1. Комплекснаямеханизация железнодорожного контейнерного склада
В данном проекте рассмотрена комплексная механизация железнодорожногосклада. Высокая степень автоматизации погрузо-разгрузочных работ данного складастала возможной в связи с тем, что грузы на нем хранятся в крупнотоннажныхконтейнерах.
Контейнеры представляют собой стандартизованные по внешним и внутреннимгабаритам и местам расположения захватных приспособлений хранилища для грузов.По углам контейнеров размещены специальные элементы – фитинги, используемые какопоры контейнеров при их штабелировании и как элементы для захвата контейнеровпри их перегрузке.
В связи с тем, что крупнотоннажные контейнеры массой брутто 10 т (1Д) и25 т (1ВВ, 1В) в СНГ, как правило не применяются, при автоматизациижелезнодорожного склада будем исходить из того, что весь грузооборот на немпроисходит в контейнерах массой 32 т (1А) и 20 т (1С).
Так как грузооборот склада тесно связан со временем выполнения погрузочно-разгрузочныхопераций, то целью автоматизации является уменьшение времени на их проведение икак следствие увеличение грузооборота склада и получения максимальной прибылиот использования складских площадей. Кроме того, целью автоматизации является удалениеиз зоны погрузочно-разгрузочных работ обслуживающего персонала дляпредотвращения производственных травм.
В качестве средства автоматизации склада в ходе дипломного проекта былвыбран козловой контейнерный кран, целесообразность применения которого обоснованабольшой площадью склада, что усложняет применение наземных погрузчиков. Крометого, это позволяет увеличить емкость склада за счет складирования контейнеровв 2 яруса и уменьшения промежутков между контейнерами в связи с отсутствиемнеобходимости оставлять проезды для погрузчиков.
В качестве грузозахватного устройства в кране предложено применитьспециальное грузозахватное приспособление – спредер. Спредер осуществляетавтоматическое сцепление и расцепление с контейнером без участия стропальщика. Приопускании спредера на контейнер Т – образные штыри заходят в отверстия фитингови поворачиваются на 90 градусов, осуществляя сцепление спредера с контейнером.После транспортировки контейнера штыри возвращаются в исходное положение,освобождая контейнер.
Для точного наведения спредера на контейнер зазват выполнен поворотным.Кроме того, предусмотрена возможность работы с несколькими типами контейнеров.При необходимости смены типоразмера контейнера вместо контейнера 1С спредерпроизводит захват рамы для работы с контейнером 1А и производится подключение кэтой раме электрических разъемов для работы механизмов поворота штыков.
Козловой контейнерный кран выполнен с двумя консолями грузоподъемность,на которых ограничена контейнерами 1С, что удешевляет конструкцию и в тожевремя не сказывается на работе склада, так как под контейнеры 1А остаетсядостаточно складского места между опорами крана. В тоже время опоры кранавыполнены таким образом, что контейнеры 1С проходят сквозь них без поворотазахвата, что ускоряет проведение погрузочно-разгрузочных работ.
2. Краткоеописание проектируемого козлового крана
Проектируемый кран – контейнерный козловой кран, предназначенный дляобслуживания железнодорожного контейнерного склада, полностью заполненногогрузовыми контейнерами, причем половина из них массой 20т, а другая половина –массой 32т. в течение рабочей смены типоразмер перегружаемых контейнеровизменяется, в среднем, четыре раза в день.
Все элементы металлоконструкции – коробчатого сечения. Пролетное строениесостоит из 2-х главных и 2-х концевых балок, опирающихся на 4 опоры,соединенные между собой попарно стяжками. Механизм передвижения кранасостоит из балансиров и восьми ходовых тележек, собранных попарно под каждойопорой и имеющих индивидуальный привод.
Грузоваятележка представляет собой сварную раму, установленную на четырехдвухребордных приводных колесах и перемещающуюся по мосту крана. На раметележки козлового крана размещается механизм подъема и механизм передвижениятележки.
Механизм подъема представляет собой двухбарабанную лебедку.
Механизм передвижения грузовой тележки состоит из двух приводов: одинпривод – на каждую пару ходовых колес.
Расстояние по горизонтали между осями рельсов кранового пути называется– пролетом крана,а расстояние между осями ходовых колес или между осями балансирных тележек – базой крана.Расстояние между продольными осями подтележечных рельсов называется колеейтележки. Пролет проектируемого крана 25000 мм, а база 14000 мм. Колеятележки 13500 мм, а база 2500 мм.
3. Расчетмеханизма подъема
3.1 Исходныеданные
1. Грузоподъемность,кг />
2. Массазахвата, кг />
3. Скоростьподъема, м/с />
4. Кратностьполиспаста />
5. Числоходовых колес />
6. Числоприводных колес />
7. Группарежима работы 43.2 Выбор кинематической схемы механизма и схемызапасовки каната
Кинематическаясхема механизма подъема крана представлена на рис. 1.
/>
Рис. 1
Схема запасовки канатапредставлена на рис. 2.
/>
Рис. 2.
Для данной схемы:
§ Кратность/>;
§ Числоветвей каната />;3.3 Выбор каната и определение диаметра барабана
Выбор каната производитсяна основе выполнения условия:
/>;
где /> – коэффициент запаса (для4 группы режима работы />,/>), а /> – максимальное усилие вканате от веса груза. Оно рассчитывается по следующей формуле:
/>, где:
/> – вес груза;
/> – КПД блока.
Таким образом,окончательно: />.
Таким образом, />.
Выбирается канат ЛК-Р конструкции6х19 (1+6+6/6)+1 о.с. двойной свивки с органическим сердечникомнераскручивающийся (с точечным контактом) по ГОСТ 2688–80.
Исходя из того, что /> и разрывное усилие меньше,либо равно 335 кН, выбирается диаметр каната />.(Маркировка каната «11-Г-I-СС-Н-1862 ГОСТ 2688–80», т.е. грузовой канат, Iмарка проволоки, маркировочная группа 1862 МПа, вид покрытия проволоки –оцинкованная, сочетание направлений свивки элементов – крестовая, способ свивкиканата – нераскручивающийся).
Диаметр барабанаопределяется из следующего условия:
/>;
где /> – диаметр каната, а /> – коэффициент, зависящийот группы режима работы, />.
Таким образом, />. По конструктивнымсоображениям, исходя из нормального ряда диаметров барабанов, выбирается />.3.4 Определение длины барабана и частоты его вращения
Сдвоенный барабан с шагомнарезки: /> />.
Окончательно выбирается />.
Длина барабанарассчитывается по формуле
/>,
где:
/> – длина участка барабанапод крепление каната;
/> – 1,5 неприкосновенных витка;
/> – ненарезанная часть;
/> – рабочая часть.
Длина ненарезанной частибарабана рассчитывается из условия ограничения угла отклонения каната примаксимально приближенной к барабану тележке. По конструктивным соображениям онапринимается равной />.
Число витков на рабочейчасти барабана:
/>,
где /> – кратность полиспаста.
Таким образом, /> />. Окончательно она принимается/>.
Частота вращения барабанаопределяется из следующих соображений:
Окружная скорость наповерхности барабана />. С другойстороны,
/>,
где /> – скорость подъема груза.Тогда:
/>.3.5 Выбор электродвигателя
Необходимая мощностьэлектродвигателя: />. С учетом того,что продолжительность включения для 4 Гр.Р.Р. составляет />, по каталогу выбираетсяэлектродвигатель MTН 612–6. Его параметры:
Мощность на валу 112 кВт,
Частота вращения />
Максимальный момент навалу 3580Нм3.6 Выбор редуктора
Передаточное отношениередуктора равно />. По каталогуосуществляется подбор редуктора типа Ц2–650 с ближайшим передаточным числом: /> (/>).
Допустимый крутящиймомент на тихоходном валу />.
Допустимаяконсольная нагрузка на тихоходном валу 69651Н3.7 Проверка редуктора
1. Помоменту: />
/>
2. Подопустимой консольной нагрузке: />
/>.
4. Механизмпередвижения крана
Принципиальная кинематическая схема механизма передвижения кранаприведена на рис. 3. Механизм имеет раздельный привод, осуществляемый откранового электродвигателя через трехступенчатый цилиндрический вертикальныйнавесной редуктор на ходовое колесо. Тормозное устройство прикреплено кредуктору на специальной подставке.
4.1 Исходныеданные
1. Грузоподъемность,кг />.
2. Массакрана, кг />.
3. Массазахвата, кг />.
4. Скоростьпередвижения, м/с />.
5. Числоходовых колес />.
6. Числоприводных колес />.
7. Режимработы />.
Кинематическаясхема механизма передвижения крана/>Рис. 3
4.2 Выбор ходовых колес крана
Схема дляопределения нагрузок на ходовые колеса крана представлена на рис. 4.
/>
Рис. 4
Суммамоментов относительно точки В:
/>;
где:
/> – вес крана;
/> – вес захвата с грузом,тележки и кабины;
/> – пролет крана;
/> – расстояние от осизахвата при его крайнем положении
до осиходовых колес.
Тогданагрузка на ходовое колесо:
/>.
Выбираемприводные ходовые колеса:
К2РП-560–1(ОСТ 24.090.0975)
Неприводныеходовые колеса:
К2РН-560–1(ОСТ 24.090.0975)
Диаметр: 560 мм;
Материалколеса – сталь 75–2-а-I по ГОСТ 14959–79, НВ-330 (закалка, отпуск).
Рельс – Р43 (ГОСТ4121–76).4.3 Определение сопротивления передвижению кранас учетом ветровой нагрузки и уклона кранового пути
Сопротивлениев ходовых колесах с учетом трения реборд и торцов ступиц:
/>
где:
/> – коэффициент,учитывающий трение реборд и торцов ступиц ходовых колес крана о головкирельсов. Для кранов козлового типа с раздельным приводом механизмапередвижения, для цилиндрических ходовых колес с подшипниками качения />;
/> – коэффициент трениякачения ходовых колес по рельсам. Ходовое колесо – чугунное, диаметр – 560 мм,головка рельса – скругленная, следовательно />;
/> – коэффициент трения вподшипниках опор ходового колеса, приведенный к диаметру d цапфы валаколеса;
d = 12 см –диаметр цапфы вала колеса.
/> – диаметр поверхностидорожки качения ходового колеса.
/>– вес крана
/>– вес груза.
/>
Горизонтальнаясоставляющая веса крана от уклона подкрановых путей:
/>
где /> – уклон подкрановых путейдля козловых кранов;
Расчетнаяветровая нагрузка рабочего состояния />при расчете мощностидвигателей механизмов принимается равной 70% от статической составляющейветровой нагрузки />:
/>
Полноестатическое сопротивление передвижению крана:
/>
/>
4.4 Выбор электродвигателя
Потребнаямощность электродвигателя:
/>
где:
/> – скорость передвижениякрана;
/> – КПД привода механизма;
/>
Принимаемэлектродвигатель типа MTF 311–6;
Мощностьдвигателя: />
Частотавращения вала двигателя: />
Максимальныймомент: />
Пусковоймомент двигателя:
/>;
/>;
/>;
/>;
/>
4.5 Выборредуктора
Редукторвыбирается по условию: />
Частотавращения ходового колеса крана:
/>
где:
/> – скорость передвижения крана;
/> – диаметр ходовогоколеса;
/>
Необходимоепередаточное число:
/>
Расчетнаямощность редуктора:
/>
где:
/> – коэффициент режимаработы;
/> для среднего режимаработы;
/>– мощностьэлектродвигателя при ПВ=25%;
/>
Выбираемредуктор Ц3ВК-250:
Фактическоепередаточное число: />;
Крутящиймомент на тихоходном валу: />.
4.6 Проверкаредуктора по двигателю
Наибольшиймомент, передаваемый редуктором:
/>;
где m– кратность пускового момента;
/> для среднего режимаработы;
/>;
Расчетныймомент, передаваемый электродвигателем на тихоходный вал редуктора, с учетомдинамических нагрузок, возникающих при пуске:
/>
Где /> – коэффициентдинамических перегрузок;
/>;
Где:
/> – составляющая моментапри ударе в зацеплении;
/> – коэффициент,учитывающий отношение момента инерции от перемещаемой массы к общему моментуинерции привода.
/>
/>
/>, следовательно редукторывыбраны правильно.4.7 Проверка запаса сцепления при пуске
При расчетахкоэффициента запаса сцепления рассматриваем случай наихудшего сочетаниянагрузок: работа крана без груза, усилие от ветровой нагрузки и уклонаподкранового пути направлены против движения крана.
Дляобеспечения движения крана в период пуска без пробуксовки приводных колеснеобходимо, чтобы выполнялось условие:
/>;
где:
/> – коэффициент запасасцепления;
/> – число приводныхходовых колес крана;
/> – общее число ходовыхколес крана;
/> – вес крана;
/>– вес захвата;
/> – коэффициент сцепленияколеса с рельсом;
/> – сила внешнегостатического сопротивления при работе крана без груза;
/>– масса крана;
/> – ускорение при пуске.
Сила внешнегостатического сопротивления:
/>;
где:
/> – полное статическоесопротивление передвижению, при работе крана без груза;
/> – сопротивление оттрения в опорах приводных колес.
/>;
где:
/> – сопротивление в ходовыхколесах с учетом трения реборд и торцов ступиц при работе крана без груза;
/> – сопротивление отуклона кранового пути;
/> – ветровая нагрузка.
/>
/>;
Получаем:
/>;
Сопротивлениеот трения в опорах приводных колес:
/>
Тогда силавнешнего статического сопротивления:
/>.
Определениеускорения при пуске крана:
/>
где:
/> – пусковой моментдвигателя;
/>– момент инерциивращающихся масс на валу двигателя;
/> – частота вращения валадвигателя;
/> – время пуска.
Подставляязначения, получим:
/>
/>;
Ускорение припуске крана:
/>;
где /> – скорость движения крана;
/>
Коэффициентсцепления:
/>.
4.8 Выбортормоза
Тормозной момент механизма передвижения крана определяют приобеспечении надлежащего сцепления ходового колеса с рельсом, которое исключилобы возможность юза при торможении крана, движущегося с номинальной скоростьюбез груза.
Максимально допустимое замедление, при котором обеспечивается заданныйзапас сцепления ходовых колес с рельсом, равный 1,2, определяют следующимобразом:
/>
где /> — коэффициент сцепления колеса срельсом;
/> — коэффициентзапаса сцепления;
/>
/>
/>
/> — сопротивлениепередвижению крана от сил трения, возникающих в ходовых колесах.
/>. Выбираем двухколодочныйнормально замкнутый тормоз ТТ-200.
Наибольший тормозной момент: />
Диаметр тормозного шкива: />
5. Расчетвала ходового колеса крана
5.1 Расчетвала на статическую прочность
Расчет валов проводится на статическую прочность и усталость. Расчетвалов на статическую прочность проводится при действии максимальных нагрузокрабочего состояния; на усталость – по эквивалентным нагрузкам нормальногосостояния.
Материал – 40Х
Для расчета приняты следующие нагрузки:
а) в вертикальной плоскости
/>– максимальное статическоедавление на ходовые колеса;
/>– сила тяжести от массыпривода;
/>– осевая сила, приложеннаяк ободу колеса;
/>– изгибающий момент;
/>– пара сил, возникающая отдействия осевой силы.
б) в горизонтальной плоскости:
/>– крутящий момент;
/>– горизонтальная сила,возникающая от действия реактивного крутящего момента.
Величина максимальных опорных реакций определяется с учетомзнакопеременности изгибающего момента от осевой силы, приложенной к ребордеходового колеса. При этом реакция в опоре определяется при худшем случаенагружения вала моментом для данной опоры.
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
Сечение 1–1
/>
Сечение 2–2
/>
Сечение 3–3
/>
Статическую прочность считают обеспеченной, если />, где />– минимально допустимоезначение общего коэффициента запаса по текучести.
/>;
/>– частные коэффициентызапаса прочности по нормальным и касательным напряжениям.
Сечение 1–1
/> — нормальное напряжение врасчетном сечении.
/> — предел текучести прирастяжении с учетом размеров вала.
где /> — диаметр расчетногосечения.
/> — поправочный коэффициентдля вала с одной шпонкой при расчете на изгиб.
/> — масштабный коэффициент.
/> — предел текучести образца.
/> — касательное напряжение врасчетном сечении.
где /> — поправочный коэффициентдля вала с одной шпонкой при расчете на кручение.
/> — предел текучести прикручении с учетом размеров вала.
/>
/>
/>
Данный вал на прочность проходит.
Сечение 2–2
/> — нормальное напряжение врасчетном сечении.
/> — предел текучести прирастяжении с учетом размеров вала.
где /> — диаметр расчетногосечения.
/> — поправочный коэффициентдля вала с одной шпонкой при расчете на изгиб.
/> — масштабный коэффициент.
/> — предел текучести образца.
/> — касательное напряжение врасчетном сечении.
где /> — поправочный коэффициентдля вала с одной шпонкой при расчете на кручение.
/> — предел текучести прикручении с учетом размеров вала.
/>
/>
Сечение 3–3
/> — нормальное напряжение врасчетном сечении.
/> — предел текучести прирастяжении с учетом размеров вала.
где /> — диаметр расчетногосечения.
/> — поправочный коэффициентдля вала с одной шпонкой при расчете на изгиб.
/> — масштабный коэффициент.
/> — предел текучести образца.
/> — касательное напряжение врасчетном сечении.
где /> — поправочный коэффициентдля вала с одной шпонкой при расчете на кручение.
/> — предел текучести прикручении с учетом размеров вала.
/>
/>
/>
Данный вал на прочность проходит.
5.2 Расчетвала на устойчивость
Расчет вала на устойчивость проводится по эквивалентной нагрузке.Величина эквивалентной нагрузки валов, работающих на изгиб и кручение,определяется как произведение номинальной нагрузки на соответствующийкоэффициент долговечности, который оценивает фактический режим нагружения.
Коэффициенты долговечности определяются следующим образом
/>
/>
где /> /> — коэффициенты срокаслужбы.
/> — коэффициент переменностинагрузки.
/> — базовое число циклов
/>
/>
где /> — машинное время работыкранового механизма при среднем режиме работы и общем сроке службы 15 лет.
/> – числовключений механизма в час.
/>
/>
/>
/>
/>– максимальное статическоедавление на ходовые колеса;
/> — эквивалентная нагрузка;
/>– сила тяжести от массыпривода;
/>– осевая сила, приложеннаяк ободу колеса;
/>– изгибающий момент;
/>– пара сил, возникающая отдействия осевой силы.
/> — эквивалентная сила;
/>– крутящий момент;
/> — эквивалентный крутящиймомент;
/>– горизонтальная сила,возникающая от действия реактивного крутящего момента;
/> — эквивалентная сила, возникающаяот действия реактивного крутящего момента.
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
Сечение 1–1
/>
Сечение 2–2
/>
Сечение 3–3
/>
Запас прочности при совместном действии нормальных и касательныхнапряжений:
/>
/> — запас прочности понормальным напряжениям;
/> – запас прочности покасательным напряжениям.
где /> — коэффициентыконцентрации расчетного сечения вала;
/> – коэффициентупрочнения;
/> – масштабныйфактор при изгибе и кручении;
/> — пределы усталости валапри симметричном цикле изменения напряжений при изгибе и кручении.
Сечение 1–1
/> — нормальное напряжение врасчетном сечении.
/> — касательное напряжение врасчетном сечении.
/>
/>
/>
Данный вал на усталость проходит.
Сечение 2–2
/> — нормальное напряжение врасчетном сечении.
/> — касательное напряжение врасчетном сечении.
/>
/>
/>
Данный вал на усталость проходит.
Сечение 3–3
/> — нормальное напряжение врасчетном сечении.
/> — касательное напряжение врасчетном сечении.
/>
/>
/>
Данный вал на усталость проходит.
5.3 Проверкаподшипников
Проверяем подшипник 3622 на заданный ресурс.
/>.
где /> — степеннойпоказатель для роликоподшипника;
/> — динамическаягрузоподъемность;
/> – эквивалентнаядинамическая грузоподъемность.
/>
где /> — коэффициент вращения;
/> — коэффициент радиальнойнагрузки;
/> — коэффициент осевойнагрузки;
/> — коэффициент безопасностиработы подшипника;
/> — температурныйкоэффициент;
/> — осевая нагрузка наподшипник;
/> — радиальная нагрузка наподшипник при подъеме груза.
/>
/>
Расчетный ресурс подшипника для среднего режима работы и срока службы 5лет: />
Следовательно, проверяемый подшипник проходит по долговечности.
6. Расчет соединений6.1 Расчет шлицевого соединения
Шлицы прямобочные по ГОСТ1139–80. Напряжение смятия в шлицах рассчитывается следующим образом.
/>,
кран передвижение подъемконтейнерный
где: />;
/>– число зубьев;
/> – средний по высоте зубадиаметр;
/> – рабочая высота зубьев;
/> – длина соединения;
/> – коэффициент, учитывающийнеравномерное распределение нагрузки между зубьями и вдоль зубьев шлицов.
Таким образом, />МПа/> МПа.
6.2 Расчет шпоночногосоединения
Основнымфактором, действующим на шпонку, является упругопластическое сжатие в зонеконтакта. Вследствие этого, проводится условный расчет на смятие.
Шпонкиизготовлены из стали 45, для нее />.Допускаемое напряжение смятия />.
/>
/>;
где:
/> – вращающий момент;
/> – диаметр вала;
/> – рабочая длина шпонки;
/> – глубина врезания шпонкив ступицу; /> – высота шпонки.
/>
Рис. 6
Шпонкапризматическая, ГОСТ 23360–78
Такимобразом, шпонка обеспечивает передачу заданного момента, причем с некоторымзапасом.
7. Проверочный расчетзубчатого зацепления
Материал – Сталь 40Х.
Колеса – улучшение,твердость 235…262 НВ, шестерни – улучшение, твердость 269…302 НВ.7.1 Проверка зубьев колес по контактным напряжениям
Расчетноезначение контактного напряжения:
/>; откуда
где:
/> – для косозубых передач, />;
/> – допускаемое контактноенапряжение;
/> – ширина 4 зубчатогоколеса;
/> – коэффициент нагрузки врасчетах на контактную прочность;
/> – КПД цилиндрической з.п.
/> где:
1. /> – предел контактнойвыносливости, который определяется по эмпирической зависимости: />
2. /> – коэффициентдолговечности: />, где:
§ /> (/>) – число циклов,соответствующее перелому кривой усталости Вёлера. Так как />, то принимается значение />;
§ Ресурспередачи /> принимается равным />.;
Коэффициентдолговечности принимается равным />;
3. Коэффициент/> учитывает влияниешероховатости сопряженных поверхностей зубьев. Так как, в данном случае, зубьяшлифованные, то принимается />;
4. Коэффициент/> учитывает влияние окружнойскорости. Так как речь идет о передаче с малой скоростью, то принимается />;
5. /> – коэффициент запасапрочности. Так как зубчатые колеса были подвергнуты объемной закалке, т.е.имеют однородную структуру, то принимается />;
Окончательно:/>.
Коэффициентнагрузки /> определяется по следующейформуле:
/>, где:
Коэффициент />, учитывающий внутреннююдинамику нагружения, связанную с ошибками шагов зацепления и погрешностямипрофилей зубьев шестерни и колеса. По таблице 2.6 [6], с учетом косозубостизацепления, окружной скорости и 6 степени точности, выбирается значение />
Коэффициент /> учитывает неравномерностьраспределения нагрузок по длине контактных линий. Он определяется по формуле:
/>, где:
§ /> – коэффициентнеравномерности распределения нагрузки в начальный период работы. Значениевыбирается по табл. 2.7 [6], с учетом твердости на поверхности зубьев колеса600HB, схемы передачи №4 (двухступенчатый соосный редуктор) по рисунку 2.4 [6]и коэффициента ширины />, равного />. Окончательно, коэффициент/> принимается равным />;
§ /> – коэффициент, учитывающийприработку зубьев. В зависимости от окружной скорости (/>) для зубчатого колеса сменьшей твердостью (60HRC), из табл. 2.8 [6] принимается равным />;
Такимобразом, />.
/> – коэффициентраспределения нагрузки между зубьями. Его определяют по следующей формуле: />, где:
/> – начальное значениекоэффициента распределения нагрузки между зубьями. Его определяют по формуле: />, где /> для з.к. с твердостью /> и />; а /> – степень точности. Такимобразом, окончательно:
/>;
/>.
/>
Такое высокоезначение коэффициента нагрузки получается благодаря коэффициентам /> и />. Для улучшенияхарактеристик передачи, коэффициент нагрузки необходимо минимизировать. Дляэтого можно изготавливать зубчатые колеса большей степени точности.
Такимобразом:
/>7.2Проверка зубьев колес по напряжениям изгиба
Расчетноенапряжение изгиба в зубьях колеса:
/>, (2) где:
/> – коэффициент нагрузки прирасчете по напряжению изгиба;
/> – допускаемое напряжениеизгиба;
/> – окружная сила.
/>, где:
§ /> – предел выносливости, />;
§ /> – коэффициентдолговечности, />; где:
· /> для закаленных зубьев;
· /> – число циклов,соответствующих перелому кривой усталости Вёлера;
· /> – ресурс передачи в циклах(Если />, то принимают />);
§ /> – учитывает влияниешероховатости, />;
§ /> – учитывает влияниедвухстороннего приложения нагрузки. В данном случае, нагрузка односторонняя, />;
§ /> – значение коэффициентазапаса для цементованных колес.
Такимобразом, окончательно: />.
/>Коэффициент нагрузки определяется из следующего соотношения:
/>; где:
Коэффициент /> учитывает внутреннююдинамику нагружения. По таблице 2.9 [1], для шестой степени точности, скоростименьше />, и твердости наповерхности колеса 600 HB, его значение принимается />;
Коэффициент /> учитывает неравномерностьраспределения напряжений у основания зубьев по ширине зубчатого венца. Онвычисляется по следующей формуле: />, где />=1,4 – коэффициентнеравномерности распределения нагрузки в начальный период работы (егоопределение см. выше, в пункте 7.1.2). Таким образом, />;
Коэффициент /> учитывает влияниепогрешностей изготовления на распределение нагрузки между зубьями. />.
Такимобразом, />.
Столь высокоезначение коэффициента /> обусловленокоэффициентом />, о котором речьшла выше, в пункте 7.1.2. Его значение можно снизить, изготавливая зубчатыеколеса более точно, либо меньшей ширины.
Коэффициент /> учитывает форму зуба иконцентрацию напряжений, в зависимости от приведенного числа зубьев: />. С целью повышенияизломной прочности зубьев, при />,зубчатую передачу выполняют со смещением, которое определяется из соотношения: />. Из таблицы 2.10 [6],принимают значение />.
Остальныекомпоненты формулы (2) определяются следующим образом:
§ Коэффициент/> учитывает угол наклоназубьев в косозубой передаче. Определяется из соотношения: />;
§ Коэффициент/> учитывает перекрытиезубьев. Для косозубых передач />;
§ Окружнаясила /> определяется из следующихсоображений:
/>; />;
/>.
Послеподстановки значений всех компонент в формулу (2), получается соотношениедля определения напряжения изгиба:
/>.
8. Расчетмеханизма поворота захвата
8.1Исходные данные
1. Массаповоротной части захвата, т />
2. Массаконтейнера, т />
3. Массагруза в контейнере, т />
4. Диаметрдорожки катания опорно-поворотного устройства, м />
5. Максимальноесмещение центра тяжести груза в контейнере, м />.
8.2Определение суммарного момента сопротивления вращению
Суммарныймомент сопротивления вращению
/>
где /> — момент сопротивлениявращению, создаваемый силами трения.
/> — момент сопротивлениявращению, создаваемый силами инерции.
/>
где /> — плечо трения качения
/> – по даннымопорно-поворотного круга
/> – суммарное давление наролики
При />
где />
/>– равнодействующая внешнихнагрузок
/> — расстояние от осивращения до равнодействующей
/>– опрокидывающий момент
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
где /> — частота вращения
/> – время разгона
/>
/>
8.3 Выборредуктора
Необходимыйкрутящий момент на тихоходном валу редуктора:
/>
где /> — КПД опорно-поворотногокруга
/> — КПД зацепленияопорно-поворотного круга
/> — КПД конической пары
/>
Принятредуктор Ц2–250.
передаточноечисло />
максимальныйкрутящий момент на тихоходном валу />.
8.4 Проверкаредуктора по двигателю
На поворотнойчасти захвата установлен двигатель MTF 012–6, имеющий
/>
Редукторвыбран правильно, если выполняется условие:
/>
Следовательно,редуктор выбран правильно.
9.Проверочный расчет штыря
Проведемрасчет штыря на прочность. Материал – Сталь 20Г
Схеманагружения штыря представлена на рис. 8.
/>
Рис. 8.
Расчетнаяформула
/>
где />
/> – коэффициент запасапрочности
/> — наибольшая нагрузка,приходящаяся на один штырь
Сечение 1–1
/> — внутренний диаметр резьбыМ52
/>
46,23
Сечение 2–2
/>
/>
30,77
10. Технологическая часть
10.1Назначение и краткоеописание конструкции
Механизм передвижениякрана предназначен для передвижения козлового контейнерного крана по рельсовомупути. Приводными являются 8 из 16 колёс крана. Передвигается кран на складеконтейнеров с помощью рельсового ходового устройства на стальных ходовыхколесах с приводом от механизма передвижения по крановым путям. Механизмсостоит из двигателя, зубчатой муфты, редуктора, тормоза. Тормоз установлен набыстроходном валу. Вращающий момент передаётся от двигателя, через зубчатуюмуфту, на быстроходный вал редуктора. К приводному колесу вращающий моментпередаётся через шлицевое соединение полого выходного вала редуктора.
10.2 Анализтехнических требований
Двигатель механизмасоединяется с редуктором при помощи зубчатой муфты. Для нормальной работытакого соединения необходимо при сборке механизма обеспечить соосность валовдвигателя и редуктора. Для выполнения данных требований нужно обеспечитьвозможность регулирования наклона осей, а так же возможность их горизонтальногои вертикального перемещения.
Ходовые колёса приводнойтележки подвержены сильному износу, поэтому при сборке ходовой части тележки необходимо обеспечить выполнение следующихтехнических требований:
· осивалов ведущих и ведомых колес (оси О-О и О'-О') должны быть параллельны междусобой.
· реборды колес должны располагаться в одной плоскости.
10.3 Технологичностьконструкции
Совершенство конструкциимеханизма характеризуется его экономичностью, удобством эксплуатации, тем,насколько учтены возможности технологических методов его изготовления. Оценкутехнологичности конструкции данного механизма по сравнению с другой,производят, сопоставляя их трудоёмкость, себестоимость и материалоёмкость.Можно дополнительно учесть унификацию элементов, рациональность расчленения наконструктивные и технологические элементы, взаимозаменяемость элементов идругие факторы.
Конструкция механизмадолжна быть удобной для обслуживания и ремонта. Повышение ремонтопригодностиизделия обеспечивается лёгкостью и удобством его разборки и сборки. Отработкаконструкции на технологичность начинается уже на стадии разработки техническогозадания. На стадии эскизного проекта выявляют номенклатуру и параметры деталей,выявляют возможности их унификации и стандартизации, определяют возможностьрационального членения или объединения деталей, анализируют условия сборкиосновных деталей, определяют номенклатуру ремонтируемых и сменных деталей изделия.
10.4 Маршрутсборки механизма
В основу разработкитехнологического процесса положены два принципа: технический и экономический. Всоответствии с техническим принципом технологический процесс должен обеспечитьвыполнение всех требований рабочего чертежа и технических условий наизготовление данного изделия. В соответствии с экономическим принципомизготовление изделия должно вестись с минимальными затратами труда и издержкамипроизводства.
Сборка механизмапередвижения начинается с установки ходовых колёс. Рама тележки устанавливаетсяв положение, перевернутое относительно рабочего на 180 градусов. Вал (ось) всборе с подшипниками устанавливается в корпус, закрывается крышкой изатягивается двумя болтами.
Погрешность расположенияходовых колёс контролируется с помощью специального приспособления,представляющего собой штангу, жёстко закрепляемую на одном из колёс.Контролируется отклонение соответствующих плоскостей в пределах 5 мм.Параллельность осей колёс считается обеспеченной при обработке поверхностей.
После сборки ходовой части тележку кантуют с помощью крана и устанавливаютна подтележечные рельсы сборочного участка. При этом крановая тележка должнаобоими колесами опираться на рельсы.
Послесборки ходовой части, на вал приводного колеса надевается редуктор. Редукторцеликом опирается на шлицевое соединение. Фиксация выходного вала редуктора навалу приводного колеса осуществляется упором в буртик и закреплением с помощью двухболтов. Болты фиксируются отгибом кромки шайбы. Центрирование происходит по боковымграням шлицов.
Затемна настиле тележки размечают осевую линию, параллельную осям ходовых колес. Спомощью винтов устанавливают редуктор так, чтобы ось быстроходного валасовпадала с линией. После выверки положения оси регулировочные винты стопорятсяконтргайками.
Далеенеобходимо установить электродвигатель. Перед его установкой нужно определитьего рабочее положение, определяемое допустимыми погрешностями расположениявалов. Положение электродвигателя в горизонтальной плоскости регулируетсяповоротом редуктора относительно выходного вала редуктора соответствующимиболтами. Положение электродвигателя в вертикальной плоскости регулируетсяподкладками под лапы двигателя. Толщина подкладок определяется с помощьюизмерительного устройства, устанавливаемого на предварительно смонтированнуюполумуфту. С помощью индикатора производят два замера в вертикальной плоскости.Модуль разности показаний индикатора соответствует двойной величине несоосностивалов в вертикальной плоскости. Подобранные по найденному размеру подкладкиприваривают на место установки двигателя.
Принепосредственной установке двигателя на штатное место необходимо совместитькрепёжные отверстия. Отверстия совмещаются посредством введения в них стержня,имеющего на конце конусную поверхность.
Послесовмещения отверстий двигатель закрепляется болтовыми соединениями.
Послеустановки двигателя необходимо соединить полумуфты. Полумуфты соединяютсяшестью болтами для отверстий из-под развёртки посажеными с натягом.
11.Электрическая часть
Козловойконтейнерный кран питается от сети переменного тока напряжением 380 Б. Дляпитания электрооборудования крана предусмотрен троллейный токосъемник, которыйустановлен на торцевой части консоли моста. На кране предусмотрены следующиеэлектроприводы: привод грузовых лебедок, привод механизма передвижения крана,привод передвижения грузовой тележки, привод поворота спредера, приводзапирания замков спредера, а также освещение рабочей площадки и устройствабезопасности.
Основные элементы схемыM1, М2 асинхронные электродвигатели с фазным ротором S1 рубильник подачи питания в силовую схему. S2 рубильник подачи питания в схему управления. FA реле максимальной защиты. KM9, KM10 контакторы тормоза KM7, KM8 тормоза КМ линейный контактор КВ, КН контакторы реверсора KM1…КМ4 контакторы ускорения. KM5…КМ6 контакторы противовключения. КТ1, КТ2 реле ускорения KV1 реле нулевой защиты KV2 реле тормоза KV3 реле противовключения SQ1, SQ2 конечные выключатели вперед-назад.
Описание работы схемы механизма передвижения крана.
Схемауправления электродвигателями обеспечивает автоматический пуск, реверсирование,торможение и ступенчатое регулирование скорости на реостатных характеристикахдвигателя.
Командоконтроллер имеет симметричную систему переключенияконтактов.
Подача питания в схему осуществляется включением рубильников S1 иS2. Включаются реле КТ1 и КТ2, замыкаются контакты КТ1 и КТ2 в цепи реле KV1 иразмыкаются контакты КТ1 и КТ2 в цепях контакторов КМ1 и КМ3. Включается релеKV1. Замыкаются контакты реле KV1 в цепи управления. Контакт ПУ остаетсяпостоянно замкнут.
Движение «вперед».
Устанавливаем командоконтроллер в крайнее положение «вперед».Включается контактор КВ. Замыкается контакт КВ в цепи контактора КМ и встаторной цепи электродвигателей. Срабатывает контактор КМ. Замыкается контактКМ, шунтируется контакт KV3 и замыкается контакт КМ в статорной цепиэлектродвигателя. Таким образом, на оба двигателя подается 3-х фазноенапряжение.
На реле KV3 подается питание со стороны выпрямительного мостароторной цепи электродвигателя и со стороны цепи управления.
Условие срабатывания реле KV3:
Uр.=Uцепи-Uрот
т.е. для срабатывания реле должно выполняться условие:
Uцепи > Uрот
Uрот =4,44*W2*f2*Ф*k02
где f2=f1*S.
Скольжение S=(n0-n)/n0
В двигательном режиме S=1…0,1, поэтому реле KV2 – срабатывает.
Замыкается контакт KV3 в цепи контактора КМ9. Замыкается контактКМ9 в цепи катушек КМ7, КМ8 и реле KV2 (контроль питания), замыкается контактKV2 в цепи контактора КМ10. Освобождаются колодки тормозов.
Переводимкомандоконтроллер в крайнее положение «вперед». Включаются контакторы КМ5 иКМ6. Замыкаются контакты КМ5 и КМ6 в цепи пусковых сопротивлений, шунтируяпервую ступень пусковых сопротивлений и размыкается контакт КМ5 в цепи релеКТ1. Реле КТ1 включается. Контакт КТ1 в цепи контакторов КМ1 и КМ2 с выдержкойвремени замыкается. Замыкаются контакты КМ1 и КМ2 в цепи пусковыхсопротивлений, шунтируя вторую ступень пусковых сопротивлений и замыкаетсяконтакт КМ2 в цепи контакторов КМ1 и КМ2, шунтируя контакт КТ1, замыкаетсяконтакт КМ1 в цепи реле КТ2. Реле КТ2 включается. Контакты КТ2 в цепиконтакторов КМ3 и КМ4 с выдержкой времени замыкается. Включаются контакторы КМ3и КМ4. Замыкаются контакты КМ3 и КМ4 в цепи пусковых сопротивлений, шунтируятретью ступень пусковых сопротивлений. Остаточное сопротивление предназначенодля уменьшения разности между тяговыми усилиями 2-х двигателей.
Характеристика №1 соответствует первой позиции и служит длявыборки люфта в механизме передвижения.
Пуск в направлении «назад» осуществляется по аналогичнымхарактеристикам, с той лишь разницей, что вместо контактора КВ включаетсяконтактор КН.
Торможение в режиме противовключения и реверс.
При работающем двигателе «вперед» командоконтроллер передвигаетсяиз 4-й позиции «вперед» в 4-ю позицию «назад». В режиме противовключения S=2…1и Uрот³Uцепи, реле KV3 отключается.Размыкается контакт KV3 в цепи контакторов КМ5, КМ6, КМ1… КМ4. Размыкаютсяаналогичные контакты в цепи пусковых сопротивлений, включая в цепь всесопротивления.
При остановке двигателя скольжение S=1, реле KV3 снова включается,замыкается контакт KV3 в цепи контакторов КМ5 и КМ6, происходит дальнейшееступенчатое регулирование скорости при движении крана назад.
Виды защит и блокировок.
А) Максимальная защита осуществляется с помощью блока реле FA ипри больших перегрузках контакт FA в цепи реле KV1 размыкается. Реле KV1выключается. Размыкается контакт KV1 в цепи управления. Отключаются всеконтакторы и катушки тормозов. Накладываются колодки тормозов. Отключаютсяэлектродвигатели.
Б) Нулевая защита осуществляется с помощью реле KV1 нулевой защитыпри перебоях с питанием. При отключении питания реле KV1 выключается.Размыкается контакт KV1 в цепи управления. Отключаются все контакторы и катушкитормозов. Отключаются все двигатели. Накладываются колодки тормозов.
В) Срабатывание конечных выключателей при движении крана. Принаезде крана на конечный выключатель SQ1 или SQ2, он размыкает цепь реле KV1.Реле KV1 выключается. Размыкается контакт KV1 в цепи управления. Отключаютсявсе контакторы и катушки тормозов. Отключаются электродвигатели и накладываютсятормоза.
Списоклитературы
1. Курсовоепроектирование грузоподъемных машин. Руденко Н.Ф., Александров М.П., Лысяков А.Г.– М: Машиностроение, 1971.
2. Курсовоепроектирование грузоподъемных машин. Под ред. Казака С.А. – М: Высшаяшкола, 1989.
3. Подъемно-транспортныемашины. Александров М.П. – М: Высшая школа, 1985.
4. Подъемно-транспортныемашины. Атлас конструкций. Под ред. Александрова М.П., Решетова Д.Н.– М: Машиностроение, 1987.
5. Козловыекраны общего назначения. Абрамович И.И., Котельников Г.А. – М:Машиностроение, 1983.
6. Конструированиеузлов и деталей машин. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. – М: Высшая школа,2000.
7. Справочникпо кранам. Под ред. Гохберга М.М. В 2-х томах. – М: Машиностроение, 1988.
8. Расчетыкрановых механизмов и их деталей. ВНИИПТМАШ. – М: Машиностроение, 1971.
9. Специальныекраны. Петухов П.З., Ксютин Г.П., Серлин Л.Г. – М:Машиностроение, 1985.
10. Правилаустройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов (ПБ 10 14 2000) – М:Металлургия, 2000.
11. Справочникконструктора-машиностроителя. Анурьев В.И. В 3-х томах. – М:Машиностроение, 1982.
12. Технологияпроизводства подъемно-транспортных машин. Косилова А.Г., Сухов М.Ф. –М: Машиностроение, 1982.
13. Справочниктехнолога-машиностроителя. Под ред. Косиловой А.Г., Мещерякова Р.К. В2-х томах. – М: Машиностроение, 1985.
14. Справочник:допуски и посадки. Часть 1. – Л: Машиностроение, 1982.
15. Технологиямашиностроения. Под ред. Дальского А.М. В 2-х томах. – М: МГТУ им. Н.Э. Баумана,1999.
16. Охранатруда в машиностроении. Под ред. Юдина Е.Я., Белова С.В. – М:Машиностроение, 1983.
17. Методическоепособие «Сборник типовых расчетов по курсу Охрана труда». Белов С.В., Козьяков А.Ф.– М: 1984.
18. Правилапо охране труда при погрузочно-разгрузочных работах и размещении грузов (ПОТ РМ-007–98)– М: Металлургия, 1998.
19. Методическоепособие «Организационно-экономическая часть дипломных проектов конструкторскогопрофиля». Под ред.
Ипатова М.И. – М:МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1991.
20. Организацияи планирования машиностроительного производства. Под ред. Ипатова М.И., Постникова В.И.,Захаровой М.К. – М: Высшая школа, 1988.