Тележка мостового крана г/п=5 т

ПТМ механизм подъема 50-20-5-М2-4.doc

Студенту *****************. Группы **************
Тема: Проектирование основных узлов тележки мостового крана
Исходные данные: Грузоподъемность G=50 кН; Скорость подъема груза VG=20 ммин; Высота подъема груза Н=5 м; Скорость перемещения тележки v=25 ммин; ПВ=15%; Режим работы – М2; Кратность полиспаста -4
Содержание расчетно-пояснительной записки: 25-30 стр.
Перечень подлежащих разработке вопросов
Общие сведения о механизмах тележки мостового крана
Расчет механизмов тележки
Перечень графического материала: 3 листа формата А1
Обязательные чертежи
Основные узлы и детали (2 листа формат А1)
Срок сдачи проекта руководителю: 5.06.2008
выдачи задания: 20.02.2008
Расчет механизма подъема
2. Выбор крюковой подвески и крюка
3. Определение основных размеров блоков и барабана
4. Прочностной расчет оси барабана и выбор подшипников
5. Выбор электродвигателя
6. Выбор передаточного механизма
7. Уточнение выбора электродвигателя
9. Проверка электродвигателя на пусковые нагрузки
10 Расчет крепления каната к барабану
Расчет механизма передвижения
1. Выбор диаметра ходовых колес
2. Определение сопротивлений передвижению тележки
3. Определение мощности двигателя
5. Проверка электродвигателя на время разгона
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.
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.
Поступательно перемещающиеся мостовые краны часто снабжают крюками скобами либо специальными грузозахватными устройствами (магнитами грейферами механическими клещами). Мостовые краны снабжены тележками предназначенными для подъема и перемещение груза вдоль пролета. Тележки могут перемещаться по рельсам закрепленные на верхних или нижних поясах мостов. Тележки передвигающиеся по нижним поясам мостов могут перемещаться по переходным мостикам из одного пролета цеха в рядом расположенный. Переходные мостики с рельсами для тележек расположены под подкрановыми балками и имеют троллеи для питании электродвигателей. Тележки перемещающиеся по верхним и нижним поясам балок мостов могут быть снабжены поворотными стрелами опорно-поворотными устройствами и поворотными частями вращающимися вокруг вертикальных осей. На поворотных осях расположены стрелы снабженные грузозахватными устройствами.
Механизмы мостового крана обеспечивают три движения: подъем груза передвижение тележки и передвижение моста. Механизм подъема представляет собой лебедку связанную со сдвоенным полиспастом; при грузоподъемности более 10 т. краны оснащают двумя самостоятельными механизмами подъема главным и вспомогательным имеющим грузоподъемность равную приблизительно 0.25 основной и используемым для подъема малых грузов с большой скоростью. Механизм подъема грейферного крана выполняют в виде двух одинаковых подъемных независимых механизмов электродвигатели которых управляются двумя контроллерами имеющими общую рукоять управления. Механизм передвижения тележки имеет два холостых и два приводных колеса вращаемых электродвигателем через редуктор.
2. Тележка крановая
Тележка мостового крана. На раме тележки размещены механизмы главного и вспомогательного подъема и механизм передвижения тележки. Механизм главного подъема имеет электродвигатель соединенный длинным валом-вставкой с редуктором. Полумуфта соединяющая вал-вставку с входным валом редуктора используется в качестве тормозного шкива колодочного тормоза имеющего привод от электрогидравлического толкателя. Выходной вал редуктора соединен зубчатой муфтой с барабаном. Опоры верхних блоков полиспаста и уравнительные блоки расположены на верхней поверхности рамы что облегчает их обслуживание и увеличивает возможную высоту подъема. В качестве ограничителя высоты подъема применен шпиндельный выключатель выключающий ток при достижении крюковой подвеской крайних верхнего и нижнего положений. Механизм вспомогательного подъема имеет аналогичную кинематическую схему. Оба механизма подъема оборудованы крюковыми подвесками (для главного и для вспомогательного подъема).
Механизм передвижения тележки состоит из двигателя и тормоза вертикального зубчатого редуктора двух ведущих и двух холостых ходовых колес. На раме тележки укреплена линейка воздействующая в крайних положениях на конечный выключатель ограничивающий путь передвижения тележки.
Троллеи обычно изготовляют из прокатной стали углового профиля. Для подачи тока на кран применяют токосъемы скользящего типа прикрепляемые к металлоконструкции крана башмаки которых скользят по троллеям при перемещении мостового крана. Для обслуживания цеховых троллеев на кране предусмотрена специальная площадка.
Для токоподвода к двигателям расположенным на тележке обычно используют троллеи изготовленные из круглой или угловой стали. Для их установки требуются специальные стойки на площадке идущей вдоль главной балки. Поэтому в последних конструкциях мостовых кранов токоподвод к тележке осуществляется с помощью гибкого кабеля подвешенного на проволоке. Применение гибкого токоподвода упростило конструкцию повысило надежность эксплуатации и снизило вес крана так как позволило отказаться от стоек и от площадки для их размещения и обслуживания.
При перегрузке длинномерных грузов (листов сортового проката) грузоподъемные электромагниты блокируют на траверсах к которым их подвешивают посредством грузовых цепей. Траверса с тележкой крана соединена с помощью гибкого или жесткого подвеса. При гибком подвесе траверсы подвешены на кантах направленных от механизма подъема. При большой длине траверс (6-16м.) требуется значительное расстояние между барабанами. Траверсы представляют собой коробчатые балки постоянного а при большой длине переменного сечения. Траверсы подвешивают на крюки подвесок крана к нижней их части присоединены 2-4 магнита. При непосредственной подвеске четырех магнитов к траверсе возможно отсутствие контакта двух магнитов с неплоской поверхностью груза. Для обеспечения надежного контакта всех магнитов с грузом магниты попарно связывают рычажно-балансирной системой. При такой системе могут работать как четыре магнита так и два средних при отключении крайних.
При больших скоростях поступательного перемещения магнитных кранов рационально применять гибкие канатные подвесы траверс благодаря которым уменьшается раскачивание груза в одном или двух направлениях.
Рассчитать механизм подъема мостового крана (рис. 1) грузоподъемностью G=50 кН со скоростью подъема груза v=20 ммин и высотой подъема Н=5 м. Группа режима работы М2 (ПВ=15%); кратность полиспаста uп=4.
- механизм подъема груза; 2 — механизм передвижения тележки; 3 - рама
Рис. 1 – Тележка мостового крана
Принимаем сдвоенный полиспаст. Максимальное натяжение каната определяем по формуле
где G – вес груза G =50 кН;
Zк.б. – число ветвей каната навиваемых на барабан Zк.б.=2;
ип – передаточное число (кратность) полиспаста ип =4;
hп – КПД полиспаста hп=094;
hн.бл. – КПД уравнительного блока h н.бл.=096.
Типоразмер каната выбираем из условия
где Fразр – разрывная сила каната (прил. П1 [1]);
zp – коэффициент запаса прочности zp=335 при группе режимов М2.
Из приложения П1 [1] выбираем канат типоразмера ЛК-Р. Диаметр каната dк=62 мм разрывная сила Fразр=2345 кН при расчетном пределе прочности проволок при растяжении равном 1960 МПа. Условное обозначение каната:
Канат 62-Г-1-ОЖ-Н-1960 ГОСТ 2688-80.
Фактический запас прочности
По заданной грузоподъемности G»5 т группе режима работы М2 выбираем заготовку крюка №14 (прил. П6.3 [1]).
Требуемую наименьшую высоту гайки крепления хвостовика крюка с резьбой М48 (прил. П6.2 [1]) рассчитываем по формуле
где d1 – внутренний диаметр резьбы d1=419 мм;
k1–отношение высоты опасного сечения витка резьбы к шагу S для метрической резьбы k1=087;
kн – коэффициент неравномерности распределения нагрузки между витками резьбы kн =056;
[t] – допускаемое напряжение на срез [t]=015×sт=015×240=36 МПа (sт=240 МПа – предел текучести для стали 20).
Проектируем крюковую подвеску в которой диаметр блока определяем по формуле
где h2 – коэффициент выбора диаметра блока h2=14 при группе режимов работы М2.
Окончательно принимаем в соответствии с нормальным рядом диаметров =160 мм.
Назначаем размеры траверсы подвески (рис. 2): d0=48 мм; b=85 мм (с учетом размещения под гайкой 3 упорного подшипника 4 №8210Н по ГОСТ 7872-89 внешним диаметром 80 мм); l=100 мм с учетом установки 4 блоков
– крюковая траверса; 2 – щека крюковой обоймы; 3 – гайка хвостовика крюка; 4 – упорный подшипник; 5 – крюк.
Рис. 2 – К расчету элементов крюковой подвески
Принимаем материал траверсы – сталь 45 и по следующей формуле определяем ее высоту.
где[s]–допускаемое напряжение для стали 45 [s]=sтs=3603=120 МПа (sт=360 МПа – предел текучести для стали 45 и s=3 – коэффициент запаса).
Окончательно принимаем h=45 мм
Назначаем размеры щек обоймы подвески (d=10 мм; r=05h=05×45=225 мм; R=90 мм) и проверяем их на прочность по формуле
где допускаемое напряжение для стали марки Ст3 [s]=sтs=23035=66 МПа.
Проверяем выбранный упорный подшипник №8214Н по ГОСТ 7872-89 под опорной гайкой крюка на статическую грузоподъемность C0:
5G=125×50=625 кН C0=108 кН.
Статическая прочность обеспечена.
Диаметр уравнительного блока определяем по формуле
где h3 – коэффициент выбора диаметра уравнительного блока h3=125 при группе режиме работы М8.
Принимаем в соответствии с нормальным рядом диаметров =160 мм.
Определяем глубину ручья блока h=(14 19)62=87 118 мм принимаем h=10 мм; раствор ручья b=(2 25)62=124 155 мм принимаем b=14 мм; радиус дна ручья R=(053 056)62=33 35 мм принимем R=35 мм.
Диаметр барабана определяем по формуле
где h1 – коэффициент выбора диаметра барабана h1=125 при группе режиме работы М2.
Длину барабана рассчитываем по формуле
b – длина не нарезанной средней части барабана.
гдеt–шаг навивки каната = мм принимаем t =7 мм;
Zк – число витков каната навиваемых на барабан при подъеме груза на расчетную высоту подъема;
Z1³15 витка – неприкосновенные витки по правилам Госгортехнадзора не свиваются с барабана принимаем Z1 =2.
гдеLк–длина каната навиваемая на 12 барабана.
гдеН–высота подъема груза;
ип – кратность полиспаста.
где В3 – расстояние между осями наружных блоков крюковой подвески В3=50 мм;
a – максимальный допустимый угол отклонения каната от нормали к оси барабана a6° принимаем a=1°.
Принимая в качестве материала барабана сталь 35Л по следующей формуле рассчитываем минимальное значение толщины стенки из условий технологии изготовления литых барабанов:
Для определения требуемой толщины стенки барабана воспользуемся формулой
t – шаг навивки каната;
– допускаемое напряжение для стали 35Л и режима работы М6 =140 МПа.
Выбираем из ряда линейных размеров (по ГОСТ6636-69) d=9 мм. Условие d>dmin соблюдается.
Составляем расчетную схему нагружения оси барабана изгибающими силами канатов Fmax (рис. 3).
Определяем следующие конструктивные размеры (рис. 4).
Рис. 3 – Расчетная схема оси барабана
Рис. 4 – Расчетная схема приводного барабана
Реакции в опорах находим по формулам
Изгибающие моменты в расчетных сечениях (под ступицами дисков барабана) получим по формулам
Принимаем в качестве материала оси сталь 45 (предел выносливости
s-1=257 МПа). Допускаемое напряжение
где k0 – коэффициент учитывающий конструкцию детали (для валов и осей k0=20 28); принимаем k0=25;
[S] – допускаемый коэффициент запаса прочности (для групп режимов работы М1 М5 [S]=14; для М6 [S]=16; для М7 и М8 [S]=17).
Диаметр оси в наиболее опасном сечении (под правой ступицей) найдем из выражения:
С учетом ослабления сечения шпоночным пазом принимаем d=45 мм и конструируем ось барабана.
Исходя из диаметра оси под ступицей барабана d=45 мм назначаем диаметр под подшипником dп=40 мм.
Учитывая невысокую точность монтажа оси барабана выбираем шариковые радиальные сферические двухрядные подшипники средней серии №1308 по ГОСТ28428-90. Для принятого типоразмера подшипника выполняется условие
где RB – радиальная нагрузка на подшипник;
C0 – статическая грузоподъемность подшипника №1308.
Таким образом статическая прочность обеспечена.
Максимальная статическая мощность требуемая для подъема заданного груза рассчитывается по формуле
где hпр=08 085 – предварительное значение КПД механизма;
G – вес номинального груза;
v – скорость подъема груза.
Требуемая мощность двигателя
Рдв=075Рстmax=075×196=147 кВт.
Выбираем по прил. П2.1 [1] при ПВ=15% электродвигатель MTKF 312-8 мощностью Рдв=15 кВт частотой вращения пдв=675 мин-1 с маховым моментом ротора тD2=155 кг×м2.
Требуемое передаточное число редуктора определяем по формуле
где пдв пб – частота вращения соответственно двигателя и барабана.
Частоту вращения барабана определяем по формуле
где ип – кратность полиспаста;
D – расчетный диаметр барабана.
Выбор типоразмера редуктора производим по прил. П3 [1] из рассмотренных условий.
Наибольший статический момент на вал барабана механизма подъема по уравнению
где hб=098 – КПД барабана.
Рассчитываем эквивалентный момент на тихоходном валу редуктора по формуле
где КД=05 – коэффициент долговечности.
Выбираем редуктор ЦУ-200-4-12У2 (по прил. П3.3 [1]) с передаточным числом ир=4 номинальным вращающим моментом Тн=2000 Н×м и с концом тихоходного вала выполненным в виде части зубчатой муфты.
Условие выбора редуктора ТЭ=565 Н×мТн=2000 Н×м и выполнение неравенства соблюдены.
Вычисляем частоту вращения барабана
Определяем фактическую скорость подъема груза
Уточняем мощность приводного электродвигателя:
Рдв=075Рст=075×206=1545 кВт»Pэд=15 кВт.
Следовательно принятый ранее типоразмер электродвигателя выбран правильно.
Определим расчетный тормозной момент по формулам
где Кт – коэффициент запаса торможения Кт=15 при М2;
Тст – статический вращающий момент при торможении груза.
где h – КПД механизма h=085;
имех – полное передаточное число механизма включая передаточное число полиспаста имех=4×4=16.
По прил. П4.3 [1] выбираем тормоз с электромагнитами переменного тока ТКТ-300 у которого номинальный тормозной момент 05 кН×м превышает расчетный 0315 кН×м т.е. условие (27) выполняется.
Продолжительность периода разгона при подъеме груза рассчитываем по формуле
где – общий маховый момент механизма с грузом кг×м2;
– средний пусковой момент двигателя Н×м;
– момент статических сопротивлений при подъеме приведенный к валу двигателя Н×м.
Общий маховый момент для механизмов обычного типа
где =155 кг×м2 – маховый момент ротора электродвигателя.
Средний пусковой момент двигателя определяем по формуле
где yп=2 – кратность среднего пускового момента электродвигателя;
с-1 – угловая скорость двигателя.
Момент статических сопротивлений при разгоне определяем из выражения
где Dн=D+dк=160+62=1662 мм – диаметр барабана по оси навиваемого каната.
Полученное значение не превышает допускаемое с.
Время торможения при опускании груза по аналогии с выражением (29)
где =315 Н×м – тормозной момент выбранного тормоза;
= – момент статических сопротивлений на тормозном валу Н×м.
Рассчитанное время торможения при опускании груза получилось меньше рекомендуемого времени разгона с следовательно регулировку тормоза на больший тормозной момент не проводят.
Крепление каната к барабану осуществляем накладными планками (рис. 5)
– планка; 2 – канат; 3 - барабан; 4 – гайка.
Рис. 5 – Схема крепления каната к барабану
Силу воспринимаемую узлом крепления каната определяем по формуле
где f=01 – коэффициент трения на соприкасающихся поверхностях каната барабана и накладной планки;
a – угол обхвата барабана канатом в соответствии с правилами Госгортехнадзора минимальное значение угла a=4p.
Силу затяжки болтов находим по формуле
Предварительно приняв диаметр болта dб»t=7 мм (М8) и число болтов zб=4 находим суммарное напряжение возникающее в болтах крепления каната по формуле
Допускаемое напряжение для материала болта (сталь 35) МПа.
Поскольку условие прочности выполняется.
Расчет механизма передвижения
1. Выбор диаметра ходовых колес
Вес тележки при группе режима работы М7 по формуле
Принимаем вес тележки 16 кН.
Диаметр колеса выбираем из условия
где - максимальная статическая нагрузка на одно колесо;
- допустимая нагрузка на одно колесо.
где n - число колес тележки n=4.
При =25 кН выбираем ходовое колесо диаметром =200 мм.
Сопротивление передвижению тележки мостового крана рассчитываем по формуле
где m - коэффициент трения качения колеса по рельсу; в проектных расчетах можно принять m= 04 05 принимаем m=045;
f - приведенный коэффициент трения в подшипниках колес; при использовании шариковых и роликовых радиальных подшипников f=015;
- коэффициент дополнительных сопротивлений определяемых в основном трением реборд о головку рельса; при центральном приводе =25;
dц - диаметр цапфы вала (оси) колеса dц=(02 025)×=(02 025)×200= =40 50 мм принимаем dц =45 мм.
Необходимая мощность двигателя определяется по формуле
где v - скорость передвижения v =25 ммин=0417 мс;
hпр - предварительное значение КПД механизма привода передвижения hпр=085;
yп - отношение среднего пускового момента двигателя к номинальному yп»25.
Выбираем крановый закрытый обдуваемый электродвигатель с короткозамкнутым ротором MTKF 011-6 мощностью =20 кВт частотой вращения пДВ=780 мин-1 (при ПВ=15%).
Частота вращения ходовых колес
Требуемое передаточное число редуктора по формуле
Выбираем редуктор типоразмера Ц2У-160-20-12К-1-У2 с передаточным числом =20.
Фактическая частота вращения ходовых колес
Фактическая скорость тележки
Уточняем значение мощности электродвигателя
Максимально допустимое ускорение тележки рассчитываем по формуле
где пПР - число приводных ходовых колес пПР =2;
пК - общее число ходовых колес пК=4;
j - коэффициент сцепления ходового колеса с рельсом; для кранов работающих в закрытом помещении= 02.
Минимально необходимое время пуска двигателя находим по формуле
Принимаем фактическое время разгона массы тележки и груза с и определяем среднее ускорение по формуле
Найденное значение ускорения меньше допустимого [a]= 05 мс2 следовательно условие соблюдается
Степыгин В.И. Чертов Е.Д. Елфимов С.А. Проектирование подъемно-транспортных установок. М.: Машиностроение 2005. – 288 с.
Вайнсон А.А. Подъемно-транспортные машины. М.: Машиностроение 1989. – 536 с.
Изместьева О.А. Кузнецов Б.С. Подъемно-транспортные машины. Методические указания по курсовому проектированию. Темиртау 2002.

3-1-1.cdw

3-1-2.cdw

Твердость поверхности катания в пределах НВ 300-360
глубину 15-20мм с плавным переходом к незакаленному слою.
*- Размеры для справок.
Неуказанные предельные отклонения размеров: валов h14
Неуказанные радиусы R3.

Крюковая подвеска для Чертежа 1-125-7-6-м8-4.cdw

Деталь 1.cdw

Неуказанные радиусы 10мм мах.
Неуказанные предельные отклонения отверстий по Н14

Барабан.cdw

КП-50-20-5-М2-4.cdw

ТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
Высота подъема груза
Группа режима работы М2
Продолжительность включения ПВ=15%
Скорость подъема груза
Электродвигатель механизма подъема:
Редуктор механизма подъема:
передаточное число 4
Тормоз механизма подъема:
-Г-1-ОЖ-Н-1960 ГОСТ 2688-80
Мехнизм передвижения тележки
Передаточное число 20