – грузоподъемность крана;

                                           vном – номинальная скорость подъема;

                                           мех – КПД механизма подъема;

 Так как фактическая продолжительность включения электродвигателя (ПВф=44%) не совпадает со стандартной ПВ, то выполняем пересчет мощности на стандартное ПВ:

Nн= Nф*=(91,3…109,6)*=95,8…114,9 кВТ;

Принимаем ближайший по каталогу двигатель меньшей мощности.

Из прил.XXXIV, с.490 выбираем электродвигатель переменного тока с фазовым ротором типа МТН 711-10 мощностью N=100кВт, частотой вращения n=584мин-1 (w=61,1с-1), максимальным моментом

Мп max =465кгс*м, моментом инерции ротора Iр=1,045кгс*м*с2.

Номинальный момент на валу двигателя:

Мн=975*=975*=166,9кгс*м

Отношение максимального момента к номинальному:

==2,79

Передаточное число редуктора:

Uр.р. =  =  = 24,86,

где n б- частота вращения барабана,

n б =  =  = 23,49

Из приложения XLV,с.512 выбираем редуктор типа Ц2-650 (передаточное число Uр.=24,9).

Так как передаточное число выбранного редуктора отличается от расчетного передаточного числа, то находим фактическую скорость подъема груза и делаем проверку отклонения фактической скорости от заданной:

     n б==мин—1 – фактическая частота вращения барабана;

vф = v*=0,8*м/с – фактическая скорость подъема груза;

Проверка:

*100%=<5м/с.

Допустимая величина предельного момента, передаваемого редуктором:

М пред ==2*975*=370,6 кгс*м (3706 Н*м),

- кратность пускового момента, принимаемая в зависимости от режима работы; =2,0 (табл.14, с.78, [1])

Средний момент электродвигателя в период пуска:

=.

Поскольку =324,6 < М пред=370,6,  то редуктор удовлетворяет условиям перегрузки двигателя в период пуска.

Статический момент на валу двигателя при подъеме номинального груза:

,

где SП - усилие в навиваемом на барабан канате при подъеме груза;

    а - число ветвей, навиваемых на барабан;

     -КПД механизма подъема, =0,85.

Усилие в канате, свиваемом с барабана, при опускании груза:

SОП1=

Статический момент на валу двигателя при опускании номинального груза:

МОП1

Время пуска привода при подъеме и опускании груза:

tп1=

tоп1=,

где Iпр – момент инерции движущихся масс, приведенных к валу двигателя при подъеме или опускании груза:

Iпр1=

где Iр.м. - общий момент инерции ротора двигателя и зубчатой муфты с тормозным шкивом;

             - коэффициент, учитывающий моменты инерции масс деталей,

Принимаем .

            m - масса поднимаемого груза,

             иМ  - общее передаточное число механизма,

              - КПД механизма,

             Rб - радиус барабана по центру наматываемого каната.

Проверка двигателя по условиям нагрева.

Крутящий момент на валу двигателя при подъеме номинального груза:

Мст=975*

Номинальный момент выбранного двигателя:

Мн=975*

Коэффициент перегрузки двигателя при подъеме номинального груза:

Используя величину перегрузочной способности двигателя и пользуясь графиком находим относительное время пуска tП.О=2,11.

Определяем время разгона при подъеме номинального груза:

tП = tП.О*

Среднее время рабочей операции:

t р =,

где L р - средний рабочий путь, L р=.

Отношение время пуска к среднему времени рабочей операции:

Пользуясь графиком (рис.45, с.112, [1]) определим вспомогательный коэффициент .

Эквивалентная мощность цикла:

Nе=*Nн=1,09*109,49=119,34 кВт

Определим требуемую мощность цикла по условиям нагрева при ПВ=44%:

N40=k*Ne=0,75*119,34=89,5 кВт,

k=0,75 – (табл.30, с.113).

Выбранный двигатель МТН 711-10 мощностью =100кВт удовлетворяет условиям нагрева.

Проверка двигателя по пусковому моменту:

Условие правильности выбора электродвигателя:

Пусковый момент на валу двигателя:

Статический момент:

Динамический момент от поступательно движущихся масс (груза):

,

где  -момент инерции массы груза, приведенный к валу двигателя;

              -угловое ускорение.

Динамический момент от вращательно движущихся масс:

где  -момент инерции вращательно движущихся масс механизма.

Коэффициент перегрузки двигателя при пуске:

Допускаемая кратность среднепускового момента:

Проверка:

< ,

Условие выполняется, следовательно, выбранный двигатель МТН 711-10 удовлетворяет условиям работы.

I.1.6 Определение тормозного момента и выбор тормоза

Тормоз устанавливаем на быстроходном валу редуктора.

Расчетный тормозной момент:

Мт= kт ст.т=2,0*137,42=274,82 кгс*м

где kт  -коэффициент запаса торможения для тяжелого режима работы;

            Мст.т -статический момент на валу двигателя при торможении.

По таблице из прил. L, с.518 выбираем двухколодочный тормоз с электрогидротолкателем ТКТГ-600 с максимальным тормозным моментом =500кгс*м, отрегулированный на расчетный тормозной момент.

По тормозному моменту выбираем тормозной шкив с dM=600мм.

Время торможения механизма подъема:

при подъеме:

tт.п. =

при опускании:

tт.оп. =,

где  -момент инерции движущихся масс механизма, приведенный к валу тормоза при торможении,

I.1.7 Выбор муфт механизма подъема

Между двигателем и редуктором устанавливаем зубчатую муфту с тормозным шкивом dM=600мм (прил.XLVII, с.513), имеющую следующие характеристики:

наибольший передаваемый крутящий момент Мкр =575кгс*м; момент инерции  =0,1375кгс*м.

Крутящий момент, передаваемый муфтой в период пуска двигателя при опускании номинального груза:

,

где I/рм – суммарный момент инерции ротора двигателя и полумуфты, насаженной на вал электродвигателя;

Крутящий момент, передаваемый муфтой в период торможения двигателя при подъеме номинального груза:

Максимальный крутящий момент при пуске двигателя:

Крутящий момент от сил инерции, передаваемых муфтой:

Крутящий момент, передаваемый муфтой в период пуска:

Определим расчетный крутящий момент для муфты:

где к1 – коэффициент, учитывающий степень ответственности муфты, к1=1,5 (прил. LIV, с.525, [1]).

Выбранная муфта удовлетворяет условию передачи максимального крутящего момента.

При расчете по номинальному моменту, расчетный момент равен:

где к2 -коэффициент, учитывающий условия работы муфты,

к2=1,3 (прил.LIV, с.525, [1]).

I.2 Расчёт механизма передвижения тележки

I.2.1. Выбор кинематической схемы

Механизм передвижения тележки предполагается выполнить по кинематической схеме с раздельным приводом, показанной ниже на рисунке:

Для передачи крутящего момента от двигателя к приводному колесу использован вертикальный редуктор типа ВКН.

I.2.2. Расчет сопротивления передвижению тележки

Сопротивление передвижению тележки с номинальным грузом при установившемся режиме работы определяют по формуле:

Сопротивление передвижению ненагруженной тележки при установившемся режиме работы определяют по формуле

где Q = 18000 кгс - номинальный вес поднимаемого груза,

                   Gт = 3700 кгс – собственный вес крановой тележки (табл.IV.2.5, с.32, [2]),

                   Dк = 300 мм– диаметр ходового колеса тележки, для данной грузоподъемности. Принимаем двухребордные колеса с цилиндрическим профилем обода (табл.25, с.106, [1]),

                   d = (0,25…0,30)Dк = (0,25…,030)*300 = 75…90 мм. Принимаем d =85 мм,

                   f = 0,015 – коэффициент трения в подшипниках колес; подшипники выбираем сферические двухрядные (табл.26, с.106, [1]),

                    = 0,03 см – коэффициент трения качения колеса по плоскому рельсу (табл.27, с.107, [1]),

                   kр = 2,5 – коэффициент, учитывающий сопротивление от трения реборд колес о рельсы и от трения токосъемников о троллеи (табл.28, с.107, [1]),

                 сопротивление передвижению от уклона пути,

Wук = (Q+Gт)* = (18000+3700)*0,001=21,7 кгс,

где = 0,001 – для путей, укладываемых на металлических балках с железобетонным фундаментом.

I.2.3. Расчет мощности двигателя и выбор редуктора

Двигателя механизмов передвижения тележки выбираем по пусковому моменту. Значение пускового момента должно быть таким, при котором отсутствует пробуксовка ведущих колес незагруженной тележки по рельсам, а коэффициент запаса сцепления должен быть не менее 1,2.

Для предварительного выбора двигателя определяем сопротивление передвижению загруженной тележки в пусковой период:

где  = 0,3 м/с2 - среднее ускорение тележки при пуске

(табл.29, с.108, [1]),

Мощность предварительно выбираемого электродвигателя с учетом инерционных нагрузок:

Производим пересчет мощности на стандартное ПВ:

Nф = Nр*=10,4*10,9 кВт,

Так как будем использовать приводные колеса, то мощность каждого Nф= 5,45 кВт.

Расчетная мощность двигателя механизма передвижения, определяется с учетом инерционных нагрузок, должна удовлетворять условию

где     

Nф=10,9 кВт =4,5 кВт

Условие выполняется!

По каталогу предварительно принимаем электродвигатель с фазовым ротором типа MTF 112-6, мощностью N=5 кВт (при ПВ = 40%), n=930 об/мин (=97,34 c-1), моментом инерции ротора Jр=0,0069 кгс*м*с2, максимальным моментом Мmax = 14 кгс*м.

Мн = 975*=975*=5,24 кгс*м,

Отношение максимального момента к номинальному:

Определим частоту вращения колеса:

мин-1

Расчетное передаточное число редуктора:

По каталогу принимаем редуктор типа ВКН-420-16-1 (передаточное число uр = 16, схема сборки 1) с максимальной мощностью N=6,5 кВт на быстроходном валу при тяжелом режиме работы.

Фактическая частота вращения колеса:

Фактическая скорость передвижения тележки с номинальным грузом:

Проверка:

< 5 м/с

Условие выполняется!

Минимальное время пуска двигателя незагруженной тележки:

                                                                                                          

где п.max – максимально допустимое ускорение незагруженной тележки.

Для обеспечения запаса сцепления (kсц=1,2) при пуске незагруженной тележки ускорение ее должно быть не более значения, вычисленного по формуле:

где = 0,2 – коэффициент сцепления ведущего колеса с рельсом для кранов, работающих в закрытых помещениях.

Gсц – сцепной вес тележки,

,

где nпр – число ведущих колес,

     nк – общее число ходовых колес.

Статический момент сопротивления передвижению незагруженной тележки, приведенный к валу двигателя:

где     м – КПД механизма передвижения тележки, м=0,7 (рис.36, с.79).

 Wст.пх – сопротивление передвижению незагруженной тележки.

Момент инерции подвижных масс тележки, приведенный к валу двигателя:

Средний пусковой момент:

Расчетная мощность:

N=

Проверка:

Nр = 3,47 кВт  Nст = 4,5

Условие выполняется!

Для привода механизма передвижения тележки окончательно принимаем электродвигатель МТF 112-6.

Средний пусковый момент двигателя МТF 112-6:

Фактический коэффициент запаса сцепления приводных колес с рельсами:

   k cц=

где     tпх - фактическое время пуска двигателя нагруженной тележки.

Фактическое ускорение при разгоне незагруженной тележки:

апх =

I.2.4. Расчет тормозного момента и выбор тормоза

При торможении без груза допустимое ускорение, при котором обеспечивается запас сцепления с рельсами вычисляется по формуле:

Время торможения тележки без груза исходя из максимально допустимого ускорения:

Допустимая величина тормозного пути:

Минимально допустимое время торможения:

Время торможения тележки в общем виде:

откуда тормозной момент:

где Мст.т – статический момент сопротивления передвижению тележки при торможении, приведенный к валу двигателя.

Статический момент сопротивления передвижению незагруженной тележки при торможении, приведенный к валу двигателя:

Принимаем колодочный тормоз с гидротолкателем ТТ-160 с наибольшим тормозным моментом 10 кгс*м, диаметром тормозного шкива 160мм, шириной колодки 75мм, тип гидротолкателя ТЭГ-16 с тяговым усилием 16 кгс. Тормоз отрегулирован на необходимый тормозной момент.

I.2.5. Расчет ходовых колес

Нагрузка на одно ведущее колесо при условии их одинакового нагружения:

Расчетная нагрузка на колесо:

где = 0,8 - коэффициент, учитывающий переменность нагрузки,

            k1 - коэффициент, учитывающий режим работы механизма, k1=1,4 (табл.34, с.116, [1]),

Значение местных напряжений смятия при линейном контакте:

Приведенный модуль упругости для стального колеса и стального рельса Епр=2,1*106 кгс/см2.

Для колеса, изготовленного из стали 65Г с твердостью поверхности НВ320…350,

I.3. Расчет механизма передвижения крана

I.3.1 Определение сопротивлений передвижению крана

Сопротивление передвижению крана с номинальным грузом:

I.3.2 Расчет мощности двигателя и выбор редуктора

Для предварительного выбора двигателя определяем сопротивление передвижению загруженного крана:

где  = 0,3 м/с2 - среднее ускорение тележки при пуске

(табл.29, с.108, [1]),

Мощность предварительно выбираемого электродвигателя с учетом инерционных нагрузок:

Производим пересчет мощности на стандартное ПВ:

Nф = Nр*=22*23,1 кВт,

Мощность одного двигателя раздельного привода:

Nст.1 =(0,5…0,6)*Nр = 0,55*23,1=12,7 кВт,

По каталогу предварительно принимаем электродвигатель с фазовым ротором типа MTF 312-6, мощностью N=15 кВт (при ПВ = 40%), n=955 об/мин, моментом инерции ротора Jр=0,0318 кгс*м*с2, максимальным моментом Мmax = 48 кгс*м.

Мн = 975*=975*=15,3 кгс*м,

Отношение максимального момента к номинальному:

Определим частоту вращения колеса:

мин-1

Расчетное передаточное число редуктора:

По каталогу принимаем редуктор типа Ц2-300-28,2-1 (передаточное число uр = 28,2, схема сборки 1).

Фактическая частота вращения колеса:

Фактическая скорость передвижения крана с номинальным грузом:

Для обеспечения запаса сцепления (kсц=1,2) при пуске незагруженного крана ускорение его должно быть не более значения, вычисленного по формуле:

I.3.3 Расчет тормозного момента и выбор тормоза

Для обеспечения запаса сцепления колес с рельсами механизма передвижения при незагруженном кране и при нахождении тележки в крайнем положении максимальное ускорение при торможении должно быть не более:

Время торможения привода исходя из условия максимально допустимого ускорения:

Допустимая величина тормозного пути:

Минимально допустимое время торможения:

Тормозной момент на валу двигателя:

Статический момент сопротивления, приведенный к валу двигателя, при торможении незагруженного крана:

Принимаем колодочный тормоз с гидротолкателем ТТ-160 с наибольшим тормозным моментом 10 кгс*м, диаметром тормозного шкива 160мм, шириной колодки 75мм, тип гидротолкателя ТЭГ-16 с тяговым усилием 16 кгс. Тормоз отрегулирован на необходимый тормозной момент.

I.2.5. Расчет ходовых колес

В качестве материала двухребордных с цилиндрическим ободом колес принимаем Сталь65Г с твердостью поверхности катания НВ 320…350 (ГОСТ1050-74). Ширина поверхности катания 100мм. Для таких колес принимаем рельс КР70 со скругленной головкой.

Расчетная нагрузка на колесо:

где = 0,8 - коэффициент, учитывающий переменность нагрузки,

            k1 - коэффициент, учитывающий режим работы механизма, k1=1,4 (табл.34, с.116, [1]),


Список используемой литературы:

  1.  Расчеты грузоподъемных и транспортирующих машиню Иванченко Ф. К.;
  2.  Справочник по кранам (I). Гохберг М.М.;
  3.  Справочник по кранам (II). Гохберг М.М.;
  4.  Подъемно-транспортные машины (атлас конструкций). Александров М. П.;
  5.  Грузоподъемные машины. Дукельский А.М.

  1.  

 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

59024. Краса, велич і трагедія в образах шевченкового Кобзаря 49 KB
  Природно шевченкові пейзажі є саме такими. Де й навіщо використовує Шевченко пейзаж На початку іноді в середині великого поетичного твору. Яка назва цієї пісні Що ви знаєте про історію її написання Яким у ній зображено Дніпро В іншій поезії Шевченко зазначає...
59025. Краса осені (прикмети та ознаки) 41 KB
  Осінь наче художник велетенським пензлем розфарбовує у яскраві кольори плоди та листя. Ось так починається осінь. Осінь Які слова допомогли вам відгадати загадки Підкреслимо їх. розфарбувала жовті шати одягає жде білу сестрицю...
59026. Критичне мислення на уроках зарубіжної літератури 99.5 KB
  Теорія та практика Критичне мислення на уроках зарубіжної літератури I. Саме тому основною проблемною темою в контексті викладання зарубіжної літератури в 811 класах є: Використання технологій критичного мислення як засобу створення творчого мікроклімату на уроці зарубіжної літератури...
59027. Література ХХ століття. Р. Кіплінг 48 KB
  Мета практична: повторити біографію Р. Кіплінга; ознайомити учнів з особливостями індуїзму, проаналізувати вплив вірувань індійців на творчість Р. Кіплінга, спонукати учнів до нового осмислення Мауглі...
59029. Листок - орган фотосинтезу 51 KB
  Мета: розширити і поглибити знання учнів про фотосинтез; зясувати особливості будови листка в звязку з його функціями; формувати вміння встановлювати взаємозвязок між будовою листка і його функціями; вміння працювати з мікроскопом; розкрити значення фотосинтезу в природі і житті людини...
59030. Лицар в іржавих обладунках. Роман Сервантеса Премудрий ідальго Дон Кіхот з Ламанчі 78 KB
  Можна спитати в учнів які лицарські романи знаходились в бібліотеці Дон Кіхота про це вони повинні були прочитати вдома у розділі VI першої частини. Назва роману Сервантеса та імя головного героя Коли взимку 1605 року у книжкових лавках Мадрида...
59031. Позакласна робота з математики. Логічні задачі 48 KB
  Завжди робіть таблицю, у ній ви зможете враховувати всі ймовірні варіанти. Уважно читайте кожне твердження. По-справжньому уважно. Звичайно кожне твердження містить щось таке, що дозволить вам спростувати хоча б один із варіантів.
59032. Матеріали до вивчення творів Ернеста Хемінгуея (1899-1961). Людина не для того створена, щоб терпіти поразки 40.5 KB
  Старий рибалка Сантьяго спіймав велику рибину але додому привіз тільки хребет бо рибу зїли акули. Чому хлопець пішов від Сантьяго Звелів тато. Який звичай був у Сантьяго Базікати в морі самим з собою. Яка єдина зброя є у Сантьяго Воля і розум.