Сибирскийгосударственный университет путей сообщения
Кафедра «Механизация путевых, погрузочно-разгрузочных и строительных работ »
Кранкозловой двухконсольный
Курсовойпроект по дисциплине
«Грузоподъемныемашины»
Пояснительнаязаписка
ГПМ06М09.00.00.00.00 КП
Руководитель Разработал студент
_________ Ткачук А.П. _________Карамзин В.М.
(подпись) (подпись)
__________ ___________
(дата проверки) (дата сдачи напроверку)
______________________________________________________
(запись о допуске к защите) (оценка,подпись преподавателя)
2010 г
Содержание
1. Назначение машины, краткое описание ее устройства иработы. Описание управления машиной и устройств безопасности
2. Определение основных параметров машины и рабочегооборудования. Основание выбора прототипа
3. Расчет механизма подъема груза
3.1 Выбор типа крюковой подвески
3.2 Расчет и выбор каната
3.3 Определение размеров барабана
3.4 Определение потребной мощности. Выбор двигателя
3.5 Кинематический расчет механизма
3.6 Выбор редуктора и соединительных муфт
3.6.1 Выбор муфт
3.6.2 Эскизная компоновка грузовой лебедки
3.7 Проверка двигателя на надежность пуска
3.8 Определение тормозного момента. Выбор тормоза
3.9 Прочностные расчеты узла барабана
3.10 Расчет крюковой подвески
4. Расчет заданных сборочных единиц
4.1 Определение основных размеров
4.1.2 Выбор ходовых колес грузовой тележки
4.2 Определение внешних сопротивлений
4.3 Определение потребной мощности. Выбор двигателя
4.4 Кинематический расчет механизма
4.5 Подбор редукторов, муфт и тормозов
5. Организация надзора за безопасной эксплуатациейгрузоподъемных кранов
Список используемой литературы
1. Назначение машины,краткое описание ее устройства и работы. Описание управления машиной иустройств безопасности
крангрузоподъемный козловой безопасный
Кран козловой одноконсольныйгрузоподъемностью 8 тонн относится к кранам общего назначения и предназначендля погрузки-разгрузки транспортных средств, а также для штабелирования грузовна складских площадках. Данный кран имеет мост (пролетное строение), опирающейсяна две опоры, снабженные рельсоколесными ходовыми частями. По моступеремещается тележка. Части моста выступающие за опоры называются консолями.Возможность выхода грузовой тележки на консоль поз-
воляет располагать под нейтранспортные рельсовые и безрельсовые пути, а площадку под пролетной частьюмоста использовать для устройства склада или технологического объекта. Помимоэтого увеличивается общая площадь складирования.
Кран козловой одноконсольный(рис.1) состоит из несущей конструкции – моста 1, опирающегося на жесткие (придлине пролета до 25 метров включительно применяются жесткие опоры) опоры 2.Каждая опора соединена с ходовой тележкой 3. Передвижение крана по рельсовомупути осуществляется механизмом передвижения крана 4, расположенным на ходовыхтележках. Вдоль моста перемещается ходовая тележка 5, несущая грузозахватныйорган 6.
Краны выполнен суправлением из кабины. При пролетах до 25 м кабины обычно устанавливают на одной из опор или на мосту около опоры.
Кран оборудуется следующими устройствами безопасности:
а) ограничителем грузоподъемности, который не допускает перегрузку болеечем на 25%, б) ограничителями рабочих движений для автоматической остановкимеханизма подъема груза, механизма передвижения крана и грузовой тележки, в)устройством для автоматического снятия напряжения с крана при выходе нагалерею, г) противоугонными устройствами
2. Определениеосновных параметров машины и рабочего оборудования. Основание выбора прототипа
2.1 Основные размерыкрана
Высота пролетногостроения (моста) Нк, м:
/> . (2.1)
где L – пролет, L=16м(по заданию).
/>.
База крана В, м:
/>, (2.2)
где Н — высота подъемагруза, Н=9м (по заданию)
/>.
База грузовой тележки Ат,м:
/>.
Колея грузовой тележки КТ, м:
/> (2.3)
/>.
Ширина главной балки b, м:
/>, (2.4)
/>.
Высота опор h1, м:
/>, (2.5)
/>.
Ширина опоры внизу b2, м:
/>
Габаритная длинна моста С,м:
/>,
Где Lк– суммарная длинна консолей, Lк=16м.
/>
Габаритная ширина крана А,м:
/>, (2.6)
Внутренний и наружныйгабарит ходовой тележки а1=0,8ми а20,8м соответственно.
Высота ходовой тележки h=1м
2.2 Массадвухконсольного козлового крана mкк, кг:
/>, (2.7)
где mк – масса бесконсольного козловогокрана, кг.
/>, (2.8)
где Q – грузоподъемность, 12,5·103кг.
/>
/>.
По исходным данным иполученным размерам выбран прототип: кран козловой электрический КК–К–12,–25–9–0,21–0,83–1,05 ГОСТ 7352–88 [2]
Таблица 1Параметры прототипа Значение
Грузоподъемность, т
Пролет, м
Консоли, м
База, м
Габариты ходовых частей, м:
— наружный
— внутренний
Конструктивная масса, т не более
12,5
25
8
10
0,6
0,8
44
3. Расчет механизма подъемагруза
3.1 Выбор типакрюковой подвески
Принимается нормальнакрюковая подвеска. Ориентировочно массу подвески можно принять 2-5% от еегрузоподъемности
3.2 Расчет и выборканата
Выбор типа и кратностиполиспаста
Принимается сдвоенныйполиспаст, кратность полиспаста Uп=3 .
Наибольшее натяжениеканата Fк, Н:
/>, (3.1)
N – число ветвей каната наматываемыхна барабан (N=2)
ηп — КПДполиспаста.
/>, (3.2)
/>
ηбл – КПДблока на подшипниках качения, ηбл=0,98 [1]
Q – промежуточная грузоподъемность,кг.
/>, (3.3)
где mпод – масса крюковой подвески, кг.
/>, (3.4)
/>,
/>
/>
Разрывное усилие каната вцелом:
/>, (3.5)
где Zр– коэффициент запаса прочности, Zр=4,5[1]
По ГОСТ 2688-80принимается канат двойной свивки типа ЛК-Р конструкции 6х19 (1+6+6/6)+1.о.с…Маркировочная группа проволок 1570, разрывное усилие 98,95кН, диаметр каната dк= 14мм.
Условное обозначениепринятого каната: канат 14-Г-В-Н-1570 ГОСТ 2688-80
3.3 Определениеразмеров барабана
Диаметр барабана по днуканавок Dб, м:
/>, (3.6)
где h1 – коэффициент выбора минимальногодиаметра барабана, h1=18
/>, предварительно принят Dб=250мм=250·10-3м.
Диаметр барабана посредней линии навиваемого каната D, м:
/>, (3.7)
/>.
Длина двухканатного барабанаLб, м:
/>, (3.8)
где Lр – длинна рабочей части барабана, м; Lк– длинна для закрепления каната, м (Lк=0, т.к. канат крепится клином); Lн– не нарезанная часть, принято Lн=200·10-3м.
/>, (3.9)
где zр – число рабочих витков на барабане; zз — число запасных витков (zз=1,5[1]); t-шаг навивки (t=16мм[1])
/>, (3.10)
/>.
/>
/>
Принято Lб=1,400м=1400мм.
Проверим соотношение:
/>, оно не должно выполняться.
/>, тогда конструктивно увеличимдиаметр барабана Dб=320мм=320·10-3м.
/>,
/>,
Принято Lб=1,150м=1150мм.
/>
3.4 Определениепотребной мощности. Выбор двигателя
Максимальная статическаямощность, которую должен развивать двигатель, Pст.макс., Вт:
/>, (3.11)
где ηпр — КПД привода, ηпр=0,9[1]; vГ — скорость подъема груза, vГ=0,63м/с(по заданию)
/>
/>, (3.12)
/>
Принят двигатель MTF 411-6.
Таблица 2 — Основныепараметры электродвигателя.
Мощность на
валу, кВт, при ПВ 15%
n,
об/мин
Момент инерции,
кг·м2
Тмакс.
Нм
dдв,
мм 30 945 0,500 638 65
3.5 Кинематическийрасчет механизма
Передаточное число приводаUпр:
/>, (3.13)
где nдв — частота вращения двигателя об/с,nдв=15,75об/с; nбр — частота вращения барабана об/с.
/>, (3.14)
/>
/>.
Крутящий момент надвухканатном барабане Тбр, Нм:
/>, (3.15)
/>
3.6 Выбор редуктора исоединительных муфт
Типоразмер редукторавыбирают путем сравнения эквивалентного вращающего момента на выходном валу Тэи эквивалентной консольной нагрузки Fэ с ближайшими большими номинальнымивращающим моментом редуктора Тном и консольной нагрузкой FТ, а также по требуемому передаточномучислу uтр и частоте вращения входного валаредуктора nр:
/>, (3.16)
/> (3.17)
/>, (3.18)
/>, (3.19)
/> , (3.20)
/>, (3.21)
/>, (3.22)
где Тр и Fр – максимальный расчетный момент и максимальнаярасчетная радиальная нагрузка на выходном валу редуктора, Тр=Тбр=7,250·103Нми Fр=Fк=21,707·103Н; кд-коэффициент режима работы; кдв — коэффициент, зависящий от группыдвигателя, кдв=1[1]; кпв — коэффициент, зависящий отпродолжительности включения, кпв=0,67[1]; кс — коэффициент,зависящий от продолжительности работы редуктора t, ч, в течение суток, кс=1;
км — коэффициент,зависящий от группы приводимых машин, км=1[1]; крев-коэффициент реверсивности, крев=0,75[1].
/>,
/>,
/>.
Так же должно выполнятьсяусловие:
/>. (3.23)
Предварительно принятредуктор Ц2-400МРЗ-20ЦвхМ
Таблица 3 — Основныепараметры редуктора.
Номинальный крутящий момент на
тихоходном валуТном, Нм 14000 Передаточное число uр 20 Суммарное межосевое расстояние aw, мм 400
Номинальная радиальная нагрузка
на конце тихоходного вала FТ, Н 29000 Диаметр входного вала dвх, мм 50
Номинальная частота вращения
быстроходного вала, об/с 25 Масса, кг 385
Условия 3.16, 3.17, 3.18выполняются.
/>, условие 3.22 выполняется.
/>,
/>, условие 3.23 выполняется.
Окончательно принятредуктор Ц2-400МРЗ-20ЦвхМ.
3.6.1 Выбор муфт
Расчетный вращающиймомент Тмр, Нм:
/>, (3.24)
где Тм-действующий вращающий момент; [Тм]- допускаемый (табличный)вращающий момент который способна передавать муфта; k- коэффициент запаса прочности.
/>, (3.25)
/>, (3.26)
где k1 — коэффициент, учитывающий степень ответственностисоединения, k1=1,3; k2 — коэффициент режима работы, k2=1; k3-коэффициент углового смещен, k3=1,25.
/>.
/>.
/>.
Расточка отверстияполумуфты:
— для присоединения валадвигателя 65мм;
— для присоединения валаредуктора 50мм;
-для тормозного шкива50мм.
По расчетному вращающемумоменту принята муфта зубчатая, с промежуточным валом тип 2.
Таблица 4 — Параметрымуфты
[Тм],
Нм
Jм,
кг·м2
Масса,
кг не более
d;d1,
мм не более 4000 0,15 15,2 65
Таблица 4.1 — Параметрыполумуфты с тормозным шкивом
[Тм],
Нм
Jм,
кг·м2
Масса,
кг не более
Dт,
мм
Вт,
мм
D,
мм не более 3150 0,60 68 300 145 55
3.6.2 Эскизнаякомпоновка грузовой лебедки
Расположение двигателя,обеспечивающее равномерное распределение нагрузки на ходовые колесаопределяется из соотношения:
/>, (3.27)
где G1 и G2 – вес редуктора и двигателя соответственно.
/>, (3.28)
/>, (3.29)
где mр — масса редуктора кг, mр=385кг; mдв — масса двигателя кг, mдв=280кг.
/>,
/>,
/>
/>
l4 принято 0,7м.
Эскизная компоновкагрузовой лебедки представлена на рис. 2.
3.7 Проверка двигателяна надежность пуска
Время разгона механизма tп, с:
/>, (3.30)
где ωн –номинальная угловая скорость движения; δ – коэффициент учитывающий моментыинерции вращающихся масс привода, δ=1,2[1]; Iр –момент инерции ротора двигателя; Iгр момент инерции груза приведенный к валу двигателя:
/>, (3.31)
Тср.п – среднепусковой момент двигателя:
/>, (3.32)
Тс –статический момент сопротивления при подъеме номинального груза:
/>, (3.33)
Тн – номинальныймомент двигателя:
/>, (3.34)
/>,
/>,
/>,
/>
Время разгона механизмаподъема tп=1..2с[1] – условие выполняется.
Кроме того должновыполняться условие
/>, (3.35)
где аф — фактическое ускорение поднимаемого груза:
/>, (3.36)
[а] – наибольшеедопускаемое ускорение поднимаемого груза, [а]=0,6м/с2
/>,
/>, условие 3.25 выполняется.
3.8 Определениетормозного момента. Выбор тормоза
По диаметру тормозногошкива Dт=300мм, выбран тормоз ТКГ 300.
Таблица 5 — ПараметрытормозаDт, мм Ттк, Нм Толкатель Масса, кг 300 800 ТГМ 500 100
Проверка по условию:
/>, (3.37)
где Ттк –каталожное значение тормозного момента; Ттр – расчетный крутящиймомент на валу тормоза:
/>, (3.38)
где Кт –коэффициент запаса торможения, Кт=1,5[1]; Тр – крутящиймомент при торможении на валу, на котором установлен тормоз Тр=377,62Нм(из формулы 3.26).
/>,
/>.
Условие 3.37 выполняется.
3.9 Прочностныерасчеты узла барабана
Напряжение сжатия приоднослойной навивке σсж, Па:
/>, (3.39)
где [σ] – допускаемое напряжение, длячугуна СЧ 15 при группе режима ЗМ [σ]=100МПа[1]; δ – толщина стенки барабана:
/>, (3.40)
/>,
/>.
Условие 3.39 выполняется.
Максимальный изгибающиймомент:
/>, (3.41)
/>.
Напряжение изгиба:
/>, (3.42)
где W – момент сопротивления поперечного сечения барабана:
/>, (3.43)
/>,
/>.
Касательные напряжениепри кручении барабана:
/>, (3.44)
Wр – полярный момент сопротивления барабана:
/>, (3.45)
/>
/>
Приведенные напряжения:
/>, (3.46)
где σнорм– нормальные напряжения:
/>, (3.47)
/>.
/>
Условие 3.46 выполняется.
Эскизная компоновка узлабарабана представлена на рис. 3, где
а1=86·10-3м=86мм;
а2=49·10-3м=49мм;
а3=13,5·10-3м=13,5мм;
а4=43,4·10-3м=43,4мм;
lст=98·10-3м=98мм;
Lро=1,443м=1430мм;
Нагрузки на ось F1 и F2, Н:
/>, (3.48)
/>, (3.49)
/>,
/>.
Определим максимальныйизгибающий момент.
Реакции опор RА и Rг:
/>, (3.50)
/>, (3.51)
/>.
/>, (3.51)
/>, (3.52)
/>
Изгибающий момент всечении 1-1:
/>, (3.53)
/>.
Изгибающий момент всечении 2-2:
/>, (3.54)
/>.
Приведенный момент:
/>, (3.55)
/>.
Диаметр вала:
/>, (3.56)
где [σ-1]– допускаемые напряжения, МПа:
/>, (3.57)
где σ-1 –предел выносливости материала, для углеродистой стали σ-1=0,45σв;
σв –временное сопротивление, для Стали 60, σв =930МПа[4]; К0– коэффициент учитывающий конструкцию детали, К0=2 [1]; [n] – допускаемый коэффициент запасапрочности, [n] =1,4 [1].
/>,
/>,
/>
Окончательно принят dв = 75мм.
Ось барабана d2, проверяется по формуле, предварительно d2=60мм:
/>, (3.56)
/>.
Прочность оси достаточна.
Подшипник оси выбираетсяпо диаметру отверстия D1 в полумуфте редуктора, D1 = 110мм. Подшипник вала выбирается по диаметрувнутреннего кольца, dп =dв-(5…10)мм.
/>.
Предварительно для осиназначим подшипник роликовый 22310 60х110х22,
С0=43·103Н.Для вала подшипник роликовый 22314 70х150х35, С0=102·103,С=151·103.
Подшипник оси установленв полумуфте редуктора, оба его кольца вращаются совместно. Подшипник выбираетсяпутем сравнения требуемой величины статической грузоподъемности Р0(эквивалентной статической нагрузки) с ее табличным значением по каталогу С0,Р0= RА = 22,568·103Н:
/>, (3.57)
/>.
Условие 3.57 выполняется.
Подшипник вала проверимна долговечность в часах Lh, она должна быть не менее [Lh]=20000 часов [3].
/>, (3.58)
где р – показательстепени, для роликовых подшипников 10/3 [3]; Р – эквивалентная нагрузка Н:
/>, (3.58)
где Fr – радиальная нагрузка, Fr=RГ=20,87·103 Н; V – коэффициент вращения, V=1 [3];
Кб –коэффициент безопасности Кб=1,3[3]; КТ – температурныйкоэффициент КТ=1[3].
/>,
/>,
/>.
Условие 3.58 выполняется.
3.10 Расчет крюковойподвески
Выбор крюка:
По грузоподъемности Qнетто =12,5т и группе режима работы 3Мпринята заготовка крюка №17 тип А.
Таблица 6 — Основныеразмеры крюка.
Номер
заготовки
крюка
Наибольшая грузоподъем-
ность крюка для группы
режима работы 3М, т Исполнение Тип
Наружный
диаметр
резьбы
хвостовика
d2, мм
Диаметр ненарезанной
шейки хвостовика d,
мм
Масса, кг
не более 17 12,5 2 А М64 85 37
Проверочный расчетхвостовика:
/>, (3.59)
где d0 – наименьший диаметр хвостовика(внутренний диаметр резьбы d0=58мм); [σ] – допускаемыенапряжения при растяжении МПа:
/>, (3.60)
где n – коэффициент запаса прочности, n =5[1]; σт – пределтекучести при растяжении МПа, σт=250МПа [1]:
/>,
/>.
Прочность достаточна.
Определение размеровблоков:
/>, (3.61)
/>, (3.62)
где Dбл2 и Dбл3 – диаметр по дну желоба направляющего и уравнительногоблоков соответственно; h2 и h3 – коэффициенты выбора минимальных диаметров направляющего иуравнительного блока соответственно, h2 = 20, h3 = 14 [1].
/>,
/>.
Таблица 7 Основныеразмеры блоков.Dр, мм D1, мм D2, мм d, мм d2, мм d3, мм lcт, мм h, мм h1, мм h2, мм 320 276 170 80 120 30 42 13 8 22
Выбор подшипников блоков
Ширина подшипника В, мм:
/>, (3.63)
где lст – длина ступицы, мм; δ –толщина стопорного кольца мм, δ=5мм[1].
/>.
Выбран подшипник 20840х80х18.
Упорный подшипник крюкавыбирается по диаметру ненарезанной части крюка, d=85мм, и проверяются по статической нагрузке Gст, Н:
/>, (3.64)
/>.
Принят подшипник упорныйшариковый одинарный 8217 85х1250х31, С0=235·103Н .
Высота гайки крюка Н, мм:
/>, (3.65)
где l2 – длина нарезанной части хвостовика, мм.
/>.
Должно выполнятьсяусловие:
/>, (3.66)
/>, (3.67)
где t – шаг резьбы мм, t = 3мм; [р] – удельное давление врезьбе МПа, [р] =10МПа [1] .
/>.
/>.
Условие 3.66 выполняется.
Ширина траверсы B, мм:
/>, (3.68)
/>.
Высота траверсы h, мм:
/>, (3.69)
где Н1 –высота упорного подшипника.
/>.
Диаметр отверстия втраверсе под хвостовиком крюка dт, мм:
/>, (3.70)
/>.
Диаметр цапфы />, но не большедиаметр оси блоков:
/>, (3.71)
/>, принято 40мм.
Толщина серьги, мм:
/>, (3.72)
где [σсм] – допускаемое давление на смятие, [σсм]=100МПа.
/>
Ширина серьги, мм:
/>, (3.73)
/>.
Эскизная компоновкакрюковой подвески, расчетные схемы оси блоков и траверсы изображены на рис.3.
Расчет оси блоков.
Таблица 8 — К расчету осиблоковlp, мм а1, мм а2, мм 157 31,5 47
/>,
Реакции опор RА =RВ:
/>, (3.74)
/>, (3.75)
/>,
/>.
Изгибающие моменты всечениях 1-1 и 2-2 (рис.3а):
/>, (3.76)
/>.
/>, (3.77)
/>,
Диаметр оси блоковпроверяется на прочность по условию:
/>, (3.78)
где [σизг] – допускаемое напряжение изгиба, поформуле 3.60, [σизг]=177МПа.
/>.
Расчет траверсы.
Реакции опор RА = RВ:
/>, (3.79)
/>, (3.80)
/>
Изгибающий момент всечении 1-1 (рис. 3 б), Нм:
/>, (3.81)
/>.
Проверка траверсы нанапряжения изгиба от момента в среднем сечении, ослабленном отверстием длякрюка:
/>, (3.82)
где W- момент сопротивления сечениятраверсы относительно горизонтальной оси:
/>, (3.83)
/>,
/>
Проверка цапф траверсы нанапряжения изгиба:
/>, (3.84)
где Мц –изгибающий момент у основания цапфы:
/>, (3.85)
/>
/>.
4. Расчет заданныхсборочных единиц
4.1 Определениеосновных размеров
4.1.1Выбор ходовыхколес крана
/>
Рисунок 4 Схема копределению максимальной нагрузки на колесо.
/>, (4.1)
где GМ – вес крана; GТ – вес тележки:
/>, (4.2)
где Gкаб – вес кабины, Gкаб =14кН:
/>,
/>.
Приводное колесо:двухребордное, D = 500мм,исполнение 1. К2РП-500-1ОСТ 24.09-75
Неприводное: К2РН-500ОСТ24.09-75. Тип рельса: Р43
Выбранный рельс проверимпо условию:
/>, (4.2.1)
где В – ширина дорожкикатания колеса, В=100мм [1]; b –ширина головки рельса, b =70мм.
/>,
Условие 4.2.1выполняется.
Проверка колеса понапряжению смятия при точечном контакте, МПа:
/>, (4.3)
где [σN] – допускаемое напряжение приприведенном числе оборотов N засрок службы; К – коэффициент, зависящий от отношения радиуса закругленияголовки рельса R к диаметруповерхности катания колеса,
К = 0,119[1]; Кτ — коэффициент, учитывающий влияние тангенсальной нагрузки на напряжения вконтакте, Кτ = 1,1[1]; КД – коэффициентдинамичности:
/>, (4.4)
где аж– коэффициент, зависящий от жесткости кранового пути,аж=0,2[1].
/>,
/>
/>, (4.5)
где [σ0] – допускаемое напряжение, [σ0] =700МПа, Сталь 50[1] ;
/>, (4.6)
где Nс –полное число оборотов колеса за срок службы:
/>, (4.7)
где vс – усредненная скорость передвиженияколеса, м/с:
/>, (4.8)
где β — коэффициентзависящий от отношения времени неустановившегося движения tн, к полному времени передвижения t, β =0,8[1]; Т – машинное времяработы колеса, ч, за срок службы, Т=3200ч; v – коэффициент приведенного числа оборотов, принимают взависимости от отношения
/> , (4.9)
Значение Fmin определяется расчетом для случая,когда тележка без груза находится у противоположной опоры крана:
/>, (4.10)
/>,
/>,
тогда v = 0,3 [1].
/>,
/>,
/>,
/>,
/>.
Условие 4.3 выполняется.
4.1.2 Выбор ходовыхколес грузовой тележки
/>, (4.11)
где Кн –коэффициент неравномерности распределения нагрузки на колеса, Кн=1,1[1];mТ – масса тележки, mТ=3000кг; nк – число ходовых колес, nк = 4.
/>.
Приводное колесо:К2РП-250-1 ОСТ 24.090-09-75
Неприводное колесо:К2РН-250 ОСТ 24.090-09-75
Тип рельса: плоский, В0=40мм,r=3мм.
Расчетомпоформуле (4.2.1) при B=70мм[1],b=40мм получено:
/>,
Условие (4.2.1)выполняется.
Напряжение смятия прилинейном контакте, МПа:
/>, (4.12)
где КН –коэффициент неравномерности нагрузки по ширине колеса, КН = 1,5; b – рабочая ширина головки рельса, м:
/>, (4.13)
/>.
Расчетомпоформуле (4.4) при аж=0,15[1], vТ=0,63м/с получено КД=1,095.
/>.
Минимальная нагрузка наколесо, Н:
/>, (4.11)
/>.
Расчетомпоформуле (4.9) при Fmin=33,688·103Н, Fmax=42,446·103Н получено: />.
Расчетомпоформуле (4.8) при v=0,63[1],β=0,8[1] получено vc=0,504м/с.
Расчетомпоформуле (4.7) при vс=0,504м/с,D=25·10-3 м получено Nc=7,396·106 об.
Расчетомпоформуле (4.6) при v=0,63, Nc=7,396·106об получено N=4,660·106об.
Расчетомпоформуле (4.5) при [σ0]=560МПа Сталь 55л[1], N=4,660·106об получено[σN] = 285,6·106Па, условиеσ ≤ [σN]выполняется.
4.2 Определениевнешних сопротивлений
4.2.1 Определениесопротивлений передвижению крана
Статическое сопротивлениепередвижению, Н:
/>, (4.12)
где Fв – ветровая нагрузка; Fук – сопротивление от уклона пути; Fтр – сопротивление от трения в ходовых частях, Н:
/>, (4.13)
где μ – коэффициент трения качения колесапо рельсу, μ=0,0006 [1];
f — коэффициент трения в подшипникахколес, f= 0,02 [1]; kp – коэффициент, учитывающий трениереборд колеса о головку рельса, kp = 1,1[1]; d – диаметр цапфыколеса, м:
/>, (4.14)
/>,
/>.
/>, (4.15)
где i – уклон пути, i =0,001(из задания);
/>,
/>, (4.16)
где Fмк – сопротивление от ветровой нагрузкина металлоконструкцию, Н; FГ – сопротивление от ветровой нагрузкина груз, Н:
/>, (4.17)
/>, (4.18)
где Амк – наветреннаяплощадь металлоконструкции, м2; АГ – площадь груза,АГ=12м2 [1]; р – распределенная ветровая нагрузка на единицуплощади, Па:
/>, (4.19)
где Аб –площадь брутто, ограниченная контуром крана или тележки, Аб =89м2(из рис.1); φ – коэффициент заполнения, φ = 0,2[1]:
/>
/>, (4.20)
где q – динамическое давление ветра, q = 300Па (из задания); k – коэффициент учитывающий изменениединамического давления в зависимости от высоты расположения элементов надповерхностью земли, k = 1,1 [1]; с –коэффициент аэродинамической силы, с = 1,5 дл крана, для груза с = 1,2; n – коэффициент перегрузки, n = 1 [1]:
/>,
/>,
/>,
/>,
/>,
/>.
4.2.2 Определениесопротивлений передвижению грузовой тележки
/>, (4.21)
/>,
Расчетом формуле (4.13)при μ = 0,0003 [1]; kp =2,0 [1], mТ =3000кг, получено Fтр=1,976·103 Н.
Расчетомпоформуле (4.15) при mТ =3000кг,получено Fук=154,35Н.
Расчетомпоформуле (4.17) при Амк =0,9м2, получено Fмк=445,5Н.
Расчетомпоформуле (4.16) при Fмк =445,5Н,получено FВ=5,198·103Н.
Расчетомпоформуле (4.12) при Fук =154,35Н,FВ=5,198·103Н, Fтр=1,976·103 Н получено Fпер=7,328·103 Н.
4.3 Определениепотребной мощности. Выбор двигателя
4.3.1 Определениепотребной мощности. Выбор двигателя крана
Статическая мощностьдвигателя Рх, Вт:
/>, (4.22)
где η – КПД привода,η =0,8:
/>.
Потребная мощностьдвигателя, Вт:
/>, (4.23)
где Zп – число приводных двигателей, Zп =2.
/>,
Принят двигатель MTH 211-6.
Таблица 9 – Основныепараметры двигателяНоминальная мощность Рн, КВт, при ПВ 15% 8,2 Частота вращения nдв, об/мин 900 Момент инерции ротора Iр, кг·м2 0,115 Максимальный момент Тmax, Нм 196 Диаметр вала двигателя dдв, мм 40
Проверка двигателя навремя разгона tр:
/>, (4.24)
где δ – коэффициент,учитывающий моменты инерции вращающихся масс передачи; Iр – момент инерции ротора двигателя, кг·м2; Iм – момент инерции муфты, кг·м2; D – диаметр ходовых колес; Тср.п –среднепусковой момент двигателя; Тс – момент статическихсопротивлений, приведенный к валу двигателя.
Время разгона не должнопревышать 8…10с.
/>, (4.25)
/>,
/>, (4.26)
/>, (4.27)
/> ,
/>,
/>.
Запас сцепления ходовыхколес с рельсом:
/>, (4.28)
где Gсц – сцепной вес; φ – коэффициентсцепления колеса с рельсом
φ = 0,12[1]; Fин – сопротивления от сил инерции; Fтр/ – сопротивление сил трения при движении крана безгруза; Fук/ – сопротивление от уклона путей при движении кранаили тележки на подъем без груза:
/>, (4.29)
/>.
/>, (4.30)
/>.
/>, (4.31)
/>
/>, (4.32)
где tр/ — время разгона крана на подъем против ветра:
/>, (4.33)
где Т/с-момент статических сопротивлений, приведенный к валу двигателя, при движениикрана без груза на подъем против ветра:
/>, (4.34)
/>.
/>,
/>
/>. (4.35)
/>.
/>
4.3.2 Определениепотребной мощности. Выбор двигателя грузовой тележки
Статическая мощностьдвигателя Рх, Вт:
/>, (4.36)
где η – КПД привода,η =0,8:
/>.
Потребная мощностьдвигателя, Вт:
/>, (4.37)
Принят двигатель MTH 112-6.
Таблица 9 – Основныепараметры двигателяНоминальная мощность Рн, КВт, при ПВ 15% 6,5 Частота вращения nдв, об/мин 895 Момент инерции ротора Iр, кг·м2 0,067 Максимальный момент Тmax, Нм 137 Диаметр вала двигателя dдв, мм 35
Проверка двигателя навремя разгона. Время разгона грузовой тележки не должно превышать 5…6с.
Расчетом по формуле(4.25) при Fпер = 7,328·103Н, D =250·10-3м, u=20, Zп = 1 получено Тс = 57,25Нм.
Расчетом по формуле(4.27) при Рн = 6,5·103Вт, nдв = 14,92 об/с получено Тн = 69,4Нм.
Расчетом по формуле(4.26) при Тн = 69,4Нм получено Тср.п =104,1Нм.
Расчетом по формуле(4.24) при Ip = 0,067 кг·м2, Iм =0,24 кг·м2, Zп = 1, D =250·10-3м, m = 3·103кг,Тс = 57,25Нм, Тср.п =104,1Нм получено tр = 2,2с.
Проверка по запасусцепления ходовых колес.
Расчетом по формуле(4.29) при m = 3·103кг получено Fук/ =29,4Н.
Расчетом по формуле(4.31) при m = 3·103кг, μ=0,0003, f = 0,02, d=50·10-3м,
D = 250·10-3м получено Fтр/ =188,16Н.
Расчетом по формуле(4.35) при Fук/ =29,4Н, Fтр/ =188,16Н, FТ=445,5Н получено Fпер/ =663,1Н.
Расчетом по формуле(4.34) при Fпер/ =663,1Н, D = 250·10-3м, Zп = 1, u=20 полученоТс/=5,18Нм
Расчетом по формуле(4.33) при Ip = 0,067 кг·м2, Iм =0,24 кг·м2, Zп = 1, D =250·10-3м, m =3·103кг, Тср.п =104,1Нм, Тс/=5,18Нмполучено tр/=1,3с.
Расчетом по формуле(4.32) при m = 3·103кг, tр/=1,3с получено Fин=4,108·103Н
Расчетом по формуле(4.31) при m = 3·103кг, zп=2, zо=4 получено Gсц=14,7·103Н
Расчетом по формуле(4.28) при Gсц=14,7·103Н, φ=0,12, Fин=4,108·103Н, Fпер/ =663,1Н получено Ксц= 1,2.
4.4 Кинематическийрасчет механизма
4.4.1 Кинематическийрасчет механизма передвижения крана
/>
Рисунок 5 Кинематическаясхема механизма передвижения крана
Требуемое передаточноечисло:
/>, (4.38)
где nхк – частота вращения ходового колеса.
/>, (4.39)
/>,
/>.
4.4.2 Кинематическийрасчет механизма передвижения грузовой тележки
/>
Рисунок 6 Кинематическаясхема механизма передвижения грузовой тележки
Расчетомпоформулам (4.38) и (4.39) при D=250·103м,получено nхк=0,8об/с, uтр=18,65.
4.5 Подбор редукторов,муфт и тормозов
4.5.1 Подбор редукторов,муфт и тормозов крана
Выбор редуктора
Максимальный расчетныймомент на тихоходном валу редуктора:
/>, (4.40)
/>.
Расчетом по формуле(3.19) при Тр=4,833·103 Нм, получено Тэ =2,431·103Нм.
Принят редуктор 3Ц3ВК –200 – 40ЦвхЦвых.
Таблица 10 — Основныепараметры редуктора
Номинальный крутящий момент на
тихоходном валуТном, Нм 6500 Передаточное число uр 40 Диаметр входного вала dвх, мм 35
Номинальная частота вращения
быстроходного вала, об/с 25
Проверка по условию(3.22):
/>,
Условие выполняется.
Выбор муфты
Действующий вращающиймомент на валу муфты:
/>, (4.41)
/>
Расчетом по формуле(3.25) при k3 = 1 получено k=1,3.
Расчетом по формуле(3.24) при k = 1,3, Тм=126Нм полученоТмр = 163,8Нм
Выбрана муфта втулочно-пальцеваяс тормозным шкивом тип 1.
Таблица 11 Параметрымуфты
[Тм],
Нм
Тт,
Нм
Iм,
кг·м2
Dт,
мм
Вт,
мм
d торм. шкива,
мм не более
d полумуфты,
мм не более 240 250 0,24 200 100 38 35
Выбор тормоза
Тормозной момент, Нм:
/>, (4.42)
где Тин –момент сил инерции вращательно и поступательно движущихся масс; ТК –момент от ветровой нагрузки на металлоконструкцию крана;
Тук – моментот уклона путей; Тс.min– статический момент сил сопротивления передвижениюкрана без груза:
/>, (4.43)
где ΣIi– суммарный приведенный моментинерции вращающихся и поступательно движущихся масс, приведенный к валудвигателя; jдв – угловое замедление вала двигателя:
/>, (4.44)
гдеа –максимальное замедление крана, а = 0,45 м/с2:
/>.
/>, (4.45)
где I – момент инерции кран, приведенный квалу двигателя:
/>, (4.46)
/>,
/>,
/>
/>, (4.47)
/>
/>, (4.48)
/>
/>, (4.49)
/>
/>
Крутящий момент натормозном валу, Нм:
/>, (4.50)
/>
Расчетом по формуле(3.38) при Тр = 110,95Нм получено Ттр = 166,425Нм.
По диаметру тормозногошкива Dт=200мм, выбран тормоз ТКГ 200.
Таблица 5 — ПараметрытормозаDт, мм Ттк, Нм Толкатель Масса, кг 200 250 ТГМ 25 100
4.5.2 Подборредукторов, муфт и тормозов грузовой тележки
Выбор редуктора
Расчетом по формуле (4.40)при Fпер = 7,328·103Н, D =250·10-3м получено Тр= 916Нм.
Расчетом по формуле(3.19) при Тр = 916Н, получено Тэ = 460Нм.
Принят редуктор 2Ц2 – 125– 20ЦвхЦвых
Таблица 12 — Основныепараметры редуктора
Номинальный крутящий момент на
тихоходном валу Тном, Нм 1250 Передаточное число uр 20 Диаметр входного вала D1, мм 28 Диаметр выходного вала D2, мм 65
Номинальная частота вращения
быстроходного вала, об/с 25
Проверка по условию(3.22):
/>,
Условие выполняется.
Выбор муфт
Выбор муфты длясоединения вала двигателя с входным валом редуктора:
Расчетом по формуле (4.41)при Тр = 916Нм, uр =20 получено Тм = 47,7Нм.
Расчетом по формуле (3.24)при Тм = 47,7Нм, получено Тмр = 62,03Нм.
Выбрана муфтавтулочно-пальцевая с тормозным шкивом тип 1.
Таблица 13 Параметрымуфты
[Тм],
Нм
Тт,
Нм
Iм,
кг·м2
Dт,
мм
Вт,
мм
d торм. шкива,
мм не более
d полумуфты,
мм не более 240 250 0,24 200 100 38 35
Выбор тормоза
Расчетом по формуле(4.45) при D = 250·10-3м, uр =20, m=3·103кг получено I=0,009кг·м2.
Расчетом по формуле(4.46) при D = 250·10-3м, uр =20, получено jдв =72 м/с2.
Расчетом по формуле(4.44) при I=0,009 кг·м2 полученоΣIi=72 м/с2.
Расчетом по формуле(4.43) при ΣIi=72м/с2, jдв =72 м/с2, получено Тин=55,44Нм.
Расчетом по формуле(4.43) при Fмк=445,5Н, D = 250·10-3м, uр =20 получено Тк=2,23Нм.
Расчетом по формуле(4.47) при Fук/ =29,4Н, D = 250·10-3м, uр =20 получено Тук=0,147Нм.
Расчетом по формуле(4.49) при m=3·103кг, μ = 0,0003 [1], f =0,02[1]? D = 250·10-3м, uр =20 получено Тc.min=3,29Нм.
Расчетом по формуле(4.42) при Тин=55,44Нм, Тк=2,23Нм, Тук=0,147Нм,Тc.min=3,29Нм получено ТT=61,107Нм
Расчетом по формуле(4.50) при Zп=1, ТT=61,107Нм, получено ТР=61,107Нм.
По диаметру тормозногошкива Dт=200мм, выбран тормоз ТКГ 200.
Таблица 5 — ПараметрытормозаDт, мм Ттк, Нм Толкатель Масса, кг 200 250 ТГМ 25 100
5 Организация надзораза безопасной эксплуатацией грузоподъемных кранов
Объекты, на которыхэксплуатируются грузоподъемные краны, относятся к категории опасныхпроизводственных объектов. Для выполнения требований Закона №116-ФЗ напредприятии, независимо от формы собственности и ведомственной принадлежности,должен быть организован производственный контроль за соблюдением требованийпромышленной безопасности на опасном производственном объекте. Осуществляетсяпроизводственный контроль в соответствии с «Правилами организации иосуществления производственного контроля за соблюдением требований промышленнойбезопасности на опасном производственном объекте», утвержденными постановлениемПравительства Российской Федерации от 10.03.1999 №263.
Для этих целей напредприятии должно быть разработано «Положение об осуществлениипроизводственного контроля за соблюдением требований промышленной безопасности».Данное «Положение…» утверждается руководителем предприятия и согласовывается ирегистрируется в органах Ростехнадзора РФ.
Опасный производственныйобъект проходит регистрацию в «Государственном реестре опасных производственныхобъектов» и на него получают свидетельство о регистрации.
Также производитсяобязательное страхование опасного производственного объекта от причинения вредажизни, здоровью и имуществу третьих лиц.
Владелец крана обязанобеспечить содержание в исправном состоянии и безопасные условия работы путеморганизации надлежащего освидетельствования, осмотра, ремонта, надзора иобслуживания.
В этих целях должны бытьназначены и аттестованы:
— ответственный заосуществление производственного контроля;
— ИТР по надзору забезопасной эксплуатацией грузоподъемных кранов, грузозахватных приспособлений итары;
— ИТР, ответственный засодержание грузоподъемных кранов в исправном состоянии;
— лицо, ответственное забезопасное производство работ кранами.
Все указанные специалистыдолжны быть обучены и аттестованы согласно требований «Положение об организацииработы по подготовке и аттестации специалистов организаций, поднадзорныхФедеральной службе по экологическому, технологическому и атомному надзору»введенной приказом Ростехнадзора от 29.01.2007г. №37
Так же должен быть:
— установлен порядокпериодических осмотров, технических обслуживаний и ремонтов, обеспечивающихсодержание кранов, крановых путей, грузозахватных приспособлений и тары в исправномсостоянии;
— установлен требуемыйправилами ПБ 10-382-00 порядок обучения и периодической проверки знаний уперсонала, обслуживающего краны, а так же проверки знаний правил ПБ 10-382-00 уответственных специалистов;
— разработаны должностныеи производственные инструкции, журналы, проекты производства работ,технологические карты, технические условия на погрузку и разгрузку, схемыстроповки, складирования грузов и т.д.
— обеспеченно снабжение ответственныхспециалистов правилами безопасности, должностными инструкциями и руководящимиуказаниями по безопасной эксплуатации кранов, а обслуживающего персонала –производственными инструкциями;
— обеспечено выполнениеправил ПБ 10-382 -00, должностных инструкций,
а обслуживающегоперсонала – производственных инструкций;
Должностные инструкциидля ответственных специалистов и производственные инструкции для обслуживающегоперсонала должны быть составлены на основании типовых инструкций, утвержденныхРостехнадзором РФ.
Для управления кранами иих обслуживания владелец обязан назначить крановщиков, их помощников (вслучаях, требуемых инструкцией по эксплуатации кранов), слесарей и наладчиковприборов безопасности, а для обслуживания кранов с электрическим приводом,кроме того, электромонтеров.
Для зацепки, обвязки(строповки) и навешивания груза на крюк крана должны назначаться стропальщики.
Подготовка и аттестацияобслуживающего персонала осуществляется в учебных заведениях, имеющихразрешение (лицензию) органов Ростехнадзора РФ. Аттестованные и имеющие на рукахудостоверения установленного образца крановщики, их помощники, слесаря,наладчики приборов безопасности, электромонтеры и стропальщики допускаются кработе приказом (распоряжением) по организации. Перед допуском к работеобслуживающий персонал обеспечивается производственными инструкциями (подроспись в журнале выдачи инструкций).
Для проведенияпериодических проверок знаний обслуживающего персонала, владелец крана создаетквалификационную комиссию из аттестованных специалистов организации.
Владелец крана долженустановить порядок наблюдения обслуживающим персоналом закрепленного за нимоборудования для поддержания его в исправном и работоспособном состоянии.Крановщики должны осматривать краны, подкрановые пути и инвентарноеоборудование перед началом работы, для чего владельцем крана выделяетсясоответствующее время. Результаты осмотра записываются крановщиком в вахтенныйжурнал ежесменно.
Список используемойлитературы
1 Филатов А.П., Анферов В.Н., Игнатюгин В.Ю. Грузоподъемныемашины: учебное пособие по курсовому проектированию. Новосибирск 2005 190 с.
2 А.А. Ананьев, А.Л. Алейнер, Н.А. Баранов Справочник покранам. «Машиностроение», 1973. 472с.
3 Нарышкин В.Н., Коростошевского Р.В., Подшипники качения:справочник каталог. «Машиностроение», 1984.278 с.
4 Чернявский С.А. Проектирование механических передач.«Машиностроение», 1979. 326 с.
5 Руденко Н.Ф., Руденко В.Н. Грузоподъемные машины: атласконструкций
«Машиностроение», 1982. 126 с.
6 Федеральный закон«О промышленной безопасности опасных производственных объектов» от 21 июля1997г. №116-ФЗ (Собрание законодательства Российской Федерации, 1997,№30, ст.3588)
7 Положение оборганизации работы по подготовке и аттестации специалистов организаций,поднадзорных Федеральной службе по экологическому, технологическому и атомномунадзору (введено приказом Федеральнойслужбы по экологическому, технологическомуи атомному надзору от 29 января 2007г. №37, зарегистрировано в Минюсте РФ 22марта 2007г. №9133)
8 Правилаустройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов ПБ 10-382—00 (утверждены постановлением Госгортехнадзора России от 31.12.99.№98, введены вдействие с 10 января 2001г. постановлением Госгортехнадзора России от14.11.2000г. №63).