Проект литейного крана г. п. 100т

ПРОЕКТ ЛИТЕЙНОГО КРАНА г. п. 100 т ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА ПК1276.00.00.000ПЗ Мариуполь, 2012

Реферат

Записка: с. 25; рис. 3; использованных источников 4;

ТЕЛЕЖКА, ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, РЕДУКТОР, БАРАБАН, ТОРМОЗ, ТРАВЕРСА, РЕЛЬС, ХОДОВОЕ КОЛЕСО, МУФТА, МЕХАНИЗМ ПОДЪЁМА, ЗУБЧАТАЯ ПАРА.

Объект проектирования — литейный кран. Цель работы — закрепление и углубление знаний студентов по расчету и конструированию грузоподъемных машин специального назначения.

Произведен расчет механизма главного подъема и механизма передвижения главной тележки.

• Реферат
• Введение
• 1. Расчет механизма подъема
• 1.1 Выбор кратности и схемы запасовки полиспастной системы
• 1.2 Выбор каната
• 1.3 Расчет барабана и блоков механизма подъема
• 1.4 Расчет барабана на прочность
• 1.5 Расчет крепления каната к барабану
• 1.6 Выбор электродвигателя и редуктора механизма подъема
• 1.7 Проверка механизма подъема в аварийном режиме
• 1.8 Расчет открытой зубчатой пары
• 1.9 Выбор тормоза механизма подъема
• 1.10 Выбор соединительных муфт
• 2. Расчет механизма передвижения тележки
• 2.1 Выбор кинематической схемы
• 2.2 Расчет ходовых колес
• 2.3 Расчет сопротивления передвижению тележки
• 2.4 Расчет мощности двигателя и выбор редуктора
• 2.5 Проверка запаса коэффициента сцепления
• 2.6 Проверка времени пуска
• 2.7 Расчет тормозного момента и выбор тормоза
• Список литературы
• Введение
• Грузоподъёмные машины являются неотъемлемой частью современного производства, так как с их помощью осуществляется механизация основных технологических процессов и вспомогательных работ. В автоматизированных линиях роль ПТМ качественно возросла и они стали органической частью технологического оборудования.
• Литейные краны являются тяжело нагруженными грузоподъемными машинами, работающими с расплавленным металлом. Их конструкция, расчет и проектирование имеют ряд существенных особенностей, отличающих их от обычных мостовых кранов.
• Для обеспечения операций транспортирования и разливки металла, а также повышения безопасности эксплуатации в конструкции литейных кранов предусмотрены:
• 1) две тележки — главная и вспомогательная;
• 2) четырехбалочная конструкция моста;
• 3) двухприводная конструкция механизма главного подъема с двумя барабанами, связанными кинематически посредством зубчатых венцов, и четырьмя тормозами (по два в каждом приводе);
• 4) мощная полиспастная система главного подъема с четырьмя полиспастами и большим (до 40) числом ветвей канатов подвески.
• Литейные краны мостового типа применяются в мартеновских, электроплавильных и кислородно-конверторных цехах металлургического производства и предназначены для транспортирования, заливки или разливки расплавленного металла, а также для выполнения ряда вспомогательных операций по обработке ковшей, ремонту оборудования и уборке цехов.
• Расчетные параметры:
• Грузоподъемность Q=100т
• Высота подъема груза Н=24м
• Скорость подъема груза V_г=0,15 м/с
• Скорость передвижения тележки V_т=0,62 м/с
• Вес траверсы G_тр=9,6 т
• Вес канатов G_к=1,6 т
• Вес тележки G_т=64 т
• Группа режима работы механизма подъема М7
• Группа режима работы механизма передвижения М6
• 1. Расчет механизма подъема

1.1 Выбор кратности и схемы запасовки полиспастной системы

В соответствии с [1, c. 18] для крана грузоподъемностью Q=100т принимаем полиспаст кратностью .

1.2 Выбор каната

Общая суммарная нагрузка на канаты:

где — вес груза;

— вес траверсы;

— вес канатов.

Максимальное натяжение в ветви каната, набегающей на барабан, при подъеме груза определяется по формуле [1, c. 19]:

где — кратность полиспаста

— КПД полиспаста, определяемый по [1, c. 20]:

где — КПД блока с учетом жесткости каната [1, c. 20].

Разрывное усилие в канате определяем по формуле [1, c. 20]:

где — коэффициент запаса прочности каната для режима работы М7.

Принимаем канат типа ЛК с металлическим сердечником (ГОСТ 7667−88). Каната 34-Г-Ж-Н 1764(180) ГОСТ 7667–80 с разрывным усилием [1, c. 58].

1.3 Определение размеров барабана и блоков

Диаметр рабочего блока:

где — минимальный коэффициент выбора диаметра рабочего блока для режима работы М7.

Окончательно принимаем .

Рисунок 1.1. Схема барабана

В зависимости от Q=100 т и Н=24м по [1, c. 23] принимаем

Длина каната одного полиспаста равняется:

Количество витков каната на одной половине барабана:

Шаг нарезки барабана

Принимаем

Длина гладкого участка барабана:

длина нарезанной части одной половины барабана:

Тогда длина барабана:

.

число рабочих витков:

длина крепления:

1.4 Расчет барабана на прочность

Принимается литой барабан, материал барабана — Сталь 09Г2С.

Толщина стенки барабана:

Выполняем проверочный расчет барабана.(рисунок 1.2)

Проверяем стенку барабана на смятие по формуле [2, c. 66]:

где = - максимальное усилие в канате, набегающем на барабан;

— шаг нарезки барабана;

=24 ммтолщина стенки барабана;

— допускаемые напряжения для Сталь 09Г2С.

Условие прочности на смятие стенки барабана выполняется.

Рисунок 1.2

Проверяем барабан на совместное действие изгиба и кручения .

Максимальный крутящий момент, передаваемый барабаном, определяем по [2, с. 66]:

где — расчетный диаметр барабана по центру навиваемого каната.

Максимальный изгибающий момент

где — расстояние от точки приложения усилия S_max до середины торцового диска.

Экваториальный момент сопротивления поперечного сечения барабана определяем по формуле [2, с. 67]:

где — соответственно диаметр барабана по дну канавки и его внутренний диаметр.

Суммарные напряжения от изгиба и смятия:

Касательные напряжения будут равны:

Эквивалентные напряжения определяем по третьей теории прочности и сравниваем их с допускаемыми напряжениями на сжатие, рассчитанными

Итак, условие прочности барабана на совместное действие изгиба и кручения выполняется.

1.5 Расчет крепления каната к барабану

Натяжение каната перед прижимной планкой [4, с. 64]:

где e=2,72 — основание натурального логарифма,

f — коэффициент трения между канатом и барабаном (f=0,10…0,16);

— угол обхвата канатом барабана;

Суммарное усилие растяжения болтов [4, с. 65]:

где — приведенный коэффициент трения между планкой и канатом; при угле заклинивания каната

— угол обхвата барабана канатом при переходе от одной канавки планки к другой, .

Суммарное напряжение в болте при затяжке крепления с учетом растягивающих и изгибающих усилий [4, с. 66]:

где n — коэффициент запаса надежности крепления каната к барабану; n?1,5;

z — число болтов;

— диаметр сечения болта М30;

— усилие, изгибающие болты (шпильки):

— плечо изгиба болта:

— предел прочности болтов из Сталь 4.

Тогда:

Принимаем по 2 прижимных планки, по 2 болта М30 в каждой. Материал болтов — Сталь 4., d1=25 мм

1.6 Выбор электродвигателя и редуктора механизма подъема

Общая статическая мощность механизма главного подъема [2, с. 77]:

где — вес поднимаемого груза, канатов и траверсы;

— заданная скорость подъема груза;

— КПД механизма подъема.

где — соответственно КПД полиспаста, барабана, редуктора, открытой зубчатой пары и муфты.

Тогда

Расчетная статическая мощность одного электродвигателя:

Выбираем по [1, с. 60] электродвигатель ближайшей мощности при ПВ40% (режим М7). Принимаем двигатель постоянного тока Д-818 номинальной мощностью Р_дв=106 кВт, максимальным моментом, частотой вращения n_дв=500 мин^-1.

Коэффициент загрузки двигателя:

что допускается

где

Требуемое число оборотов барабана в минуту рассчитываем по [2, с. 77]:

Тогда требуемое передаточное число механизма определяется по формуле [1, с. 31]:

Расчетное передаточное число редуктора должно находиться в пределах:

В соответствии с выбираем редуктор типа ГК-1300−40,06 передаточное число которого Up=17,96; передаваемая мощность Рред=145 кВт.

1.7 Проверка механизма подъема в аварийном режиме

Из определяется коэффициент перегрузки:

Вращающий момент от груза, приведенный к валу двигателя при нормальной работе:

Вращающий момент от груза на валу барабана при аварийной работе одним двигателем:

Вращающий момент от груза, приведенный к валу двигателя при нормальной работе:

Вращающий момент груза, приведенный к валу двигателя при аварийной работе (работа с перегрузкой г):

Максимальный вращающий момент, развиваемый двигателем, должен быть больше вращающего момента от груза, приведенного к валу двигателя при аварийной работе:

Выбранный двигатель удовлетворяет условиям аварийной работы.

Редуктор должен удовлетворять следующим условиям:

1) Частота вращения входного вала редуктора должна быть равна или больше частоты вращения двигателя:

2) Номинальная мощность редуктора, подводимая к входному валу должна быть равна или больше статической мощности от груза, приведенной к входному валу редуктора:

3) Редуктор должен допускать кратковременную передачу максимального момента от груза в аварийном режиме работы, т. е.:

где М_ред.max — максимально допускаемый момент на входном валу редуктора при кратковременной работе;

М_ред.ав — максимальный статический момент от груза в аварийной ситуации, приведенный к входному валу редуктора:

Редукторы допускают кратковременное превышение номинального момента с коэффициентом кратности m=1,6.

где Р_ред.вх и n_ред.вх — мощность, подводимая к входному валу (кВт), и частота его вращения (мин^-1).

1.8 Расчет открытой зубчатой пары

Параметры открытой передачи определяются модулем m, числом зубьев шестерни z₁, диаметром шестерни d₁ и ее шириной b₁, приведенными в каталоге на редукторы типа ГК.

Для ГК-1300 m=24мм; z₁=13; d₁=312мм; b₁=290мм.

Число зубьев колеса:

Диаметр делительной окружности колеса:

Ширина зубчатого венца колеса:

Диаметры окружностей впадин:

Диаметры окружностей выступов:

Межосевое расстояние передачи:

При аварийном режиме работы механизма зубчатая пара работающего механизма будет нагружена аварийным моментом. Зубья колеса проверяются на прочность по изгибающим напряжениям, возникающим от аварийного вращающего момента, приведенного от груза к валу барабана — М_{б (ав)}, рассчитанному по формуле [1, с. 36]:

Принимаются материалы передачи:

Материал шестерни — ст. 40 ХН, HRC42−50.

Материал колеса — ст. 40 Х, HB 280−370.

По расчетные напряжения изгиба в зубьях колеса будут:

где: Y_F — коэффициент формы зуба, для z₂>60, коэффициент Y_F=3,4−3,8;

K_Fв — коэффициент неравномерности распределения нагрузки по ширине венца, может быть принят K_Fв=1−1,2;

K_Fн — коэффициент динамической нагрузки, может быть принят K_Fн=1,1−1,2;

Допускаемые напряжения на изгиб определяются по формуле:

где — предел выносливости зубьев при изгибе при базовом числе нагружений (МПа);

S_F =1,7…2 — коэффициент безопасности;

K_FL =1 — коэффициент долговечности;

K_FC — коэффициент характера нагружения для реверсивных передач K_FC=0,7−0,8.

Возникающие в зубьях колеса напряжения при аварийном режиме работы не превышают допускаемые напряжения:

1.9 Выбор тормоза механизма подъема

Тормозной момент определяют в предположении, что весь груз удерживается одним тормозом. Необходимый тормозной момент выбирают с запасом торможения К_т, исходя из условия обеспечения надежного удержания груза на весу в статическом состоянии.

Необходимый расчетный тормозной момент [1, с. 38]:

где — коэффициент запаса торможения при наличии двух тормозов на каждом приводе механизма по правилам Госгорпромнадзора Украины.

— статический момент от груза, приведенный к валу торможения, где — общий наибольший КПД механизма, где — КПД одного механизма подъема;

Тогда:

В соответствии с величиной расчетного тормозного момента и заданным режимом работы механизма по [3, с. 304] выбираем тормоз ТКП-500, наибольший тормозной момент М_т=1780Нм, при ПВ40%; диаметр тормозного шкива D_Ш=500 мм. Тормоз отрегулировать на расчетный тормозной момент.

1.10 Выбор соединительных муфт

Соединительные муфты выбираются исходя из указанного в технической характеристике значения допускаемого крутящего момента по условию:

где — допускаемый крутящий момент, передаваемый муфтой;

М_н — расчетный момент муфты, Нм.

— статический момент от груза при аварийной работе, приведенный к валу торможения;

К₁=1,3…1,8 -коэффициент, учитывающий степень ответственности механизма;

К₂=1,3 -коэффициент, учитывающий режим работы механизма [1, с. 39].

К₃=1…1,75 — коэффициент, учитывающий угловое смещение;

Диаметр выходного конца двигателя (Д-818)

Выбираем муфту М38-К150-Н140 ГОСТ 5006–83; максимальный крутящий момент, передаваемый муфтой; маховый момент mD²=8,3 кгм².

И муфту МЗП7 ГОСТ 5006–83; максимальный крутящий момент, передаваемый муфтой .

2. Расчет механизма передвижения тележки

2.1 Выбор кинематической схемы

Тележка имеет восемь ходовых, из них четыре приводных колеса. Механизм передвижения выполняется с центральным приводом. Кинематическая схема такого механизма представлена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1. — Схема кинематическая механизма передвижения тележки литейного крана. 1- электродвигатель; 2 — зубчатая муфта типа МЗ; 3 — тормоз; 4 — редуктор типа ВКУ; 5 — зубчатая муфта типа МЗП; 6 — ходовое колесо.

2.2 Расчет ходовых колес

Предварительно принимаем по [4, c.525] четыре колесами К2Р-800×150 ГОСТ 3569–74 и рельсы КР100 ГОСТ 4121–76. Материал колес сталь 65 Г, твердость поверхности качения НВ320.350; допускаемые напряжения смятия при линейном контакте .

Нагрузка на одно ведущее колесо при условии равномерного распределения нагрузки между всеми четырьмя ходовыми колесами:

Расчетная нагрузка на колесо [4, c.116]:

где — коэффициент, учитывающий режим работы механизма для режима М6 [4, c.116];

— коэффициент, учитывающий переменность нагрузки [4, c.116]:

Колеса испытывают напряжения смятия при линейном контакте, которые рассчитываются по формуле [1, c.117]:

где — радиус колеса;

— приведенный модуль упругости для стального рельса и колеса;

— рабочая ширина плоского рельса где В = 100мм — ширина рельса;

r = 8мм — радиус закругления ребра рельса;

Условие прочности по смятию колес выполняется.

2.3 Расчет сопротивления передвижению тележки

— вес поднимаемого груза;

— вес незагруженной тележки;

— диаметр ходовых колес тележки;

— диаметр цапфы колеса по [2, c.106];

— коэффициент трения в подшипниках колес (подшипники качения шариковые однорядные) [4, c.106];

— коэффициент трения качения колеса по рельсу с выпуклой головкой [4, c.107];

— коэффициент, учитывающий сопротивление от трения реборд колес о рельсы и от трения токосъемников о троллеи [2, c.107];

— расчетный уклон подтележечного пути [2, c.107];

механизм тележка литейный кран

2.4 Расчет мощности двигателя и выбор редуктора

Двигатель механизмов передвижения тележек выбирается по пусковому моменту. Значение пускового момента должно быть таким, при котором отсутствует пробуксовка ведущих колес незагруженной тележки крана по рельсам, а коэффициент запаса должен быть не менее 1,2

Для предварительного выбора двигателя определяем сопротивление передвижению загруженного крана в пусковой период [2, c.119]:

где — среднее значение ускорения тележек кранов, транспортирующих расплавленный металл [2, c.108].

Мощность предварительно выбираемого двигателя с учетом инерционных нагрузок [4, c.120]:

где V_тел=0,62 м/с — скорость передвижения тележки ;

— ориентировочное значение КПД механизма передвижения моста крана;

— средняя кратность пускового момента для асинхронного двигателя переменного тока с фазовым ротором [2, c.109].

По каталогу [2, c.489] предварительно выбираем электродвигатель MTН-414−6 с мощностью на валу Р_дв=27 кВт при ПВ=25%. Частота вращения. Маховый момент ротора кгм². Максимальный вращающий момент, развиваемый двигателем

Номинальный момент электродвигателя:

Коэффициент перегрузки:

Частоту вращения колеса определяем по формуле [1, c.120]:

Расчетное передаточное число редуктора

Тогда по каталогу [3, c.299−300] выбираем редуктор типа ВКУ-765м-63−12 и ВКУ-765м-63−21(передаточное число 63; схема сборки 12 и 21).; Р_ред=35,5 кВт;

Фактическая частота вращения колеса:

Фактическая скорость передвижения крана с номинальным грузом [2, c.109]:

Отклонение фактической скорости от заданной:

2.5 Проверка запаса коэффициента сцепления

Статический момент сопротивления передвижению незагруженной тележки, приведенный к валу двигателя, рассчитываемый по [2, c.110]:

где: — передаточное число редуктора;

— КПД механизма передвижения тележки без груза, определенный по [2, c.79];

Средний коэффициент перегрузки двигателя [2, c.109]:

Средний пусковой момент предварительно выбранного двигателя:

Время пуска двигателя с незагруженной тележкой [2, c.111]:

где ;

=1,15…1,25 — коэффициент, учитывающий влияние масс привода, расположенных на втором и последующем валах;

(mD²)₁, кгм² — маховый момент вращающихся масс, расположенных на валу двигателя

(mD²)₁ =(mD²) _Д +(mD²) _M +(mD²) _Т =2(2+0,21+0,3)=5,02 кгм²

здесь: (mD²) _Д — маховый момент ротора двигателя;

(mD²) _M — маховый момент соединительной муфты, принятой предварительно по валу двигателя;

(mD²) _Т — маховый момент тормозного шкива;

Фактический коэффициент запаса сцепления приводных колес с рельсами [2, c.111]:

где

Условие по величине коэффициента сцепления выполняется.

2.6 Проверка времени пуска

Статический момент сопротивления передвижению загруженной тележки, приведенный к валу двигателя, рассчитываемый по [2, c.110]:

Время пуска двигателя [2, c.111]:

Ускорение при пуске загруженной тележки [2, c.111]:

Для обеспечения время пуска необходимо увеличить до, тогда:

2.7 Расчет тормозного момента и выбор тормоза

Время торможения тележки без груза, исходя из максимально допустимого ускорения [1, c.113]:

Статический момент сопротивления передвижению, приведенный к валу двигателя при торможении незагруженной тележки [2, c.110]:

Сопротивление передвижению незагруженной тележки при торможении:

Тормозной момент равен:

Принимаем колодочный тормоз типа ТКТ-200 с максимальным тормозным моментом 160 Нм и диаметром тормозного шкива 200 мм; [2, c.521]. Тормоз отрегулировать на расчетный тормозной момент.

Сопротивление передвижению загруженной тележки при торможении:

Статический момент сопротивления передвижению, приведенный к валу двигателя при торможении загруженной тележки [2, c.110]:

Время торможения загруженной тележки [2, c.110]:

Ускорение при торможении загруженной тележки:

что допустимо.

1) Конструкция и расчет литейных кранов. Учебное пособие по курсовому проектированию по дисциплине «Специальные краны» для студентов специальности 7.090.214 дневной и заочной форм обучения / Сост. В. А. Михеев. — Мариуполь.: ПГТУ. 2006. — 59с.

2) Расчеты грузоподъемных и транспортирующих машин. Иванченко Ф. К. и др.- К.: Высшая школа, 1978. 576с.

3) Курсовое проектирование грузоподъемных машин: Учеб. пособие для студентов машиностр. спец. вузов/ С. А. Казак, В. Е. Дусье, Е. С. Кузнецов и др.; Под ред. С. А. Казака.- М.: Высшая школа, 1989. 319 с.: ил.

4) Грузоподъемные машины. Учебное пособие по расчету и конструированию грузовых тележек мостовых кранов общего назначения./ Сост. В. П. Четверня, Ю. Г. Сагиров, Р. В. Суглобов. — Мариуполь.: ПГТУ, 2008. — 111с.