Тольяттинский Филиал

Московского Государственного

Университета  Пищевых Производств

                                                                                    

 

Курсовой  проект  по  дисциплине: Подъемно транспортные устройствам

                                         

                                             Мостовой  кран.

       

 
 

                             
 
 
 

Проверил: Дружинкин

Выполнил  студент:  Гатин  Артем Ринатович           

Группа :  П-401               
 
 
 
 

Тольятти 2010 
 

Техническое задание на проектирование крана. 

1.Разработать:

- общий  вид крана с необходимыми схемами

- металлоконструкцию  моста

- механизм  подъема груза

-узел  ходового оборудования тележки 

2.Наименование: мостовой  кран

3.Цель и назначения разработки: разработка новой продукции 

4.Технические характеристики:

- грузоподъемность  Q=16т

- пролет  моста  L=22,5м

- высота  подъема груза L=10м

- скорость  подъема груза V=6 м/мин

- скорость  передвижения тележки V=8м/мин

- скорость  передвижения моста  V=70м/мин

- режим  работы: Т (тяжелый)

- тип  привода: электрический 

5. Источники разработки: Казак С.А. «Курсовое проектирование грузоподъемных машин»  

6. Стадии и этапы разработки:

  -  составление технического задания.

-  эскизное  проектирование.

-  рабочий  проект, разработка технологии испытаний.

-  изготовление  опытных образцов.

-  коррекция  технологии и рабочей документации

-  выполнение  эксплуатационной документации 

7. Экономические требования:

  Обеспечить  высокую степень технологичности  конструкции: удобство сборки и регулировки, уменьшение ручных сборочных операций, экономное расходование материалов и металла, использование стандартных узлов и агрегатов.  
 

8.  Порядок контроля и испытания:

  Испытания производятся согласно разработанной  документации. Приемка и контроль производятся согласно существующим правилам и  ГОСТам. 

9. Технические требования:

- Срок  использования 7-10 лет. Колебания  температур в зоне эксплуатации  от 0 до +50 °С.

- Сборочные  единицы, комплектующие краны  должны соответствовать ГОСТам и обеспечивать подвижность, маневренность и устойчивость. ГОСТ 9314-59

- Производительность (рабочая скорость) крана должна  обеспечивать выполнение работ  по обслуживанию грузов в минимальное  техническое время при допустимых  перегрузках груза. Надежность конструкции, систем и аппаратуры должна быть порядком 0,996.

- Все  механизмы должны иметь запас  прочности при рабочих вибрационных, ударных и прочих нагрузках.

- Кран  должен иметь покрытие или  покраску, обеспечивающую защиту  от коррозии в любых метеорологических условиях.

- Агрегаты  должны иметь инструмент, контрольно-проверочную  аппаратуру и запасные части  в объеме, предусмотренном инструкцией  по эксплуатации и техническому  обслуживанию.

- Применяемые  на агрегатах крана смазки  должны выбираться в соответствии с утвержденным перечнем

- Все  узлы и детали выполняются  в соответствии с ГОСТ с  обеспечением максимальной унификацией,  взаимозаменяемости и стандартизации (до 60% для отдельных типов деталей)  должны максимально применяться  стандартизованные и нормализованные узлы и детали. Максимальное количество узлов и деталей должно изготавливаться отечественным производителем из качественных материалов. Ассортимент применяемых материалов должен быть минимальным.

- Механические  движущие части должны быть, где  возможно, максимально защищены от попадания в них посторонних предметов, а также от попадание людей под воздействие этих механизмов. Должны иметься, там, где это необходимо подстерегающие надписи яркого заметного цвета.

- Все  системы должны быть выполнены  так, чтобы обеспечить возможность и удобство качественного использования и обслуживания. Ко всем важным узлам и деталям должен обеспечиваться свободный доступ. Органы управления должны быть выведены на отдельную панель управления в хорошо доступные места. Управление должно производиться с рабочего места оператора. При невозможности оператора визуально контролировать какой-либо процесс, должно быть оборудовано специальное рабочее место со своими органами управления

- Все  органы управления и наладка  должны сопровождаться пояснительными надписями на русском языке, пояснение их назначения и режима работы.

- Пульты  управления должны иметь освещение  для работы в ночное время,  при этом должен обеспечиваться  режим светомаскировки.

- Кабина  оператора должна быть оборудована с тем, чтобы обеспечивать комфортные условия работы, должна иметься система кондиционирования и обогрева. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение.

        Краны  общего  назначения  состоят  из  двух  основных  узлов:

А) моста  с  механизмом  передвижения крана;

Б)  тележки  с  механизмами  главного  подъема  и  во многих  случаях   вспомогательного  подъема  и  передвижения  тележки.

Каждый  из  этих  узлов  представляет  собой  блочную , унифицированную  конструкцию. Мост  состоит  из  двух  продольных  и  двух  поперечных

( концевых ) балок, связанных  друг  с   другом  в единую  жесткую   раму. На одной  или  обеих   площадках, приваренных  к   продольным  балкам  моста, смонтирован   механизм  передвижения  крана  , при  помощи  которого  кран  передвигается  вдоль пролета. По  рельсам, уложенным на  продольных  балках  моста, передвигается тележка со  смонтированными на  ней механизмами и грузом .

           Все  механизмы  кранов  имеют   самостоятельные  электродвигатели  и  приводятся  в  действие  независимо  друг  от  друга, при этом  применяется как переменный,  так и постоянный  ток. Общее питание электроэнергией осуществляется  от  цеховых троллеев,  расположенных вдоль подкранового  пути, а для механизмов  тележки от  троллеев, расположенных  на  площадках  моста, управление  электродвигателями  осуществляется  при  помощи  контроллеров  из  кабины,  подвешенной  к  мосту  крана.

Все  механизмы  этих  кранов  смонтированы  на  подшипниках  качения; применение  цветных  металлов  для  подшипников  полностью  исключено.       
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                        Расчет  механизма   подъема.

Выбор крюковой подвески:

  Параметры:

  Qп = 16т – грузоподъемность;

  5М  – режим работы;

  Zбл. п. = 3 – число блоков;

  Dбл.о. = 500мм – диаметр блока по дну канавок;

  Ввн. = 238мм – расстояние между осями  крайних внутренних                 

                             блоков;

  Внар. = 422мм – расстояние между осями  крайних наружных 

                               блоков;

  bс = 92мм – расстояние между осями крайнего наружного и 

                       соседнего с ним внутреннего  блока;

  mн = 308кг – масса подвески;

  Dк = 14 – 17мм;

  iп = 4 – кратность полиспаста;

  Схема системы  полиспастов. ( На рис. показана  половина сдвоенного  полиспаста ).                    

                                                 

                                            барабан

                                             балансир 

 

                                       блок 

Выбор  каната:

Вес  номинального  груза и крюковой  подвески  равен

G = (mгр + mп)g = (16*10³ + 308)*9,8=159818 Н . По  справочным  данным  находим   hп = 0,96 ; Zк.б = 2 . Направляющие  блоки в схеме отсутствуют поэтому  h_н.бл = 1 .  
 
 

Максимальное  статическое  усилие:

S_max = =

Выбираем  тип  каната, в виду  того, что  навивка  на  барабан  будет  осуществляться в два  слоя. ЛК-Р6Х19 (ГОСТ 2688-80 ),имеющий линейное касание проволок и разные диаметры проволок в верхнем слое пряди.

     По  справочным  данным  находим 

k_зап = 6,0;

S_max * k_зап  = 20809*6,0 = 124854Н .

Из условия  S_{max *} k_зап  < S_раз по таблице ГОСТа выбираем типоразмер каната:

d_k = 15 мм , имеющий параметры

S_раз = 131000 Н;

F_k = 86,28 мм²;

Назначение  – грузовое;

Марка проволоки – высшая;

Маркировочная группа – 1862 Мпа;

Вид покрытия – оцинкованная для среднеагрессивных  условий работы;

Вид свивки  элементов – одностороннее;

Способ  свивки каната – нераскручивающийся:

Направление  свивки  для  одной  половины  полиспаста  - правое, для  другой  -  левое . 

  

    По условию D_бл > d_k*e  проверим  перегиб каната на  блоках  подвески,      предварительно  найдя по  табл. значение е = 30:

  d_k *e = 15*30 = 450 мм .

   D_бл. = D_бл.о + d_k = 500 + 15 = 515 мм.

   D_бл > d_k e   следовательно , условие проверки  выполняется . 

  Основные  размеры «Установки верхних блоков».

  

 Конструкцию  узла  верхних  блоков принимаем  по  типу  конструкции, разработанной  ПО «Сибтяжмаш». По формулам  определяем  D_бл = d_k * e = 15*30 = 450 мм . В первом  приближении D_бл.о = D_бл - d_k = 450 – 15 = 435 мм . Значение D_бл.max. не должно быть меньше чем D_бл.max. = D_бл.о + 2 * h₂ = 435 + 2*5 = 445 мм . По ОСТ 24.191 05-72  находим ближайшее значение D_бл.max  = 450 мм . Окончательно D_бл.max  = 450 мм ; D_бл.о = D_бл.max - 2 * h₂ = 450-2*5 = 440мм ; D_бл = D_бл.о + d_k = 445мм.

 Определяем  остальные размеры  L_{в.бл .} = 1,15 * D_бл.о = 1,15*440 = 506 мм ; примем  L_{в.бл .}=  510 мм ; B_в.бл.= 1,3 D_бл.о = 1,3*440 = 572мм, примем B_в.бл = 575мм; Н_в.бл. = 1,25 * D_бл.о  = 550 мм ; h_в.бл. = 0,6 * D_бл.о = 265мм .Расстояние между осями крайних блоков определим по формуле : L_o = В_нар - b_c  = 422 – 92 = 330 мм . Кроме того, значение L_o должно быть в пределах L_o = (0,6-0.7) L_в.бл = (0,6...0,7) * 510 = 306 – 357мм. Расстояния между осями болтов  крепления назначаем конструктивно : с₁ = 310 мм ; с₂ = 420 м .

  

 Основные  размеры уравнительного балансира .

 Значение  h_min.ур.б.=3 D_бл.о = 3*440 = 1320мм . Тогда  по  формуле : В_вн < A_ур < В_вн + 2h_min.ур.б. tg[ Y] =>  238 < A_ур <238 + 2*1320*tg 6^o  =>  238 < A_ур < 515 мм.

 Примем  A_ур = 380 мм . Используя соотношения , определим :

 L_ур.б = ( 1,2 …1,3 ) A_ур = 470 мм ;

 В_ур.б.= ( 0,6…0,7 ) A_ур = 250 мм ;

 Н_ур.б = ( 0,45…0,55 ) A_ур = 190 мм ; 

 L_оп.ур.б = ( 0,65…0,75 ) A_ур = 270 мм ;

 h_ур.б = ( 0,25…0,35 ) A_ур = 115 мм . 

  Основные  размеры «Установки  барабана ».

  Примем  диаметр  барабана  меньше, чем  диаметр  блока, на 15% . Вычислим: 0,85 d_k e = 0,85* 15*30 = 382,5 мм. Примем D_б = 385 мм. По формуле L_к.р. = H*u_п = 10*4 = 40 м. По формуле z_p = L_к.р.:( p D_б ) = 40 / (3,142 * 0,385) = 33 - число рабочих витков; Учитывая  то, что навивку будем производить в три слоя    z_p1 = z_p/3 = 33/3 = 11 .

 Принимая  Z_непр = l,5 и Z_кр = 3 , a  также t = 18 мм, по формуле определяем длину одного нарезного участка: l_н = 18*(33 + 1,5+3) = 675 мм. Значение h_min.б. = 3 D_б = 3*385 = 1155 мм . Длину гладкого среднего участка определим по соотношению :  В_нар < l_o < В_нар + 2h_min.б. tg [ Y] => 422 мм < l_o <  422 мм + 2*1155 (tg 6°) мм, или

422 мм < l_o < 664 мм. Примем  l_o = 500 мм.

Длина  гладкого  концевого  участка  равна l_k = (4...5) d_k = (4...5) 15 =  60... 75 мм. Примем l_k = 70 мм . Длина барабана будет равна L_б = 2 l_н + l_o +2 l_к = 2*675 + 500 + 2*70= 1990 мм . Данное значение L_б довольно велико. Оно превышает диаметр барабана в 5,2 раза. Это приведет к увеличению ширины тележки, ее колеи, а, следовательно, и  длины концевых балок моста. Кроме того, в стенке барабана будут действовать большие напряжения изгиба. С целью уменьшения длины барабана примем минимальное значение длины l_o , равное 800 мм , диаметр барабана увеличим до значения D_б = 422 мм. Произведя аналогичный расчет,  получим L_б = 1912 мм  при l_н = 675 мм. Теперь длина барабана превышает диаметр в 4,9 раза, что вполне приемлемо.

Определим другие размеры установки барабана, используя  ориентировочные соотношения. При  этом  принимаем  средние  или  близкие к ним значения  в соответствующих  диапазонах. Получим: D_max = 462 мм; d = 45мм; d₁ = 35 мм; B_оп = 150 мм; B_осн.оп  = 150 мм; L_б = 1912 мм ; L_осн.оп.  = 500 мм ; с₁ =100 мм ; с₂ = 450мм ; h = 100мм ; L_уст.б  = 2302 мм . 

  Выбор двигателя.

 Предварительное значение КПД, механизма примем равным  h_пр = 0,85. По формуле  N_ст.max = Gv/ h_пр = 159,818 * 0,1 / 0,85 = 18,8 кВт . Выбираем серию МТК, отличающуюся высоким классом нагревостойкости  изоляции .

   С учетом  коэффициента  использования   мощности  N_дв = k N_ст.max = (0,7...0,8) * 18,8 = 13,16... 15,04 кВт. Выбираем  двигатель типа МТК 42-8 ГОСТ 185-70 , имеющий параметры: N = 19,5 кВт; n_д= 667 об/мин;     J_р.дв.= 2,6 кг м²; d_в.дв. = 65 мм; m_дв = 332 кг.

 Выбор  передачи. 

 Частота вращения барабана равна:

 n_б = vu_п/p D_б = 0,1*60*4/3,142*0,385 = 19,85 об/мин .

 Требуемое передаточное число редуктора:

   u_р.тр.= n_дв/ n_б u_от = 667/19,85* 4 = 8,4

 Определим расчетный эквивалентный момент на тихоходном валу редуктора. Принимаем класс нагружения механизма В1. Ему при заданной группе режима работы 5М соответствует класс использования А6 (1.2 табл.). По таблице находим значение коэффициента нагружения  k = 0,25 . Значение коэффициента k_Q вычисляем   по   формуле  k_Q = ( k)^1/3 = 0,63 . По табличным значениям находим t_маш = 12500 ч. Частота вращения тихоходного вала  редуктора должна быть равна u_т = n_б u_от = 79,4 об/мин . Число циклов  нагружения  на  тихоходном  валу  редуктора Z_т = 60 n_т t_маш = 60 * 79,4 *12500 = 59550000 . Передаточное  число тихоходной  ступени редуктора предполагаем  близким к значению u_т = 5 . => Z_р = 59,55 *10⁶ *5 = 297,75 *10⁶ .  Z_о = 295000000 => k₁ = 1,003 . 

  По  формуле  вычислим значение k_д = 0,63*1,003 = 0,63. Значения к.п.д , опор барабана  и открытой  передачи примем равными : h_б = 0,99 ;  h_от = 0,97 . Расчетный крутящий момент на тихоходном валу редуктора при подъеме номинального груза в период установившегося движения

  Т_р = S_max z_к.б. r_б / h_б h_от u_от = 114871,25*2*0,45/0,99*0,97*4 = 26915 Н м .

  По  формуле  Т_Р.э. = k_д T_р = 0,64 * 26915 = 17225 H м.

  Для обеспечения выбранной кинематической схемы удобно использовать редуктор типа Ц2У, имеющий шестерню на конце тихоходного вала. Однако в нормали ПО «Сибтяжмаш» на редукторы данного типа не приводится номинальных крутящих моментов на тихоходных валах. Определим расчетом данный момент. Предварительно выберем редуктор типоразмера Ц2У-100, имеющий передаточное число u_р = 10 . Разница между u_р.тр и u_р составляет 3,9% , что допустимо . Частота вращения  быстроходного  вала n_быстр = 540 об/мин. К.п.д. данного редуктора , по расчетам завода-изготовителя , равен h_р = 0,97 . Допускаемая угловая скорость быстроходного  вала  редуктора  равна w _быстр = pn_быстр /30 = 3,142*540/30 = 56,556 рад/с . Номинальный крутящий момент на быстроходном валу равен  Т_быстр = N_р / w _быстр = 250 * 10³/ 56,556 = 4438 Н м . Номинальный крутящий момент на тихоходном валу :  Т_р.н. = Т_быстр u_р h_р = 4438*10*0,94 = 41717,2  Н м , т. е. значительно больше расчетного эквивалентного момента,. Следовательно, редуктор Ц2У-100 соответствует требованиям прочности и кинематике механизма. Редуктор имеет параметры, кроме выше найденных : a_wc = 90 мм ; d_{в.быстр.} = 20 мм ; b_ш = 4 мм ; m_р = 35 кг . Схема сборки редуктора соответствует выбранной кинематической  схеме .

  Определим  фактическую скорость подъема груза  и  фактический  к.п.д. механизма . Передаточное число механизма равное u_мех = u_р u_от u_п = 10*4*8 = 320 . Угловая скорость вала двигателя равна w _дв = pn_дв / 30 = 3,142*667/30 = 70  рад/с. По формуле V_под = 70*0,45/611,2 = 0,045 м/с. Данная скорость отличается от заданной на 2,3 % , что  допустимо . К.п.д.  муфты  на быстроходном  валу  примем  равным  h _м.б = 0,99 . К.п.д. всего механизма равен h _мех = h _п h _б h _от h _р h _м.б = 0,90*0,99*0,97*0,94*0.99 = 0,83 . Данное значение мало отличается от значения h _пр = 0,85, принятого выше . Поэтому перерасчет мощности не делаем .

  Выбор соединительной муфты.

  Для соединения валов двигателя и редуктора выбираем тип муфты – зубчатая  с промежуточным валом. Такая муфта хорошо компенсирует возможные неточности монтажа и может  передавать  большие  крутящие  моменты . Диаметры концов : d_{в.быстр} =120 мм , d_в.дв = 100 мм . По таблице выбираем  типоразмер  муфта 2-16000-100-2-120-2У2 ГОСТ 5006 – 83 . Данная муфта имеет  параметры: Т_м.н = 16000 Н м ;   J_м = 1,15 кг м² ;  d_{лев мах}= d_{пр мах} = 120 мм   m_M = 62,5 кг . Расточки  в полумуфтах  выполняют по  заказу . 

  Выбор тормоза.

  По  табличным  значениям  находим  k_т = 1,5 . Определим максимальное  значение  к.п.д. механизма h^’ на  участке  кинематической  цепи  от  крюка  до  тормоза. Оно будет  отличаться  от значения  h _мех  отсутствием сомножителя h _м.б , а также величиной h^’_р . В качестве h_р  возьмем  максимально возможное значение  к.п.д.  для  двухступенчатого   цилиндрического редуктора по табл. h^’_р  =  0,97 . Тогда h^’ = h _п h _б h _от h^’ _р = 0,90*0,99*0,97*0,97 = 0,85 . По формуле T_ст.т = G r_б h^’ / u_мех = 1654146,69 *0,45*0,85 / 611,2 = 1035 Н м . Расчетный тормозной момент находим по формуле :  Т_тр = k_т T_ст.т = 1,5 1035 = 1552,5 Н м . Данному значению тормозного момента не соответствует  типоразмера тормозов для ПВ = 15 % , поэтому  выбираем типоразмер с  большим  значением тормозного  момента  : тормоз ТКП-500 конструкции ПО «Сибтяжмаш» с номинальным тормозным моментом 2200 Н м . Тормоз  требует выпрямляющего устройства , но зато его надежность не зависит от такого фактора , как качество уплотнений в электрогидравлическом толкателе, в который заливается рабочая жидкость. Данный фактор является определяющим для механизма главного подъема – самого  ответственного механизма в проектируемом кране. Поэтому выбираем тормоз конструкции ПО «Сибтяжмаш» с параметрами : T_т.м = 2200 Н м ; ПВ = 15 %  ; Р_эл = 12945 Н ; L_уст = 222 мм ; m_тор = 400 кг ; D_т.ш = 500 мм ; В_к = 200 мм ; h _як = 4 мм ;