Проект литейного крана грузоподъемностью 100 тонн

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИН

ПРИАЗОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ПТМ и ДМ

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Проект литейного крана грузоподъемностью 100 тонн

ПК1497.00.00.000ПЗ

Разработал:

студент гр. ПТМ-10М А.А. Чебанов

Руководитель:

доцент В.А. Михеев

Мариуполь, 2014

Реферат

Записка: с. 24;

рис. 3;

использованных источников 4;

ТЕЛЕЖКА, ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, РЕДУКТОР, БАРАБАН, ТОРМОЗ, ТРАВЕРСА, РЕЛЬС, ХОДОВОЕ КОЛЕСО, МУФТА, МЕХАНИЗМ М, ЗУБЧАТАЯ ПАРА.

Объект проектирования - литейный кран. Цель работы - закрепление и углубление знаний студентов по расчету и конструированию грузоподъемных машин специального назначения.

Произведен расчет механизма главного подъема и механизма передвижения главной тележки.

Содержание

Реферат

Введение

. Расчет механизма подъема

.1 Выбор кратности и схемы запасовки полиспастной системы

.2 Выбор каната

.3 Расчет барабана и блоков механизма подъема

.4 Расчет барабана на прочность

.5 Расчет крепления каната к барабану

.6 Выбор электродвигателя и редуктора механизма подъема

.7 Проверка механизма подъема в аварийном режиме

.8 Расчет открытой зубчатой пары

.9 Выбор тормоза механизма подъема

.10. Выбор соединительных муфт

. Расчет механизма передвижения тележки

.1 Выбор кинематической схемы

.2 Расчет ходовых колес

.3 Расчет сопротивления передвижению тележки

.4 Расчет мощности двигателя и выбор редуктора

.5 Проверка запаса коэффициента сцепления

.6 Проверка времени пуска

.7 Расчет тормозного момента и выбор тормоза

Список литературы

барабан тележка механизм подъема кран

Введение

Грузоподъёмные машины являются неотъемлемой частью современного производства, так как с их помощью осуществляется механизация основных технологических процессов и вспомогательных работ. В автоматизированных линиях роль ПТМ качественно возросла и они стали органической частью технологического оборудования.

Литейные краны являются тяжело нагруженными грузоподъемными машинами, работающими с расплавленным металлом. Их конструкция, расчет и проектирование имеют ряд существенных особенностей, отличающих их от обычных мостовых кранов.

Для обеспечения операций транспортирования и разливки металла, а также повышения безопасности эксплуатации в конструкции литейных кранов предусмотрены:

) две тележки - главная и вспомогательная;

) четырехбалочная конструкция моста;

) двухприводная конструкция механизма главного подъема с двумя барабанами, связанными кинематически посредством зубчатых венцов, и четырьмя тормозами (по два в каждом приводе);

) мощная полиспастная система главного подъема с четырьмя полиспастами и большим (до 40) числом ветвей канатов подвески.

Литейные краны мостового типа применяются в мартеновских, электроплавильных и кислородно-конверторных цехах металлургического производства и предназначены для транспортирования, заливки или разливки расплавленного металла, а также для выполнения ряда вспомогательных операций по обработке ковшей, ремонту оборудования и уборке цехов.

Расчетные параметры:

Грузоподъемность Q=100т

Высота подъема груза Н=24м

Скорость подъема груза V_г=0,15 м/с

Скорость передвижения тележки V_т=0,62 м/с

Вес траверсы G_тр=9,3 т

Вес канатов G_к=1,6 т

Вес тележки G_т=64 т

Группа режима работы механизма подъема М6

Группа режима работы механизма передвижения М6

1. Расчет механизма подъема

1.1 Выбор кратности и схемы запасовки полиспастной системы

В соответствии с [1, c. 18] для крана грузоподъемностью Q=125т принимаем полиспаст кратностью .

1.2 Выбор каната

Общая суммарная нагрузка на канаты:

где  - вес груза;

 - вес траверсы;

 - вес канатов.

Максимальное натяжение в ветви каната, набегающей на барабан, при подъеме груза определяется по формуле [1, c. 19]:

где  - кратность полиспаста

 - КПД полиспаста, определяемый по [1, c. 20]:

где  - КПД блока с учетом жесткости каната [1, c. 20].

где  - коэффициент запаса прочности каната для режима работы М7.

Принимаем канат типа ЛК-З двойной свивки конструкции (ГОСТ 7667-80) с разрывным усилием  и пределом прочности . Диаметр каната d=28 мм [1, c. 58].

1.3 Определение размеров барабана и блоков

Диаметр рабочего блока:

где - минимальный коэффициент выбора диаметра рабочего блока для режима работы М6.

Окончательно принимаем .

Рисунок 1.1. Схема барабана

В зависимости от Q=100т и Н=24м по [1, c. 23] принимаем

Длина каната одного полиспаста равняется:

Количество витков каната:

Шаг нарезки барабана

Принимаем

Длина гладкого участка барабана:

длина нарезанной части одной половины барабана:

Тогда длина барабана: .

число рабочих витков:

длина крепления:

1.4 Расчет барабана на прочность

Принимается литой барабан, материал барабана - Сталь 45Л.

Толщина стенки барабана:

Выполняем проверочный расчет барабана.(рисунок 1.2)

Проверяем стенку барабана на смятие по формуле [2, c. 66]:

где =95510 - максимальное усилие в канате, набегающем на барабан;   - шаг нарезки барабана;

 =22 мм- толщина стенки барабана;

 - допускаемые напряжения для Сталь 45Л.

Условие прочности на смятие стенки барабана выполняется.

Рисунок 1.2

Проверяем барабан на совместное действие изгиба и кручения .

Максимальный крутящий момент, передаваемый барабаном, определяем по [2, с. 66]:

м

где - расчетный диаметр барабана по центру навиваемого каната.

Максимальный изгибающий момент

где  - расстояние от точки приложения усилия S_max до середины торцового диска. Экваториальный момент сопротивления поперечного сечения барабана определяем по формуле [2, с. 67]:

где  - соответственно диаметр барабана по дну канавки и его внутренний диаметр.

Суммарные напряжения от изгиба и смятия:

Касательные напряжения будут равны:

Эквивалентные напряжения определяем по третьей теории прочности и сравниваем их с допускаемыми напряжениями на сжатие, рассчитанными

Итак, условие прочности барабана на совместное действие изгиба и кручения выполняется.

1.5 Расчет крепления каната к барабану

Натяжение каната перед прижимной планкой [4, с. 64]:

где e=2,72 - основание натурального логарифма,- коэффициент трения между канатом и барабаном (f=0,10...0,16);

 - угол обхвата канатом барабана;

Суммарное усилие растяжения болтов [4, с. 65]:

где  - приведенный коэффициент трения между планкой и канатом; при угле заклинивания каната

 - угол обхвата барабана канатом при переходе от одной канавки планки к другой, .

Суммарное напряжение в болте при затяжке крепления с учетом растягивающих и изгибающих усилий [4, с. 66]:

где n - коэффициент запаса надежности крепления каната к барабану; n≥1,5;- число болтов;

 - диаметр сечения болта М30;

 - усилие, изгибающие болты (шпильки):

 - плечо изгиба болта:

 - предел прочности болтов из Сталь 4.

Тогда:

Принимаем по 2 прижимных планки, по 2 болта М30 в каждой. Материал болтов - Сталь 4. ,d1=25 мм

1.6 Выбор электродвигателя и редуктора механизма подъема

Общая статическая мощность механизма главного подъема [2, с. 77]:

где - вес поднимаемого груза, канатов и траверсы;

 - заданная скорость подъема груза;

 - КПД механизма подъема.

где  - соответственно КПД полиспаста, барабана, редуктора, открытой зубчатой пары и муфты.

Тогда 

Расчетная статическая мощность одного электродвигателя:

, что допускается

Где

Требуемое число оборотов барабана в минуту рассчитываем по [2, с. 77]:

Тогда требуемое передаточное число механизма определяется по формуле [1, с. 31]:

Расчетное передаточное число редуктора должно находиться в пределах:

В соответствии с [3, с. 292-294] выбираем редуктор типа ГК-1000-15,21 передаточное число которого Up=15.21; передаваемая мощность Рред=256 кВт.

1.7 Проверка механизма подъема в аварийном режиме

Из [1, с.33] определяется коэффициент перегрузки:

Вращающий момент от груза, приведенный к валу двигателя при нормальной работе:

Вращающий момент от груза на валу барабана при аварийной работе одним двигателем:

Вращающий момент от груза, приведенный к валу двигателя при нормальной работе:

Вращающий момент о груза, приведенный к валу двигателя при аварийной работе (работа с перегрузкой γ):

Максимальный вращающий момент, развиваемый двигателем, должен быть больше вращающего момента от груза, приведенного к валу двигателя при аварийной работе:

Выбранный двигатель удовлетворяет условиям аварийной работы.

Редуктор должен удовлетворять следующим условиям:

) Частота вращения входного вала редуктора должна быть равна или больше частоты вращения двигателя:

2) Номинальная мощность редуктора, подводимая к входному валу должна быть равна или больше статической мощности от груза, приведенной к входному валу редуктора:

) Редуктор должен допускать кратковременную передачу максимального момента от груза в аварийном режиме работы, т.е.:

где М_ред.max - максимально допускаемый момент на входном валу редуктора при кратковременной работе;

М_ред.ав - максимальный статический момент от груза в аварийной ситуации, приведенный к входному валу редуктора:

Редукторы допускают кратковременное превышение номинального момента с коэффициентом кратности m=1,6.

где Р_ред.вх и n_ред.вх - мощность, подводимая к входному валу (кВт), и частота его вращения (мин^-1).

1.8 Расчет открытой зубчатой пары

Параметры открытой передачи определяются модулем m, числом зубьев шестерни z₁, диаметром шестерни d₁ и ее шириной b₁, приведенными в каталоге на редукторы типа ГК [3, с. 292-294].

Для ГК-1000 m=24мм; z₁=13; d₁=312мм; b₁=350мм.

Число зубьев колеса:

Диаметр делительной окружности колеса:

Ширина зубчатого венца колеса:

Диаметры окружности впадин:

Межосевое расстояние передачи:

При аварийном режиме работы механизма зубчатая пара работающего механизма будет нагружена аварийным моментом. Зубья колеса проверяются на прочность по изгибающим напряжениям, возникающим от аварийного вращающего момента, приведенного от груза к валу барабана - М_б(ав), рассчитанному по формуле [1, с. 36]:

Принимаются материалы передачи:

Материал шестерни - ст. 40 ХН, HRC42-50.

Материал колеса - ст. 40 Х, HB 280-370.

По [5] расчетные напряжения изгиба в зубьях колеса будут:

где: Y_F - коэффициент формы зуба, для z₂>60, коэффициент Y_F=3,4-3,8;

K_Fβ - коэффициент неравномерности распределения нагрузки по ширине венца, может быть принят K_Fβ=1-1,2;_Fν - коэффициент динамической нагрузки, может быть принят K_Fν=1,1-1,2;

Допускаемые напряжения на изгиб определяются по формуле:

где - предел выносливости зубьев при изгибе при базовом числе нагружений (МПа);

S_F =1,7…2 - коэффициент безопасности;_FL =1,011 - коэффициент долговечности;_FC - коэффициент характера нагружения для реверсивных передач K_FC=0,7-0,8.

Возникающие в зубьях колеса напряжения при аварийном режиме работы не превышают допускаемые напряжения:

1.9 Выбор тормоза механизма подъема

Тормозной момент определяют в предположении, что весь груз удерживается одним тормозом. Необходимый тормозной момент выбирают с запасом торможения К_т, исходя из условия обеспечения надежного удержания груза на весу в статическом состоянии.

Необходимый расчетный тормозной момент [1, с. 38]:

где  - коэффициент запаса торможения при наличии двух тормозов на каждом приводе механизма по правилам Госгорпромнадзора Украины.

 - статический момент от груза, приведенный к валу торможения,

где - общий наибольший КПД механизма,

где  - КПД одного механизма подъема;

Тогда:

В соответствии с величиной расчетного тормозного момента и заданным режимом работы механизма по [3, с. 304] выбираем тормоз ТКП-600, наибольший тормозной момент М_т=5000Нм, при ПВ25%; диаметр тормозного шкива D_Ш=600 мм. Тормоз отрегулировать на расчетный тормозной момент.

1.10 Выбор соединительных муфт

Соединительные муфты выбираются исходя из указанного в технической характеристике значения допускаемого крутящего момента по условию: ,

где  - допускаемый крутящий момент, передаваемый муфтой;

М_н - расчетный момент муфты, Нм.

 - статический момент от груза при аварийной работе, приведенный к валу торможения;

К₁=1,3…1,8 -коэффициент, учитывающий степень ответственности механизма;

К₂=1,1 -коэффициент, учитывающий режим работы механизма [1, с. 39].

К₃=1…1,75 - коэффициент, учитывающий угловое смещение;

Диаметр выходного конца двигателя  (Д-814)

Выбираю муфту М38-К140-Н140 ГОСТ 5006-83; максимальный крутящий момент, передаваемый муфтой ; маховый момент mD²=16,5 кгм².

И муфту МЗП8 ГОСТ 5006-83; максимальный крутящий момент, передаваемый муфтой .

2. Расчет механизма передвижения тележки

2.1 Выбор кинематической схемы

Тележка имеет восемь ходовых, из них четыре приводных колеса. Механизм передвижения выполняется с центральным приводом. Кинематическая схема такого механизма представлена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1. - Схема кинематическая механизма передвижения тележки литейного крана. 1- электродвигатель; 2 - зубчатая муфта типа МЗ; 3 - тормоз; 4 - редуктор типа ВКУ; 5 - зубчатая муфта типа МЗП; 6 - ходовое колесо.

Нагрузка на одно ведущее колесо при условии равномерного распределения нагрузки между всеми четырьмя ходовыми колесами:

Расчетная нагрузка на колесо [4, c.116]:

где  - коэффициент, учитывающий режим работы механизма для режима М6 [4, c.116];

 - коэффициент, учитывающий переменность нагрузки [4, c.116]:

Колеса испытывают напряжения смятия при линейном контакте, которые рассчитываются по формуле [1, c.117]:

где  - радиус колеса;

 - приведенный модуль упругости для стального рельса и колеса;

 - рабочая ширина плоского рельса

где В = 100мм - ширина рельса;

r = 8мм - радиус закругления ребра рельса;

Условие прочности по смятию колес выполняется.

2.3 Расчет сопротивления передвижению тележки

- вес поднимаемого груза;

 - вес незагруженной тележки;

 - диаметр ходовых колес тележки;

 - диаметр цапфы колеса по [2, c.106];

 - коэффициент трения в подшипниках колес (подшипники качения шариковые однорядные) [4, c.106];

 - коэффициент трения качения колеса по рельсу с выпуклой головкой [4, c.107];

 - коэффициент, учитывающий сопротивление от трения реборд колес о рельсы и от трения токосъемников о троллеи [2, c.107];

 - расчетный уклон подтележечного пути [2, c.107];

2.4 Расчет мощности двигателя и выбор редуктора

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

Для предварительного выбора двигателя определяем сопротивление передвижению загруженного крана в пусковой период [2, c.119]:

где  - среднее значение ускорения тележек кранов, транспортирующих расплавленный металл [2, c.108].

Мощность предварительно выбираемого двигателя с учетом инерционных нагрузок [4, c.120]:

где V_тел=0,62 м/с - скорость передвижения тележки ;

 - ориентировочное значение КПД механизма передвижения моста крана;

 - средняя кратность пускового момента для асинхронного двигателя переменного тока с фазовым ротором [2, c.109].

 кВт

По каталогу [2, c.489] предварительно выбираем электродвигатель MTН-412-8 с мощностью на валу Р_дв=26 кВт при ПВ=25%. Частота вращения . Маховый момент ротора  кгм². Максимальный вращающий момент, развиваемый двигателем  d1=65 мм.

Номинальный момент электродвигателя:

Коэффициент перегрузки:

Частоту вращения колеса определяем по формуле [1, c.120]:

Расчетное передаточное число редуктора

Тогда по каталогу [3, c.299-300] выбираем редуктор типа ВКУ-765м-50-12 и ВКУ-765м-50-21(передаточное число 50; схема сборки 12 и 21). ; Р_ред=12…75,5 кВт;

Фактическая частота вращения колеса:

Фактическая скорость передвижения крана с номинальным грузом [2, c.109]:

Отклонение фактической скорости от заданной:

2.5 Проверка запаса коэффициента сцепления

Статический момент сопротивления передвижению незагруженной тележки, приведенный к валу двигателя, рассчитываемый по [2, c.110]:

где: - передаточное число редуктора;

- КПД механизма передвижения тележки без груза, определенный по [2, c.79];

Средний коэффициент перегрузки двигателя [2, c.109]:

Средний пусковой момент предварительно выбранного двигателя:

Время пуска двигателя с незагруженной тележкой [2, c.111]: где  ;

 =1,15...1,25 - коэффициент, учитывающий влияние масс привода, расположенных на втором и последующем валах;

(mD²)₁ ,кгм² - маховый момент вращающихся масс, расположенных на валу двигателя

(mD²)₁ =(mD²) _Д +(mD²) _M +(mD²) _Т =2(3,0+1.8+0,3)=10,2 кгм²

здесь: (mD²) _Д - маховый момент ротора двигателя;

(mD²) _M - маховый момент соединительной муфты, принятой предварительно по валу двигателя;

(mD²) _Т - маховый момент тормозного шкива;

Фактический коэффициент запаса сцепления приводных колес с рельсами [2, c.111]:

где

Условие по величине коэффициента сцепления выполняется.

2.6 Проверка времени пуска

Статический момент сопротивления передвижению загруженной тележки, приведенный к валу двигателя, рассчитываемый по [2, c.110]:

Время пуска двигателя [2, c.111]:

Ускорение при пуске загруженной тележки [2, c.111]:

Для обеспечения  время пуска необходимо увеличить до , тогда: 

2.7 Расчет тормозного момента и выбор тормоза

Время торможения тележки без груза, исходя из максимально допустимого ускорения [1, c.113]:

Сопротивление передвижению незагруженной тележки при торможении:

 Тормозной момент равен:

Принимаем колодочный тормоз типа ТКТ-200 с максимальным тормозным моментом 160 Нм и диаметром тормозного шкива 200 мм;  [2, c.521]. Тормоз отрегулировать на расчетный тормозной момент.

Сопротивление передвижению загруженной тележки при торможении:

Статический момент сопротивления передвижению, приведенный к валу двигателя при торможении загруженной тележки [2, c.110]:

Время торможения загруженной тележки [2, c.110]:

Ускорение при торможении загруженной тележки:

что допустимо.

Список литературы

1)Конструкция и расчет литейных кранов. Учебное пособие по курсовому проектированию по дисциплине “Специальные краны” для студентов специальности 7.090.214 дневной и заочной форм обучения / Сост. В.А. Михеев. - Мариуполь.: ПГТУ. 2006. - 59с.

)Расчеты грузоподъемных и транспортирующих машин. Иванченко Ф.К. и др.- К.: Высшая школа, 1978.- 576с.

)Курсовое проектирование грузоподъемных машин: Учеб. пособие для студентов машиностр. спец. вузов/ С.А. Казак, В.Е. Дусье, Е.С. Кузнецов и др.; Под ред. С.А. Казака.- М.: Высшая школа, 1989.- 319 с.: ил.

)Грузоподъемные машины. Учебное пособие по расчету и конструированию грузовых тележек мостовых кранов общего назначения./Сост. В.П. Четверня, Ю.Г. Сагиров, Р.В. Суглобов. - Мариуполь.: ПГТУ, 2008. - 111с.