Настенный поворотный кран

Настенный поворотный кран

Керченский Государственный Морской Технологический Университет

Кафедра ОПРП

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

На тему

Настенный поворотный кран

Керчь 2009 г.

Содержание

настенный поворотный кран

Введение

. Настенные поворотные краны

.1 Общие сведения

. Расчет механизма подъема

.1 Выбор каната

. Расчет механизма поворота

.1 Расчет усилий в опорах крана

.2 Выбор электродвигателя

.3 Время разгона и допустимое число включений

.4 Выбор тормоза

Литература

Исходные данные для расчета курсового проекта

КПН 02 Настенный поворотный кран.

Номинальная грузоподъемность Q= 35 кН

Высота подъема груза H=4 м

Вылет стрелы крана L=3,8 м

Скорость подъема груза V=15 м/мин

Режим работы крана ПВ=25%

Угловая скорость поворота крана ώ=0,2 рад/с

Перечень графической части состоит из 4 чертежей: общий вид проектируемой машины, механизм подъема, механизм поворота, крюковая подвеска.

Введение

Современные поточные технологические и автоматизированные линии, межцеховой и внутрицеховой транспорт, погрузочно-разгрузочные операции на складах и перевалочных пунктах органически связаны с применением разнообразных типов подъемно транспортных машин и механизмов, обеспечивающих непрерывность и ритмичность производственных процессов. Поэтому применение данного оборудования во многом определяет эффективность современного производства, а уровень механизации технического производства степень совершенства и производительность предприятия. При современной интенсивности производства нельзя обеспечить его устойчивый ритм без согласованной и безотказной работы средств транспортирования сырья, полуфабрикатов и готовой продукции на всех стадиях обработки и складирования. Одним из разновидностей подъемно транспортных машин является настенный поворотный кран.

Современные подъемно транспортные машины характеризуется широким диапазоном грузоподъемности, габаритов обслуживаемых площадей, высокой производительностью. Количественных ограничений по базовым параметрам для современных подъемно транспортных машин не существует. Их создают для любых условий возможного применения. Имеются только экономические ограничения. Сложные тяжелые машины стоят дорого и применять их целесообразно лишь в том случае, если можно загрузить настолько, чтобы они окупались за реальный срок эксплуатации до морального и физического износа. Базовыми направлениями развития подъемно транспортного оборудования являются совершенствование приводов машин и механизмов, направленное на расширение диапазона регулирования скоростей, повышение их КПД и надежности, разработка новых конструктивных решений, в частности, c использованием встроенных планетарных устройств с термически обработанными долговечными зубчатыми колесами. Металлоконструкции кранового оборудования следует совершенствовать путем применения качественного металла с целью, как снижения металлоемкости конструкции, так и повышения долговечности.

Тенденции развития кранов следующие: увеличение выпуска кранов большой грузоподъемности при снижении выпуска кранов малой грузоподъемности, расширение применения гидравлического привода и специализированного электропривода, применение кранов манипуляторов для выполнения массовых строительных работ погрузочно-разгрузочных и монтажных Развитие всех отраслей народного хозяйства в настоящее время определяется, прежде всего, машиностроением новыми машинами, интенсифицирующими производственны процессы, обеспечивающими резкое повышение производительности труда. Это можно достигнуть, не только и не столько копируя и улучшая существующие в мировой практике модели, сколько создавая принципиально новые машины, базирующиеся на передовых достижениях техники.

1. Настенный поворотный кран

.1 Общие сведения

Машины для вертикального и горизонтального перемещения грузов делятся на две группы: краны мостового типа и поворотные краны. Простейшим типом поворотного крана является кран с вращающейся колонной, но такие краны в большинстве случаев устанавливают у стены и они имеют угол поворота не более 180⁰.

Более современной конструкцией поворотного крана для обслуживания открытых, а также закрытых площадей является настенный поворотный кран с крановой тележкой.

Механизм поворота осуществляется при помощи открытой зубчатой передачи, приводимой в движение от ручного привода.

Механизм перемещения крановой тележки осуществляется также вручную при помощи цепной передачи.

Механизм подъёма осуществляется при помощи электропривода.

Фундаменты данных разновидностей кранов должны отвечать всем требованиям в целях обеспечения безопасности работы

2. Расчет механизма подъема

По аналогии с выполненными современными конструкциями кранов примем схему механизма подъема, изображенного на рисунке 1. Электродвигатель переменного тока соединяется через вал-вставку с помощью муфты с цилиндрическим двухступенчатым редуктором. Редукторная полумуфта вала-вставки используется как тормозной шкив нормально замкнутого колодочного тормоза. Соединение вала редуктора с барабаном производится также зубчатой муфтой, одна из полумуфт которой изготовлена за одно целое с выходным валом редуктора.

С целью обеспечения строго вертикального подъема груза и создания неизменной нагрузки на опоры барабана и на ходовые колеса тележки независимо от высоты подъема груза принимается полиспаст (а = 1) с кратностью т=3. Выбор кратности полиспаста для поворотных кранов основывается на принципе максимальной унификации элементов, из которых состоит механизм крана. При этом с помощью одних и тех же элементов, изменяя кратность полиспаста, можно создать механизм подъема различной грузоподъемности.

Задание

Рассчитать механизм подъема, механизм поворота, крюковую подвеску настенного поворотного крана грузоподъемностью G=35 кН со скоростью подъема груза v=15 м/мин и высотой подъема Н=4 м. Группа режима работы М2 (ПВ=25%); кратность полиспаста u_п=2.

.1. Выбор каната

Принимаем сдвоенный полиспаст. Максимальное натяжение каната определяем по формуле

,

где Q - вес груза, Q =35 кН;

и_п - передаточное число (кратность) полиспаста, и_п =2;

h_н.бл. - КПД уравнительного блока, h _н.бл.=0,96.

 кН.

Типоразмер каната выбираем из условия

,

где F_max - разрывная сила каната (прил. П1 [1]);

K_k - коэффициент запаса прочности, K_k =5 при группе режимов М2.

,

Из приложения П1 [1] выбираем канат типоразмера TK 6*19. Диаметр каната d_к=13 мм, разрывная сила F_разр=107,4 кН при расчетном пределе прочности проволок при растяжении, равном 30200 МПа. Условное обозначение каната:

Канат 16-180-I-ГОСТ 3070-66.

Фактический запас прочности

.

Минимальный диаметр барабана (по центру наматываемого каната)

D_бл ≥ Kd * d_k

Где, Kd - запас прочности каната при динамических нагрузках Kd = 20

d_k - диаметр каната d_k = 13

D_бл = 20 * 13 = 260 мм

r - радиус канавки под канат

r = (0.6 ÷ 0.7) * d_k

r = 0.6 * 13 = 7.8 мм

h_k = (1.5 ÷ 2) *d_k     

h_k = 1.5 * 13 = 19.5 мм

ширина канавки

в_к = (1.6 ÷ 3) * d_k

в_к = 3 * 13 = 39 мм

длина ступицы

в_ст = 2 * в_к + 3

в_ст = 2 * 39 + 3 = 81 мм

Определяем геометрические размеры барабана

D_б ≥ D_бл

где D_б - диаметр барабана, мм

D_бл - диаметр блока, мм

Принимаем D_б = D_бл = 260 мм. Канат наматывается на барабан в один слой.

Рабочая длина каната

L = Нu

Где, Н - высота подъёма груза, м H = 4 м.

L = 4 * 2 = 8 м

Количество рабочих витков

Общее число витков

где, Z_зап- минимальное число запасных витков на барабане

Z_закр- количество витков на закрепление каната

Длина барабана

Где t- шаг каната, для гладкого каната t=d_k

Определяем толщину стенки барабана согласно условию деформации сжатия

Принимаем δ=14 мм. Тогда возникающее напряжение сжатия

Проверка на сжатие стенки барабана от одновременного действия сжатия, изгиба и кручения

где, σ_сжσ_иτ_кр-соответственно напряжение сжатия, изгиба, кручения

Определяем напряжение изгиба

где, М_и- момент изгибающий

W₁- осевой момент сопротивления сечения

Тогда

Напряжение кручения

где, М_кр- крутящий момент на барабане

W_р- полярный момент сопротивления сечения

Тогда

Проверяем толщину стенки на устойчивость

где, D_б^/=24,7мм- диаметр барабана по средней линии стенки

Е=2*10⁶ кгс/см²- модуль упругости материала стенки барабана

По заданной грузоподъемности Q=4000кгс для легкого режима работы, ПВ=25% выбираем крюк однорогий с машинным приводом ГОСТ 6627-53 с характеристиками:

a=270мм; b=165мм; D=205мм; H=260мм; d=165мм; d₁=150мм; d_в=140мм; l₁=150мм; l₂=175мм; m=136; R=35мм; R₁=190мм; R₂=140мм; R₃=350мм; R₄=65мм; R₅=270мм; R₆=300мм; R₇=44мм; R₈=5мм; Вес=319кГ

Расчет крюковой подвески

Изгибающий момент

Напряжение в крайних волокнах

где, F_1-2-площадь сечения

где,

Уточненный расчет крюка

Наибольшее напряжение в крайних точках

Допустимое напряжение равно

Тогда

Нормальное напряжение без учета кривизны

где, tgα=45⁰

Максимальное нормальное напряжение в точке 3

Определяем напряжение среза

Определяем приведенное напряжение в точке 3

Определяем мощность двигателя при подъеме номинального груза

где, υ- скорость подъема груза

Выбираем электродвигатель асинхронный с фазовым ротором MTF 611-10,

N=53кВт, n=560 об/мин, M_max=236 кГ, J_m=17 кг*м*с², Jp=0,4325 кгс*м*с²

Вес двигателя 900 кг

Скорость наматывания каната на барабан

Частота вращения барабана

Передаточное число редуктора

Выбираем для легкого режима работы при частоте вращения 560 об/мин редуктор Ц2-650 с передаточным числом u_р=41,34, N=94,5 кВт, n=600 об/мин

Определяем фактическую скорость подъема груза

Проверка двигателя по пусковому моменту

Определяем время пуска

где,

где,

Средний момент двигателя в момент пуска

где, пусковой момент на валу

Определяем статический момент

Определяем среднее ускорение при пуске

3. Механизм поворота крана

Конструкция поворотной колонны: к трубе приварены швеллеры, используемые в качестве стрелы. С противоположной стороны на колонне расположена площадка, на которой установлен механизм передвижения. Механизм поворота расположен на площадке.

Фундаментная рама сварена из восьми крестообразно расположенных швеллеров №30 и усилена верхним горизонтальным листом и диафрагмами.

Механизм поворота расположен на поворотной части крана и состоит из червячного редуктора, соединенного с электродвигателем втулочно-пальцевой муфтой, и колодочного тормоза. На выходном валу редуктора закреплена шестерня, входящая в зацепление с зубчатым венцом, жестко скрепленным с фундаментной рамой.

В редукторе крутящий момент от электродвигателя через червяк передается на червячное колесо, которое свободно вращается на вертикальном валу. К колесу на шлицах прикреплены ведущие диски фрикционной предохранительной муфты, а ее ведомые диски при помощи шлицев соединены с втулкой. Эта втулка на шлицах сидит на валу. Прижатие дисков осуществляется пружинами, усилие которых можно регулировать при помощи гаек.

.1 Расчет усилий в опорах крана

Вес вращающихся частей крана: G_c=250кГ, механизма передвижения тележки G_м=200кГ, механизма поворота G_пов= 200 кГ, поворотной колонны крана G_кол= 400 кГ

Вертикальная нагрузка на опорный подпятник (упорный шарикоподшипник) равна

Горизонтальное усилие в опорах

Момент сил трения в опорах равен:

где, f=0,1- коэффициент трения стали по бронзе в подшипнике скольжения нижней опоры;

f₁=0,03- приведенный коэффициент трения в подшипниках качения;

d=0,27м- диаметр подшипников скольжения;

d₁=0,12м- диаметр цапфы вала под сферический шарикоподшипник;

d₂=0,065м- диаметр цапфы под упорный шарикоподшипник.

Маховый момент крана, приведенный к оси вращения крана равен:

.2 Выбор электродвигателя

Ориентировочно принимаем электродвигатель серии АОП2 с числом оборотов n_дв=930 об/мин. При этом общее передаточное число механизма поворота будет равно:

Передаточное число открытой пары принимается равным i₁=6 а передаточное число редуктора i_р=52

Тогда общее действительное передаточное число будет равно:

Момент от сил трения, приведенный к валу двигателя, равен:

где, η₀= 0,72- КПД механизма поворота

Окончательно принимаем электродвигатель АО42-6

N_дв.ном.=1,7кВт, n_дв.=930 об/мин,

, , ,

Номинальный момент двигателя равен:

.3 Время разгона и допустимое число включений

Средний пусковой момент двигателя равен:

Избыточный момент двигателя равен:

Маховый момент вращающихся частей механизма поворота и крана, приведенный к валу двигателя, равен:

где,

Время пуска равно:

Допустимое число включений в час равно:

где

.4 Выбор тормоза

Допустимый путь торможения (угол торможения) для кранов с ПВ=25% не должен превышать

Время торможения равно:

Момент от сил инерции равен:

Необходимый тормозной момент равен:

По данному тормозному моменту принимаем тормоз ТКТ-200 с одноштоковым электрогидравлическом толкателем и с максимальным тормозным моментом

. Он должен быть отрегулирован на тормозной момент

Расчет гайки крюка

Высота гайки должна быть не менее

где, t=0,6- шаг резьбы;

р- допускаемое напряжение на смятие; сталь по стали

р=300….350 кгс/см² (материал гайки сталь 45)

Для метрической резьбы высота гайки

Высота гайки с учетом установки стопорной планки Н=185мм

Траверса крюка. Она изготовлена из стали 45, имеющей предел прочности σ_в=6100 кгс/см² , предел текучести σ_т=4300 кгс/см², предел выносливости

σ_-1=2500 кгс/см³.

Траверсу рассчитывают на изгиб при допущении, что действующие на нее силы сосредоточенные; кроме того, считают, что перерезывающие силы незначительно влияют на изгибающий момент.

Максимальный изгибающий момент

Где b=16,5см - расстояние между осями крайних блоков

Момент сопротивления среднего сечения траверсы

Момент сопротивления среднего сечения траверсы ослабленного отверстием

где,

b₁- ширина траверсы; назначается с учетом наружного диаметра D₁ посадочного гнезда для упорного подшипника,

Высота траверсы

Изгибающий момент в сечении 2

Минимальный диаметр цапфы под подшипник

Литература

1. Степыгин В.И., Чертов Е.Д., Елфимов С.А. Проектирование подъемно-транспортных установок. М.: Машиностроение, 2005. - 288 с.

. Вайнсон А.А. Подъемно-транспортные машины. М.: Машиностроение, 1989. - 536 с.

. Изместьева О.А., Кузнецов Б.С., Подъемно-транспортные машины. Методические указания по курсовому проектированию. Темиртау, 2002.

. Иванченко Ф.К. и др. Расчеты грузоподъемных и транспортирующих машин. 1978 г., 576 стр.

. Руденко Н.Ф. и др. Курсовое проектирование грузоподъемных машин. Москва 1963 г., 306 стр.