Мостовой кран грузоподъемностью 5 тонн на складе временного хранения пакетированного металлопроката

Электрическая схема.cdw

Автомат защиты тормоза
Переключатель "работа-проверка
Автомат защиты нулевой цепи
Трансформатор пониженного питания цепей управленя
Толкатель гидравлического тормоза
Блок питания и защиты с РМ
Блок согласования уровня
Блок управления тиристорным коммутатором статора
Блок управления тиристорным коммутотором роторных сопротивлении
Выключатели конечные
Кнопка аварийной остановки
Коммутатор гидротолкателя тормоза
Реле коммутатора тормоза
Тиристорные коммутаторы статора
Тиристорные коммутаторы роторных
Тиристоры комутатора вперед (КВ)
Тиристоры комутатора назад (КН)
Схема электрическая
механизма передвижения
При применении тормоза без выбора перемычку 21-3 снять

Механизм передвижения.cdw

Техническая характеристика
Скорость передвижения 0
Электродивгатель: 4А80А6УЗ
Частота вращения 915 обмин
Передаточное число 41
Механизм передвижения

Схема механизации склада.cdw

Автомобиль с полуприцепом.
Мостовой кран электрический.
Зона хранения листового металла.
Зона хранения профильной трубы и
Упаковки с листовым металлом.
Стелаж с профильной трубой.

Грузовая тележка.cdw

Техническая характеристика:
Грузоподъемность: 5 тонн
Скорость передвижения: 0
Режим работы: легкий

РПЗ.docx

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«Тульский государственный университет»
Кафедра «Подъемно-транспортные машины и оборудование»
Направление 23.03.02
Наземные транспортно-технологические комплексы
Механизация погрузочно-разгрузочных работ мостовым краном грузоподъемностью 5 тонн на складе временного хранения пакетированного металлопроката.
Механизация склада.7
Описание конструкции мостового крана12
1 Назначение мостового крана.12
2 Конструкция мостового крана.12
3 Виды мостовых кранов14
Расчет механизма подъема17
1 Определение кратности полиспаста17
2 Определение усилия в канате набегающем на барабан18
4 Определение требуемого диаметра блоков и барабана20
5 Выбор крюковой подвески20
6 Определение размеров барабана20
8 Определение передаточного числа привода24
10 Выбор муфты быстроходного вала25
11 Выбор муфты тихоходного вала26
12 Определение пусковых характеристик механизма27
13 Расчет электромагнитного колодочного тормоза30
14 Определение тормозных характеристик механизма31
15 Проверка двигателя на нагрев32
Расчет механизма передвижения тележки38
1 Выбор типа привода38
2 Определение числа ходовых колес38
3 Кинематическая схема механизма38
4 Определение массы тележки39
5 Выбор ходовых колес39
6 Определение сопротивления передвижению тележки40
8 Определение передаточного числа привода41
10 Выбор муфты быстроходного вала43
11 Выбор муфты тихоходного вала44
12 Определение пусковых характеристик механизма44
13 Выбор тормоза и определение тормозных моментов48
14 Проверка пути торможения50
Расчет механизма передвижения51
1 Выбор типа привода51
2 Определение числа ходовых колес51
3 Кинематическая схема механизма51
4 Определение массы крана52
5 Выбор ходовых колес52
6 Определение сопротивления передвижению крана53
8 Определение передаточного числа привода54
10 Выбор муфты быстроходного вала56
11 Выбор муфты тихоходного вала57
12 Определение пусковых характеристик механизма57
13 Выбор тормоза и определение тормозных моментов61
14 Проверка пути торможения63
Описание электрической принципиальной схемы механизма передвижения грузовой тележки64
Расчет САПР APM Winmachine71
Список используемой литературы.85
Грузоподъемные машины представляют собой устройства циклического действия способные перемещать груз как в вертикальных так и горизонтальных плоскостях. В зависимости от их конструкции и назначения такие машины можно разделить на простейшие (лебедки домкраты тали и т.д.) и сложные (краны лифты подъемники и т.д.). Грузоподъемные машины являются неотъемлемой частью современного производства поскольку с их помощью осуществляется механизация погрузочно-разгрузочных складских а также вспомогательных работ.
Целью данной работы является механизация погрузочно-разгрузочных работ на складе временного хранения металлопроката с разработкой механизмов подъема передвижения крана и передвижения грузовой тележки мостового электрического крана.
Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:
- обосновать выбор мостового крана;
- произвести расчет механизма подъема;
- произвести расчет механизма передвижения крана;
- произвести расчет механизма передвижения грузовой тележки;
- разработать схему электрическую принципиальную;
- произвести расчет элемента в САПР APM Winmachine.
Данные расчеты позволят избежать в дальнейшем неприятностей одними из которых являются поломка механизмов и даже срыв груза что может принести за собой массу проблем.
Для выполнения выпускной квалификационной работы в качестве аналога был принят процесс погрузочно-разгрузочных работ и складирования грузов мостовым краном на складе.
Технологической картой на работу мостового крана предусмотрены погрузочно-разгрузочные работы на следующие виды пакетированного металлопроката:
- труба профильная длиной 6 метров: 15х15х15; 20х20х15; 25х25х15; 30х15х15; 30х30х15; 40х20х15; 40х25х15; 40х40х15; 50х20х15; 50х30х2; 50х50х2; 60х30х2; 60х40х2; 60х60х2; 80х60х2; 80х80х2;
- лист холоднокатаный толщиной от 07 до 3 мм и размером 1250х2500 мм;
- лист горячекатаный толщиной от 18 до 3 мм и размером 1250х2500;
- квадрат горячекатаный 10х10; 12х12; 14х14; 20х20.
Погрузочно-разгрузочные и складские работы мостовым краном включает в себя следующие операции:
- осмотр и строповка груза;
- подача сигналов машинисту крана;
- погрузка либо выгрузка груза с его подъемом или опусканием;
- подача груза к месту его хранения либо к месту погрузки;
- укладка подкладок или прокладок под пачки металлопроката;
- расстроповка груза;
- возвращения крана к месту зацепки груза.
Разгрузка и погрузка полуприцепов осуществляется по технологии в которой должны быть определены места нахождения стропальщиков при перемещении грузов а также возможность безопасного выхода площадку.
Пачки профильной трубы и квадрата складируется на стеллажи а упаковки с горячекатаными и холоднокатаными листами друг на друга с прокладками.
Схема организации погрузочно-разгрузочных работ и складирования грузов показана на рисунках 1.1 1.2.
Рис. 1.1 План цеха (вид сбоку)
Рис. 1.2 План цеха (вид сверху)
Металлопрокат прибывает на склад автотранспортом и разгружается мостовым краном. Отправление осуществляется также автотранспортом. Весь груз вывозится со склада по схеме автомобиль-склад-автомобиль.
Рис. 1.3 Схема перемещения металлопроката
Для перевозки пакетированного металлопроката в качестве транспорта прибытия и отправки используется автомобиль с полуприцепом.
Разгрузка транспорта прибытия осуществляется по следующей схеме:
- строповка (рис. 1.4);
- подъем груза над полуприцепом и его осмотр (рис 1.5);
- перемещение груза в зону его дальнейшего хранения (рис 1.6).
Рис. 1.4. Схема строповки.
Рис. 1.5. Схема подъема упаковки.
Рис 1.6. Схема перемещения упаковки металлопроката
в зону его дальнейшего хранения.
Масса одной упаковки профильной трубы или квадрата в зависимости от их размеров поперечного сечения колеблется от 124 до 3 тонн. А масса упаковки листового металла в зависимости от толщины листа равна 25-5 тонн.
Для механизации погрузочно-разгрузочных работ необходимо разработать мостовой кран соответствующий параметрам склада. Мостовой электрический кран предназначен для погрузочно-разгрузочных и складских работ на складе.
Основные параметры проектируемого крана: грузоподъемность Q = 5 т пролёт L = 165 м высота подъема H = 8 м скорость передвижения крана V = 049 мс скорость подъема груза V = 016 мc режим работы крана легкий режим работы механизмов крана - легкий.
Описание конструкции мостового крана
1 Назначение мостового крана.
Мостовой кран – это грузоподъемная машина предназначенная для перемещения грузов в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Данная машина является одной из наиболее распространенных средств механизации погрузочно-разгрузных складских сборочных вспомогательных работ.
Грузоподъемность серийно выпускаемых мостовых кранов составляет от 5 до 50 тонн при пролете от 105 до 32 метров. Отдельные установки могут иметь грузоподъемность 200 тонн и больше.
Общим техническим признаком мостового крана является наличие трех взаимно перпендикулярных рабочих движений (подъем груза передвижение тележки и перемещение всего крана).
2 Конструкция мостового крана.
Мостовой кран состоит из одно- и двухбалочного моста и грузовой тележки которая перемещается по мосту. На мосту и тележки размещается электрооборудование а также основные узлы и механизмы (рис. 2.1).
Рис. 2.1. Мостовой кран.
Мост крана передвигается с помощью ходовых колесах приводимых в движение электродвигателем. Движение на колеса передается через редуктор и трансмиссионный вал. Число ходовых колес моста зависит от грузоподъемности крана и пролета моста.
Грузовая тележка (рис. 2.2) служит для подъема и перемещения груза вдоль моста крана. Тележка состоит из рамы механизма ее передвижения механизма подъема. Механизм передвижения представляет собой электродвигатель редуктор тормоз и ходовые колеса. Движение передается от двигателя через редуктор и трансмиссионный вал на ведущие колеса. Механизм подъема включает в себя электродвигатель тормоз редуктор барабан с канатом канат крюковую подвеску и ограничитель подъема.
Рис. 2.2. Грузовая тележка.
У мостового крана есть два способа опирания на крановый путь: опорный и подвесной. Опорные – устанавливаются колесами сверху на рельсы. Подвесные – подцепляются на нижние полки кранового пути. Такой способ актуален в основном для кран-балок с небольшой грузоподъемностью и пролетом.
3 Виды мостовых кранов
К мостовым кранам общего назначения относятся крюковые краны с грузоподъемностью от 5 до 50 тонн при пролете от 105 до 32 метров (рис.2.3). Данные машины предназначены для подъема груза и погрузочно-разгрузочных работ.
Рис. 2.3. Мостовой кран общего назначения.
Устройство электрических грейферных кранов (рис. 2.4) аналогично устройству крюков. Отличием является только тележка: на ней есть два механизма подъема: первый — для грейферных канатов второй – для подъемных. Грузоподъемность кранов варьируется от 5 до 10 тонн. Соответственно и вместимость грейферов от 16 до 10 кубометров. Пролеты мостовых кранов измеряются в метрах: от 10 до 345 метров. Высота подъема составляет 24 метра.
В тех случаях когда требуется произвести перемещение или перегрузку наволочных кусковых или сыпучих грузов используют мостовые грейферные краны или краны-перегружатели. От других кранов они отличаются тем что оснащены специальным захватом-грейфером.
Грейферные мостовые краны востребованы и незаменимы как оборудование с помощью которого проводятся работы на площадках открытого типа. Но они также часто используемы и в работах которые выполняются в тяжелых температурных условиях на металлургических цехах.
Рис. 2.4. Грейферный мостовой кран.
Мостовые специальные магнитные краны (КМЭСМ) предназначены для выполнения перегрузочных транспортных монтажных и ремонтных работ на открытых площадках различных предприятий а также в промышленных цехах и складских помещениях.
Мостовые магнитные краны оборудованы специальным грузозахватным устройством - перманентным или электромагнитом который позволяет захватывать и перемещать листовой и профильный прокат слитки металлолом стружку скрап и другие ферримагнитные материалы. При снятом электромагните магнитные краны могут работать со штучными грузами в крюковом режиме.
Устройство специальных магнитных кранов аналогично устройству крюковых кранов общего назначения. Магнитные краны состоят из моста с механизмом передвижения одной или двух тележек с механизмами подъёма и передвижения кабины закреплённой к металлоконструкции моста и подъёмных электромагнитов которые при выполнении необходимых технологических операций навешиваются на крюк или на траверсу.
В зависимости от назначения грузоподъёмные электромагниты имеют различную форму и конструкцию и подразделяются на два основных типа: круглые и прямоугольные.
Рис. 2.5. Мостовой специальный магнитный кран.
Литейный кран – это мостовой кран грузоподъемное оборудование применяемое при производстве и последующей разливке стали.
Рис. 2.6. Литейный мостовой кран.
Кран литейный используется в мартеновских цехах металлургических заводов. Это может быть кран миксерный кран заливочный и кран разливочный.
Металлургический кран должен по умолчанию обладать повышенной устойчивостью к статическим динамическим ударным и технологическим нагрузкам.
Расчет механизма подъема
В качестве исходных данных для расчета механизма подъема используем следующие данные:
- тип крана – мостовой;
- грузоподъемность Q = 5 т;
- скорость подъема груза Vпод = 0037 мс;
- высота подъема Н = 8 м;
- режим работы крана легкий;
- продолжительность включения механизма подъема ПВ = 25%.
1 Определение кратности полиспаста
Кратность полиспаста механизма подъема груза выбираем в зависимости от грузоподъемности механизма. Принимаем Uп = 2 для сдвоенного полиспаста в соответствии с рекомендациями [1 c. 55 табл. 2.2].
Рис. 3.1. Схема сдвоенного полиспаста
2 Определение усилия в канате набегающем на барабан
Усилия в канате рассчитываются по следующей формуле.
где Q – номинальная грузоподъемность крана кг;
z – число простых полиспастов в системе;
Un – кратность полиспаста;
– общий КПД полиспаста и обводных блоков ().
где бл – КПД одного блока принимаем бл = 098 для подшипников качения.
где – количество обводных блоков (см. рис. 1).
Выбор каната осуществляется по расчетному разрывному усилию в канате:
где k – коэффициент запаса прочности зависящий от назначения и режима работы крана принимаем k = 50 согласно [1 c. 55 табл. 2.3].
В соответствии с рекомендациями [1 c. 277 табл. III.1.1] принимаем канат двойной свивки типа ЛК-Р 6×19 (1 + 6 + 66) + 1о.с. диаметром d = 110 мм имеющий при маркировочной группе проволок 1764 МПа с разрывным усилием F = 66800 H.
Обозначение каната: Канат 11 – Г – I – Н – 1764 ГОСТ 2688 – 80
– диаметр наружного каната;
– назначение каната;
– марка проволок материала;
– маркировочная группа прочности проволок;
Проверка фактического коэффициента запаса прочности каната:
Условие выполняется.
4 Определение требуемого диаметра блоков и барабана
Допускаемый диаметр блока и барабана по средней линии навитого стального каната определяется по формуле:
где d – диаметр стального каната мм;
e – коэффициент зависящий от типа крана типа привода и режима работы механизма принимаем e = 20 согласно [1 c. 59 табл. 2.7].
принимаем Dб = 300 мм.
5 Выбор крюковой подвески
В соответствии с рекомендациями А.И. Желтонога стр. 7 «Краны и подъемники» и принятой схемой (см. рис. 3.1.) принимаем подвеску крановую с двумя блоками конструкции ВНИИПТМАШ.
6 Определение размеров барабана
Длина каната навиваемого на барабан с одного полиспаста определяется по формуле:
где H – высота подъёма груза м;
Dб – диаметр барабана м;
z1 – число запасных (неиспользуемых) витков на барабане до места крепления:
z1 = 15 2 согласно [1 c. 60];
z 2 – число витков каната находящихся под зажимным устройством на барабане
z2 = 3 4 согласно [1 c. 60].
Поскольку полиспаст в системе сдвоенный и z = 2 то общая длина всего каната будет вдвое больше.
Рабочая длина барабана для навивки каната с одного полиспаста рассчитывается по формуле:
где Lк – длина каната навиваемого на барабан м;
t – шаг витка (см. рис. 3.2) выбирается в зависимости от диаметра каната следовательно при d = 110 мм тогда t = 135 мм = 00135 м в соответствии с рекомендациями [1 c. 60 табл. 2.8];
Рис. 3.2. Профиль канавок на барабане
m – число слоев навивки (для нарезного барабана m = 1);
d – диаметр каната м;
Dб – диаметр барабана по средней линии навитого каната м;
φ – коэффициент не плотности навивки: φ = 1 для нарезных барабанов согласно [1 c. 60].
Полная длина барабана для сдвоенного полиспаста определяется по формуле:
где l – длина не нарезанной части барабана (определяется из данных крюковой подвески).
Рассчитаем минимальную толщину стенок литого чугунного барабана по формуле:
где Dдна – диаметр дна барабана м.
Произведем проверку прочности стенки барабана т.е. рассчитаем напряжения сжатия стенки барабана по формуле:
где Fб – усилие в канате H;
Принимаем для среднего режима работы механизма материал для барабана чугун марки СЧ 15 с допускаемым напряжением [сж ] = 130 МПа.
Статическая мощность двигателя механизма подъёма рассчитывается по формуле:
где Q – номинальная грузоподъемность крана т;
g = 981 мс2 – ускорение свободного падения;
Vпод – скорость подъема груза мс;
– КПД механизма в целом (от крюка до двигателя) принимаем согласно [1 c. 23 табл. 1.18] для подшипников качения = 085.
Номинальную мощность двигателя необходимо принимать равной или несколько меньшей статической мощности на 30 35%.
Двигатель выбираем с учетом ПВ в % и мощности.
Принимаем электродвигатель 4А112МА8УЗ со следующими характеристиками:
– мощность Pэл = 22 кВт;
– частота вращения nэл = 700 мин-1;
– момент инерции ротора Ip = 0015 кг · м2;
8 Определение передаточного числа привода
Частота вращения барабана рассчитывается по формуле:
где Vпод – скорость подъема груза мс;
Dб – диаметр барабана м.
Требуемое передаточное число привода рассчитываем по формуле:
Расчетную мощность редуктора определяем по формуле:
Где Pc – статическая мощность двигателя
- коэффициент зависящий от типа механизма – для механизма подъема – 1.
Выбираем редуктор цилиндрический горизонтальный трехступенчатый Ц3У-200-160. Данный редуктор имеет следующие характеристики:
- передаточное число: 160;
- максимальный крутящий момент на тихоходном валу: 2500 Нм;
- расчетный КПД редуктора: 091.
10 Выбор муфты быстроходного вала
Момент статических сопротивлений на валу двигателя с общим КПД всего механизма согласно [1 c. 23]:
где z – число простых полиспастов в системе;
Uр – фактическое передаточное число привода;
– КПД механизма в целом = 085.
Расчетный момент необходимый для выбора соединительной муфты с учетом ответственности и режима работы механизма определяется по формуле:
где k1 – коэффициент учитывающий степень ответственности механизма;
k2 – коэффициент учитывающий режим работы механизма.
Тогда согласно [1 c. 42 табл. 1.35] для механизмов подъёма: k1 = 13; k2 = 11 для легкого режима работы.
Выбираем упругую втулочно-пальцевую муфту №1 с тормозным шкивом у которой:
D=200мм Jm=0125 кгм2.
11 Выбор муфты тихоходного вала
Момент статических сопротивлений на валу барабана с КПД барабана согласно [1 c. 23]:
где б – КПД барабана (б = 095 096).
Расчетный момент необходимый для выбора соединительной муфты с учетом ответственности и режима работы механизма определяется по формуле аналогично:
Выбираем муфту зубчатую №4 с наибольшим крутящим моментом 5600 Нм по ГОСТ 5006-55.
12 Определение пусковых характеристик механизма
Фактическая частота вращения барабана рассчитывается по следующей формуле:
где nэл. – частота вращения электродвигателя мин-1;
Uр – фактическое передаточное число привода.
Фактическая скорость подъёма груза определяется по следующей формуле:
где Dб – диаметр барабана м;
Un – кратность полиспаста.
Время пуска при подъёме груза рассчитывается по следующей формуле:
где – коэффициент учитывающий влияние вращающихся масс привода механизма за исключением ротора двигателя и тормозного шкива установленного на быстроходном валу: = 11 125;
I – момент инерции ротора двигателя и тормозного шкива установленного на быстроходном валу:
Ip – момент инерции ротора двигателя кг · м2;
Iм – момент инерции муфты кг · м2;
Tср.п. – средний пусковой момент двигателя определяем по формуле:
Tном. – номинальный момент двигателя рассчитывается по следующей формуле:
Tс – момент статических сопротивлений на валу двигателя Н·м;
Q – номинальная грузоподъемность крана кг;
V – фактическая скорость подъёма груза мс;
Ускорение при пуске рассчитывается по следующей формуле:
Таблица 3.1 – Проверка полученных значений пусковых характеристик на соответствие рекомендуемым значениям для механизма подъёма
Допускаемое значение
для массовых грузов
13 Расчет электромагнитного колодочного тормоза
Момент статического сопротивления на валу двигателя при торможении механизма определяется по формуле:
– КПД механизма в целом = 085;
Необходимый по нормам Ростехнадзора момент развиваемый тормозом рассчитывается по следующей формуле:
где KТ – коэффициент запаса торможения принимаем KТ = 15 – для легкого режима работы механизма.
Выбираем тормоз ТКГ-200 с диаметром шкива 200 мм и тормозным моментом 250 Нм. Следовательно данный тормоз необходимо отрегулировать до
14 Определение тормозных характеристик механизма
Время торможения при опускании груза определяется по формуле:
где TТ – необходимый момент развиваемый тормозом (см. п. 1.13) Н·м;
TсТ – момент статического сопротивления на валу двигателя при торможении механизма Н·м.
Наибольшее допускаемое время торможения в соответствии с рекомендациями: tTmax = 1 2 с.
Замедление при торможении определяется по формуле:
Таблица 2 – Проверка полученных значений тормозных характеристик на соответствие рекомендуемым значениям для механизма подъёма
Замедление при торможении
15 Проверка двигателя на нагрев
Во избежание перегрева двигателя необходимо чтобы развиваемая им среднеквадратическая мощность удовлетворяла условию:
Средняя квадратичная мощность электродвигателя определяется по формуле:
где Tср – средний квадратичный момент преодолеваемый электродвигателем Н·м;
nэл. – частота вращения электродвигателя мин-1.
где tп – общее время пуска при подъёме и опускании груза с;
tу – время установившегося движения с;
t – общее время работы электродвигателя с;
Tср.п. – средний пусковой момент двигателя Н·м;
Tс – момент статических сопротивлений на валу двигателя при подъёме Н·м;
TсТ – момент статических сопротивлений на валу двигателя при торможении механизма т.е. при опускании груза Н·м.
В качестве исходных данных для расчета используем график загрузки механизма в соответствии с рекомендациями [1 с. 16 рис. 1.1]. Соответственно для легкого режима работы механизма подъёма график будет иметь следующий вид (см. рис. 3.3):
Рис. 3.3. Усредненный график загрузки механизма подъёма
козлового крана (для среднего режима работы)
Согласно графику за время цикла (подъём и опускание груза) механизм будет работать с номинальным грузом Q = 5000 кг – 4 раза с грузом 01·Q = 500 кг – 3 раза с грузом 005·Q = 250 кг – 3 раза.
Рассчитаем натяжения каната для трех грузов:
Рассчитаем момент при подъеме:
Рассчитаем время пуска при подъеме:
Рассчитаем момент при опускании груза:
Рассчитаем время пуска при опускании:
Сведем результаты расчетов с различными грузами в таблицу 3.
Таблица 3.2 – Результаты расчетов
Результаты расчета при Q кг
(см. [1 с.24 рис.1.2])
Время пуска при подъёме
Момент при опускании груза
Время пуска при опускании
Общее время пуска при подъёме и опускании груза определяется по формуле:
где ni – число подъёмов i-го груза.
Время установившегося движения определяется по формуле:
где Hср – средняя высота подъёма груза: Hср = 08·H м;
V – фактическая скорость подъёма груза мс.
Определим общее время работы средний квадратичный момент и среднюю квадратичную мощность электродвигателя:
Pср = 111 кВт Pном = 22 кВт – следовательно двигатель прошел проверку на нагрев.
Расчет механизма передвижения тележки
В качестве исходных данных для расчета механизма передвижения тележки используем следующие данные:
- грузоподъемность Q = 5 тонн;
- скорость передвижения крана Vпер. = 016 мс;
- пролет крана L = 165 м;
- режим работы механизма легкий;
- продолжительность включения механизма передвижения ПВ = 25%.
1 Выбор типа привода
Для механизма передвижения тележки мостового крана рекомендуется выбирать центральный привод.
2 Определение числа ходовых колес
Для тележки мостового крана грузоподъемностью 5 тонн выбираем 4 ходовых колеса.
3 Кинематическая схема механизма
Рис. 4.1. Схема механизма передвижения крана (показана одна сторона крана)
4 Определение массы тележки
Масса тележки мостового крана в соответствии с краном аналогом: 1496 кг.
5 Выбор ходовых колес
Выбираем в зависимости от грузоподъемности крана а также его скорости передвижения и нагрузке на одно ходовое колесо согласно [1 с. 296 табл. III.2.3].
Наибольшая допускаемая нагрузка на колесо определяется по формуле:
где nк – количество принятых ходовых колес шт;
– коэффициент неравномерности нагрузки.
Принимаем для легкого режима работы нашего крана двухребордное ходовое колесо диаметром Dк = 250 мм = 025 м.
Принимаем коэффициент трения качения ходового колеса по рельсам () и коэффициент трения в подшипниках качения колеса (f) в соответствии с рекомендациями [1 с. 33]:
- f = 0015 – (для шариковых и роликовых подшипников).
Диаметр цапфы вала ходового колеса определяется по формуле:
Принимаем коэффициент учитывающий дополнительные сопротивления от трения реборд ходовых колес о рельс согласно [1 с. 33]:
- kр =20 .25 – для подшипников качения.
- kр =12 .18 – для подшипников скольжения.
6 Определение сопротивления передвижению тележки
Рассчитаем сопротивление передвижению тележки по следующей формуле:
где Fтр. – сопротивление трения:
Fукл. – сопротивление от уклона:
Sin α – уклон пути принимаем для козлового крана: sin α = 0002
в соответствии с рекомендациями [1 c. 68 табл. 2.10];
Fв – сопротивление от ветровой нагрузки.
Так как кран работает в помещении то ветровая нагрузка равна 0.
Статическая мощность двигателя механизма передвижения определяется по формуле:
где Fпер. – сопротивление передвижению крана Н;
Vпер. – скорость передвижения крана мс;
– КПД механизма передвижения крана принимаем согласно
[1 c. 23 табл. 1.18] для подшипников качения = 085.
Номинальную мощность двигателя механизма передвижения тележки рекомендуется принимать равной или несколько большей статической мощности.
Принимаем крановый электродвигатель:
– мощность Pэл =025 кВт;
– частота вращения nэл = 885 мин-1;
– момент инерции ротора Ip = 215·10-3 кг · м2;
Частота вращения ходового колеса определяется по формуле:
где Vпер. – скорость передвижения крана мс;
Dк – диаметр ходового колеса м.
Требуемое передаточное число привода определяем по формуле:
Требуемое передаточное число 723.
Расчетная мощность редуктора определяется по формуле:
где kр – коэффициент учитывающий условие работы редуктора принимаем kр = 225 – для легкого режима работы [1 с. 40 табл. 1.34].
Выбираем редуктор ВК-550 II исполнение:
– передаточное число Uред= 6828;
Определение фактической частоты вращения ходового колеса
где Uр – фактическое передаточное число привода;
Расчетный момент для выбора соединительной муфты с учетом ответственности и режима работы механизма определяется по формуле:
Тогда согласно [1 c. 42 табл. 1.35] для механизмов передвижения: k1 = 12; k2 = 11 легкий режим.
D=200мм Jm=0125 кгм2
Момент статических сопротивлений на колесе согласно [1 c. 23]:
Принимаем зубчатую муфту ГОСТ 5006-55:
– крутящий момент Tмуф. =700 Н·м;
Фактическая скорость передвижения крана определяется по формуле:
где U и Uр – требуемое и фактическое передаточные числа привода.
Время пуска механизма передвижения без груза определяется по формуле:
где – коэффициент учитывающий влияние вращающихся масс привода механизма за исключением ротора двигателя и муфты быстроходного вала установленного на быстроходном валу принимаем = 125;
I – момент инерции ротора двигателя и муфты быстроходного вала:
Iм1 Iм2 – момент инерции муфт быстроходного вала 1 и 2 соответственно:
Tном. – номинальный момент двигателя Н · м;
Tс – момент статического сопротивления на валу двигателя:
F'пер – сопротивления передвижению крана без груза (см. п. 2.6);
V фпер. – фактическая скорость передвижения крана мс;
– КПД механизма передвижения крана = 085.
Ускорение при пуске определяется по формуле:
Таблица 4.1 – Проверка полученных значений пусковых характеристик на соответствие рекомендуемым значениям для механизма передвижения
Проверка фактического запаса сцепления колес с рельсами:
где Fпр – суммарная нагрузка на приводные колеса без груза:
zпр – количество приводных колес шт;
z – общее количество принятых ходовых колес шт.
φ – коэффициент сцепления ходовых колес с рельсами принимаем
φ = 015 согласно [1 с. 33];
F'пер – сопротивления передвижению крана без груза:
f – коэффициент трения в подшипниках качения колеса (см. п. 2.5);
– коэффициент трения качения ходового колеса по рельсам (см. п. 2.5).
Следовательно условие выполняется.
13 Выбор тормоза и определение тормозных моментов
Рекомендуемое замедление механизма передвижения в соответствии с рекомендациями [1 с. 32] равно: [a] = 01 02 мс2 принимаем значение [a] = 02 мс2.
Тогда время торможения крана без груза определим по формуле:
Сопротивление при торможении крана без груза определяется по формуле аналогично п. 2.12:
Момент статических сопротивлений на тормозном валу при торможении крана определяется по формуле:
где – cсопротивление при торможении крана без груза Н·м;
Момент сил инерции при торможении крана без груза определяется по формуле:
где tТ – время торможения крана без груза c;
Расчетный тормозной момент на валу тормоза определяется по формуле:
14 Проверка пути торможения
Фактическая длина пути торможения и минимальная длина пути торможения согласно [1 с. 31] определяются из условия:
V фпер. – фактическая скорость передвижения крана мс.
Условие соответствует рекомендациям [1 с.32 табл. 1.26].
Расчет механизма передвижения
В качестве исходных данных для расчета механизма передвижения используем следующие данные:
- скорость передвижения крана Vпер. = 049 мс;
Для механизма передвижения мостового крана рекомендуется выбирать раздельный привод.
Для нашего мостового крана грузоподъемностью 5 тонн выбираем 4 ходовых колеса.
Рис. 1 Схема механизма передвижения крана (показана одна сторона крана)
4 Определение массы крана
Масса мостового крана в соответствии с краном аналогом: 10586кг.
– коэффициент неравномерности нагрузки.
Принимаем для легкого режима работы нашего крана двухребордное ходовое колесо диаметром Dк = 400 мм = 04 м.
6 Определение сопротивления передвижению крана
Определим сопротивления передвижения крана:
– КПД механизма передвижения крана принимаем согласно [1 c. 23 табл. 1.18] для подшипников качения = 085.
Так как у нас используется в конструкции 2 двигателя тогда найденная необходимая мощность делится поровну на каждый из них.
Номинальную мощность одного двигателя механизма передвижения рекомендуется принимать равной или несколько большей статической мощности.
– мощность Pэл =075 кВт;
– частота вращения nэл = 915 мин-1;
– момент инерции ротора Ip = 462·10-5 кг · м2;
– номинальный крутящий момент Tном = 78 Н·м;
где kр – коэффициент учитывающий условие работы редуктора принимаем
kр = 225 – для легкого режима работы [1 с. 40 табл. 1.34].
Выбираем редуктор Ц2-250:
– передаточное число Uред= 4134;
Iм1 Iм2 – момент инерции муфт быстроходного вала 1 и 2 соответственно;
Таблица 5.1 – Проверка полученных значений пусковых характеристик на соответствие рекомендуемым значениям для механизма передвижения
– коэффициент трения качения ходового колеса по рельсам
где – cопротивление при торможении крана без груза Н·м;
Описание электрической принципиальной схемы механизма передвижения грузовой тележки
В механизме передвижения грузовой тележки разрабатываемого крана используется асинхронный электродвигатель (М1 на схеме) с короткозамкнутым ротором типа 4АА63ВУЗ мощностью 025 кВт.
Асинхронный ЭД с короткозамкнутым ротором запускается при включенных в цепь ротора дополнительных пусковых сопротивлениях. При пуске скорость ЭД увеличивается ЭДС возрастает ток ротора уменьшается. Пропорционально этому уменьшается момент двигателя и темп разгона снижается. Для сохранения необходимого тока и момента при пуске сопротивление пускового резистора постепенно уменьшают. Для этого он разбивается на несколько ступеней которые последовательно шунтируются по мере разгона. Представленная на схеме крановая панель предназначена для управления асинхронным электродвигателем с короткозамкнутым ротором механизма передвижения крана. Обеспечивает четыре ступени ускорения в обоих направлениях работы двигателя с симметричными сопротивлениями в цепях ротора. В ней используются бесконтактные тиристорные коммутаторы которые заменяют контакты магнитных контроллеров. Импульсно-ключевые коммутаторы выполнены по треугольным схемам на тиристорах (рис. 6.1)
Рис. 6.1. Элементы схемы.
Несмотря на то что благодаря простоте и невысокой стоимости превалирующее место в промышленности занимают электроприводы с контакторно-контроллерной аппаратурой управления повышение требований к крановым приводам массового применения ставит задачи значительного улучшения их технико-экономических показателей без существенного увеличения стоимости и усложнения эксплуатации. Основным направлением решения указанных задач является применение средств полупроводниковой техники в традиционных системах для повышения коммутационной устойчивости контактной аппаратуры и реализации более рациональных режимов регулирования и торможения.
Принцип импульсно-ключевого управления заключается в коммутации силовой цепи ротора асинхронного двигателя тиристорным коммутатором выполненным по мостовой или треугольной схеме. При этом включение тиристоров коммутатора осуществляется по сигналу пропорциональному ЭДС ротора при превышении скольжения двигателем заданного уровня а отключение – в момент их естественной коммутации на частоте скольжения ротора. При импульсно-ключевом управлении автоматически реализуется режим включения-отключения электропривода с мягкими механическими характеристиками осуществляемый оператором ранее для получения требуемой установочной скорости. Однако получаемый при этом диапазон регулирования в несколько раз превышает достигаемый в традиционных системах. При этом формирование пуско-тормозных характеристик не изменяется и управление электроприводов во всех остальных режимах не отличается от обычных систем.
Крановые панели тиристорные типа ТЭДФ предназначены для пуска торможения реверсирования и регулирования скорости вращения электродвигателей с фазным ротором крановых механизмов. Данные панели разработаны как замена устаревшим релейно-контакторным панелям разрешены к использованию Госгортехнадзором России и поставляются для комплектации на крановые заводы а также для модернизации находящихся в эксплуатации кранов. Принцип работы ТЭДФ состоит в управлении с помощью силовых тиристоров двигателем с фазным ротором путем включения активных либо реактивных сопротивлений в цепь ротора; широкий диапазон регулирования достигается путем применения импульсно-ключевого регулирования и динамического торможения. Конструктивно панели выполняются в виде шкафов ТЭДФ и являются улучшенными аналогами контакторных панелей.
Использование в панелях ТЭДФ бесконтактной коммутации (тиристорного ключа) дает существенные преимущества по отношению к релейно-контакторным панелям.
–высокая надежность эксплуатации и вероятность безотказной работы электрооборудования кранов обеспечивает исключение в ТЭДФ механических контакторов из силовой цепи электроприводов. Особенно это актуально для большегрузных кранов при применении в средах с повышенным содержанием пыли влаги например в цементном производстве в горнодобывающей отрасли в металлургии в портах;
–высокое быстродействие системы ТЭДФ и возможность повышенной частоты включений привода;
–низкое собственное энергопотребление системы ТЭДФ.
Панели ТЭДФ легко адаптируются к особенностям конкретных кранов за счет наличия встроенного промышленного контроллера. Комплексное оптимальное управление электроприводом в ТЭДФ с помощью промышленного контроллера с высокой точностью обеспечивает:
–выдержки времени между включением ступеней что уменьшает динамические нагрузки на двигатель и редуктор механических элементов конструкций крана увеличивая их надежность;
–защиту двигателей от максимальных токов и от обрыва фазы;
–выключение всех устройств системы при пропадании напряжения силовой сети и стопорение крана.
Применение специальных режимов импульсно-ключевого регулирования обеспечивает высокую точность позиционирования электроприводов и высокую плавность хода крановыхмеханизмов. Тиристорные крановые панели имеют контакторные аналоги что позволяет не меняя характеристики кранов менять изношенные контакторные панели на бесконтактные. При этом за счет отработанной технологии производства по цене они соизмеримы с контакторными. Такие панели выполняет следующие функции:
–обеспечивает бесконтактную коммутацию силовой сети на обмотки статоров электродвигателей для обеспечения реверса вращения путем перекрестного переключения двух фаз обмоток статоров;
–обеспечивает бесконтактную коммутацию четырех секций сопротивлений в цепи роторов двигателей с целью регулирования моментов или скоростей вращения роторов в обоих направлениях;
–обеспечивает необходимые выдержки времени между включением ступеней для уменьшения динамических нагрузок на двигатели и их редукторы;
–обеспечивает взаимодействие и необходимые блокировки всех блоков электропривода при управлении ими от контроллера для исключения аварийных режимов;
–обеспечивает защиту двигателей от максимальных токов;
–обеспечивает выключение всех устройств системы при пропадании напряжения силовой сети и стопорения крана до возврата контроллера в нулевое положение ("нулевая защита").
В качестве управляющего устройства может использоваться промышленный контроллер программируемый или аналоговый блок управления.
Рассмотрим назначение и принцип действия блоков входящие в состав схемы панели управления.
БПЗ блок питания и защиты (рис. 6.2). Выполняет следующие функции:
–обеспечивает ТЭДФ постоянным напряжением питания 24 В путем выпрямления переменного напряжения 19 В.
–обеспечивает защиту ТЭДФ от максимальных токов.
При включении ТЭДФ наличие постоянного напряжения питания 24 В. контролируется по горящему светодиоду. При включении защиты ТЭДФ БПЗ отключает постоянное напряжение питания 24 В. и размыкает контакт цепи нулевой защиты ТЭДФ. Это приводит к полному отключению ТЭДФ. После определенного времени задержки БПЗ возвращается в исходное состояние и возможно повторное включение шкафа ТЭДФ. Для индикации срабатывания защиты от максимального тока в БПЗ также имеется светодиод.
Рис. 6.2. Блок питания и защиты.
БУ – блок управления (рис.). Предназначен для управления БУТС-0 и БУТР-03 и выполняет следующие функции:
–управление тиристорами статора VS1 –VS8 для переключения направлений вращения ротора электродвигателя при помощи БУТС-0
–управление тиристорами ротора для переключения скоростей вращения при помощи БУТР-03;
–взаимная блокировка включения тиристоров статора разных направлений;
–последовательное переключение скоростей вращения для защиты двигателя от динамической перегрузки (достигается подачей напряжений на обмотки электродвигателя через некоторую паузу достаточную для его плавного запуска).
Загорание красных светодиодов на блоке управления БУ сигнализирует о включении определенных тиристорных коммутаторов. Загорание зеленыхсветодиодов сигнализирует о срабатывании взаимной блокировки выходов управления блоков БУТС.
БУТР-03 (рис. 6.3) блок управления тиристорами ротора. Предназначен для бесконтактной коммутации секций сопротивлений в роторных цепях с целью регулирования моментов и скоростей вращения ротора двигателя в обоих направлениях. В зависимости от количества ступеней ускорения в ТЭДФ их может быть до пятиДля управления двумя двигателями применяется БУТр 03-2.
Рис.6.3 Блок управления
БУТС-0 (рис.6.4) блок управления тиристорами статора. Предназначен для бесконтактной коммутации четырех тиристоров включенных встречно параллельно в силовой цепи двух фаз статорной обмотки электродвигателя.
Рис. 6.4. Блок управления тиристорами статора
БСУ (рис.6.5) блок согласования уровня. Предназначен для преобразования выходного тока переменного напряжения с измерительного трансформатора в аналоговый сигнал постоянного напряжения на программируемый контроллер КПр для отображения величины тока двигателя и включения токовой и тепловой защиты.
Рис. 6.5. Блок согласования уровня
БСУ-М блок согласования уровня модернизированный. Предназначен для преобразования выходного тока переменного напряжения с измерительного трансформатора в аналоговый сигнал постоянного напряжения и выдачи сигнала токовой защиты на БПЗ.
Расчет САПР APM Winmachine.
В качестве расчета в САПР APM Winmachine было выбрано ходовое колесо мостового крана.
Так как конструкция ходового колеса мостового крана симметрична относительно главных осей симметрии то для удобства строим одну четвертую детали а также горизонтальную ось симметрии. В результате чего получается стержневая конструкция. Пользуясь командами вкладки «Инструменты» достраиваем верхнюю часть детали (рис. 7.1).
Рис. 7.1. Верхняя часть колеса
Далее командой «Рисование-Пластина-Произвольная с разбивкой» разбиваем получившуюся конструкцию на конечные элементы с максимальной длиной стороны 20 мм. После этого удаляем все вспомогательные стержни при этом оставляем узлы и платины а также горизонтальную ось симметрии (рис. 7.2).
Рис. 7.2. Накрытие пластинами.
Дальше при помощи команды «Полярный массив» достраиваем конструкцию ходового колеса путем вращения верхней половины сечения относительно горизонтальной оси симметрии. При этом в появившемся диалоговом окне указываем количество секций 36 угол 3600 и ставим галочку напротив пункта «Создавать объемные элементы». Затем пользуюсь фильтрами вида необходимо удалить все вспомогательные стержни пластины оставляя только узлы и объемные элементы (рис 7.3).
Далее проставляем опоры (жесткая заделка) по внутреннему диаметру кранового колеса затем задаем материал нашей конструкции. После чего прикладываем нагрузку на место пятна кантакта колеса с рельсом. Проводим статистический расчет и выводим результаты (рис. 7.5 рис. 7.6).
Рис. 7.5. Карта напряжений.
Рис. 7.6. Карта перемещений.
Далее представлены результаты статистического расчета ходового колеса мостового крана.
В данной работе рассмотрели основные типы мостовых кранов и особенности их конструкции. Была описана механизация погрузочно-разгрузочных работ на складе временного хранения металлопроката а также был разработан мостовой кран грузоподъемностью 5 тонн пролетом 165 метров и с легким режимом работы.
Был произведен расчет механизма подъема: рассчитаны и подобраны двойной полиспаст барабан крюковая подвеска двигатель редуктор муфты тихоходного и быстроходного вала тормоз. Провели проверку двигателя на нагрев ускорения времени пуска а также времени торможения. В механизме передвижения тележки и передвижения крана были рассчитаны и подобраны нагрузка двигатель редуктор диаметр колес муфты быстроходного и тихоходного вала тормоз. Провели проверку двигателя на нагрев ускорения времени пуска а также времени торможения.
Была разработана электрическая принципиальная схема передвижения грузовой тележки.
Произведен анализ напряженно-деформированного состояния ходового крана мостового крана в APM Winmachine который показал что полученные результаты модели ходового колеса имеют достаточную степень прочности и жесткости.
Список используемой литературы.
Кузьмин А.В. Марон Ф.А. Справочник по расчетам механизмов подъемно-транспортных машин. Справочник 2-е издание. Высшая школа 1983.
Маликов О.Б. Малкович А.Р. Склады промышленных предприятий.
Справочник. Под общей редакцией О.Б. Маликова. Машиностроение 1989ГОСТ 1050-2013 Металлопродукция из нелегированных конструкционных качественных и специальных сталей. Общие технические условия. Межгосударственный стандарт 2014
Барышев А.И. Стеблянко В.Г. Хомичук В.А. Механизация ПРТС работ. Курсовое и дипломное проектирование транспортирующих машин: Учебное пособие Под общей редакцией А.И. Барышева - Донецк: ДонГУЭТ 2003 - 471 с. ил.
Александров М.П. Подъемно-транспортные машины. Изд. 4-е. Учебник для вузов. М.: Высшая школа 1972 г.
Курсовое проектирование грузоподъемных машин под ред. С.А. Казака. Учебное пособие М.: Высшая школа 1989.
Павлов Н.Г. Примеры расчетов кранов. Изд. 3-е. Л.: Машиностроение. 1967.
Справочник по кранам. Т.1. Под ред. М.М. Гохберга. - Л. : Машиностроение 1988. – 536 с.
СоколовС.А. Металлические конструкции подъемно-транспортных машин: учебное пособие для вузов С.А.Соколов .- СПб. : Политехника 2005. - 423с.
Справочник по Электрические машинам Под Ред. И.П. Копылова Б. К. Клокова М.: Энергоатомиздат 1998.
КасаткинА.С. Электротехника А.С. Касаткин М. В. Немцов М.: Высшая школа 2000.
Чиликин М.Г. Общий курс электропривода М.Г. Чиликин А. С. Сандлер М.: Энергоатомиздат 1984.
Системы автоматизированного проектирования: Учеб. пособие для втузов: В 9 кн. Под ред. И.П. Норенкова. – М.: Высш. шк.; 1986.
Кудрявцев Е.М. Основы автоматизации проектирования машин: Учебник для студентов вузов по спец. "Подъемно-транспортные строительные дорожные машины и оборудование". - М.: Машиностроение 1993. - 336с.
Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования : учебник для вузов И.П. Норенков. – 3-е изд. перераб. и доп. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана 2006 . – 448 с.