Комплексная механизация погрузочно-разгрузочных работ на железнодорожном контейнерном складе

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

В дипломном проекте рассмотрена комплексная механизация погрузочно-разгрузочных работ на железнодорожном контейнерном складе с конструкторской разработкой козлового контейнерного крана,Q = 32 т.

Кран предназначен для транспортировки крупнотоннажных контейнеров типоразмеров 1А, 1С. Пролет крана Lкр=25000мм. Длина консолей lконс=500мм.

1.Комплексная механизация железнодорожного контейнерного склада

В данном проекте рассмотрена комплексная механизация железнодорожного склада. Высокая степень автоматизации погрузо-разгрузочных работ данного склада стала возможной в связи с тем, что грузы на нем хранятся в крупнотоннажных контейнерах.

Контейнеры представляют собой стандартизованные по внешним и внутренним габаритам и местам расположения захватных приспособлений хранилища для грузов. По углам контейнеров размещены специальные элементы - фитинги, используемые как опоры контейнеров при их щтабелировании и как элементы для захвата контейнеров при их перегрузке.

В связи с тем, что крупнотоннажные контейнеры массой брутто 10т (1Д) и 25т (1ВВ, 1В) в СНГ, как правило не применяются, при автоматизации железнодорожного склада будем исходить из того, что весь грузооборот на нем происходит в контейнерах массой 32т (1А) и 20т (1С).

Так как грузооборот склада тесно связан со временем выполнения погрузочно-разгрузочных операций, то целью автоматизации является уменьшение времени на их проведение и как следствие увеличение грузооборота склада и получения максимальной прибыли от использования складских площадей. Кроме того, целью автоматизации является удаление из зоны погрузочно-разгрузочных работ обслуживающего персонала для предотвращения производственных травм.

В качестве средства автоматизации склада в ходе дипломного проекта был выбран козловой контейнерный кран, целесообразность применения которого обоснована большой площадью склада, что усложняет применение наземных погрузчиков. Кроме того, это позволяет увеличить емкость склада за счет складирования контейнеров в 2 яруса и уменьшения промежутков между контейнерами в связи с отсутствием необходимости оставлять проезды для погрузчиков.

В качестве грузозахватного устройства в кране предложено применить специальное грузозахватное приспособление - спредер. Спредер осуществляет автоматическое сцепление и расцепление с контейнером без участия стропальщика. При опускании спредера на контейнер Т - образные штыри заходят в отверстия фитингов и 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 спредер производит захват рамы для работы с контейнером 1А и производится подключение к этой 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 тоже время не сказывается на работе склада, так как под контейнеры 1А остается достаточно складского места между опорами крана. В тоже время опоры крана выполнены таким образом, что контейнеры 1С проходят сквозь них без поворота захвата, что ускоряет проведение погрузочно-разгрузочных работ.

2.Краткое описание проектируемого козлового крана.

Проектируемый кран - контейнерный козловой кран, предназначенный для обслуживания железнодорожного контейнерного склада, полностью заполненного грузовыми контейнерами, причем половина из них массой 20т, а другая половина - массой 32т. в течение рабочей смены типоразмер перегружаемых контейнеров изменяется, в среднем, четыре раза в день.

Все элементы металлоконструкции - коробчатого сечения. Пролетное строение состоит из 2-х главных и 2-х концевых балок, опирающихся на 4 опоры, соединенные между собой попарно стяжками. Механизм передвижения крана состоит из балансиров и восьми ходовых тележек, собранных попарно под каждой опорой и имеющих индивидуальный привод.

Грузовая тележка представляет собой сварную раму, установленную на четырех двухребордных приводных колесах и перемещающуюся по мосту крана. На раме тележки козлового крана размещается механизм подъема и механизм передвижения тележки.

Механизм подъема представляет собой двухбарабанную лебедку.

Механизм передвижения грузовой тележки состоит из двух приводов: один привод - 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 колеей тележки. Пролет проектируемого крана 25000мм, а база 14000мм. Колея тележки 13500мм, а база 2500мм.

3.Расчет механизма подъема

3.1 Исходные данные

1. Грузоподъемность, кг

2. Масса захвата, кг

3. Скорость подъема, м/с

4. Кратность полиспаста

5. Число ходовых колес

6. Число приводных колес

7. Группа режима работы 4

3.2 Выбор кинематической схемы механизма и схемы запасовки каната

Кинематическая схема механизма подъема крана представлена на рис. 1.

рис. 1.

Схема запасовки каната представлена на рис. 2.



рис. 2.

Для данной схемы:

§ Кратность ;

§ Число ветвей каната ;

3.3.Выбор каната и определение диаметра барабана

Выбор каната производится на основе выполнения условия:

; где - коэффициент запаса (для 4 группы режима работы ,), а - максимальное усилие в канате от веса груза. Оно рассчитывается по следующей формуле:

, где:

- вес груза;

- КПД блока.

Таким образом, окончательно: .

Таким образом, .

Выбирается канат ЛК-Р конструкции 6х19 (1+6+6/6)+1 о.с. двойной свивки с органическим сердечником нераскручивающийся (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, I марка проволоки, маркировочная группа 1862 МПа, вид покрытия проволоки - оцинкованная, сочетание направлений свивки элементов - крестовая, способ свивки каната - нераскручивающийся).

Диаметр барабана определяется из следующего условия:

;

где - диаметр каната, а - коэффициент, зависящий от группы режима работы, .

Таким образом, . По конструктивным соображениям, исходя из нормального ряда диаметров барабанов, выбирается .

3.4 Определение длины барабана и частоты его вращения

Сдвоенный барабан с шагом нарезки: .

Окончательно выбирается .

Длина барабана рассчитывается по формуле

, где:

- длина участка барабана под крепление каната;

- 1,5 неприкосновенных витка;

- ненарезанная часть;

- рабочая часть.

Длина ненарезанной части барабана рассчитывается из условия ограничения угла отклонения каната при максимально приближенной к барабану тележке. По конструктивным соображениям она принимается равной .

Число витков на рабочей части барабана:

,

где - кратность полиспаста.

Таким образом,

.

Окончательно она принимается .

Частота вращения барабана определяется из следующих соображений:

Окружная скорость на поверхности барабана . С другой стороны, , где - скорость подъема груза. Тогда:

.

3.5 Выбор электродвигателя

Необходимая мощность электродвигателя: . С учетом того, что продолжительность включения для 4 Гр.Р.Р. составляет , по каталогу выбирается электродвигатель MTН 612-6. Его параметры:

Мощность на валу 112 кВт,

Частота вращения

Максимальный момент на валу 3580Нм

3.6 Выбор редуктора

Передаточное отношение редуктора равно . По каталогу осуществляется подбор редуктора типа Ц2-650 с ближайшим передаточным числом: ().

Допустимый крутящий момент на тихоходном валу .

Допустимая консольная нагрузка на тихоходном валу 69651Н

3.7 Проверка редуктора

1. По моменту:

2. По допустимой консольной нагрузке:

4.Механизм передвижения крана

Принципиальная кинематическая схема механизма передвижения крана приведена на рис. 3. Механизм имеет раздельный привод, осуществляемый от кранового электродвигателя через трехступенчатый цилиндрический вертикальный навесной редуктор на ходовое колесо. Тормозное устройство прикреплено к редуктору на специальной подставке.

4.1 Исходные данные

8. Грузоподъемность, кг

9. Масса крана, кг

10. Масса захвата, кг

11. Скорость передвижения, м/с

12. Число ходовых колес

13. Число приводных колес

14. Режим работы

Кинематическая схема механизма передвижения крана

рис. 3.

4.2 Выбор ходовых колес крана

Схема для определения нагрузок на ходовые колеса крана представлена на рис. 4.

(груз в крайнем положении)

рис. 4.

Сумма моментов относительно точки В:

;

где:

- вес крана;

- вес захвата с грузом, тележки и кабины;

- пролет крана;

- расстояние от оси захвата при его крайнем положении

до оси ходовых колес.

Тогда нагрузка на ходовое колесо:

.

Выбираем приводные ходовые колеса:

К2РП-560-1 (ОСТ 24.090.0975)

Неприводные ходовые колеса:

К2РН-560-1 (ОСТ 24.090.0975)

Диаметр: 560 мм;

Материал колеса - сталь 75-2-а-I по ГОСТ 14959-79, НВ-330(закалка, отпуск).

Рельс - Р43 (ГОСТ 4121-76).

4.3 Определение сопротивления передвижению крана с учетом ветровой нагрузки и уклона кранового пути

Сопротивление в ходовых колесах с учетом трения реборд и торцов ступиц:

где:

- коэффициент, учитывающий трение реборд и торцов ступиц ходовых колес крана о головки рельсов. Для кранов козлового типа с раздельным приводом механизма передвижения, для цилиндрических ходовых колес с подшипниками качения ;

- коэффициент трения качения ходовых колес по рельсам. Ходовое колесо - чугунное, диаметр - 560 мм, головка рельса - скругленная, следовательно ;

- коэффициент трения в подшипниках опор ходового колеса, приведенный к диаметру d цапфы вала колеса;

d = 12 см - диаметр цапфы вала колеса.

- диаметр поверхности дорожки качения ходового колеса.

- вес крана

- вес груза.

Горизонтальная составляющая веса крана от уклона подкрановых путей:

где - уклон подкрановых путей для козловых кранов;

Расчетная ветровая нагрузка рабочего состояния при расчете мощности двигателей механизмов принимается равной 70% от статической составляющей ветровой нагрузки :

Полное статическое сопротивление передвижению крана:

4.4 Выбор электродвигателя

Потребная мощность электродвигателя:

где:

- скорость передвижения крана;

- КПД привода механизма;

Принимаем электродвигатель типа MTF 311-6;

Мощность двигателя:

Частота вращения вала двигателя:

Максимальный момент:

Пусковой момент двигателя:

;

;

;

;

;

;

4.5 Выбор редуктора

Редуктор выбирается по условию:

Частота вращения ходового колеса крана:

где:

- скорость передвижения крана;

- диаметр ходового колеса;

Необходимое передаточное число:

Расчетная мощность редуктора:

где:

- коэффициент режима работы;

для среднего режима работы;

- мощность электродвигателя при ПВ=25% ;

Выбираем редуктор Ц3ВК-250 :

Фактическое передаточное число: ;

Крутящий момент на тихоходном валу: .

4.6 Проверка редуктора по двигателю

Наибольший момент, передаваемый редуктором:

;

где m - кратность пускового момента;

для среднего режима работы;

;

Расчетный момент, передаваемый электродвигателем на тихоходный вал редуктора, с учетом динамических нагрузок, возникающих при пуске:

Где - коэффициент динамических перегрузок;

;

Где:

- составляющая момента при ударе в зацеплении;

- коэффициент, учитывающий отношение момента инерции от перемещаемой массы к общему моменту инерции привода.

, следовательно редукторы выбраны правильно.

4.7 Проверка запаса сцепления при пуске

При расчетах коэффициента запаса сцепления рассматриваем случай наихудшего сочетания нагрузок: работа крана без груза, усилие от ветровой нагрузки и уклона подкранового пути направлены против движения крана.

Для обеспечения движения крана в период пуска без пробуксовки приводных колес необходимо, чтобы выполнялось условие:

;

где:

- коэффициент запаса сцепления;

- число приводных ходовых колес крана;

- общее число ходовых колес крана;

- вес крана;

- вес захвата;

- коэффициент сцепления колеса с рельсом;

- сила внешнего статического сопротивления при работе крана без груза;

- масса крана;

- ускорение при пуске.

Сила внешнего статического сопротивления:

 ;

где:

- полное статическое сопротивление передвижению, при работе крана без груза;

- сопротивление от трения в опорах приводных колес.

;

где:

- сопротивление в ходовых колесах с учетом трения реборд и торцов ступиц при работе крана без груза;

- сопротивление от уклона кранового пути;

- ветровая нагрузка.

;

Получаем:

;

Сопротивление от трения в опорах приводных колес:



Тогда сила внешнего статического сопротивления:

.

Определение ускорения при пуске крана:

где:

- пусковой момент двигателя;

- момент инерции вращающихся масс на валу двигателя;

- частота вращения вала двигателя;

- время пуска.

Подставляя значения, получим:

;

Ускорение при пуске крана:

;

где - скорость движения крана;

Коэффициент сцепления:

.

4.8 Выбор тормоза

Тормозной момент механизма передвижения крана определяют при обеспечении надлежащего сцепления ходового колеса с рельсом, которое исключило бы возможность юза при торможении крана, движущегося с номинальной скоростью без груза.

Максимально допустимое замедление, при котором обеспечивается заданный запас сцепления ходовых колес с рельсом, равный 1,2, определяют следующим образом:

где - коэффициент сцепления колеса с рельсом;

- коэффициент запаса сцепления;

- сопротивление передвижению крана от сил трения, возникающих в ходовых колесах.

Выбираем двухколодочный нормально замкнутый тормоз ТТ-200.

Наибольший тормозной момент:

Диаметр тормозного шкива:

5.Расчет вала ходового колеса крана

5.1 Расчет вала на статическую прочность

Расчет валов проводится на статическую прочность и усталость. Расчет валов на статическую прочность проводится при действии максимальных нагрузок рабочего состояния; на усталость - по эквивалентным нагрузкам нормального состояния.

Материал - 40Х

Для расчета приняты следующие нагрузки:

а) в вертикальной плоскости

- максимальное статическое давление на ходовые колеса;

- сила тяжести от массы привода;

- осевая сила, приложенная к ободу колеса;

- изгибающий момент;

- пара сил, возникающая от действия осевой силы.

б) в горизонтальной плоскости:

- крутящий момент;

- горизонтальная сила, возникающая от действия реактивного крутящего момента.

5.1.1 Определение величины опорных реакций

Величина максимальных опорных реакций определяется с учетом знакопеременности изгибающего момента от осевой силы, приложенной к реборде ходового колеса. При этом реакция в опоре определяется при худшем случае нагружения вала моментом для данной опоры.

5.1.2Определение изгибающих моментов в расчетных сечениях

Сечение 1-1

Сечение 2-2

Сечение 3-3

Статическую прочность считают обеспеченной, если ,где - минимально допустимое значение общего коэффициента запаса по текучести.

;

- частные коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям.

Сечение 1-1

- нормальное напряжение в расчетном сечении.

- предел текучести при растяжении с учетом размеров вала.

где - диаметр расчетного сечения.

- поправочный коэффициент для вала с одной шпонкой при расчете на изгиб.

- масштабный коэффициент.

- предел текучести образца.

- касательное напряжение в расчетном сечении.

где - поправочный коэффициент для вала с одной шпонкой при расчете на кручение.

- предел текучести при кручении с учетом размеров вала.

Данный вал на прочность проходит.

Сечение 2-2

- нормальное напряжение в расчетном сечении.

- предел текучести при растяжении с учетом размеров вала.

где - диаметр расчетного сечения.

- поправочный коэффициент для вала с одной шпонкой при расчете на изгиб.

- масштабный коэффициент.

- предел текучести образца.

- касательное напряжение в расчетном сечении.

где - поправочный коэффициент для вала с одной шпонкой при расчете на кручение.

- предел текучести при кручении с учетом размеров вала.

Данный вал на прочность проходит.

Сечение 3-3

- нормальное напряжение в расчетном сечении.

- предел текучести при растяжении с учетом размеров вала.

где - диаметр расчетного сечения.

- поправочный коэффициент для вала с одной шпонкой при расчете на изгиб.

- масштабный коэффициент.

- предел текучести образца.

- касательное напряжение в расчетном сечении.

где - поправочный коэффициент для вала с одной шпонкой при расчете на кручение.

- предел текучести при кручении с учетом размеров вала.

Данный вал на прочность проходит.

5.2 Расчет вала на устойчивость

5.2.1Определение коэффициентов долговечности

Расчет вала на устойчивость проводится по эквивалентной нагрузке. Величина эквивалентной нагрузки валов, работающих на изгиб и кручение, определяется как произведение номинальной нагрузки на соответствующий коэффициент долговечности, который оценивает фактический режим нагружения.

Коэффициенты долговечности определяются следующим образом

где - коэффициенты срока службы.

- коэффициент переменности нагрузки.

- базовое число циклов

где - машинное время работы кранового механизма при среднем режиме работы и общем сроке службы 15 лет.

- число включений механизма в час.

5.2.2 Определение нагрузок при расчете валов на выносливость

- максимальное статическое давление на ходовые колеса;

- эквивалентная нагрузка;

- сила тяжести от массы привода;

- осевая сила, приложенная к ободу колеса;

- изгибающий момент;

- пара сил, возникающая от действия осевой силы.

- эквивалентная сила;

- крутящий момент;

- эквивалентный крутящий момент;

- горизонтальная сила, возникающая от действия реактивного крутящего момента;

- эквивалентная сила, возникающая от действия реактивного крутящего момента.

5.2.3Определение величины опорных реакций

5.2.4 Определение изгибающих моментов в расчетных сечениях

Сечение 1-1

Сечение 2-2

Сечение 3-3

5.2.5 Определение общего запаса прочности по усталости

Запас прочности при совместном действии нормальных и касательных напряжений:

- запас прочности по нормальным напряжениям;

- запас прочности по касательным напряжениям.

где - коэффициенты концентрации расчетного сечения вала;

- коэффициент упрочнения;

- масштабный фактор при изгибе и кручении;

- пределы усталости вала при симметричном цикле изменения напряжений при изгибе и кручении.

Сечение 1-1

- нормальное напряжение в расчетном сечении.

- касательное напряжение в расчетном сечении.



Данный вал на усталость проходит.

Сечение 2-2

- нормальное напряжение в расчетном сечении.

- касательное напряжение в расчетном сечении.

Данный вал на усталость проходит.

Сечение 3-3

- нормальное напряжение в расчетном сечении.

- касательное напряжение в расчетном сечении.

Данный вал на усталость проходит.

5.3 Проверка подшипников

Проверяем подшипник 3622 на заданный ресурс.

- номинальная долговечность подшипника.

где - степенной показатель для роликоподшипника;

- динамическая грузоподъемность;

- эквивалентная динамическая грузоподъемность.

где - коэффициент вращения;

- коэффициент радиальной нагрузки;

- коэффициент осевой нагрузки;

- коэффициент безопасности работы подшипника;

- температурный коэффициент;

- осевая нагрузка на подшипник;

- радиальная нагрузка на подшипник при подъеме груза.

Расчетный ресурс подшипника для среднего режима работы и срока службы 5 лет:

Следовательно, проверяемый подшипник проходит по долговечности.

6.Расчет соединений

6.1 Расчет шлицевого соединения

Шлицы прямобочные по ГОСТ 1139-80. Напряжение смятия в шлицах рассчитывается следующим образом.

,

где: ;

- число зубьев;

- средний по высоте зуба диаметр;

- рабочая высота зубьев;

- длина соединения;

- коэффициент, учитывающий неравномерное распределение нагрузки между зубьями и вдоль зубьев шлицов.

Таким образом, МПа МПа.

6.2 Расчет шпоночного соединения

Основным фактором, действующим на шпонку, является упругопластическое сжатие в зоне контакта. Вследствие этого, проводится условный расчет на смятие.

Шпонки изготовлены из стали 45, для нее . Допускаемое напряжение смятия .

;

где:

- вращающий момент;

- диаметр вала;

- рабочая длина шпонки;

- глубина врезания шпонки в ступицу; - высота шпонки (см. рис. 6).

рис. 6.

Шпонка призматическая, ГОСТ 23360-78

Таким образом, шпонка обеспечивает передачу заданного момента, причем с некоторым запасом.

7.Проверочный расчет зубчатого зацепления

Материал- Сталь 40Х.

Колеса - улучшение, твердость 235…262НВ, шестерни - улучшение, твердость 269…302НВ.

7.1 Проверка зубьев колес по контактным напряжениям

Расчетное значение контактного напряжения:

; откуда

где:

- для косозубых передач, ;

- допускаемое контактное напряжение;

- ширина 4 зубчатого колеса;

- коэффициент нагрузки в расчетах на контактную прочность;

- КПД цилиндрической з.п.

7.1.1 Определение допускаемого контактного напряжения

где:

- предел контактной выносливости, который определяется по эмпирической зависимости:

- коэффициент долговечности: , где:

() - число циклов, соответствующее перелому кривой усталости Вёлера. Так как , то принимается значение ;

Ресурс передачи принимается равным .;

Коэффициент долговечности принимается равным ;

Коэффициент учитывает влияние шероховатости сопряженных поверхностей зубьев. Так как, в данном случае, зубья шлифованные, то принимается ;

Коэффициент учитывает влияние окружной скорости. Так как речь идет о передаче с малой скоростью, то принимается ;

- коэффициент запаса прочности. Так как зубчатые колеса были подвергнуты объемной закалке, т.е. имеют однородную структуру, то принимается ;

Окончательно: .

7.1.2 Определение значения коэффициента нагрузки

Коэффициент нагрузки определяется по следующей формуле:

, где:

Коэффициент , учитывающий внутреннюю динамику нагружения, связанную с ошибками шагов зацепления и погрешностями профилей зубьев шестерни и колеса. По таблице 2.6 [6], с учетом косозубости зацепления, окружной скорости и 6 степени точности, выбирается значение

Коэффициент учитывает неравномерность распределения нагрузок по длине контактных линий. Он определяется по формуле: , где:

- коэффициент неравномерности распределения нагрузки в начальный период работы. Значение выбирается по табл. 2.7 [6], с учетом твердости на поверхности зубьев колеса 600HB, схемы передачи №4 (двухступенчатый соосный редуктор) по рисунку 2.4 [6] и коэффициента ширины , равного . Окончательно, коэффициент принимается равным ;

- коэффициент, учитывающий приработку зубьев. В зависимости от окружной скорости () для зубчатого колеса с меньшей твердостью (60HRC), из табл. 2.8 [6] принимается равным ;

Таким образом, .

- коэффициент распределения нагрузки между зубьями. Его определяют по следующей формуле: , где:

- начальное значение коэффициента распределения нагрузки между зубьями. Его определяют по формуле: , где для з.к. с твердостью и ; а - степень точности. Таким образом, окончательно:

;

.

Такое высокое значение коэффициента нагрузки получается благодаря коэффициентам и . Для улучшения характеристик передачи, коэффициент нагрузки необходимо минимизировать. Для этого можно изготавливать зубчатые колеса большей степени точности.

Таким образом:



7.2 Проверка зубьев колес по напряжениям изгиба

Расчетное напряжение изгиба в зубьях колеса:

, (2) где:

- коэффициент нагрузки при расчете по напряжению изгиба;

- допускаемое напряжение изгиба;

- окружная сила.

7.2.1 Определение допускаемого напряжения изгиба

, где:

- предел выносливости, ;

- коэффициент долговечности, ; где:

для закаленных зубьев;

- число циклов, соответствующих перелому кривой усталости Вёлера;

- ресурс передачи в циклах (Если , то принимают );

- учитывает влияние шероховатости, ;

- учитывает влияние двухстороннего приложения нагрузки. В данном случае, нагрузка односторонняя, ;

- значение коэффициента запаса для цементованных колес.

Таким образом, окончательно:

.

7.2.2 Определение значения коэффициента нагрузки по изгибу

Коэффициент нагрузки определяется из следующего соотношения:

; где:

Коэффициент учитывает внутреннюю динамику нагружения. По таблице 2.9 [1], для шестой степени точности, скорости меньше , и твердости на поверхности колеса 600HB, его значение принимается ;

Коэффициент учитывает неравномерность распределения напряжений у основания зубьев по ширине зубчатого венца. Он вычисляется по следующей формуле: , где =1,4 - коэффициент неравномерности распределения нагрузки в начальный период работы (его определение см. выше, в пункте 7.1.2). Таким образом, ;

Коэффициент учитывает влияние погрешностей изготовления на распределение нагрузки между зубьями. .

Таким образом, .

Столь высокое значение коэффициента обусловлено коэффициентом , о котором речь шла выше, в пункте 7.1.2. Его значение можно снизить, изготавливая зубчатые колеса более точно, либо меньшей ширины.

7.2.3 Определение значения коэффициента

Коэффициент учитывает форму зуба и концентрацию напряжений, в зависимости от приведенного числа зубьев:

.

С целью повышения изломной прочности зубьев, при , зубчатую передачу выполняют со смещением, которое определяется из соотношения: . Из таблицы 2.10 [6], принимают значение .

Остальные компоненты формулы (2) определяются следующим образом:

Коэффициент учитывает угол наклона зубьев в косозубой передаче. Определяется из соотношения: ;

Коэффициент учитывает перекрытие зубьев. Для косозубых передач ;

Окружная сила определяется из следующих соображений:

; ;

.

После подстановки значений всех компонент в формулу (2), получается соотношение для определения напряжения изгиба:

;

8. Расчет механизма поворота захвата

8.1 Исходные данные

1. Масса поворотной части захвата, т

2. Масса контейнера, т

3. Масса груза в контейнере, т

4. Диаметр дорожки катания

опорно-поворотного устройства, м

5. Максимальное смещение центра

тяжести груза в контейнере, м

Кинематическая схема механизма поворота захвата представлена на рис. 7.

8.2 Определение суммарного момента сопротивления вращению

Суммарный момент сопротивления вращению

где - момент сопротивления вращению, создаваемый силами трения.

- момент сопротивления вращению, создаваемый силами инерции.

где - плечо трения качения

- по данным опорно-поворотного круга

- суммарное давление на ролики

При

где

- равнодействующая внешних нагрузок

- расстояние от оси вращения до равнодействующей

- опрокидывающий момент

где - частота вращения

- время разгона

8.3 Выбор редуктора

Необходимый крутящий момент на тихоходном валу редуктора:

где - КПД опорно-поворотного круга

- КПД зацепления опорно-поворотного круга

- КПД конической пары

Принят редуктор Ц2-250.

передаточное число

максимальный крутящий момент на тихоходном валу

8.4 Проверка редуктора по двигателю

На поворотной части захвата установлен двигатель MTF 012-6, имеющий

Редуктор выбран правильно, если выполняется условие:

Следовательно редуктор выбран правильно.

9. Проверочный расчет штыря

Проведем расчет штыря на прочность. Материал - Сталь 20Г

Схема нагружения штыря представлена на рис. 8.

рис. 8.

Расчетная формула

где

- коэффициент запаса прочности

- наибольшая нагрузка, приходящаяся на один штырь

Сечение 1-1

- внутренний диаметр резьбы М52

46,23<137,5

Сечение 2-2

30,77<137,5

10.Технологическая часть

10.1 Назначение и краткое описание конструкции

Механизм передвижения крана предназначен для передвижения козлового контейнерного крана по рельсовому пути. Приводными являются 8 из 16 колёс крана. Передвигается кран на складе контейнеров с помощью рельсового ходового устройства на стальных ходовых колесах с приводом от механизма передвижения по крановым путям. Механизм состоит из двигателя, зубчатой муфты, редуктора, тормоза. Тормоз установлен на быстроходном валу. Вращающий момент передаётся от двигателя, через зубчатую муфту, на быстроходный вал редуктора. К приводному колесу вращающий момент передаётся через шлицевое соединение полого выходного вала редуктора.



рис. 1.

10.2 Анализ технических требований

Двигатель механизма соединяется с редуктором при помощи зубчатой муфты. Для нормальной работы такого соединения необходимо при сборке механизма обеспечить соосность валов двигателя и редуктора. Для выполнения данных требований нужно обеспечить возможность регулирования наклона осей, а так же возможность их горизонтального и вертикального перемещения.

Ходовые колёса приводной тележки подвержены сильному износу, поэтому при сборке ходовой части тележки необходимо обеспечить выполнение следующих технических требований:

· оси валов ведущих и ведомых колес (оси О-О и О'-О') должны быть параллельны между собой.

· реборды колес должны располагаться в одной плоскости.

10.3 Технологичность конструкции

Совершенство конструкции механизма характеризуется его экономичностью, удобством эксплуатации, тем, насколько учтены возможности технологических методов его изготовления. Оценку технологичности конструкции данного механизма по сравнению с другой, производят, сопоставляя их трудоёмкость, себестоимость и материалоёмкость. Можно дополнительно учесть унификацию элементов, рациональность расчленения на конструктивные и технологические элементы, взаимозаменяемость элементов и другие факторы.

Изделие, достаточно технологичное в единичном производстве, может быть нетехнологичным в массовом производстве.

Конструкция механизма должна быть удобной для обслуживания и ремонта. Повышение ремонтопригодности изделия обеспечивается лёгкостью и удобством его разборки и сборки. Отработка конструкции на технологичность начинается уже на стадии разработки технического задания. На стадии эскизного проекта выявляют номенклатуру и параметры деталей, выявляют возможности их унификации и стандартизации, определяют возможность рационального членения или объединения деталей, анализируют условия сборки основных деталей, определяют номенклатуру ремонтируемых и сменных деталей изделия.

10.4 Технологическая схема сборки

10.5 Маршрут сборки механизма

козловой контейнерный кран склад

В основу разработки технологического процесса положены два принципа: технический и экономический. В соответствии с техническим принципом технологический процесс должен обеспечить выполнение всех требований рабочего чертежа и технических условий на изготовление данного изделия. В соответствии с экономическим принципом изготовление изделия должно вестись с минимальными затратами труда и издержками производства.

Сборка механизма передвижения начинается с установки ходовых колёс. Рама тележки устанавливается в положение, перевернутое относительно рабочего на 180 градусов. Вал (ось) в сборе с подшипниками устанавливается в корпус, закрывается крышкой и затягивается двумя болтами.



рис. 2.

Погрешность расположения ходовых 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.

рис. 3.

После сборки ходовой части тележку кантуют с помощью крана и устанавливают на подтележечные рельсы сборочного участка. При этом крановая тележка должна обоими колесами опираться на рельсы.

После сборки ходовой части, на вал приводного колеса надевается редуктор. Редуктор целиком опирается на шлицевое соединение. Фиксация выходного вала редуктора на валу приводного колеса осуществляется упором в буртик и закреплением с помощью двух болтов. Болты фиксируются отгибом кромки шайбы. Центрирование происходит по боковым граням шлицов.



рис. 4.

Затем на настиле тележки размечают осевую линию, параллельную осям ходовых колес. С помощью винтов устанавливают редуктор так, чтобы ось быстроходного вала совпадала с линией. После выверки положения оси регулировочные винты стопорятся контргайками.

рис. 5.

рис. 6.

Далее необходимо установить электродвигатель. Перед его установкой нужно определить его рабочее положение, определяемое допустимыми погрешностями расположения валов. Положение электродвигателя в горизонтальной плоскости регулируется поворотом редуктора относительно выходного вала редуктора соответствующими болтами. Положение электродвигателя в вертикальной плоскости регулируется подкладками под лапы двигателя. Толщина подкладок определяется с помощью измерительного устройства, устанавливаемого на предварительно смонтированную полумуфту. С помощью индикатора производят два замера в вертикальной плоскости. Модуль разности показаний индикатора соответствует двойной величине несоосности валов в вертикальной плоскости. Подобранные по найденному размеру подкладки приваривают на место установки двигателя.

При непосредственной установке двигателя на штатное место необходимо совместить крепёжные отверстия. Отверстия совмещаются посредством введения в них стержня, имеющего на конце конусную поверхность.

После совмещения отверстий двигатель закрепляется болтовыми соединениями.

рис. 7.

После установки двигателя необходимо соединить полумуфты. Полумуфты соединяются шестью болтами для отверстий из-под развёртки посажеными с натягом.



11.Требования безопасности, предъявляемые к проектируемому крану

11.1 Введение

Рассматриваемым в данном разделе объектом является козловой контейнерный кран грузоподъемностью 32т, установленный на железнодорожных и заводских контейнерных площадках. Кран эксплуатируется на открытом воздухе. Проанализируем экологические факторы, негативно влияющие на обслуживающий персонал во время эксплуатации крана. Эти факторы можно условно разделить на:

· Вредные, т.е. факторы, постоянно воздействующие на обслуживающий персонал, вне зависимости от их действий.

· Потенциально опасные, т.е. факторы, имеющие место быть при неисправностях системы крана и ненадлежащих действиях обслуживающего персонала.

Применительно к рассматриваемому крану можно выделить следующие вредные факторы:

· Вибрации, возникающие во время работы механизмов крана, при взаимодействии ходовых колес с рельсовыми путями во время движения и при колебаниях металлоконструкции крана от динамических нагрузок в процессе подъема.

· Шумы, возникающие в процессе работы механизмов крана, при взаимодействии ходовых колес с рельсовыми путями во время движения и при взаимодействии грузов с основанием, на которое они опускаются.

Применительно к рассматриваемому крану можно выделить следующие потенциально опасные факторы:

· Большая высота, на которой расположено рабочее место крановщика.

· Наличие силовых электрических кабелей высокого напряжения.

· Наличие горючих материалов в рабочей зоне обслуживающего персонала.

11.2 Устройства, обеспечивающие безопасность работы

11.2.1 Галереи, площадки и лестницы, ограждения подвижных частей

Галереи, площадки и лестницы на кранах предусматриваются для их технического обслуживания, ремонта и контроля, и должны соответствовать требованиям ГОСТ 12.2.067-81 и Госгортехнадзора.

Галереи, проходы и площадки кранов должны иметь ограждения с наружной стороны. У проектируемого крана концевые балки, используемые для проходов, имеют настил и ограждение с наружной стороны. Грузовая тележка крана имеет настил, так как установленное на ней оборудование не может обслуживаться с галереи моста. При этом с торцевых сторон тележки установлено ограждение. Настил площадок и галерей металлический, исключает возможность скольжения ног (стальные рифленые листы).

Размеры люка для входа на площадки и галереи, устроенного в настиле, приняты 500x500 мм. Свободная высота над настилом галерей, площадок и проходов, за исключением настила концевых балок и тележки, 1800 мм. Ширина галереи обеспечивает свободный проход 500 мм. Высота ограждения перилами галерей, проходов и площадок 1000 мм со сплошной зашивкой по низу на высоту 100 мм.

Наклонные лестницы имеют угол наклона не более 75°, ограждены перилами и имеют ширину между перилами 600 мм, Шаг ступеней одинаков по всей высоте лестницы. На верхней площадке установлены скобы с расстоянием между ними 500 мм.

Легкодоступные находящиеся в движении части грузоподъемной машины, которые могут быть причиной несчастного случая, должны быть закрыты прочно укрепленными металлическими съемными ограждениями, допускающими удобный осмотр и смазку. Обязательному ограждению подлежат:

-- соединительные муфты с выступающими болтами и шпонками;

-- валы механизмов передвижения кранов мостового типа при скорости более 50 об/мин.

Ограждению подлежат также валы других механизмов грузоподъемных машин, которые расположены в местах, предназначенных для прохода обслуживающего персонала.

Все неизолированные токоведущие части электрооборудования крана, в том числе выключателей, контакторных панелей и ящиков сопротивления, должны быть ограждены в случае их расположения, не исключающего случайное к ним прикосновение лиц, находящихся в кабине на галереях и площадках грузоподъемной машины, а также возле нее. Ограждению подлежат также неизолированные токоведущие части выключателей, подающих напряжение на главные троллейные провода или на питающий кабель.

Главные троллейные провода, расположенные вдоль кранового пути, и их токоприемники недоступны для случайного к ним прикосновения с моста крана, лестниц, посадочных площадок и других площадок, где могут находиться люди, что обеспечивается соответствующим расположением или ограждением проводов и токоприемников.

Ограждение троллей производится по всей длине и с торцов.

Подъемно транспортное оборудование, кабины и ограждения кранов, тележки, захваты окрашиваются в желтый сигнальный цвет. Основное смысловое значение желтого сигнального цвета -- предупреждение, возможная опасность. Контрастный цвет -- черный. Предупреждающую окраску объектов и элементов (за исключением открытых подвижных частей производственного оборудования: рукояток, маховиков) следует выполнять в виде чередующих наклонных под углом 45-60° полос шириной 30-200 мм желтого сигнального и черного цветов при соотношении ширины полос 1:1. Ширину полос следует устанавливать в зависимости от размеров объекта и расстояние, с которого должно быть видно предупреждение.

11.2.2 Электробезопасность

Электрические машины, аппараты и приборы для управления механизмами крана устанавливается в соответствии с правилами Госгортехнадзора, требованиями ПУЭ и соответствующих РТМ. Расстояние между корпусами электродвигателей, другого электрооборудования и металлоконструкциями крана должно быть не менее 300 мм. Для обслуживания электрических машин ширина свободного прохода между металлоконструкциями крана и корпусами электрооборудования должна быть не менее 600 мм (в свету до 1000 мм).

Магнитные контроллеры и шкафы управления устанавливаются на мосту крана на расстоянии не менее 150 мм от ограждения для возможности прокладки проводов сзади. Защитная панель размещается на стенке кабины с шириной прохода перед лицевой частью панели не менее 600 мм, рукоятка рубильника должна быть на высоте не более 1700 мм от уровня пола. Пусковые резисторы размещаются на расстоянии не менее 300 мм от магнитных контроллеров и не менее 150 мм от уровня пола.

На кранах в силовых цепях не допускается прокладка медных проводов с сечением менее 2,5 мм2 с изоляцией на напряжение ниже 500 В. Допускается применение проводов с алюминиевыми многопроволочными жилами сечением не ниже 16 мм2. В цепях управления используются медные провода сечением не менее 1,5 мм2, алюминиевые - сечением не менее 4 мм2, для цепей связи, телевидения и телеуправления - провод сечением 2,5 мм . Марка проводов, используемых для монтажа, и способ защиты выбираются по РТМ 24.090.37-78.

Проводка на металлических конструкциях, в кабинах и внутри машинных помещений выполняется в стальных коробах или трубах проводами типов ПР, ПРГ (каталог 19.23.05-81 «Провода силовые с резиновой изоляцией»; ГОСТ 20520-75) или кабелем типов КРПТ, КРПС (ГОСТ 13497-77 «Кабели силовые гибкие на напряжение 660 В»).

Вывод из коробов и труб к электродвигателям, резисторам и конечным выключателям рекомендуется выполнять в гибких металлических рукавах и соединять рукава с электроаппаратом согласно ОСТ 24.09.08-75.

Токоподвод с жесткими троллеями применяется при питании от сети переменного тока частотой 50-60 Гц, напряжением до 660 В и от сети постоянного тока напряжением до 500 В. Выбор профиля троллей определяется конструкцией токоприемников и требуемым сечением.

Контакты приборов и устройств безопасности (концевых выключателей, блокировки люка, двери кабины, аварийного выключателя и т.п.) должны работать на разрыв электрической цепи.

Электрическая схема управления электродвигателями грузоподъемной машины должна исключать:

- самозапуск электродвигателей после восстановления напряжения в
сети, питающей грузоподъемную машину;

пуск электродвигателей не по заданной схеме ускорения;

пуск электродвигателей контактами предохранительных устройств
(контактами концевых выключателей и блокировочных устройств).

Для подачи напряжения на главные троллейные провода должен быть установлен выключатель в доступном для отключения месте. Выключатель, подающий напряжение на главные троллейные провода должен иметь приспособление для запирания его в отключенном положении.

Вводное устройство (защитная панель) крана должно быть оборудовано индивидуальным контактным замком с ключом (ключ-марка), без которого не может быть подано напряжение на кран.

11.2.3 Пожаробезопасность

Оборудование крана должно быть выполнено в соответствии с требованиями РД 24.090.91-89 "Машины грузоподъемные. Основные требования на реконструкцию для применения в пожароопасных зонах" и ТП РД 24.090.96-89 "Машины грузоподъемные для пожароопасных зон. Основные требования на проектирование".

Отопительные приборы кабины управления, электрооборудование крана должны быть безопасны в пожарном отношении, Электроизолирующие и виброизолирующие настилы должны соответствовать противопожарным нормам.

Металлоконструкции крана должны иметь огнеупорное покрытие.

При тушении электрооборудования следует использовать углекислотные огнетушители О У-5 или О У-2. Также должны быть предусмотрены емкости с песком.

Исходя из требований пожарной безопасности, расстояние от зданий до штабелей круглого леса и пиломатериалов должно быть соответственно не менее 15 и 30 м.

11.3 Устройства, обеспечивающие безопасность работы механизмов подъема

Согласно правилам Госгортехнадзора механизмы подъема груза выполняют так, что опускание груза возможно только двигателем.

Механизмы подъема снабжаются автоматически действующими тормозами нормально закрытого типа с электромагнитным приводом, размыкающимися при включении двигателей привода.

Тормоз механизма подъема груза должен обеспечивать тормозной момент с учетом коэффициента запаса торможения. Коэффициент запаса торможения для крана в механизме подъема принимают по нормам Госгортехнадзора в зависимости от типа привода и группы режима работы.

Для обеспечения безопасной работы механизмов подъема кран оборудован автоматически действующими ограничителями, выключающими механизмы, если груз приближается к положению, представляющему опасность для работающих людей, а также, если масса груза превышает грузоподъемность крана.

Кран снабжен ограничителем высоты подъема с рычажными концевыми выключателями, срабатывающими при подходе груза к крайнему верхнему положению. Концевой выключатель устанавливается так, что после

остановки грузозахватного устройства при подъеме без груза зазор между грузозахватным устройством и упором составляет не менее 200 мм. При достижении грузозахватным устройством крайнего положения оно поворачивает рычаг выключателя: это приводит к отключению электродвигателя механизма и к одновременному замыканию тормоза, что обеспечивает своевременную остановку грузозахватного устройства. Электрическая схема предусматривает возможность пуска механизма только в обратном направлении.

Кран снабжен двумя ограничителями грузоподъемности, автоматически выключающими двигатель механизма подъема, если масса груза превышает номинальную грузоподъемность более чем на 25%.

Механизм подъема имеет 4 барабана и 2 каната. Так как обрыв каждого из двух канатов недопустим, то устанавливается два ограничителя грузоподъемности: по одному на каждый канат.

При подъеме номинального груза (в пусковом периоде) на кран и, следовательно, на ограничитель грузоподъемности действует нагрузка Fmax, равная сумме статической и динамической сил. Затем постепенно колебание нагрузки уменьшается, и нагрузка становится равной статической силе FHOM, соответствующей номинальной нагрузке. Максимальная статическая нагрузка, на которую настраивают ограничитель грузоподъемности при подъеме груза, соответствует нагрузке Fmax. Настройка должна быть такой, чтобы при подъеме номинального груза с минимальным ускорением не происходило срабатывания ограничителя. Однако при подъеме номинального груза с большим ускорением ограничитель должен сработать, прекращая подъем. При подъеме предельного груза весом Fnpeд с минимальным ускорением ограничитель срабатывает. После затухания колебаний динамической нагрузки, когда на ограничитель действует только статическая составляющая веса Fnpeд, ограничитель также не позволяет включить механизм подъема. Поэтому сила, вызывающая срабатывание ограничителя грузоподъемности, находится в интервале между суммой Fmax статической и минимальной динамической сил при подъеме номинального груза и статической силой Fnpeд при подъеме предельного груза.

Для устойчивой работы ограничителя грузоподъемности необходимо, чтобы минимальная динамическая нагрузка, воспринимаемая ограничителем, не превышала Fnpeд.

Ограничители грузоподъемности состоят из пружинного датчика силы и исполнительного (отключающего) органа, т. е. кран оснащен пружинными ограничителями грузоподъемности.

На кране предусмотрены блокировочные приспособления, установленные на дверях и люках, для автоматического отключения неогражденных троллейных проводов при выходе лиц обслуживающего персонала на площадки, лестницы, галереи, с которых возможно случайное прикосновение к троллейным проводам.

Кран оснащен концевыми выключателями, контролирующими положение захватных штырей (замков), для исключения подъема/опускания спредера при открытых и не полностью закрытых захватных штырях.

Кран снабжен микроконтроллером и конечными выключателями, обеспечивающими безопасное передвижение спредера и груза и исключающими возможность наезда спредера и груза на опоры крана и стяжку.

На кране установлены специальные устройства -- эксцентриковые ловители, автоматически останавливающими спредер при уменьшении натяжения канатов или при превышении предельной скорости опускания.

11.4 Устройства, обеспечивающие безопасность работы механизмов передвижения

На механизмах передвижения крана и крановой тележки с электромеханическими приводами, перемещающихся по рельсовым путям, установлены тормоза нормально замкнутого типа. При работе крана на открытом воздухе тормоза должны удерживать кран без груза от угона ветром рабочего состояния.

Противоугонное устройство, установленное на кране для предотвращения угона его ветровой нагрузкой нерабочего состояния, -- противоугонное устройство клещевого типа с электромеханическим приводом. Это устройство сблокировано с механизмом передвижения так, чтобы захваты открывались перед началом движения и замыкались после остановки крана.

Для оповещения крановщика о достижении ветром опасной скорости кран снабжен анемометром, имеющим световую сигнализацию.

Кран оснащен конечными выключателями, обеспечивающими автоматическое замыкание тормоза на необходимом расстоянии от конца пути для предупреждения столкновения кранов с упором или другим краном, находящимся на том же подкрановом пути. После срабатывания концевых выключателей движение крана может осуществляться только в обратную сторону. Концевой выключатель механизма передвижения устанавливают таким образом, чтобы он срабатьгоал, когда расстояние от упора (другого крана) составляло бы не менее полного пути торможения.

Кран и тележка снабжены сбрасывающими щитками, предотвращающими попадание посторонних предметов под ходовые колеса. Зазор между щитком и поверхностью рельса не превышает 10 мм.

Для ограничения хода крановой тележки и моста крана применяются упоры, устанавливаемые на концах пути тележки и моста, а сами тележка и мост снабжены буферами --- устройствами, смягчающими удары при наездах на упоры.

На кране установлен пружинный буфер. Этот буфер имеет четыре пружины -= две внутренние и две наружные. Направление навивки каждой пары пружин встречное, чтобы устранить влияние закручивания торцов пружин при их нагружении. В пружинных буферах большая часть кинетической энергии удара переходит в потенциальную энергию сжатия пружины, поэтому работы пружинного буфера сопровождается отдачей, что является нежелательным явлением. Способность пружинного буфера