Проект крана литейного грузоподъемностью 400 т

Размещено на http://www.allbest.ru/

Пояснительная записка к курсовому проекту

На тему:

Проект крана литейного грузоподъемностью 400 т

2011



РЕФЕРАТ

Пояснительная записка содержит: 17 стр., 5 рисунков, 3 источника

литейный кран, колесо, барабан, полиспаст, вку, двигатель, тормоз, балансир, канат, блок

Представлены расчеты механизма главного подъема, с определением типа полиспастной системы, размеров барабана, выбора двигателей, редукторов и тормозов. Рассчитан механизм передвижения главной тележки литейного крана. Подобран двигатель, выбран редуктор, определен необходимый тормоз.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Исходные данные

2. Выбор кратности и схемы запасовки полиспастной системы. Выбор каната

3. Определение размеров барабанов и блоков

4. Расчет барабана на прочность

5. Расчет крепления каната к барабану

6. Выбор электродвигателей

7. Определение передаточного числа привода механизма

8. Выбор редуктора

9. Проверка механизма подъема в аварийном режиме работы

10. Расчет открытой зубчатой передачи

11. Расчет тормозного момента и подбор тормоза

12. Выбор соединительных муфт

13. Расчет механизма передвижения главной тележки крана

Список использованной литературы



ВВЕДЕНИЕ

Литейные краны являются тяжело нагруженными грузоподъемными машинами, работающими с расплавленным металлом. Их конструкция, расчет и проектирование имеют ряд существенных особенностей, отличающих их от обычных мостовых кранов.

Рассмотрен ряд отличий от обычных мостовых кранов, в соответствии с чем произведен расчет механизма подъема.

1. Исходные данные

Q_H=400 т - номинальная грузоподъемность главных крюков;

H=17 м - высота подъема;

V=0.03 м/с - скорость подъема;

ПВ40% для механизма подъема; ПВ25% для механизма передвижения.

Рисунок 1. Схема механизма главного подъема: 1-электродвигатель; 2-муфта; 3-редуктор типа ГК; 4-выходная зубчатая шестерня; 5-зубчатые колеса барабанов; 6-барабан; 7-блок подшипников; 8-хроповое устройство; 9-тормоз; 10-верхние блоки полиспаста; 11-коромысло.

2. Выбор кратности и схемы запасовки полиспастной системы. Выбор каната

Выбор каната производится в соответствии с Правилами устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов.

Максимальная сила натяжения одной ветви каната при статическом нагружении:

,

где G - суммарная сила веса поднимаемого груза с учетом весов траверсы и канатов, кН; z - общее число ветвей каната полиспастной системы, на которых подвешен груз;- КПД, учитывающий потери в полиспасте механизма.

где Q_H - масса номинального груза (номинальная грузоподъемность), т; Q_тр - масса траверсы, т; Q_к - наибольшая масса канатов подвески при нижнем положении груза, т; g=9,81 м/с² - ускорение силы тяжести.

где а - количество полиспастов механизма главного подъема; а=4.

,

где - КПД, учитывающий потери на одном блоке полиспаста; =0,94 для блоков на подшипниках качения.

Расчетное разрывное усилие каната:

где z_p=7.1 - минимальный коэффициент использования каната (коэффициент запаса прочности) для режима работы механизма 5М.

Выбираем в зависимости от максимального разрывного усилия канат:

Канат 42-Г-1-Ж-Л-Н-1862 (180) ГОСТ 7669-80. Параметры каната:

· диаметр - 42 мм;

· тип - ЛК-З;

· конструкция - 6х 25(1+6; 6+12)+1 о.с.;

· разрывное усилие - 1215 кН;

· предел прочности проволок при растяжении - 1862 МПа.

3. Определение размеров барабанов и блоков

Минимально допустимые диаметры барабанов и блоков определяются по «Правилам».

Диаметры определяются по формулам:

где d_к - диаметр каната, мм.

Д₁ и Д₂ - диаметры барабана и блока.

h₁ и h₂ - коэффициенты, зависящие от режима работы

механизма.

С целью повышения долговечности грузовых канатов и унификации элементов механизма диаметр увеличим до унифицированного значения 2000 мм.

Расчетный диаметр барабана по центрам сечения навитого каната

Примем диаметр блока равным унифицированному значению 1100 мм.

Длину барабана определяют из условия навивки на нем каждой из двух ветвей каната, обеспечивающих полную заданную высоту подъема траверсы, а также дополнительно не менее 1,5 витков, не считая витков, находящихся под зажимным устройством.

Рисунок 2. Размеры барабана

Полная рабочая длина барабана при сдвоенном полиспасте

где l_H - длина нарезанной части одной половины барабана;

l_гл - длина гладкой не нарезанной средней части.

,

где z_б - полное число витков каната на одной половине барабана;

t_б - шаг нарезки барабана (мм).

,

где z_р - число рабочих витков; z_д - число дополнительных разгрузочных витков; принимаем z_д=2; z_з - число витков, используемых под закрепление каната; принимаем z_з=3.

,

где L_к - рабочая длина каната одного полиспаста (м)

(м)

D_б - расчетный диаметр барабана (м).

Шаг нарезки барабана принимают

Величину гладкой части между левой и правой нарезками барабана можно, ориентировочно, принять

.

4. Расчет барабана на прочность

Учитывая ответственность и тяжелый режим работы литейных кранов, барабан будет выполняться сварным из Стали 09Г2С.

Толщина стенки литых стальных барабанов определяется по формуле:

Рисунок 3. Схема к расчету барабана

Крутящий момент, передаваемый барабаном,



Изгибающий момент определяется для случая, когда крюковая подвеска находится в крайнем верхнем положении (расстояние между навиваемыми ветвями каната равно l_г).

где l₁-плечо изгиба (расстояние от середины ступицы барабана до оси навиваемой ветви каната).

Эквивалентное напряжение в стенке барабана

где:

Напряжение сжатия

Напряжение изгиба

где W_Х-Х -экваториальный момент сопротивления поперечного сечения барабана,



где D₁-диаметр барабана по дну канавки, м

D₂-внутренний диаметр барабана:

D₂=D₁-2=2.000-0.05=1.95 мм

Напряжение кручения

где W_Р=2W_х-х, м³- момент сопротивления поперечного сечения барабана при кручении

5. Расчет крепления каната к барабану

В современных конструкциях барабанов наиболее широко применяется крепление каната с помощью прижимных планок, имеющих трапецеидальные канавки. Дополнительные (запасные) витки способствуют уменьшению усилия в канате перед прижимной планкой за счет сил трения между канатом и барабаном.

Рисунок 4. Схема к расчету болтовых планок



Натяжение каната перед прижимной планкой

где - основание натурального логарифма,

f - коэффициент трения между канатом и барабаном; f=0,15;

-угол обхвата канатом барабана; =4

Суммарное усилие растяжения болтов

где f₁ - приведенный коэффициент трения между планкой и канатом; при угле заклинивания каната 2=80⁰

где ₁ - угол обхвата барабана канатом при переходе от одной канавки планки к другой, ₁2.

Суммарное напряжение в болте при затяжке крепления с учетом растягивающих и изгибающих усилий

где n - коэффициент запаса надежности крепления каната к барабану; n1,5;

z - число болтов; Примем z=4;

- усилие, изгибающие болты

Таким образом, применим две двухболтовые планки, которые крепятся болтами М32, выполненные из Стали 45.

6. Выбор электродвигателей

На главном подъеме современных литейных кранов применяют крановые электродвигатели: постоянного тока - серии Д и переменного тока - асинхронные с фазовым ротором серий MTF и MTH. Применим двигатели постоянного тока серии Д.

Общую статическую мощность механизма главного подъема Р_о, кВт, определяют при установившемся движении поднимаемого груза:

Здесь G - суммарная сила веса поднимаемого номинального груза с учетом веса траверсы и канатов, кН;

V - скорость подъема, м/с;

- общий КПД механизма.

где - КПД, учитывающие потери соответственно в полиспасте, на барабане, открытых парах, редукторе, соединительной муфте.

Расчетная статическая мощность одного электродвигателя

По статистической мощности и режиму работы выбираем двигатель постоянного тока серии Д:

· Тип - Д818;

· Мощность - 106 кВт;

· Частота вращения - 500 об/мин;

· Максимальный момент - 17150 Нм;

· Момент инерции ротора - 27,5 кгм²;

· Режим работы - 5М (ПВ=40%).

Для выбранного электродвигателя необходимо проверить его загрузку по условию литейный кран тележка редуктор

где - коэффициент загрузки электродвигателя, %;

Р_ст - статическая мощность на валу каждого электродвигателя при установившемся движении поднимаемого груза, кВт,

Р_н - номинальная мощность электродвигателя, кВт.

7. Определение передаточного числа привода механизма

Редуцирование вращающего момента в приводе механизма главного подъема от электродвигателя до барабана обеспечивается с помощью редуктора и открытой зубчатой пары.

Передаточное число привода механизма

Здесь n_б - частота вращения барабана, мин^-1, вычисляемая через линейную скорость каната, навиваемого на барабан, по зависимости

где V_к - скорость каната, м/с; D_б - расчетный диаметр барабана по центрам навитого каната, м.

Скорость каната

V - скорость подъема, м/с.

8. Выбор редуктора

В механизме главного подъема литейных кранов применяют специальные горизонтальные крановые редукторы с лапой типа ГК со встроенным храповым механизмом.

С целью рациональный разбивки передаточного числа привода с учетом открытой пары передаточное число редуктора выбирают в 4-8 раз меньшим передаточного числа привода, т.е.



- статическая мощность от груза, приведенная к входному валу редуктора и определяемая по формуле

Выбираем редуктор ГК-1700 с передаточным числом 40.06, передаваемой мощностью 139 кВт при ПВ=40%, частотой вращения быстроходного вала 586 об/мин.

Уточним фактическое передаточное число привода по принятому редуктору:

Фактическая скорость подъема:

(м/с)

Отклонение от заданной скорости не должно превышать

где V_факт - фактическая скорость подъема груза, обеспечиваемая принятыми параметрами механизма.

9. Проверка механизма подъема в аварийном режиме работы

При выходе из строя одного двигателя или редуктора (аварийный режим) должна быть обеспечена работа механизма для завершения операции.

9.1 Определение вращающих моментов на валах привода

Вращающий момент от груза на валу барабана при нормальной работе:

где R_б - радиус барабана, м

- КПД барабана.

Коэффициент перегрузки:

Вращающий момент от груза, приведенный к валу двигателя при нормальной работе:

Вращающий момент от груза, приведенный к валу двигателя при аварийной работе (работа с перегрузкой г):

9.2 Проверка двигателя в аварийном режиме работы

Электродвигатель должен удовлетворять условию.

Максимальный вращающий момент, развиваемый двигателем, должен быть больше вращающего момента от груза, приведенного к валу двигателя при аварийной работе.



где Р_н - номинальная мощность, кВт,

n - частота вращения, мин^-1,

где ш - коэффициент перегрузки двигателя.

9.3. Проверка редуктора в аварийном режиме работы

Редуктор должен удовлетворять условию:

где Р_ред.вх и n_ред.вх - мощность, подводимая к входному валу (кВт), и частота его вращения (мин^-1).

10. Расчет открытой зубчатой передачи

Параметры открытой передачи:

модуль - 24 мм;

число зубьев шестерни - 22;

ширина венца шестерни - 360 мм.

Число зубьев колеса:

Диаметр делительной окружности шестерни:

(мм)

Диаметр делительной окружности колеса:

(мм)

Ширина зубчатого венца колеса:

Диаметры окружности впадин:

Геометрические параметры открытой зубчатой пары должны удовлетворять условию возможности построения барабанов с находящимися в зацеплении зубчатыми венцами

Межосевое расстояние передачи:



При аварийном режиме работы механизма:

Принимаем материалы передачи:

Материал шестерни - ст. 40 ХН, HRC45.

Материал колеса - ст. 45 Л, HB 300.

Напряжения изгиба в зубьях колеса будут:

где: Y_F - коэффициент формы зуба, для z₂>60, коэффициент Y_F=3,4;

K_Fв - коэффициент неравномерности распределения нагрузки по ширине венца, может быть принят K_Fв=1,1;

K_Fн - коэффициент динамической нагрузки, может быть принят K_Fн=1,1;

Допускаемые напряжения на изгиб определяются по формуле:

где - предел выносливости зубьев при изгибе при базовом числе нагружений (МПа);

S_F - коэффициент безопасности;

K_FL - коэффициент долговечности;

K_FC - коэффициент характера нагружения для реверсивных передач K_FC=0,75.

11. Расчет тормозного момента и подбор тормоза

Статический момент от груза, приведенный к валу торможения:

где - общий наибольший КПД механизма,

где - КПД одного механизма подъема;

U - общее передаточное число механизма главного подъема,

Необходимый расчетный тормозной момент:

где К_т=1,1 - коэффициент запаса торможения при наличии двух тормозов на каждом приводе механизма по правилам Госнадзорохрантруда Украины.

Выбираем тормоз:

· тип - ТКП-600,

· тормозной момент - 3550 Нм при ПВ=40%,

· диаметр шкива - 600 мм,

12. Выбор соединительных муфт

где: К₁ - коэффициент, учитывающий степень ответственности механизма;

К₂ - коэффициент, учитывающий режим работы;

К₃ - коэффициент, учитывающий угловое смещение;

М_ст - статический момент от груза при аварийной работе, приведенный к валу двигателя;

М_м - наибольший вращающий момент, допускаемый муфтой.

По ГОСТ 5006-83 выбираем муфты зубчатые:

· тип и номер - МЗ 8

· максимальный крутящий момент - 23600 Нм

· диаметр вала - 140 мм

13. Расчет механизма передвижения главной тележки

Рисунок 5. Кинематическая схема механизма передвижения тележки: 1 - электродвигатель; 2 - муфта; 3 - редуктор типа ВКУ; 4 - промежуточный вал; 5 - ходовое колесо

В качестве ходовых колес применяем двухребордные колеса с цилиндрическим профилем обода. Объединяем колеса в балансиры, таким образом, крановая тележка опирается на 4 балансира.

Принимаем колеса крановые, диаметр поверхности катания - 800 мм, типа рельса КР100.

Сопротивление передвижению тележки:

где G - вес поднимаемого груза;

G_Т - вес тележки;

d - диаметр цапфы

Рассчитаем мощность двигателя.

Мощность двигателя при пуске:

Мощность двигателя в установившемся режиме:

Принимаем 2 двигателя MTH 411-6, мощности которых при ПВ25% 22 кВт, частоты вращения - 960 об/мин.

Расчетное передаточное число редуктора

где n_Т -частота вращения ходового колеса, мин^-1.

D_К - диаметр ходового колеса

Момент на тихоходном валу редуктора

Стандартного вертикального редуктора с данными параметрами нет, поэтому необходимо спроектировать и изготовить специальный редуктор с передаточным числом 115 и моментом на тихоходном валу 10.5 кНм.

При торможении тележки без груза допустимое максимальное ускорение, при котором обеспечивается запас сцепления колес с рельсами К_СЦ=1,2, определяется по формуле, м/с²

Время торможения тележки без груза, исходя из максимально допустимого ускорения, с



Тормозной момент механизма передвижения:

где М_СТ.Т - статический момент сопротивления передвижению тележки при торможении, приведенный к валу двигателя:

где сопротивление передвижению незагруженной тележки при торможении:

.

- маховый момент

Тормозной момент

Тормозной момент для каждого тормоза:

где К_Т - запас торможения по "Правилам…"

Подберем по каталогу тормоз, который будет установлен на валу двигателя:

· тип - ТКП-300

· тормозной момент - 500 Нм при ПВ=25%

· диаметр шкива - 300 мм

· ширина шкива - 140 мм

Список использованных источников

1. Расчеты грузоподъемных и транспортирующих машин. Иванченко Ф.К. и др. Киев, «Вища школа» 1978.-576 с.

2. Справочник по кранам. В 2^х томах / В.И. Брауде и др.; Под ред. М.М. Гохберга. М-Л: Машиностроение, 1988.

3. Гузенков П.Г. Детали машин. - 3-е изд. - М.: Высшая школа, 1982.-351 с.

Размещено на Allbest.ru