ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПООБРАЗОВАНИЮ
Федеральное государственноеобразовательное учреждение высшего профессионального образования
«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
Кафедра: «ПТМ и Р»
Курсовой проект
Противоугонный захват козлового крана или перегружателя
Пояснительная записка
Выполнил: студент группы НТ 23-1
Д.В. Иовенко
Проверил: А.Ю. Смолин
Красноярск 2007
Содержание
Введение
1. Общий расчёт механизма передвижения крана
1.1 Сопротивление передвижению крана
1.2 Выбор двигателя
1.3 Выбор редуктора
1.4 Выбор тормоза
1.5 Выбор муфты
1.6 Фактическое время пуска механизма передвижения кранабез груза
1.7 Фактическое время торможения механизма передвижениякрана
2. Общий расчёт противоугонного захвата
2.1 Усилия в клещевых захватах
2.2 Вес клина
2.3 Ход клина
2.4 Механизм подъёма клина
2.4.1 Выбор каната.
2.4.2 Выбор барабана.
2.4.3 Выбор двигателя
2.4.4 Выбор редуктора
2.4.5 Выбор тормоза
2.4.6 Выбор муфты
3. Расчёт на прочность рычага противоугонного захвата
Список используемых источников
Введение
По заданию в данном проекте был разработанпротивоугонный захват с клиновым механизмом замыкания клещей, которыйпредназначен для удержания крана на рельсах в нерабочем состоянии от силыветра. Данное автоматическое противоугонное устройство является наиболеепростым и надёжным, в то же время это одно из наиболее важных элементов крана.Они регламентированы рядом обязательных нормативных документов. Прииспользовании машинного привода предусматривается возможность приведения вдействие устройств вручную или должны устанавливаться ручные дополнительныезахваты или стопоры.
Устанавливаются противоугонные захваты нанижних ригелях опор крана, захват осуществляется, как правило, за головкирельсов.
1. Общий расчёт механизма передвижения крана
Параметры прототипа крана:
грузоподъёмность Q = 100 тонн;
скорость передвижения крана Vпер = 0,653 м/сек;
высота подъёма H = 18 м;
режим работы – 4М;
вес крана Gк = 193,2 тонн.
Принимаем схему балансиров перегружателя с 4колёсами на одном рельсе и с четырёхрельсовым ходом (рис. 1.)
/>/>
Рис. 1. Схема четырёхколёсных балансировперегружателей:1 – приводное колесо; 2 – неприводное колесо
/>
Рисунок 1.1. Кинематическая схема передвижениякрана.
1- двигатель, 2- тормоз, 3- муфта, 4- редуктор,5- колесо.
1.1 Сопротивление передвижению крана
Принимаем параметры ходовых колёс:
диаметр ходовых колёс Dх.к. = 710 мм /1, стр. 314/;
диаметр цапфы dц = 180 мм /1, стр. 314/;
коэффициент трения подшипников, приведённый кцапфе колеса мц = 0,02 /1, стр. 237/;
коэффициент трения качения стальных колёс порельсам f = 0,0008 м /1, стр. 421/;
коэффициент, учитывающий трение реборд и ступицколёс
kр = 2,5 /2, стр. 33/.
Сопротивление передвижению крана:
Wc = Wтр + Wу + Wв, (1.1)
где Wтр – сопротивлениеот трения в ходовых частях на прямолинейном участке пути, кН;
Wу – сопротивление создаваемоеуклоном пути, кН;
Wв – сопротивление от ветровойнагрузки Pв, кН;
Сопротивление от трения в ходовых частях напрямолинейном участке пути, определяется по формуле:
/>
/> (1.2);
где Q – номинальная грузоподъемность крана, кг;
kр – коэффициент, учитывающийдополнительные сцепления от трения реборд ходовых колес и торцов ступиц колеса.
Сопротивление создаваемое уклоном пути, определяетсяпо формуле:
Wу = б(Gк + Q)= 0,001(1879,6 + 981) = 2,86 кН; (1.3)
где б – уклон рельсового пути для крана, /3,стр. 41/.
Сопротивление от ветровой нагрузки Pв, определяется по формуле:
Wв = Pв Fп. (1.4)
где Fп. – расчётнаянаветренная площадь конструкции и груза, м2 /1, стр. 54/;
Pв – ветровая нагрузка, Па,определяется по формуле:
Pв = q k с n= 500 1,75 1,51 = 1312 Па; (1.5)
где q – динамическое давление (скоростной напор) ветра, Па /1,стр. 54/;
k –коэффициент, учитывающий изменение динамического давления по высоте, k = 1,75 /1,стр. 55/;
с – коэффициент аэродинамической силы, с = 1,5/1, стр. 56/;
n –коэффициент перегрузки, для рабочего состояния, n = 1 /1, стр. 55/.
Подставим найденные значения Fп. и Pв в формулу (1.4)получаем:
Wв = 1312 36 = 47, 25 кН.
Подставив найденные значения сопротивлений вформулу (1.1) получаем сопротивление передвижению крана
Wc = 52, 37 + 2,86 + 47,25 = 102,5 кН.
1.2Выбор двигателя
Статическая мощность механизма:
/> (1.6)
где з – к.п.д. механизма, з = 0,9
Мощность одного двигателя:
/>
где m – число двигателей механизма передвижения, принимаем 4.
/>
Принимаем двигатель MTF 411–8 /1, с. 241/ схарактеристикой:
мощность N = 18 кВт, число оборотовnд. = 700 об/мин,
максимально развиваемый момент М = 569 Нм,
момент инерции ротора Jр. = 0,537 кг·м2;
масса m = 280 кг.
1.3 Выбор редуктора
Передаточное число механизма передвижения
/> (1.7)
где nкол – частотавращения колеса, определяется по формуле
/>/> (1.8)
Тогда
/>
Принимаем четыре редуктора ВКУ–610М спередаточным числом равным 40 /4, стр. 300/.
1.4 Выбор тормоза
Необходимый тормозной момент
/> (1.9)
где Gп. – вес крана безгруза, кН, Gп. = 1879,6 кН;
mпр. – приведённая масса, кН·с2/м·т,mпр = 1147,7 кН·с2/м·т/5, стр. 117/;
a –замедление при торможении, м/с2, a = 0,1 м/с2/5, стр. 117/;
cто – удельное сопротивлениедвижению от сил трения,
cто = 0,7 /5, стр. 116/.
/>
Необходимый тормозной момент одного тормоза
/> (1.10)
где m – число тормозов механизмов передвижения
/>
Выбираем тормоз ТКГ–200 /1, стр. 284/ стормозным моментом Mот = 300 Нм.
1.5 Выбор муфты
Принимаем муфту упругую втулочно–пальцевую, сноминальным вращающим моментом Мт = 500 Нм /7, с. 190/, способнуюкомпенсировать незначительные погрешности взаимного расположения соединяемыхвалов, и смягчать динамические нагрузки.
1.6 Фактическое время пуска механизмапередвижения крана без груза
Номинальный момент двигателя
/>
Среднепусковой момент электродвигателятрехфазного тока с фазным ротором:
/>
Момент статического сопротивления на валудвигателя при пуске:
/>
где з – КПД механизма передвижения /3, стр. 23/;
U –общее передаточное число механизма передвижения крана (1.7);
Wc –общее сопротивление передвижению крана, Н.
Момент инерции муфты быстроходного вала
/>;
где m и D – масса и наибольший диаметр муфты /3, табл.1.36 /.
Момент инерции ротора двигателя и муфтыбыстроходного вала:
/>;
Фактическое время пуска механизма передвижениякрана без груза /3, стр.30/
/>
Коэффициент, учитывающий влияние вращающихсямасс привода механизма д=1,2.
1.7 Фактическое время торможения механизмапередвижения крана без груза
Фактическое время торможения механизмапередвижения крана без груза
/>;
где /> – фактическая скоростьпередвижения крана:
/>
отличается от ближайшего значения 0,63 м/с изстандартного ряда /3/ на 2,4%, что допустимо.
2. Общий расчёт противоугонного захвата
2.1 Усилия в клещевых захватах
Необходимое число противоугонных захватов
/> /> (2.1)
где Pпр. – усилиесопротивления сдвигу, создаваемое одним противоугонным захватом, Pпр. = 10 ч 50 тонн, принимаем Pпр. = 10 т.
k –коэффициент запаса, k = 1,2 /4, стр. 125/.
Так как на кран устанавливают не менее 2противоугонных захватов, принимаем n = 2, размещая их по середине балки.
Необходимое усилие нажатия клещей на рельс
/>/>(2.2)
где f1 – коэффициенттрения планок клещей о рельс;
f1 = 0,30 (для закалённых губок снасечкой) /4, стр. 126/.
Распорное усилие
/> (2.3)
где 1,05 – коэффициент запаса /4, стр. 126/;
/> – кпд, учитывающий потери вопорах (шарнирах) клещей,
/> = 0,96 (при опорах качения) /4,стр. 126/,
a =112,5 мм /рис. 2/,
b =1250 мм /рис. 2/,
Pп. – усилие в пружине, кН,определяется по формуле:
/>/> (2.4)
где ц – коэффициент запаса нажатия пружины, ц =1,5 ч 2 /4, стр. 127/,
принимаем ц = 2;
Gр. – вес рычага, кг, принимаем Gр = 50 кг = 500 Н;
е = 80 мм /рис. 3/;
с = 750 мм /рис. 3/;
После подстановки всех параметров в формулу(2.3) получаем
/>
/>/>
Рис. 2. Схема сил, действующих на клещевойзахват
Рис. 3. Схема к определению усилия в пружине
2.2 Вес клина
Вес клина определяем по формуле:
/> (2.5)
где б – угол наклона рабочей поверхности клинак вертикали, принимаем б = 10° /4, стр. 126/;
ср. – коэффициент сопротивлениякачению ролика по плоскости клина, ср. = 0,2 (при подшипниках) /4,стр. 127/.
/>;
2.3 Ход клина
Ход клина влияет на канатоёмкость барабаналебёдки подъёма клина. Ход клина определяется величиной отхода планок клещей отголовки рельса и упругим прогибом рычагов. Учитывая неточность стыковкирельсов, отход планок губок принимаем для перегружателей 8 мм.
Общий ход клина /рис. 4/
/> (2.6)
где kx – коэффициент запаса хода клина, компенсирующий износпланок, а также неточности изготовления и монтажа, kx = 1,5 /4,стр. 128/;
/> – ход клина, определяемый зазороммежду планкой рычага и рельсом;
/> – ход клина, определяемый упругимпрогибом рычага клещей;
/>
Рис. 4. Схема к определению хода клина
Ход клина, определяемый зазором между планкойрычага и рельсом, определяется по формуле:
/>
где /> – ход верхнего конца рычага приотходе нижнего конца на величину Д.
Ход клина, определяемый упругим прогибом рычагаклещей, определяется по формуле:
/>;
где /> – прогиб верхнего конца рычагапод действием усилия T.
Тогда общий ход клина:
/>
2.4 Механизм подъёма клина
/>
2.4.1 Выбор каната
/>/> (2.7)
где U – кратность полиспаста /рис. 2/, U = 1;
з – к.п.д. полиспаста, з = 1;
Q –вес клина, кг, Q = Gкл = 682,6 кг;
Необходимое разрывное усилие
/>; (2.8)
где k – коэффициент запаса прочности, k = 4 /2, стр. 55/
Принимаем канат ЛК–З /1, стр. 247/: диаметрканата dк = 8,1 мм; площадьсечения всех проволок F = 24 мм2; разрывное усилие F0= 31,9 кН.
2.4.2 Выбор барабана
Диаметр барабана
Dб = dк e = 8,1 16 = 130мм; (2.9)
где e = 16 (для барабана) /1, стр. 250/.
Принимаем диаметр барабана Dб = 130 мм.
Длина барабана
/> (2.10)
где Lк – длина каната, Lк = 2,082 м; /2, стр. 60/;
t –шаг витка, мм, t = 10 мм/ 2, стр. 60/;
m –число слоёв навивки, m = 1;
ц – коэффициент не плотности навивки, ц = 0,9(для гладких барабанов) /2, стр. 60/
/>
Принимаем длину барабана Lб = 60 мм.
2.4.3 Выбор двигателя
Статическая мощность механизма
/>/> (2.11)
где з – к.п.д. механизма, з = 0,97
Vп – скорость подъёма клина,м/сек, Vп. = 0,2 м/сек.
Принимаем двигатель MTF 011–6 /1, стр. 241/ схарактеристикой:
мощность N = 1,4 кВт;
число оборотов nд. = 885 об/мин;
максимально развиваемый момент М = 39 Нм;
момент инерции ротора Jр = 0,021 кг·м2;
масса m = 51 кг.
2.4.4 Выбор редуктора
Передаточное число механизма подъёма клина
/> (2.12)
где nб – частота вращениябарабана, определяется по формуле:
/>/> (2.13)
/>Тогда
Принимаем редуктор Ц2–250 с передаточным числомравным 31,5 /1, стр. 218/.
2.4.5 Выбор тормоза
Необходимый тормозной момент
/> (2.14)
где k – коэффициент запаса, k = 1,5 /2, стр. 66/
Принимаем тормоз ТКГ–160 /1, стр. 284/ стормозным моментом
Mт =100 Нм.
2.4.6 Выбор муфты
Принимаем муфту упругую втулочно–пальцевую, сноминальным вращающим моментом Мт= 63 Нм, /6, стр. 191/ способнуюкомпенсировать незначительные погрешности взаимного расположения соединяемыхвалов, и смягчать динамические нагрузки.
3. Расчёт на прочность рычагапротивоугонного захвата
/>
Рис. 5. Схема к определению прочности рычага
Рассмотрим I – участок
/>,
при z1 = 0, Mизг = 0,
при z1 = 0,1125, Mизг = 162,8 • 0,1125 = 18,31 кН;
Рассмотрим II – участок
/>,
при z3 = 0, Mизг = 0,
при z3 = 0,5, Mизг = 17,055 • 0,5 = 8,52 кН;
Рассмотрим III – участок
/>,
при z3 = 0, />;
при z3 = 0,75, />
Опасное сечение в точке А.
Рычаги изготавливают литыми из Ст3 по ГОСТ380–71
Допускаемые напряжения [у] = 120 МПа
Условие прочности
/> (3.1)
Отсюда
/>
/>
Принимаем сечение рычага двутавр.
Список используемых источников
1 Справочник по кранам: В 2 т.Т.1. Характеристикиматериалов и нагрузок. Основы расчета кранов, их приводов и металлическихконструкций / Под общ. ред. М.М. Гохберга. – М.: Машиностроение, 1988
2 Справочник по кранам: В 2 т.Т.2. Характеристикиматериалов и нагрузок. Основы расчета кранов, их приводов и металлическихконструкций / Под общ. ред. М.М. Гохберга. – М.: Машиностроение, 1988
3 Справочник по расчётам механизмов подъёмно–транспортныхмашин А.В. Кузьмин Ф.Л. Марон. – Минск: “ Высш. шк.”, 1983. – 347 с.
4 Курсовое проектирование грузоподъёмных 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.: Высш. шк., 1989. – 319 с.: ил.
5 Мостовые перегружатели. М., “Машиностроение”, 1974, 224с. Авт.: Беглов Б.В., Кох П.И., Онищенко В.И., Окулов Д.П., Эбич Р.Д., ЗискисА.Я.
6 Шабашов А.П., Лысяков А.Г. Мостовые краны общегоназначения.
– 5-е изд., перераб. и доп.-М.: Машиностроение, 1980.– 304с., ил.
7 Анурьев В.И. Справочник конструктора–машиностроителя. В3-х т. Т. 2. –5-е изд., перераб. и доп.-М.: Машиностроение, 1979.– 559 с., ил.
8 Абрамович И.И., Котельников Г.А. Козловые краны общегоназначения. – 2-е изд., перераб. и доп.-М.: Машиностроение, 1983.– 232 с., ил.
9. Правила устройства и безопасной эксплуатациигрузоподъемных кранов. ПБ 10-382-00. Утверждены постановлением ГосгортехнадзораРоссии от 31.12.1999г. N 38.