Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Тележка мостового электрического крана Q=8 т

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОУ ВПО «УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ – УПИ ИМЕНИ ПЕРВОГО ПРЕЗИДЕНТА РОССИИ Б.Н.ЕЛЬЦИНА »

Кафедра «ПТМиР»

Курсовой проект

по дисциплине

«Металлургические подъемно-транспортные машины»

Расчетно-пояснительная записка

1504.151000.000.ПЗ

Руководитель: Наварский Ю.В.

Студент

гр. М-46033: Панфилов А.Ю.

Екатеринбург

2009

Содержание
Исходные данные. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	3
I. Предварительные расчеты механизмов. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	4
1. Механизм подъема груза. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	4
1.1. Выбор крюковой подвески. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	4
1.2. Выбор каната. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	4
1.3. Установка верхних блоков. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	5
1.4. Установка барабана. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	6
1.5. Выбор электродвигателя. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	7
1.6. Выбор передачи. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	7
1.7. Выбор соединительных муфт. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	9
1.8. Выбор тормоза. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	9
2. Механизма передвижения. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	11
2.1. Выбор кинематической схемы. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	11
2.2. Выбор колес. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	11
2.3. Определение сопротивления движению тележки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	11
2.4. Выбор электродвигателя. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	12
2.5. Выбор редуктора. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	13
2.6. Выбор тормоза. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	14
3. Компонование тележки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	15
II. Проверочные расчеты механизмов подъема и передвижения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	19
1. Проверка двигателя механизма подъема на время разгона. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	19
2. Проверка двигателя механизма передвижения на время разгона. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	21
3. Проверка механизма передвижения на отсутствие буксования . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	23
III. Расчет сборочной единицы «Установка барабана». . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	25
1. Определение толщины стенки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	25
2. Крепление каната к барабану. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	27
3. Ось барабана. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	28
4. Проверка подшипников на долговечность. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	30
5. Расчёт болтов, соединяющих зубчатый венец с барабаном . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	31
Список использованных источников. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	32
Приложения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	33
Приложение 1. Расчет усилий, действующих на колеса (Таблица 1). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	33
Приложение 2. Компоновка тележки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	34
Приложение 3. Спецификации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .	35

Исходные данные

Механизм: тележка мостового электрического крана.

Все исходные данные сведены в таблицу 1.

Таблица 1

Наименование величины	Обозначение величины	Числовое значение	Единицы измерения
Грузоподъемность	Q	8	т
Высота подъема	H_П	8,5	м
Скорость подъема	V_П	0,15	м/с
Скорость передвижения тележки	V_Т	0,62	м/с

Режим работы крана – 5М

I. Предварительный расчет механизмов

1. Механизма подъема груза

1.1. Выбор крюковой подвески

Выбор типоразмера крюковой подвески производится по двум условиям:

1. Грузоподъемность крюковой подвески не должна быть меньше заданной грузоподъёмности;

2. Режим работы подвески должен соответствовать режиму работы механизма.

В соответствии с тяжёлым режимом работы и грузоподъёмностью Q=8т. выбирается крюковая подвеска 2-8-500 по с ГОСТ 24.191.08-81.

Стандартная крюковая подвеска однозначно определяет кратность полиспаста.

, где

– число ветвей каната, на которых висит груз;

– число ветвей каната, которые навиваются на барабан.

1.2. Выбор каната

Выбор каната производится по максимальному статическому усилию

, где

G – вес номинального груза и крюковой подвески, Н;

– число ветвей каната, которые навиваются на барабан;

– кратность полиспаста;

– коэффициент полезного действия полиспаста, определяется в соответствии с кратностью полиспаста.

, где

Q – грузоподъёмность крана, кг;

– масса подвески, кг;

g – ускорение свободного падения, м/с².

Н.

При выборе типоразмера каната должны выполняться два условия:

1. , где

F₀ – разрывное усилие каната в целом, Н;

-коэффициент запаса прочности, для подвижного каната при тяжёлом режиме нагружения;

- максимальное статическое усилие, Н.

Это требование обеспечит стальной канат двойной свивки диаметром мм, с разрывным усилиемН; тип каната - ЛК-Р конструкции 6х19(1+6+6/6)+1о.с. ГОСТ 2688-80, маркировочная группа 1372 МПа.

2. Чтобы канат не перегибался

, где

-диаметр блока крюковой подвески по дну ручья, мм;

-диаметр каната, мм;

;

Условия выполнены, следовательно, канат выбран правильно.

1.3. Установка верхних блоков

Минимальные диаметры барабана, блоков и уравнительных блоков, огибаемых стальными канатами, определяются по формулам:

, где

D_Б– диаметр барабана, мм;

D₂ – диаметр блока, мм;

D₃ – диаметр уравнительного блока по средней линии навитого каната, мм;

d_k – диаметр каната.

– коэффициент выбора диаметра барабана;

– коэффициент выбора диаметра блока;

– коэффициент выбора диаметра уравнительного блока;

Коэффициенты h₁, h₂, h₃ выбираются в соответствии с режимом работы.

мм;

мм.

Размеры профиля ручья должны соответствовать следующим соотношениям:

мм

При соблюдении этих условий канат может отклоняться от плоскости симметрии ручья блока на угол не более 6º.

1.4. Установка барабана

Полученное значение диаметра барабанаследует округлять в большую сторону до стандартного значения из нормального ряда диаметров.

Пусть

Длина барабана находится по формуле

, где

– длина одного нарезанного участка;

– длина гладкого среднего участка;

– длина одного гладкого концевого участка.

Длина одного нарезанного участка:

, где

– число рабочих витков для навивки половины полной рабочей длины каната;

– число неприкосновенных витков, необходимых для разгрузки деталей крепления каната;

– число витков для крепления конца каната;

t – шаг нарезки;

мм.

Число рабочих витков определяется по формуле:

, где

H_п – высота подъема груза, м.

мм.

Длина гладкого среднего участка барабана может быть определена из соотношения:

, где

B_н – расстояние между осями наружных блоков крюковой подвески;

– минимальное расстояние между осью блоков крюковой подвески и осью барабана;

– допустимый угол отклонения каната.

Среднее значение длины гладкого среднего участка барабана

мм; принимаем мм.

Длина гладкого концевого участка l_к, необходимого для закрепления барабана в станке при нарезании канавок, может приниматься (4-5)d_К:

мм.

В итоге длина барабана

мм

Проверка соотношения длины и диаметра барабана:

Данное соотношение можно принять, так как оно входит в рекомендованное значение 3,5…5,0.

1.5. Выбор электродвигателя

Группа режимов работы 5М относится к тяжелому режиму нагружения,

Для этих групп режимов используются двигатели асинхронные с фазным ротором серии МТН.

Выбор двигателя производится по относительной продолжительности включения (ПВ=40% для тяжелого режима) и по необходимой статической мощности при подъеме груза максимального веса:

, где

G – вес груза, кН;

V_п – скорость подъема груза, м/с;

– КПД механизма, предварительное значение которого можно принимать 0,85-0,9.

кВт.

Требуемую мощность обеспечит двигатель 4MTН160LB6 ГОСТ 185-70, имеющий следующие параметры:

номинальная мощность двигателя Nдв = 15 кВт;

частота вращения вала двигателя n_дв = 930 об/мин

максимальный момент М_max= 460 Н∙м

масса двигателя m_дв = 194 кг.

1.6. Выбор редуктора

Типоразмер редуктора выбирают по расчётному эквивалентному вращающему моменту, с учётом режимы работы, необходимого передаточного числа и частоты вращения быстроходного вала.

Для обеспечения заданной скорости подъёма груза редуктор должен иметь передаточное число

, где

n_ДВ – частота вращения вала двигателя (с^-1)

Необходимо принять стандартное передаточное число, .

Отклонение расчётного значения передаточного числа от принятого составляет

D== 4 %, что допустимо.

Эквивалентный момент на выходном валу редуктора:

где – коэффициент интенсивности режима нагружения;

– базовое число циклов перемены напряжений; принимаем .

Параметр определяется формулой:

где K_I = 3600 – коэффициент для передач с односторонней нагрузкой (механизм подъема);

n – частота вращения тихоходного вала редуктора (барабана), с^-1;

; 1/с.

n_w – число зубчатых колес, сцепляющихся с тихоходным колесом редуктора (для мостовых кранов n_w = 1);

– норма времени работы редуктора по ГОСТ 25835-83, ч, применяется в зависимости от класса использования.

Класс использования – A5, тогда ; время работы – 18750 ч.

Максимальный вращающий момент на тихоходном валу рассчитывается по формуле:

где – максимальное ускорение при пуске;

t_рmin – минимальное время разгона при пуске. В предварительных расчетах его можно принимать равным 1с.;

G_п – вес крюковой подвески;

– КПД полиспаста и барабана соответственно.

Н∙м;

Н∙м.

Исходя из конструктивных соображений, выбираем редуктор Ц2-400 со следующими параметрами:

вращающий момент на тихоходном валу М_Т = 4,6 кН∙м, U = 50, межосевое расстояние a_w = 400 мм, масса редуктора 317 кг.

1.7. Выбор соединительных муфт

Муфты выбираем в зависимости от передаваемого вращающего момента и условий работы:

, где

М_р – расчетный вращающий момент;

К – коэффициент запаса прочности;

М_к – действующий вращающий момент;

[М_к] – допускаемый вращающий момент для муфты.

Коэффициент запаса прочности:

К = К₁К₂К_3, где

К₁ – коэффициент, учитывающий степень ответственности соединения, в предварительных расчетах принимаем К₁ = 1,8;

К₂ – коэффициент режима работы, принимаем К₂ = 1;

К₃ – коэффициент углового смещения, для МЗП К₃ = 1,25.

К =1,8·1·1,25=2,25

Подбираем муфту для быстроходного вала редуктора.

Н∙м

Принимаем МЗП №2 по ГОСТ 5006-55 с основными параметрами: номинальный вращающий момент .

Для тихоходного вала применяем вариант установки барабана с внешней опорой, как сборочной единицы.

1.8. Выбор тормоза

Расчетный тормозной момент:

где K_т – коэффициент запаса торможения; принимаем при тяжелом режиме работы K_т = 2,0;

T_ст.т. – статический крутящий момент при торможении, создаваемый весом номинального груза на валу, на котором установлен тормоз.

, где

– КПД всего механизма (равно произведению КПД полиспаста, барабана и редуктора);

;

– передаточное число механизма

;

Н·м.

Принимаем тормоз ТКТ-300/200 со следующими параметрами:

Диаметр тормозного шкива – 300 мм; наибольший тормозной момент 240 Н∙м; масса тормоза – 65 кг.

2. Механизм передвижения

2.1. Выбор кинематической схемы

При выборе кинематической схемы механизма передвижения тележки отдаем предпочтение схеме, имеющей боковой привод с тихоходным трансмиссионным валом и применением вертикальных редукторов типа Ц3вк, ВК и ВКУ. Ее достоинством является малая трудоемкость работ по выверке и центровке редуктора и не требует устройства специальных опорных площадок под редуктор на раме тележки. Выбранная схема изображена на рис. 1.

рис. 1. Кинематическая схема механизма передвижения тележки

Так как номинальная грузоподъемность менее 80 тонн, то число ходовых колес тележки принимаем равным четырем.

2.2. Выбор колес

Выбор колес производится по максимальной статической нагрузке:

, где

G_г, G_т - вес номинального груза главного подъема и тележки соответственно

Z - число колес;

К_н =1,25 - коэффициент неравномерности распределения нагрузки на колеса.

По ОСТ 24.090.44-82 выбираем при нагрузке от 30 до 50 кН диаметр ходового колеса D_к = 200 мм.

2.3. Определение сопротивления движению тележки

Полное сопротивление передвижению тележки в период разгона, приведенное к ободу колеса, рассчитывается по формуле:

W = W_тр+W_у+W_в+W_ин+W_гиб,

где W_тр - сопротивление, создаваемое силами трения:

где m - коэффициент трения качения колес по рельсу; принимаем m = 0,3;

f - коэффициент трения в подшипниках колес; принимаем f = 0,015;

d_ц - диаметр цапфы вала колеса, принимаем d_ц = 45 мм;

K_доп = 2,5 – коэффициент дополнительных сопротивлений (трения реборд и токосъемного устройства).

W_у - сопротивление, создаваемое уклоном пути; рассчитывается:

W_у = a×(G_т+G_г), где

a = 0,002 - уклон рельсового пути.

W_у = 0,002×(35316+78480)=227 Н.

W_в - сопротивление, создаваемое ветром; при работе крана в помещении; принимаем W_в = 0.

W_ин - сопротивление, создаваемое инерцией вращающихся и поступательно движущихся масс тележки:

W_ин = dm_поста, где

d = 1,25 - коэффициент, учитывающий инерцию вращающихся масс;

m_пост = 3600 кг – масса тележки;

a=(0,5÷1)[а]=0,75·0,15=0,11 м/с² - ускорение при разгоне.

W_гиб - сопротивление, создаваемое раскачиванием груза на гибкой подвеске:

W_гиб = (Q+m_п)×а,

Q - грузоподъемность крана;

m_п - масса подвески.

W_гиб = (8000 +157)×0,11=897 Н.

W =1512+227+0+495+897=3131 Н = 3,1 кН

2.4. Выбор электродвигателя

Выбор двигателя производится по относительной продолжительности включения и по необходимой мощности:

, где

V_т – скорость тележки;

h_м – предварительное значение КПД механизма; предварительно принимаем

h_м = 0,875.

j_ср.п. - кратность среднепускового момента двигателя по отношению к номинальному, для асинхронных двигателей с фазным ротором (MTF и MTH) j_ср.п.=1,5¸1,6. Принимаем j_ср.п.=1,6.

Вт

Выбираем крановый электродвигатель серии MTF 011-6 с фазным ротором для ПВ=40 %, N=1,4 кВт, n = 885 об/мин; массой m=51 кг, М_max=4 Н∙м.

2.5. Выбор редуктора

Выбор типоразмера редуктора осуществляем по расчетному эквивалентному вращающему моменту на валу, с учетом режима работы и необходимого передаточного числа.

Требуемое передаточное число передачи:

, где

n_дв – частота вращения вала двигателя, об/мин;

D_к – диаметр ходового колеса, м;

V_т – скорость тележки, м/мин.

Принимаем U_р = 16.

Максимальный вращающий момент на выходном валу редуктора:

;

Н∙м

Эквивалентный момент на выходном валу редуктора:

где – коэффициент интенсивности режима нагружения;

– базовое число циклов перемены напряжений; принимаем .

Параметр определяется формулой:

где K_I = 1800 – коэффициент для механизма передвижения тележки;

n – частота вращения тихоходного вала редуктора (барабана), с^-1;

; 1/с.

n_w – число зубчатых колес, сцепляющихся с тихоходным колесом редуктора (для мостовых кранов n_w = 1);

– норма времени работы редуктора по ГОСТ 25835-83, ч, применяется в зависимости от класса использования.

Класс использования – A5, тогда ; время работы – 18750 ч.

Н∙м.

По всем рассчитанным параметрам выбираем цилиндрический трехступенчатый редуктор типа ЦЗвк-100 с параметрами:

вращающий момент на тихоходном валу М_Т = 1,63 кН∙м, U = 16, масса редуктора m = 45 кг.

2.6. Выбор тормоза

Согласно правилам ГГТН РФ в данном механизме передвижения должен быть установлен тормоз, т.к. тележка, предназначенная для работы в помещении на надземном рельсовом пути, перемещается со скоростью больше 0,53 м/с (V_т = 0,62 м/с).

Расчетный тормозной момент механизма при работе крана в закрытом помещении определяется для движения без груза под уклон в предположении, что реборды колес не задевают заголовки рельсов:

Т = Т_у+Т_ин–Т_тр,

Т_у - момент, создаваемый уклоном пути:

, где

W_у = aG_т - сопротивление передвижению тележки, создаваемое уклоном (a - уклон рельсового пути);

W_у = 0,002·35316 = 70,6 Н;

Н∙м

Т_ин - момент, создаваемый инерцией:

где W_ин=dm_та – сопротивление передвижению тележки, создаваемое инерцией (d - коэффициент, учитывающий инерцию вращающихся масс механизма, при скорости менее 1 м/с d=1,25).

W_ин = 1,25·3600·0,11 =495 Н∙м;

Н∙м

Т_тр - момент, создаваемый трением:

, где

- сопротивление передвижению тележки, создаваемое трением, где

K_трол – коэффициент, учитывающий сопротивление движению тележки от троллейного токопровода (принимаем K_трол = 1,25).

Н;

Н∙м;

Т = 0,41+2,87-2,1=1,18 Н·м.

Принимаем тормоз ТКТ-100 со следующими параметрами:

Диаметр тормозного шкива – 100 мм; наибольший тормозной момент Т_max=20Н∙м; масса тормоза – 12,5 кг. Так как Т_Т≤Т_max, причем номинальный тормозной момент много больше расчетного (10%), то тормоз нужно отрегулировать на значение Т_max=0,78 Н∙м.

3. Компонование тележки

Расположение механизмов на раме тележки (см. Приложение 1) должно обеспечить ее минимальные габариты и массу, равномерную нагрузку на ходовые колеса при номинальном грузе на крюке.

Центр барабана подъема принимается за начало координат, из которого проводятся главные координатные оси: хх – по оси барабана и уу – перпендикулярно оси барабана.

Симметрично относительно оси уу располагаются продольные оси подтележечных рельсов с таким расчетом, чтобы продольная ось редуктора совпадала (или была близка) с одной из осей колеи тележки.

В соответствии с размерами узла ходовых колес (расстоянием между корпусами подшипников) пунктиром прочерчиваем вертикальные листы продольных балок рамы тележки. Нагрузка от веса груза через опоры барабана должна передаваться на эти балки, т.е. на них должны опираться корпуса подшипников барабана.

Следует наметить место установки барабана и верхних блоков.

Привод механизма передвижения тележки располагается с учетом возможности крепления редуктора и пропуска трансмиссионного вала при уже намеченных элементах рамы тележки. Задается положение ходовых колес.

Ориентировочно контур рамы следует наметить с учетом возможности прохода обслуживающего персонала при ремонтах и регулировках оборудования.

Центр массы рамы тележки (точка Ор), который с достаточной степенью точности можно считать расположенным в геометрическом центре рамы. Вес рамы определяется разностью между ранее принятым весом тележки и суммой весов установленных на ней механизмов.

На виде тележки сверху координируются центры масс всего оборудования, находящегося на раме, причем вес двигателей, барабана и вертикального редуктора прикладывают в геометрическом центре соответствующих изделий. Вес горизонтального редуктора прикладывают на расстояние одной трети их длины со стороны тихоходного вала. Вес тормозов, промежуточных валов и муфт невелик по сравнению с весом рамы тележки и перечисленного оборудования. Поэтому при определении вертикальных усилий, действующих на ходовые колеса, их веса могут не учитываться.

1. Определение весов и координат центров тяжестей.

Значения масс, весов и координат центров тяжестей сведены в таблицу 1.

Координаты центра тяжести порожней тележки:

где G_i - вес отдельных сборочных единиц;

X_i, Y_i - координаты точек их приложения.

мм,

мм.

2. Чтобы определить координату Y центра тяжести груза, находящегося на крюке подвески, необходимо рассмотреть равновесие крюковой подвески в плоскости базы тележки (рис. 1).

Необходимо расположить подвеску между барабаном и верхним блоком на наибольшей высоте. В этом положении ось подвески находится от оси барабана на расстоянии

где - высота расположения оси вала барабана, мм;

- высота рамы тележки, мм;

- расстояние от подвески в ее верхнем положении до металлоконструкции тележки (регламентируется «Правилами» ГГТН), мм;

- расстояние от оси до крайней верхней точки подвески, мм.

мм

По правилам сложения векторов находится равнодействующая сила в канатах, идущих на верхние блоки, и равнодействующая сила в канатах, идущих к барабану. При сложении этих сил получается равнодействующая сила, действующая на крюковую подвеску S.

3. Положение неприводных колес, т.е. база тележки, определяется из условия одинаковой нагрузки на приводные и неприводные колеса:

, где

G_т - вес тележки, Н;

G_ГР - вес груза, Н;

Y’- расстояние от равнодействующей веса порожней тележки до оси приводных колес, мм;

Y’’ - расстояние от равнодействующей веса груза до оси приводных колес.

мм.

4. Определяем нагрузку на ходовые колеса тележки в порожнем состоянии и от веса груза. При этом с целью упрощения расчетов делают ряд допущений – считают, что все опоры тележки лежат в одной плоскости, а рама представляет собой абсолютно жесткую конструкцию.

Тележка мостового электрического крана Q=8 т

Грузоподъемность

Высота подъема

Скорость подъема

Скорость передвижения тележки