Мостовой кран. 5

Введение

Подъемно-транспортные машины важнейшим оборудованием для  механизации работ во всех отраслях народного хозяйства – в промышленности, строительстве,  на транспорте,  в  сельскохозяйственном производстве. Применяются  для перемещения людей на коротких трассах в вертикальном, горизонтальном, и наклоном направлениях.

Современные поточные технологические  и автоматизированные линии, межцеховой и внутрицеховой транспорт, погрузочно-разгрузочные операции на складах и перевалочных пунктах органически связаны  с применением разнообразных типов подъемно транспортных машин и механизмов, обеспечивающих непрерывность и ритмичность производственных процессов. Поэтому применение данного оборудования во многом определяет эффективность современного производства, а уровень механизации технического производства степень совершенства и производительность предприятия. При современной интенсивности производства нельзя обеспечить его устойчивый ритм без согласованной и безотказной работы средств транспортирования сырья, полуфабрикатов и готовой продукции на всех стадиях обработки и складирования. Одним из разновидностей подъемно транспортных машин является краны мостового типа.

Современные подъемно транспортные машины характеризуется широким диапазоном грузоподъемности, габаритов обслуживаемых площадей, высокой производительностью. Количественных ограничений по базовым параметрам для современных подъемно транспортных машин не существует. Их создают для любых условий возможного применения. Имеются только экономические ограничения.

Сложные тяжелые машины стоят дорого и применять их целесообразно  лишь в том случае, если можно  загрузить настолько, чтобы они  окупались за реальный срок эксплуатации до морального и физического износа. Базовыми направлениями развития подъемно транспортного оборудования являются совершенствование приводов машин и механизмов, направленное на расширение диапазона регулирования скоростей, повышение их КПД и надежности, разработка новых конструктивных решений, в частности, c использованием встроенных планетарных устройств с термически обработанными долговечными зубчатыми колесами.

Металлоконструкции кранового  оборудования следует совершенствовать путем применения качественного  металла с целью, как снижения металлоемкости конструкции, так и  повышения долговечности. Для снижения массы кранов и повышения технологичности изготовления создаются новые прогрессивные конструкции мостов кранов: основные балки мостов выполняются двухстенными, но со стенками разной толщины, с размещением под тележечного рельса над внутренней, более толстой, стенкой, что позволяет, и разместить в балках электроаппаратуру крана; расширяется применение трубчатых и штампованных профилей, а в ряде случаев и легких металлов; повышается качество применяемых материалов и совершенствуется технология производства деталей. Размещение мостовых кранов в здании должно обеспечить возможность нормального и безопасного их обслуживание, что требует наличия определенных зазоров между краном и элементами здания даже при его некотором деформировании.

Тенденции развития кранов следующие: увеличение выпуска кранов большой грузоподъемности при снижении выпуска кранов малой грузоподъемности, расширение применения гидравлического привода и специализированного электропривода, применение кранов манипуляторов для выполнения массовых строительных работ погрузочно-разгрузочных и монтажных

Развитие всех отраслей народного  хозяйства в настоящее время  определяется, прежде всего, машиностроением  новыми машинами, интенсифицирующими производственны процессы, обеспечивающими  резкое повышение производительности труда.

Это можно достигнуть, не только и  не столько копируя и улучшая  существующие в мировой практике модели, сколько создавая принципиально  новые машины, базирующиеся на передовых  достижениях техники.

Цель проекта – закрепление материалов лекционного курса по ГПМ и расширение кругозора в области указанных машин в процесс их расчета и проектирования для выполнения студентом научно-исследовательской или учебно–методической работы, проводимой на кафедре в области ГПМ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Мостовые  краны

 

1.1 Назначение мостового  крана

 

Мостовым краном - называется грузоподъемная машина, передвигающаяся  по рельсам на некотором расстоянии от земли (пола) и обеспечивающая перемещение  груза в трех взаимно перпендикулярных направлениях. Мостовые краны являются одним из наиболее распространенных средств механизации различных производств, погрузочно-разгрузочных и складских работ. Перемещаясь по путям, расположенным над землей, они не занимают полезной площади цеха или склада, обеспечивая в то же время обслуживание практически любой их точки.

Мостовые краны применяют  в цехах ремонтных предприятий  и производственных цехах предприятий. Конструкции специальных мостовых кранов весьма разнообразны. Эти краны  могут быть поступательно перемещающимися по крановым рельсам или вращающимися вокруг вертикальной оси. К вращающимся кранам относятся хордовые, радиальные и поворотные. Поступательно перемещающимися мостовые краны имеют однобалочные и двухблочные мосты с нормальной длиной пролета или увеличенной до 40-60 м. Грузоподъемность этих машин составляет 400-500 т. и более.

 

1.2 Устройство и конструкция  мостового крана

 

Мостовой кран состоит  из узлов — блоков, представляющих собой отдельные сборочные единицы, обеспечивающие возможность сборки всех механизмов крана. Мост крана представляет собой жесткую металлическую раму, состоящую из двух пролетных и двух концевых балок коробчатого сечения. Вдоль пролетных балок расположены площадки обслуживания.

Кран перемещается вдоль  цеха или рабочей площадки по подкрановым путям, проложенным на подкрановых балках или колоннах. Механизм передвижения крана изготовляется двух типов — с центральным приводом и с раздельным приводом. Механизм передвижения с центральным приводом состоит из двух приводных или двух холостых колес, которые при помощи букс прикреплены к концевым балкам моста. Электродвигатель расположен в середине пролета моста и соединен с редуктором при помощи зубчатых муфт и приводных валов. Механизм передвижения крана с раздельным приводом отличается от механизма передвижения с центральным приводом тем, что около каждого приводного колеса с установленным редуктором монтируется электродвигатель, который при помощи зубчатых муфт и приводного вала соединяется с входным валом редуктора

Подъем и перемещение грузов в поперечном направлении осуществляются подвижной тележкой, установленной на мосту крана. Тележка состоит из сварной рамы с механизмами подъема груза и передвижения. Механизмы подъема различных видов кранов принципиально одинаковы и состоят из электродвигателя, тормоза, редуктора, барабана и полиспаста. Электродвигатель соединен с редуктором при помощи зубчатых муфт и приводных валов.

В зависимости от назначения крана механизм подъема оснащается различными грузозахватными органами — крюком, грейфером, магнитом и т.п. В отличие от крюкового крана на тележке грейферного кроме механизма передвижения установлены два одинаковых механизма: один для подъема грейфера, - другой для его замыкания.

В магнитном кране  в отличие от крюкового для  захвата груза применяется электромагнит. При этом тележка крана дополнительно снабжена барабаном для намотки гибкого кабеля, по которому электрический ток подается к магниту. Если кран оборудован подъемным электромагнитом, грейфером, траверсой и т. п., то масса этих грузозахватных органов входит в грузоподъемность крана.

Управление механизмами  крана осуществляется из кабины, подвешенной  к мосту крана на стороне, противоположной  расположению главных троллеев. Для  обслуживания главных троллеев краны  снабжены люльками-кабинами.

Мостовой кран оснащен  следующими устройствами и приборами  безопасности: концевыми выключателями  для автоматической остановки механизмов передвижения крана, ходовой тележки  и подъема грузозахватных органов; блокировкой для автоматического  снятия напряжения с крана при выходе на его галерею; блокировками дверей входа на галерею и дверей входа в кабину управления и посадочной площадки в целях исключения передвижения крана с открытой кабиной; контактными замками с ключом, без которого не может быть подано напряжение на кран; сигнальным прибором.

Для подачи электроэнергии к механизмам крана используются троллейный (с жесткими и гибкими  проводами) токоподвод. К механизмам тележек электроэнергия может подаваться как по троллеям, так и по гибкому  кабелю.

Троллеи для питания  крана располагают вдоль подкрановых  путей, а для питания тележки  – вдоль моста. В качестве жестких  троллейных проводов используют стальной прокат (уголковый, рельсовый). Гибкие троллейные провода изготавливают  из круглой стальной или биметаллической проволоки. Расстояние от троллейных проводов до уровня пола должно быть не менее 3,5 м, а в проезжей части не менее 6.

Управление механизмами  кранов осуществляется из подвешиваемых  к ним кабин или с пола, с  пультов.

Аппараты управления – контроллеры – обеспечивают пуск, реверсирование, регулирование скорости, торможение и    остановку двигателя. Контроллеры бывают с механическим и магнитным приводом. Первые имеют наиболее простую конструкцию и по исполнению  контактной  части могут быть кулачковые и барабанные. Контроллеры с механическим приводом непосредственно воздействуют на силовую цепь двигателя.

Магнитные контроллеры  состоят из магнитной станции (контакторов  и реле) и командоконтроллера. Крановщик  воздействует на командоконтроллер, включенный  во вспомогательную цепь,  питающую обмотки контакторов и реле. Которые переключают силовые цепи двигателей.

Контроллеры и командоконтроллеры устанавливают в кабинах управления таким образом, чтобы обеспечить максимальное удобство управление краном: их маховики и рукояти располагают на одном уровне и как можно ближе друг к другу.

 

1,4 - поперечные (конечные) балки; 2 - мостовая продольная балка;

3 - грузовая тележка; 5 - крюковая подвеска; 6 - кабина.

Рисунок  1 -  Мостовой кран

 

1.3 Классификация мостовых кранов

 

Мостовые краны по типу мостов подразделяются на двухбалочные и однобалочные. Двухбалочный кран (рисунок 2) включает две основные части: мост и тележку. Металлическая конструкция  моста содержит две пролетные  и две концевые балки и перекрывает рабочий пролет производственного помещения или склада.

 

Рисунок 2- Мостовой кран общего назначения

С помощью механизмов кран перемещается вдоль подкранового пути. Опорная тележка такого крана (рисунок 3) состоит из рамы, одного или  двух механизмов подъема груза и механизма передвижения для перемещения ее по рельсам вдоль моста. Однобалочный мостовой кран (рисунок 4) имеет консольную тележку, которая перемещается по одной пролетной балке. Иногда кран снабжается двумя тележками: опорной — с механизмом главного подъема и консольной — с механизмом вспомогательного подъема (рисунок 5). Это способствует повышению маневренности и лучшему использованию крана.

 

 

Рисунок 3- Опорные тележки с одним (а) и с двумя (б) механизмами подъема

 

    

Рисунок 4- Однобалочный кран

 

 

Рисунок 5- Кран с опорной и консольной тележками

На (рисунке 6) показан однобалочный кран грузоподъемностью 50/10 т с консольной тележкой с приводными колесами. Механизмы главного и вспомогательного подъема смонтированы на концевых балках моста. Установка на тележке только верхних блоков позволяет уменьшить высоту крана, а консольное расположение блоков — обслуживать дополнительную площадь с торцовой стороны здания.

Рисунок 6- Однобалочный кран со стационарными механизмами подъема

Мостовые краны общего назначения используют также в сборочных цехах (в качестве монтажных), в машинных залах, в котельных и дымососных отделениях электростанций. При работе на открытом воздухе (склады, контейнерные площадки и т. д.) Они перемещаются по путям, уложенным на специальных эстакадах (рисунке 7).

 

 

Рисунок 7- Установка крана на эстакаде 8

На одних и тех  же подкрановых. путях могут работать несколько кранов. При этом грузы, масса которых превышает грузоподъемность крана, поднимаются двумя кранами  с использованием траверсы (рисунок 8).

Рисунок 8- Установка двух кранов грузоподъемностью по 100 т

В настоящее время  грузоподъемность самых крупных  уникальных моделей мостовых кранов достигает 800 т. Однако наибольшее распространение  имеют краны грузоподъемностью до 50 т и меньшее— грузоподъемностью до 320 т. Наряду с электрическим приводом в кранах применяется и гидравлический привод. На (рисунке 9) показана схема такого крана грузоподъемностью 30 т фирмы Crane and Hoist (Англия).

 

1.4 Кинематические схемы основных механизмов

 

Работу основных механизмов крана  рассматривают по кинематическим схемам. Так как двигатели обычно имеют  угловую скорость, значительно большую, чем скорость подъемного барабана или  ходовых колес моста или тележки, то движение к рабочим органам механизмов крана передается через редукторы ( на рисунках обозначены буквой Р).

Для механизмов подъема наибольшее применение получили схемы с полиспастом  П (рисунок 10), при помощи которого движение от барабана Б передается крюку К.

        Рисунок 10- Кинематическая схема подъемного механизма

На рисунке 11 представлена схема механизма тележки, которая  обычно имеет четыре ходовых колеса, два из которых, соединены валом, приводятся в движение через редуктор Р от двигателя Д.

 

                Рисунок 11- Кинематическая схема тележки

Передача движения к  ходовым колесам концевых балок  от двигателя, установленного на мосту, может осуществляться через редуктор Р, расположенного в средней части  моста (рисунок 12).

                                  

                       Рисунок 12- Кинематическая схема моста

Каждый механизм  крана  имеет механический тормоз Т, который  устанавливается на соединительной муфте между двигателем и редуктором или на тормозном шкиве на противоположном  конце вала двигателя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Расчет мостового  крана

2.1 Расчет механизма подъема

Минимальная кратность  каждого из них определяется из следующего выражения:  

                                                                                                  (1)                    

                                            i_min ≥

Где Q – заданная грузоподъемность

Принимаем кратность  полиспасты равное 2. 

В кранах мостового типа применяются преимущественно сдвоенные  полиспасты,  (рисунок 13).  По аналогии с выполненными современными конструкциями кранов примем эту схему.

 

 

                     Рисунок 13 - Cхема cдвоенной полиспасты механизма подъема

С целью обеспечения  строго вертикального подъема груза,  и создания равномерной нагрузки на ходовые колеса тележки независимо от высоты подъема груза принимается сдвоенный полиспаст (а=2) с кратностью, равной (m=2). Выбор кратности полиспаста для мостовых кранов, выпускаемых заводами в серийном производстве, основывается на принципе максимальной унификации элементов, из которых состоит механизм крана. При этом с помощью одних и тех же элементов, изменяя кратность полиспаста, можно создать механизмы подъема различной грузоподъемности.

Для обеспечения нормального  положения крюковой подвески при неравномерной вытяжке ветвей каната обоих полиспастов применяют установку балансира, или уравнительного блока.

Так как потери на опорах большие, а также потери вызываемые жесткостью каната, мы применяем подшипники качения, в условиях качественной густой смазки, и в условиях нормальных температур.

Натяжение каната при  подъеме расчетного груза, кН:

                                                                                                (2)

где а – количество полиспастов; - кратность каждого полиспаста; η_бл – коэффициент учитывающий потери на блоках. При блоках, установленных на подшипниках качения, при условиях нормальной густой смазки η_бл=0,96 исходя из (таблицы 1)

Таблица 1 – Значения КПД блока

Вид опоры	Условия работы	ηбл
Подшипник качения	Нормальная густая смазка	0,96

                                                 

                                           

Рассчитаем КПД полиспаста:

                                                                                                             (3)

где m – число блоков в полиспасте.

                                           

 

 

 

 

2.2 Расчет и выбор  каната

Конструкцию каната принимают из условия его эксплуатации. Диаметр каната определяют по его разрывному усилию по ГОСТ 2688-80.

                                                                        (4)

 

 

где  - коэффициент запаса прочности каната, принимают по нормам ГГТИ в зависимости от режима работы крана, таблица 2.

Таблица 2 – Коэффициент запаса прочности каната 

Режим работы крана	1	2	3	4
	5	5,5	6	6

 

Так как режим работы для крана 3К – легкий, то принимаем =5, тогда из выражения 4 получим:

                                                  

В условиях абразивного  износа предпочтительней канаты с линейным касанием (ЛК - Р), с меньшим числом проволок, с органическим сердечником, так как они более гибки, износостойки и лучше удерживают смазку, имеют долгий срок службы. А также имеют лучшее заполнение сечения, вследствие чего при той же разрывной нагрузке имеют меньший диаметр.

Принимаем канат двойной свивки типа ЛК Р конструкции 6 х 19 (1 + 6 + 6/6) + l₀ ГОСТ 2688-80 с диаметром =16,5 мм. [Л1. Приложение 1]

 

2.3 Расчет и выбор  барабана

Диаметр барабана (блока) по дну канавки:

                                                                      (5)

         где - диаметр каната; е – коэффициент по нормам ГГТИ, таблица 3.

       

         Таблица 3 – Значение коэффициента е

Режим работы крана	1	2	3	4
е	20	25	30	35

 

         Из режима работы выбираем е = 20, тогда:

   

мм.

 

Так как увеличения диаметра барабана приводит к повышению долговечности  каната, то примем барабан БК335 [Л1. Приложение 2].

Диаметр барабана по центру наматываемого  каната  диаметром  мм, массой 290 кг.

Для данного барабана марки БК 335, принимаем однослойную  навивку

каната. Канавки нарезанные на поверхности  барабана (по винтовой линии), увеличивают  поверхность соприкосновения, чем  уменьшает напряжение смятия, устраняют трение между соседними витками и износ каната. Поэтому при нарезных канатах срок службы увеличивается.

На рисунке 14 показаны геометрические параметры барабана.

Толщину обечайки принимаем  предварительно, мм:

 

                                                                       (6)

 мм

 

Тогда внутренний диаметр  обечайки:

 

                                                                        (7)

                                                   мм

 

Рисунок 14 – Геометрические параметры барабана.

Число витков на одной  половине барабана:

                                                                      (8)

где Н – высота подъема груза; (1,5…2) – несматываемые с барабана витки безопасности, наличие которых снижает на 70-80% натяжение конца каната в месте его крепления.

                     

Общая длина барабана:

                                                                                        (9)

где - длина нарезки на одной половине барабана, равная:

                                                                      (10)

где - шаг нарезки барабана, мм 

                                                                                         (11)

                                                   мм

Следовательно:

                                                   мм

S – длина участка барабана для закрепления конца каната, равная:

                                                                      (12)

                                                   мм

- длина ненарезаемой средней  части барабана:

                                                                     (13)

где - расстояние между средними блоками крюковой подвески. Принимаем = 200 мм, тогда:

                                                    мм                                                   (14)

Отсюда следует, что:

      

мм

 

 

2.4 Определение напряжения изгиба, кручения и суммарное напряжение в стенке обечайки

 

Напряжение сжатия:

                                                                                                            (14)               

Кроме того, тело барабана испытывает  напряжение изгиба и  кручения.

Напряжение изгиба имеют максимальное значение при положении каната около  центра барабана.

Момент изгиба барабана, Н∙м:

                                                                               (15)

                                                   

Напряжение от изгиба моментом в стенке барабана

                                                                     (16)

                               

 

Номинальное напряжение в обечайке, Па:

                                                                                                          (17)

 

Момент кручения, Н∙м:

                                                                                                         (18)

           

Напряжение от момента  кручения, Па:

                                                           (19)

                            

 

Результирующие напряжение для  стальных барабанов:

                                                                                             (20)                                      

                    

Таким образом , напряжение в стенке барабана от изгиба и кручения весьма малы. Основным напряжением, определяющим прочность барабана, является напряжение сжатия.

Скорость каната навиваемого на барабан, м/мин:

                                                                                                         (21)

 где - скорость подъема груза, м/мин.

                                                  

Число оборотов барабана в минуту:

                                                                                                        (22)

                                        

 

2.5 Выбор электрооборудования  и редуктора

 

                                         

 

Рисунок 15 – Кинематическая схема механизма подъема мостового крана

 

Кинематическая схема  механизма подъема мостового  крана изображена на (рисунке 15).  В состав  механизма  подъема  входят электродвигатель 1, соединительные муфты 2, электромагнитный тормоз 3, редуктор 4, барабан 5, система полиспастов 6, неподвижный блок полиспаста 7 и крюк 8.

Определяем статическую мощность электродвигателя при подъемке номинального груза:

                                                                                                (23)

где   - предварительное значение КПД механизма;

            

Так как кран работает не только с номинальными грузами, но и с грузами меньше номинальных, то берем ближайший двигатель  большей мощности, последующий проверкой двигателя по нагреву, по среднеквадратичной мощности.

По каталогу [Л2.стр.804] примем двигатель асинхронный с фазовым ротором АИР160М8/4, имеющий при ПВ равном 15 %, номинальную мощность кВт при скорость вращения под нагрузкой 730 об/мин. Маховый момент инерции = 1,2 Н∙м2. Вес двигателя 100 кг.

            

; ; .

Общее передаточное число  редуктора: