Конструкция мостового крана. Механизмы его передвижения и подъема. Расчет основных кинематических параметров для выбора тягового органа, габаритов и форм барабана, электродвигателя, редуктора и тормоза. Ограничители пути движения крана и грузовой тележки.
Мостовой кран оснащен следующими устройствами и приборами безопасности: концевыми выключателями для автоматической остановки механизмов передвижения крана, ходовой тележки и подъема грузозахватных органов; блокировкой для автоматического снятия напряжения с крана при выходе на его галерею; блокировками дверей входа на галерею и дверей входа в кабину управления и посадочной площадки в целях исключения передвижения крана с открытой кабиной; контактными замками с ключом, без которого не может быть подано напряжение на кран; сигнальным прибором. Опорная тележка такого крана (рисунок 5) состоит из рамы, одного или двух механизмов подъема груза и механизма передвижения для перемещения ее по рельсам вдоль моста. На (рисунке 11) показана схема такого крана грузоподъемностью 30 т фирмы Crane and Hoist (Англия). Концевая балка мостового грузоподъемного крана, содержащая металлическую конструкцию, на которой установлены ходовые колеса со смонтированными в подшипниковых узлах валами, по меньшей мере один из которых кинематически связан с приводным механизмом, балка выполнена составной из трех частей, включающих средний модуль и два прикрепленных к нему посредством разъемного соединения торцевых модуля, каждый из которых выполнен в виде корпуса, в котором установлено ходовое колесо, содержащего, по меньшей мере, верхнюю, заднюю и боковые стенки, причем средний модуль имеет опорный элемент в виде жестко прикрепленной к его торцевой поверхности вертикальной опорной пластины, конгруэнтной задней стенке корпуса соответствующего торцевого модуля, отличающаяся тем, что средний модуль содержит дополнительный опорный элемент в виде жестко прикрепленной к его торцевой поверхности горизонтальной опорной пластины, конгруэнтной верхней стенке корпуса торцевого модуля, при этом крепление упомянутой горизонтальной опорной пластины к торцевой поверхности среднего модуля усилено ребрами жесткости, приваренными к ее верхней поверхности и верхней поверхности среднего модуля. Грузовая тележка мостового крана, содержащая раму из продольных и поперечных балок, опирающуюся на ходовые колеса, попарно смонтированные на валах, размещенных в подшипниковых узлах поперечных балок; грузозахватный орган; механизм подъема груза; мотор-редуктор, кинематически связанный с валами ходовых колес, отличающаяся тем, что поперечные балки выполнены из замкнутых пустотелых профилей, внутри которых установлены проходящие насквозь валы ходовых колес; подшипниковые узлы выполнены в виде букс, установленных в торцах поперечных балок, при этом поперечные балки связаны между собой по центру одной продольной балкой, а в качестве механизма подъема груза использована грузовая электрическая таль.Как показали проектные и расчетные данные, выбранные узлы и механизмы отвечают правилам и нормам госпромнадзора и обеспечивают выполнение основных положений технического задания.
Введение
Подъемно-транспортные машины важнейшим оборудованием для механизации работ во всех отраслях народного хозяйства - в промышленности, строительстве, на транспорте, в сельскохозяйственном производстве. Применяются для перемещения людей в вертикальном, горизонтальном, и наклоном направлениях.
Современные поточные технологические и автоматизированные линии, межцеховой и внутрицеховой транспорт, погрузочно-разгрузочные операции на складах и перевалочных пунктах органически связаны с применением разнообразных типов подъемно транспортных машин и механизмов, обеспечивающих непрерывность и ритмичность производственных процессов. Поэтому применение данного оборудования во многом определяет эффективность современного производства, а уровень механизации технического производства степень совершенства и производительность предприятия. При современной интенсивности производства нельзя обеспечить его устойчивый ритм без согласованной и безотказной работы средств транспортирования сырья, полуфабрикатов и готовой продукции на всех стадиях обработки и складирования. Одним из разновидностей подъемно транспортных машин является краны мостового типа.
Современные подъемно транспортные машины характеризуется широким диапазоном грузоподъемности, габаритов обслуживаемых площадей, высокой производительностью. Количественных ограничений по базовым параметрам для современных подъемно транспортных машин не существует. Их создают для любых условий возможного применения. Имеются только экономические ограничения.
Сложные тяжелые машины стоят дорого и применять их целесообразно лишь в том случае, если можно загрузить настолько, чтобы они окупались за реальный срок эксплуатации до морального и физического износа. Базовыми направлениями развития подъемно транспортного оборудования являются совершенствование приводов машин и механизмов, направленное на расширение диапазона регулирования скоростей, повышение их КПД и надежности, разработка новых конструктивных решений, в частности, c использованием встроенных планетарных устройств с термически обработанными долговечными зубчатыми колесами.
Целью курсового проекта является проектирование мостового двухбалочного крана.
1. Обзор литературных и патентных источников
Мостовым краном - называется грузоподъемная машина, передвигающаяся по рельсам на некотором расстоянии от земли (пола) и обеспечивающая перемещение груза в трех взаимно перпендикулярных направлениях. Мостовые краны являются одним из наиболее распространенных средств механизации различных производств, погрузочно-разгрузочных и складских работ. Перемещаясь по путям, расположенным над землей, они не занимают полезной площади цеха или склада, обеспечивая в то же время обслуживание практически любой их точки.
Мостовые краны применяют в цехах ремонтных предприятий и производственных цехах предприятий. Конструкции специальных мостовых кранов весьма разнообразны. Эти краны могут быть поступательно перемещающимися по крановым рельсам или вращающимися вокруг вертикальной оси. К вращающимся кранам относятся хордовые, радиальные и поворотные. Поступательно перемещающимися мостовые краны имеют однобалочные и двухблочные мосты с нормальной длиной пролета или увеличенной до 40-60 м. Грузоподъемность этих машин составляет 400-500 т. и более.
Мостовой кран состоит из узлов - блоков, представляющих собой отдельные сборочные единицы, обеспечивающие возможность сборки всех механизмов крана. Мост крана представляет собой жесткую металлическую раму, состоящую из двух пролетных и двух концевых балок коробчатого сечения. Вдоль пролетных балок расположены площадки обслуживания.
Кран перемещается вдоль цеха или рабочей площадки по подкрановым путям, проложенным на подкрановых балках или колоннах. Механизм передвижения крана изготовляется двух типов - с центральным приводом и с раздельным приводом. Механизм передвижения с центральным приводом состоит из двух приводных или двух холостых колес, которые при помощи букс прикреплены к концевым балкам моста. Электродвигатель расположен в середине пролета моста и соединен с редуктором при помощи зубчатых муфт и приводных валов. Механизм передвижения крана с раздельным приводом отличается от механизма передвижения с центральным приводом тем, что около каждого приводного колеса с установленным редуктором монтируется электродвигатель, который при помощи зубчатых муфт и приводного вала соединяется с входным валом редуктора
Подъем и перемещение грузов в поперечном направлении осуществляются подвижной тележкой, установленной на мосту крана. Тележка состоит из сварной рамы с механизмами подъема груза и передвижения. Механизмы подъема различных видов кранов принципиально одинаковы и состоят из электродвигателя, тормоза, редуктора, барабана и полиспаста. Электродвигатель соединен с редуктором при помощи зубчатых муфт и приводных валов.
В зависимости от назначения крана механизм подъема оснащается различными грузозахватными органами - крюком, грейфером, магнитом и т.п. В отличие от крюкового крана на тележке грейферного кроме механизма передвижения установлены два одинаковых механизма: один для подъема грейфера, - другой для его замыкания (рисунок 1).
Рисунок 1 - Кран мостовой грейферный
В магнитном кране в отличие от крюкового для захвата груза применяется электромагнит. При этом тележка крана дополнительно снабжена барабаном для намотки гибкого кабеля, по которому электрический ток подается к магниту. Если кран оборудован подъемным электромагнитом, грейфером, траверсой и т. п., то масса этих грузозахватных органов входит в грузоподъемность крана (рисунок 2)
.
Рисунок 2 - Кран мостовой специальный магнитный (КМЭСМ)
Управление механизмами крана осуществляется из кабины, подвешенной к мосту крана на стороне, противоположной расположению главных троллеев. Для обслуживания главных троллеев краны снабжены люльками-кабинами.
Мостовой кран оснащен следующими устройствами и приборами безопасности: концевыми выключателями для автоматической остановки механизмов передвижения крана, ходовой тележки и подъема грузозахватных органов; блокировкой для автоматического снятия напряжения с крана при выходе на его галерею; блокировками дверей входа на галерею и дверей входа в кабину управления и посадочной площадки в целях исключения передвижения крана с открытой кабиной; контактными замками с ключом, без которого не может быть подано напряжение на кран; сигнальным прибором.
Для подачи электроэнергии к механизмам крана используются троллейный (с жесткими и гибкими проводами) токоподвод. К механизмам тележек электроэнергия может подаваться как по троллеям, так и по гибкому кабелю.
Троллеи для питания крана располагают вдоль подкрановых путей, а для питания тележки - вдоль моста. В качестве жестких троллейных проводов используют стальной прокат (уголковый, рельсовый). Гибкие троллейные провода изготавливают из круглой стальной или биметаллической проволоки. Расстояние от троллейных проводов до уровня пола должно быть не менее 3,5 м, а в проезжей части не менее 6.
Управление механизмами кранов осуществляется из подвешиваемых к ним кабин или с пола, с пультов.
Аппараты управления - контроллеры - обеспечивают пуск, реверсирование, регулирование скорости, торможение и остановку двигателя.
Контроллеры бывают с механическим и магнитным приводом. Первые имеют наиболее простую конструкцию и по исполнению контактной части могут быть кулачковые и барабанные. Контроллеры с механическим приводом непосредственно воздействуют на силовую цепь двигателя.
Магнитные контроллеры состоят из магнитной станции (контакторов и реле) и командоконтроллера. Крановщик воздействует на командоконтроллер, включенный во вспомогательную цепь, питающую обмотки контакторов и реле. Которые переключают силовые цепи двигателей.
Контроллеры и командоконтроллеры устанавливают в кабинах управления таким образом, чтобы обеспечить максимальное удобство управления краном: их маховики и рукояти располагают на одном уровне и как можно ближе друг к другу.
Мостовые краны по типу мостов подразделяются на двухбалочные и однобалочные. Двухбалочный кран (рисунок 4) включает две основные части: мост и тележку. Металлическая конструкция моста содержит две пролетные и две концевые балки и перекрывает рабочий пролет производственного помещения или склада.
Рисунок 4 - Мостовой кран общего назначения двухбалочный
С помощью механизмов кран перемещается вдоль подкранового пути. Опорная тележка такого крана (рисунок 5) состоит из рамы, одного или двух механизмов подъема груза и механизма передвижения для перемещения ее по рельсам вдоль моста. Однобалочный мостовой кран (рисунок 6) имеет консольную тележку, которая перемещается по одной пролетной балке. Иногда кран снабжается двумя тележками: опорной - с механизмом главного подъема и консольной - с механизмом вспомогательного подъема (рисунок 7). Это способствует повышению маневренности и лучшему использованию крана.
Рисунок 5 - Опорные тележки с одним (а) и с двумя (б) механизмами подъема
Рисунок 6 - Однобалочный кран
Рисунок 7 - Кран с опорной и консольной тележками
На (рисунке 8) показан однобалочный кран грузоподъемностью 50/10 т с консольной тележкой с приводными колесами. Механизмы главного и вспомогательного подъема смонтированы на концевых балках моста. Установка на тележке только верхних блоков позволяет уменьшить высоту крана, а консольное расположение блоков - обслуживать дополнительную площадь с торцовой стороны здания.
Рисунок 8- Однобалочный кран со стационарными механизмами подъема
Мостовые краны общего назначения используют также в сборочных цехах (в качестве монтажных), в машинных залах, в котельных и дымососных отделениях электростанций. При работе на открытом воздухе (склады, контейнерные площадки и т. д.) Они перемещаются по путям, уложенным на специальных эстакадах (рисунке 9).
Рисунок 9 - Установка крана на эстакаде
На одних и тех же подкрановых путях могут работать несколько кранов. При этом грузы, масса которых превышает грузоподъемность крана, поднимаются двумя кранами с использованием траверсы (рисунок 10).
Рисунок 10 - Установка двух кранов грузоподъемностью по 100 т
В настоящее время грузоподъемность самых крупных уникальных моделей мостовых кранов достигает 800 т. Однако наибольшее распространение имеют краны грузоподъемностью до 50 т и меньшее - грузоподъемностью до 320 т. Наряду с электрическим приводом в кранах применяется и гидравлический привод. На (рисунке 11) показана схема такого крана грузоподъемностью 30 т фирмы Crane and Hoist (Англия).
Рисунок 11 - Кран с гидравлическим приводом
ООО Производственная фирма «АСК» получила патент № 2249558 на изобретение «Концевая балка мостового грузоподъемного крана», зарегистрированный в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 10 апреля 2005 года.
Формула изобретения: 1. Концевая балка мостового грузоподъемного крана, содержащая металлическую конструкцию, на которой установлены ходовые колеса со смонтированными в подшипниковых узлах валами, по меньшей мере один из которых кинематически связан с приводным механизмом, балка выполнена составной из трех частей, включающих средний модуль и два прикрепленных к нему посредством разъемного соединения торцевых модуля, каждый из которых выполнен в виде корпуса, в котором установлено ходовое колесо, содержащего, по меньшей мере, верхнюю, заднюю и боковые стенки, причем средний модуль имеет опорный элемент в виде жестко прикрепленной к его торцевой поверхности вертикальной опорной пластины, конгруэнтной задней стенке корпуса соответствующего торцевого модуля, отличающаяся тем, что средний модуль содержит дополнительный опорный элемент в виде жестко прикрепленной к его торцевой поверхности горизонтальной опорной пластины, конгруэнтной верхней стенке корпуса торцевого модуля, при этом крепление упомянутой горизонтальной опорной пластины к торцевой поверхности среднего модуля усилено ребрами жесткости, приваренными к ее верхней поверхности и верхней поверхности среднего модуля.
2. Концевая балка мостового грузоподъемного крана по п.1, отличающаяся тем, что корпус каждого торцевого модуля прикреплен к опорным элементам среднего модуля балки посредством болтового соединения, при этом задняя и верхняя стенки корпуса торцевого модуля балки имеют отверстия, соосные с отверстиями, выполненными в вертикальной и горизонтальной опорных пластинах среднего модуля балки.
3. Концевая балка мостового грузоподъемного крана по п.1 или 2, отличающаяся тем, что вал ходового колеса опирается на подшипники, смонтированные в сквозном отверстии ходового колеса.
4. Концевая балка мостового грузоподъемного крана по п.1 или 2, отличающаяся тем, что вал ходового колеса опирается на подшипники, смонтированные в стаканах, прикрепленных к боковым стенкам корпуса торцевого модуля балки.
5. Концевая балка мостового грузоподъемного крана по пп.1-4, отличающаяся тем, что средний модуль имеет коробчатое сечение.
ООО Производственная фирма «АСК» получила патент № 2230019 на изобретение «Грузовая тележка мостового крана», зарегистрированный в Государственном реестре изобретений Российской Федерации 10 апреля 2003 года.
Формула изобретения: 1. Грузовая тележка мостового крана, содержащая раму из продольных и поперечных балок, опирающуюся на ходовые колеса, попарно смонтированные на валах, размещенных в подшипниковых узлах поперечных балок; грузозахватный орган; механизм подъема груза; мотор-редуктор, кинематически связанный с валами ходовых колес, отличающаяся тем, что поперечные балки выполнены из замкнутых пустотелых профилей, внутри которых установлены проходящие насквозь валы ходовых колес; подшипниковые узлы выполнены в виде букс, установленных в торцах поперечных балок, при этом поперечные балки связаны между собой по центру одной продольной балкой, а в качестве механизма подъема груза использована грузовая электрическая таль.
2. Грузовая тележка по п.1, отличающаяся тем, что поперечные балки выполнены из замкнутых пустотелых профилей круглого сечения.
3. Грузовая тележка по п.1, отличающаяся тем, что поперечные балки выполнены из замкнутых пустотелых профилей прямоугольного сечения.
4. Грузовая тележка по любому из пп.2 и 3, отличающаяся тем, что в качестве замкнутого пустотелого профиля использована прокатная труба.
5. Грузовая тележка по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что продольная балка выполнена из профиля открытого сечения.
6. Грузовая тележка по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что продольная балка выполнена из профиля замкнутого сечения.
7. Грузовая тележка по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что в качестве механизма подъема груза использована подвесная грузовая электрическая таль.
8. Грузовая тележка по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что в качестве механизма подъема груза использована опорная грузовая электрическая таль.
9. Грузовая тележка по любому из пп.1-8, отличающаяся тем, что дополнительно содержит настил рамы.
10. Грузовая тележка по любому пп.1-9, отличающаяся тем, что дополнительно содержит ограждение рамы.
2. Предварительные расчеты механизмов
Целью предварительного расчета механизмов крана является расчет основных кинематических параметров для выбора тягового органа, габаритов и форм барабана, электродвигателя, редуктора и тормоза.
2.1 Расчет механизма подъема груза
Механизм подъема груза предназначен для перемещения груза в вертикальном направлении. Он выбирается в зависимости от грузоподъемности.
Привод механизма подъема и опускания груза включает в себя лебедку механизма подъема. Крутящий момент, создаваемый электродвигателем передается на редуктор через муфту. Редуктор предназначен для уменьшения числа оборотов и увеличения крутящего момента на барабане.
Барабан предназначен для преобразования вращательного движения привода в поступательное движение каната.
Усилие в канате набегающем на барабан, H: Fб=Q g /z un h0=20000 9,81/4 2 0,99=24772,7 Н где: Q-номинальная грузоподъемность крана, кг;
z - число полиспастов в системе;
un - кратность полиспаста;
h0 - общий КПД полиспаста и обводных блоков;
Поскольку обводные блоки отсутствуют, то h0=hп=(1 - NБЛUП)/un(1 - hбл)=(1-0,982)/2 (1-0,98)=0,99
Расчетное разрывное усилие в канате при максимальной нагрузке на канат Fk=Fб=49545 Н и k=5,5
F?Fk k=24772,7 5,5=136249,9 Н где: Fk - наибольшее натяжение в канате (без учета динамических нагрузок), Н;
k - коэффициент запаса прочности (для тяжелого режима работы k=7,1).
Принимаем канат по ГОСТ 2688 - 80 двойной свивки типа ЛК-Р конструкции 6х19(1 6 6/6) 1 о.с диаметром 15 мм имеющий при маркировочной группе проволок 1960 Мпа разрывное усилие F=137000 Н.
Канат - 15 - Г - 1 - Н - 1960 ГОСТ 2688-80 [2]
Требуемый диаметр барабана по средней линии навитого стального каната, мм
D?d e=22,4 15=336 где: d - диаметр каната е - коэффициент зависящий от типа машины, привода механизма и режима работы машины механизма.
Принимаем диаметр барабана D=360 мм.
Длина каната навиваемого на барабан с одного полиспаста при z1=2 и z2=3, м: Lk=H Uп z p D(z1 z2)=9 4 2 3,14 0,36(2 3)=77,4 м где: Н - высота поднимаемого груза;
Uп - кратность полиспаста;
D - диаметр барабана по средней линии навитого каната;
z1 - число запасных ( неиспользуемых ) витков на барабане до места крепления: (z1=1,5…2) z2 - число витков каната, находящихся под зажимным устройством на барабане: z2=3…4.
Рабочая длина барабана, м: Lб=Lk t/p m(m d D) j=77,4 0,018/(3,14 1(1 0,018 0,36))=1,2 м;
где: Lk - длина каната, навиваемого на барабан;
t - шаг витка; t=dk (2…3)мм m - число слоев навивки;
d - диаметр каната;
j - коэффициент не плотности навивки; для гладких барабанов;
Приняв в качестве материала барабана чугун марки СЧ 15 (dв=650 Мпа, [dсж]=130 Мпа) найдем напряжения сжатия стенки барабана: dсж=Fб/t[dсж] = 24772,7/(15 10-3 15 10-3 )= 110,1 Мпа<130 Мпа где: Fб - усилие в канате, Н;
[dсж] - допускаемое напряжение сжатия для материала барабана;
Статическая мощность двигателя при h = 0,85, КВТ: Pc=Q g vг/103 h=20000 9,81 0,13/1000 0,85=36,93 КВТ
где: Q - номинальная грузоподъемность, кг;
vг - скорость подъема груза, м/с;
h - КПД механизма
Номинальная мощность двигателя принимается равной или несколько меньше статической мощности. Из таблицы III.3.5 выбираем крановый электродвигатель серии MTF -512-6 имеющим номинальную мощность при ПВ=25% Рном=37,0 КВТ и частоту вращения n=720 мин-1. Момент инерции ротора Ip=1,425 кг м2 максимальный пусковой момент двигателя Тмах=1150 H м. [1]
Общее передаточное число привода механизма: U=n/nб=720/33,97=21,2.
Расчетная мощность редуктора на быстроходном валу, КВТ: Рр=кр Р = 1 37,0=37,0 КВТ где: кр - коэффициент, учитывающий условия работы редуктора;
Р - наибольшая мощность передаваемая редуктором при нормально протекающем процессе работы механизма.
По передаточному числу и мощности выбираем редуктор цилиндрический, двухступенчатый, горизонтальный, крановый типоразмера 2Ц2 - 450Н-80-11У1 с передаточным числом Up =25,34 и мощностью на быстроходном валу при тяжелом режиме работы Рр = 42,0 КВТ [1]
Момент статического сопротивления на валу двигателя в период пуска с учетом того, что на барабан навиваются две ветви каната при hб=0,94 и hпр=0,9 (ориентировочно), Н м: Тс=Fб z Dбг/2u hб hпр=24772,7 2 0,36/(2 25,34 0,94 0,9)=416,1Н м
Номинальный момент передаваемый муфтой принимается равным моменту статических сопротивлений Тмном=Тс=416,1 Н м.
Номинальный момент на валу двигателя Н м: Тном=9550Р/n=9550 37,0/720=490,8 Н м
Расчетный момент для выбора соединительной муфты, Н м: Тм=Тмном k1 k2=416,1 1,3 1,2=649,12 Н м
Выбираем зубчатую муфту с тормозным шкивом диаметром Dt=250 мм, и наибольшим передаваемым крутящим моментом 800 Н м. [1]
Найдем рекомендуемый диаметр ходовых колес Dk=360 мм.
Грузовая тележка с двумя приводными колесами.
Коэффициент качения ходовых колес по рельсам m=0,0006 м. Коэффициент трения в подшипниках качения ходовых колес f=0,02.
Диаметр вала цапфы ходового колеса, мм: Dk=0,2 360=72 мм
Примем также кр=2,5
Общее сопротивление передвижению крана, Н: Fпер=Ftp=kp(m Q)g(fdk 2m)/Dk=2,5 (3000 20000) 9,81(0,02 0,072 2 0,0006) /0,36=4136,6 Н. где m=0.15Q=0,15 20,0=3,0т=3000 кг-масса тележки с грузозахватными приспособлениями.
Статическая мощность привода при h = 0,85, КВТ: Pc=Fпер vпер/103 h=4136,6 0,6/(1000 0,85)=2,43 КВТ. где: Fпер - общее сопротивление передвижению тележки, Н;
vпер - скорость передвижения грузовой тележки, м/с;
h - КПД механизма
Выбираем крановый электродвигатель MTF - 012-6 имеющим ПВ=25% номинальную мощность Р=2,7 КВТ и частоту вращения n=840 мин-1. Момент инерции ротора Ip=0,029 кг м2, максимальный момент .
Номинальный момент на валу двигателя Н м: Тном=9550 Р/n=9550 2,7/840=30,7 Н м
Требуемое передаточное число привода: U=n/nk=840/26,53=31,7.
Поскольку в приводе механизма перемещения крана должно быть установлено два одинаковых редуктора. Выбираем редуктор типа ВК -500 передаточное число up=32,42 и Рр=4,1 КВТ.
Номинальный момент передаваемый муфтой двигателя, Н м: Т =Тс=Fпер Dk/(2 up h)=4136,6 0,36/(2 32,42 0,85)=27,0 Н м.
Расчетный момент для выбора соединительной муфты, Н м: Тм=Тмном k 1 k2=27,0 1,2 1,2=38,9 Н м.
Выбираем втулочно-пальцевую муфту c крутящим моментом 60 Н м с диаметром D=90 мм.
3. Проверочные расчеты механизмов крана
3.1 Механизм подъема груза
В механизм подъема проверяется по времени пуска и остановки двигателя, а также проверяется выбранный двигатель на перегрев.
Момент инерции муфты Ім=0,125 кг м2. Момент инерции ротора и муфты
I=Ip Im=1,425 0,125=1,55 кг м2
Средний пусковой момент двигателя при , Н м: Тпуск=Тср.п=(ymax ymin) Тном/2=(2,34 1,1) 490,8/2=844,2 Н м где: ymax=Tmax/Тном=1150/490,8=2,34;
ymin- минимальная кратность пускового момента электродвигателя: ymin=1,1…1,4
Тмах- максимальный пусковой момент двигателя, Н м;
Тном- номинальный момент двигателя, Н м;
Время пуска при подъеме груза: тп=(d I n/9,55(Тср.п-Тс)) 9,55 Q v2/n ((Тср.п-Тс) h)=(1,2 1.55 915/ /9,55(844,2-416,1)) 9,55 20000 9,81 0,132/915(844,2-416,1) 0,85=0,6с. где: Тср.п - средний пусковой момент двигателя, Н м
Тс - момент статического сопротивления соответственно на валу двигателя при пуске.
Фактическая частота вращения барабана по формуле, мин-1:
Ускорение при пуске, м/с2: а=vгф/тп=0,17/0,6=0,28 < 0,5 [1]
Рисунок 12 - Усредненный график загрузки механизма подъема: Из графика усредненной загрузки механизма определим моменты, развиваемые двигателем, и время его пуска при подъеме и опускании груза в различные периоды работы механизма. Согласно графику, за время цикла (подъем и опускание груза) механизм будет работать с номинальным грузом.
Q=20000 кг - 1 раз.
0,5Q=10000 кг - 5 раз.
0,1Q=2000 кг - 4 раза.
Таблица №1 - Моменты, развиваемые двигателем, и время его пуска.
Наименование показателя Обоз. Единица Результаты расчета при массе поднимаемого груза, кг
20000 10000 2000
Натяжение каната у барабана при подъеме груза Fб Н 24772,7 12386 2477
Момент при подъеме груза Тс Н м416,1208,141,6
Время пуска при подъеме тп С 0,6 0,4 0,35
Натяжение каната у барабана при опускании груза Fбоп Н 24279,8 12139,9 2427
Момент при опускании груза Тсоп Н м293,2146,629,3
Время пуска при опускании топ с 0,13 0,16 0,18
В таблице избыточный момент при опускании груза - сумма среднего пускового момента двигателя и момента статических сопротивлений механизма при опускании груза.
Средняя высота подъема груза составляет 0,5…0,8 номинальной высоты Н=9м. Примем
Нср=0,8 Н=0,8 9=7,2м.
Момент при опускании максимального груза Н м, Тс =F Dб /U= 0,6 0,85/25,34=55,8 Н м
Время установившегося движения, с: ty=Нср/vг=7,2/0,17=42,4 c.
Сумма времени пуска при подъеме и опускании груза за цикл работы механизма, с: atп=0,6 5 0,4 4 0,35 0,13 5 0,16 4 0,18=5,65 с.
Общее время включений двигателя за цикл с: at=2 (1 5 4) ty atп=2 10 42,4 5,65=853,7 с.
Среднеквадратичный момент Н м: Тср= =
где: atп - общее время пуска механизма в разные периоды работы с различной нагрузкой, с;
AT2cty - сумма произведений квадрата моментов статических сопротивлений движению при данной нагрузке на время установившегося движения при этой нагрузке. at - общее время включения электродвигателя за цикл, с.
Во избежание перегрева электродвигателя необходимо, чтобы развиваемая двигателем среднеквадратичная мощность удовлетворяла условию
Рср ? Рном 17,82 < 37,0 - условие соблюдается
Момент статического сопротивления на валу двигателя при торможении механизма, Н м: Тс=Fб z Dбг hб ht /2ut =24772,7 2 0,36 0,98 0,85/(2 25,34)=
=293,2 Н м где: ht - КПД привода от вала барабана до тормозного вала;
ut - общее передаточное число между тормозным валом и валом барабана.
Необходимый по нормам госпромнадзора момент, развиваемый тормозом при кт=1,5 Тт=1,5 293,2=439,7 Н м.
Выбираем тормоз ТКГ - 300 с тормозным моментом 500 Н м, диаметром тормозного шкива Dt=250 мм. [1]
У механизма подъема груза фактическое время торможения при опускании, с: тп=(d I n/9,55(Тт Тс)) 9,55 Q v2/n((Тт Тс) h=(1,2 1,55 915/9,55* *(439,7 293,2)) (9,55 20000 0,162 0,85/915(439,7 293,2)= 0,26 с.
Для тяжелого режима работы находим путь торможения механизма подъема груза, м: S=vгф/1,7=0,16/1,7=0,094 м
Время торможения, в предположении, что скорости подъема и опускания груза одинаковы, с: ттмах=S/0,5 vгф=0,094/0,5 0,16=1,176
Замедление при торможении, м/с2: ат=vгф/tt=0,16/1,176=0,136 <0,2 [1]
3.2 Механизм передвижения грузовой тележки
Механизм передвижения грузовой тележки, как и механизм передвижения крана, проверяется по фактическому коэффициенту запаса сцепления и по пути торможения.
Момент инерции муфты, кг м2: Ім=0,1 m D2=0,1 2 0,09=0,018 м.
Фактическая скорость передвижения тележки, м/с: vперф=vпер u/up=0,6 31,7/32,42=0,49 - отличается от стандартного ряда на допустимую величину.
Вычисляем максимально допустимое ускорение грузовой тележки при пуске в предположении, что ветровая нагрузка Fp=0, м/с2 amax=[(zпр((j/kj) (f dk/Dk))/z)-(2m f dk)kp/Dk) g=(2((0,12/1,1) (0,02 0,072/0,36))/4-(2 0,0006 0,02 0,072) 2,5/0,36) 9,81=0,46 м/с2 где: zпр- число приводных колес;
z - общее число ходовых колес;
j - коэффициент сцепления ходовых колес с рельсами: при работе на открытом воздухе j=0,12 f - коэффициент трения (приведенной к цапфе вала) в подшипниках опор вала ходового колеса m - коэффициент трения качения ходовых колес по рельсам м;
dk - диаметр цапфы вала ходового колеса, м: kp - коэффициент, учитывающий дополнительное сопротивления от трения реборд ходовых колес
Средний пусковой момент двигателя, Н м:
Тср.п=(1,5…1,6) Тном=1,5 30,7=46,05 Н м.
Наименьшее допускаемое время пуска по условию сцепления, с: тдоп=v /amax=0,49/0,46=1,07 с.
Сопротивление передвижению грузовой тележки без груза, Н: F’пер=kp m g(f dk 2m)/Dk=2,5 3000 9,81 (0,02 0,072 2 0,0006)/0,3==33,7Н.
Момент статических сопротивлений при работе тележки без груза, Н м: Тс=F’ПЕРDК/2uph=33,7 0,36/(2 32,42 0,85)=0,85 Н м
Момент инерции ротора двигателя Ір=0,02 кг м2 и муфты быстроходного вала Ім=0,018
I=Ip Im=0,02 0,018=0,038 кг/м2
Фактическое время пуска механизма передвижения тележки с грузом, с: тп.г=(d I n/9,55 (Тср.п-Тс)) 9,55 (Q mt) g v2/n ((Тср.п-Тс) h=
=(1,2 0,038 840/9,55 (46,05-0,85)) 9,55
(20000 3000) 0,492/(840 (46,05-0,85) 0,85)=0,8 с.
Фактическое время пуска механизма передвижения тележки без груза, с: тп.г=(d I n/9,55(Тср.п-Тс)) 9,55 мт v2/n((Тср.п-Тс) h=
=(1,2 0,038 840/9,55(49,05-0,85)) 9,55
3000 0,492/(835 (49,05-0,85) 0,85)= 0,23 с.
Фактическое ускорение грузовой тележки без груза, м/с2 аф=V пер/тп=0,49/0,23=2,1 м/с2.
Проверяем суммарный запас сцепления. Для этого найдем: а) суммарную нагрузку на привод колеса без груза, Н: Fпр=m zпр g/z=3000 2 9,81/4=14715 Н. б) суммарную нагрузку на привод колеса с грузом, Н: Fпр=(m Q) zпр g/z=(3000 20000) 2 9,81/4=112815 Н.
Определение тормозных моментов и выбор тормоза. Максимальное допустимое замедление грузовой тележки при торможении, м/с2: амахт=((zпр((j/kj)-(f dk/Dk))/z) (2m f dk)/Dk) g=((2((0,15/1,2)-(0,02 0,072/0,36))/4) (2 0,0006 0,02 0,072)/0,36) 9,81=0,66 м/с2
Время торможения грузовой тележки без груза, с: тт=Vфпер/амахт=0,49/0,66=0,74 с.
Сопротивление при торможении грузовой тележки без груза, Н: Ftpt=mg(f dk 2m)/Dk=3000 9,81(0,02 0,072 2 0,0006)/0,36=215,84 H.
Момент статических сопротивлений на тормозном валу при торможении грузовой тележки, Н м.
Тст=Fttp Dk h/2 up=215,84 0,36 0,85/(2 32,42)=1,02 Н м
Момент сил инерции при торможении грузовой тележки без груза, Н м: Тинт=(d I n/9,55 tt) 9,55 m g v2 h/(n tt)=(1,2 0,038 840/9,55 0,74) 9,55 3000 0,492 0,85/840 0,74=24,8 Н м где: тт- время торможения механизма, с: Расчетный тормозной момент на валу тормоза, Н м: Трт=Тинт - Тст=24,8 - 1,02 =23,78 Н м .
Из таблицы III 5.13 выбираем тормоз типа ТКГ - 160 с диаметром тормозного шкива Dt=160 мм и наибольшим тормозным моментом Тт=100 Н м, который следует отрегулировать до Тт=23,78 Н м.
Минимальная длина пути торможения, м:
S=V2/R=0,492/1,7=0,14 м.
Фактическая длина пути торможения, м: Sф=0,5 v tt=0,5 0,49 0,74=0,18 м.
4. Устройства безопасности
В соответствии с требованиями нормативных документов ограничитель верхнего положения крюковой подвески устанавливают на все механизмы подъема груза кранов. Ограничитель автоматически отключает механизм при подходе крюковой подвески к крайнему верхнему положению. При срабатывании ограничителя зазор между верхом крюковой подвески и нижней частью уравнительных блоков, установленных на грузовой тележке (барабана электротали), должен быть не менее 200 мм для кранов и 50 мм для электрических талей. В качестве ограничителя применяют конечные выключатели двух типов: рычажные или шпиндельные.
Рычажный конечный выключатель типа КУ состоит из корпуса, на валу 1 которого закреплены кулачковые шайбы 2 (рисунок 13, а). При повороте вала с шайбами карболитовый рычаг 4 с контактными мостиками 6 замыкает неподвижные контакты 7, установленные на изолирующей подставке 9. Пружина 5 постоянно прижимает ролик 3 рычага 4 к кулачковым шайбам. Для размыкания контактов ролик 3 крепят на рычаге 4 осью 8, а пружину 5 ставят в положение К. Выключатель имеет две цепи управления, два комплекта кулачковых шайб и рычагов с контактами, что обеспечивает различные схемы их замыкания. Например, при срабатывании ограничителя и верхнем положении конечный выключатель размыкает цепь управления приводом механизма для включения его на подъем груза и замыкает ее только для работы в противоположном направлении (на опускание груза).
В механизме подъема груза кранов применяют конечные выключатели КУ-703, установленные на раме грузовой тележки под уравнительными блоками (рисунок 13,б). На валу выключателя закреплен двуплечий рычаг 10 с противовесом, к свободному концу которого на тонком канате (цепи) 2 подвешен вспомогательный груз 12.
Рисунок 13 - Рычажный конечный выключатель: а) принципиальная схема; б) применение выключателя КУ-703; в качестве ограничителя верхнего; положения крюковой подвески крана;
При подходе крюковой подвески 14 к крайнему верхнему положению она приподнимает вспомогательный груз. Противовес поворачивает освободившийся двуплечий рычаг и конечный выключатель размыкает необходимые контакты. Для предотвращения раскачивания вспомогательного груза последний связан скобой 13 с одной из ветвей грузового каната.
Кроме верхнего положения крюковой подвески на практике часто приходится ограничивать ее нижнее положение, лимитируемое длиной грузового каната (необходимо помнить, что на барабане лебедки всегда должны оставаться дополнительные витки, например, при опускании груза в колодцы, приямки и пр.). Очевидно, что рассмотренные выше конструкции конечных выключателей выполнять это не могут. В указанных случаях применяют более сложные по конструкции компактные шпиндельные (приводные) конечные выключатели типа ВУ с встроенным червячным редуктором, связанным с одним из валов механизма подъема груза. Вращающийся вал червяка 14 приводит во вращение червячное колесо 15, на валу которого закреплена кулачковая шайба 2 с включающим 1 и отключающим 13 кулачками (рисунок 13,а). Кулачков на шайбе может быть не больше двух. Подвижные контакты 2 укреплены на изолированном рычаге 10, поворачивающемся относительно оси 9, и замыкают неподвижные контакты 12. Пружина 7 воздействует на рычаг 10 и удерживает контакты в разомкнутом положении 1. При вращении шайбы 2 (направление показано стрелкой) включающий кулачок 1 воздействует на ролик 8, который поворачивает рычаг 10 и замыкает контакты (положение 2). В этом положении рычаг удерживает защелка 6 после поворота относительно оси 3 под действием пружины 5. На защелке 6 закреплен ролик 4, на который воздействует отключающий кулачок 13 при размыкании контактов. Передаточное отношение червячной передачи 1:50 (рисунок 14,6).
Кулачки установлены на шайбе с возможностью перестановки, что позволяет обеспечить размыкание контактов при достижении крюковой подвески крайнего положения. Для двустороннего срабатывания ограничителя устанавливают две кулачковые шайбы и соответствующее число кулачков и контактов. Обычно вал червяка 14 ограничителя соединяют зубчатой (цепной) передачей 17 с валом 16 барабана механизма подъема груза (рисунок 14,в). Конечные выключатели ВУ-150А предназначены для одностороннего ограничения верхнего положения крюковой подвески, а ВУ-250А - для двустороннего ограничения верхнего и нижнего положений.
В соответствии с требованиями Правил по кранам во избежание удара об упоры или опасного сближения двух кранов, работающих на одном крановом пути, предусмотрена установка ограничителей пути движения крана и грузовой тележки, если скорость их движения превышает 32 м/мин (по СТ СЭВ 725-77 - 0,5 м/с) и с поста управления нельзя надежно определить расстояние до упоров.
Как правило, применяют ограничители механического типа, состоящие из рычажного конечного выключателя КУ-701 с самовозвратом рычага 2 в исходное положение и выключающей линейки 3 (рис.12, а). Конечный выключатель / механизма передвижения крана устанавливают на самом кране 4, а выключающую линейку закрепляют на крановом пути перед тупиковым упором. Для ограничения пути движения выключатель также устанавливают на металлоконструкции крана, а выключающую двустороннюю линейку (с двумя загнутыми концами) - на тележке.
Рисунок 14 - Шпиндельный конечный выключатель типа ВУ: а - принципиальная схема; б - устройство; в применение выключателя ВУ-250А в качестве ограничителя верхнего и нижнего положений крюковой подвески крана;
При воздействии линейки на ролик рычага конечного выключателя рычаг поворачивается по ходу механизма (из положения 1 в положение 2) и размыкает контакты.
У кранов большой грузоподъемности с высокими скоростями рабочих движений, имеющих большой выбег (путь движения после выключения механизма), выключающая линейки должна иметь большую длину, что неудобно. Поэтому в этом случае применяют конечный выключатель КУ-702, двуплечий рычаг которого не имеет самовозврата и возвращается в исходное положение при обратном ходе механизма принудительно при помощи отключающего упора, имеющего малые по сравнению с линейкой размеры. В отдельных случаях применяют конечный выключатель КУ-704 с зубчатым сектором, управляемым специальным упором (рисунок 14, б).
С целью исключения наезда крана на упоры и удара о буфер выключающую линейку необходимо устанавливать таким образом, чтобы отключение привода механизма происходило на расстоянии от тупикового упора не менее половины пути торможения механизма (у козловых кранов - не менее полного пути торможения). Пути торможения механизмов указывает завод-изготовитель крана в его паспорте. Длина выключающих линеек, воздействующих на конечные выключатели, должна быть такой, чтобы на длине пути торможения был обеспечен надежный контакт между рычагом конечного выключателя и линейкой.
В случае применения двухскоростных приводов механизмов передвижения устанавливают два конечных выключателя для одного рабочего движения крана, один из которых переключает привод на движение с меньшей скоростью (посадочной, установочной), а другой автоматически выключает привод при достижении крайнего положения механизма. Расстояние между конечными выклю
Вывод
В данной работе был рассчитан и спроектирован мостовой кран, были рассчитаны параметры механизмов подъема и передвижения тележки.
Как показали проектные и расчетные данные, выбранные узлы и механизмы отвечают правилам и нормам госпромнадзора и обеспечивают выполнение основных положений технического задания.
Конструкция механизмов спроектированы с учетом специфики эксплуатации механизма и требований, предъявляемых к прочности, надежности и долговечности данных изделий.
Следовательно, можно сделать вывод: спроектированный мостовой кран отвечает необходимым критериям работоспособности и обеспечивает выполнение требований технического задания.
Список литературы
1. Справочник по расчетам механизмов подъемно - транспортных машин. А.В. Кузьмин, Ф.Л. Марон. - М.: Высшая школа, 1983.
2. Справочник по кранам: В 2 т. Брауде В.И., Гохберг М.М., и др.; Под общей ред. М.М. Гохберга - М.: Машиностроение,1988.
3. Подъемно-транспортные машины. Атлас конструкций, под ред. Александрова М.П. и Решетникова Д.Н. - М.: Машиностроение,1987.
4. Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов. - 2-е изд. - Минск: Центр охраны труда и пром. безопасности, 2009.
Размещено на
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
