Проектирование и монтаж привода механизма подъема мостового крана грузоподъемностью 10 т

       Введение 

      Рождение  Череповецкого металлургического  комбината совпало с тем временем, когда в металлургии внедрялось множество технических новинок: повышенное давление газа под колошником, высокая температура дутья, офлюсованный агломерат, природный газ и кислород. Эти могучие союзники прогресса позволили Череповецкому металлургическому комбинату за короткое время достичь высоких технико-экономических показателей. Технический прогресс в сочетании с грамотной организацией производства за четыре десятилетия превратил ОАО «Северсталь» в крупный металлургический комбинат.

      Стратегия развития ОАО «Северсталь» базируется на квалифицированном руководстве  предприятием, инженерно-технической  культуре, современном уровне технического обеспечения производства, высокой  квалификации работников.

      ОАО «Северсталь» не замыкается на решении  внутренних проблем. Интересы коллектива шире границ предприятия. Среди общенациональных проектов, в которых участвует  предприятие – освоение производства специальных сталей для сооружения ледостойких платформ по добыче нефти и газа на шельфе северных морей. Создание современной спутниковой связей между крупнейшими потребителями металла. В данное время на заводе разрабатывается бизнес-план и разработана и осуществляется долговременная инвестиционная программа, которая предусматривает:

• Улучшение экологической обстановки на комбинате и в городе;
• Расширение сортамента, увеличение выпуска рентабельной продукции, имеющей спрос на внутреннем и мировом рынках;
• Обеспечение качества выпускаемой продукции в соответствии с

 

•  требованиями  международных стандартов и достижения  ее 
• конкурентоспособности на мировом рынке;
• Снижение затрат на сырье, материалы и энергоресурсы;

• Создание  новых рабочих мест за счет расширения производства товаров народного  потребления и платных услуг, развитие системы социально-бытового обслуживания и укрепления строительных подразделений.

      ОАО «Северсталь» представляет собой комбинат с полным циклом металлургического  производства, входят семь основных цехов: обжимной, сортопрокатный, производство холоднокатаного листа, цеха гнутых профилей, трех листопрокатных цехов горячей прокатки.

      В дипломном проекте представлено проектирование и монтаж привода механизма подъема мостового крана грузоподъемностью 10 т в цехе Локомотивное Депо ОАО «Северсталь». 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       1    Общая часть

1.1 Перспективы развития  предприятия и  цеха

      В настоящее время ОАО «Северсталь» является крупнейшим  производителем стального проката и одним  из крупнейших экспортеров черных металлов на мировом рынке. Это обусловлено тем, что на Магнитку, «Северсталь» и НЛМК приходится примерно 56% суммарного российского экспорта металлопродукции и 97% экспорта листового проката.

      Особых  перспектив развития для производства холоднокатаного листа не существует, поскольку ПХЛ во многом зависит от обжимного цеха, а на комбинате планируется установка машин разливки квадратной заготовки требуемых сечений, и использование стана 730/530 будет прекращено. Коллектив цеха ПХЛ постоянно проводит мероприятия по совершенствованию технологии и оборудования. Так в цехе отделки металла (ЦОМ) проводятся постоянные реконструкции  агрегатов продольной резки (АПР) с целью улучшения качества и увеличения сортамента производимого холоднокатаного листа.

      ОАО «Северсталь» - крупнейший производитель  Холоднокатаного проката. Продукция выпускается на современном высокопроизводительном оборудовании. ПХЛ оснащено 4-х клетьевым станом «1700» непрерывной прокатки, агрегатами непрерывного аллюмирования, агрегатами для производства динамной стали, мощностями для термообработки резки и упаковки рулонов и листов.

      Основным  видом производимой продукции является холоднокатаный прокат различного назначения в листах и рулонах толщиной от 0,5 до 2,0 мм. И шириной до 1500мм., динамная сталь, а также термообработанный  и оцинкованный метал.

      Вес заготовки может достигать до 15тонн. Лист изготавливается из углеродистых, низколегированных, легированных, коррозионостойких  и нержавеющих марок стали.

      Потребители металла, особенно такие отрасли, как  энергетика, химия, авиация, ракетостроение, машиностроение, радиоэлектроника непрерывно ужесточают требования к геометрическим формам продукции из металла, размерам и допускам, а также физическим, химическим и прочностным свойствам. Высокие температуры, давления, скорости, режимы нагрузок, а также условия агрессивных сред предъявляют новые требования к качеству

      материалов; сосудов, работающих под давлением; в судостроении; для изготовления гнутых профилей и другого. В части сортамента прокат должен соответствовать требованиям ГОСТ 19903, в котором оговариваются размеры проката, предельные отклонения по толщине, ширине, длине; отклонения от планшетности и другие. Шероховатость поверхности определяется на основании ГОСТ 2789-73.  

1.2 Назначение цеха, характеристика основного оборудования цеха

^{Транспортный  цех(УЖДТ) предназначен для транспортировки  различных грузов и перевозки готовой  продукции  железо дорожным и автомобильным  транспортом бесперебойной  работы цехов, ремонт оборудования и поддержания  его в работоспособном  состоянии, устранение неполадок –дефектов. Локомотивное депо состоит из цеха ТР1(технический ремонт 1), ТО3(техническое обслуживание 3),БПР(Большей периодический ремонт), КР(капитальный  ремонт) ,вагонное депо, цех промывки.} 

^{В состав Локомотивного  Депо входит: Грузоподъемные электрические мостовые краны ( грузоподъемностью от  Q= 10 до 30 т), домкраты ( Q=40т, Q=10т), токарные станки.}

^{Грузоподъемный  электрический мостовой кран 10т:}

^{Max грузоподъемность, т -10т.}

^{Максимальная  рабочая высота подъема, м -12м.}

^{Максимальная  глубина опускания, м - 0м.}

^{Скорость  подъема, м/сек. – 15(0,25) м/сек.}

^{Скорость  опускания, м/сек  – 15(0,25) м/сек.}

^{Пролет, м – 10,5м.}

^{Скорость  передвижения крана  – 96(1,6) м/мин. (м/сек.).} 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      

        
 
 
 
 
 
 
 

       2    Специальная часть

1. Обоснование выбора темы

 

      В данном курсовом проекте предлагается произвести монтаж механизма подъема мостового крана в цехе УЖДТ Локомотивное Депо. В итоге предлагается произвести расчет нового оборудования для механизма подъема для повышения надежности и снижения затрат на ремонты.

      Реконструкция привода механизма подъема мостового  крана предусматривает:

• Повышения надёжности данного механизма:
• Уменьшении времени ремонта.
• Уменьшении простоев  оборудования.

 

2.2 Назначение, устройство, принцип работы механизма подъема крана 

 

       1. Электродвигатель

       2. Муфта упругая втулочно-пальцевая

       3. Тормоз ТКТГ-400

       4. Редуктор цилиндрический двухступенчатый горизонтальный

       5. Барабан механизма подъема

     Рисунок 1 – Кинематическая схема привода  механизма подъема

Принцип работы механизма подъема следующий: редуктор служит для передачи вращения и изменяющегося крутящего момента от электродвигателя к исполнительному механизму – подъемному барабану Электродвигатель 1 посредством муфты 2 передает крутящий момент на быстроходный вал , установленный в корпусе редуктора на подшипниках . Быстроходный вал имеет зубчатый венец (шестерня), которая зацепляется с зубчатым колесом , установленным посредством шпоночного соединения с промежуточным валом , установленным также на подшипниках качения. На промежуточном валу имеется также зубчатый венец (промежуточный вал может быть выполнен в виде вал-шестерни), которое зацепляется с зубчатым колесом , установленным посредством шпоночного соединения на тихоходном валу, установленном также в корпусе редуктора на подшипниках качения. Выходной конец тихоходного вала посредством шпоночного соединения и муфты соединен с валом барабана механизма подъема.

      Условно назовем зубчатую передачу быстроходной ступенью и зубчатую передачу тихоходной ступенью редуктора. Крутящий момент передается: с вала электродвигателя на быстроходную ступень, далее на промежуточном валу на участке на тихоходную ступень, далее на муфту  и на вал подъемного барабана .

 
2.3    Расчетная часть

2.3.1 Определение мощности электродвигателя и его выбор 

       Определяем  требуемую мощность электродвигателя: 

,       (1)

    где  N_и.м – мощность на тихоходном валу привода, в кВт;

          - общий КПД привода. 

       Определяем  КПД: 

     

,     (2)

    где - КПД соединительных муфт; = 0,98 [ 9; с.43]

          - КПД закрытой передачи; = 0,96 [ 9; с.43]

          - КПД подшипниковой пар;. = 0,995 [ 9; с.43] 
 

      Выбираем  стандартный электродвигатель с  номинальной мощностью, которая  соответствует условию:

[9; с.42] 

      Выбираем  электродвигатель путем сравнения  передаточного числа I, которое дает каждый двигатель с передаточным которое может обеспечивать передача привода

      Для определения передаточного числа  привода необходимо найти частоту  вращения его выходного вала по формуле

,      (3)

    где - частота вращения выходного вала привода, об/мин;

           - угловая скорость быстроходного вала рабочей машины, .

     

       Определяем  передаточное число:

        

                          (4)

    где i – передаточное число привода;

          - частота вращения вала электродвигателя, об/мин

          - частота вращения выходного  вала привода, об/мин.

                              

Выбираем  электродвигатель марки MTB-512-8 с частотой вращения 715об/мин, мощностью 37 кВт, диаметр выходного вала d=70 мм. 

       2.3.2 Кинематический расчет привода 

       Определяем  угловую скорость, :

,       (5)

    где - угловая скорость

     

       Определяем вращающий момент, Н*м:

,       (6)

    где, - номинальная мощность электродвигателя.

     

,

     

     

      Определяем  вращательный момент приводного вала, Н*м;

б/х вал 

,       (7)

т/х вал 

,        (8)

    

      (9)

    где - расчетный крутящий момент, Н∙м;

         P₂ – мощность электродвигателя на т/м валу

      Число зубьев и передаточное число редуктора;

      

      

      I = 48,57

      Выбираем  для привода двухступенчатый  цилиндрический редуктор    РМ-850, передаточным числом 48,57. 

       2.3.3 Выбор муфт 

      Определяем  диаметры приводного вала под муфты

            

,      (10)

    где, D – диаметр вала, мм;

         Т – крутящий момент вала, Н*м

          - допускаемое напряжение на  кручение Н/мм² [8; с.110];

                 

          - диаметр быстроходного вала, мм; 

                                                                                   (11)

    

                

                  Т_эд = 494 Н*м

                 М_расч = 3..4*Т_эд = 3*494 = 1482 Н*м                                           (12)

                  M_расч ≤  М_ном

                            1482 Н*м < 2000 Н*м

      Выбираем  муфту учитывая диаметры валов и с большим крутящим моментом, исходя из условия [8; с. 251];

    Т>Т_р

      Выбираем втулочно-пальцевую муфту (МУВП) т.к. она отличается высоким компенсационным свойствам и надежностью в работе:

      на  быстроходный вал МУВП–72 ГОСТ 21424-93 ( =2000 Н*м, D=250 мм об/мин [8;164-165]).  

       2.3.4 Выбор тормозов

     Выбираем тормоз колодочный с гидравлическим толкателем,  который установлен на быстроходном валу редуктора.

       Тормоз колодочный с гидравлическим толкателем ТКТГ-400

       D_шкива – 400мм

       Тормозной момент – 150 кН*м 

       2.3.5 Проектный и проверочный расчет вала 

      В качестве материала приводного вала выбираем сталь 40Х, термообработка – улучшение, твердость 269…302 НВ.

     Предел  прочности: ;

     Предел  текучести: ;

     Предел  выносливости: ; (4, стр. 53, табл. 3.2)

     Принимаем допускаемые напряжения кручения (4, стр. 110)

     Определение геометрических параметров ступеней приводного вала.

Рисунок 2 – Конструкция приводного вала.

  Диаметр, мм:        (13)

  где Т_рм = Т₂ = 22866 Н*м (п. 2.3)

  

      

= 160

  Принимаем d₁ = 160 мм

  Длина l₁ = 160 мм

     2-я  ступень под уплотнение крышки  с отверстием и подшипник:

  Диаметр, мм:

  

       

    d₂ = 160+20= 180                                                                          (14)

   Длина l2 = 120

   

     3-я  ступень под шестерню:

  Диаметр, мм:

    d₃ = 180+20 = 200                                                       (15)

  Длина третьей  ступени принимается равной l3 = 1540 мм.

  где В  – ширина подшипника, мм;

      с – ширина фаски, мм (4, стр. 434, табл. К28)

     В качестве опор для приводного вала редуктора выбираем радиально-сферические двухрядные роликовые подшипники легкой широкой серии № 3532 ГОСТ 5721-75 (4, стр. 434, табл. К28)

d = 160 мм; D = 290 мм; B = 80 мм; С_r = 78 кН; С_0r = 59,5 кН.

Корпус подшипника[с 302-303]

D = 290 мм;                    B = 180мм;                   H2 = 220 мм;

L = 600 мм;                    H = 480 мм;                  H3 = 207 мм;

l = 340мм;                       H1 = 400 мм                 d = 26 мм

2.3.5 Выбор призматической шпонки

-Выбор шпонки  под муфту: Шпонка 40х22Х100 ГОСТ 23360-78

                (16)

11,4Н/мм²< [σ] = 150Н/мм²

-Выбор шпонки под барабан: Шпонка 45х25х110 ГОСТ 23360-78:

               (17)

       130Н/мм² < [σ] = 150Н/мм²

2.3.6 Расчет соединения  с натягом, выбор  стандартной посадки.

Для соединения приводного вала с барабаном выбираем посадку с натягом.

1.Определение  среднего контактного  давления на посадочной  поверхности, Н/мм².

                                                  (18)

    где  K-коэффициент запаса сцепления деталей;

           K – 3;

           ƒ- коэффициент трения сцепления;

           T- вращающий момент на валу, Нм;

           l- длина посадочной поверхности, мм;

           d – диаметр посадочной поверхности, мм. 

2.Определение  коэффициента жесткости материалов колеса и вала:

Вал:                                          (19)

Колесо:                                     (20)

       где d- диаметр посадочной поверхности, мм;

             d₁ –диаметр отверстия посадочной детали, мм;

             d₂ – диаметр охватывающей детали, мм;

             µ - 0,3 коэффициент Пуассона.

3.Определение деформации детали, мкм:

      (21)

      где p_m – (п 2.3.6.1);

             d – диаметр посадочной поверхности, мм;

             E₁=E₂ = 2,15*10⁵ Н/мм²-модуль упругости стали;

             С₁и С₂ – (п 2.3.6.2)

4.Определение  поправки на обмятие микронеровностей, мкм:

                                           (22)

Где R_a1 и R_a2 – среднее арифметическое отклонение профиля микронеровностей посадочных поверхностей. 

5.Определение  минимального требуемого  натяга для передачи  вращающего момента,  Н/мм²:

                                                           (23)

6.Определение  максимального контактного давления , Н/мм²

                           (24)

где σ_Т2 – предел текучести материала охватывающей детали, Н/мм²;

d – диаметр посадочной поверхности, мм;

d₂ – диаметр охватывающей детали, мм.

7.Определение  деформации соединения, мкм

                                                        (25)

8.Определение  максимального допустимого  натяга, мкм

                                               (26)

9.Выбор  стандартной посадки,  мкм

N_min = 427,2 мкм

N_max = 617,6 мкм

Выбор посадки

N_min = 469 мкм

N_max = 571 мкм

10.Определение  давления, Н/мм²

                                            (27)

11.Сила запрессовки , Н

                              (28)

            где ƒ_П – коэффициент трения при запрессовке, ƒ_П = 0,2.

     2.3.7 Проектирование опорной конструкции 

      Для изготовления рамы используются листовой прокат толщиной 10 мм Ст3сп ГОСТ 14637-89, уголок 75*50 ГОСТ 8240-89. Вся рама свариваеися плавящими электродами Э-50 ГОСТ 9467-75 сварка ведется по ГОСТу 5264-80 с катетом сварного шва равным половине толщины наименьшей свариваемой детали.

      К листу 2700*2450 Ст3сп привариваеются вертикально 12 уголков 75*50, сверху к уголкам привариваются листы 1642*580 под редуктора, и 1110*750 под электродвигатель

      В листах перед сборкой сверлятся по 8 отверстия Ø30 мм под крепежные болты редуктора. В листе для крепления электродвигателя, перед сборкой сверлятся 4 отверстия Ø30 мм под крепежные болты электродвигателя. 

       2.3.8 Выбор фундаментных болтов 

      Электродвигатель  механизма подъема крепится к раме с помощью болтов М30-69х0,58(S48) ГОСТ 7798-70 в количестве 4 штук. Редуктор механизма подъема крепится к раме с помощью болтов М30-69х0,58(S48) ГОСТ 7798-70 в количестве 8 штук. Барабаны механизма подъема крепятся к раме с помощью крепежных болтов М30-69х0,58(S48) ГОСТ 7798-70. 
 

    2.4 Ведомость оборудования

Таблица 2 – Ведомость  оборудования

      3 Организация производства  и труда

       3.1 Система ТОиР. Анализ существующих ремонтов 

      Система технического обслуживания ремонта (ТО и Р) – это комплекс организационных  и технических мероприятий по обслуживанию и ремонту оборудования, а также хранения и транспортировки.

      Сама  система технического обслуживания и ремонта промышленного оборудования представляет собой совокупность взаимосвязанных  средств, документации ТОиР и исполнителей необходимых для поддержания и восстановления качества агрегатов или их составных частей.

       Внедрение системы ТО и Р промышленного  оборудования означает:

• Выполнение правил и норм по техническому обслуживанию и эксплуатации оборудования, организацию контроля за их соблюдением;
• Организацию учета работы и состояния оборудования, а также учета и анализа затрат на его ТОиР, разработку и осуществление мероприятий по совершенствованию агрегатов машин и механизмов;
• Планирование и проведение периодических осмотров оборудования инженерно-техническими работниками;
• Установление и соблюдение норм технического обслуживания длительности межремонтных периодов, состава и содержания ремонтных работ для всего оборудования с учетом его эксплуатации;
• Организация материально технического снабжения предприятий необходимыми видами проката, смазочных и др. материалов, необходимых для содержания оборудования в исправном состоянии;