Расчет и проектирование грузоподъемного крана

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задание

Тип крана мостовой

Грузоподъемность, т 5.0

Пролет, м 16,5

Высота подъема, м 9.0

Колесная база, м 4.0

Скорость подъема, м/с 0,32

Скорость передвижения грузовой тележки, м/с 0,8

Скорость передвижения крана, м/с 2,0

Тип тележки двухрельсовая опорная

Режим работы 6М

В расчетно-графической работе приведены результаты проектирования механизма подъема груза мостового крана.

В работе изложены решения следующих задач: выбор полиспаста, крюка с крюковой подвеской, типового электродвигателя, редуктора, муфт и тормоза; выбор и расчет каната; расчет геометрических параметров каната; выбор схемы и способа крепления конца каната на барабане; выбор подшипников и их проверочный расчет.

Введение

Подъемно транспортные машины и механизмы являются устройствами, предназначенными для перемещения грузов и людей в горизонтальной, вертикальной и наклонной плоскостях. Подъемно транспортные машины и механизмы - это основное средство механизации погрузочно-разгрузочных и подъёмно-транспортных работ в промышленности, на транспорте, в горном деле, строительстве и в сельском хозяйстве. Применяют подъемно транспортные машины и механизмы также для перемещения людей в многоэтажных зданиях, шахтах и на станциях метрополитенов.

По назначению и характеру выполняемых перемещений, все механизмы можно условно разделить 5 групп: грузоподъёмные машины и механизмы, машины подвесного однорельсового транспорта, транспортирующие машины, погрузочно-разгрузочные машины и машины напольного транспорта. Особняком стоят подъемные механизмы для инвалидов, помогающие людям с ограниченными физическими возможностями подняться в общественный транспорт.

Кроме того подъёмно транспортные машины и механизмы могут быть периодического и непрерывного действия и имеют гидравлический, электрический, пневматический привод или получают энергию от двигателя внутреннего сгорания. Находят широкое применение и электрические линейные двигатели, которые позволяют осуществлять непосредственное соединение двигателя и машины.

Развитие подъёмно транспортных механизмов связано с разработкой конструкций повышенной надёжности, которые обладают высокими техническими параметрами. Примером комплексного подъёмно-транспортного сооружения можно назвать подвесную канатную дорогу, в которую входят и механическое, и электрическое оборудование промежуточных и конечных станций и рельсовых путей, тяговые и несущие канаты, подвижной состав, строительные сооружения, механическое оборудование линейных опор. Комплексами являются и другие установки, которые составляют основу конвейерного транспорта, однорельсового, канатно-подвесного и пневмокапсульного транспорта.

Все подъёмно транспортные механизмы и машины являются достаточно мобильными и практичными устройствами, которые, по сути, стали важным шагом в процессе автоматизации погрузочных работ. Кроме того, они позволили значительно уменьшить затраты времени на выполнение даже самых сложных работ. В частности, подъемные механизмы для автомобилей позволили значительно упростить и ускорить автомобильные грузоперевозки.

В данной работе был рассчитан и спроектирован механизм подъема мостового крана, были рассчитаны параметры барабана, выбран канат, подобраны двигатель и редуктор, подобрана крюковая подвеска, выбран тормоз.

Современные поточные технологические и автоматизированные линии, межцеховой и внутрицеховой транспорт, погрузочно-разгрузочные операции органически связаны с применением разнообразных грузоподъемных машин и механизмов, манипуляторов и робототехнических комплексов, обеспечивающих непрерывность и ритмичность производственных процессов. Перспективным направлением развития подъемно-транспортного машиностроения является создание высокопроизводительных, надежных автоматизированных машин, обеспечивающих устойчивый ритм производства на современной ступени его интенсификации на всех стадиях обработки, транспортировки и складирования. Осуществить переход применения отдельных видов подъемно-транспортной техники к внедрению высокопроизводительных комплексов - перспективное направление развития ПТМ.

1. Общие сведения по мостовым кранам

Краны мостового типа состоят из передвижного моста, механизма, который осуществляет передвижение моста, грузоподъемного механизма и устройства передвижения крановой тележки. Основная балка крана (мост) смонтирована на ходовых колесах. С помощью колес мостовой кран способен перемещаться по горизонтали по специальным надземным рельсовым путям. Пути могут размещаться на балках из металла или железобетона. Благодаря своей универсальности мостовые краны находят применение практически во всех отраслях, где требуется грузоподъемное оборудование, от сельского хозяйства до металлургии и даже гидроэнергетики.

Виды мостовых кранов. По своим конструктивным особенностям краны мостового типа бывают одно- или двухбалочными, с электрическим или ручным приводом перемещения и подъема груза, оборудованные крановой кабиной или проводным пультом управления. По типу монтажа мостовые краны делят на опорные и подвесные. Подвесные мостовые краны имеют опору на перекрытия или стены цеха или другого здания. Опорные мостовые краны требуют постройки специальных опор, на которые и опирается мост крана.

По типу грузозахватывающего механизма, которым оборудован мостовой кран, он может быть: крюковым (один, два и более крюков), грейферным, с электромагнитным захватом. Существуют так же более узкоспециализированные захваты, такие как лапы или клещи.

В зависимости от количества основных балок, различают следующие виды мостовых кранов:

- однобалочный мостовой кран (кран балка);

- двухбалочный мостовой кран.

Одно из основных отличий этих двух типов кранов, помимо количества балок, способ перемещения тали. В однобалочном мостовом кране таль двигается по нижнему поясу балки на специальных колесах. В двузбалочных мостовых кранов для перемещения тали предусмотрена крановая тележка, движение которой осуществляется по рельсам, которые смонтированы на верхней поверхности главных балок.

Перемещение балок мостового крана происходит при помощи специального механизма передвижения, который может иметь центральный или раздельный привод. Механизм передвижения, имеющий центральный привод состоит из трех элементов: электродвигатель, редуктор и промежуточный вал (соединяет между собой редуктор и двигатель). Трансмиссионные валы в таком механизме передают усилие с редуктора на ходовые колеса мостового крана. В случае с механизмом передвижения с раздельным приводом, электромоторы и редукторы устанавливаются непосредственно возле ходовых колес.

Наиболее распространенными кранами мостового типа являются мостовые, козловые и мостовые перегружатели, кабельные и мосто-кабельные.

Мостовые краны. Эти краны находят широкое применение в различных отраслях народного хозяйства для внутрицеховых и внутрискладских погрузочно-разгрузочных работ. В зависимости от назначения мостовые краны можно разделить на следующие основные группы: общего назначения, специального назначения (с поворотной тележкой, с выдвижной поворотной и неповоротной стрелой и др.), металлургические (литейные, штыревые, для раздевания слитков, ковочные, колодцевые, с гибким подвесом траверсы, с подхватами, магнитные, грейферные и др.).

Мостовые краны общего назначения, снабженные в основном грузовым крюком, предназначены для выполнения массовых погрузочно-разгрузочных работ. Мостовые краны специального назначения, снабженные специальными грузозахватными приспособлениями, предназначены для работы с определенными грузами.

Мостовые краны состоят из двух основных узлов: моста, передвигающегося вдоль цеха, и крановой тележки или тали, передвигающихся по мосту.

В зависимости от конструкции моста мостовые краны делят на однобалочные и двухбалочные. Однобалочный мост состоит из главной балки, соединенной с двумя концевыми балками. Двухбалочный мост имеет две главные балки, соединенные с двумя концевыми балками. Наиболее распространены двухбалочные мостовые краны.

По способу опирания на крановый путь различают мостовые краны опорного и подвесного типа. К мостовым кранам опорного типа относят краны, опирающиеся ходовыми колесами на крановый рельс, закрепленный на подкрановой балке, установленной на колоннах цеха, эстакадах. Мостовые краны подвесного типа ходовыми колесами опираются на нижние полки двухтавровых балок, подвешенных к потолочным конструкциям цеха.

По типу привода мостовые краны выполняют с ручным или электрическим приводами. Наибольшее применение нашли краны с электрическим приводом. Краны с ручным приводом механизмов применяют при вспомогательных подъемно-транспортных операциях, при ремонте и монтаже оборудования и других работах, для выполнения которых не требуются большие скорости подъема и передвижения грузов.

Основной характеристикой мостовых кранов является пролет -- расстояние между осями крановых рельсов (ГОСТ 534-78). Управление кранами в большинстве случаев осуществляют из кабины. В некоторых случаях управление производят с пола с помощью выносного пульта управления. При этом для безопасности работы скорости передвижения моста и тележки значительно снижены. Управление мостовыми кранами, работающими в цехах, содержащих пары кислот, щелочей и других вредных примесей, осуществляется дистанционно.

Мостовые краны подвесного типа. Эти краны выполнены с ручным и электрическим приводами, однобалочными или двухбалочными. Мостовые краны подвесные однобалочные с ручным приводом (ГОСТ 7413-80) имеют грузоподъемность 0,5-5,0 т и длину 3,6-11,4 м. В качестве механизма подъема груза в этих кранах применяют ручные передвижные червячные тали (ГОСТ 1106-74).

Мостовые краны подвесные однобалочные с электрическим приводом (ГОСТ 7890--73) выполнены двух-, трех- и четырехопорнымн, имеют грузоподъемность 0,25-5,0 т, длина двухопорных кранов 3,6-18,0 м, трехопорных 16,2-27,0 м, четырехопорных 28,2-34,8 м, скорость подъема груза 0,133 м/с, скорость передвижения электрической тали 0,33 м/с, скорость передвижения крана 0,53 м/с. Управление краном осуществляют с пола. Для подъема и передвижения груза использованы электрические тали. Механизм передвижения крана аналогичен механизму передвижения электрических талей.

Главная балка этих кранов выполнена из обычной двутавровой балки или так называемого разнесенного двутавра, полученного из обычного двутавра и обладающего при той же массе, что и балка, большей прочностью. Главная балка прикреплена к концевой жестко или с одной стороны жестко, а с другой подвижно.

На рис. 1. показан подвесной двухопорный однобалочный кран. Главная балка 1 к левой концевой балке 3 прикреплена жестко с помощью болтов (узел I), а к правой балке 2 -- подвижно (узел II). Главная балка опирается на два сферических подшипника, что дает возможность увеличивать или уменьшать пролет крана. С помощью однобалочных подвесных кранов можно транспортировать груз из одного пролета в другой, не используя напольный транспорт. В этом случае главные балки двух кранов, находящихся в соседних пролетах, соединены между собой специальными переходными мостиками, закрепленными на главных балках стыковыми замками.



Мостовые краны подвесные двухбалочные многоопорные предназначены для транспортирования крупногабаритных изделий. Пролеты этих кранов не более 96 м. Кран оборудован двумя тележками с двумя механизмами подъема грузоподъемностью до 20 т. Мостовые краны опорного типа. Эти краны выполнены с ручным и машинным приводом однобалочными и двухбалочными. Мостовые краны опорные однобалочные с ручным приводом (ГОСТ 7075-80) имеют грузоподъемность 3,2; 5,0 и 8,0 т, пролет 4,5-16,5 м; двухбалочные краны имеют грузоподъемность 12,5 и 20 т и пролет 7,5-16,5 м. В качестве механизма подъема груза применяют ручные передвижные червячные тали (ГОСТ 1106-74).

Мостовые краны опорные однобалочные с электрическим приводом (ГОСТ 22045-82) имеют грузоподъемность 1-5 т, скорость подъема груза 0,133 м/с, скорость передвижения электрической тали 0,33 и 0,53 м/с, скорость передвижения крана 0,40; 0,63; 1,0 м/с, высоту подъема 6, 12 и 18 м, пролет 4,5-25,5 м. Главная балка моста однобалочного крана выполнена из двутавровой балки. Размеры двутавра выбирают в зависимости от грузоподъемности крана с учетом прочности и условий проходимости электротали по полкам двутавра. Пространственная компоновка главной балки зависит от грузоподъемности и размера пролета.

2. Расчет механизма подъема

2.1 Выбор каната и крюковой подвески

Определяем усилие в канате, набегающем на барабан, по формуле

, (1)

где FГ - номинальная грузоподъемность крана, FГ=50000 Н;

- число полиспастов в системе, =2;

- кратность полиспаста, =2 ;

- общий КПД полиспаста.

Коэффициент полезного действия полиспаста:

, (2)

где - КПД одного блока, =0,98.

Н

Производим выбор типоразмера каната из условия

, (3)

где - разрывная сила каната, Н;

- коэффициент запаса прочности, при группе режимов М6 =9.

=112608 Н

Выбираем канат типоразмера ЛК-Р по ГОСТ2688-80 [1]. Диаметр каната dк=15 мм, разрывная сила Fразр=114500 Н при расчетном пределе прочности проволок при растяжении, равном 1764 МПа. Условное обозначение каната: Канат 15-Г-1-ОЖ-Н-1764 ГОСТ 2688-80

Фактический запас прочности

Выбираем подвеску [1] 3-10-336 по ОСТ 24.191.08-81 (рисунок 2) для грузоподъемности FГ50000 Н и группе режима работы М6, имеющую диаметр блоков 336 мм и расстояние между блоками мм.

Рисунок 2 - Крюковая подвеска

1 - Кожух; 2 - Блок; 3 - Гайка; 4 - Упорный подшипник; 5 - Траверса; 6 - Подшипники блоков; 7 - Крюк.

2.2 Определение основных размеров и расчет барабана

Диаметр барабана определяем по формуле

, (4)

где е - коэффициент выбора диаметра барабана, е=25 при группе режиме работы М6. мм

Принимаем в соответствии с нормальным рядом диаметров =400 мм.

Длина каната, навиваемого на барабан с одного полиспаста

, (5)

где - высота подъема груза;

- число запасных витков на барабане, =2;

- число витков каната, находящихся под зажимным устройством на барабане, =3.

м

Рабочая длина барабана для каната, свиваемого с одного полиспаста

, (6)

где - шаг витка, = мм, принимаем =18 мм;

- число слоев навивки, =1;

- коэффициент неплотности навивки, для нарезных барабанов =1.

м

Длина, не нарезанной средней части, сдвоенного барабана:

минимальная и максимальная

, , (7)

где В - расстояние между осями наружных блоков крюковой подвески, В=124 мм;

hmin - минимальное расстояние между осью барабана и осью блоков крюковой обоймы, мм;

- максимальный допустимый угол отклонения каната от нормали к оси барабана, =6.

мм=-0,078 м

мм=0,326 м

Принимаем 150 мм=0,15 м.

Расстояние от оси крайнего витка каната до края барабана

мм=0,036 м (8)

Общая длина барабана

, (9)

0,908 м

Минимальная толщина стенки литого чугунного барабана

(10)

=320-15=305 мм=0,305 м.

м=12…16 мм

Принимаем мм.

Напряжение сжатия в стенке барабана

, (11)

МПа=130 Мпа

где - допускаемое напряжение сжатия для материалов барабана, для чугуна марки СЧ15 =130 МПа.

2.3 Выбор электродвигателя и передаточного механизма

Максимальная статическая мощность, требуемая для подъема заданного груза, рассчитывается по формуле

, (12)

где - скорость подъема груза, =8 м/мин=0,13 м/с;

=0,8…0,85 - предварительное значение КПД механизма.

Выбираем электродвигатель MTF 311-6, имеющим при ПВ=25% номинальную мощность =18,5 кВт и частоту вращения =935 мин-1. Момент инерции ротора =5,25 кгм2,

Частота вращения барабана

, (13)

об/мин.

Передаточное число привода

.

Расчетная мощность редуктора на быстроходном валу

, (14)

где - коэффициент, учитывающий условия работы редуктора, для привода механизма подъема =1.

кВт

Выбираем редуктор цилиндрический, двухступенчатый Ц2-400 с передаточным числом 31,5 и мощностью на быстроходном валу при группе режиме работы М6 14,2 кВт.

Фактическая скорость вращения барабана

, (15)

об/мин

Фактическая скорость подъема груза

, (16)

м/с

2.4 Проверка двигателя на время пуска

Момент статического сопротивления на валу двигателя в период пуска

, (17)

где - КПД барабана, =0,97;

- КПД привода, =0,83.

Нм

Номинальный момент на валу двигателя

, (18)

Нм

Максимальная кратность пускового момента двигателя

(19)

Средний пусковой момент двигателя

, (20)

где - минимальная кратность пускового момента, =1,1

Нм

Время пуска при подъеме груза

, (21)

где - коэффициент, учитывающий влияние вращающихся масс привода механизма, =1,25.

- масса груза, кг

с

Ускорение при пуске

м/с2

Полученные значения и соответствуют рекомендациям.

2.5 Выбор тормоза

Момент статического сопротивления на валу двигателя при торможении механизма

, (22)

Нм

Необходимый расчетный тормозной момент

, (23)

где - коэффициент запаса торможения, при группе режиме работы М6 =2,5.

Нм

Выбираем тормоз ТКТ-300/200 с тормозным моментом 240 Нм.

Время торможения при опускании груза

, (24)

с

Допускаемая длина пути торможения механизма подъема при группе режиме работы М6

м

Время торможения из условия обеспечения допускаемой длины пути торможения

 с>0,74 с

Условие выполняется.

Замедление при торможении

м/с2

Полученное значение соответствует рекомендациям.

3. Расчет механизма передвижения тележки

3.1 Определение сопротивлений передвижению тележки

Ориентировочная масса тележки мостового крана

, (25)

где - масса груза,

кг

Общее сопротивление передвижению тележки

, (26)

где - коэффициент, учитывающий дополнительные сопротивления от трения реборд ходовых колес и торцов ступиц колеса, =2,5;

- коэффициент трения в подшипниках качения ходовых колес, =0,02;

- коэффициент трения качения ходовых колес по рельсам, =0,0003 м;

- диаметр ходовых колес тележки, при заданной грузоподъемности рекомендуемый диаметр мм;

- диаметр цапфы вала ходового колеса, мм.

Н

3.2 Выбор электродвигателя и передаточного механизма

Статическая мощность привода

, (27)

где - скорость передвижения тележки, м/мин=0,3 м/с;

=0,8…0,85 - предварительное значение КПД механизма.

кВт.

Выбираем крановый электродвигатель типа 5А80МВ8 мощностью =18,5 кВт при ПВ=25% с частотой вращения =935 об/мин. Момент инерции ротора =0,00525 кгм2, кратность максимального момента =2,2.

Номинальный момент двигателя

Нм.

Частота вращения ходового колеса

об/мин.

Требуемое передаточное число привода

Расчетная мощность для выбора редуктора

, (28)

кВт.

где - коэффициент, учитывающий условия работы редуктора, для привода механизма передвижения при группе режимов работы М6 =1,3.

Исходя из этой мощности и требуемого передаточного числа выбираем для группы режимов работы М6 и частоты вращения быстроходного вала редуктор типа 5Ц2В-30ЕS с передаточным числом =15,5 и мощностью =0,72 кВт.

Фактическая скорость передвижения тележки

м/с.

3.3 Определение ускорения, времени пуска и проверка запаса сцепления

Максимально допустимое ускорение тележки при пуске

, (29)

где - число приводных ходовых колес, =2;

- общее число ходовых колес, =4;

- коэффициент сцепления ходовых колес с рельсами, =0,15;

- коэффициент запаса сцепления, =1,2.

м/с2

Наименьшее допускаемое время пуска по условию сцепления

(30)

с

Максимальная и минимальная кратности пускового момента двигателя

, =1,2 (31)

Средний пусковой момент двигателя

(32)

=67 Нм.

Сопротивление передвижению тележки без груза

(33)

314 Н.

Момент статических сопротивлений при работе крана без груза

 (34)

Нм

Фактическое время пуска механизма передвижения без груза

(35)

с

Фактическое ускорение тележки без груза при пуске

(36)

м/с2

Суммарная нагрузка на приводные колеса без груза

(37)

Н

Фактический запас сцепления

(38)

1,23>

3.4 Определение тормозных моментов и выбор тормоза

Максимальное допустимое замедление тележки при торможении

(39)

0,74 м/с2.

Время торможения тележки без груза

(40)

с

Сопротивление при торможении тележки без груза

(41)

Н

Момент статических сопротивлений на тормозном валу при торможении тележки

 (42)

Нм.

Момент сил инерции при торможении тележки без груза

(43)

Нм.

Расчетный тормозной момент на валу тормоза

(44)

Нм

Выбираем тормоз типа ТКТ-100 с наибольшим тормозным моментом =20 Нм, который следует отрегулировать до =13,5 Нм.

Минимальная длина пути торможения тележки по таблице 19.

(45)

Фактическая длина пути торможения sФ согласно должна быть больше s.

грузоподъемный кран проектирование

 (46)

Заключение

Как показали проектные и проверочные расчеты, выбранный канат, крюковая подвеска, электродвигатель, редуктор, соединительные муфты и тормоз отвечают правилам и нормам Госгортехнадзора и обеспечивают выполнение основных положений технического задания.

Конструкция барабана, оси и подшипниковых опор барабана спроектированы с учетом специфики эксплуатации механизма и требований, предъявляемых к прочности, надежности и долговечности данных изделий.

Следовательно, можно сделать вывод: спроектированный механизм подъема груза отвечает необходимым критериям работоспособности и обеспечивает выполнение требований технического задания.

В данной курсовой работе был произведен расчет тележки мостового крана, были определены основные его параметры и рабочие характеристики. С использованием современных технологий и программа (текстовых, графических, математических), таких как MS OfficeWord 2013, Photoshop CS6, Calculator, Компас 3D V14. Выполнив все поставленные в данном проекте расчеты и задачи, пришли к выводу, что расчёт и выбор тележки состоит из следующих этапов:

- в определении ее основных параметров

- в расчете и выборе рабочего органа

- в определении мощности и выборе двигателя

А также в ходе выполнения курсового проекта изучили условия работы и конструкций мостовых кранов, основы проектирования и расчета машин и устройств промышленного транспорта с использованием современных средств вычислительной техники.

Список использованных источников

1. Вайнсон А.А. Подъемно-транспортные машины. М.: Машиностроение, 1989 - 536 с.

2. Александров М.П. Подъемно-транспортные машины. М.: Высшая школа, 1985 - 520с.

3. Марон Ф.Л., Кузьмин А.В. Справочник по расчетам механизмов подъемно-транспортных машин. Минск: Высшая школа, 1977 - 272 с.

4. Степыгин В.И., Чертов Е.Д., Елфимов С.А. Проектирование подъемно-транспортных установок. М.: Машиностроение, 2005. - 288 с.

5. Курсовое проектирование грузоподъемных машин. Под ред. С.А. Казака. М.: Высшая школа. 1989 - 319с.

6. Казак «Курсовое проектирование ГПМ»

7. Руденко, Александров «Курсовое проектирование ГПМ»

8. Иванченко « Расчеты ГПМ и транспортных машин»

9. Методические указания по грузоподъемным кранам

10. Решетов «Атласы по деталям машин»

Размещено на Allbest.ru

...