Кран стреловой самоходный железнодорожный

РОСЖЕЛДОР Сибирский государственный университет путей сообщения Кафедра «Механизация путевых, погрузочно-разгрузочных и строительных работ «.

Кран стреловой самоходный железнодорожный Курсовой проект по дисциплине «Грузоподъемные машины».

Пояснительная записка ГПМ. М411.08.00.00.00 ПЗ Разработал: студент гр. М-411.

Максименко Д.Ю.

2007 г.

1. Назначение машины, краткое описание ее устройства и работы. Описание управления машиной и устройств безопасности.

2. Определение основных параметров машины и рабочего оборудования. Обоснование выбора прототипа.

3. Расчет механизма подъема груза.

3.1 Расчет и выбор кратности полиспаста.

3.2 Расчет и выбор каната.

3.3 Определение размеров барабана.

3.4 Определение потребной мощности. Выбор двигателя.

3.5 Кинематический расчет механизма.

3.6 Подбор соединительных муфт.

3.7 Выбор рабочего оборудования-электромагнита.

3.8 Проверка двигателя на надежность пуска.

3.9 Определение тормозного момента. Выбор тормоза.

3.10 Прочностные расчеты элементов.

4. Расчет механизма поворота.

4.1 Определение нагрузок, действующих на опорно-поворотное устройство (ОПУ), и подбор стандартного круга.

4.2 Определение сопротивлений вращению круга.

4.3 Расчет мощности и подбор двигателя.

4.4 Кинематический расчет механизма.

4.5 Выбор редуктора, муфты и проверка двигателя на время разгона.

1. Назначение машины, краткое описание ее устройства и работы. Описание управления машиной и устройств безопасности Краны железнодорожные предназначены для выполнения комплекса погрузочно-разгрузочных транспортно-складских и строительно-монтажных работ, а также работ по электрификации железных дорог колеи 1520 мм без остановки движения по параллельному пути.

Основными узлами крана является ходовая и поворотная рамы, соединенные между собой опорно-поворотным устройством с углом поворота 360 градусов и установленные на две двухосные ходовые тележки. На поворотной раме установлена телескопическая стрела с грузовой лебедка, позволяющая изменять диапазон рабочих вылетов, а также механизм поворота, силовая установка, кабина машиниста. Краны способны выполнять работы, как с выносными опорами, так и без опор. Характеристики кранов при работе без выносных опор позволяют значительно повысить экономические показатели работы при выполнении транспортно-складских и строительно-монтажных работ, связанных с частыми перемещениями по железнодорожным путям.

Наличие дублирующей силовой установки малой мощности позволяет выполнить работы по приведению крана в транспортное положение в случае отказа основного дизеля. Краны оборудованы микропроцессорным ограничителем грузоподъемности, который позволяет контролировать степень загрузки крана при подъеме груза, и оснащены прибором фиксации характеристик. Мощная силовая установка и гидравлическая система тормозов позволяет использовать краны в качестве самостоятельной тяговой единицы.

Для запуска в условиях низких температур силовая установка оборудована предпусковым подогревом. Диапазон температуры окружающей среды при эксплуатации кранов от -40 до +40 градусов.

Пример крана стрелового самоходного железнодорожного приведен на рисунке 1. Рисунок и прототип крана выбраны на сайте ОАО «Кировского машзавода 1 Мая » :http://www.crane.kirov.ru.

Рисунок 1- Кран стреловой самоходный железнодорожный КЖ-472.

2. Определение основных параметров машины и рабочего оборудования. Обоснование выбора прототипа По заданной грузоподъемности и высоте подъема крюка максимальной выбран прототип кран железнодорожный КЖ-472. Основные параметры крана приведены в таблице 1.

Таблица 1 — Основные параметры прототипа КЖ-472.

кран груз редуктор поворотный.

3. Расчет механизма подъема груза.

3.1 Расчет и выбор кратности полиспаста Кратность полиспаста зависит от грузоподъемности, типа полиспаста и направления навивки каната на барабан. С увеличением кратности полиспаста снижается нагрузка на канат. Это приводит к снижению нагрузки на барабан и его опоры, диаметров каната, блоков, барабана, передаточного числа редуктора и массы всего механизма. Однако повышение кратности полиспаста приводит к увеличению потерь энергии на преодоление трения в дополнительных блоках, т. е. к снижению КПД.

При грузоподъемности 2 т выбрана кратность полиспаста. Схема запасовки приведена на рисунке 2.

Рисунок 2 — Схема запасовки при кратности полиспаста.

3.2 Расчет и выбор каната В ГПМ стальные канаты выполняют различные функции, в соответствии с которыми они выбираются по своим отличительным признакам. Канаты различают по конструкции, по структуре, по типу сердечника, по направлению свивки элементов каната, по типу свивки, по маркировочной группе проволоки и т. д. Канат выбирают по разрывному усилию.

Разрывное усилие каната в целом, кН:

(1).

где — минимальный коэффициент использования каната (= 4, т.к. режим работы 4К).

Рабочее усилие в канате F_k, Н:

(2).

где Q — грузоподъемность крана, кг (Q = 2000 кг);

g — ускорение свободного падения, м/с² (g = 9,81 м/с²);

N — число ветвей каната, навиваемых на барабан (N = 1);

u_п — кратность полиспаста (u_п = 2);

_п — к.п.д. полиспаста:

(3).

где _бл— к.п.д. блока (_бл=0,98).

.

.

Разрывное усилие:

.

По ГОСТ 3066–80 выбран канат двойной свивки типа ЛК-О конструкции 6×7(1+6)+1×7(1+6) диаметром 8,2 мм.

Обозначение каната:

Канат-8,2-Г-I-С-Л-О-Н-1570 ГОСТ 3066.

3.3 Определение размеров барабана Барабан предназначен для преобразования угловых перемещений вала двигателя в линейное перемещение гибкого элемента посредством навивки его на цилиндрическую поверхность барабана. Принят желобчатый барабан однослойной навивки.

Диаметр барабана, мм:

D_б = d_k(h₁ — 1), (4).

где h₁ — коэффициент выбора диаметра барабана (h₁ = 20,0).

D_б = 8,2(20 — 1)=155,8 мм.

Принят барабан D_б =160мм.

Минимальный диаметр барабана по средней линии навиваемого каната D, мм:

D=D_б+d_k (5).

D=160+8,2=168,2 мм.

Длина барабана, мм:

L_б = L_р + L_к + L_рб, (6).

где L_р — длина рабочей части барабана, мм:

(7).

где Н — высота подъема груза, м (Н=5);

t — шаг навивки каната на барабан, м:

.

м;

L_к— длина участка, необходимая для закрепления каната на барабане, м:

м;

L_рб— толщина реборды, м:

.

L_б = 0,213+0,031+0,01=0,254 м.

Длина барабана принята L_б =260мм.

Толщина стенки барабана: .

Принята толщина стенки барабана .

Проверка соотношения длины барабана к диаметру: .

— условие выполняется.

3.4 Определение потребной мощности. Выбор двигателя Статическая мощность двигателя, кВт:

(8).

где — скорость подъема груза, м/с (= 0,33м/с);

— к.п.д. механизма подъема (= 0,9);

п — к.п.д. полиспаста (_п=0,97).

.

Потребная мощность двигателя Pдв, кВт:

Pдв=(0,7…0,8) Pст. max, (9).

Pдв=0,757,41=5,56 кВт.

По потребной мощности двигателя выбран электродвигатель с фазным ротором MTF-112−6. При ПВ=25% двигатель имеет характеристики:

Pдв= 5,8 кВт; n дв=915 об/мин; Т мах=140 Н· м; I p=0,068 кг· м².

Номинальный момент двигателя Т_н, Нм:

(10).

Нм.

3.5 Кинематический расчет механизма Частота вращения барабана n_б, с^-1:

; (11).

с^-1.

Общее передаточное отношение u:

u = n_дв /n_б, (12).

u = 15,25/1,3 = 11,7.

Вращающий момент на барабане одноканатном:

(13).

Нм.

На рисунке 3 показана кинематическая схема лебедки механизма подъема груза.

Рисунок 3 — Кинематическая схема лебедки механизма подъема После выбора компоновки производится выбор редуктора. Выбран редуктор 5Ц2−100 с номинальным передаточным числом редуктора u =11,7 и крутящим моментом на тихоходном валу Т=1000 Нм.

3.6 Подбор соединительных муфт С помощью муфты соединяется вал двигателя с входным валом редуктора. Муфта на приводном валу должна иметь тормозной шкив. На ведущий вал для смягчения ударных нагрузок рекомендуется устанавливать упругие муфты.

Расчетный момент Т_м, Нм:

Т_м = k₁k₂T_cт, (14).

где k₁ — коэффициент, учитывающий степень ответственности элементов или деталей (k₁ =1,2);

k₂ — коэффициент, учитывающий режим работы механизма (k₂= 1,1);

T_c — наибольший статический момент на валу муфты, Нм:

; (15).

Нм;

Т_м = 1,21,176,8= 101,4 Нм.

Для выбора муфты на быстроходный вал редуктора необходимо определить геометрические характеристики выбранных двигателя и редуктора.

Необходимые при выборе муфты геометрические параметры представлены в таблице 2.

Таблица 2 — Геометрические параметры электродвигателя и редуктора.

Принимается муфта упругая втулочно-пальцевая с тормозным шкивом. Основные характеристики выбранной муфты представлены в таблице 3.

Таблица 3 — Основные характеристики выбранной втулочно-пальцевой муфты.

Тихоходный вал редуктора соединен с осью барабана втулочной муфтой. Втулочная муфта выбирается по передаваемому моменту и диаметру соединяемых валов. Выбрана втулочная муфта 1−280−40-У3 ГОСТ 24 246.

Таблица 4 — Основные размеры втулочной муфты.

3.7 Выбор рабочего оборудования — электромагнита.

Электромагниты выбирают, учитывая напряжение, мощность, режим работы, грузоподъемность, форму груза и его температуру.

Выбран электромагнит типа М — 22Б. Характеристики электромагнит типа М — 22Б приведены в таблице 5.

Таблица 5 — Характеристики электромагнита типа М — 22Б.

3.8 Проверка двигателя на надежность пуска.

Выбранный двигатель проверяется на надежность пуска по ускорению подъема груза:

(16).

где, а — наибольшее допускаемое ускорение механизмов подъема груза (для кранов, работающих при массовых перегрузочных работах-а=0,6…0,8м/с²);

— фактическое ускорение поднимающегося груза:

(17).

где — угловое ускорение вала двигателя:

(18).

где Т_ср.п — среднепусковой момент двигателя:

; (19).

Т_ст — статический момент сопротивления:

; (20).

— приведенный к валу двигателя суммарный момент инерции вращающихся и поступательно двигающихся масс механизма подъема:

(21).

где — момент инерции груза:

. (22).

;

;

;

;

;

;

.

.

Условие выполняется, следовательно, двигатель выбран верно.

3.9 Определение тормозного момента. Выбор тормоза.

Тормоз выбирается по диаметру тормозного шкива выбранной втулочно-пальцевой муфты.

Принимается тормоз колодочный с электромагнитом постоянного тока ТКГ-200, имеющий наибольший тормозной момент Т_т = 250 Нм.

Тормозной момент Т_т, Нм:

Т_Т = kT_c, (23).

где k — коэффициент запаса торможения;

Т_т = 276,8=153,6 Нм.

Для получения требуемого тормозного момент тормоз необходимо регулировать.

3.10 Прочностные расчеты элементов.

Так как соотношение, то барабан проверяют только на напряжение сжатия.

Напряжение сжатия при однослойной навивке:

. (24).

.

Принят материал барабана 09Г2С с допускаемым напряжением текучести и допускаемым напряжением для группы режима 4 М .

Эскизная компоновка узла установки барабана и расчетные схемы его элементов приведены на рисунке 4.

Принято, что канат будет находиться над правой ступицей барабана. Значит, что F₂=F_k; F₁=0.

Определим реакции в опорах, А и Г:

М (·)Г=0: RA· 0,298 — F2· 0,067=0;

Н.

М (·)A=0: RГ· 0,298 — F2· (0,398−0,067)=0;

Н.

Рисунок 4 — Эскизная компоновка узла установки барабана и расчетные схемы его элементов.

Ось барабана проверяют по формуле:

(25).

где — допускаемое напряжение;

— предел выносливости материала оси или вала (для 09Г2С =470МПа).

.

.

Основные параметры шарикоподшипников радиальных однорядных приведены в таблице 6.

Таблица 6 — Основные параметры шарикоподшипники радиальных однорядных.

Расчет крепления каната на барабане заключается в определении числа болтов:

(26).

где — коэффициент запаса надежности крепления каната к барабану;

d₀ — внутренний диаметр резьбы болтов (d₀=12 мм);

l — расстояние от гайки до барабана;

l=1,3…1,5dк=1,48,2=11,48 мм.

f₁ — приведенный коэффициент трения между канатом и прижимной планкой с трапециидальным сечением канавки;

(27).

где — угол наклона боковой грани канавки ();

f — коэффициент трения между канатом и барабаном (f=0,1):

.

(28).

МПа.

F_p — суммарное усилие растяжения болтов.

(29).

где — угол обхвата запасными витками ().

Н.

.

Принято Z_б=4 М12.

4. Расчет механизма поворота.

Стреловые самоходные краны выполняются с опорно-поворотным кругом. Механизм вращения состоит из двигателя, трансмиссии, включающей редуктор, открытую зубчатую передачу и тормоз.

4.1 Определение нагрузок, действующих на опорно-поворотное устройство (ОПУ), и подбор стандартного круга.

Условия расчета: кран неподвижно стоит на уклоне, производится подъем (отрыв) груза или торможение его при опускании. При этом на поворотную часть крана действуют нагрузки: собственный вес поворотной части, включая противовес (G_п=11т); вес груза и грузозахватного устройства с учетом динамического коэффициента ;давление ветра на поворотную часть, стрелу, груз. По заданию уклон и ветровая нагрузка не заданы, значит они равны 0.

Определение положения центра тяжести:

; (30).

(31).

где G_i — вес отдельных элементов поворотной части (противовеса, стрелы, рабочего органа); х _i, у _i — координаты центров тяжести отдельных элементов поворотной части крана. За начало координат принанята ось вращения поворотной платформы.

;

.

Определяем массу стрелы и противовеса:

;

.

;

.

Под действием нагрузок к опорно-поворотному кругу будут приложены вертикальная, горизонтальная рабочие силы и опрокидывающий момент. Так как ветровая нагрузка и уклон отсутствуют, то горизонтальная рабочая сила отсутствует.

; (32).

. (33).

;

Принят опорно-поворотный круг по опрокидывающему моменту. Характеристики ОПК приведены в таблице 7.

Таблица 7-Характеристики опорно-поворотного круга.

4.2 Определение сопротивлений вращению круга.

Сопротивления вращению могут быть подразделены на основные и дополнительные. К основным относятся: сопротивление вследствие трения в опорных узлах и от сил инерции массы груза и массы поворотной части крана, возникающие в периоды разгона и торможения. К дополнительным относятся: сопротивления от ветровых нагрузок и от уклона крана. Так как ветровые нагрузки и уклон отсутствуют, то действуют только основные сопротивления вращению.

Момент, необходимый для преодоления сопротивлений, вследствие трения в опорных узлах:

(34).

гдеприведенный коэффициент сопротивления вращению;

D₁ — диаметр опорно-поворотного круга по дорожке катания;

— угол наклона к вертикали сил, действующих на ролики ОПК.

Момент, необходимый для преодоления сопротивлений от сил инерции:

(35).

где к=1,2 — коэффициент, учитывающий влияние вращающихся масс трансмиссии; - масса груза, противовеса и узлов поворотной части; -расстояние от центров тяжести груза, противовеса и узлов поворотной части крана до оси вращения, м; - угловая скорость поворотной части крана,; - время пуска, с.

Время пуска определяется из условия допустимого угла поворота при разгоне механизма:

(36).

где — =20⁰ (/9)-при среднем режиме.

с.

;

.

4.3 Расчет мощности и подбор двигателя.

Определение мощности привода механизма вращения необходимо вести по пусковому моменту, т. е. с учетом сил инерции.

Расчетная мощность двигателя:

(37).

где — общий КПД привода механизма; - кратность среднего пускового момента двигателя; - пусковой момент:

. (38).

.

.

Принят двигатель MTF 011−6 с техническими данными при ПВ=60% Р=1,2 кВт, n=910 об/мин, КПД=60,5%, момент инерции 0,021 кг· м², m=51кг, М_max=39H· м.

4.4 Кинематический расчет механизма.

Цель: определение общего передаточного числа и разбивка его по ступеням в соответствии с принятой кинематической схемой.

Общее передаточное число:

(39).

где nчастота вращения поворотной части крана.

.

Передаточное число открытой передачи:

(40).

где — число зубьев зубчатого венца; - число зубьев ведущей шестерни (=14…17).

.

Оставшееся передаточное число:

.

Максимальный расчетный момент на тихоходном валу редуктора:

. (41).

.

На рисунке 5 показана кинематическая схема механизма вращения поворотной платформы.

Рисунок 5 — Кинематическая схема механизма вращения поворотной платформы.

4.5 Выбор редуктора, муфты и проверка двигателя на время разгона.

Выбор редуктора. Выбран редуктор 5Ц2−100 с номинальным передаточным числом редуктора u =11,7 и крутящим моментом на тихоходном валу Т=1000 Нм.

Выбор муфты. Принята муфта МУВП с тормозным шкивом. Основные параметры муфты приведены в таблице 8.

Таблица 8 — Параметры муфты.

Двигатель проверяют на время разгона до номинальной скорости по формуле:

(42).

где коэффициент, учитывающий момент инерции вращающихся масс редуктора и открытых передач; - моменты инерции груза, приведенный к оси вращения крана,.

.

здесь R — вылет груза;

.

здесь m_i-масса i-го элемента поворотной части крана, отстоящего на величину r_i от оси вращения крана; - угловая скорость вала двигателя; - среднепусковой момент двигателя.

Время разгона механизма поворота крана до номинальной скорости .