Мостовой кран
Федеральное агентство
железнодорожного транспорта
Сибирский государственный университет
путей сообщения
Кафедра «Механизация путевых,
погрузочно-разгрузочных и строительных работ»
Мостовой кран
Курсовой проект
По дисциплине «Грузоподъёмные машины»
Пояснительная записка
ГПМ М411.00.34.00.00 ПЗ
Руководитель:
Разработал:
ст. преп. ст.
гр. М-411
__________
Ткачук А. П. ___________ Лобко К.А.
Содержание
1. Назначение крана, краткое описание его устройства и
работы. Описание управления краном
. Определение основных параметров крана. Выбор прототипа
. Расчет механизма подъема груза
.1 Выбор типа крюковой подвески
.1.1 Выбор кратности полиспаста
.1.2 Подбор крюка
.2 Расчет и выбор каната
.3 Определение размеров барабана
.4 Определение потребной мощности. Выбор двигателя
.5 Кинематический расчет механизма
.6. Выбор редуктора и соединительных муфт
.6.1 Выбор редуктора
.6.2 Выбор соединительной муфты
.7 Проверка двигателя на надежность пуска
.8 Выбор тормоза. Определение тормозного момента
.9 Прочностной расчет узла барабана
.9.1 Расчёт барабана
.9.2 Расчёт вала барабана
.9.3 Подбор подшипников
.9.4 Расчёт крепления каната
.10 Расчёт крюковой подвески
. Расчет механизма передвижения тележки
.1 Выбор ходовых колес
.2 Определение внешних сопротивлений
.3 Определение потребной мощности. Выбор двигателя5
.4 Кинематический расчет механизмаш
.5 Подбор редуктора, муфт и тормозов
.6 Проверка двигателя на надежность пуска
.7 Проверка запаса сцепления
.8 Прочностной расчёт элементов
. Устройства и приборы безопасности грузоподъемных машин
. Организация надзора за безопасной эксплуатацией
грузоподъемных машин
Список литературы
мостовой кран тормозной груз
1. Назначение крана, краткое описание его устройства и работы. Описание
управления краном
Мостовой кран предназначены для перемещения различных грузов в
производственных цехах, закрытых и открытых складах. Он может иметь крюк или
грейфер, грузовым электромагнитом, клещами, лапами и другими специальными
грузозахватными устройствами.
Кабина крановщика располагается у края моста. Грузовые тележки имеют
токопровод в виде гибкого подвесного кабеля на катучих поддержках.
На мосту крана располагается грузовая тележка на пути.
В случае ограничения габарита крана по высоте от головки подкранового
рельса до верхней его точки грузовая тележка перемещается внутри моста (нижнее
катание).
Механизмы передвижения моста выполнен с раздельным приводом, т.к. имеет
большую мощность привода, расположенные на обеих половинах моста.
Рисунок 1 Мостовой кран
Мостовой кран (рисунок 1) состоит из двух основных частей: моста и
грузовой тележки. Мост включает в себя две главные балки и две концевые балки и
перекрывает рабочий пролет производственного помещения или склада. Мост
опирается на ходовые колеса, половина из которых являются приводными. С помощью
механизма передвижения кран перемещается вдоль подкранового пути, уложенного на
подкрановых балках здания или на специальных эстакадах. Вдоль моста по рельсам
перемещается тележка, снабженная механизмом подъема с грузозахватным элементом.
Механизм передвижения тележки установлен непосредственно на тележке. Управление
всеми механизмами производится из кабины, прикрепленной к мосту крана. Питание
электродвигателей осуществляется из троллеев, проложенных вдоль стен здания или
вдоль эстакад.
2. Определение основных параметров крана. Выбор прототипа
По заданному пролёту определены основные размеры крана и сведены в
таблицу 1. Полученные размеры согласованы с ГОСТ 7352 «Краны козловые
электрические. Типы, основные параметры и размеры».
Таблица 1
Основные размеры мостового крана
|
Параметр
|
Обозначение
|
Формула
|
Величина
|
|
Габаритная ширина крана
|
А
|
4,7…6,8
|
5,9
|
|
База крана
|
В
|
3,7…5,6
|
4,4
|
|
База тележки
|
АТ
|
0,9; 1,0; 1,2; 2,9; 3,3
|
2,9
|
|
Колея тележки
|
КТ
|
2; 2,5; 3,15; 3,8
|
3,15
|
|
Высота главной балки
|
НК
|
(1/14…1/16)L
|
1,8
|
|
Высота главной балки у
опоры
|
hОП
|
(0,6…0,7)НК
|
1,4
|
|
Высота грузовой тележки
|
Н2
|
0,7; 1,5
|
1,5
|
|
Расстояние от головки
рельса до нижнего пояса главной балки
|
F
|
F= НК - hОП
|
0,4
|
|
Длина скоса на главной
балке
|
С
|
(0,1…0,2)L
|
6,9
|
|
Высота кабины
|
Н1
|
2,0…2,5
|
2
|
|
Ширина кабины
|
bК
|
2,0…2,5
|
2
|
|
Наружный габарит от оси
рельсов
|
b1
|
0,23…0,33
|
0,25
|
|
Габарит приближения
|
l l1
|
0,8…1,9 1,0…2,0
|
1,4 1,2
|
По полученным результатам и исходным данным подобран прототип, но т.к.
задана мощность предварительно выразим её через грузоподъемность:
, (1)
где
- грузоподъемность, т (
);
-
скорость груза, 
(
);
-
ускорение свободного падения, 
(
);
т
Характеристики прототипа сведены в таблицу 2.
Таблица 2
Характеристика прототипа
|
Грузо-подъём-ность, т
|
Про- лёт, м
|
Высота подъема, м
|
Группа режима работы
|
Скорость, м/c
|
Масса, т
|
|
|
|
|
подъёма крюка
|
передвиже-ния
|
|
|
|
глав-ного
|
вспо-мога-тель-ного
|
|
глав-ного
|
вспо-мога-тель-ного
|
тележ-ки
|
крана
|
|
|
16/3,2
|
10,5
|
16
|
18
|
6К
|
0,32 (19,2)
|
0,32 (19,2)
|
0,63 (37,8)
|
2 (120)
|
20
|
3. Расчет механизма подъема груза
Цель: сконструировать механизм подъёма груза заданной грузоподъемностью и
произвести кинематический и прочностной расчёт.
Исходные данные:
Мощность
на крюке: 
Высота
подъема груза: 
Группа
режима эксплуатации: 6М
Скорость
подъема груза:
.1 Выбор типа
крюковой подвески
Крюковые подвески предназначены для соединения грузозахватного органа с
канатом механизма подъема. [6]
Принята нормальная подвеска, т.к. при высоте подъема Н=12,5м не требуется
укороченная или с разнесёнными блоками.
.1.1 Выбор
кратности полиспаста
Полиспаст это система подвижных и неподвижных блоков огибаемых гибкой
связью, предназначенная для выигрыша в силе.
Кратность полиспаста зависит от грузоподъемности, типа полиспаста.
Увеличение кратности усложняет конструкцию и приводит к дополнительным потерям
мощности. Малая кратность существенно повышает грузовой момент на барабане,
увеличивает массу, размеры и стоимость механизма [6].
Полиспаст принят исходя из рекомендуемых (основанных на многолетнем опыте
проектирования и эксплуатации грузоподъёмных машин [6]).
Полиспаст выбран сдвоенным с непосредственным направление каната на
барабан, и кратностью равной 3.
На рисунке 2 приведена схема запасовки каната.
Рисунок 2
Схема запасовки каната
.1.2 Подбор
крюка
Крюк является универсальным грузозахватным устройством. По форме бывают
однорогие и двурогие. Двурогие крюки применяются в грузоподъемных машинах,
работающих с длинномерными грузами.
Размеры хвостовика крюка приведены на рисунке 3.
Рисунок 3
Эскиз хвостовика крюка
Поскольку
в задании особых условий не оговорено, принята заготовка крюка 18А ГОСТ
6627-74. Для данной группы режима работы 6М с грузоподъемностью 
т принимается однорогий, кованый крюк № 18 [6].
Основные
размеры крюка представлены в таблице 3.
Таблица 3
Основные размеры и наибольшая грузоподъемность крюка
|
Номер крюка
|
Наибольшая грузоподъемность
крюка для группы режима работы 6М, т
|
Тип
|
d1, мм
|
Диаметр заготовки d,
мм
|
Масса, кг
|
l1, мм
|
l2, мм
|
|
18
|
12,5
|
А
|
Тr70Х10
|
95
|
49,5
|
95
|
165
|
Хвостовик проверен по зависимости:
, (2)
где
- напряжение растяжения, 
;
-
ускорение свободного падения, ();
-
внутренний диаметр резьбы,
;
-
допускаемое напряжение на растяжение, ,
, (3)
где
- предел текучести, (для
стали 20Г 
);
-
коэффициент запаса прочности, (для крюка 
),
,
Прочность
достаточна.
.2 Расчет и
выбор каната
Канаты различают по конструкции (одинарной, двойной, тройной свивки), по
типу сердечника, по направлению свивки, по структуре (разное количество и
диаметр проволок и прядей), по типу свивки и т.д.
В
грузоподъемных машинах получили распространение канаты с линейным касанием
проволочек, шестипрядные, двойной свивки, нераскручивающиеся с пределом
прочности 
, т.к. они более гибкие и износостойкие в связи с чем
их срок службы в 1,5÷2
раза больше других с таким же разрывным
усилием.
Канат
выбран по разрывному усилию каната в целом.
Разрывное
усилие каната в целом 
:
, (4)
где
- минимальный коэффициент использования каната (для
группы режима 6М 
[6, таблица 2.3]);
-
максимальное натяжение каната, навиваемого на барабан,
,
,
(5)
где
- промежуточная грузоподъемность крана, т;
-
ускорение свободного падения, ();
- число
канатов, идущих на барабан, (
);
-
кратность полиспаста, (
);
- КПД
полиспаста;
- КПД
направляющего блока, (
[6]);
- число
направляющих блоков,
,
(6)
где
- грузоподъемность на крюке, кг (
);
- масса
крюковой подвески, кг (
),
,
(7)
,
,
.
Принят
стальной канат:
Канат
19,5-Г-В-С-Л-О-Н-Т-Р 1770 ГОСТ 2688-80.
.3
Определение размеров барабана
Барабан
предназначен для преобразования угловых перемещений вала двигателя в линейное
перемещение гибкого элемента посредством навивки его на цилиндрическую поверхность
барабана. [6]
Диаметр
барабана по дну канавок 
:
, (8)
где
- коэффициент выбора минимального диаметра барабана
(для группы режима 5М 
[6]).
.
Принят
из стандартных значений 
.
Диаметр
барабана по средней линии навиваемого каната 
:
, (9)
.
Принимаем
нормальную канавку т.к. у неё шаг нарезки меньше, а значит и длина барабана.
Полная
длина двухканатного барабана 
:
, (10)
где
- длина рабочей части барабана, 
;
- длина
участка, необходимого для закрепления каната, ;
- длина
не нарезной части барабана, (=175):
, (11)
где
- шаг навивки каната на барабан, (
);
- число
запасных витков, (
);
- число
рабочих витков:
, (12)
где
- высота подъема груза, (
);
,
Принято
.
,
, (13)
,
.
Принята
.
Толщина
стенки барабана d определена по эмпирической формуле 
:
, (14)
Принимаем
из конструктивных соображений.
.4
Определение потребной мощности. Выбор двигателя
В
грузоподъемных машинах применяют крановые и металлургические асинхронные
двигатели переменного тока серий MTH, 4MTH, MTF с фазным ротором, MTKF, MTKH,
4MTKH с короткозамкнутым ротором. Эти двигатели имеют
повышенную нагрузочную способность, большой пусковой момент при сравнительно
малых пусковых токах и небольшое время разгона[6].
Максимальная
статической мощность 
:
, (15)
где
- промежуточная грузоподъемность крана, кг (
);
- КПД
полиспаста, (
);
- КПД
направляющего блока, ( [6]),
.
Двигатель
выбран по его потребной мощности 
:
,
(16)
.
Так
как в справочниках приводится мощность электродвигателя при ПВ = 40%, а для
проектируемого крана необходим электродвигатель с ПВ = 60%, то необходимо найти
потребную мощность при ПВ = 40%:
По
[6] выбран двигатель постоянного тока Д806 Параметры сведены в таблицу 4.
Таблица 4
Основные технические данные эл. двигателя Д806
|
Параметры
|
Значение
|
|
Мощность на валу при
ПВ=60%,  13,8
|
|
|
Частота вращения,  640
|
|
|
Диаметр вала, мм
|
50
|
|
Момент инерции,  1
|
|
|
Масса,  635
|
|
Номинальный
момент двигателя 
:
,
.
.5
Кинематический расчет механизма
Для
подбора редуктора необходимо определить общее передаточное отношение:
,
где
- частота вращения барабана:
,
3.6
Выбор редуктора и соединительных муфт
.6.1 Выбор
редуктора
С учетом требуемого передаточного отношения u, частоты вращения быстроходного вала nдв и момента на выходном валу
редуктора выбираем стандартный редуктор с передаточным отношением близким к
требуемому.
Момента
на выходном валу редуктора создаваемый грузом 
:
, (17)
.
Выбран
цилиндрический горизонтальный двухступенчатый редуктор ЦЗУ-315-НМ со следующими
параметрами: номинальное передаточное число u=50; частота
вращения быстроходного вала n=1500 об/мин; момент на быстроходном масса валу
Твых=8,6 кН∙м, масса 
.
Габаритные
и присоединительные размеры редуктора ЦЗУ-315-НМ занесены в таблицу 5.
Таблица 5
Габаритные и присоединительные размеры редуктора ЦЗУ-315-
Межосевое
расстояние быстроходная ступень 
тихоходная
ступень 
|
315
|
|
|
Ширина  340
|
|
|
Высота  685
|
|
|
Длина  1130
|
|
|
Диаметр вала входного  30
|
|
Выходной вал принят в виде части зубчатой муфты размеры которой занесены
в таблицу 6.
Рисунок 4
Эскиз выходного вала
Таблица 6
Размеры выходного вала ЦЗУ-315-НМ
|
 ,мм ,мм ,мм ,мм ,мм ,мм ,мм
|
|
|
|
|
|
|
|
30
|
252
|
110
|
130
|
275
|
10
|
60
|
.6.2 Выбор
соединительной муфты
Для соединения вала электродвигателя с валом редуктора выбрана
втулочно-пальцевая муфта.
Соединительная муфта выбрана по расчетному моменту:
, (18)
где
k1 - коэффициент, учитывающий степень ответственности
механизма, (для режима 6М k1=1,3 [6]);
k2 -
коэффициент, учитывающий режим работы механизма, (для режима 5М k2=1,3
[6]);
Tс - наибольший
статический момент на валу муфты:
,
где
- диаметр барабана по средней линии навиваемого
каната, м (
);
-
максимальное натяжение каната, (
);
ηп - КПД привода:
, (19)
где
- КПД барабана, (
):
,
,
Выбрана
МУВП-1000-50-2-У3 ГОСТ15150-90.
Параметры
выбранной муфты занесены в таблицу 7.
Таблица 7
Параметры МУВП
|
Параметр
|
Значение
|
|
Номинальный вращающий
момент Т, Н∙м
|
1000
|
|
Диаметр ступицы d,
мм
|
30; 50
|
|
Диаметр муфты D,
мм
|
3000
|
|
Длина муфты L,
мм
|
285
|
|
Длина ступицы l,
мм
|
110; 130
|
|
Момент инерции J,
кг×м2
|
1,5
|
.7 Проверка двигателя на надежность пуска
Выбранный двигатель проверен на надежность пуска по ускорению подъема
груза.
Фактическое ускорение при пуске aср, м/с2:
(20)
где
tП - время пуска, с,
(21)
где
d - коэффициент, учитывающий неучтенные вращающиеся и
поступательно движущиеся массы механизма подъема груза (d = 1,1 [6]);р - момент инерции ротора двигателя, кг×м2 (Iр = 1 кг×м2) [6];м -
момент инерции муфты с тормозным шкивом, кг×м2 (Iм = 4,5
кг×м2);гр - момент инерции груза, приведенный к валу
двигателя, кг×м2:
, (22)
где
- промежуточная грузоподъемность крана, кг ();
-
диаметр барабана по средней линии навиваемого каната, м ();
-
максимальное натяжение каната, ();
-
фактическое передаточное отношение редуктора, (
);
, (23)
где
- КПД барабана, (
[6]);
- КПД
редуктора, (
[2]);
- КПД
полиспаста, (),
,
,
Тср.
п - средне пусковой момент двигателя, Н×м:
Тср.
п = (1,5÷1,6)∙Тн,
(24)
Тср.
п = 1,6∙230=368 Н∙м,
Tс - наибольший
статический момент на валу муфты, Н∙м ( Tс=153 Н∙м);
-
номинальная угловая скорость двигателя, 
(
),
,
.
Должно
соблюдаться условие:
аср
£ а, (25)
где
а - наибольшее рекомендуемо допустимое ускорение механизма подъема груза, м/с2
(для монтажных кранов а=0,1 м/с2 [6]).
,065
£ 0,1
Условие
(25) выполняется, двигатель выбран правильно.
3.8
Выбор тормоза. Определение тормозного момента
Тормоз
выбран по диаметру тормозного шкива.
Принимается
тормоз колодочный с электрогидравлическим приводом ТКГ-300 со следующими
параметрами:
максимальный
тормозной момент, ТТК = 800 Н×м;
диаметр
тормозного шкива, D =300 мм;
ширина
колодок, b1=140 мм;
масса
m=100 кг.
Выбранный
тормоз должен выполнять условию:
ТТК≥
ТТР , (26)
где
ТТК -значение тормозного момента из каталога;
ТТР
- расчетный крутящий момент на валу тормоза;
ТТР
= k×Tc, (27)
где
k - коэффициент запаса торможения (для режима работы 6М k = 2,5 [6]);
ТТР
=2,5×90,4=226 Н×м,
Н×м >226 Н×м.
Условие
выполняется.
Для
получения требуемого тормозного момент тормоз необходимо регулировать.
.9
Прочностной расчет узла барабана
.9.1 Расчёт
барабана
Так как Lб /Dб < 3, то барабан проверен на напряжения сжатия.
Напряжения сжатия при однослойной навивке sсж, МПа:
,
(28)
где
- допускаемые напряжения.
.
Принята
сталь ВСт3сп с 
.
Прочность
барабана достаточна, т. к. выполняется условие:
МПа
< 110 МПа.
Эскизная
компоновка узла барабана приведена на рисунке 6.
.9.2 Расчёт
вала барабана
Для расчёта оси барабана предварительно была вычерчена эскизная
компоновка узла барабана. Некоторые размеры были приняты конструктивно,
используя метод линейного подобия конструкций.
Ориентировочный
диаметр вала под ступицей
:
, (29)
где
- касательное напряжение при кручении, (принято предварительно 
).
-
вращающий момент на барабане, 
:
, (30)
,
. принят 
Длина
ступицы 
:
, (31)
.
Расчётная
схема составлена на основание эскизной компоновки (рисунок 6).
Расчёт
произведён по нагрузкам 
на вал т.к. они являются максимальными нагрузками и
равны усилию в канате, при нахождении каната над одной из ступиц (рисунок 6).
Для
определения опасного сечения, построены эпюры изгибающих моментов 
(рисунок 6).
Реакции
опор 
при расположение каната над левой ступицей определили
из двух уравнений равновесия:
(32)
Откуда:
Эпюра
изгибающих моментов 
:
(33)
Реакции
опор при расположение каната над правой ступицей
определили из двух уравнений равновесия:
(34)
Откуда:
Эпюра
изгибающих моментов 
:
(35)
По
эпюре определяем опасное сечение и проверяем диаметр оси барабана исходя из
условия прочности:
, (36)
где
Мпр - приведённый момент, Н×м:
, (37)
где
Ми - максимальный изгибающий момент, Н×м (
);
-
вращающий момент на барабане, (
);
-
допускаемые напряжения:
, (38)
где
- предел выносливости материала оси (для Сталь 45У 
[2]);
-
коэффициент, учитывающий конструкцию детали (для оси 
[6]);
[n] -
допускаемый коэффициент запаса прочности (для группы режима работы 6М [n]
=1,75 [6]).
.
.
Условие
(36) выполняется, прочность вала достаточна.
Рисунок 6
Эскизная компоновка барабана и расчётная схема
3.9.3 Подбор
подшипников
Подбор
подшипников качения произведён на основании радиальной нагрузки (
, 
),
нужного диаметра шейки вала (
) и
особых требований (самоустанавливающийся, повышенная точность, жесткость и
т.д.). Для разрабатываемого барабана, т.к. осевые усилия отсутствуют, принимаем
радиальные сферические двухрядные шарикоподшипники 310 ГОСТ28428-90:
,
Выбранный
подшипник выполняет условие по статической грузоподъемности 
.
Таблица
8 - Характеристики радиального сферического двухрядного шарикоподшипника 310
|
Размеры, мм
|
Грузоподъемность, кН
|
|
d
|
D
|
B
|
r
|
C
|
C0
|
|
50
|
110
|
27
|
3
|
61,8
|
36
|
.9.4 Расчёт
крепления каната
Расчёт заключается в определение числа болтов.
Число болтов, крепящих канат на барабане zб :
, (39)
где
k - коэффициент надежности запаса крепления (k =
1,5 [6]);
d0 - внутренний
диаметр резьбы болтов, мм (для М24 d0 = 20,3 мм [2]);
Расстояние
от головки болта до барабана l, мм:
. (40)
Приведенный
коэффициент трения между канатом и прижимной планкой f1 :
, (41)
где
f - коэффициент трения между канатом и барабаном (f =
0,15 [6]);
- угол
наклона боковой грани канавки ( = 40˚
[6]).
.
Допускаемое
напряжение растяжения в болте [σ]р, МПа:
, (42)
где
- напряжение текучести, (
[2]),
.
Суммарное
усилие растяжения болтов Fр, кН:
, (43)
где
α
- угол охвата барабана запасными витками
(
).
.
Принимаем
число болтов zб = 2.
.10
Расчёт крюковой подвески
Крюковая
подвеска имеет четыре блока с диаметром по дну желоба направляющего блока Dбл2
, мм:
, (44)
где
h2 - коэффициент выбора минимального диаметра
направляющего блока (
[6]).
.
Принимаем
значение из стандартного ряда 
.
Эскиз
направляющего блока приведен на рисунке 7.
Рисунок
7 Эскиз направляющего блока
Подшипники
качения выбраны на основании действующей нагрузки 
, нужного диаметра наружного кольца и ширины.
Принимаем
радиальные однорядный шарикоподшипники по ГОСТ28428-90:
.
Нагрузка
, (45)
где
- промежуточная грузоподъемность крана, т ()
- число
блоков в подвеске, (
),
.
Выбранный
подшипник выполняет условие по статической грузоподъемности .
Таблица
9 - Характеристики радиального однорядного шарикоподшипника 1218:
|
Размеры, мм
|
Грузоподъемность, кН
|
|
d
|
D
|
B
|
r
|
C
|
C0
|
|
90
|
160
|
30
|
3
|
57,2
|
32
|
Упорный подшипник крюка выбран по диаметру не нарезанной части крюка.
Принят упорный шариковый подшипник 8314Н ГОСТ 7872-89:
.
Должно
соблюдаться условие:
, (46)
.
Условие
(46) выполняется, следовательно, подшипник выбран правильно.
Таблица
10 - Характеристики упорного шарикового подшипника 8314Н:
|
Размеры, мм
|
Грузоподъемность, кН
|
|
d
|
D
|
B
|
r
|
C
|
C0
|
|
70
|
125
|
40
|
2
|
137
|
250
|
Высота гайки крюка H, мм:
, (47)
где
l1 - длина нарезанной части хвостовика крюка, мм (l1 =
95 мм).
.
Минимальная
высота гайки, определяемая из условия ограничения удельного давления в резьбе Hрасч,
мм:
, (48)
где
t - шаг резьбы, мм (t = 10 мм);
d1 - наружный
диаметр резьбы, мм (d1 = 70 мм);
d0 - внутренний
диаметр резьбы, мм (d0 = 60 мм);
[p] -
допустимое удельное давление в резьбе, МПа ([p] = 15 МПа).
.
Должно
соблюдаться условие:
,
(49)
.
Условие
(54) выполняется, следовательно, высота гайки достаточна.
Ширина
траверсы В, мм:
, (50)
где
Dп - наружный диаметр подшипника, мм (Dп =
125 мм).
.
Высота
траверсы h, мм:
, (51)
где
l1 - длина нарезанной шейки хвостовика крюка, мм (l1 = 95 мм);- длина не
нарезанной шейки хвостовика крюка, мм (l2 = 165 мм);
Н1
- высота подшипника крюка, мм (Н1 = 40 мм);- высота гайки крюка, мм (H = 90
мм).
.
Диаметр
отверстия в траверсе под хвостовиком крюка d3, мм:
,
(52)
где
d2 - диаметр не нарезанной части хвостовика, мм (d2 =
70 мм).
.
Диаметр
цапфы dц, мм:
,
(53)
.
Принимаем
dц = 70 мм.
Толщина
серьги δ1 , мм:
, (54)
где
[σсм] - допустимое давление на смятие, МПа ([σсм] = 60 МПа).
.
Принимаем
δ1 = 16 мм.
Ширина
серьги bс , мм:
, (55)
где
[σ]
- допустимое напряжение при растяжении,
МПа.
.
где
n - коэффициент запаса прочности (n =
1,6).
.
Принимаем
bc = 100 мм.
Часть
элементов принимается конструктивно:
толщина
щеки δ2
=8 мм;
расстояние
между блоками Δ1
= 5 мм ;
расстояние
между блоками и внутренней поверхностью щеки Δ2 = 5 мм;
расстояние
между блоками и хвостовиком крюка Δ = 40 мм.
Эскизная
компоновка крюковой подвески и эпюры изгибающих моментов приведены на рисунке
8. Расчет изгибающих моментов произведен в программе «Радуга 2.0.7».
Определяем
опасные сечения.
Диаметр
оси блоков проверяется на прочность по условию:
, (56)
где
М - максимальный изгибающий момент, (
).
.
Условие
(56) выполняется, следовательно, прочность оси блоков достаточна.
Траверса
проверяется на напряжения изгиба от момента в среднем сечении:
, (57)
где
M - изгибающий момент в опасном сечении, (
).
Момент
сопротивления траверсы W, м3 :
, (58)
.
.
Условие
(57) выполняется, следовательно, прочность траверсы достаточна.
Цапфа
траверсы проверяется на напряжение изгиба:
, (59)
Изгибающий
момент у основания цапфы M, :
, (60)
.
.
Условие
(59) выполняется, следовательно, прочность цапфы достаточна.
Для
диаметра цапфы dц, назначенного конструктивно, прочность больше чем достаточна.
Принимаем диаметра цапфы dц из условия:
, (61)
.
Принимаем
dц = 70 мм.
4.
Расчет механизма передвижения тележки
Цель:
сконструировать механизм передвижения грузовой тележки на заданную скорость
передвижения и нагрузки произвести кинематический и прочностной расчёт.
Исходные
данные:
Пролёт
крана: 
Группа
режима эксплуатации: 6М
Мощность
на передвижение тележки: Р=5,2 кВт
Уклон:
Давление
ветра: 
.1 Выбор
ходовых колес
Ходовое колесо и тип рельса подобраны по максимальной статической
нагрузке на колесо, вычисленную при номинальной массе груза:
, (62)
где
- коэффициент, учитывающий неравномерность
распределения нагрузки на колёса, (
);
mT - масса
тележки, кг (mT =3000 кг );
.
По
полученной нагрузке подобраны колесные установки и тип рельса:
1. колесо двухребордное приводное, диаметр колеса Dк=200 мм; К2РП-200-1 ОСТ 24.090.09-75
[6];
. колесо двухребордное не приводное, диаметр колеса Dк=200 мм: К2РП-200 ОСТ 24.090.09-75
[6];
. крановый рельс КР80 [6].
.2
Определение внешних сопротивлений
Общее сопротивление передвижению крановой тележки от статических
нагрузок:
, (63)
где
Fтр - сопротивление трения ходовой части;
Fук -
сопротивление от уклона кранового пути;
Fв -
сопротивление от ветровой нагрузки.
Сопротивление
трения ходовой части:
, (64)
где
- коэффициент трения качения колеса по рельсу (
[6]);
f - коэффициент
трения в подшипниках колес (для подшипников качения, (f = 0,015 [6]);
D - диаметр
ходового колеса, мм (D=200мм);
kр -
коэффициент, учитывающий трение реборд колеса о головку рельса (для центрального
привода kр=2 [6]);
d - диаметр
цапфы колеса:
, (65)
=0,3·200=60 мм.
.
Сопротивление от уклона пути:
, (66)
где I - уклон пути
для крана, .
.
Сопротивление от ветровой
нагрузки:
, (67)
где р - распределенная
ветровая нагрузка на единицу площади груза, Па.
Аг - площадь груза, принимаемая
в зависимости от его массы, Аг=12м2 [6].
р=qkcn, (68)
где q - динамическое
давление ветра, Па (на высоте 10 м от поверхности земли для Западно -
Сибирского региона, q=125 Па.
k - коэффициент, учитывающий изменение динамического
давления в зависимости от высоты расположения элементов над поверхностью земли,
(на высоте 12,5 м k=1;
с - коэффициент
аэродинамической силы, с=1,2 [6];
n - коэффициент перегрузки, (для нагрузок рабочего
состояния n=1 [6]).
,
.
4.3 Выбор
двигателя
Двигатель
выбран по статической мощности (
=5.2 кВт)
с учетом режима работы 6М (ПВ=60%), необходимой для привода механизма
передвижения тележки:
Принят
крановый электродвигатель постоянного тока Д22, характеристики занесены в
таблицу 11.
Так
как в справочниках приводится мощность электродвигателя при ПВ = 40%, а для
проектируемого крана необходим электродвигатель с ПВ = 60%, то необходимо найти
потребную мощность при ПВ = 40%:
.
Таблица 11
Основные технические данные эл. двигателя Д22
|
Параметры
|
Значение
|
|
Мощность на валу при
ПВ=60%, 6,4
|
|
|
Частота вращения, 1300
|
|
|
Момент инерции, 0,15
|
|
|
Диаметр выходного вала, мм
|
35
|
|
Масса, 225
|
|
4.4
Кинематический расчет механизма
В данном разделе было определено общего передаточное число трансмиссии.
Кинематическая схема привода механизма тележки приведена на рисунке 9.
Частота вращения ходового колеса:
, (69)
(70)
.
Требуемое
передаточное число:
,
(71)
.
.5 Подбор
редуктора, муфт и тормозов
С учетом требуемого передаточного отношения u, частоты вращения быстроходного вала nдв и момента на выходном валу
редуктора выбираем стандартный редуктор с передаточным отношением близким к
требуемому.
Момента
на выходном валу редуктора 
:
, (72)
.
Выбран
цилиндрический двухступенчатый горизонтальный редуктор, кранового типоразмера
5Ц2-100 со следующими параметрами: номинальное передаточное число u=20;
частота вращения быстроходного вала n=1500 об/мин; момент на
быстроходном валу Твых=0,87 кН∙м, КПД 
.
Габаритные
и присоединительные размеры редуктора 5Ц2-100 занесены в таблицу 12.
Таблица 12
Габаритные и присоединительные размеры редуктора 5Ц2-100
Межосевое
расстояние быстроходная ступень
тихоходная
ступень
|
100
|
|
|
Ширина 205
|
|
|
Высота 258
|
|
|
Длина 400
|
|
|
Диаметр вала входного 20
|
|
Муфта выбрана по диаметрам соединяемых валов и расчетному моменту:
, (73)
где
k1 - коэффициент, учитывающий степень ответственности
механизма, (для режима 6М k1=1,3 [6]);
k2 -
коэффициент, учитывающий режим работы механизма, (для режима 6М k2=1,3
[6]);
, (74)
где
ZП - число приводных двигателей, (ZП
=1).
.
.
Принимаем
муфту упруго втулочно-пальцевую с тормозным шкивом. Основные характеристики
выбранной муфты представлены в таблице 13.
Таблица
13 - Основные характеристики втулочно-пальцевой муфты
|
Наибольший передаваемый крутящий
момент, Н×м
|
Диаметр тормозного шкива,
мм
|
Ширина тормозного шкива, мм
|
Масса муфты, кг
|
Момент инерции муфты, кг×м2
|
|
13
|
200
|
95
|
11
|
0,152
|
Тормоз выбран по диаметру тормозного шкива.
Принимается тормоз колодочный с электрогидравлическим приводом ТКГ-200 со
следующими параметрами:
максимальный тормозной момент, ТТК = 250 Н×м;
диаметр тормозного шкива, D =200
мм;
ширина колодок, b=90
мм;
масса m=38 кг.
Выбранный тормоз должен выполнять условие:
ТТК≥ ТТ , (75)
где ТТК - каталожное значение тормозного момента;
ТТ - расчетный крутящий момент на валу тормоза:
где
- коэффициент, учитывающий неучтенные вращающиеся
массы (
[6]);
Ip, IM -
момент инерции ротора двигателя и муфты соответственно, кг×м2(Ip=0,15, IM=0,152);
m - масса
тележки, кг (m=3000);
а
- максимальное замедление крана, (принято в зависимости от отношения числа
приводных колёс к общему 
).
.
Условие
(75) выполняется, тормоз подобран верно.
.6 Проверка
двигателя на надежность пуска
Выбранный двигатель проверен на время разгона до номинальной скорости
против ветра:
, (76)
где
Тср.п - средний пусковой момент двигателя:
Тср.п=(1,5÷1,6)∙Тн, (77)
где
Тн - номинальный момент двигателя;
, (78)
где
nн - номинальная частота вращения вала двигателя, об/с
(nн=21,5 об/с);
Рн
- номинальная мощность двигателя, кВт (Рн=6,4).
.
Тср.п=1,6×47,4=76 Н×м.
.
Время
разгона входит в допустимые пределы (около 5с).
.7 Проверка
запаса сцепления
Запас сцепления ходовых колес с рельсом проверяется при разгоне тележки
без груза на подъем против ветра:
, (79)
. (80)
где
Gсц - вес тележки, приходящийся на приводные колеса;
-
коэффициент сцепления колеса с рельсом (для кранов, работающих в помещении =0,2 [6]);
-
сопротивление от сил инерции массы тележки, кН;
-
сопротивление сил трения при движении тележки без груза, кН;
-
сопротивление ветровой нагрузки, действующей на металлоконструкции тележки, кН;
-
сопротивление от уклона подкрановых путей при движении тележки на подъем без
груза, кН.
, (81)
Н.
,
(82)
.
, (83)
.
, (84)
где
- наветренная плошать тележки, м2 (
);
р
- распред. ветровая нагрузка на единицу площади тележки, Па (
).
.
, (85)
где
- время разгона тележки без груза против ветра, с,
, (86)
где
- момент статических сопротивлений, приведенный к
валу двигателя, при движении крана без груза на подъем против ветра, 
.
,
(87)
.
(88)
,
,
,
,
.
Условие
(80) выполняется, коэффициент сцепления колес с рельсом достаточен.
.7
Прочностной расчёт элементов
Выбранные колеса тележки проверены по напряжениям смятия в зависимости от
типа контакта колеса с рельсом. В нашем случае контакт точечный:
, (89)
где
- коэффициент, зависящий от отношения радиуса
закругления головки рельса к диаметру поверхности катания колеса, k=0,119
[6, таблица 4,3];
-
коэффициент, учитывающий влияние силы трения на напряжения в контакте, зависит
от условий работы крана и скорости его перемещения, 
[6];
-
коэффициент динамичности:
, (90)
где
- коэффициент, зависящий от жесткости пути, 
[6];
-
допускаемое напряжение при приведенном числе оборотов N за срок
службы, МПа:
,
(91)
где
- допускаемое напряжение для материала колеса (Сталь
50 ГОСТ 1050 с закалкой и отпуском, НВ 240 
);
N - приведенное
число оборотов:
, (92)
где
- полное число оборотов колеса за срок службы:
, (93)
где
- усредненная скорость передвижения колеса, м/с:
,
(94)
где
- коэффициент, зависящий от отношения суммарного
времени разгона и торможения к полному времени передвижения, (т.к. 
[6]);
-
коэффициент приведённого числа оборотов, (т.к. 
[6]);
Т
- машинное время работы колеса за срок его службы, (Т=12500ч [6]).
,
.
.
Условие
(89) выполняется - колеса выбраны правильно.
Выбранный
тип рельса КР80 имеет необходимую разность ширины катания колеса В и
номинальной ширины головки рельса b (B-b=20мм
[6]).
5.
Устройства и приборы безопасности грузоподъемных машин
Существуют
различные устройства и приборы безопасности грузоподъемных машин. Они
различаются по назначению и по конструкции.
Блокировочные
контакты устанавливаются в кабинах машиниста и на люках выхода на смотровые
площадки. Если дверь в кабину или люк открыт, то контакты разомкнуты, и все
приборы и механизмы будут отключены.
Ограничители
перемещений (тележки, крана, стрелы, поворота, подъема и опускания подвески)
применяются, например, если на одном пути работают два крана и есть вероятность
их столкновения. Ограничители грузоподъемности устанавливаются для защиты от
перегрузок. Также на кранах установлены указатель грузоподъемности, креномер,
ограничитель сближения крана, ограничитель перекоса, ограничитель движений (при
работе крана вблизи ЛЭП), сигнализаторы скорости ветра.
Рельсовые
захваты предназначены для надежного стопорения крана на путях. Также
применяются фиксаторы, упоры, буфера и звуковой сигнал.
Ограничители
грузоподъемности для пролетных и стреловых кранов имеют отличия. Ограничители
грузоподъемности пролетных кранов ограничивает номинальную грузоподъемность с
целью исключения остаточных деформаций металлоконструкций крана и поломки
механизма подъема. Ограничители грузоподъемности стреловых кранов ограничивают
вес поднимаемого груза допустимый на данном вылете с целью исключить возможное
опрокидывание крана.
6.
Организация надзора за безопасной эксплуатацией грузоподъемных машин
Мероприятия
по организации надзора и обслуживания можно представить в виде трех блоков:
люди, техника, документы.
Правильно
(безопасно) обслуживать грузоподъемные машины могут только специально обученные
люди (инженерно-технические работники).
На
предприятии, где в производстве используются грузоподъемные машины, должны быть
назначены лицо ответственное по надзору за безопасной эксплуатацией
грузоподъемных машин, лицо ответственное за исправное состояние грузоподъемных
кранов, лица ответственные за безопасное производство работ кранами.
Ответственным
по надзору может быть назначен главный инженер, технический директор,
руководитель предприятия. Ответственным за исправное состояние - главный
механик, главный энергетик. Ответственным за безопасное производство работ -
мастер, прораб, начальник цеха, иногда бригадир.
Ответственные
лица назначаются приказом по предприятию после прохождения обучения в
специализированных организациях, имеющих лицензию на этот вид деятельности.
Повторная
проверка знаний этих лиц производится раз в три года, а для ответственных за
безопасное производство работ дополнительно ежегодно комиссией предприятия. Для
этого на предприятии создается постоянно действующая комиссия в составе:
ответственный по надзору, ответственный за исправное состояние, инженер по
технике безопасности и представитель профсоюзной организации.
Фамилия
и номер удостоверения ответственного за исправное состояние вписывается в
паспорт крана. Во время отсутствия ответственных лиц приказом назначаются лица
их заменяющие (тоже аттестованные по всем правилам).
Обслуживают
грузоподъемные машины крановщики, помощники крановщиков, стропальщики, слесари-ремонтники
грузоподъемных машин, электромонтеры, наладчики приборов безопасности. Весь
обслуживающий персонал проходит обучение и аттестацию и назначается приказом по
предприятию. Условия необходимые для назначения на вышеперечисленные должности
следующие: возраст не моложе 18 лет, медицинское освидетельствование на
соответствие физических возможностей характеру работ, обучение в учреждениях,
имеющих лицензию, аттестация в комиссии учебного заведения, причем при
аттестации крановщиков и их помощников необходимо присутствие инспектора
Госгортехнадзора. По результатам аттестации крановщикам выдается удостоверение,
в котором указаны типы и индексы кранов, на которых он может работать. В
удостоверении должно быть фото и росписи председателя комиссии и инспектора
Госгортехнадзора. Удостоверение должно быть все время при работнике во время
производства работ.
Крановщики
и помощники при перерыве в работе больше года аттестуются в комиссии
предприятия, после этого стажируются для восстановления профессиональных
навыков.
На
предприятии должна быть создана ремонтная служба. Установлен порядок
периодических осмотров, технических обслуживаний и ремонтов, обеспечивающих
содержание в исправном состоянии грузоподъемных машин, съемных грузозахватных
приспособлений, крановых путей и тары.
На
предприятии, где производятся работы грузоподъемными машинами, разрабатываются
следующие документы: инструкции для ответственных лиц и обслуживающего
персонала, проекты производства работ, технологические карты (при производстве
погрузочно-разгрузочных работ), схемы строповок (для нестандартного груза),
журналы учета съемных грузозахватных приспособлений.
Список
литературы
1. Александров
М.П. Подъемно-транспортные машины. М., 1985. 520 с.
2. Анурьев
В. И. Справочник конструктора-машиностроителя. М., 2000. Т. 1-3.
. Дунаев
П. Ф., Леликов О. П. Конструирование узлов и деталей машин. М., 1998. 448 с.
. Курсовое
проектирование грузоподъемных машин. Под ред. Казака С. А. М., 1989. 320с.
. Руденко
Н. Ф., Руденко В. Н. Грузоподъемные машины. Атлас конструкций. М., 1970. 116 с.
. Филатов
А.П., Анферов В.Н., Игнатюгин В.Ю. Грузоподъемные машины. Учебное пособие по
курсовому проектированию., Новосибирск, 2005. 192 с.
. СТП
СГУПС 01.01-2000. Курсовой и дипломный проекты. Требования к оформлению.
Новосибирск, 2000. 40 с