Размещено на http://allbest.ru

ВВЕДЕНИЕ

Современные высокопроизводительные грузоподъёмные машины, имеющие высокие скорости и большую грузоподъёмность, появились в последствии постоянного совершенствования машин в подчинении долгого времени.

Ещё в глубокой Древности производились строительные работы, связанные с поднятием и перемещением больших тяжестей, например сооружение египетских пирамид (пирамида Хеопса высотой 146,6 м сооружена в ХХVIII веке до н.э. и сложена из известняковых блоков массой до 30 т).

Первыми средствами механизации был рычаги, катки им наклонные плоскости, которые можно считать прототипами современных стреловых кранов, используемые для подъема воды еще за 30 веков до н.э.

В VII веке до н.э. появились блоки, а во II веке до н.э. вороты с червячной и зубчатыми передачами с ручным приводом.

В эпоху средневековья развитие подъемно-транспортной техники приостановилось. В XI - XII веках в связи с развитием торговли, мореплавания и горно-металлургической промышленности, началось быстрое развитие грузоподъемных машин. Появились первые прототипы современных кранов с ручным приводом и приводом с помощью топчаковых колес. Сначала эти краны изготовляли из дерева, и только оси и крюки из стали.

В 20-х годах XIX века был создан паровой двигатель, а в 1860 году первый кран с паровым двигателем. В 80-х годах того же века начали применять краны с электрическим двигателем.

В XVIII веке на металлургических заводах Урала, Алтая и Забайкалья применялось разнообразное подъемно-транспортное оборудование для загрузки доменных печей, откатки вагонов и др.

Начало отечественного краностроения относится к 1900 году, когда впервые были простроены краны на Брянском, Старокраматорском и Путиловском заводах. В 1913 году годовой выпуск кранов на Брянском и Старокраматорском заводах составлял 70 штук.

За последние годы для механизации подъемно-транспортных и погрузочно-разгрузочных работ специализированные проектные организации совместно с машиностроительными заводами создали ряд новых высоко-производственных, экономичных и удобных в эксплуатации машин.

Созданы электро- и автопогрузчики, различные разгрузочные машины для штучных и сыпучих грузов, а также различные штабелирующие и другие подъемные средства и лифты, которые позволили осуществить комплексную механизацию на многих предприятиях черной и цветной металлургии, машиностроительной, угольной, химической промышленности и в других отраслях народного хозяйства.

Также были созданы новые конструкции мостовых электрических кранов грузоподъемностью 5-50 т, значительно улучшившие технико-экономические показатели, благодаря изменению форм металлоконструкций кранов и применению прогрессивных профилей проката металлов.

Из основных конструктивных тенденций в подъёмно - транспортном машиностроении следует отметить следующее:

1. Создание качественно новых грузоподъёмных машин и механизмов, а также широкую модернизацию существующих машин и установок для обеспечения механизации и автоматизации погрузочно-разгрузочных транспортных и складских работ;

2. Повышение грузоподъёмных машин при одновременном значительном снижении их массы благодаря применению новых кинематических схем, более совершенных методов расчета, новых рациональных профилей металла, новых материалов - легированных сталей, легких сплавов;

3. Увеличение производительности по различным видам оборудования благодаря применению широкого регулирования скоростей механизмов, автоматического, полуавтоматического и дистанционного управления, специальных захватных и других подъемных агрегатов, а также создание улучшенных условий труда крановщиков благодаря применению установок для охлаждения и очистки воздуха в кабинах и других мероприятий.

Современное производство грузоподъемных машин основывается на создании блочных и унифицированных конструкций (редукторов, муфт, тормозов), а также создание новых грузозахватных приспособлений и устройств, позволяющих получить наиболее высокий технико-экономический эффект при изготовлении и эксплуатации этих машин.

Грузоподъёмные краны занимают ведущее место в системе машин для - механизации монтажных и погрузочно-загрузочных работ в строительстве. С помощью грузоподъемных кранов достигаются высокие темпы и индустриализация производства строительно-монтажных работ, Объектами применения таких машин являются практически все строительные площадки и пункты грузопереработки (склады и др.)

На развитие исполнений кранов, составляющих основную часть парка машин эксплуатационных баз (башенные, пневмоколесные и гусеничные краны), оказывают влияние происходящие изменения в строительном производстве: индустриализация работ, в том числе при реконструкций промышленных и гражданских зданий, расширение масштабов замены домов устаревших серий новыми в сложившихся дворовых территориях.

Неотъемлемой частью организационно-технологических решений на строительных площадках являются проекты производства работ и технологические карты, в которых приведены последовательность выполнения технологических комплексов и операций грузоподъемными кранами, места установки и безопасные рабочие зоны машин.

Переход предприятий машиностроения и строительства на рыночные отношения обуславливает повышение конкурентоспособности грузоподъемных кранов и качества их эксплуатации.

Применение современных моделей грузоподъемных кранов обеспечивает выполнение требований технологии производства монтажных и погрузочно-разгрузочных работ, рост производительности и улучшение условий труда машиниста (крановщика), но достигается это за счет усложнения конструкций машин. Естественно их эксплуатация становится дороже использования моделей предыдущих поколений и требует высокой квалификации обслуживающего персонала и, в первую очередь, крановщика. При этом возрастает значение инициативы и предприимчивости, самостоятельности и ответственности машиниста и руководителей направлениями работ.



1. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОЕКТА

1.1 Описание предприятия

Открытое акционерное общество «Прокатмонтаж» - одно из динамично развивающихся предприятий на рынке строительно-монтажных работ Уральского Федерального округа. Это компания с большим производственно-техническим потенциалом, имеющая уникальный опыт генподрядной деятельности на объектах строительства зданий и сооружений промышленного и гражданского назначения различной степени сложности.

Управление было создано в 1949 году для монтажа прокатных станов промышленных предприятий Урала и входило в состав треста «Союзпрокатмонтаж». Сегодня, спустя шесть десятков лет, за плечами магнитогорских строителей и монтажников около шести сотен построенных объектов, обширная география и уже сложившаяся история.

За 67 лет деятельности ОАО «Прокатмонтаж» получил полноценное признание в мире и укрепил конкурентоспособность на российском рынке строительно-монтажных работ.

«Прокатмонтаж» - ведущая строительно-монтажная компания на Урале, поэтому и требования, предъявляемые заказчиком, достаточно высоки. Прежде всего это безупречное качество и чёткое соблюдение графика выполнения строительно-монтажных работ, знание передовых технологий в области машиностроения. Производство и контроль качества на предприятии сертифицированы согласно требованиям международного стандарта ISO 9001:2008.

Наличие филиальной сети, которая территориально приближена к основным потребителям услуг, позволяет компании оперативно приступать к строительно-монтажным работам на объектах Челябинской, Свердловской, Оренбургской, Ленинградской и других областей. Для выполнения полного комплекса работ в составе предприятия семь монтажных управлений, специализирующихся на работах по монтажу технологического оборудования, трубопроводов и гидравлики, два строительных управления, цех по изготовлению металлоконструкций и нестандартизированного оборудования, завод по производству железобетонных изделий, завод по производству кирпича, цех по изготовлению пластиковых оконных конструкций и столярных изделий, лаборатории по контролю качества сварных соединений, бетона и строительно-монтажных работ, автопарк специализированной строительной техники, проектно-конструкторский отдел и другие подразделения.

Предприятие обладает собственной материально-технической базой и высококвалифицированным персоналом, - всё это позволяет оперативно решать любые проблемы и воплощать в жизнь самые уникальные проекты.

«Прокатмонтаж» выполняет полный комплекс строительно-монтажных работ в различных отраслях промышленности.

Основные направления деятельности предприятия - монтаж, наладка и ремонт сложного технологического оборудования различных отраслей промышленности, а именно:

· монтаж технологического оборудования, трубопроводов и металлоконструкций;

· монтаж гидравлического оборудования и трубопроводов жидкой, густой смазки пневматики, промывка трубопроводов для необходимого класса чистоты в соответствии с требованиями поставщиков оборудования;

· монтаж, наладка и сервисное обслуживание котельных, теплосистем, теплогенераторов (котлов);

· работы по устройству наружных инженерных сетей и коммуникаций, внутренних инженерных систем и оборудования;

· возведение специальных сооружений, мостов, труб и эстакад;

· строительство промышленных и гражданских зданий и сооружений;

· возведение дорожных оснований и покрытий.

Предприятие осуществляет следующие виды работ:

· проектирование зданий и сооружений, инженерных сетей и коммуникаций;

· разработку специальных разделов проектной документации, охраны окружающей среды, системы пожаротушения, пожарной сигнализации;

· технологический и строительный инжиниринг;

· геодезические работы;

· контроль неразрушающими методами металла и сварных соединений;

· контроль качества бетонных и строительно-монтажных работ;

· энергетическое обследование (энергоаудит).

Предприятие изготавливает:

· металлические конструкции промышленного и гражданского назначения;

· нестандартизированное оборудование;

· трубные узлы;

· товарный бетон и раствор;

· бетонные и железобетонные изделия и конструкции;

· тротуарную плитку;

· кирпич;

деревянные и пластиковые конструкции и столярные изделия.

1.2 Краткая характеристика мостовых кранов

Мостовой кран состоит из моста, перемещающегося по надземным рельсовым путям, и грузовой тележки, перемещающейся по мосту.

Среди конструкций мостовых кранов различают мостовые краны однобалочные и двухбалочные, с ручным и электрическим приводом, с кабиной управления и управляемые с пола (земли) или пульта управления.

Однобалочные и двухбалочные краны могут быть выполнены опорными или подвесными. Опорный кран перемещается по рельсам, уложенным на металлических или железобетонных подкрановых балках; подвесной- по нижним полкам двутавровых балок, расположенных под нижними поясами стропильных ферм. Находят применение одно-,двух- и более пролетные подвесные краны.

В зависимости от типа грузозахватного органа мостовые краны подразделяются на крюковые (с одним, двумя и более крюками), магнитные, с подъемным электромагнитом и грейферные. Кроме того, имеются мостовые краны, снабженные специальными грузозахватными органами (клещами, лапами и т.п.).

Мостовые краны выполняются с гибкой (на канатах) и жесткой подвеской груза. С жесткой подвеской груза выполняются металлургические краны, предназначенные для обслуживания технологического процесса в металлургическом производстве: краны для раздевания слитков (стрипперные), колодцевые краны, краны с лапами (пратцен-краны), мульдозавалочные и другие металлургические краны, рабочий орган которых жестко связан с тележкой при помощи шахты и перемещается по вертикальным колоннам. Жесткую подвеску груза имеют также краны-штабелеры, выполненные на базе мостовых и козловых кранов.

Однобалочные мостовые краны (кран-балки) состоят из двутавровой балки, концы которой прикрепляются к концевым (поперечным) балкам, снабженным ходовыми колесами. В качестве грузовой тележки здесь используется ручная или электрическая таль, перемещающаяся по нижнему поясу балки. При больших пролетах главная балка усиливается фермами (вертикальными, горизонтальными).

Двухбалочные мостовые краны в простейшем случае состоят из двух параллельных балок, прикрепленных по концам к общим концевым (поперечным) балкам. Грузовая тележка у двухбалочных кранов перемещается по рельсам, уложенным по верхним поясам главных балок.

При больших пролетах и нагрузках мост крана выполняется из решетчатых ферм или из коробчатых балок. Мостовой кран первого типа состоит из двух главных ферм (вертикальных), непосредственно воспринимающих нагрузку, двух вспомогательных (вертикальных) и четырех горизонтальных ферм, две из которых расположены в плоскости верхних поясов главных ферм и две в плоскости нижних поясов. Каждая половина моста, состоящая из четырех ферм, крепится к концевым двухстенчатым балкам. Мостовой кран второго типа выполнен из двух пролетных балок коробчатого сечения, скрепленных концевыми балками (также коробчатого сечения). Пролетные и концевые балки свариваются из листовой стали ручной и автоматической сваркой. Внутри устанавливаются диафрагмы с целью придания им жесткости и устойчивости. Для удобства транспортировки и монтажа крана концевые балки имеют один или два стыка.

На верхних поясах пролетных балок устанавливаются рельсы для передвижения крановой тележки. На концевых балках монтируются ходовые колеса.

Мостовые краны приводятся в движение от электродвигателей, установленных на одной из галерей моста крана. Механизмы передвижения крана выполняются с центральным или раздельным приводами.

На мостовых кранах, за исключением однобалочных (опорных и подвесных) и двухбалочных подвесных, для безопасного и удобного обслуживания электрооборудования и механизмов, расположенных вне кабины, должны быть предусмотрены галереи и площадки с удобными выходами и доступом ко всем механизмам крана и электрооборудованию.

В этих целях мост крана, выполненный из решетчатых ферм или коробчатых балок, снабжается двумя галереями (площадками). Одна из галерей предназначается для размещения и обслуживания механизма передвижения крана, вторая- для установки и обслуживания троллейных проводов, подающих питание на тележку. Обе галереи выполняются вдоль всего пути грузовой тележке: от одной концевой балки до другой. На кранах, у которых токопровод к крановой тележке осуществляется гибким кабелем, вместо галереи обычно устраиваются две площадки со входом на них с концевых балок. Длина каждой площадки для удобства обслуживания ходовых колес тележки должны быть более базы тележки.

Рисунок 1.1- Мостовой кран

1.3 Краткая характеристика грузозахватных устройств для пачек и рулонов металла

Шарнирно-рычажные(клещевые) грузозахватные устройства. Для перегрузки стальной полосы в рулонах в вертикальном положении применяют шарнирно-рычажные фрикционно-зажимные грузозахватные устройства грузоподъемностью 10, 20, 35 т. В них использован специальный штоковый затвор для фиксирования органов в четырех положениях: порожнем, при взятии рулонов, подъеме-транспортировании рулона, освобождении. Грузозахватные устройства грузоподъемностью 10 т применяют для транспортирования одного рулона, массой до 9 т; 35 т -- одного рулона массой до 34 т; 20 т -- одновременного подъема двух одинаковых рулонов массой до 9 т. Грузозахватное устройство грузоподъемностью 35 т используют при разгрузке и погрузке рулонов с платформы в штабели, а грузозахватные устройства грузоподъемностью 10 и 20 т -- при разгрузке и погрузке вагонов и платформ.

Грузозахватные устройства с автоматическим управлением грузоподъемностью 10 т (рис. 1.2, а) состоят из шарнирно-соединенных держателя, траверсы, серег, обоймы, рычагов, тяг, на общем шарнире которых расположена грузовая скоба. Для обеспечения четкой работы устройства в стесненных условиях при погрузке рулонов в полувагоны рычаги выполнены с противовесами, а их поворот ограничен упорами. Поворот тяг ограничивается фиксаторами.

Рисунок - 1.2 Шарнирно-рычажные грузозахватные устройства

Верхним шарниром штоковый затвор через переходной кронштейн соединен с тягой, а его нижний шарнир закреплен на защелке, взаимодействующей при работе грузозахватных устройств с осью. В исходном положении защелка упирается вилкой в ось, чем обеспечивается замыкание рычажной системы. При установке грузозахватного устройства на рулон оно полностью раскрывается, эксцентрик, поворачиваясь с рычагом, поднимает вверх защелку. При подъеме груза защелка и ось разъединяются, и грузозахватное устройство захватывает рулон.

Грузозахватное устройство с автоматическим управлением грузоподъемностью 35 т (рис.1.2,6) состоит из шарнирно-соединенных держателя, траверсы, серег, обоймы, рычагов, тяг, штокового затвора. На общем для тяг штокового затвора шарнире расположена грузовая скоба и крюк, взаимодействующий при работе с планкой. На держателе и траверсе закреплены прижимные губки.

В исходном положении планка упирается в выступ, носок крюка застопорен планкой, чем обеспечивается замыкание рычажной системы. При установке грузозахватного устройства на рулон оно полностью раскрывается, крюк, скользя по планке, отклоняется от вертикального положения. При подъеме груза крюк проходит мимо планки и грузозахватное устройство захватывает рулон. В местах разгрузки устройство освобождается от рулона и под действием собственной массы полностью раскрывается. Начинается следующий цикл работы.

Автоматическое грузозахватное устройство грузоподъемностью 20 т (рис. 1.2, в) состоит из шарнирно-соединенных клещевин, рычагов, тяг, на общем шарнире которых размещена грузовая скоба. Штоковый затвор верхним шарниром через кронштейн соединен с тягой, а его нижний шарнир закреплен на планке, замок которой взаимодействуют при работе грузозахватного устройства с замком на рычаге. С клещевинами шарнирно соединены башмаки, свободно поворачивающиеся вокруг оси, чем обеспечивается сохранение параллельности движения башмаков при захватке рулонов. Для надежности установки грузозахватного устройства на рулоны к нижней плоскости клещевин прикреплены опоры.

Скобы. Грузовые скобы представляют собой приспособления для захвата грузов, которые позволяют поднимать и осуществлять транспортировку различных материалов, которыми могут быть: рулоны стали, бухты проволоки и т.д.

Для того чтобы поднять и переместить рулоны стали, на крюк грузоподъемника подвешиваются грузовые скобы. Отсутствие подвижных частей на скобе, а также оснащение противовесом, позволяют значительным образом увеличить массу скобы, но при этом она удобна и безопасна в эксплуатации, и максимально надежна. Конструктивно представляет собой П-образную скобу из листового металла с приваренными горизонтальными полками( Рис. 1.3). Для скобы грузовой характерно постоянное нахождение в горизонтальном положении, независимо от того, нагружена она или нет. Использование грузоподъемных скоб актуально там, где требуется осуществить большой объем работ, а именно: в морских портах, металлургических комбинатах и т.д.

Рисунок 1.3- Скоба для транспортировки рулонного металла

Грузозахватное устройство с вертикльно-поворотными лапами. Грузозахватные устройства с вертикально-поворотными лапами используют обычно для оперирования с пакетированными грузами, уложенными на подставки. Широко применяют для перемещения пакетов металла и других грузов грузозахватные устройства с автоматическим поворотом лап коническими передачами при подъеме.

Автоматическое грузозахватное устройство портального типа ЗП-2 для пакетированных материалов (рис. 1.4) в качестве рабочего органа имеет четыре вертикально-поворотных вилочных подхвата. Устройство состоит из рамы, траверсы, к которой прикреплен ползун, механизма фиксации со стойкой и четырех тяг, шарнирно соединенных с четырьмя рычагами горизонтальных валов. На последних закреплены конические зубчатые шестерни, входящие в зацепление с шестернями, расположенными на верхних концах вертикальных штанг. К ползуну прикреплен упор, а к стойке -- звездочка, которые, взаимодействуя между собой, периодически сцепляют траверсу с рамой.

Рисунок 1.4- Грузозахватное устройство с вертикльно-поворотными лапами

Когда траверса сцеплена с рамой, вилочные подхваты располагаются параллельно оси пакета материалов так, чтобы они не мешали опусканию грузозахватных устройств на пакет. После упора рамы вверх пакета траверса с ползуном опускается до тех пор, пока упор ползуна не повернет звездочку. При подъеме грузозахватного устройства звездочка занимает положение, при котором ползун и стойка расцепляются. Траверса поднимается, увлекая за собой тяги и связанные с ними рычаги. Последние через коническую передачу поворачивают вертикальные валы на 90°, и подхваты оказываются под пакетом. При опускании пакета на подкладки траверса с ползуном приближается к раме до тех пор, пока упор ползуна не коснется звездочки. Затем тяги, опускаясь, поворачивают рычаги и связанные с ними через зубчатую передачу вертикальные валы с подхватами в исходное положение. Теперь при подъеме звездочка поворачивается так, что ползун сцепляется со стойкой, и грузозахватное устройство освобождается от груза. Применяется аналогичное же устройство ЗВ-З, снабженное механизмом для прижима груза.Одной из разновидностей грузозахватного устройства с вертикально-поворотными лапами, обеспечивающими захват и транспортирование пакетов штучных грузов различной высоты, является устройство с ручным приводом поворота лап. Оно состоит из прямоугольной рамы со скобой для навешивания на подъемный механизм и полых стоек с поворотными захватными органами. Последние вмонтированы в стойки с возможностью поворота относительно вертикальных осей телескопических штанг, снабженных в нижних частях подхватными лапами. Верхние части штанг связаны между собой общим цепным приводом. На стойках закреплены под углом 90° друг относительно друга ограничители поворота валов.

Привод состоит из установленных на каждой штанге звездочек, охваченных перекрестно цепью. Последняя перемещается рукояткой, закрепленной на одной из штанг.

Эксцентриковые захваты. Эксцентриковые захваты - это универсальные устройства, закрепление поднимаемого груза в которых осуществляется между одним или двумя эксцентриками, в основном применяются для захвата и перемещении плоских грузов, как в горизонтальном, так и вертикальном положении.

Строповка. Захват (строповка) -- операция, обеспечивающая временное зацепление монтируемых конструкции с монтажными машинами и механизмами. Все строповочные устройства подразделяют: по пространственной жесткости -- на гибкие и жесткие. Гибкие изготавливаются из канатов и бывают универсальными, облегченными и многоветвевыми. Жесткие в виде металлических лент или захватов применяются в тех случаях, когда поднимаемые конструкции не могут воспринимать усилия, возникающие от гибких стропов, при ограниченной высоте подъема крюка монтажного крана или для удобства производства работ;

Такие захваты(Рис 1.5) не сложны в изготовлении, долговечны, очень прочно удерживают груз, практичны в эксплуатации, могут цеплять уголки как большого, так и малого сечений.При обвязке груза, чалочные канаты и цепи должны накладываться на основной массив его или груз должен подвешиваться за специально для этого предназначенные устройства (рамы, петли).Такелажник-стропальщик должен знать вес груза, предназначенного для подъема краном.

Рисунок 1.5-строповка листового проката

Электромагнитные захваты. Электромагнитные захваты представляют собой стальной корпус круглого или прямоугольного сечения, внутри которого размещена катушка. Захват производится при подаче в катушку по гибкому кабелю постоянного тока. Грузоподъемность электромагнитных захватов -- от нескольких сот килограммов до нескольких тонн.

Механизированные грузозахватные устройства для пачек и рулонов металла. Это специальные устройства (Рис.1.6), имеющие какой-либо механический привод, для захвата рулонов или пачек металла, и других изделий подобной формы. Чаще всего ,такие захваты используются в купе с механическим поворотным крюком. Но к сожалению такое устройство можно встретить только у иностранных производителей, и никакой документации к ним нет, следовательно покупка данного захвата будет очень дорогой , тем более в сложившихся экономических условиях.

Поэтому в своем дипломном проекте, на основе опыта иностранных инженеров , я задался целью разработать данное грузозахватное устройство для условий предприятий «Прокатмонтаж».

1.4 Цели и задачи дипломного проекта

1.4.1 Цель дипломного проекта

Целью моего дипломного проекта является разработка грузозахватного устройства для мостового крана, грузоподъемностью 20 тонн, для рулонов и пачек металла. Разработанное устройство позволит предприятию сэкономить время на производимые работы, повысить качество работ, уменьшить браковку металла, а также автоматизирует работу в цеху, облегчит погрузку, выгрузку, перемещение металла и других изделий по цеху.

1.4.2 Задачи дипломного проекта

Основной задачей проекта была разработка и анализ кинематической схемы привода грузозахватного устройства и расчета его элементов. Конструкция привода должна совмещать в себе надежность, простоту монтажа и демонтажа элементов. Также данное грузозахватное устройство должно соответствовать всем нормам безопасности.



2. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ГРУЗОЗАХВАТНОГО УСТРОЙСТВА

2.1 Выбор кинематической схемы

Одним из самых важных моментов, при разработке грузозахватного устройства, является выбор кинематической схемы привода. Она должна совмещать в себе простоту конструкции, надежность, и выдерживать заданные параметры работы устройства. Рассмотрим несколько вариантов схем.

Схема с использованием гидропривода. Включает в себя такие элементы, как бак, гидроцилиндры, насос, мотор, распределитель, и др. элементы (Рис. 2.1.1).

Рис. 2.1.2- кинематическая схема с использованием цепного привода

Такая схема имеет ряд недостатков, например, занимает много пространства, требует частого ухода и чистоты, также имеет много элементов, что тоже не дает нужной надежности.

Схема с жестко-закрепленным цепным приводом включает в себя использование цепи, как тягового элемента (Рис.2.1.2). К цепи прикреплены скобы грузозахвата, и при движении цепи одна ее ветвь тянет в одну сторону скобу, другая в другую. Схема довольна проста, но требует хорошей наладки и синхронности, а также происходит быстрый износ цепи.

Существуют несколько вариантов схем с реечным исполнением (Рис.2.1.4). Рассмотрим их поподробнее. Все варианты такой компоновки очень похожи, и могут использоваться как с ременной передачей, так и с зубчатой и цепной передачей, также возможно применение и редукторов.

Но так как для меня одним из самых важных критериев была простота и надежность конструкции, я выбрал цепной привод, разведенный на две стороны, и реечную передачу (Рис 2.1.3), это позволило улучшить развесовку грузозахватного устройства, а также не требует установки дополнительных корпусов и ванн для смазки.

Рисунок 2.1.3- кинематическая схема с использованием реечной и цепной передачи(на 2 стороны)

На схеме момент от мотора передается по средствам цепной передачи к звездочкам, и от них на шестерни ,приводящие в движение рейки , жестко соединенные со скобами.

Применение ременной передачи (Рис.2.1.4) ставит под вопрос надежность конструкции, частый износ ремня не гарантирует бесперебойную работу устройства, применение редукторов (Рис.2.1.3,в) во-первых усложняет конструкцию, во-вторых требует больше места для их установки.



Рисунок 2.1.4 а, б- кинематические схемы с использованием ременной передачи и редуктора

2.2 Выбор двигателя

При выборе двигателя, массу одной скобы принимаем: m=100кг;

Для скольжения скоб, используем бронзовые направляющие, с коэффициентом трения (ѓ_тр) бронза-сталь равном: ѓ_тр = 0,1.

Для того чтобы переместить скобы, нам требуется преодалеть силу трения:

F_тр = ѓ_тр *2 m *g;

F_тр = 0,1*2*100кг*9,81=200 Н;

Крутящий момент (М_кр) на шестерне реечной передаче:

М_кр = F_тр * R_ш;

М_кр =200Н* 0,1м = 20 Н*м;

Требуемая мощность (N), необходимая для перемещения скоб рассчитывается по формуле :



N = М_кр * щ ,

где щ- это угловая скорость. Чтобы получить линейную скорость v= 0,25 м/с ,принимаем щ =20 с-1

N = 2020= 400Вт

Так как передаточное число цепной передачи принимаем равное n=5 , то момент ( М ) на валу двигателя должен быть равным:

М= 20 / 5 = 4 Н*м

Выбираем двигатель АИР80B8(Рис.2.2) с мощностью N=0,55кВт , частотой вращения n=750 об/мин , КПД = 64%.

Рисунок 2.2 - электродвигатель АИР80B8

2.3 Расчет и конструирование цепной передачи

2.3.1 Общие сведения

В зависимости от конструктивного исполнения передачи подразделяют на закрытые и открытые. Закрытые передачи имеют сварной или литой пыленепроницаемый корпус с поддоном для смазочного масла. В большинстве случаев(более 80%) цепные передачи выполняют открытыми, а смазывание цепи осуществляется периодически.

Достоинством цепных передач являются:

· возможность применения в широком диапазоне межосевых

расстояний;

· постоянство среднего передаточного отношения;

· меньшие, чем у ременных передач, габариты;

· меньше, чем у ременных передач, нагрузка на валы и опоры.

вследствие зацепления цепи со звездочками, отпадает необходимость в

большом предварительном натяжении цепи;

· относительно высокий КПД;

· возможность передачи движения одним цепным контуром нескольким валам, в том числе с противоположным направлением вращения.

Передачи применяют в транспортном, сельскохозяйственном и химическом машиностроении, в подъемно - транспортных устройствах и нефтебуровом оборудовании. Наибольшее распространение получили цепные передачи мощностью до 100 кВт и окружных скоростях до 15 м/с. Известны цепные передачи, передающие мощность до 5000 кВт и работающие при скорости до 35 м/с, однако стоимость таких передач выше, чем зубчатых. Основным элементом цепной передачи, определяющим её надежность, является приводная цепь. Цепи (Рис2.3.1) приводные стандартизованы, их выпуск осуществляется на специализированных заводах и предприятиях. Существуют одно - , двух- , трех- , четырехрядные цепи.

Рисунок 2.3.1 - приводная цепь

Детали приводных цепей должны быть износостойкими и прочными. Пластины цепей выполняют из среднеуглеродистых и легированных сталей (50, 40Х, 40НХ и др.) с закалкой до твердости не менее 32HRCэ, оси и втулки - из сталей цементируемых марок (15, 20, 20Х, 12ХНЗА и др.) с твердостью не ниже 48HRCэ, ролики - не ниже 43,5HRCэ.

При работе передачи, вследствие неизбежного износа шарниров, цепь удлиняется, стрела провисания увеличивается (Рис 2.3.2), при большом провисании происходит захлестывание и пробуксовка цепи с последующим её сходом со звёздочек.

Поэтому для сохранения предварительного натяжения и провисания цепи в процессе эксплуатации, необходимо периодически проводить регулировку или поднастройку натяжения. Она осуществляется либо перемещением вала одной из звёздочек, либо с помощью устройств, имеющих натяжные или оттяжные звёздочки или гладкие ролики.

Натяжные звёздочки и ролики обычно устанавливают на ведомой ветви цепи в месте её наибольшего провисания, причём ролики имеют преимущественное применение в передачах вертикальных или, близких к ним. Число зубьев регулирующей звёздочки рекомендуется принимать не менее числа зубьев малой (ведущей) звёздочки передачи.

Натяжные устройства любой конструкции должны, по возможности, компенсировать удлинение цепи в пределах двух звеньев с последующим их удалением в случае большего удлинения цепи. Существуют передачи и без применения натяжных устройств.

Необходимое начальное провисание ветвей цепи этих передач обеспечивают при их монтаже уменьшением межосевого расстояния на величину (0,002…0,004) а.

В дальнейшем, при эксплуатации передачи, необходимое провисание обеспечивают удалением одного или нескольких звеньев цепи по мере износа её шарниров.

Следует отметить, что натяжением цепей регулируемых и нерегулируемых передач не компенсируется увеличение шага, возникающего из-за износа шарниров.

Со временем шаг увеличивается настолько, что цепь теряет способность к правильному зацеплению со звёздочками и соскакивает с них.

Увеличение среднего шага цепи по условию её зацепления со звёздочками допускается до трех процентов. Ресурс роликовых цепей в этом случае при оптимальных условиях эксплуатации составляет около 10 тыс. часов, и зависит, в первую очередь, от эффективности смазывания цепи.

Рисунок 2.3.2- схема расположения цепной передачи

2.3.2 Исходные данные

Исходные данные и условия эксплуатации, необходимые для проектного расчёта передачи представлены в табл. 2.1

Таблица 2.1

Наименование исх. параметра и обозначение	Численное значение и размерность
Вращающий момент на валу ведущей звездочки Т3	4 Нм
Мощность Р3	0,55Квт
Частота вращения n3	750 об/мин
Передаточное число U34	5
Срок службы Lh	5000
Условия эксплуатации	90гр, равномерное движение, без толчков, натяжение перемещением одной звездочки



2.3.3 Критерии расчета и работоспособности

Основной критерий работоспособности цепной передачи(в том числе и закрытого типа) - износостойкость шарниров приводной цепи. Условие работоспособности шарниров цепи:

р ? [р], (1.1)

где р - давление на опорной поверхности шарниров при передаче номинальной нагрузки, Н/мм²; [р] - базовое допускаемое давление в шарнирах, обеспечивающее ресурс цепи при оптимальных условиях работы и смазывания около 10 000 часов.

Дополнительные критерии работоспособности:

- статическая прочность цепи по разрушающей нагрузке;

- сопротивление усталости пластин цепи по проушинам при длительном действии пульсирующей или знакопеременной нагрузки, или при скорости цепи V і 10 м/с и работе с лёгкими и средними ударами при знакопостоянной нагрузке.

Примечание. Последний из дополнительных критериев работоспособности назначают для цепных передач, расположенных между двигателем и редуктором.

2.3.4 Выбор типа цепи

В приводах общего назначения наибольшее применение получили приводные роликовые цепи типа ПР или 2ПР.

Во всех случаях предпочтение отдается однорядным роликовым цепям ПР. Исключение составляют быстроходные цепи в передачах, расположенных между двигателем и редуктором, шаг которых лимитируется предельно допустимой частотой вращения меньшей звёздочки, а также цепи тихоходных передач при вращающем моменте на валу ведущей звёздочки свыше 1500 Нм, у которых диаметры ведомых звёздочек могут иметь большие размеры, несоизмеримые с размерами рабочих органов исполнительных механизмов.

Применение трёхрядных(3ПР) и четырёхрядных (4ПР) приводных роликовых цепей возможно при эффективной смазке в герметичном корпусе и высокой точности изготовления звёздочек.

Однако стоимость таких передач резко возрастает.

При передаче больших нагрузок (Т?2000Нм), с реверсированием или частыми ударами и скорости до 5 м/с оправдано применение роликовых цепей типа ПРИ.

Таким образом, выбираем однорядную роликовую цепь типа ПР.

2.3.5 Определение числа зубьев ведущей звездочки

Минимальное число зубьев ведущей звёздочки Z₃ выбирают в зависимости от частоты её вращения n₃.

При отсутствии конструктивных ограничений по габаритным размерам число зубьев Z₃ можно определить в зависимости от передаточного числа U₃₄:

Z₃ = 29-2 U₃₄?13 ;

Z₃=29-2*5=19.

2.3.6 Определение числа зубьев ведомой звездочки

Число зубьев ведомой(большой) звёздочки Z₄:

Z₄=Z₃* U₃₄? Z_4max ? ; (1.3)

При сроке службы L_h? 5000 часов, принять = 1,5%.

Z₄=19*5=95.



2.3.7 Фактическое передаточное число

Определяют по отношению чисел зубьев:

U_ф34= Z₄/ Z₃ ;

2.3.8 Коэффициент эксплуатации

Коэффициентом эксплуатации Кэ учитываются условия работы приводной цепи, влияющие на интенсивность изнашивания шарниров и,

соответственно, срок службы цепи. Его представляют в виде произведения частных коэффициентов:

К_э=К_д* К_а *К_н* К_р* К_т *К_реж* К_см, (1.4)

где К_д - коэффициент динамической нагрузки, К_а - коэффициент влияния длины цепи или межосевого расстояния передачи а. Рекомендуется принимать а = (30…50)р; К_н - учитывает влияние наклона передачи к горизонту на износ шарниров ; К_р - коэффициент влияния вида регулировки натяжения цепи; К_т - отражает влияние температуры окружающей среды, в которой работает цепная передача; К_реж - учитывает режим работы передачи, или число смен работы; К_см - коэффициент, учитывающий влияние характера смазывания цепи.

К_э=1,3*1*1,4*1,1*1*1*1,3=2,3.

2.3.9 Расчетный шаг цепи

Шаг цепи определяют по формуле:

Р_ц^`=28 , мм (1.5)



Где - допускаемое давление в звеньях цепи , Нмм²; Т₃- момент на валу, Нм ; m- число рядов цепи.

Р_ц^`=28* = 28*=8,68мм

Расчетное значение шага округляют до ближайшего табличного значения Р_ц:

Р_ц=9,525мм.

2.3.10 Выбор приводной цепи

Типоразмер цепи назначают по таблице(ГОСТ13568-97) по выбранному шагу рц с учетом наибольшей рекомендуемой частоты вращения [np] малой звездочки. Т.е. во избежание чрезмерных динамических нагрузок, возникающих при входе в зацепление шарниров цепи с зубьями малой звездочки, необходимо выполнение условия:

n₃ ? [n_p].

750об/мин ? 2500об/мин

Выбираем цепь ПР - 9,525 - 9,1 - ГОСТ 13568-97.

Основные параметры цепи:

Шаг Р_ц=9,525мм ; диаметр ролика d₁=6,35мм; расстояние между внуренними пластинами В_вн=5,72мм; ряд цепи А=1; высота цепи h=8,5мм; статическая разрушающая нагрузка цепи Q=9,1Кн; масса 1 метра цепи q= =0,45кг; площадь опорной поверхности шарнира цепи А_оп=34мм².

2.3.11 Средняя скорость цепи

Скорость движения цепи :

V= , м/с (1.6)



V= = 2,26 м/с.

2.3.12 Определение параметров звездочек

Диаметр делительной окружности рассчитывается по формуле:

d_д = Р_ц / sin(180^°/z) , мм (1.7)

d_д3=9,525 / sin(180^° / 19) = 58,04мм;

d_д4=9,525 / sin(180^° / 99)=290,01мм;

Геометрическая характеристика зацепления л:

л = Р_ц / d₁ ,

где d₁ - это диаметр ролика цепи , мм; Р_ц - шаг цепи , мм;

л=9,525/6,35 = 1,5.

Диаметр окружности выступов рассчитывается по формуле:

D_e=P_ц(K + ctg) , мм (1.8)

Где К - коэффициент высоты зуба , и равен К= 0,535;

D_e3=9,525(0,535 + ctg) = 63,1мм;

D_e4=9,525(0,535 + ctg) =295,7мм.

Радиус впадин определяется по формуле:

r=0,5025 d₁ + 0,05, мм (1.9)

r=0,5025*6,35+0,05=3,24мм.



Смещение центров:

е=0,03Р_{ц ;} (1.10)

е=0,03*9,525= 0,28.

Диаметр окружности впадин:

D_i=d_д - 2r,мм (1.11)

2.3.13 Предварительное межосевое расстояние

При отсутствии конструктивных ограничений по габаритам оптимальное межосевое расстояние a^` по условию долговечности цепи принимают:

a^` = (30…50)Р_ц ,

a^`=50*9,525=476,25.

где нижние значения для малых U₃₄= 1…2 и

верхние для больших U₃₄=3…5.

Минимальное межосевое расстояние при допустимом зазоре между звездочками (30…50)мм:

=(D_e3+D_e4)*1/2+(30…50) , мм (1.12)

где D_e3 и D_e4 диаметры звездочек .

= (63,1+295,7)*1/2+50=229,4мм.

Максимальное межосевое расстояние ограничивается величиной a^?= 80Р_ц во избежание чрезмерного натяжения цепи силой собственного веса.



2.3.14 Число звеньев цепи

При предварительном межосевом расстоянии a^? число звеньев цепи или длину цепи в шагах L_p определяют по формуле:

L_p= + + * (1.13)

L_p=100 + 59 +162*0,02=162,24;

Значение L_p округляем до ближайшего целого и четного числа, чтобы избежать применение переходного звена, и обеспечить равномерное изнашивание шарниров, в сочетании с нечетными числами зубьев

L_p=162.

2.3.15 Уточненное межосевое расстояние и длина цепи

а = [L_p - + L_p - - 8 , мм (1.14)

а = 2,38[162-59+96,5]=474,8 мм;

Монтажное межосевое расстояние уменьшают на (0,002…0,004)а, следовательно :

а = а-(0,002…0,004)а;

а=474,8-1,9=472,9.

Длину цепи L рассчитываем по формуле:

L=L_p*P_ц , мм (1.15)

L=162*9,525=1543,05 мм.



2.4 Проверочные расчеты

Проверочные расчёты передачи сводятся к проверке пригодности выбранной цепи по критериям работоспособности-износостойкости шарниров, статической прочности по разрушающей нагрузке и, если требуется, сопротивлению усталости пластин цепи.

2.4.1 Проверочный расчет на износостойкость шарниров

Условие износостойкости шарниров цепи:

р = ? [р], (2.1)

р = = 16,4 ? [р]

где - окружная сила, передаваемая цепью

= , Н (2.2)

Где - мощность на валу ведущей звездочки, Вт ;

- скорость цепи , м/с.

= = 243,3 Н.

2.4.2 Проверочный расчет на статическую прочность

Статическую прочность цепи на разрыв оценивают по условию :

S = ? [S] , (2.3)



S = = 28,3

Где S - условный коэффициент запаса прочности, а [S] - нормативный коэффициент запаса прочности ; Q - разрушающая нагрузка цепи ,Н; F_max - максимальное натяжение ведущей ветви цепи, определяемое по формуле:

F_max = К_д*F_t+ F_q+ , Н (2.4)

F_max = 1,3 * 243,3 + 2,09 + 2,29 = 320,67Н.

Где К_д- коэффициент динамической нагрузки ; F_q- натяжение ветви от действия силы тяжести, Н ; - натяжение цепи от действия центробежных сил.

Натяжение F_q вычисляют по формуле :

F_q= К_ѓ*g*q*a, H (2.5)

F_q = 1*9,81*0,45*0,4748 = 2,09 Н .

Где К_ѓ=1+5cos²Ш - коэффициент , учитывающий провисание цепи , в зависимости от угла наклона линии центров звездочек Ш , град; g = 9,81 м/с² - ускорение св. падения; q - масса одного метра цепи , кг ; а - межосевое расстояние передачи, м.

Натяжение цепи F_ц , (Н) :

F_ц = q * v² , (2.6)

F_ц = 0,45* 2,26² = 2,29 Н

При скорости F_ц ? 5 м/с величиной F_ц можно пренебречь.

кинематический двигатель кран мостовой



Таблица 2.2 Нормативный коэффициент запаса прочности [S] для приводных роликовых цепей

2.4.3 Проверочный расчет цепи на сопротивление усталости пластин

Сопротивление усталости пластин цепи по проушинам условно оценивается по базовому допускаемому давлению в шарнирах [р] с выполнением условия:

р ? [р]_пл (2.7)

16,4?23,21

Базовое допускаемое давление в шарнирах цепи определяют по формуле:

[р]_пл =10*Y_пл* К_рц * К_ц * К_m , Н/мм² (2.8)

[р]_пл =10* 1,86 *1,04 * 1,2 * 1,0 = 23,21

где Y_пл - коэффициент влияния на сопротивление усталости пластин числа зубьев малой звёздочки и частоты её вращения(табл.2.3 ); К_рц - коэффициент, учитывающий влияние шага цепи на сопротивление усталости(табл.2.4 ); К_ц - учитывает тип цепи: приводные роликовые цепи К_ц = 1,2; К_m - учитывает число рядов цепи: для однорядных цепей К_m = 1.0.



Таблица 2.3

Таблица 2.4

2.4.4 Нагрузка на валы цепной передачи

Валы, с установленными на них звездочками, воспринимают усилие натяжения от провисания цепи и окружную силу F_t . Так как усилия натяжения составляют несколько процентов от окружной силы , то нагрузка на валы определяется по приближенной зависимости :

F_d = k_в* F_t , Н (2.9)

F_d =1,05* 243,3 = 255,4 Н

Где коэффициент k_в учитывает расположение передачи в пространстве : при угле наклона Ш=40°…90° , k_в = 1,05 .



3. БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ

3.1 Анализ условий труда

Опасные и вредные факторы производственной среды, характерные для калибровочно-прессового цеха ,приведены в таблице 4.1:

Таблица 4.1 - Опасные и вредные факторы производственной среды

Группа факторов	Фактор	Источники и зоны действия факторов
1.Физические	Движущиеся механизмы и их части, материалы, изделия, части разрушающихся конструкций и т.п.	Зоны движения у ж/д транспорта; Зоны около систем повышенного давления, трубопроводов, пневмогидроустановок.
	Электрический ток	Электродвигатели механического оборудования, кабеля и т.д.
	Акустические колебания: инфразвук, шум	Аварийные механизмы, гидросбивы, процесс прокатки металла через клети.
	Высота, падающие предметы	Размеры оборудования, находящиеся на различном уровне от нулевой отметки;
	Повышенная или пониженная температура воздуха	Неисправная система аэрация здания цеха
	Недостаточное освещение	Трудно доступные рабочие места
2. Биологические	Мелкие грызуны	Смазка оборудования и пищевые отходы
3.Психофизиолологические	Физические перегрузки: динамические	Подъём и перенос тяжестей, ручной труд

При аттестации рабочих мест проводится (по трем направления оценки фактического состояния условий труда на рабочих местах):

1) Оценка существующих условий и характера труда на рабочих местах;

2) Оценка травмобезопасности рабочих мест;

3) Оценка обеспеченности работников средствами индивидуальной защиты;

При этом Положении о порядке проведения аттестации рабочих мест по условиям труда предусматривает проведение оценки условий труда инструментальными, лабораторными и эргономическими методами исследований.

Ответственность за проведение аттестации рабочих мест по условиям труда несёт руководитель организации. На каждое рабочее место (или группу аналогичных по характеру выполняемых работ и по условиям труда рабочих мест) составляется Карта аттестации рабочих мест по условиям труда.

Таблица 3.2 - Карта аттестации рабочего места крановщика.

Наименование производственного фактора	ПДК, ПДУ, допустимый уровень	Фактический уровень производственного фактора	Продолжительность воздействия	Класс условий труда, степень вредности
Аэрозоль смешанного состава, мг/м3	-/10	1,9	10,08(час)/84%	-
Шум (эквивалентный уровень звука), дБА	80	70	12,00(час)/100%	2
Инфразвук (эквивалентный уровень звукового давления), дБ*Лин	100	89	12,00(час)/100%	2
Микроклимат (холодный период)
Температура воздуха, °С	19-24	20,7	-	2
Скорость движения воздуха, м/с	0-0,1	0,1	-	2
Влажность воздуха,%	15-75	33	-	2
Микроклимат (теплый период)
Температура воздуха, °С	20-28	23	-	1
Скорость движения воздуха, м/с	0-0,1	0,2	-	2
Влажность воздуха, %	15-75	36	-	2
КЕО, %	0,5	0,1	-	3.1
Освещенность рабочей поверхности (общая), лк	150	92	-	3.1
Тяжесть труда	-	-	-	3.2
Напряженность труда	-	-	-	2

Условия труда на рабочем месте соответствуют 3 классу 2 степени.

Вредные условия труда характеризуются наличием вредных производственных факторов, превышающих гигиенические нормативы и оказывающих неблагоприятное воздействие на организм работающего и/или его потомство, приводящие к развитию профессиональных патологии в легкой форме и росту числа хронических заболеваний.

Из карты аттестации рабочего места видно, что ПДК, ПДУ, допустимый уровень превышен по тяжести трудового процесса.

Физический труд характеризуется большой нагрузкой на организм, требующей преимущественно мышечных усилий и соответствующего энергетического обеспечения, а также оказывает влияние на функциональные системы (сердечно-сосудистую, нервно-мышечную, дыхательную и др.), стимулирует обменные процессы. Основным его показателем является тяжесть. Энергозатраты при физическом труде в зависимости от тяжести работы составляют 4000 - 6000 ккал в сутки, а при механизированной форме труда энергетические затраты составляют 3000 - 4000 ккал.

При очень тяжелой работе непрерывно нарастает потребление кислорода, и может возникнуть кислородная задолженность, когда в организме накапливаются неокисленные продукты обмена. Рост обмена веществ и расхода энергии приводит к повышению теплообразования, температуры тела на 1 - 1,5°С. Мышечная работа влияет на сердечно-сосудистую систему, увеличивая кровоток с 3 - 5 л/мин до 20 - 40 л/мин для обеспечения газообмена. При этом возрастает число сокращений сердца до 140 - 180 в мин. и кровяное давление до 180 - 200 мм рт.ст.

Под действием мышечной работы меняется морфологический состав крови, ее физико-химические свойства: растет число эритроцитов, содержание гемоглобина, усиливается процесс регенерации эритроцитов, увеличивается число лейкоцитов. Эти изменения свидетельствуют об усилении функции кроветворных органов. Определенные изменения при физической работе происходят в эндокринных функциях (повышение содержание в крови адреналина и др.), что способствует мобилизации энергетических ресурсов организма.

3.2.1 Мероприятия по снижению воздействия вредных факторов

Необходимо разработать меры, направленные на снижение удельного веса физического труда, помимо этого, нужно серьезное внимание уделить мерам по снижению утомления во время выполнения локальной мышечной работы. Для этого широко используются технологии использования средств малой механизации, которые позволяют уменьшить число статических напряжений и движений, величину прилагаемых мышечных усилий во время выполнения трудовых операций.

Важно также ввести регламентированные перерывы для проведения производственной гимнастики. Для обеспечения оптимальных условий труда важное значение имеет и правильная компоновка и расположение рабочего места, обеспечение свободы трудовых движений и удобной позы. К этому способствует и использование оборудования, которое соответствует требованиям инженерной психологии и эргономики, обеспечивает более высокую производительность труда, уменьшает риск возникновения профессиональных заболеваний. К профилактическим мерам по снижению тяжести труда относится и профессиональный отбор специально обученных приемам определенной работы молодых специалистов.

...