Грузозахватные приспособления

    Министерство  транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта 

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО  ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

    САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ  СООБЩЕНИЯ 

 
    Кафедра «Вагоны» 
 

    Курсовая  работа

по дисциплине «Машины вагоноремонтного производства»

на тему «Грузозахватные приспособления»

Вариант 76 
 
 
 
 

                                                                                  Выполнила: студентка 571 гр.

                                                                                               Петрякова Е.В.

                                                                      Проверила: Лисевич Т.В. 
 

Самара 2011

Аннотация 

    Курсовая  работа изложена на 32 страницах печатного текста, содержит 11 рисунков, 3 таблицы и 1 лист графической части формата А3.

    Работа  состоит из введения, 3 разделов, заключения.

    В первом разделе приведены общие  понятия и основные определения  применительно к машинам вагоноремонтного производства.

    Во  втором разделе описано назначение, устройство и принцип действия механизма.

    В третьем разделе представлена методика расчета и выбора стальных канатов и барабанов.

    Список  использованных источников включает 3 наименования. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Оглавление 

Введение………………………………………………………………………….. 4

1 Общие  понятия и основные определения  применительно к машинам 

   вагоноремонтного производства……………………………………………… 6

2 Назначение, устройство и принцип действия  механизма………………….. 9

2.1 Роль  подъемно-транспортных машин в вагонном хозяйстве……………9

2.2 Анализ существующих грузозахватных приспособлений …………….... 10

2.3 Критерии  выбора оборудования……………………………………………16

2.4 Назначение, устройство и принцип действия  крюков и петлей…………16

3 Методика расчета и выбора стальных канатов и барабанов………………24

Заключение……………………………………………………………………… 30

Список  использованных источников…………………………………………31 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

    Создание  машин – процесс творческий, требующий глубоких знаний, практических навыков и интуиции, что в сочетании с использованием технических средств позволяет проектировщику принимать верные конструктивные решения.

    При разработке конструкции машины оказывается  недостаточным обеспечить соблюдение всех формальных параметров входа и  выхода. Конструкция будет удачной  только в том случае, если найдены  компромиссные варианты с целью  выполнения ряда противоречивых требований, таких как прочность, лёгкость, надёжность и долговечность. Сконструированная  машина должна быть также технологичной, а эксплуатационные расходы в  процессе ее работы должны сводиться  к минимуму.

    Если  ввести понятие идеальной конструкции, то это конструкция, которая в  полной мере отвечает всем вышеперечисленным  требованиям. Создать такую машину, конечно, невозможно, но стремление к  этой цели – тот путь, которым следует идти, широко используя достижения фундаментальных и прикладных наук.

            Разработка новых машин требует  решения  комплекса задач, способы  и принципы решения которых  формируются из условий применения  этих машин на конкретных предприятиях. Объем выполняемых при этом  работ можно разделить на два  этапа.

      На первом этапе осуществляется  процесс  конструирования модулей  машин, целью которого является  разработка принципиально новых  технологических решений в соответствии  с принципом действия машин.  Разработка технический решений,  как правило, сочетается с оценкой   показателей прочности, надежности  деталей и узлов машины, работоспособности,  а также ожидаемого экономического  эффекта.

      Второй этап представляет собой  процесс проектирования модулей  машин с подробной разработкой  чертежей по ГОСТу.

      По завершении конструкторских  и проектных работ формируется  технический проект с подробным  изложением основных разделов:

    1) назначение, устройство и принцип  действия машины;

    2) технические характеристики машины;

    3) методика  и расчет параметров  отдельных деталей и модулей;

    4) методика и расчет экономических  показателей машины;

    5) рабочая документация – полный комплект чертежей, где в соответствии с формой и геометрическими размерами деталей указываются требования к точности и качеству обработки их поверхности, а также требования для сборки и контроля сборочных единиц в процессе изготовления машины, ее ремонта в период эксплуатации.

      Рабочая документация является  руководящим материалом для предприятий,  осуществляющих изготовление спроектированной  машины [1]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    1 Общие понятия и основные определения  применительно к машинам вагоноремонтного  производства 

    Механической  системой называется совокупность твердых тел, в которой положение (движение) каждого элемента определяется положением остальных.

    Многообразие  механических систем образует бесчисленное множество конструкций, машин, механизмов и различных вспомогательных  устройств.

    Механическая  система геометрически неизменных элементов называется конструкцией. Перемещение отдельных точек конструкции возможно лишь в результате деформации системы.

    Машина – устройство, выполняющее преобразование движения, энергии, материалов и информации. В зависимости от функций, которые они выполняют, машины подразделяются на энергетические, рабочие, информационные и специальные. Энергетические машины предназначены для преобразования любого вида энергии в механическую (двигатели, электродвигатели, турбины, паровые и поршневые машины). Рабочие машины подразделяются на технологические и транспортные. В технологических машинах под материалом понимается обрабатываемый предмет, который может находиться в твёрдом, жидком или газообразном состоянии. В транспортных машинах под материалом понимается перемещаемый предмет, а его преобразование заключается в изменении положения.

    Часть машины, преобразующая движение одного или нескольких тел в требуемое  движение других тел, называется механизмом. Твёрдое тело, входящее в состав механизма, носит название звена. Любой механизм имеет следующие звенья:

    1)  входное – ему сообщается преобразуемое в дальнейшем механизмом   движение;

2. промежуточное  –  связывающее входное и выходное звенья;
3. выходное  –  совершающее требуемое движение.

    Звенья  бывают неподвижные (которые не перемещаются в процессе работы механизма) и подвижные (перемещающиеся). Подвижное соединение звеньев называется кинематической парой. Звенья кинематической пары допускают относительное движение, которое можно характеризовать числом степеней свободы, равным числу возможных независимых перемещений данной механической системы.

    Кинематической  цепью называется система звеньев, образующих кинематические пары. Кинематические цепи подразделяются на плоские и пространственные. В плоской цепи все звенья совершают движение, параллельное одной и той же неподвижной плоскости.

    Элемент механической системы, изготовленный  из материала одной марки без  применения сборочных операций, называется деталью. Деталь представляет собой общее понятие, которое в каждом конкретном случае можно уточнить соответствующим названием.

    Узел (сборочная единица) – комплекс деталей, собранных посредством сборочных операций отдельно от других составных частей и совместно выполняющих определенные функции. Совокупность простейших узлов образует более сложное механическое устройство, такое как сложный узел, механизм, машина и т.д.

    Машина, как правило, состоит из сотен, тысяч  и даже миллионов отдельных деталей, и выход из строя хотя бы одной  из них может привести к прекращению  работы машины в целом. Это обстоятельство требует от разработчика глубоких знаний и практического опыта при  принятии конструкторских решений. Кроме того, сегодня невозможно создать  надежную конкурентоспособную конструкцию  машины без использования компьютерных методов анализа, которые позволяют  определить ее основные геометрические размеры и сделать выбор материалов.

    Как отдельные детали и узлы любой  машины, так и машина в целом  должны удовлетворять следующим  требованиям: работоспособности, надежности, технологичности, экономичности и  эргономичности.

    Работоспособными  называются машины, выходные параметры  которых отвечают условиям, оговоренным  при их конструировании.

    Надежность – способность машины сохранять свои выходные параметры в установленных пределах в течение заданного промежутка времени.

    Технологичными  называются детали или машины, затраты  средств, времени и труда на изготовление которых минимальны.

    Экономичность определяется затратами на проектирование, изготовление и последующую эксплуатацию. Для обеспечения экономичности  прежде всего следует добиваться снижения материалоемкости,  энергоемкости  и трудоемкости производства.

    Наконец машины должны быть эргономичными – иметь современные эстетичные форму и отделку, а также обеспечивать удобство в обращении при их эксплуатации и техническом обслуживании [1]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    2 Назначение, устройство и принцип  действия механизма 

    2.1 Роль подъемно-транспортных машин  в вагонном хозяйстве 

    Комплексная механизация и автоматизация  производственных процессов в вагонном хозяйстве, исключение тяжелого ручного  труда при выполнении основных и  вспомогательных производственных операций немыслимы без использования  широкого комплекса подъемно-транспортных механизмов (ПТМ), который способствует интенсификации производственных процессов, механизации трудоемких и тяжелых  работ, удешевлению стоимости производства. Поэтому применение данного оборудования во многом определяет эффективность  производства, а уровень механизации  технологического процесса – степень  совершенства и производительность предприятия.

    В настоящее время невозможно представить  производство капитального, деповского, текущего отцепочного ремонтов на вагоноремонтных  предприятиях без применения ПТМ, поскольку  технологические процессы данных видов  ремонта включают в себя использование  ПТМ как составную часть в  системе технологического оборудования. В вагонных депо ПТМ широко используют на всех фазах технологических процессов: при подъемке и опускании вагонов, транспортировке деталей и узлов  вагона с одного участка на другой для ремонта, перемещение вагонов  с одной ремонтной позиции  на другую. С помощью ПТМ выполняют  переместительные операции на основных и вспомогательных работах. На этих работах ПТМ определяют темп, ритм и структуру процесса производства, связывая в технологические звенья [2]. 
 
 
 

    2.2 Анализ существующих грузозахватных приспособлений 

    Существуют  следующие грузозахватные приспособления: крюки и петли,  специальные  захваты, грузозахватные приспособления для сыпучих грузов.

    Наиболее  широко применяемыми универсальными грузозахватными приспособлениями являются грузовые крюки и петли, к которым груз прикрепляют с помощью канатных и цепных строп. По форме крюки подразделяют на однорогие и двурогие. Размеры крюков стандартизованы: для механизмов с ручным и машинным приводом - однорогие крюки по ГОСТ 6627-74, для механизмов с машинным приводом - двурогие по ГОСТ 6628-73.   Форма крюков выбрана такой, чтобы обеспечить их минимальные размеры и массу при достаточной прочности, одинаковой во всех сечениях.

    Кроме грузовых крюков применяют цельнокованые и составные грузовые петли.

    При работе грузоподъемной машины со штучными грузами для сокращения времени, затрачиваемого на их захватывание и освобождение, а также для уменьшения доли ручного труда применяют специальные клещевые захваты, подвешиваемые к крюку. Эти захваты должны соответствовать форме и размерам грузов. При конструировании стремятся обеспечивать надежность их действия, удовлетворять требованиям техники безопасности, предотвращать порчу груза при его захватывании; захваты должны иметь малые размеры и массу, быть удобными в эксплуатации и сокращать трудоемкость ручных операций.

    Клещевые захваты подразделяются на захваты для штучных грузов в таре или упаковке и на захваты для штучных грузов без тары. В зависимости от степени автоматизации процесса захватывания и освобождения груза захваты подразделяют на полуавтоматические, обеспечивающие автоматический захват груза и освобождение вручную, и автоматические, обеспечивающие захват и освобождение груза без применения ручного труда. Захваты имеют рычажную систему в виде клещей (откуда происходит их название), свободные концы которых могут быть загнуты по форме груза или иметь специальные упоры или колодки, которыми они прижимаются к грузу и удерживают его силой трения между упором и грузом (фрикционные клещевые захваты). Примеры различного исполнения клещевых захватов показаны на рисунке 2.2.1.

    Рисунок 2.2.1 – Клещевые захваты 

    На  рисунке 2.2.2, а показан простой эксцентриковый захват для транспортирования стальных листов в вертикальном положении.    Захват подвешивается к крюку крана. В начале подъема эксцентрик, касающийся листа в точке А,  благодаря силе трения поворачивается и прижимает лист к упору рамки захвата. Лист удерживается в захвате силами трения между листом и упором рамки. С уменьшением угла α (обычно в исходном положении α = 10°) сила распора N, действующая нормально к листу, быстро возрастает, что обеспечивает надежное удерживание листа в захвате.

    Рисунок 2.2.2 – Схемы эксцентриковых захватов 

    Самозажимный  эксцентриковый захват для транспортирования листового материала (рисунок 2.2.2, б) имеет повышенную надежность, так как сила трения между эксцентриком и листом увеличивается благодаря действию гибкого элемента 1 на плече l на эксцентрик 2.

    Для транспортирования различного листового  материала (сталь, цветные металлы, стекло и т.п.), а также различных  коробок и ящиков широко применяют  вакуумные захваты (рисунок 2.2.3), состоящие из металлического диска 4 с отверстием в центре и эластичного резинового герметизирующего кольца 5. Диск соединен гибким шлангом 1 с вакуумным насосом. Для захватывания диск накладывают на поверхность груза и поворотом крана 2 полость захвата подключают к вакуумному насосу. Резиновое кольцо предотвращает проникновение воздуха между плоскостями диска и груза. Благодаря шарниру 3, опирающемуся на плоскую пружину 6, захват обладает способностью самоустанавливаться на поверхности груза. Для освобождения груза шланг 1 перекрывается краном 2, управляемым вручную или с помощью электромагнитного привода. Вакуумный насос соединен с захватом через дополнительный резервуар, поэтому в случае непредвиденного отключения насоса от полости захвата некоторое время еще сохраняется вакуум, позволяющий удерживать груз.

    Рисунок 2.2.3 – Вакуумные захваты 

    Для порционного транспортирования  сыпучего груза применяют ковши, бадьи и грейферы. Бадьи (рисунок 2.2.4) и ковши разгружают, опуская дно, раскрывая створки дна или опрокидывая ковш. Загрузка бадей является одной из самых трудоемких операций, часто требующих применения ручного труда. Автоматизировать захватывание сыпучих грузов можно с помощью автоматических грузозахватных устройств - грейферов. При этом производительность операций существенно повышается, а использование ручного труда резко уменьшается или даже полностью исключается.

    Рисунок 2.2.4 – Бадьи для сыпучего груза 

    Грейферы  широко используют для транспортирования шихты, скрапа, угля и других материалов, для подачи и уборки формовочной земли в литейных цехах и т.д. Грейферы по кинематическому признаку можно разделить на   канатные, соединенные с приводными лебедками с помощью гибкого элемента - каната, и приводные, в которых механизм зачерпывания и опорожнения располагается непосредственно на грейфере. Канатные грейферы, в свою очередь, подразделяются на одноканатные и многоканатные. Одноканатные грейферы можно использовать на обычных крюковых кранах, имеющих однобарабанный привод. Их подвешивают к крюку крана или соединяют непосредственно с канатом механизма подъема (в последнем случае грейферы являются несъемными). При использовании одноканатных съемных грейферов кран может работать как с крюком, так и с грейфером.

    Грейфер (рисунок 2.2.5) состоит из двух челюстей 5, соединенных шарнирно на нижней траверсе 8. Тяги 4 соединяют челюсти с верхней траверсой 2. Подвижная головка 6 канатом 3 соединяется с верхней траверсой 2 и со скобой 1, с помощью которой грейфер навешивается на крюк механизма подъема крана. В момент зачерпывания (рисунок 2.2.5, а) головка 6 и траверса 8 связаны между собой захватами 7, укрепленными на траверсе 8. При подъеме скобы 1 происходит сближение траверсы 2 и головки 6. При этом челюсти, поворачиваясь вокруг осей шарниров на траверсе 8, внедряются в груз и зачерпывают его. После того как  челюсти сомкнутся, грейфер в закрытом состоянии (рисунок 2.2.5, б) вешается к месту разгрузки и опускается на опорную поверхность (рисунок 2.2.5, в); при этом захваты 7 раскрываются и головка 6 отсоединяется от нижней траверсы 8. Подъем скобы 1 вызывает подъем верхней траверсы 2, что приводит к раскрытию грейфера и его автоматическому опорожнению (рисунок 2.2.5, г). Грейфер можно раскрыть и не опуская его. В этом случае от запорного устройства опускается вниз тросик или цепь, за которую надо потянуть, чтобы захваты 7 отпустили головку 6 и дали возможность челюстям раскрыться [3].

    Рисунок 2.2.5 – Схема работы одноканатного  грейфера 

    2.3 Критерии выбора оборудования 

    Критериями  при выборе того или иного типа оборудования должны быть:

    1) специализация механизма;

    2) длительность технологического  цикла; 

    3) степень механизации или автоматизации  рабочего цикла; 

    4) энергопотребление;

    5) воздействие на окружающую среду;

    6) экологическая безопасность;

    7) сервисное обслуживание.

    С точки зрения перечисленных критериев, наиболее подходящими являются крюки и петли. 

    2.4 Назначение, устройство и принцип действия крюков и петлей 

    Наиболее  широко применяемыми универсальными грузозахватными приспособлениями являются грузовые крюки и петли, к которым груз прикрепляют с помощью канатных и цепных строп.   По форме крюки подразделяют на однорогие (рисунок 2.4.1, а, в) и двурогие (рисунок 2.4.1, б, г). Размеры крюков стандартизованы: для механизмов с ручным и машинным приводом - однорогие крюки по ГОСТ 6627-74, для механизмов с машинным приводом - двурогие по ГОСТ 6628-73.   Форма крюков выбрана такой, чтобы обеспечить их минимальные размеры и массу при достаточной прочности, одинаковой во всех сечениях.

    Рисунок 2.4.1 – Грузовые крюки:

    а, б – кованые , в, г – пластинчатые 

    Грузовые  крюки изготовляют ковкой или  штамповкой из низкоуглеродистой стали 20; допускается изготовление крюков из стали 20Г. Применение высокоуглеродистой стали и чугуна  недопустимо из-за малой пластичности материала и опасности внезапного излома крюка. После ковки или штамповки проводят нормализацию для снятия внутренних напряжений.

    Применение  литых стальных крюков ограничено из-за возможности образования внутренних дефектов металла при литье. Однако в связи с развитием средств дефектоскопии применение литых крюков становится все более перспективным, особенно для крюков большой грузоподъемности, для изготовления которых ковкой требуется мощное кузнечно-прессовое оборудование. Механической обработке подвергается только хвостовик крюка, на котором нарезается резьба - треугольная при грузоподъемности до 10 т и трапециевидная при большей грузоподъемности. С помощью этой резьбы крюк закрепляется на траверсе крюковой подвески.

    После изготовления крюк испытывают на прочность  под нагрузкой, превышающей его  номинальную грузоподъемность на 25 %. При испытании крюк выдерживают под нагрузкой не менее 10 мин; после снятия нагрузки на крюке не должно быть трещин, надрывов, остаточных деформаций. Заварка или заделка дефектов крюка не допускается.

    Для стандартного крюка (соответствующей  номинальной грузоподъемности) расчет сечений крюка не проводят. Для  крюка, отличающегося по своим размерам или форме от стандартного, обязательно рассчитывают тело крюка как бруса большой кривизны.

    В однорогом крюке наиболее опасным  является сечение Б-Б (рисунок 2.4.1, а), работающее на изгиб и растяжение, для которого изгибающий момент от веса груза G_гp, приложенного в центре зева крюка, является максимальным. Сечение А-А рассчитывают на изгиб и срез для случая подвеса груза на двух наклонных стропах под углом α= 45°.

    В двурогом крюке (рисунок 2.4.1, б) проверяют сечение В-В и  Г-Г  на   изгиб   и   срез   по   расчетному   усилию F=l,2G_rp/(2cosβ), действующему на каждый рог крюка, где числовой коэффициент 1,2 учитывает возможную неравномерность распределения нагрузки. Нарезанную часть хвостовика рассчитывают на растяжение от силы G_rp. Запас прочности по пределу текучести при расчете крюка принимают равным 2 для крюков кранов 1-4-й групп режима работы и 2,25 для кранов 5-й и 6-й групп режима работы.

    Грузовые  крюки всех стреловых, монтажных и башенных кранов, перемещающих груз в контейнерах, бадьях и другой таре, навешиваемой на крюк с помощью скоб или других жестких элементов, имеют предохранительные замыкающие устройства (рисунок 2.4.2), предотвращающие самопроизвольное выпадение съемного грузозахватного приспособления. При подвешивании груза на двурогие крюки чалочные канаты и цепи надо накладывать так, чтобы нагрузка на оба рога крюка распределялась равномерно.

    Рисунок 2.4.2 – Крюк с замком пружинного замыкания 

    Для кранов большой грузоподъемности применяют  пластинчатые однорогие и двурогие крюки (рисунок 2.4.1, в, г) по ГОСТ 6619-75, собираемые из отдельных элементов, вырезанных из листовой стали 20 или стали 16МС, соединенных между собой заклепками. Для равномерного распределения нагрузки между пластинами в зевах крюков помещают вкладыши из мягкой стали, внешняя поверхность которых имеет форму, обеспечивающую укладку строп без резких изгибов. Эти крюки легче кованых и не требуют для изготовления мощного прессового оборудования. Кроме того, при разрушении одной из пластин ее можно заменить. Толщина пластин не менее 20 мм. При применении пластин разной толщины их располагают симметрично относительно средней плоскости крюка.

    Крюки соединяют с гибким грузовым элементом  грузоподъемной машины или непосредственно, прикрепляя гибкий элемент к проушине крюка (при подвесе груза на одной ветви) или (при подвесе груза на нескольких ветвях гибкого элемента) с помощью крюковых подвесок (ГОСТ 24.191.08-81). При достаточно жестких канатах и для преодоления потерь на трение в опорах блоков легкие подвески снабжают дополнительным грузом, обеспечивающим нормальное опускание пустого крюка.

    Различают два типа крюковых подвесок –нормальные и укороченные. В нормальных подвесках (рисунок 2.4.3, а) траверса, на которой укреплен крюк, соединяется с осью канатных блоков щеками, изготовленными из листовой или полосовой стали марки СтЗ, рассчитываемыми по опасному сечению, на растяжение по формуле Лямэ: 

    где [σ]=σ_T/n ; n=3,5…4.

    Рисунок 2.4.3 – Крановые подвески:

    а – нормальная; б – укороченная 

    Траверса  имеет на концах стопорные накладки, препятствующие ее осевому перемещению, позволяющие ей поворачиваться вместе с крюком относительно горизонтальной оси. Хвостовик крюка проходит сквозь отверстие в траверсе и закрепляется гайкой, опирающейся либо на сферическую шайбу (при грузоподъемности до 3,2 т), либо на упорный шарикоподшипник, как на рисунке (при большей грузоподъемности). Подшипники должны быть обеспечены смазкой и защищены от попадания грязи. Упорные подшипники рассчитывают по статической грузоподъемности по нагрузке, превышающей вес номинального груза на 25%. Чтобы не произошло самопроизвольного отвинчивания гайки при грузоподъемности 5 т и выше, она должна быть законтрена стопорной планкой. Стопорение гаек крюков грузоподъемностью до 5 т вследствие малых размеров гайки разрешается проводить с помощью штифтов или стопорных болтов.