МосковскийАвтомобильно-Дорожный Институт
(ТехническийУниверситет)Курсовой проект по дисциплине:Грузоподъемные машины
Мостовойкран
МОСКВА
План-график№
Наименование
работы Сроки выполнения 1. Получение задания. Составление ТЗ к полученному проекту. 1 неделя 2.
Компоновка агрегата, его основных механизмов и узлов. Анализ технической литературы и патентный поиск. Выполнение необходимых проектных расчетов.
Подготовка доклада к выступлению на семинаре “Проектирование ГПМ” и оформление эскиза компоновки агрегата.
Выступление на семинаре.
2 и 3 недели
4 неделя
5 неделя 3.
Компоновка заданного механизма ГПМ. Анализ технической литературы и патентный поиск. Выполнение необходимых проектных расчетов.
Разработка сборочного чертежа механизма.
6 и 7 недели
8 неделя 4.
Компоновка заданного узла. Анализ технической литературы и патентный поиск. Выполнение необходимых проектных расчетов.
Разработка сборочного чертежа узла.
9 и 10 недели
11 неделя 5.
Компоновка заданной металлоконструкции. Анализ технической литературы и патентный поиск. Выполнение необходимых проектных расчетов.
Разработка сборочного чертежа металлоконструкции.
12 неделя
13 неделя 6. Подготовка доклада к семинару “Проектирование механизмов, узлов и металлоконструкций ГПМ”. Выступление на семинаре. Согласование темы научно-технического реферата. 14 неделя 7. Разработка чертежа общего вида ГПМ. 15 неделя 8. Проведение необходимых проверочных расчетов разработанных конструкций. Оформление расчетно-пояснительной записки и спецификаций к сборочным чертежам. Написание научно-технического реферата. Подготовка доклада к выступлению на защите проекта. 16 и 17 недели 9. Защита курсового проекта. 18 неделя
Введение
Краны большой грузоподъемности( от 75 до 250 т ) общего назначения состоят из двух основных узлов :
А) моста с механизмом передвижения крана и кабиной;
Б) тележки с механизмами главного подъема и во многих случаях вспомогательногоподъема и передвижения тележки.
Каждый из этих узлов представляет собой блочную, унифицированную конструкциюи, в свою очередь состоит из блчных же металлоконструкций и механизмов. Мост состоитиз двух продольных и двух поперечных (концевых) балок, связанных друг с другом вединую жесткую раму. На одной или обеих площадках, приваренных к продольным балкаммоста, смонтирован механизм передвижения крана, при помощи которого кран передвигаетсявдоль пролета. По рельсам, уложенным на продольных балках моста, передвигается тележкасо смонтированными на ней механизмами и грузом.
Все механизмы кранов имеют самостоятельные электродвигатели и приводятсяв деийствие независимо друг от друга, при этом применяется как переменный так ипостоянный ток. Общее питание электроэнергией осуществляется от цеховых троллеев,расположенных вдоль подкранового пути, а для механизмов тележки от троллеев,расположенных на площадках моста. управление электродвигателями осуществляется припомощи контроллеров из кабины, подвешенной к мосту крана.
Все механизмы этих кранов смонтированны на подшипниках качения;применение цветных металлов для подшипников полностью исключено.
1Расчет механизма подъема
Спроектировав крюковую подвеску, имеющую параметры: Qп = 200 т;
режим работы – легкий; Zбл.п = 8; Dбл.0 = 1100; Ввн =480 мм; Внар = 1100 мм;
bc = 290 мм; mп = 10250 кг; Легкому режиму работы соответствует группа режима работы3М.
Схема системы полиспастов.
Кратность – 8.Выбор канатаВес номинального груза икрюковой подвески равен
G = (mгр + mп)g = (200000 + 10250)*9,807=2061921,75 Н. По справочным данным находим п = 0,96; Zк.б = 2. Направляющие блоки всхеме отсутствуют поэтому н.бл = 1. По формуле определяем максимальное статическоеусилие: Smax =G/(Zк.б.*Uп*hп*hн.бл)= 2061921,75 / ( 2*8*0,9*1) = 143189 Н.
Выбираем тип каната, в виду того, что навивка на барабан будет осуществлятьсяв два слоя. Выбираем тип каната ЛК-Р6х. Рекомендуется при многослойной навивке.По справочным данным находим kзап = 5. Smax * kзап = 143189*5 = 715945 Н. Из условия Smax kзап
По условию Dбл > dk e проверим перегиб каната на блоках подвески, предварительно найдя потабл. значение е = 20; dk e = 30,5*20 = 610 мм.
Dбл. = Dбл.о + dk =1100 + 30,5 = 1130,5 мм. Dбл > dk e. Следовательно, условие проверки выполняется.
Основные размеры «Установки верхних блоков».
Конструкцию узла верхних блоков принимаем по типу конструкции,разработанной ПО «Сибтяжмаш». По формулам определяем Dбл = dk e =
=610 мм. В первом приближении Dбл.о = Dбл — dk = 610 – 30, 5 = 579,5 мм. Значение Dбл.max. не должно быть меньше чемDбл.max. = Dбл.о + 4 dk = 579,5 + 4*30,5 = 701,5мм. По ОСТ 24.191 05-72 находим ближайшее значение Dбл.max = 750 мм. Окончательно Dбл.max =750 мм; Dбл.о = 625 мм; Dбл = 655 мм. Определяемостальные размеры Lв.бл. = 1,15 * Dбл.о = 1,15*625 = 719 мм; примем Lв.бл.= 720 мм; Bв.бл.= 1,3 Dбл.о = 1,3*625 = 812,5 мм; Bв.бл =820; Нв.бл. = 790 мм; hв.бл. = 0,6 * Dбл.о = 375 мм. Расстояниемежду осями крайних блоков определим по формуле: Lo = Внар — bc = 620 – 140 = 480 мм.Кроме того, значение Lo должно быть в пределах (0,6-0.7) Lв.бл = (0,6...0,7) * 720 = 432– 504 мм. Примем Lo = 480 мм. Расстояния между осями болтов крепления назначаемконструктивно: с1 = 210 мм; с2 = 615 м.
Основные размеры уравнительного балансира.
Значение hmin.ур.б.=3 Dбл.о = 3*625 = 1875 мм.
Тогда по формуле: Ввн
326
326
Примем Aур.б = 400 мм. Используя соотношения, определим: Lур.б = ( 1,2 …1,3 ) Aур = 480 мм; Вур.б.= (0,6…0,7 ) Aур= 240 мм;Нур.б = ( 0,45…0,55 ) Aур = 200 мм; Lоп.ур.б = ( 0,65…0,75 ) Aур = 280 мм; hур.б = ( 0,25…0,35 ) Aур = 120 мм.
Основные размеры «Установки барабана ».
Примем диаметр барабана меньше, чем диаметр блока, на 15%.Вычислим: 0,85*dk e = 0,85* 610 = 518,5 мм. Примем Dб = 520 мм. По формуле Lк.р. = H*uп = 14*8 = 112 м. По формуле
zp = Lк.р. / ( Dб ) = 112 / 3,142 * 0,52 = 69 — число рабочих витков;
Принимая Zнепр = l,5 и Zкр = 3, a также t = 36 мм, по формуле определяем длину одного нарезного участка: lн = t*(Zп+Zнепр+Zкр)=36(69 + 1,5 + 3) =2646 мм. Значение hmin.б. = 3 Dб = 3*520 = 1860 мм. Длину гладкого среднего участка определим посоотношению: Внар
620 мм
Длина гладкого концевого участка равна lk = (4...5) dk = (4...5) 30,5 = 122…152,5 мм. Примем lk = 130 мм. Ширину зубчатого венца примем Bз.в = 120 мм. Длина барабанас зубчатым венцом будет равна
Lб = 2 lн + lo +2 lк + Bз.в =2*2646 + 800 + 2*130 + 120 = 6472 мм. Данное значение Lб довольно велико. Онопревышает диаметр барабана в 12 раз. Это приведет к увеличению ширины тележки,ее колеи, а следовательно, и длины концевых балок моста. Кроме того, в стенкебарабана будут действовать большие напряжения изгиба. С целью уменьшения длиныбарабана примем минимальное значение длины lo, равное 800 мм, диаметрбарабана увеличим до значения Dб = 900 мм, а ширину зубчатого венца до значения Bз.в = 170 мм. Произведяаналогичный расчет, получим Lб = 4594 мм при lн = 1782 мм. Теперь длина барабана превышает диаметр в 5 раз,что вполне приемлемо.
Определим другие размеры установки барабана, используя ориентировочныесоотношения. При этом принимаем средние или близкие к ним значения в соответствующихдиапазонах. Получим :
Dmax = 1,2*Dб=960 мм; = 40мм; = 30 мм; Bоп = 160 мм; Bосн.оп = 160 мм; L = 4316 мм; Lосн.оп. = 650 мм; с1 =32 мм; с2= 325мм; h= 240 мм; Lуст.б = 4496 мм.
2Выбор двигателя
Предварительное значение к. п. д, механизма примем равным пр= 0,85. Поформуле Nст.max = Gv/пр = 2061,92 * 0,037 / 0,85= 89,75 кВт. Выбираем серию МТН, отличающуюся высоким классом нагревостойкости изоляции.
С учетом коэффициента использования мощности Nдв = k Nст.max = (0,7...0,8) 89,75 =62,8… 71,8 кВт. Выбираем двигатель типа МТН 612-10 ГОСТ 185-70, имеющийпараметры: N = 70 кВт; ПВ = 25%; nдв= 560 об/мин; Jр.дв.= 5,25 кг м2; dв.дв. = 90 мм; mдв = 1070 кг.Выбор передачи.Частотавращения барабана равна :
nб = vuп/Dб = 0,037*60*8/3,142*0,8 = 7,07об/мин.
Требуемое передаточное число лебедки Uл.тр=nдв/nб=560/7,07=79,21.Примемпередаточное число открытой передачи uот = 4. Требуемое передаточное число редуктора: uр.тр.= Uл.тр/uот = 79.21/ 4 = 19,8
Определим расчетный эквивалентный момент на тихоходном валуредуктора. Принимаем класс нагружения механизма В1. Ему при заданной группережима работы 3М соответствует класс использования А4 ( табл.). По таблиценаходим значение коэффициента нагружения k = 0,25. Значениекоэффициента kQ вычисляем по формуле kQ = ( k)1/3 = 0,63. По табличнымзначениям находим tмаш = 12500 ч.Частота вращения тихоходного вала редуктора должна бытьравна uт= nб uот = 7,07*4= 28,28 об/мин.Число циклов нагружения на тихоходном валу редуктора Zт = 60 nт tмаш = 60 * 28,28 *12500 =21210000. Передаточное число тихоходной ступени редуктора предполагаем близким кзначению uт= 5. =>
Суммарное число циклов контактных напряжений зуба шестернитихоходной ступени редуктора
Zр= ZT*UT=21,21 *106 *5 = 106,05*106.
Zо= 125000000 => kt = (106,05/125)=0,85.
По формуле вычислим кэф. долговечности kд = 0,63*0,85 = 0,54.Значения к.п.д, опор барабана и открытой передачи примем равными: б = 0,99; от = 0,97. Расчетныйкрутящий момент на тихоходном валу редуктора при подъеме номинального груза впериод установившегося движения
Тр = Smax zк.б. rб / б от uот =143189*2*0,45/0,99*0,97*4 = 33550 Н м.
По формуле экв. момент ТР.э. = kд Tр = 0,54 * 33550 = 18120 H м.
Для обеспечения выбранной кинематической схемы удобно использоватьредуктор типа ГК, имеющий шестерню на конце тихоходного вала. Однако в нормалиПО «Сибтяжмаш» на редукторы данного типа не приводится номинальных крутящихмоментов на тихоходных валах. Определим расчетом данный момент. Предварительновыберем редуктор типоразмера ГК-1000 имеющий передаточное число uр = 15,21; Up.Tp. Разница между uр.тр и uр составляет 3,9%, чтодопустимо. Мощность, которую можно подводить к редуктору, равна Nр = 293 кВт при легком режимеработы и частоте вращения быстроходного вала nбыстр = 585 об/мин. К.п.д.данного редуктора, по расчетам завода-изготовителя, равен р = 0,94. Допускаемаяугловая скорость быстроходного вала редуктора равна w быстр = nбыстр /30 = 3,142*585/30 =61,26 рад/с. Номинальный крутящий момент на быстроходном валу равен Тбыстр = Nр / w быстр = 293 * 103/ 61,26 =4783 Н м. Номинальный крутящий момент на тихоходном валу: Тр.н. = Тбыстр uр р = 4783*15,21*0,94 = 68384 Нм, т. е. значительно больше расчетного эквивалентного момента Tэ,.Следовательно, редуктор ГК-1000 соответствует требованиям прочности икинематике механизма. Редуктор имеет параметры, кроме выше найденных: awc = 1000 мм; dв.быстр. = 110 мм; Zш=13; m=24мм; bш = 350 мм; mр = 3550 кг. Схема сборкиредуктора соответствует выбранной кинематической схеме.
Определим основные параметры открытой передачи. Число зубьев венцаравно zв = zв uот = 13 *4 = 52. Межосевоерасстояние равно аw= m (zв + zш ) = 24 ( 13 + 52) / 2 = 780 мм.
Уточним размеры
D’max = m ( zв + 2 ) = 24(52+2)=1296 мм;
B’з.в. = 0,95bш =0,95*350 = 332 мм;
Lб, L иLуст. б. возрастут на B’з.в — Bз.в = 332 — 170 = 162 мм;
L’б = 4308 мм; L'уст.б. = 4758 мм; L’=4578мм
Определим фактическую скорость подъема груза и фактический к.п.д.механизма. Передаточное число механизма равное uмех = uр uот uп = 15,21*4*8 = 486,72.Угловая скорость вала двигателя равна w дв = nдв / 30 = 3,142*560/30 = 58,64 рад/с. По формуле Vпод = 58,64*0,45/486,72 =0,0542 м/с. Данная скорость отличается от заданной на 10 %, что допустимо.К.п.д. муфты на быстроходном валу примем равным м.б = 0,99. К.п.д. всегомеханизма равен мех = п б от р м.б = 0,96*0,99*0,97*0,94*0.99= 0,87. Данное значение мало отличается от значения пр = 0,85, принятого выше.Поэтому перерасчет мощности не делаем.
3Выбор соединительной муфты
Для соединения валов двигателя и редуктора выбираем тип муфты –зубчатая с промежуточным валом. Такая муфта хорошо компенсирует возможныенеточности монтажа и может передавать большие крутящие моменты. Диаметры концов: dв.быстр =110 мм, dв.дв = 90 мм. По таблице выбираемтипоразмер муфта 2-16000-90-2-110-2У2 ГОСТ 5006 – 83. Данная муфта имеет параметры:
Тм.н = 16000 Н м;
Jм= 1,15 кг м2;
dлев мах= dпр мах = 120 мм mM = 62,5 кг. Расточки в полумуфтах выполняют по заказу.
4Выбор тормоза
По табличным значениям находим kт = 1,5. Определиммаксимальное значение к.п.д. механизма ’ на участке кинематическойцепи от крюка до тормоза. Оно будет отличаться от значения мех отсутствием сомножителя м.б, а также величиной ’р. В качестве р возьмем максимальновозможное значение к.п.д. для двухступенчатого цилиндрического редуктора потабл. ’р = 0,97. Тогда ’ = п б от ’ р = 0,96*0,99*0,97*0,97 = 0,89. По формуле Tст.т = G rб ’ / uмех = 2061922 *0,45*0,89 /486,72 = 1697 Н м. Расчетный тормозной момент находим по формуле :
Ттр = kт Tст.т = 1,5*1697 = 2546 Н м. Данному значению тормозного момента несоответствует типоразмера тормозов для ПВ = 15 %, поэтому выбираем типоразмер сбОльшим значением тормозного момента: тормоз ТКП-500 конструкции ПО«Сибтяжмаш» с номинальным тормозным моментом 2200 Н м. Тормоз требуетвыпрямляющего устройства, но зато его надежность не зависит от такого фактора,как качество уплотнений в электрогидравлическом толкателе, в который заливаетсярабочая жидкость. Данный фактор является определяющим для механизма главногоподъема – самого ответственного механизма в проектируемом кране. Поэтомувыбираем тормоз конструкции ПО «Сибтяжмаш» с параметрами: Tт.н = 2500 Н м; ПВ = 25 %; Рэл= 12945 Н; Lуст= 222 мм; mтор = 400 кг; Dт.ш = 500 мм;Вк = 200 мм; hяк = 4 мм;
Тормоз регулируется на расчетный тормозной момент Ттр.
5Выбор муфты с тормозным шкивом
Учитывая требуемый диаметр тормозного шкива, ширину колодок идиаметр быстроходного вала редуктора, выбираем муфту, имеющую параметры :
Dт.ш = 500 мм; Вт.ш = 205 мм; dк. мах = 129,5 мм; Jм.т.ш = 3,75 кг м2; m м.т.ш = 122 мм;
Уточнение момента инерции муфт, расположенных на быстроходном валу механизма.
Ранее была выбрана соединительная зубчатая муфта с промежуточным валом,момент инерции которой равен: Jм = 1,15 кг м2.
Половину этой муфты, расположенную ближе к редуктору мы заменилимуфтой с тормозящим шкивом. Следовательно, момент инерции муфт на быстроходном валумеханизма изменится и будет равен: Jм.быстр = Jм / 2 + Jм.т.ш = 1,15/2 + 3,75 = 4,32 кгм2
6Расчет металлоконструкции тележки
Расчет швеллеров к которым крепятся колеса
G тележки с грузом 210т.
На каждое колесо действует нагрузка
Р=52,5 т=52500 кг=525000 Н
Сталь 10ХСНД
[σ]=4000кг/см²
-R+P1+P2=0
R=P1+P2
ΣFx=0
Р1-525000-262500-262500-Р2=0
ΣMc=0
-P1*500-262500*1050-262500*1350+P2*2100=0
P2=148077
P1=201923
Mmax=129230.65 Hm=12.923*10^5кг см
Wx=Mmax/[σ]=323см³
Подбираем профиль швеллера по сортаменту
№30
Параметры
H=300мм
b=100мм
d=6.5мм
t=11мм
R=12мм
r=5мм
Ix=5810см^4
Wx=387см^3
ix=12см
Sx=224см^3
Iy=327см^4
Wy=436см^3
iy=2.84см
Zc=2.52см
Проверка
σ max=Mmax/Wy=3339.3кг/см^2
σmax
6Расчет ограничителя грузоподъемности
Расчет пружины:1.Задаемся значением с=/>=8¸12 и определяем по диаграмме,изображенной на рис.875 ( П.И.Орлов ”Основы конструирования”), или по ф-ле />2.Задаемся средним диаметром D=50мм.
3.Задаемся значениями допускаемого напряжения [t]в пределах
400-600МПа, определяют диаметр d проволоки:
d=1.6(kPc/[τ])½=1.6(1.1*2000000*10/500)½=189.1
Берем стандартный диаметр проволоки d=200мм.
3.Опредиляем число рабочих витков
i=λGd/8c³p=2000*8*200/8*10³*2000000=25
7Расчет штыря и проушины
Расчет штыря на срез:
/>
/>
/>
Принимаем dшт=24мм.
Расчет штыря на изгиб:
/>
/>
/>
т.к. S=0, dшт=2,25dср, dср=dшт/2,25=10,6
dкр=0,6dср=0,6×10,6=6,36мм.Расчет стержня на гибкость:
/>
к=/>/> />D2=96, k=0,9
Расчет проушины на растяжение:
/> Ккр=0,92К=0,83
/>
Расчет проушины в зоне отверстия на смятие:/>
/>
Ксм=0,83 для подвижныхсоединений.
/>
8Механизм передвижения тележки
Выбираем кинематическуюсхему с центральным приводом. Ее достоинством является отсутствие перекоса колеспри работе двигателя и тормоза во время пусков и торможения.
Статические нагрузки на колеса.
Вес номинального грузаравен: Gгр = 1569,6 кН.
Вес тележки определяемпо соотношению Gт = ( 0,25…0,35 ) Gгр = 0,3* 1569,6 = 470,8 кН.
С учетом коэффициентанеравномерности распределения нагрузки на колеса, максимальная статическая нагрузкана одно колесо будет равна:
Pст.max = ( Gгр + Gт ) 1,1 / 8 = 286 кН.
Pст.min= Gт 0,9 / 8 = 54 кН.
Выбор колес.
Используя значениеPст.max, выбираем колесо диаметром D = 710 мм;[Pk.max ] = 320 кН.
Выбор колесных установок.
По диаметру колесавыбираем стандартные колесные установки: — приводную колесную установку К2РП –710 и не приводную колесную установку К2РН – 710. Имеющие размеры :
D = 710 мм; d =125 мм; dy =130 мм; B =115 мм; mк.у.пр = 548,87 кг; mк.у.непр = 527,48 кг; zреб = 2.
Форма поверхности катания- цилиндрическая. Тип подшипника роликовой радиальный сферический двухрядный с симметричнымироликами.
Выбор подтележечногорельса.
Выбираем рельс КР– 100, ГОСТ 4121 – 76 с выпуклой головкой. Значение b = 100 мм. Проверим соотношениеширины дорожки катания колеса В и головки рельса b: В – b = 115 – 100 = 15 ( соответствует норме 15…20 – для колес двухребордных,тележечных ).
Другие параметры рельса: R= 450 мм, bосн = 150 мм, y = 7,6 см, F = 113,32 см2, Jx = 2864,73 см4; mпог = 88,96 кг, материал:Сталь М62.
Сопротивление передвижениютележки.
Определяем значениесопротивления, создаваемое трением. По табличным значениям определяем :0,80, f = 0,015.
При гибком токопроводетележки kдоп = 2,0.
Wтр = ( Gтр + Gт ) (2 + f*dy) kдоп / D = 2080 (2*0,8 + 0,015*130) 2 / 710 = 20,8 кН.
Сопротивление создаваемоеуклоном = 0,002.
Wy = (Gт +Gгр ) =0,002 *2080 = 4,16кН.
Сопротивление создаваемоесилами тележки :
1,25 ( т.к.скорость тележки меньше 1 м/с ).
mпост = mт + mп = 48 – 8,57 = 39,43.
[a] = 0,1 м/с2 (Рекомендуемое значение ).
Wин = mпост*а = 1,25 * 39,43 *0,05 = 2,46 кН.
Сопротивление от раскачиванияподвески :
Wгиб = ( 160 + 8,57 ) 0,05= 8,428 кН.
Учитывая, что кранработает в помещении :
W = 20,8 + 4,16 + 2,46 +8,42 = 35,84 кН.
Выбор двигателя.
Предварительное значениек.п.д. механизма примем пред = 0,85.
Из табличных значений = 1,6 – кратность среднепускового момента двигателя по отклонению к номинальному.
N = W * V / пред * =35,84 * 0,3833 / 0,85 * 1,6 = 10,1 кВт.
Выбираем двигатель: МТF – 211- 6 ( Nдв = 20,5 кВт ), ПВ = 15 %, nдв = 895 об/мин, mдв = 120 кг.
Выбор передачи.
Частота вращения колесnк= V/ D = 23/ 3,1415*710 = 10,31 об/мин,
— где V – скорость передвижения тележки.
Требуемое передаточноечисло механизма равно u = nдв / nк = 895 / 10,31 = 84,81.Выбираем тип редуктора ВКУ – 965М, с передаточным числом, равным 85,39.Вертикальный крановый редуктор модернизированный.
Определяем эквивалентныймомент на тихоходном валу редуктора Тр.э..
Для режима работы3М, класс нагружения В1 и класс использования А4.
К = 0,25; КQ= 0,63; tмаш = 12500 ч.
Частота вращениятихоходного вала редуктора равна 10,31 об/мин.
Число цикловнагружения на тихоходном валу редуктора по формуле:
ZT = 30*nT*tмаш = 30*10,31*12500 =3,86 * 106
Передаточное числотихоходной ступени uT = 5.
Суммарное числоциклов контактных напряжений зуба шестерни тихоходной ступени.
Zp = ZT * uT = 3,86*106*5 = 19,3*106
Базовое число цикловконтактных напряжений Z0 = 125*106
Коэффициент срокаслужбы.
Кt = 3√(Zp/Z0) = 3√(19,3*106)/(125*106) = 0,536
Kд = КQ*Кt = 0,63*0,536 = 0,337
Принимаю Kд = 0,63
Определяемрасчетный крутящий момент Тр на тихоходном валу редуктора.
Ориентировочно ВКУ– 965М.
up = 80.
(84,81 – 80)/84,81= 5,67 % — значеня передаточных чисел расходятся на допустимую величину.
КПД редуктора поданным завода изготовителя.
ηр = 0,94
ωдв =π*nдв/30 = 3,14*895/30 =93,67 рад/с.
Тдв н = Nдв/ ωдв = 20,5*103/93,67 = 218,85 Нм
Примем Ψпмакс = 2
Тдв макс = Тдвн * Ψп макс = 437,7 Нм
Примем Тдв макс =440 Нм
Тр = Тдв макс* Up*ηр = 440*80*0,94 = 33088 Нм
Расчетныйэквивалентный момент
Тр э = Тр* Kд = 0,63*33088 = 20845,44 Нм.
Редуктор ВКУ –610М имеет Тн = 19750 – 27200 Нм, следовательно нам подходит. Схема сборкиредуктора 13 или 23 – в зависимости от того, где он расположен. Условноеобозначение ВКУ – 965М – 65 – 23 – 42 ТУ 24.013673 — 79
awc = 965 мм; dв быстр = 65 мм; dв тих = 125 мм; mp = 1500 кг.Определение фактической скорости и КПД механизма
Vпредв тел = ωдв*rш/uмех = 93,67*0,315/80 = 0,368 м/с
Отличие от заданной скорости 4 % — что допустимо.
КПД одной зубчатой муфты ηм = 0,99
ηмех = 0,99*0,94*0,99 = 0,92Выбор муфт
Для быстроходноговала – зубчатая муфта 2-4000-40-2-65-2-2У2 ГОСТ 5006 – 83.
dдв = 40 мм; dред быстр = 65 мм.
Для тихоходноговала – зубчатая муфта 2 — 25000 -125-1-125-1-2У2 ГОСТ 5006 –83
Параметры муфты набыстроходном валу:
Тм н = 4000 Нм; Jм = 0,06 кгм2; dлев =40 мм, dправ = 65 мм; mм = 15,2 кг.
Параметры муфты натихоходном валу:
Тм н = 25000 Нм; Jм = 2,25 кгм2; dлев = dправ = 125 мм; mм = 100 кг.Выбор тормоза
Wу о = α*Gт = 0,002*420 = 0,82 kH
Wтр о = GT*(2*μ+ƒ*dц)*Ктрол /D =420*(2*1+0,015*130)*1/710 = 1,15 кН
Wин.0 = *mт*a = 1,25*42*0,05 = 2,625
Крутящие моменты,приведенные к первому валу механизма:
Ту о = Wу о *rk*ηк-т/uмех = 0,82*103*0,4*0,92/80 = 3,772 Нм
Ттр о = Wтр о*rk/(Uмех*ηк-т) = 1,15*103*0,4/(80*0,92) = 6,25 Нм
Тин.0 = Wин.0* rk*ηк-т / uмех = 2,625*103*0,4*0,92/80 = 12,075 Нм
Расчетныйтормозной момент механизма:
Тт р мех =Кзап*(Ту о + Тин.0 – Ттр о)
Кзап = 1,2 – коэффициент запаса торможения согласно правиламГГТН.
Тт р мех = 1,2*( 3,772+12,075-6,25 ) = 11,51 Нм
Расчетныйтормозной момент
Тт р = Тт р мех т.к. тормоз в механизме один.
Выбираем тормозтипа ТКГ, так как электрогидравлический толкатель, являющийся приводом тормоза,служит одновременно своеобразным демпфером, снижая динамику замыкания тормоза.Это благоприятно скажется на сцеплении колес тележки с рельсами при торможении.
Выбираю типоразмертормоза – тормоз ТКГ – 200 ОСТ 24.290.08-82.
Тт н = 245 Нм; Dт м = 200 мм; mтор = 50 кг; Вк = 90 мм; Ршт = 390 Н; Lуст = 613 мм; hшт макс = 32 мм. Тип толкателя– ТГМ25.
Для рассчета балкимоста нам понадобится определить нагрузки на колеса тележки Pст.max = ( Gгр + Gт ) 1,1 / 8 = 286 кН.
Pст.min= Gт 0,9 / 8 = 54 кН.
9 Кабинауправления
В данном кране применяетсянеподвижная кабина. Кабина подвешена непосредственно к мосту. Корпус кабиныимеет звукопоглощающую обшивку и покрытие. Для снижения уровня вибрацийприменяется демпфирующая подвеска кабины. Лестница, находящаяся на кронштейнекрепления кабины к мосту, обеспечивает безопасный выход при остановке в любомместе моста.
Рабочее местокрановщика оборудовано креслом, позволяющим работать в удобной позе и отдыхатьв перерыве между операциями. Кабина должна находится вне главных троллейных проводов.Кабина с наружной стороны окрашена в виде чередующихся полос черного и желтогоцвета ( согласно ГОСТ 12.4.026 – 76 ), расположенных под углом 450. Местаконтактов органов управления с руками и ногами работающего выполняют из нетоксичныхматериалов.Систематокоподвода
Для подвода тока кгрузовой тележке используется система со шторной подвеской кабеля, достаточнонадежная в работе и обладающая относительно небольшой массой.
Для обеспеченияэксплуатационной надежности системы токоподвода кабель поддерживаетсякаретками, снабженными роликами.
10Расчет металлической конструкции мостаМатериал балки.
Опыт эксплуатациипоказал, что достаточная надежность обеспечивается при применение стали Ст3псп3и Ст3сп по ГОСТ 380-71 (для металлических конструкций ).
Для изготовления несущих элементов металлических конструкцийиспользуют листовую, профильную и фасонную сталь, а также холодногнутыепрофили.
При назначение сортамента металла для конструкций с плоскимистенками толщину листов рекомендуется принимать не менее 4 мм.Защита от коррозии
У конструкциикоробчатого сечения скорость коррозионно-механического изнашивания в 1,5-2 разаниже, чем у прокатных или гнутых профилей. Чтобы не задерживать влагу, всекарманы должны иметь дно с уклоном не менее 1/20; диаметр дренажных отверстийдолжен быть не менее 20 мм.Двухбалочныймост.
Т.к. кранпредназначен для длительного использования на одном объекте безперебазирования, можно использовать листовые конструкции.
Применимкоробчатое сечение, т к коробчатая конструкция обладает меньшей трудоемкостьюизготовления, высокой усталостной прочность и меньшей общей высотой моста.
11Металлическая конструкция моста
Мост выполненсварным, в качестве материала принята углеродистая сталь марки Ст3псп3.Необходимую высоту балки в среднем сечении определяем из условия :
H = ( 1/12 – 1/18 ) L = ( 1/12 – 1/18 ) 25500 = 2125 – 1416 мм.
Принимаем Н = 1700 мм. Высота сечения балки у опоры Н1 = (0,50,6)*Н= = 900 мм.
Для обеспечения достаточной жесткости при кручении ширина балки поосям вертикальных листов выбирается из условий :
В> L /50 = 25500 / 50 = 510мм;
В> H / 3 = 600 мм.
Принято В = 600 мм.
Принятые размеры изменим по конструктивным соображениям :
Ширину балки до 740 мм, для обеспечения установки поручней, атакже для удобства подхода к тележке. Т. к. мы изменили ширину балки, то можноуменьшить высоту моста, принимаем 1700 мм, следовательно высота сечения балки уопоры будет равняться 850 мм.
Из зависимостей, используемых при проектировании балок переменногосечения получим :
1. B /п = 24…30, => п = 740/24…30 = 30,83…24,67 мм. Принимаем п = 28 мм
2. b’ = п / 1,4 => b’ = 20 мм.
3. b’’ > 300 мм, это условие выполняется ( b’’ = 700 мм ).
Определяем площади сечения поясов и стенок :
Пояс 1 ………………………………… 2,8*74 = 207, 2 см2.
Пояс 2 …………………………………………… 207, 2 см2.
Стенок …………………… 2*2,0*(170 – 2*2,8) = 657,6 см2.
Площадь всего сечения: F = 1072 см2.
Определяем статический момент элементов сечения относительно оси Х1– Х1 и у его основания :
Пояс 1 ………………………………… 207, 2 ( 170 – 2,8 / 2 ) = 34933,92 см3.
Пояс 2 ………………………………… 207, 2 ( 2,8 / 2 ) = 290,08 см3.
Стенок ………………………………… 657,6 ( 85 ) = 55896 см3.
Статический момент всего сечения: S = 91120 см3.
Положение центра тяжести сечения относительно оси Х1 — Х1 :
Zo = S / F = 63172 / 743,2 = 85 см.
Моменты инерции относительно горизонтальной оси х – х :
Пояс 1 … ( 74*2,83 / 12 ) + 207,2 ( 170 – 85 – 1,4 )2 = 1448247,8см4.
Пояс 2 … ( 74*2,83 / 12 ) + 207,2 ( 170 – 85 – 1,4 )2 = 1448247,8см4.
Стенок … 2( 2,0*164,43 / 12) + 657,6 ( 85 – 82,2 )2 = 1486254,9см4.
Общий момент инерции сечения Jx = 4382750,5 см4.
Моменты сопротивления сечения относительно оси х – х :
Wx = Jx / H – Z0= 5156,1 см3.
Моменты инерции элементов рассматриваемогосечения относительно вертикальной оси У – У :
Пояс 1 … 2,8*743 / 12 = 94552,2 см4.
Пояс 2 … 94552,2 см4.
Стенок … 2*( 165,2 * 23 / 12 ) + 657,6*69,62 = 3185739,8 см4.
Общий момент инерции сечения Jу = 3374844,2 см4.
Моменты сопротивления сечения относительно оси У – У :
Wу = 2Jу / В = 91212 см3.
Из аналогичного расчета определены и основные характеристики концевыхсечений балки: F = 3792 см2.
Z0= 42,5 см.
Jx = 803377,2 см4.
Дальнейший расчет производим на статическую прочность исходя из двухосновных расчетных случаев :
1) подъемс земли свободно лежащего груза ( подъем с подхватом ) или резкое торможение грузапри неподвижном кране;
2) Резкоеторможение крана ( или тележки ), передвигающегося с поднятым грузом.
12Расчет главных балок моста
Нагрузками на рассчитываемую балку в данном случае являются масса поднимаемогогруза, масса тележки, собственная масса балки и дополнительные силы инерции приподъеме или торможении груза. Для последующих расчетов примем массу моста Gм = 150 т, массу главной балкиG1 = 42 т, массу механизмапередвижения G2= 30 т.
Последующий расчет производим для наиболее нагруженной балки со сторонымеханизма передвижения. Нагрузка от собственной массы и массы механизма передвижения,приходящаяся на 1 м этой балки, таким образом, будет равна :
gв= (G1 + G2 ) / L = (30000 + 42000) / 25,5= 2323,5 кгс/м.
Ранее принятая масса тележки Gт = 40000 кг. Балка также будетнагружена крутящим моментом из-за внецентренного приложения нагрузки от массы механизмапередвижения моста, в данном случае этой нагрузкой можно пренебречь.
Для определения динамического коэффициента предварительно определяеммассы моста и поднимаемого груза :
mм = ( 0,5Gм + Gт ) / g = ( 0,5*150000 + 42000 )/ 981 = 119,3 кгс*с2 / см;
mг= Q / g = 160000 / 981 = 163,1кгс*с2 / см;
Скорость подъема груза :
V = 4,67 см /с.
Статический прогиб балки от массы поднимаемого груза приближенно определяемиз условия ( P= Q ) :
yст = Q L3 / 2*48 E Jx = 160000*25503 / 2*48*2,1*106*4382750,5 = 3 см.
Коэффициент жесткости моста :
см= Q / yст = 160000 / 3 = 53333,3 кгс/ см.Статическоеудлинение канатов при подъеме номинального груза Q =160000 кгс :
ст = Q H / i f Eк = 160000*3200 / 8*5,3856*1*106 = 11,8 см.
- где i – кратность полиспаста, f – площадь поперечного сеченияканата см2, Ек – модуль упругости каната, Н – высота подъема груза.
Динамический коэффициент по формуле:
д = 1 + а v = 1,058,
- где — поправочный коэффициент,равный 1,5.
v – скорость поднимаемого груза ( см / с ).
а– величина, учитывающая вид нагрузки.
Для случая подъема груза :
a= [ 1 / ( yст+ ст ) ] * [ ( mг + mм ) / см ]0,5 = 0,0049
Для случая экстренного торможения:
а = 1 / ( g ( yст + ст ) )0,5 = 0,00829
за расчетную принимаем а =0,00829.
Нагрузки на колеса тележки :
Pmin/c= Pmin*д + Gт/4 = 54000*1,058 + 42000/4 =67632 кгс;
Pmax/d= 286000*1,058+ 42000/4 = 313088 кгс;
Максимальная нагрузка на балкудействует со стороны тележки, где установлен двигатель, редуктор, тормоз ( а — расстояниеот равнодействующей до наиболее нагруженной колесной установки тележки ).
Нагрузка на опору А от массы тележкис грузом в этом случае :
RA = Pmax/d( L + a) / 2L + Pmin/c[ L – ( 2Lo – a )] / 2L = 313088 ( 25,5 + 2,0 ) / 51 + 67632[25,5 – ( 2*4,0 – 2,0 )] / 51 = 168821 + 25859 = 194680 кгс.
Изгибающий момент в рассматриваемомсечении от подвижной нагрузки
Ми1 = RA ( L – a) / 2 = 194680 ( 25,5 – 2,0 ) / 2 = 2676850 кгс*см.
Нагрузка на опору А от массы балкии механизма передвижения
RA1 = gв*L / 2 = 2323,5*25,5 / 2 =29624,5 кгс.
Изгибающий момент от этой нагрузки
Ми11 = ( RA1 ( L– a ) / 2 ) – ( gв ( L – a )2 /8*100) = (29624,5( 25,5 – 2,0 ) / 2) – (2323,5( 25,5 – 2 )2 / 800) =348087 – 1603 = 346484 кгс*см.
Суммарный изгибающий момент :
Ми = Ми1 + Ми11 = 3023334 кгс*см.
Напряжения в рассчитываемом сечении:
и = ( Ми / Wx ) * kзап = ( 3023334 / 5156,1)*1,7 = 996,81 кгс / см2.
[ и ] и => 1700 996,81– выполняется ( 1700 кгс /см2 – для крановых конструкций легкого и среднего режимовработы ).
Для обеспечения устойчивости стенокбалки между ними установлены поперечнные листы ( диафрагмы ). Принятое наибольшеерасстояние между диафрагмами 3000 мм. Наименьшее расстояние между ребрами 1000мм.
Напряжения смятия торца диафрагмыпри толщине = 2,0 мм.
см = Pmax/d / bo*313088 / 104 * 2,0 = 1505,3 кгс/см2
— где bo = b2 + 22,0 = 104 мм – ширина площадки диафрагмы, воспринимающей нагрузкуна колесо тележки, b2 – ширина подошвы рельса.
Допустимо [ см ] =1,5 [p = 1,5 *1700 = 2550 кгс/см2.
13Расчет механизма передвижения мостаВыбор двигателя.Исходя из задания скоростьпередвижения крана Vкр = 65 м/мин = 1,083 м/с,масса моста с механизмом передвижения равна Gм = 157000 кг, ранее принятая масса тележки Gт = 42000 кг.Общая масса крана :Gо = Gт + Gм = 42000 + 157000 = 199000 кг.
По табличным значениям определяем диаметры ходовых колес Dк = 1000 мм ( Тип К2Р ГОСТ 3569– 74 ), диаметром цапф d = 200 мм.
Усилие необходимое для передвижения крана с грузом по формуле :
Py = [2( Q + Go ) / Dк] * [ f + *( d/ 2)] * kp = [2(160000 +199000)/ 100] * *[0,07 + 0,015 *(20/2)]*1,5 = 7180*0,33 = 2369 кгс.
где f и — коэффициенты трения качения и трения в цапфах, принятые по таблицам.kp – коэффициент,учитывающий дополнительные потери в ребордах колес, токосъемниках и т. п.
Двигатель выбираем исходя из заданного времени пуска tп, принятого равным 6 с –для механизмов передвижения кранов. Дополнительные усилия от сил инерции при этомвремени по формуле, при tн = tп и G ==Q + Go :
Ри = (Q + Go)*v/ 60*g*tп = ( 160000 + 199000)*65 / 60*9,81*6 = 6607 кгс.
Усилие необходимое для передвижения моста при пуске, по формуле :
Р1= Ру + ( 1,11,3 ) Ри = 2369 + 1,2*6607 = 10297,4 кгс.
Коэффициент 1,2 учитывает влияниевращающихся масс ( ротор двигателя, тормозная муфта и т. п. ), непосредственно невводимых в расчет.
Необходимая пусковая мощность двигателяпо формуле, при Р = Р1 :
Nп = P1 v / 6120 о = 10297,4*65 / 6120*0,85 = 128,6 кВт,
где о – к.п.д. механизма, принимаемый по таблицам, в зависимости отвида механизма.
Необходимая мощность двигателя при среднем коэффициенте пусковой перегрузкеср = 1,5 по формуле :
Nк = Nп / ср = 128,6 / 1,5 = 85,7 кВт.
Мощность двигателя при установившемсядвижении :
Nу= Ру *v/ 6120 = 2369*65 / 6120*0,85 = 29,6 кВт.Как видноиз сравнений мощностей Nк и Nу, двигатель должен быть выбран из условий пуска по мощностиNк= 85,7 кВт.
Исходя из заданных данных: Режим работы – легкий ( ПВ = 15 % ),выбираем двигатель типа МТН 613 – 10 мощностью Nд = 90 кВт с частотой вращенияnд = 570 об/мин. Маховый моментротора двигателя GDp2 = 25,0 кгс*м2; предельный момент Мпр = 420,0 кгс*м.
Номинальный момент двигателя :
Мн = 975 Nд / nд = 975*90 / 570 = 153 кгс*м.
14 Выбор передачи
Частота вращения колесnк= V/ D = 65/ 3,1415*1000 = 20,69 об/мин,
— где V – скорость передвижения моста крана.
Требуемое передаточноечисло механизма равно u = nдв / nк = 570 / 20,69 = 27,54.Выбираем тип редуктора ВКУ – 965М, с передаточным числом, равным 85,39.Вертикальный крановый редуктор модернизированный.
Определяем эквивалентныймомент на тихоходном валу редуктора Тр.э..
Для режима работы3М, класс нагружения В1 и класс использования А4.
К = 0,25; КQ= 0,63; tмаш = 12500 ч.
Частота вращениятихоходного вала редуктора равна 10,31 об/мин.
Число цикловнагружения на тихоходном валу редуктора по формуле:
ZT = 30*nT*tмаш = 30*10,31*12500 =3,86 * 106
Передаточное числотихоходной ступени uT = 5.
Суммарное числоциклов контактных напряжений зуба шестерни тихоходной ступени.
Zp = ZT * uT = 3,86*106*5 = 19,3*106
Базовое число цикловконтактных напряжений Z0 = 125*106
Коэффициент срокаслужбы.
Кt = 3√(Zp/Z0) = 3√(19,3*106)/(125*106) = 0,536
Kд = КQ*Кt = 0,63*0,536 = 0,337
Принимаю Kд = 0,63
Определяемрасчетный крутящий момент Тр на тихоходном валу редуктора.
Ориентировочно ВКУ– 965М.
up = 80.
(84,81 – 80)/84,81= 5,67 % — значеня передаточных чисел расходятся на допустимую величину.
КПД редуктора поданным завода изготовителя.
ηр = 0,94
ωдв =π*nдв/30 = 3,14*895/30 =93,67 рад/с.
Тдв н = Nдв/ ωдв = 20,5*103/93,67 = 218,85 Нм
Примем Ψпмакс = 2
Тдв макс = Тдвн * Ψп макс = 437,7 Нм
Примем Тдв макс =440 Нм
Тр = Тдв макс* Up*ηр = 440*80*0,94 = 33088 Нм
Расчетныйэквивалентный момент
Тр э = Тр* Kд = 0,63*33088 = 20845,44 Нм.
Редуктор ВКУ –610М имеет Тн = 19750 – 27200 Нм, следовательно нам подходит. Схема сборкиредуктора 13 или 23 – в зависимости от того, где он расположен. Условноеобозначение ВКУ – 965М – 65 – 23 – 42 ТУ 24.013673 — 79
awc = 965 мм; dв быстр = 65 мм; dв тих = 125 мм; mp = 1500 кг.Определениефактической скорости и КПД механизма
Vпредв тел = ωдв*rш/uмех = 93,67*0,315/80 = 0,368 м/с
Отличие от заданной скорости 4 % — что допустимо.
КПД одной зубчатой муфты ηм = 0,99
ηмех = 0,99*0,94*0,99 = 0,92Выбормуфт
Для быстроходноговала – зубчатая муфта 2-4000-40-2-65-2-2У2 ГОСТ 5006 – 83.
dдв = 40 мм; dред быстр = 65 мм.
Для тихоходноговала – зубчатая муфта 2 — 25000 -125-1-125-1-2У2 ГОСТ 5006 –83
Параметры муфты набыстроходном валу:
Тм н = 4000 Нм; Jм = 0,06 кгм2; dлев =40 мм, dправ = 65 мм; mм = 15,2 кг.
Параметры муфты натихоходном валу:
Тм н = 25000 Нм; Jм = 2,25 кгм2; dлев = dправ = 125 мм; mм = 100 кг.Выбортормоза
Wу о = α*Gт = 0,002*420 = 0,82 kH
Wтр о = GT*(2*μ+ƒ*dц)*Ктрол /D =420*(2*1+0,015*130)*1/710 = 1,15 кН
Wин.0 = *mт*a = 1,25*42*0,05 = 2,625
Крутящие моменты,приведенные к первому валу механизма:
Ту о = Wу о *rk*ηк-т/uмех = 0,82*103*0,4*0,92/80 = 3,772 Нм
Ттр о = Wтр о*rk/(Uмех*ηк-т) = 1,15*103*0,4/(80*0,92) = 6,25 Нм
Тин.0 = Wин.0* rk*ηк-т / uмех = 2,625*103*0,4*0,92/80 = 12,075 Нм
Расчетныйтормозной момент механизма:
Тт р мех =Кзап*(Ту о + Тин.0 – Ттр о)
Кзап = 1,2 – коэффициент запаса торможения согласно правиламГГТН.
Тт р мех = 1,2*( 3,772+12,075-6,25 ) = 11,51 Нм
Расчетныйтормозной момент
Тт р = Тт р мех т.к. тормоз в механизме один.
Выбираем тормозтипа ТКГ, так как электрогидравлический толкатель, являющийся приводом тормоза,служит одновременно своеобразным демпфером, снижая динамику замыкания тормоза.Это благоприятно скажется на сцеплении колес тележки с рельсами при торможении.
Выбираю типоразмертормоза – тормоз ТКГ – 200 ОСТ 24.290.08-82.
Тт н = 245 Нм; Dт м = 200 мм; mтор = 50 кг; Вк = 90 мм; Ршт = 390 Н; Lуст = 613 мм; hшт макс = 32 мм. Тип толкателя– ТГМ25.Площадкиобслуживания, галереи, ограждения
Кран оборудовансистемой площадок, лестниц и галерей для доступа к механизмам крана иэлектрооборудованию.
Списокиспользуемой литературы
1. П.И. Орлов ''Основыконструирования. Том 1,2''.
2. А.Б. Верник ''Мостовыекраны большой грузоподъемности ''.
3. Н.Г. Павлов ''Примерырасчетов кранов''.
4. С.А. Казак ''Курсовоепроектирование грузоподъемных машин''.
5. В.К. Новиков; М. Ф.Самусенко
''Конструированиеи расчет механического оборудования. Часть 1,2,3''.