Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Научно - исследовательская работа. «Анализ способов рекуперации энергии в гидроприводах»

2. Техническое описание козлового контейнерного перегружателя

3. Расчет и выбор основных энергетических характеристик приводов перегружателя

3.1 Расчет механизма подъема

3.1.1 Определение расчетного усилия, действующего на канат

3.1.2 Выбор каната

3.1.3 Определение диаметров блоков и барабана

3.1.4 Определение длины барабана

3.1.5 Расчет стенки барабана на прочность

3.1.6 Определение частоты вращения барабана

3.1.7 Определение угловой скорости барабана

3.1.8 Определение крутящего момента на барабане

3.1.9 Определение мощность привода

3.2 Расчет механизма передвижения перегружателя

3.2.1 Сопротивление трения скольжения в цапфах колес и трения качения колес о рельс, Н

3.2.2 Ветровая нагрузка на кран, Н

3.2.3 Сопротивление, вызванное уклоном пути, Н

3.2.4 Сопротивление передвижению крана на прямолинейном рельсовом пути, Н

3.2.5 Расчет необходимого числа ходовых колес в балансирной тележке

3.2.6 Проверка ходовых колес на отсутствие буксования

3.2.7 Определение мощности двигателя

3.2.8 Частота вращения приводного двигателя

3.3 Расчет механизма передвижения тележки перегружателя

3.3.1 Сопротивление трения скольжения в цапфах колес и трения качения колес о рельс, Н

3.3.2 Ветровая нагрузка на тележку

3.3.3 Сопротивление, вызванное уклоном пути

3.3.4 Сопротивление передвижению тележки на прямолинейном рельсовом пути, Н

3.3.5 Расчет необходимого числа ходовых колес в балансирной тележке

3.3.6 Проверка ходовых колес на отсутствие буксования3.3.7 Определение мощности двигателя

3.3.8 Частота вращения приводного двигателя

4. Описание гидравлической схемы перегружателя

5. Расчет и выбор гидрооборудования перегружателя

6. Построение графо - аналитических характеристик приводов

6.1 Построение характеристики насоса

6.2 Построение характеристики предохранительного клапана

6.3 Построение характеристики потерь

7. Описание электросхемы управления перегружателем и выбор электродвигателя

7.1 Выбор электродвигателя

7.2 Описание электрической схемы управления перегружателем

7.2.1 Условия эксплуатации

7.2.2 Устройство и принцип работы пускателя

7.2.3 Алгоритм работы пускателя

7.2.4 Конструкция пускателя и его составных частей

7.2.5 Работа пускателя и его составных частей

7.2.6 Технические данные

7.2.7 Устройство защиты электродвигателя

7.2.8 Плата источника питания

7.2.9 Плата фильтров

7.2.10 Плата импульсных трансформаторов

7.2.11 Плата управления

7.2.12 Порядок работы

8. Прочностной расчет металлоконструкции перегружателя

8.1 Проектирование пролетных (главных) балок моста

8.1.1 Выбор генеральных размеров пролетной балки

8.2 Поверочный расчет на прочность и жесткость балки моста

8.2.1 Вычисление геометрических характеристик поперечного сечения балки

8.2.2 Определение интенсивности распределенной нагрузки, действующей на продольную балку

8.2.3 Определение расчетной нагрузки на крюке

8.2.4 Поверочный расчет на прочность при изгибе среднего сечения продольной балки

8.2.5 Поверочный расчет на прочность при сдвиге опорного сечения пролетной балки

8.3 Размещение ребер жесткости

8.3.1 Размещение поперечных ребер (диафрагм) 8.3.2 Размещение продольных ребер жесткости

8.4 Проверка местной устойчивости стенок балки

8.5 Проверка местной устойчивости сжатого пояса

8.6 Расчет сварного шва

8.7 Проверка статической жесткости моста

8.8 Проверка динамической жесткости моста

9. Технология изготовления стойки гидромотора

10. Рассмотрение методики неразрушающего контроля стойки гидромотора

10.1 Классификация акустических методов контроля

10.2 Эхо-импульсный метод ультразвуковой дефектоскопии

10.2.1 Характеристики

10.2.2 Условия выявления дефектов при эхо-импульсном методе

10.2.3 Условия получения максимального сигнала от дефекта

10.2.4 Виды помех, появляющихся при эхо-методе

10.2.5 Разрешающая способность эхо-метода

10.2.6 Определение образа выявленного дефекта

10.2.7 Ультразвуковой эхо-импульсный дефектоскоп

11. Технологическая схема работы перегружателя

11.1 Подвижной состав

11.2 Грузозахватное приспособление для козлового контейнерного перегружателя

11.3 Технология перегрузочных работ

11.4 Схема механизации

12. Технико - экономический анализ

13. Экспертиза промышленной безопасности

14. Технологическое обслуживание и ремонт козлового контейнерного перегружателя

14.1 Система планово-предупредительного ремонта

14.2 Техническое обслуживание козлового контейнерного перегружателя состоит из

14.3 Технология ремонта

14.3.1 Материалы, применяемые при ремонте козлового крана

14.3.2 Сборка и подготовка к сварке элементов металлоконструкций

14.3.3 Сварка элементов металлоконструкций

14.3.4 Контроль качества сварных соединений

14.3.5 Защитные покрытия металлоконструкций

14.4 Смазка механизмов крана

15. Предложения по внедрению

Заключение

Список использованной литературы

Приложение 1



Введение

Интенсивное развитие перевозок грузов в контейнерах автомобилями, железнодорожными составами, речным и морским транспортом обусловило создание специальных подъемно-транспортных средств высокой производительности, в частности козловых перегружателей на рельсовом ходу, способных выполнять операции по перемещению грузов из одного вида транспорта в другой с учетом их взаимного расположения на одной перегрузочной площади.

В последнее время в крановых механизмах все чаще находят свое применение гидроприводы. Наиболее важным их достоинством является возможность бесступенчатого регулирования скорости, простота регулирования мощности, возможность выполнения механизмов без редукторов и фрикционных тормозов, более высокая мощность при той же массе, по сравнению с другими типами приводов. Преимуществом так же является возможность рационального размещения его элементов, соединенных трубопроводами любой (с точки зрения рациональности) конфигурации, возможность питания нескольких гидромоторов одним насосом и одного гидромотора несколькими насосами.

Насосы и гидромоторы характеризуются простотой регулирования и экономичностью регулирования по давлению и скорости, малой инерционностью вращающихся частей и возможностью дистанционного и автоматического управления.

Основной показатель гидромотора, крутящий момент, почти не зависит от частоты вращения, а является функцией давления и при нулевой скорости гидромотор имеет полный крутящий момент.

Наиболее широкое распространение получила схема гидропривода с насосом регулируемой подачи, с открытой или замкнутой циркуляцией жидкости. Эта схема обеспечивает бесступенчатое изменение скорости работы механизма. Так же используются высокооборотные гидромоторы с редукторами высокомоментные низкооборотные в схемах с непосредственной связью с рабочим органом привода, без редуктора.

В приводах козловых перегружателей предпочтительно применяют нерегулируемые радиально-поршневые высокомоментные гидромоторы, предназначенные для преобразования энергии потока рабочей жидкости в механическую энергию вращательного движения выходного вала.

Гидрофицирование козлового перегружателя дает возможность использования широкого диапазона скоростей и регулирования мощности, снижения «забросов» потребляемой энергии энергосети при пусках электродвигателей приводов насосов крана, обеспечивает плавность движения частей крана, снижает эксплуатационные расходы.

Модернизация козлового контейнерного перегружателя грузоподъемностью 40 тонн будет заключаться в разработке гидравлического привода (с объемным регулированием) механизмов крана с рекуперацией энергии, что снизит ее потребление и эксплуатационные расходы.

В дипломном проекте проводятся необходимые расчеты и конструктивная компоновка механизмов перегружателя и гидросистемы привода.

Для составления и расчета гидросистемы привода необходимо провести расчет основных энергетических характеристик приводов перегружателя и расчет механизмов перегружателя.

Далее проводится расчет металлоконструкций крана. Потом составляется гидравлическая схема перегружателя, рассчитывается и выбирается гидроаппаратура. Производится компоновка элементов системы гидрооборудования по элементам крана, конструируется насосная станция, на которой так же компонуется гидроаппаратура. Затем необходимо построить графо - аналитическую характеристику приводов и насосной станции, определить потери давления в линиях приводов механизмов перегружателя, характеристику насоса и предохранительного клапана. По ней устанавливаются необходимые уровни давления в линиях приводов для обеспечения нормальной работы механизмов и разгонных характеристик, а так же параметры регулирования расхода насоса для обеспечения необходимых скоростей движения приводных элементов крана.

Так же составляется силовая схема электропривода насосной станции, схема управления приводом перегружателя с выбором электроаппаратуры.

Далее приводится описание технологии изготовления элемента крана - стойки гидромотора и разрабатывается методика её неразрушающего контроля.

Формируются предложения по внедрению гидрофицированного козлового контейнерного перегружателя, описывается схема работы перегружателя и приводятся необходимые экономические расчеты по гидрофицированию перегружателя и его эксплуатации.

В данном дипломном проекте стоит задача: «Конструктивная проработка козлового контейнерного перегружателя грузоподъемностью 40т», где вместо электропривода будет иметь место гидропривод.



1. Научно-исследовательская работа. «анализ способов рекуперации энергии в гидроприводах»

Энергосбережение сегодня является одним из важнейших аспектов для большинства потребителей тепловой энергии. Постоянный рост цен на энергоносители делает эту проблему еще острее и актуальнее. В настоящее время рекуперация получила широкое распространение в большинстве европейских стран. Экономическое обоснование применения рекуператоров в условиях относительно сурового российского климата более чем очевидно.

Плюсом рекуперации является экономия энергии, и как следствие, экономия средств на эксплуатацию системы вентиляции. Иногда, когда имеется ограничение в возможном объеме потребляемой энергии и установить мощную обогревательную систему невозможно использование рекуператора является хорошим решением задачи.

Минусом является необходимые дополнительные первоначальные вложения на установку рекуператора.

Рассмотрим несколько изобретений рекуперации энергии:

1.1. Гидропривод. [№2011077. 15.04.1994. Мотрохов И.А.; Дроздов Ю.Т.; Стеблецов В.И.; Селищев А.К.; Мотрохов А.И. Харьковский институт инженеров железнодорожного транспорта ]

Изобретение относится к общему машиностроению, в частности, к объемным гидроприводам и может быть использовано в качестве привода механизмов передвижения машины циклического действия с преимущественным рабочим движением в одном направлении, например, путевых машин.

Гидропривод передвижения путевых машин содержит гидромотор, кинематически связанный с ведущими осями и сообщенный двумя линиями питания через трехпозиционный распределитель с линией нагнетания, на которой установлен пневмогидравлический аккумулятор высокого давления.

Недостатками данного привода являются наличие одного аккумулятора для привода нескольких исполнительных механизмов, имеющих различные гидравлические параметры; отсутствие рекуперации кинетической энергии машины при торможении (торможение на этих машинах происходит с помощью тормозных колодок, прижимаемых к бандажу ведущих колес специальными пневмоцилиндрами) снижает технико-экономические показатели машины; привод не предусматривает выбор зазоров в кинематических передачах, связывающих гидромотор с ведущими осями, что приводит к динамическим перегрузкам в элементах передачи во время пуско-тормозных операций.

Рисунок 1.1. - Гидрокинематическая схема рекуперации энергии.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому гидроприводу является гидропривод, содержащий реверсивный гидромотор, рабочая и тормозная полости которого сообщены через трехпозиционный пятиходовой распределитель с источниками высокого и низкого давления, гидравлически управляемый двухпозиционный пятиходовой распределитель, связывающий посредством гидролиний рабочую и тормозную гидролинию, обратные гидроклапаны, гидроаккумулятор малого объема с редукционным клапаном, регулируемый дроссель, связывающий тормозную магистраль с баком через двухпозиционный распределитель, насосы подпитки с предохранительными клапанами, распределителем и клапаном автоматической разгрузки.

Известный гидропривод обеспечивает повышение надежности механизма при рекуперации кинетической энергии, однако данный гидропривод более сложен, вследствие большого числа примененных гидроаппаратов, и следовательно менее надежен.

Цель изобретения - повышение надежности привода путем снижения динамических нагрузок при пуске и торможении.

Поставленная цель достигается тем, что в гидроприводе, содержащем насос, сообщенный через обратный клапан с пневмогидроаккумулятором высокого давления и источник низкого давления, подключенный через трехпозиционный распределитель рабочей и тормозной гидролиниями с установленным между ними блоком предохранительных клапанов к соответствующим полостям гидромотора, двухпозиционный распределитель, установленный в тормозной гидролинии и подключенный одним из своих входов к тормозной полости гидромотора, а одним из выходов - к сливной гидролинии, второй обратный клапан и дроссель, двухпозиционный распределитель выполнен четырехлинейным, при этом второй вход распределителя сообщен с пневмогидроаккумулятором высокого давления через второй обратный клапан, второй выход подключен к трехпозиционному распределителю, а дроссель установлен в сливной гидролинии.

1.2.Способ рекуперации энергии и гидропневмосистема для его осуществления [Автор(ы): Щербаков Виталий Федорович (RU) (73) Патентообладатель(и): Щербаков Виталий Федорович (RU)]

Изобретение относится к области машиностроительного гидропривода и может быть использовано в различных гидропневмосистемах грузоподъемных машин, сельскохозяйственных, строительно-дорожных и других мобильных машин, а также в станкостроении, нефтяной (буровых установок) и горнодобывающей промышленности. Способ рекуперации энергии заключается в том, что дроссельной гидросистемой на гидравлическом сопротивлении переводят энергию положения груза при его опускании в тепло рабочей жидкости гидросистемы и аккумулируют полученное тепло в тепловом аккумуляторе, а затем снимают его теплообменником теплового двигателя и преобразовывают в цикле работы теплового двигателя в механическую энергию для привода грузоподъемных устройств. Гидропневмосистема для осуществления способа содержит дроссельную гидросистему, образующую контур циркуляции с теплообменником, и тепловой двигатель, образующий со своим теплообменником замкнутый контур циркуляции, при этом теплообменники гидросистемы и теплового двигателя установлены в тепловом аккумуляторе. Технический результат - перевод энергии положения при опускании груза в тепловую, а затем преобразовывание тепловой энергии в механическую для привода грузоподъемных устройств. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил. Изобретение относится к области машиностроительного гидропривода и может быть использовано в различных гидропневмосистемах грузоподъемных машин, сельскохозяйственных, строительно-дорожных и других мобильных машин, а также в станкостроении, нефтяной (буровых установок) и горнодобывающей промышленности. Известен способ рекуперации энергии, заключающийся в том, что тепло рабочей жидкости гидросистемы отводят в тепловой двигатель, где преобразовывают в цикле работы теплового двигателя в механическую энергию и через сумматор механической энергии подают к исполнительному механизму (SU 653463 А, (МАДИ), 25.03.1979). Недостатком является то, что известная гидропередача имеет ограниченную область применения. Общеизвестно, что при к.п.д. механизмов, равном 1, энергия для подъема груза на высоту Н (где Н высота подъема груза) равна энергии, получаемой от груза при опускании с высоты Н. То есть при наличии аккумулирующих устройств в приводе грузоподъемной лебедки на процессы подъема в реальной машине с аккумулированием энергии при опускании требуется только компенсация механических потерь в приводе грузоподъемного механизма. В современных грузоподъемных механизмах механический к.п.д. составляет 0,650,8 (набольший к.п.д. относится к грузоподъемным механизмам на базе симметричного гидроцилиндра, работающего в составе гидросистемы с закрытым кругом циркуляции рабочей жидкости). Например, US 4819429 A, KORDAK, 11.04.1989.Таким образом, рекуперационная система привода будет требовать установочную мощность в 35 раз меньше мощности существующих приводов грузоподъемных машин. Особенно это существенно для скоростных грузоподъемных устройств большой грузоподъемности, к которым можно отнести в первую очередь грузовые лебедки буровых установок. В процессе бурения требуются частые и скоростные процессы подъема и опускания буровой колонны. В процессе бурения требуется наращивать или уменьшать длины буровой колонны и, следовательно, производить цикличные подъемно-спусковые операции на 818 м (на длину ведущей трубы - квадрата или свечи). Как видно, при общей длине буровой колонны сотни метров время на подъем или опускание на одно звено (трубу 89 метров или свечу 1618 м) должно быть минимально, а следовательно, скорость спуско-подъемных операций и очевидно мощность грузоподъемного механизма в данном случае значительна. Очевидно, рекуперационная система цикличного привода (цикл: спуск - подъем) должна включать в свой состав аккумулятор соответствующей энергоемкости. Анализ существующих аккумуляторов (электрических, маховичных, грузовых, пневмогидравлических и т.д.) показал, что в данном случае они должны иметь недопустимо большие размеры, а их стоимость и затраты на техническое обслуживание недопустимо велики. Наиболее приемлемы в данном случае тепловые аккумуляторы. И наиболее простой из них - теплоизолированная емкость с водой. Таким образом, система рекуперации должна переводить энергию положения при опускании груза в тепловую, а затем тепловую энергию преобразовывать в механическую для привода грузоподъемных устройств. Это является технической задачей изобретения. Указанная задача решается и технический результат достигается за счет того, что способ рекуперации энергии заключается в том, что дроссельной гидросистемой на гидравлическом сопротивлении переводят энергию положения груза при его опускании в тепло рабочей жидкости гидросистемы и аккумулируют полученное тепло в тепловом аккумуляторе, а затем снимают его теплообменником теплового двигателя и преобразовывают в цикле работы теплового двигателя в механическую энергию для привода грузоподъемных устройств. При этом гидропневмосистема для осуществления способа содержит дроссельную гидросистему, образующую контур циркуляции с теплообменником, и тепловой двигатель, образующий со своим теплообменником замкнутый контур циркуляции, при этом теплообменники гидросистемы и теплового двигателя установлены в тепловом аккумуляторе. При этом наилучший результат достигается, если дроссельная гидросистема выполнена в виде насосной установки, подключенной своим входом к баку, а выходом ко входу гидрораспределителя, два выхода которого сообщены гидролиниями с баком, причем один из них через подпорный клапан, при этом первый рабочий отвод гидрораспределителя соединен гидролинией с входом обратимой гидромашины, второй - с ее выходом, третий - с первым входом теплообменника через дополнительный теплообменник, а четвертый - с полостью управления предохранительного клапана непрямого действия, вход которого подключен к выходу обратимой гидромашины, а выход - ко второму входу теплообменника гидросистемы. При этом наилучший результат достигается, если тепловой двигатель выполнен в виде установленных на одном валу компрессора, пневмомотора, топливного насоса и электростартера, при этом выход компрессора и вход топливного насоса подключены к разным входам одной полости калорифера фреона, а к разным входам другой полости калорифера фреона подключен вход компрессора и через дроссель - выход пневмомотора, вход которого и выход топливного насоса подключены к разным входам теплообменника теплового двигателя, причем параллельно топливному насосу установлен дроссель регулировки теплового двигателя. При этом наилучший результат достигается также, если тепловой аккумулятор выполнен в виде теплоизолированной емкости.

То есть в этом случае реализуется замкнутая рекуперационная система, использующая энергию положения груза, а следовательно, можно иметь значительно меньшую установочную мощность установки в целом. Формула изобретения 1. Способ рекуперации энергии, заключающийся в том, что дроссельной гидросистемой на гидравлическом сопротивлении переводят энергию положения груза при его опускании в тепло рабочей жидкости гидросистемы и аккумулируют полученное тепло в тепловом аккумуляторе, а затем снимают его теплообменником теплового двигателя и преобразовывают в цикле работы теплового двигателя в механическую энергию для привода грузоподъемных устройств.2. Гидропневмосистема для осуществления способа, содержащая дроссельную гидросистему, образующую контур циркуляции с теплообменником, и тепловой двигатель, образующий со своим теплообменником замкнутый контур циркуляции, при этом теплообменники гидросистемы и теплового двигателя установлены в тепловом аккумуляторе.3. Система по п.2, отличающаяся тем, что дроссельная гидросистема выполнена в виде насосной установки, подключенной своим входом к баку, а выходом - ко входу гидрораспределителя, два выхода которого сообщены гидролиниями с баком, причем один из них через подпорный клапан, при этом первый рабочий отвод гидрораспределителя соединен гидролинией с входом обратимой гидромашины, второй - с ее выходом, третий - с первым входом теплообменника через дополнительный теплообменник, а четвертый - с полостью управления предохранительного клапана непрямого действия, вход которого подключен к выходу обратимой гидромащины, а выход - ко второму входу теплообменника гидросистемы.4. Система по п.2, отличающаяся тем, что тепловой двигатель выполнен в виде установленных на одном валу компрессора, пневмомотора, топливного насоса и электростартера, при этом выход компрессора и вход топливного насоса подключены к разным входам одной полости калорифера фреона, а к разным входам другой полости калорифера фреона подключен вход компрессора и через дроссель - выход пневмомотора, вход которого и выход топливного насоса подключены к разным входам теплообменника теплового двигателя, причем параллельно топливному насосу установлен дроссель регулировки теплового двигателя.5. Система по п.2, отличающаяся тем, что тепловой аккумулятор выполнен в виде теплоизолированной емкости.

1.3. Гидромеханическая система рекуперации энергии [№3415155/25-06. 30.03.1983. Е.И. Прочко. Московский автомобильный завод им. И.А. Лихачева. 32-82(088.8)]

Изобретение относится к машиностроительной гидравлике и может найти применение в закрытых гидросистемах мобильных и строительно-дорожных машин.

Известна гидромеханическая система рекуперации энергии, содержащая приводной двигатель, кинематически связанный с ним насос, гидродвигатель, сообщенный с насосом гидролиниями, которые через обратные клапаны сообщены с насосом подпитки.

В данной системе применяется подача от насоса подпитки во всасывающую магистраль рабочей жидкости в количестве, превышающем внутренние утечки гидросистемы. При этом происходит эффективное охлаждение магистралей, быстрее обновляется рабочая жидкость в системе, выносятся наружу воздух и продукты износа. Излишки рабочей жидкости, подаваемой во всасывающую магистраль гидросистемы, сливаются в бак через подпорный клапан, обеспечивающий поддержание определенного давления во всасывающей магистрали.

Однако с ростом мощности гидросистемы и, соответственно, расхода рабочей жидкости, подаваемой во всасывающую магистраль для подпитки и охлаждения возрастают потери энергии при сливе ее в бак через подпорный клапан, так как здесь имеет место перепад давления и, следовательно, дросселирование потока. При этом энергия, выделяемая при работе подпорного (сливного) клапана, превращается в тепло и бесполезно рассеивается, а также нагревает рабочую жидкость.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности является гидромеханическая система рекуперации энергии, содержащая приводной двигатель, кинематически связанный с ним насос, гидродвигатель, сообщенный с насосом гидролиниями, которые через обратные клапаны сообщены с насосом подпитки и через гидроуправляемый клапан с баком, при этом гидроуправляемый клапан выполнен с двумя полостями управления, соединенными с гидролиниями.

В данной системе имеет место дросселирование потока, и выделяемая при работе подпорного клапана энергия превращается в тепло, что снижает КПД.

Цель изобретения - повышение КПД.

Указанная цель достигается тем, что гидромеханическая система рекуперации энергии, содержащая приводной двигатель, кинематически связанный c ним насос, гидродвигатель сообщенный с насосом гидролиниями, которые через обратные клапаны сообщены с насосом подпитки и через гидроуправляемый клапан с баком, при этом гидроуправляемый клапан выполнен с двумя полостями управления, соединенными с гидролиниями, содержит дополнительный гидродвигатель, кинематически связанный с приводным двигателем и включенный в линии связи гидролиний с баком после гидроуправляемого клапана, а насос подпитки выполнен переменной подачи. На рис. 1.3 представлена принципиальная схема системы.

Рисунок 1.3- Принципиальная схема гидромеханической системы рекуперации энергии

Система содержит приводной двигатель 1, кинематически связанный с ним насос 2, насос 3 подпитки, обратные клапаны 4 и 5, основные гидролинии 6 и 7, гидродвигатель 8, гидроуправляемый клапан 9, дополнительный гидродвигатель 10, связанный валом 11 с приводным двигателем 1. Клапан 9 выполнен с двумя полостями 12 и 13 управления.

Система работает следующим образом.

При работе двигателя 1 насос 2 подает рабочую жидкость в гидролинии 6 или 7 (в зависимости от направления подачи), что приводит в действие гидродвигатель 8. При этом регулируемый насос 3 подпитки подает определенный расход с постоянным давлением для восполнения утечек и для охлаждения, а также обновления рабочей жидкости во всасывающую магистраль через обратные клапаны 4 и 5. Излишки рабочей жидкости, находящиеся в линии всасывания под давлением (обычно определенной величины), пройдя через клапан 9, поступают к гидродвигателю 10, где происходит выделение механической энергии, возвращаемой с помощью вала 11 приводному двигателю 1. При этом баланс подаваемого в систему расхода подпитки и расхода, сливаемого через гидродвигатель 10, поддерживается автоматически в результате сетевого объемного регулирования насоса 3 подпитки.

Применение предлагаемого изобретения повышает экономичность системы и ее общий КПД, особенно при больших передаваемых мощностях.

Работоспособность, надежность и безотказность эксплуатации кранов во многом зависят от состояния в металлических конструкциях. Долговечность работы кранов в основном обуславливаются состоянием металлоконструкции. Динамические нагрузки пагубно влияют на металлоконструкцию крана, тем самым сокращая срок его службы. При переходе на гидрокинематическую систему рекуперации энергии снижаются динамические нагрузки на кран, повышается его надежность и долговечность.



2. «Техническое описание козлового контейнерного перегружателя»

В данном дипломном проекте рассматривается козловой контейнерный перегружатель грузоподъемностью 40 тонн, который предназначен для вертикального перемещения контейнеров и их транспортировки в продольном и поперечном направлениях.

Контейнерный перегружатель используются для обслуживания крупных перегрузочных пунктов - морских портов, контейнерных терминалов, железнодорожных станций. Грузозахватным органом контейнерного перегружателя является специальный захват (спредер) с автоматическими зацепами под фитинги и рым-узлы контейнеров.

Козловой перегружатель состоит из следующих частей:

- металлической конструкции;

- главных механизмов;

- вспомогательного оборудования;

- электрооборудования;

- гидрооборудования.

Металлическая конструкция представляет собой мост (пролетное строение), по которому перемещается грузовая тележка и опоры (козлы). К мосту крана крепиться кабина управления механизмами крана.

Главные механизмы перегружателя:

- механизм подъема;

- механизм передвижения тележки вдоль моста;

- механизм передвижения перегружателя по подкрановым путям .

Механизм передвижения перегружателя выполнен с раздельным приводом. На вал приводного колеса через открытую передачу ставится высокомоментный гидромотор, который используется без дополнительной установки тормоза и редуктора. Грузовая тележка состоит из сварной рамы с установленными механизмами подъема груза и передвижения. Механизм подъема состоит из высокомоментного гидродвигателя, барабана и полиспаста. (Для обеспечения при подъеме - опускании груза только его вертикального перемещения, создания равномерной нагрузки на опоры барабана и благоприятных условий для нагружения пролетной части моста устанавливается сдвоенный полиспаст). Гидродвигатель соединен с барабаном при помощи зубчатой муфты. Механизм передвижения тележки выполнен с высокомоментным гидромотором, который через открытую зубчатую передачу соединен с приводным колесом. Кабина крана предназначена для размещения аппаратов управления механизмами крана и является рабочим местом крановщика

Гидрооборудование крана состоит из гидромоторов, гидронасосов, регулирующей и предохранительной гидроаппаратуры, бака с гидравлической жидкостью и трубопроводов.



3. Расчет и выбор основных энергетических характеристик приводов козлового контейнерного перегружателя

3.1 Расчет механизма подъема

Исходные данные:

Перегружатель козловой контейнерный.

Грузоподъемность () = 40 тонн

Скорость подъема груза () = 0,6 м/c

Высота подъема груза () = 10,5 м

Группа режима работы (режим) - 7М тяжелый [1] Cтр. 82 табл.2 по ГОСТ 25835-83.

3.1.1 Определение расчетного усилия, действующего на канат

Расчетное усилие в канате () при двух сдвоенных полиспастах в кН:

Где:

1,15 - коэффициент, учитывающий неравномерность загрузки лебедок из-за возможного смещения центра массы загруженного контейнера; [3] Стр. 19

- грузоподъемность перегружателя, кН;

кратность полиспаста, ;

КПД полиспаста,

; [5] Стр.271, табл.V.2.17.

КПД направляющих блоков

[5] Стр.271, табл.V.2.16.

Расчетное усилие в канате:

кН

3.1.2 Выбор каната

Диаметр стального каната определяется по разрывному усилию () в кН.

Где:

коэффициент запаса прочности, (коэффициент использования каната) зависящий от назначения каната и режима работы.

(режим М1…М8)

Группа классификации режима работы механизма по ИСО 4301/1 - М7 [1] стр.164, табл.20

Разрывное усилие:

кН

Если кН ,то принимаем канат ЛК-Р о.с. (ГОСТ 2688-80), у которого мм, а [5] Стр.246, табл.V.2.3.

Канат грузового назначения принимаем правой крестовой свивки из светлой проволоки марки I, нераскручивающийся с временным сопротивлением разрыву проволок МПа.

Канат 25 О-Г-I-Н-1568 (160) ГОСТ 2688-80.

ЭСКИЗ Профиль канавок для канатов.

мм, мм, мм [5] Стр.262, табл.V.2.13.

3.1.3 Определение диаметров блоков и барабана

Диаметры блоков и барабана определяются в зависимости от диаметра каната, типа грузоподъемной машины и режима ее работы.

Диаметр барабана () в мм по дну канавки:

Где:

коэффициент, зависящий от типа грузоподъемной машины и режима ее работы.

[1] Стр.169, табл. 23.

мм

Диаметр блока:

[1] Стр.169, табл. 23.

мм

Диаметр барабана и блоков округляют до большего десятка.

Принимаем:

Диаметр барабана: мм

Диаметр блока: мм

3.1.4 Определение длины барабана

Барабаны применяются с винтовой канавкой и однослойной навивкой каната. Рабочее число витков зависит от высоты подъема груза, кратности полиспаста, диаметра

барабана и каната.

Шаг нарезки выбирается в зависимости от диаметра каната.

Длина барабана при двойной нарезке (правой и левой) () в мм.

Где:

расстояние между нарезками;

мм;

мм - длина ненарезанного участка.

Длина нарезной части () в мм:

Где:

рабочее число витков;

число запасных витков: ;

число витков на закрепление каната:

Рабочее число витков:

Где:

высота подъема, м;

и диаметр барабана и каната, м;

кратность полиспаста.

Рабочее число витков:

Длина нарезной части:

мм

мм

Длина барабана:

мм

3.1.5 Расчет стенки барабана на прочность

Напряжение сжатия в Мпа

,

Где:

расчетное усилие в канате, Н;

толщина стенки и шаг нарезки, мм

см

см = 8мм

Допускаемые напряжения можно принимать:

,

предел текучести,

Выбираем Сталь 35ЛII ГОСТ 977--75 . [4] Стр.28, табл. I.1.10.

МПа.

МПа

МПа

Напряжения от изгиба:

Где:

наибольший изгибающий момент, Нм.

;

Нм;

мм;

момент сопротивления поперечного сечения барабана, мм;

внутренний диаметр барабана,

мм

Изгибающие напряжения, МПа:

Напряжения от кручения, МПа:

Полярный момент сопротивления барабана, м³:

мм;

Крутящий момент, Нм:

;

Нм;

Напряжения от кручения:

Результирующее напряжение для стальных барабанов:

Где:

напряжение от изгиба, МПа;

напряжение от кручения, МПа.



3.1.6 Определение частоты вращения барабана

3.1.7 Определение угловой скорости барабана

3.1.8 Определение крутящего момента на барабане

Н

Нм

Проверка :

м

3.1.9 Определение мощность привода

Статическая мощность привода механизма подъема:

Где: - номинальная грузоподъемность перегружателя, кН

- скорость подъема, м/с

- общий КПД привода

кВт

Характеристика привода механизма подъема.

Параметр	Значение
Статическая мощность привода, кВт	136
Расчетное усилие в канате, кН	35,8
Диаметр каната, мм	22,5
Диаметр барабана лебедки, мм	490
Длина барабана, мм	2000
Частота вращения барабана, об/сек	2,24
Угловая скорость барабана, с	14,07
Крутящий момент на барабане, Нм	17982

3.2 Расчет механизма передвижения перегружателя

Исходные данные:

Грузоподъемность () = 40 тонн

Скорость передвижения перегружателя м/c

3.2.1 Сопротивление трения скольжения в цапфах колес и трения качения колес о рельс, Н

Где:

сопротивление трения скольжения в цапфах колес и трения качения колес о рельс, Н.

масса крана , принимая по справочным данным крана ? аналога, кг, с корректировкой на измененные параметры.

152000 кг [2] Лист 83.

масса груза и грузозахватного устройства, соответствующая номинальной грузоподъемности крана, кг.

ускорение свободного падения, м/с;

коэффициент сопротивления движению:

Где:

коэффициент трения качения в цапфах колес.

[3] стр. 32.

и диаметр колеса и его цапфы, мм

В зависимости от нагрузки в кранах ? мм и ;

Принимаем [5] Стр. 319, табл. V.2.47.

Крановое двухребордное колесо диаметром мм и шириной катания мм:

К2Р - 710Ч150 ГОСТ 3569 - 74;

,

Диаметр цапфы мм.

коэффициент, учитывающий дополнительные сопротивления в ребордах и ступицах колес при перекосах;

если колеса на подшипниках качения ? [3] стр.34

Н

3.2.2 Ветровая нагрузка на кран, Н

[6]

Где:

динамическое давление ветра;

Па [6] Стр. 35.

коэффициент, учитывающий изменение динамического давления по высоте;

[4] Стр. 55, табл. I.2.14.

коэффициент аэродинамической силы;

[4] Стр. 55.

коэффициент перегрузки;

[4] Стр. 55.

расчетная площадь элемента конструкции;

м [4] Стр. 54, табл. I.2.10.

Н

3.2.3 Сопротивление, вызванное уклоном пути, Н

( плюс ? движение на подъем, минус ? движение под уклон)

,

Где:

силы тяжести с учетом его подъемной силы, Н

уклон пути, град;

[3] стр.36

Силы тяжести с учетом подъемной силы:

Н

Сопротивление, вызванное уклоном пути:

Н

3.2.4 Сопротивление передвижению крана на прямолинейном рельсовом пути, Н

,

Где: сопротивление трения скольжения в цапфах колес и трения качения колес о рельс, Н;

сопротивление, вызванное уклоном пути, Н.

ветровая нагрузка на кран, Н.

Н

3.2.5 Расчет необходимого числа ходовых колес в балансирной тележке

Где: максимальная нагрузка на опору, кН;

Допускаемая нагрузка на одно колесо принимается в пределах кН.

Где:

грузоподъемность, кг;

коэффициент, учитывающий неравномерность нагрузки на опоры крана.

число опор,

Н

3.2.6 Проверка ходовых колес на отсутствие буксования

Для отсутствия буксования необходимо, чтобы сила сцепления приводных колес с рельсом была больше тягового усилия на их ободе

Где:

коэффициент сцепления приводных колес с рельсом;

суммарная нагрузка на приводные колеса. Н:

Где:

число приводных колес, ,

число ходовых колес, ,

Суммарная нагрузка на приводные колеса:

Н

Н

Тяговое усилие на ободе приводных колес, Н.

Где:

сопротивление трения в приводных колесах (холостых) колесах;

сила инерции поступательного движения масс.

Сопротивление трения в приводных (холостых) колесах :

Н

Где:

коэффициент сопротивления движения без учета дополнительных сопротивлений от перекоса тележки с приводными колесами.

,

Где [3] стр.34

Коэффициент сопротивления:

Сила инерции, Н:

Где: скорость передвижения, м/c;

время разгона: c.

Н

Тяговое усилие на ободе приводных колес, Н.

Н

Коэффициент запаса:

3.2.7 Определение мощности двигателя

число двигателей, для кранов Q свыше 5т

,

кВт

кВт

3.2.8 Частота вращения приводного двигателя

Механизм передвижения перегружателя исполнены без редукторов с высокооборотными гидромоторами.

,

об/сек

Крутящий момент на валу двигателя:

Крутящий момент на валу двигателя:

кНм

Характеристика привода механизма передвижения перегружателя:

Параметр	Значение
Мощность двигателя, кВт	7,9
Момент на валу, Нм	2790
Частота вращения вала двигателя, об/сек	0,45
Угловая скорость вала двигателя,	2,83



3.3 Расчет механизма передвижения тележки перегружателя

Исходные данные:

Грузоподъемность () = 40 тонн.

Скорость передвижения тележки м/c

3.3.1 Сопротивление трения скольжения в цапфах колес и трения качения колес о рельс, Н

Где:

сопротивление трения скольжения в цапфах колес и трения качения колес о рельс, Н.

масса тележки крана , принимая по справочным данным крана ? аналога, кг, с корректировкой на измененные параметры.

12600 кг [2] Лист 83.

масса груза и грузозахватного устройства, соответствующая номинальной грузоподъемности крана, кг.

ускорение свободного падения, м/с;

коэффициент сопротивления движению:

Где:

коэффициент трения качения в цапфах колес.

[3] стр. 32.

и диаметр колеса и его цапфы, мм

В зависимости от нагрузки в кранах ? мм и ;

Принимаем: Диаметр колеса: мм . [5] Стр. 319, табл. V.2.47.

Крановое одноребордное колесо диаметром мм и шириной катания мм:

К1Р - 400Ч100 ГОСТ 3569 - 74;

,

Диаметр цапфы: мм.

коэффициент, учитывающий дополнительные сопротивления в ребордах и ступицах колес при перекосах;

если колеса на подшипниках качения ? [3] стр.34

Н

3.3.2 Ветровая нагрузка на тележку

[6]

Где:

динамическое давление ветра;

Па [6] Стр. 35.

коэффициент, учитывающий изменение динамического давления по высоте;

[4] Стр. 55, табл. I.2.14.

коэффициент аэродинамической силы;

[4] Стр. 55.

коэффициент перегрузки;

[4] Стр. 55.

расчетная площадь элемента конструкции;

м [4] Стр. 54, табл. I.2.10.

Н

3.3.3 Сопротивление, вызванное уклоном пути

( плюс ? движение на подъем, минус ? движение под уклон)

,

Где:

силы тяжести с учетом его подъемной силы, Н

уклон пути, град;

[3] стр.36

Силы тяжести с учетом его подъемной силы:

Н

Сопротивление, вызванное уклоном пути:

Н

3.3.4 Сопротивление передвижению тележки на прямолинейном рельсовом пути, Н

,

Где:

сопротивление трения скольжения в цапфах колес и трения качения колес о рельс, Н;

сопротивление, вызванное уклоном пути, Н.

Н

3.3.5 Расчет необходимого числа ходовых колес в балансирной тележке

Где: максимальная нагрузка на опору, кН;

Допускаемая нагрузка на одно колесо принимается в пределах кН

Где:

грузоподъемность, кг;

коэффициент, учитывающий неравномерность нагрузки на опоры тележки.

число опор,

Максимальная нагрузка на опору:

Н

3.3.6 Проверка ходовых колес на отсутствие буксования

Для отсутствия буксования необходимо, чтобы сила сцепления приводных колес с рельсом была больше тягового усилия на их ободе

Где:

коэффициент сцепления приводных колес с рельсом;

суммарная нагрузка на приводные колеса. Н.

Где: число приводных колес,

Суммарная нагрузка на приводные колеса:

Н

Сила сцепления:

Н

Тяговое усилие на ободе приводных колес, Н:

Где: сопротивление трения в приводных колесах (холостых) колесах;

сила инерции поступательного движения масс.

Где: коэффициент сопротивления движения без учета дополнительных сопротивлений от перекоса тележки с приводными колесами.

,

Где [3] стр.34

Сопротивление трения в приводных колесах (холостых) колесах: Н

Сила инерции, Н:

Где: скорость передвижения, м/c;

время разгона: c.

Сила инерции:

Н

Тяговое усилие на ободе приводных колес:

Н

Коэффициент запаса:



3.3.7 Определение мощности двигателя

,

кВт

кВт

3.3.8 Частота вращения приводного двигателя

,

об/сек

Крутящий момент на валу двигателя:

кНм



Характеристика привода механизма передвижения тележки перегружателя.

Параметр	Значение
Мощность двигателя, кВт	7,5
Момент на валу, Нм	1000
Частота вращения вала двигателя, об/сек	1,19
Угловая скорость вала двигателя,	7,47



4. Описание гидравлической схемы перегружателя

Гидравлическая схема крана состоит из:

1 - основной регулируемый насос;

15 - подпиточный насос;

2, 16 - напорные фильтры;

3, 17, 20, 27 - обратные клапаны;

4, 22, 28 - золотниковые распределители с электрогидравлическим управлением;

5а-5б, 23а-23б, 29а-29б - магниты электрогидравлического управления;

6,8 - управляемые обратные клапана (гидрозамки);

7 - гидромотор механизма подъема;

24 - гидромотор механизма передвижения тележки;

30 - гидромоторы механизма передвижения крана;

9, 18 - распределитель с управлением от электромагнита с пружинным возвратом;

10, 26, 36 - подпорные клапана;

11 - дроссель (регулятор потока);

12 - дроссельный регулятор основной скорости опускания;

13 - напорный золотник;

14 - аккумулятор гидравлический;

19 - дроссельный регулятор малой посадочной скорости;

21 - реле давления;

25 - дроссельный регулятор скорости движения тележки;

31, 32 - делители потока (спаренные гидромоторы);

33 - дроссельный регулятор скорости;

34 - дроссельный регулятор с дросселем, обеспечивающим установившуюся скорость движения крана;

37, 38 - предохранительные клапана;

39 - гидробак.

I - напорная линия;

II - 1-ая сливная магистраль (подъем);

III - 2-ая сливная магистраль (опускание).

Работа механизма подъема:

Рабочая жидкость подается регулируемым насосом (1) из гидробака (39) к распределителю (4) с электрогидравлическим управлением через фильтр (2) и обратный клапан (3). Ограничение максимального давления в системе осуществляется предохранительным клапаном (37) непрямого действия. При включении распределителя (4) на подъем магнитами (5а-5б) жидкость, проходя управляемый клапан (6) и открывая его силой своего давления, поступает в гидромотор механизма подъема (7), вращая его. Регулирование скорости подъема осуществляется регулированием подачи насоса. Слив из гидромотора механизма подъема (7) происходит через управляемый клапан (8), открываемый давлением напорной магистрали (I), проходит через распределитель с электрогидравлическим управлением (4) и по 1-ой сливной магистрали (II) через золотниковый распределитель (9) и подпорный клапан (10) сливается в бак. Для обеспечения плавного торможения в конце подъема переключаем распределитель (9) на линию с дросселем (11) в 1-ой сливной магистрали (II). Окончательное торможение и остановка происходит переключением распределителя (4) в среднее положение и запиранием гидрозамков (6 и 8).

Опускание происходит под действием собственного веса груза, а заполнение холостой полости гидромотора (7) осуществляется с помощью вспомогательного насоса (15). Слив жидкости из рабочей полости гидромотора (7) под давлением происходит через гидрозамок (6), который принудительно открывается под действием давления жидкости, идущей на заполнение холостой полости гидромотора (7), через дроссельный регулятор скорости (12) и напорный золотник (13). При опускании груза, то жидкость поступает в гидравлический аккумулятор (14) и заряжает его. Вспомогательный насос (15) включается одновременно с переключением электромагнитов (5а-5б) на распределителе (4) на опускание и через фильтр (16), обратный клапан (17), золотниковый распределитель (18) и обратный клапан (20) рабочая жидкость поступает в полость гидромотора (7).

Как только аккумулятор зарядится, срабатывает реле давления (21), переключая напорный золотник (13), и рабочая жидкость движется через золотниковый распределитель (18), обратный клапан (20), заполняя нерабочую полость гидромотора (7).

Торможение и выход на посадочную скорость осуществляется переключением золотникового распределителя (18) на линию с дроссельным регулятором потока (19). Остановка происходит переключением распределителя (4) в среднее положение.

Работа механизма передвижения тележки:

При разгоне: если гидравлический аккумулятор (14) заряжен, то рабочая жидкость из него поступает через распределитель с электрогидравлическим управлением (22) в гидромотор (24), определяя требуемое его вращение, тем самым осуществляя передвижение тележки. Реверсирование направления движения тележки осуществляется с помощью распределителя (22). Слив из гидромотора идет через дроссельный регулятор скорости (25), настройка которого определяет скорость движения тележки, через подпорный клапан (26) в бак. Когда давление в аккумуляторе снизится до отключения реле давления (21), дальнейшее передвижение тележки будет осуществляться с помощью вспомогательного насоса (15), который через фильтр (16), обратный клапан (27), напорный золотник (13), распределитель (22) подает рабочую жидкость в гидромотор (24) или в гидромоторы 30 (1,2).

Торможение тележки осуществляется просто переключением распределителя (22) в среднее положение, а скорость движения настраивается регулятором скорости (25).

Работа механизма движения перегружателя:

Для обеспечения синхронизации движения перегружателя на длинных линиях магистрали требуется синхронизация потоков в напорной и сливной магистралях, поэтому устанавливаем два магнитных делителя потока (2 спаренных гидромотора). Если аккумулятор заряжен, то рабочая жидкость из него поступает через распределитель с электрогидравлическим управлением (28) и машинный делитель потока, состоящий из двух параллельно установленных одинаковых гидромоторов 31 (1,2) с объединенными валами, обеспечивающих синхронную работу гидромоторов 30 (1,2), тем самым осуществляя движение крана. Реверсирование направления движения крана осуществляется с помощью распределителя (28). Когда давление в аккумуляторе снизится до отключения реле давления (21), дальнейшее передвижение крана будет осуществляться с помощью вспомогательного насоса (15), который через фильтр (16), обратный клапан (27), напорный золотник (13), распределитель (28), машинные делители потока 31(1,2). Слив происходит через машинные делители потока 32 (1,2)3 распределитель (28), регулятор потока (33) и подпорный клапан (36).

Дроссельный регулятор скорости потока (33) имеет переход на пониженную скорость с установившейся скорости движения крана с помощью переключения соответствующего из дросселей (34) или (35).

Остановка осуществляется переключением распределителя (28) в исходное (среднее) положение.

В гидросистеме применяется масло ВМГЗ.

Характеристика масла ВМГЗ:

Марка	ГОСТ или ТУ	Кинематическая вязкость, сСт	tmin, °C	Плотность, кг/м3
ВМГЗ	ТУ 38-1-196-68	при t = 50°С - не менее 10 при t = -50°С - не более 1250	- 60	865



5. Расчет и выбор гидрооборудования перегружателя

Для гидроприводов подъемно-транспотных машин выбирают номинальное давление в диапазоне МПа.

В нашей гидросистеме выберем МПа. Перепад давления на гидромоторах устанавливается на 10-20% меньше номинального.

Тогда установим ДМПа, это меньше на 15%.

Определение рабочего объема гидромоторов:

где

момент сопротивления, приведенный к валу гидромтора, Нм

момент инерции, приведенный к валу гидромотора, кгм

общий КПД системы

угловое ускорение,

где

масса линейно движущихся частей, кг

момент инерции вращающихся частей, кгм

скорость линейно движущихся масс, м/c

угловая скорость вращающихся масс, с

угловая скорость звена приведения, с

Для механизма подъема:

Исходные данные:

Грузоподъемность () = 40 тонны.

Скорость подъема груза () = 0,6 м/c

Угловая скорость барабана

кгм

Момент сопротивления кНм на валу приводного двигателя. Момент инерции:

кгм

Угловое ускорение:

, где

время разгона: c.

Рабочий объем гидромотора:

м

Для механизма передвижения перегружателя:

Исходные данные:

Скорость передвижения перегружателя м/c

192000 кг

Угловая скорость

Момент сопротивления кНм на валу приводного двигателя.

Моментами инерции колес и муфт условно пренебрегаем в связи с их незначительностью.

Момент инерции:

кгм

Угловое ускорение:

, где

время разгона: c.

Рабочий объем гидромоторов:

м

Для механизма передвижения тележки перегружателя:

Исходные данные:

Скорость передвижения тележки м/c

кг

Угловая скорость

Момент сопротивления кНм на валу приводного двигателя.

Моментами инерции колес и муфт условно пренебрегаем в связи с их незначительностью.

Момент инерции:

кгм

Угловое ускорение:

, где

время разгона: c.

Угловое ускорение:

Рабочий объем гидромоторов:

м

В соответствии с полученными рабочими объемами по каталогу подбираем следующие гидромоторы радиально-поршневые типа МРФ-…/25М1: