Портальный кран, г/п 8 тонн

Пояснительная записка.docx

Министерство Транспорта Российской Федерации
Московская Государственная Академия Водного Транспорта
Кафедра «Портовые подъемно-транспортные машины и робототехника»
«Кран портальный грейферный »
«Грузоподъёмные машины и машины безрельсового транспорта»
Пояснительная записка
Расчет механизма подъёма
1Выбор схемы механизма подъёмного устройства
3Определение диаметров блоков и барабана
4Выбор грузозахватного устройства
5Определение статической мощности электродвигателя
6Выбор электродвигателя проверка на перегрузочную способность
8Определение длины барабана
9Расчет стенки барабана на прочность
10Определение тормозного момента выбор тормоза и соединительной муфты
11. Компоновка лебедки механизма подъёма
12. Выбор устройства безопасности механизма подъёма
Расчет механизма передвижения
1Определение числа и размера ходовых колес в одной балансирной тележке
2Сопротивление передвижению крана на прямолинейном рельсовом пути
3Суммарная статическая мощность электродвигателей
4Статическая мощность одного электродвигателя
5Выбор электродвигателя механизма передвижения
6Проверка электродвигателя на допустимую перегрузку
7Общее передаточное число механизма
9Проверка ходовых колес на отсутствие буксования
10Определение тормозного момента и выбор тормоза
12Выбор предохранительных и вспомогательных устройств
Расчет механизма поворота
1Определение момента сил сопротивления повороту
2Определение потребной мощности электродвигателя
3Проверка двигателя на кратковременную допустимую перегрузку
4Выбор редуктора и муфты предельного момента
5Расчет многодисковой муфты предельного момента
6Определение тормозного момента выбор и расчет тормоза
7Компоновка механизма поворота
Расчет устойчивости крана
1Определение грузовой устойчивости крана
2Определение собственной устойчивости
Объектом разработки является портальный кран для перегрузки песчано – гравийной смеси в портах.
На основе известных аналогов разработана конструкция портального крана и его механизмов выполнены расчеты механизма подъема передвижения и поворота расчеты устойчивости крана.
Область применения – речные и морские порты.
Основные характеристики крана: Грузоподъемность вылет макс. – скорости – подъема передвижения – вращения – .
Портальный кран – грузоподъёмная машина циклического действия с возвратно – поступательным движением грузозахватного органа; служит для подъёма и перемещения грузов. Цикл работы крана состоит из захвата груза рабочего хода для перемещения груза и разгрузки холостого хода для возврата порожнего грузозахватного устройства к месту приёма груза. Основная характеристика — грузоподъёмность под которой понимают наибольшую массу поднимаемого груза причём в случае сменных грузозахватных устройств их масса включается в общую грузоподъёмность.
Портальные краны применяют для перегрузочных работ в портах и на открытых складах для строительных (преимущественно гидротехнических) работ а также для сборочно – монтажных работ в судостроении и при судоремонте (на берегу и на плавучих доках). По характеру работы подразделяются на перегрузочные (крюковые грейферные реже магнитные) и монтажные. Особым типом перегрузочного портального крана является высокопроизводительный предназначенный для разгрузки судов грейферно – бункерный кран с программным управлением у которого грейфер заполняет расположенный на портале бункер. Поворотная часть кранов может устанавливаться на полупорталах (один рельс на стене здания) а на откосных набережных — на треугольных подставках. Стреловые устройства как правило обеспечивают горизонтальное перемещение груза при изменении вылета. Грузоподъёмность грейферных кранов постоянная а крюковых чаще переменная. Грузоподъёмность перегрузочных кранов от 5 до 40 то а монтажных от 100 до 300 т; вылет обычно 25—35 м и достигает 50—100 м (у судостроительных П. к.). Скорости движений перегрузочных кранов составляют: подъёма груза 60—90 ммин вращения 15—2 обмин передвижения крана (установочное движение) 30 ммин; скорости монтажных кранов значительно меньше чем перегрузочных.
Сопоставление заданного крана с известными аналогами
)Высота подъёма груза
)Над опорной поверхностью
)Ниже опорной поверхности
)Скорость передвижения крана
)Частота вращения поворотной части крана
)Тип стрелового устройства
Шарнирно – сочлененная жесткая оттяжка
)Тип опорно – поворотного устройства
Заданный кран несколько превосходит аналог по грузоподъёмности и по скорости подъёма груза следовательно для заданного крана потребуется гораздо более мощный двигатель.
В скорости передвижения и скорости поворота заданный кран проигрывает а это значит что наоборот двигатель потребуется менее мощный.
В остальном конструктивно и по параметрам краны совпадают следовательно по общим параметрам таким как масса и наветренная площадь кран будет полностью совпадать с аналогом.
Рис. 1.1 Схема проектируемого крана «8 — 33 — 105»
1 Выбор схемы механизма подъёмного устройства
Поскольку кран грейферный с грузоподъемностью приближающейся к 10 тоннам то вернее будет выбрать схему четырехканатного грейфера:
Рис. 2.1 Схема подъёмного устройства четырехканатного грейфера
В этом случае нагрузка на канат составит:
– ускорение свободного падения ;
– грузоподъемность крана нетто масса номинального груза и съемного грузозахватного приспособления (грейфера) т;
– число ветвей на которых подвешен грейфер;
– КПД направляющих блоков (по 6 стр. 43 );
– коэффициент учитывающий неравномерность загрузки лебедок.
Коэффициент запаса прочности (коэффициент использования каната) зависит от назначения каната и режима работы крана. Задаемся режимом работы механизма подъёма исходя из грузоподъёмности и того что кран работает в грейферном режиме принимаем М8 а значит коэффициент запаса () по ПБ 10 –6 382 – 00 равен 9. Отсюда разрывное усилие равно:
В соответствии с рекомендациями подбираем канат: ГОСТ 2688 – 80 (по 4стр. 246) с параметрами .
Рис. 2.2 Канат двойной свивки проволок
3 Определение диаметров блоков и барабана
Диаметр барабана () по дну канавки:
– коэффициент зависящий от типа грузоподъёмной машины и режима её работы. (по 2 стр. 9 ).
Приводим к стандартному опираясь так же на передаточное число (по ГОСТ 8032 – 84)
Приводим к стандартному (по ГОСТ 8032 – 84)
4 Выбор грузозахватного устройства
Т.к. грузоподъёмность заданного крана является не стандартной то невозможно подобрать грейфер по каталогу поэтому берется ближайший подходящий грейфер в данном случае это двухканатный для песчано – гравийных грузов №2096Б с параметрами:
Параметры грейфера №2096Б
)Грузоподъёмность крана
)Вместимость грейфера
)Объёмная масса груза
)Выход замыкающего каната
Рис. 2.3 Двухканатный для песчано – гравийных грузов №2096Б
Далее производиться перерасчет параметров (массы и объёма) каталожного грейфера под нужную грузоподъёмность:
– коэффициент зависящий от свойств груза (средняя насыпная плотность ПГС что соответствует группе груза С2);
– грузоподъемность нетто (масса грейфера с номинальным грузом) т.
Требуемая вместимость в этом случае составит:
– коэффициент наполнения и уплотнения.
5 Определение статической мощности электродвигателя
Для определения КПД механизма выясняем КПД всех его составляющих (по 6):
КПД направляющих блоков ;
КПД подъёмного устройства:
Статическая мощность электродвигателя грейферного крана:
– скорость подъёма груза;
– количество электродвигателей.
6 Выбор электродвигателя проверка на перегрузочную способность
По и по подбираем двигатель серии МТН 712 – 10 с параметрами (по 3 стр. 246):
Скорость вращения ротора: ;
Максимальный вращающий момент: ;
Момент инерции ротора двигателя: ;
Кратность среднего пускового момента: ;
С коническими концами валов.
Рис. 2.4 Размеры асинхронных крановых двигателей типа МТН
Геометрические параметры двигателя МТН 712 – 10 мм
Номинальный момент двигателя:
Статический момент двигателя:
Средний пусковой момент двигателя:
Предварительный выбор муфты:
По статическому моменту электродвигателя подбираем муфту (по 4 стр. 308) с параметрами:
Диаметр тормозного шкива: ;
Момент инерции муфты: ;
Наибольший передаваемой муфтой момент: ;
Рис. 2.5 Размеры МУВП с тормозными шкивами.
Геометрические параметры муфты мм
Маховые моменты муфты и ротора:
Принимаем время разгона:
Динамический момент при пуске:
Максимальное значение момента сопротивления на валу электродвигателя:
Проверяем двигатель на перегрузочную способность:
Частота вращения барабана:
– кратность полиспаста (для грейферного режима ).
Определяем общее передаточное число механизма:
Вращающий момент на быстроходном валу редуктора:
Вращающий момент на тихоходном валу:
По режиму работы (ВТ) и моменту на тихоходном валу () по 4 стр. 218 выбираем редуктор Ц2 – 1000 с параметрами:
Передаточное число редуктора: (расхождение с расчетным менее 1%);
Межосевое расстояние: .
Рис. 2.6 Габаритные и присоединительные размеры редукторов Ц2
Геометрические параметры редукторов Ц2 – 1000 мм
Рис. 2.7 Размеры конического быстроходного конца вала редуктора Ц2
Геометрические параметры быстроходного конца вала редуктора Ц2 – 1000 мм
Рис. 2.8 Размеры зубчатого тихоходного конца вала редуктора Ц2
Геометрические параметры зубчатого тихоходного конца вала редуктора Ц2 – 1000 мм
Проверка по консольной нагрузке:
Консольная нагрузка Н:
Максимальная консольная нагрузка на вал редуктора Ц2 (по 4 стр. 219):
8 Определение длины барабана
Рабочее число витков:
По 4 стр. 262 принимаем стандартный шаг нарезки:
Число запасных витков:
Число витков для закрепления каната:
Длина ненарезанного участка:
Длина нарезной части:
Округляем до стандартной:
Расстояние между нарезками:
Длина барабана при двойной нарезке:
Рис. 2.9 Размеры барабана
Следовательно – пропорции барабана нормальные расчет ведется только на сжатие.
9 Расчет стенки барабана на прочность
Выбираем сталь 55Л (по 3 стр 29 и 4 стр. 260) с параметрами:
Временное сопротивление разрыву: ;
Допускаемые напряжение для стали: .
Толщина стенки барабана должна превышать диаметр каната () следовательно принимаем:
10 Определение тормозного момента выбор тормоза и соединительной муфты
Статический момент при торможении:
Необходимый тормозной момент:
– коэффициент запаса для грейферного крана ().
Выбираем тормоз ТКГ – 500 тип толкателя ТГМ – 80 (по 4 стр. 284) с параметрами:
Рис. 2.10 Размеры колодочного тормоза ТКГ
Геометрические параметры тормозов ТКГ – 500 мм
Оставляем муфту подобранную в пункте 2.6 т.к. по всем параметрам включая тормозной момент и диаметр шкива она проходит.
Рис. 2.11 Компоновка лебедки механизма подъёма
Зазор между барабаном и двигателем составляет 305 мм что вполне удовлетварительно.
Рычажные ограничители грузоподъёмности срабатывают при повороте рычага 1 вокруг шарнира O под действием усилия N на блок A установленный на рычаге от нажатия S грузовых канатов вызванных весом предельного груза.
В ограничителе на Рис.2.12 портального крана предельное равновесие имеет место при или при когда канат касается блока E. В первом случае натяжение S вызывающее предельное значение возрастает с уменьшением вылета и угла обхвата блока A канатом что соответствует криволинейной ветви графика допустимой грузоподъёмности. Касание канатом блока E соответствует узловой точке графика грузоподъёмности; при дальнейшем уменьшении вылета угол обхвата блока A не изменяется и допустимая грузоподъёмность остается постоянной.
Рис. 2.12 Рычажный ограничитель грузоподъёмности портального крана
–Концевой выключатель;
– Груз ограничителя.
1 Определение числа и размера ходовых колес в одной балансирной тележке
Максимальная нагрузка на опору:
– коэффициент неравномерности распределения нагрузки ();
– количество опор крана.
Допускаемая нагрузка на колесо:
Число ходовых колес в балансирной тележке:
Принимаем число ходовых колес
Из нагрузки 200 – 250 кН на колесо принимаем рельс КР70 (по 4 стр. 326) с параметрами:
Площадь поперечного сечения рельса: .
Также принимаем двухребордное колесо (по 4 стр. 314) с диаметром колеса .
Рис. 3.1 Размеры рельса КР
Геометрические параметры кранового рельса КР70 мм
Рис. 3.2 Размеры двухребордного колеса
Геометрические параметры двухребордного колеса мм
Контактное напряжение между ободом колеса и плоской частью головки рельса:
– коэффициент учитывающий влияние касательной нагрузки ( – для кранов на открытых площадках);
– коэффициент динамичности пары колесо – рельс;
– коэффициент жесткости кранового пути ( – рельс на массивном фундаменте);
– номинальная скорость передвижения.
– коэффициент неравномерности распределения нагрузки по ширине рельса (при опирании крана на балансирные тележки);
– расчетная нагрузка колеса на рельс кН.
Допускаемые контактные напряжения при линейном контакте принимаются по 4 стр. 318 и для стали 40ХН и режима 6М .
2 Сопротивление передвижению крана на прямолинейном рельсовом пути
Коэффициент сопротивления движению:
– коэффициент трения скольжения в цапфах колес ();
– коэффициент учитывающий дополнительные сопротивления в ребордах и ступицах колес при перекосах ( для подшипников скольжения);
– коэффициент трения качения колеса ().
Сопротивление трения:
Суммарная площадь крана (площади снимались с чертежа общего вида при помощи программы AutoCAD 2010):
– наветренная площадь груза ( принимаем наветренную площадь грейфера);
– наветренная площадь хобота ();
– наветренная площадь стрелы ();
– наветренная площадь машинного отделения ();
– наветренная площадь противовеса ();
– наветренная площадь портала ().
Ветровая нагрузка на кран:
– распределенная ветровая нагрузка на единицу расчетной наветренной площади ().
– наветренная площадь груза ()
– наветренная площадь крана ()
Сила тяжести крана и груза с захватным устройством:
Сопротивление вызванное уклоном пути:
Сопротивление передвижению крана на прямолинейном рельсовом пути:
3 Суммарная статическая мощность электродвигателей
– КПД редуктора ( для редуктора ВК – 475);
– КПД открытой передачи ().
Суммарная статическая мощность электродвигателей:
4 Статическая мощность одного электродвигателя
– число электродвигателей.
5 Выбор электродвигателя механизма передвижения
По и по подбираем двигатель серии МТН 311 – 6 с параметрами (по 3 стр. 246):
С цилиндрическими концами валов.
Рис. 3.3 Размеры асинхронных крановых двигателей типа МТН
Геометрические параметры двигателя мм
Рис. 3.4 Размеры МУВП с тормозными шкивами.
6 Проверка электродвигателя на допустимую перегрузку
Момент на валу электродвигателя при пуске:
Допустимая перегрузочная способность электродвигателя:
Фактическая перегрузочная способность электродвигателя:
7 Общее передаточное число механизма
Частота вращения колеса:
Общее передаточное число механизма:
Для спроектированной компоновки и передаточного числа выбираем редуктор ВК – 475 с передаточным отношением . (8 9 стр. 333)
Рис. 3.5 Габаритные и присоединительные размеры редукторов ВК – 475
Геометрические параметры редукторов ВК – 475 мм
Передаточное число открытой передачи:
Компоновка одноступенчатая диаметр первой шестерни равен следовательно диаметр колеса:
Модуль открытой передачи принимаем следовательно число зубьев шестерни и колеса равно:
9 Проверка ходовых колес на отсутствие буксования
Суммарная нагрузка на приводные колеса:
– число приводных колес
Коэффициент сопротивлению движению без учета дополнительных сопротивлений от перекоса тележки с приводными колесами:
Сопротивления трения в неприводных колесах:
Сила инерции поступательно движущихся масс:
Для отсутствия буксования необходимо чтобы сила сцепления приводных колес с рельсом была больше тягового усилия на их ободе:
– коэффициент сцепления приводных колес с рельсом
10 Определение тормозного момента и выбор тормоза
Нагрузка ветра на кран:
– распределенная ветровая нагрузка.
Динамический момент при торможении:
Выбираем тормоз ТКГ – 200 тип толкателя ТГМ – 25 (по 4 стр. 284) с параметрами:
Рис. 3.6 Размеры колодочного тормоза ТКГ
Геометрические параметры тормозов ТКГ – 200 мм
11 Компоновка механизма передвижения
Рис. 3.7 Компоновка механизма передвижения
– Открытая передача;
– Соединительная шестерня.
12 Выбор предохранительных и вспомогательных устройств
Рельсовый захват наиболее распространенный тип противоугонного устройства портальных кранов. Конструкция рельсового захвата должна допускать закрепление крана на всем пути перемещения. Клещевые захваты имеют ручной или машинный привод. Ручные захваты имеют эксцентриситетовые губки. Винт стягивающий рычаги захватов расположен выше.
Рис. 3.8 Рельсовые захваты клещевого типа.
Буфера. Служат буфера для смягчения ударов об ограничительные упоры самих кранов и их перемещающихся элементов.
Деревянные буфера (из дуба бука или клена) применяются только при малых скоростях и грузоподъёмностях.
Рис. 3.9 Деревянный буфер
1 Определение момента сил сопротивления повороту
Максимальный грузовой момент действующий на кран:
Момент от силы тяжести создаваемый массой поворотной части относительно нижней опоры колонны:
– расстояние от центра тяжести поворотной части до оси вращения м;
– масса поворотной части т (из аналога).
– расстояние между опорами колонны м.
Суммарная нагрузка на передние колеса:
– коэффициент трения в цапфах колес ();
– диаметр цапфы мм ( из аналога);
– диаметр колес мм ( из аналога);
– коэффициент трения качения ();
– коэффициент учитывающий дополнительные сопротивления в ступицах конических колес ( для подшипников скольжения).
Сопротивление трения в верхней опоре
Момент сил трения в верхней опоре
– диаметр кругового рельса м (из аналога).
Сила тяжести поворотной части крана с грузом и грузозахватным устройством:
Момент сил трения в нижней опоре (пяте):
– средний диаметр радиального подшипника м ( из аналога);
– средний диаметр упорного подшипника м ( из аналога).
Момент от поворотной нагрузки на поворотную часть крана:
– распределенная ветровая нагрузка на единицу площади Па ();
– расстояния от центра парусности груза м ();
– расстояния от центра парусности хобота м ();
– расстояния от центра парусности стрелы м ();
– расстояния от центра парусности машинного отделения м ();
– расстояния от центра парусности противовеса м ().
Горизонтальная сила в результате отклонения грузовых канатов от вертикали:
– угол отклонения грузовых канатов от вертикали ().
Момент вызванный отклонением грузовых канатов от вертикали:
Момент сил сопротивления повороту:
Момент от крена при отклонении оси поворота от вертикали у портальных кранов сравнительно не велик и им можно пренебречь.
2 Определение потребной мощности электродвигателя
– КПД редуктора (для редуктора Ц2 );
– КПД открытой зубчатой передачи ().
Среднеквадратичное значение момента от ветровой нагрузки на поворотную часть крана:
Потребная мощность электродвигателя:
По и по подбираем двигатель серии МТН 412 – 6 с параметрами (по 8 стр. 220):
Рис. 4.1 Размеры асинхронных крановых двигателей типа МТН
3 Проверка двигателя на кратковременную допустимую перегрузку
– распределенная ветровая нагрузка на единицу площади Па ().
Максимальный момент сопротивления на валу электродвигателя:
4 Выбор редуктора и муфты предельного момента
Выбираем редуктор Ц2 – 500 (по 4 стр. 218) с параметрами:
Передаточное число редуктора: ;
Рис. 4.2 Габаритные и присоединительные размеры редукторов Ц2
Геометрические параметры редукторов Ц2 – 500 мм
Расчетная мощность подводимая к редуктору:
5 Расчет многодисковой муфты предельного момента
Момент на который рассчитана муфта
– передаточное отношение муфты ( т.к. муфта предельного момента вмонтирована в МУВП);
– КПД муфты ( т.к. муфта предельного момента вмонтирована в МУВП).
Радиусы определяющие площадь контакта между дисками:
Где – диаметр кожуха муфты мм.
Где – диаметр внутренней полости тормозного шкива МУВП мм.
Средний радиус на котором приложена сила трения между дисками
Задаемся материалом трущихся пар – Чугун-Чугун с параметрами:
Коэффициент трения между дисками: ;
Число трущихся пар: .
Необходимое усилие сжимающее диски:
– допускаемое удельное давление между тормозной обкладкой и металлическим диском при густой смазке ( по 4 стр. 276).
6 Определение тормозного момента выбор и расчет тормоза
Выбираем колодочный педальный тормоз на основе ТКГ – 300 диаметр шкива 300 мм с параметрами:
Рис. 4.3 Размеры колодочного педального тормоза
Геометрические параметры колодочного педального тормоза мм
7 Компоновка механизма поворота
Рис. 4.4 Компоновка механизма поворота
– Муфта предельного момента;
– Открытая коническая передача;
1 Определение грузовой устойчивости крана
Рис. 5.1 Схемы для определения грузовой устойчивости портального крана
– время торможения крана с.
Момент инерции груза:
Момент инерции поворотной части крана:
– масса стрелы т ().
Сила инерции поворотной части:
Момент от сил инерции портала:
Момент инерции центробежной силы:
Момент от центробежной силы:
– высота концевого блока стрелы м.
Общий момент инерции:
Ветровая нагрузка на груз:
– высота центра тяжести крана м ();
– высота центра тяжести груза м ().
Момент от силы тяжести крана:
Момент от силы тяжести груза:
Коэффициент грузовой устойчивости:
2 Определение собственной устойчивости:
Рис. 5.2 Схема для определения собственной устойчивости портального крана
– ветровая нагрузка нерабочего состояния Па.
В данном курсовом проекте на основе известного аналога крана "Ганц 5 – 30 – 105" была спроектирована конструкция портального крана и трех его механизмов: подъёма передвижения и поворота.
Анализ задания выявил частичное совпадение параметров аналога и проектируемого крана а также полное совпадение их конструкций. Спроектированный кран полностью отвечает всем требованиям заявленными в техническом задании в чем можно убедиться ознакомившись с приведенными расчетами и чертежами.
В сравнении с аналогом спроектированный кран несколько отстает по таким параметрам как скорость поворота перемещения а также по высоте подъёма и опускания груза хотя это отставание не является критическим:
)Скорость поворота ниже на что скажется на времени цикла однако скорость подъёмаопускания увеличена на что позволит уменьшить исходное время цикла.
)Механизм перемещения крана не является основным и это отставание можно не учитывать.
)Уменьшение высоты подъёма и опускания груза также не является существенным недостатком из - за двух обстоятельств: во - первых колебания уровня воды редко достигают более что делает высоту опускания груза более чем достаточной; и во – вторых то что на речном транспорте грузооборт сравнительно небольшой и высота штабеля ПГС вряд – ли превысит .
С другой стороны грузоподъёмность крана увеличена до что позволяет работать с массами подъёма недоступными для других кранов и это положительно скажется на производительности. Также увеличен максимальный вылет эта модификация позволит обрабатывать ранее недоступные суда или же сэкономить на причальной стенке использовав вместо вертикальной вертикально – откосную.
С экономической точки зрения спроектированный грейферный кран является выгодным по своим технико-экономическим показателям. Механизм подъёма обладает большими возможностями в механизме передвижения снижено количество колес.
Отсюда можно сделать вывод что новый кран является удачной модификацией аналога которая обладая уникальными возможностями будет конкурентно способна и найдет широкое применение в портах.
)Киселёв В.А. Захарцев В.П. Грузоподъемные машины и машины безрельсового транспорта: – Учебное пособие по курсовому проектированию – М.:Альтаир-МГАВТ. 2007.
)Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов. ПБ. 10-382-00 Москва 2000г.
)Справочник по кранам Под редакцией М.М. Гохберга. Т. 1 – Л. Машиностроение 1988.
)Справочник по кранам Под редакцией М.М. Гохберга. Т. 2 – Л. Машиностроение 1988.
)Шерле З.П. Каракулин Г.Г. Справочник механизатора речного порта – М.: Машиностроение 1980.
)Гаранин Н.П. Брауде В.И. Артемьев П.П. Грузоподъемные машины на речном транспорте.- М.: Транспорт 1981.- 246 с.
)Рачков Е.В. Силиков Ю.В. Подъемно-транспортные машины и механизмы – М.: Транспорт. 1989.
)Анфимов М.И. Редукторы. Конструкции и расчет. – М.: Машиностроение 1993. - 463 с.