Размещено на http://www.allbest.ru/

• Содержание
• Введение
• 1. Курсовое проектирование по ПТМ
• 1.1 Краткое описание крана
• 1.2 Грузоподъемность, годовая производительность, временной ресурс машины
• 1.3 Схема запасовки каната и скорость его движения
• 1.4 Определение КПД полиспаста
• 1.5 Кинетическая схема механизма подъема груза
• 1.6 Расчет рабочего органа машины
• 1.7 Подбор двигателя
• 1.8 Подбор редуктора
• 1.9 Выбор и расчет муфт
• 1.10 Выбор тормоза
• 1.11 Расчет диаметров выходных концов валов и шпоночных
• соединений
• 1.12 Подбор подшипников для вала барабана
• 1.13 Проверка работы механизма подъема груза крана в режиме неустановившегося движения
• 1.14 Компоновка механизма подъема груза
• 1.15 Технический надзор и техника безопасности при работе крана
• Заключение
• Библиографический список


Введение

Грузоподъемные машины и механизмы предназначены для перемещения грузов и людей в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

Железнодорожные краны относятся к полноповоротным стреловым кранам^. Железнодорожные краны предназначены для выполнения комплекса погрузочно-разгрузочных, транспортно-складских и строительно-монтажных работ на железнодорожных путях МПС и промышленных предприятий.

Их используют также и в промышленности при монтаже и погрузочно-разгрузочных работах.

Объектом курсового проекта является механизм подъема груза железнодорожного крана.

В работе надо рассчитать и спроектировать механизм подъема железнодорожного крана.

Для этого требуется: 1) определить мощность двигателя, потребную для подъема груза; 2) определить передаточное число механизма, выбрать тип передачи, составить кинематическую схему подъемного механизма и произвести кинематический расчет; 3) выбрать тип тормоза и произвести его расчет; 4) рассчитать канат и подобрать его по ГОСТу; 5) определить диаметр, длину, канатоемкость и толщину стенок барабана, проверить барабан на прочность; 6) определить диаметр блоков; 7) выбрать по ГОСТу крюк.

В результате проектирования возникают различные несоответствия (взаимодействия узлов, условиям сборки) поэтому приходится изменять некоторые параметры узлов деталей и переходить на следующий вариант измененных параметров и начинать снова все расчеты, пока изделие не будет соответствовать всем техническим требованиям.

Таким образом, цель достигается расчетом и конструированием нескольких вариантов (два-три). Один вариант, как правило, случайное совпадение.

Исходные данные для проектирования механизма подъема железнодорожного крана:

F = 50 кН - вес груза,

11 м/мин - скорость подъема груза,

Н = 8 м - высота подъема груза,

С - режим работы средний.



1. Курсовое проектирование по ПТМ

1.1 Краткое описание крана

Железнодорожные краны монтируют на специальных железнодорожных платформах. Стрела в транспортном положении укладывается на другую платформу, входящую в комплект оборудования. Платформа крана опирается на колёсные оси в количестве от четырёх до восьми. Колёсные пары группируют в трёх-, четырёхосные балансирные тележки. Нагрузка на ось допускается не более 200 кН.

Платформы крана снабжают стандартными железнодорожными автосцепками, так как кран может быть не только включён в состав поезда, но и использован как локомотив при маневрах. Платформы имеют от четырёх до восьми поворотных балок с гидравлическими выносными опорами. При работе крана под них заранее подкладываются шпальные клетки из брусьев.

Механизм передвижения крана снабжают обычным железнодорожным тормозным устройством с пневматическим приводом.

Рисунок 1.1 - Железнодорожный кран

1.2 Грузоподъемность, годовая производительность, временной ресурс машины

Грузоподъемность устанавливается по формуле:

(1.1)

где - максимальная масса поднимаемого груза,

- масса грузозахватного устройства.

При применении крюковой подвески массой последней можно

пренебречь, тогда

, (1.2)

,

и грузоподъемность равна:

.

Часовая производительность определяется формулой:

, (1.3)

где К - коэффициент нагружения,

- продолжительность цикла, .

Таблица 1.1 - Классы нагружения крановых механизмов

Класс нагружения	Коэффициент нагружения, К	Качественная характеристика класса нагружения
В1	До 0,125	Работа при малых нагрузках, номинальная нагрузка в редких случаях
В2	0,125-0,25	Работа при средних и номинальных нагрузках
В3	0,25-0,5	Работа при номинальных и близких к номинальным нагрузкам
В4	0,5-1	Постоянная работа при номинальных и близким к номинальным нагрузкам

По таблице 1.1 находим: класс нагружения В2, коэффициент нагружения К = 0,18.

.

Определим временной ресурс машины:

, (1.4)

где - коэффициент годового использования механизма, ,

- коэффициент суточного использования механизма, ,

лет - срок работы машины, принимаем .

ПВ% = 25% для режима работы С.

.

Определим годовую производительность машины:

, (1.5)

.

1.3 Схема запасовки каната и скорость его движения

Для выигрыша в силе при подъеме груза применяют полиспасты

Выбираем кратность полиспаста = 3 и вид барабана - одинарный.

Рисунок 1.2 - Схема запасовки каната

1.4 Определение КПД полиспаста

КПД полиспаста определяют с учетом конструкции опор блоков по формуле:

, (1.6)

где = 0,99 - КПД одного блока на подшипниках качения.

.

1.5 Кинетическая схема механизма подъема груза

При составлении кинематической схемы механизма используем блок-схему, которая для канатного механизма подъема груза должна содержать:

двигатель, как источник энергии, тормоз, рабочий орган (например, барабанно-полиспастный механизм), передачу между двигателем и рабочим органом для понижения частоты вращения двигателя и увеличения крутящего момента на рабочем органе. Реверсирование движения осуществляют обычно самим двигателем.

Рисунок 1.3 - Блок - схема механизма подъема

Рисунок 1.4 - Механизм подъема груза:

1 - электродвигатель; 2 - муфта с электротормозом; 3 - редуктор;

4 - барабан лебёдки

Рисунок 1.5 - Барабан кранового типа БК



Для обеспечения долговечности выбранного каната по правилам Гостехнадзора определяют минимально допустимый диаметр блока или барабана.

Длина барабана должна быть такой, чтобы при нижнем расположении крюка на барабане оставалось не менее 1,5 -2 витков каната, не считая витков находящихся под зажимным устройством, число которых обычно принимают равным 2 -3 виткам.

У барабанов длиной менее трех диаметров напряжения изгиба и кручения не превышают 10 -15 % от напряжения сжатия. Барабаны длиной более пяти диаметров применять не рекомендуется.

1.6 Расчет рабочего органа машины

Максимальные расчетные усилия в ветви каната, навиваемой на барабан, определяется по формуле:

, (1.7)

,

где - масса поднимаемого груза, в том числе и масса грузозахватных механизмов или устройств, кг;

- ускорение свободного падения.

Массу крюковой подвески кранов можно принимать согласно значениям в таблице 1.2.

Таблица 1.2- Массы крюковой подвески и грейфера

Грузоподъемность, кг	500	1000	5000	10000	16000	20000
Масса крюковой подвески, кг	50	80	140	220	310	400
Масса грейфера, кг	-	-	1850	3700	6000	9000



Массу крюковой подвески принимаю 140 кг, тогда

Q = 5000+ 140 = 5140 кг.

.

a) Выбор типа и диаметра каната, крюка и крюковой подвески

Тип и диаметр каната, согласно рекомендациям Гостехнадзора, выбираем по величине разрывного усилия F_P.

кран грузоподъемность двигатель безопасность

_, (1.8)

где К_К - коэффициент запаса прочности.

Значение коэффициента определяем по таблице 1.3

Таблица 1.3 - Запасы прочности и тормозного момента грузоподъемных машин

Устройство	Режим работы	Запас прочности	Коэффициент запаса тормозного момента,
Кран	Л С Т, ВТ	5 5,5 6	20 25 30-35	1,5 1,75 2-2,5

Для режима С получаем К_К = 5,5.

_.

Выбираем канат двойной свивки типа ЛК-Р конструкции о.с. по ГОСТ 2688-80 с органическим сердечником, диаметр каната d_k = 13 мм, имеющий при маркировочной группе 1568 МПа разрывное усилие 81,25 кН, что больше требуемого.

Записываем условное обозначение выбранного каната грузового назначения марки I, оцинкованного по группе С; правой крестовой свивки, нераскручивающегося, маркировочной группы 1568 МПа:

Канат 13 - Г- С- Н- 1568 ГОСТ 2688-80.

б) Диаметр и длина барабана

По правилам Гостехнадзора наименьший допускаемый диаметр барабана или блока, огибаемого стальным канатом, имеет значение:

, (1.9)

где D_Б - диаметр барабана, измеряемый по средней линии навитого каната,

d_k = 13 мм - диаметр каната,

= 25 - коэффициент, зависящий от типа ПТМ и режима работы (таблица 1.3).

Диаметр барабана получается

.

Полученный диаметр D согласовывают с ГОСТ 6636-69, который рекомендует ряд размеров: 140, 160, 180, 200, 220, 240, 250, 260, 280, 300, 320, 340, 360, 380, 400, 420, 450, 480, 500, 530, 560, 630 и т.д.

В соответствии с ГОСТ 6636-69 принимаю .

Количество витков, навиваемых на барабан, определяется по формуле:

, (1.10)

где - высота подъема груза.

.

Ориентировочное значение длины барабана L_Б для сдвоенного полиспаста можно определить по формуле:



, (1.11)

где мм - шаг нарезки канавки на барабане.

Тогда

.

, (1.12)

.

Толщина стенки литого чугунного барабана, исходя из условий изготовления, приближенно определяется по эмпирической формуле:

.

в) Вращающий момент на барабане, обороты барабана

Вращающий момент на барабане Т_Б определяется по формуледля сдвоенного барабана:

, (1.13)

.

Обороты барабана находим из следующих соотношений:

, (1.14)



где .

Откуда следует

, (1.15)

г) Мощность на крюке, на барабане

Мощность на крюке крана определяется по формуле:

, (1.16)

В нашем случае:

.

Определяем мощность на барабане лебедки для одинарного полиспата:

, (1.17)

.

Выбираем номер крюка - 16, для которого грузоподъемность равна 10 т, что превышает заданную.

1.7 Подбор двигателя

Для подъемных механизмов кранов статическая мощность двигателя, необходимая для подъема номинального груза с заданной скоростью, является расчетной.

Время периода неустановившегося движения (разгон или торможение) строго ограничено и для механизма подъема составляет 1-3,5 сек.

Для привода крановых механизмов предназначены крановые и металлургические асинхронные электродвигатели трехфазного тока с короткозамкнутым ротором серии MTKF и МТКН и с фазовым ротором серий МТР и МТН.

Статическую мощность электродвигателя рассчитывают по формуле

, (1.18)

где - ориентировочное значение КПД всего механизма подъема груза, на этом этапе принимаем

.

По рассчитанному значению потребной мощности и заданному режиму работы механизма подбираю по каталогу ближайший по мощности двигатель (перегрузка допускается до 10%) и выписываю его характеристики.

Двигатель в период разгона способен создать повышенные величины крутящего момента, так называемый пусковой момент.

Принимаю двигатель серии МТF и выписываю его параметры:

Тип двигателя: МТF 311-6;

Режим работы ПВ: 25%;

Номинальная мощность Р_ДВ, кВт: 13;

Частота вращения n_ДВ, мин^-1: 895;

Максимальный момент М_max, Нм: 390;

Пусковой момент М_пуск, Нм: 380;

Момент инерции ротора J_P, кгм²: 0,212;

Масса, кг: 155.



Рисунок 1.6 - Двигатель серии MTKF

Таблица 1.4 - Габаритные размеры, мм, двигателя.

Тип эл.дв.

В10

В11

В31

d1

h

h31

L1

L10

L11

L30

L33

Концы валов

G, кг

MTKF 311

280

350

50

180

444

260

320

637

748,5

цилиндрические

155

1.8 Подбор редуктора

a) Выбор передачи

Общее передаточное число механизма определяется по формуле:

, (1.19)

.

б) Выбор стандартного редуктора

В зависимости от величины общего передаточного числа механизма, условий компоновки механизма выбирают тип и количество передач в механизме. Для получения наиболее высокого КПД механизма предпочтительнее закрытые передачи.

При этом должны соблюдаться условия:

Передаточное число подбираемого редуктора должно соответствовать передаточному числу проектируемого механизма. Допускается отклонение передаточного числа 7 %. Если отклонение передаточного числа превышает указанный предел, то выбирают редуктор с ближайшим большим значением U_ред.

Табличное значение мощности выбранного редуктора должно быть равно или больше расчетного значения мощности двигателя (с запасом 5 - 10 %).

Частота вращения быстроходного вала редуктора должна быть равна частоте вращения ротора электродвигателя.

Режим эксплуатации редуктора должен соответствовать заданному режиму работы механизма.

Для выбранной компоновочной схемы механизма (рис. 1.3) величина общего межосевого расстояния редуктора а₃ должна быть достаточной и должно выполняться условие:

,

.

Выбираем редуктор Ц2-500.

Параметры редуктора Ц2-500:

Передаточное число - 31,5

Частота вращения быстроходного вала -

Передаваемая мощность - 52,7 кВт

Межосевое расстояние - 500 мм.



Рисунок 1.7 - Редуктор типа Ц2

Таблица 1.5 - Габаритные размеры редуктора

Типоразмер редуктора	L5	L6	L7	L9	L10	L11	H0	H	H1	S	dxn	G,кг
Ц2-500	330	415	445	-	340	190	315	598	-	30	39х9	500

в) КПД редуктора

определяем по формуле:

, (1.20)

- кпд закрытой зубчатой пары,

- кпд для пары подшипников,

.

Кинематическая схема редуктора Ц2 изображена на рисунке 1.6.

Рисунок 1.8 - Кинематическая схема редуктора типа Ц2

г) Вращающие моменты на входе и выходе

В нашем случае имеем:

- вращающий момент на барабане.

Следовательно, вращающий момент на входе редуктора определим по формуле:

, (1.21)

- кпд муфты.

.

1.9 Выбор и расчет муфт

Исходя из компоновочной схемы (рисунок 3), ставятся две муфты: первая - между двигателем и редуктором и вторая между редуктором и барабаном.

Первая муфта втулочно-пальцевая с тормозным шкивом.

Вторая муфта зубчатая.

Определяем расчетные моменты для муфт:

для первой

для второй

где - коэффициент режима работы привода с электродвигателем для кранов.

Характеристики первой муфты:

Номер муфты - 1.

Наибольший крутящий момент - .

Диаметр тормозного шкива - .

Ширина тормозного шкива В - 95 мм.

Масса муфты - 25 кг.

Момент инерции - .

Характеристики второй муфты:

Номер муфты - 5.

Крутящий момент - .

Число зубьев - 56.

Диаметр вала - 90 мм.

Рисунок 1.9 - Схемы компоновки узла муфты барабана

1.10 Выбор тормоза

Тормоз ставим на муфту, которая соединяет электродвигатель и открытую зубчатую передачу.

Выбор тормоза производится по величине тормозного момента, который подсчитывается по формуле

(1.22)

К_Т - коэффициент запаса тормозного момента, значение которого зависит от режима работы:

для Л - К_Т =1,5.

.

Выбираем колодочный тормоз типа ТКГ - 160 приводом от электрогидравлического толкателя.

Диаметр тормозного диска - D = 200 мм.

Максимальный тормозной момент - Т_Т = 300 Нм.

.

Рисунок 1.10 - Тормоз серии ТКГ

Таблица 1.6 - Габаритные размеры тормоза

Типоразмер тормоза	Тормозной момент	h	L	H	E	T	B	D	G, кг
ТКГ - 160	100	144	490	415	201	147	70	160	25

Примечание. В - ширина колодки; D - диаметр тормозного шкива.

1.11 Расчет диаметров выходных концов валов и шпоночных соединений

При определении диаметров выходных концов валов учитываем крутящие моменты и консольные радиальные нагрузки от муфт. Последние определяются по формулам:

для первого вала

, (1.23)

для третьего вала редуктора

. (1.24)

Получаем:

,

.

Диаметры без учета консольных нагрузок определяю по формулам:

, . (1.25)

Выбираем для валов сталь 45, 40Х и принимаем

Получаем:

,

.

Уточняем значение диаметров с учетом консольной нагрузки муфт, при этом учитываем изгибающие моменты:

, (1.26)

,

.

Определяем расчетные моменты



, (1.27)

Получаем новые диаметры:

,

.

Учитывая незначительные изменения диаметров валов, консольными силами можно пренебречь.

Чаще всего применяются призматические шпонки, поперечные размеры которых устанавливаются в зависимости от диаметра вала, а длина устанавливается расчетным путем на срез и на смятие.

Выбираем призматические шпонки.

Для сечение шпонки , , .

Для сечение шпонки , , .

Материал шпонки: сталь(ст.6, сталь 45, сталь 50) с пределом прочности не ниже 590 МПа, для которой , для стальной ступицы допускаемое напряжение на срез шпонок .

Рисунок 1.11 - Схема шпоночного соединения

Определяем значение длины шпонки

, (1.28)

для первого (быстроходного) вала:

,

для выходного конца третьего вала:

.

На срез шпонки можно не проверять, так как условие на срез для принятых шпонок выполнится.

1.12 Подбор подшипников для вала барабана

Исходя из схем полиспастов с одинарным барабаном, счетные схемы для определения радиальной нагрузки на барабан будет следующая:

Рисунок 1.11 - Схема нагрузки на барабан



Величина реакции, где сила натяжения каната.

.

Эквивалентная нагрузка равна

, (1.29)

- коэффициент безопасности.

.

Для барабана выбираем подшипники роликовые конические однорядные серии 7618.

Расчетная долговечность равна:

, (1.30)

.

Полученная долговечность достаточная для крана.

1.13 Проверка работы механизма подъема груза крана в режиме неустановившегося движения

Время пуска при подъеме крана определяется по формуле:

, (1.31)



- момент инерции двигателя

- для двигателей типа MTKF

- средний пусковой момент

- вращающий момент на входе редуктора

- частота вращения двигателя

Получаем

.

Для обеспечения времени пуска в интервале сек применяется двигатель с фазным ротором типа MTF 411-6, где время пуска регулируется работой реостатного контроллера.

1.14 Компоновка механизма подъема груза

Рисунок 1.12 - Механизм подъема груза крана

Механизм подъема груза состоит из редуктора 1, быстроходный вал которого соединен с электродвигателем 6 при помощи втулочно-пальцевой муфты с тормозным шкивом. На этом валу стоит колодочный с электродвигателем тормоз 4. барабан 2 сдвоенный, который обеспечивает симметрию приложения нагрузки (усилие в канате), нагрузка при подъеме груза, на подшипниках не изменяется.

Ось барабана соединяется с тихоходным валом редуктора при помощи зубчатой муфты, обеспечивающей компактное соединение валов, а вторым концом ось барабана опирается не подшипниковый узел 3.

Все узлы и механизм установлены на сварной раме 5 из швеллеров.

1.15 Технический надзор и техника безопасности при работе крана

Безопасная работа крана обеспечивается:

1. Наличием и исправным состоянием тормозов, противоугонных устройств, грузозахватных органов, стальных канатов.

2. Наличием приборов средств сигнализации и устройств обеспечивающих безопасность: выключателей, ограничителей грузоподъемности и средств защиты кранов от опрокидывания, указателей грузоподъемности и наклона кранов, средств сигнализации.

3. Исправным состояния грузозахватных приспособлений: строп, траверс, захватных устройств.

4. Регулярным техническим надзором за грузоподъемными кранами и своевременной регистрации их.

5. Выполнением инструкции по производству различных видов работ, проектными решениями по безопасному производству работ кранами, погрузочно-разгрузочных работ кранами, строительно-монтажных работ грузоподъемными кранами.



Заключение

В ходе выполнения курсового проекта был спроектирован механизм подъема груза настенного консольного передвижного крана. Был найден диаметр барабана, 220 мм, подобран двигатель MTKF 311-6, редуктор Ц2-500, были рассчитаны вращающие моменты на входе и на выходе редуктора, рассчитаны диаметры валов и выбраны муфты, подобран колодочный тормоз типа ТКГ - 160, подобраны подшипники для вала барабана.



Библиографический список

Александров, М. П. Подьемно - транпортные машины [Текст] / М. П. Александров, - М.: Высшая школа, 1984. - 332 с.

Анурьев, В. И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х т. Т3 Изд. 5- е [Текст] / В. И Анурьев. - М.: Машиностроение, 1979. -527 с.

Додонов, Б. П. Грузоподъемные и транспортные устройства [Текст] / Б. П Додонов, М.; под общ. ред. В. А Лифшов.- М: Машиностроение, 1984. - 137 с.

Зенков, P.Л. Машины непрерывного транспорта [Текст] / P.Л. Зенков, И. И. Ивашков, Л. Н. Колобов. - М.: Высшая школа, 1987. - 430 с.

Пертена, Ю.А. Конвейеры. Справочник [Текст] / Под редакцией Ю.А. Пертена. - Ленинград: Машиностроение, 1984. - 365 с.

Дунаев, П. Ф. Конструирование узлов и деталей машин [Текст] / П. Ф. Дунаев. - М.: Высшая школа, 1978. - 351 с.

Александрова, М. П. Подъемно - транспортные машины. Атлас конструкций [Текст] / М. П. Александрова, под общ. ред. Д. Н. Решетова. - М.: Машиностроение, 1987. - 284 с.

Редукторы и вариаторы [Текст]: атлас конструкций / под общ. ред. Л. С. Бойко, М. И. Соколовского [и др.]. - М.: Машиностроение, 1964. -315 с.

9. Копылова, И. П. Справочник по электрическим машинам Tl, T2 [Текст] / под редакцией И. П. Копылова. -М: Энергоиздат, 1988. - 648 с.

10. Кузьмин, A. В. Справочник по расчетам механизмов ПТМ [Текст] / А. В. Кузьмин, Ф. Л. Марон. - Минск: Высшая школа, 1983. - 350 с.

11. Нарышкина, В. Н. Подшипники качения. Справочник - каталог [Текст] / В. Н. Нарышкин, под общ ред. Р. В. Коросташевского. - М: Машиностроение, 1984. - 280 с.

Кузьмин, А. В. Расчеты деталей машин. Справочное пособие. [Текст] / А. В. Кузьмин, И. М. Чернин, Б. С. Козинцев. - Минск: Высшая школа, 1986. - 400 с.

Таубер, Б. А. Подъемно - транспортные машины [Текст] / - М.: Экология, 1991. - 526 с.

14. Ивашков, И. И. Монтаж, эксплуатация и ремонт подъемно - транспортных машин. [Текст] / И. И. Ивашков - М.: Машиностроение, 1991. - 403 с.

15. Акименко, П.Ф. Курсовое проектирование по ПТМ отрасли. [Текст] /. -Красноярск , 2000.-72 с.

16. Акименко, П.Ф., Корчма И.С., Силин В.В. Подъёмно-транспортные машины отрасли. Теория и конструкции деревообрабатывающего оборудования. Конвейеры, справочник. [Текст] / - Красноярск, 2006.-188 с.

Размещено на Allbest.ru