Мостовой кран, дипломный проект

Содержание

1. Введение ______________________________________________________

2. Аналитический обзор____________________________________________

3. Исследовательский раздел________________________________________

4. Конструкторский раздел_________________________________________

4.1. Расчет механизма подъема груза ______________________________

4.2. Расчет механизмов передвижения крана________________________

4.3. Расчет металлоконструкции мостового крана____________________

4.6. Электрическая часть_________________________________________

5. Технологический раздел_________________________________________

6. Техника безопасности и охрана труда______________________________

7. Экономический раздел __________________________________________

8. Заключение____________________________________________________

9. Список литературы _____________________________________________

1.Введение

Подъемно-транспортные машины и механизмы являются основными средствами механизации и автоматизации погрузо-разгрузочных работ во всех отраслях промышленности и сельского хозяйства.

В связи с интенсификацией технологических процессов, доля времени на подъемнотранспотные операции значительно возросла. Резкое повышение производительности труда, которое крайне необходимо во время перехода экономики на новые условия развития и управления, может быть достигнуто путем механизации и автоматизации подъемно-транспортных и установочных операций, которые менее автоматизированы, чем технологические.

Подъемно-транспортные машины (ПТМ) весьма металлоемки, и следовательно требуют большого количества материальных и трудовых затрат, поэтому необходимо создать мало металлоемкие, совершенные, надежные и рациональные конструкции. Проектированием, подбором и установкой подъемно-транспортных машин заняты инженерно-технологические работники не только в узко специализированных организациях и предприятиях, но и в самых различных отраслях промышленности.

Подъемно-транспортное оборудование является неотъемлемой частью практически любой схемы механизации любого производственного процесса, в каждой отрасли экономики. Поэтому подъемно-транспортные машины представляют исключительный методический интерес как объект проектирования при подготовки инженеров и конструкторов-машиностроителей широкого профиля.

Конечной целью проектирования, разработки, внедрения и применения подъемно-транспортных машин является ликвидация ручных погрузо-разгрузочных работ и исключение тяжелого труда при выполнении основных и вспомогательных операций.

Аналитический обзор

Мостовыми называются краны, у которых грузоподъемный механизм расположен на тележке, перемещающейся по подвижной пролетной конструкции — мосту, а мост передвигается по рельсам, расположенным на подкрановых балках, опирающихся на консоли колонн здания или колонн специальной эстакады. Мостовые краны используются практически во всех сферах промышленной деятельности человека. Монтажные схемы мостовых кранов допускают их использование, как в закрытых помещениях, так и на открытых местностях при любых условиях окружающей среды. Это обстоятельство способствует тому, что они широко используются на складах, заводах различного профиля и таможенных терминалах.

Их недостатком является то, что они привязаны к зданию или эстакаде и не могут работать без пути, поднятого над обслуживаемой поверхностью; положительно в их конструкции то, что они используют строительную высоту здания.

Классификация мостовых кранов

1. Радиальный кран

Радиальный кран, вращающийся относительно одной из своих опор, имеет длину пролета, равную радиусу R кольцевой рабочей площадки, которую он обслуживает. Ось вращения моста закреплена на опоре, смонтированной в центральной части рабочей площадки и прикрепленной к потолку здания. Тележка предназначена для обслуживания той площади кольца, которая меньше площади кольца радиусом R с учетом тех расстояний, на которые тележка не может подходить к ходовой ведущей тележке, перемещающейся по кольцевому рельсу, к опоре.

2. Хордовый кран.

Хордовый кран так же, как и радиальный, перемещается по одному кольцевому рельсу. Ходовые колеса закреплены на ходовых тележках, несимметрично расположенных относительно балок моста. Тележка моста предназначена для обслуживания меньшей площади кольца при том же радиусе R, как у радиального крана.

3. Поворотный кран

Поворотный мостовой кран имеет длину моста крана, равную 2R диаметра кольцевого рельса. Тележка, перемещаясь по балкам моста, обслуживает большую площадь, чем радиальный кран, так как может поднимать грузы в центре рабочей площадки. В этом кране ходовые тележки перемещаются в противоположные стороны при повороте моста относительно центра окружности кольцевого рельса. Ходовые колеса так же, как и в других кранах, имеют оси, ориентированные по радиусу кольцевой площадки.

4. Кольцевой кран

Кольцевой кран перемещается по двум кольцевым рельсам с радиусом R min и R max. Пролет моста крана L= R max - R min. Для обеспечения движения колес наружной и внутренней ходовых тележек без скольжения ходовые наружные и внутренние колеса выполняют с разными диаметрами или частотой вращения, пропорциональной радиусам R min и R max.

5. Магнитные краны

Магнитные краны предназначены для подъема и транспортирования ферромагнитных материалов (скрапа, стружки, листового и профильного проката, изложниц для разливки стали и т.д.) Эти краны снабжены грузовыми электромагнитами, подвешиваемыми на крюковой подвеске или траверсе (на гибком или жестком подвесе), расположенной в продольном или поперечном направлении относительно моста. Грузоподъемность магнитных кранов составляет от 5 до 40 т, скорость подъема 1420 м/мин. Наиболее распространенными являются металлоконструкции с листовыми одностенчатыми главными балками и вспомогательными фермами, а также двухблочные коробчатые конструкции, обладающие высоким сопротивлением усталости. Магнитный кран состоит из моста с механизмом передвижения, одной или двух тележек с механизмом подъема и передвижения, подъемных магнитов и кабины, подвешиваемой к металлоконструкции моста. Механизмы передвижения этих кранов и их тележек не имеют отличий по сравнению с механизмами мостовых кранов общего назначения. В последнее время все большее распространение получают механизмы передвижения кранов с разделенным приводом каждой стороны моста.

6. Однобалочные мостовые краны

Кран однобалочный используется при небольших объемах грузопотока как на открытом воздухе (при температурах от –40 до +40 Со), так и в закрытых помещениях. Универсальная конструкция мостового крана способствует его широкому применению в промышленной сфере, а также при подъеме и перемещении грузов весом от 1 до 10 тонн.

В зависимости от типа привода различают однобалочные мостовые краны с ручным и электрическим приводом. В ручных подвесных мостовых кранах (ГОСТ 707580 и ГОСТ 741380) в качестве механизмов подъема применяют подвесные цепные тали. Однобалочный опорный мостовой кран состоит из моста, выполненного в виде двутавровой балки, опирающейся на две концевые балки, ручного механизма передвижения, приводимого в движение цепью, и ручной тележки с цепным приводом. Грузоподъемность этих кранов до 5т, пролет до 11.4 м. Однобалочные мостовые краны с электрическим приводом разделяются на опорные и подвесные. Грузоподъемность опорных кранов до 5 т, пролет до 25.5 м. Грузоподъемность однобалочных подвесных мостовых кранов до 5 т., пролет до 34.8 м. Краны грузоподъемностью до 5 т оборудуются электроталями, управляемыми с пола. На кранах большей грузоподъемности устанавливаются обычные механизмы подъема мостовых кранов опорной конструкции и управляются с неподвижной или подвижной кабины. Скорость передвижения кранов, управляемых с пола, не превышает 0.53 м/с; скорость передвижения кранов, управляемых с кабины, достигает 1м/с. В качестве несущей балки однобалочных кранов подвесной конструкции применяют, как правило, двутавр. В необходимых случаях несущую балку усиливают вертикальной шпренгельной конструкцией и горизонтальной фермой. Балки подвешивают к ходовым кареткам, которые перемещаются по подкрановым двутавровым направляющим. Половина опорных кареток - приводные. Стыковку несущих балок соседних пролетов осуществляют с помощью специальных замков, предотвращающих переход тележки на соседний полет при открытом замке. Подвесные мостовые краны существенно легче опорных мостовых кранов той же грузоподъемности. К тому же они позволяют использовать практически всю полезную площадь производственного помещения.

7. Двухбалочные мостовые краны

Кран двухбалочный находит свое применение в строительных, ремонтных работах, а также в металлургической и машиностроительной промышленности, то есть в отраслях, где требуется поднимать и перемещать тяжелые грузы при больших объемах грузопотока.

В зависимости от типа привода различают двухбалочные мостовые краны с ручным и электрическим приводом. Мостовые краны бывают с коробчатыми, сплошностенчатыми главными балками, с решетчатыми главными и вспомогательными балками. Наиболее распространены мостовые краны с коробчатыми главными балками. Такой кран представляет собой конструкцию, состоящую из балочного или ферменного моста, опирающийся на поперечные концевые балки, в которых закреплены ходовые колеса, приводимые во вращение механизмом передвижения крана. Мост перемещается по подкрановым путям (вдоль цеха), уложенным на подкрановые балки, опирающиеся на колонны здания. Механизм передвижения моста состоит из электродвигателя и редуктора, установленных в середине пролета, и длинного вала, соединяющего редуктор с ходовыми колесами. У кранов большой грузоподъемности применяют индивидуальные приводы ходовых колес. По рельсам, уложенным вдоль моста крана, передвигается грузовая тележка с расположенной на ней грузоподъемной лебедкой и механизмом передвижения тележки. Для того чтобы грузовой крюк крана при подъеме и опускании не имел поперечного перемещения, применяется уравнительный блок, а грузоподъемный канат запасовывается двумя концами с противоположных торцов барабана. Управление мостовыми кранами осуществляется из кабины крановщика, располагаемой в большинстве случаев у края моста. Тихоходные краны могут иметь управление с пола.

При грузоподъемности мостовых кранов 15 т. и выше применяют две грузоподъемные лебедки — основную и вспомогательную для подъема легких грузов с большей скоростью.

Питание крана электроэнергией осуществляется через главные троллеи, расположенные вдоль подкрановой балки. Для обслуживания их на мосту крана имеется площадка. Крановые решетчатые мосты изготовляют с помощью ручной сварки, а сплошностенчатые автоматической или полуавтоматической сварки. Тележка представляет собой конструкцию, состоящую из сварной рамы, одного или двух механизмов подъема, механизма передвижения. Механизмы передвижения, как правило, выполняются по схеме с тихоходным валом. Передача электроэнергии двигателям механизмов мостовых кранов осуществляется двумя способами: с помощью гибкого подвесного кабеля на катучих поддержках (шторная подвеска кабеля) или посредством троллей, натянутых вдоль подкранового пути и по мосту крана, и токосъемников, укрепленных на мосту и на грузовой тележке. Питание механизмов тележки осуществляется с помощью специальных токоведущих шин троллеев или гибкого кабеля. Грузоподъемность мостовых двухбалочных кранов общего назначения Q=5…500 т.

Кроме того, в зависимости от монтажной схемы мостовых кранов, можно выделить: кран подвесной и кран опорный. Кран подвесной при монтаже крепится к нижним опорам кранового пути, а кран опорный монтируется на металлические конструкции, которые, в свою очередь, прикреплены к стенам здания.

Мостовые краны обычно изготовляются с грузоподъемным крюком, реже — с одноканатным или двухканатным грейфером, с магнитной плитой и со штабелирующим устройством. Грузоподъемный механизм грейферных мостовых кранов состоит из двух лебедок, работающих как совместно, так и порознь.

Приведенные различия в основном касаются исполнения мостовых кранов общего назначения. Имеются также разнообразные конструкции мостовых кранов специального назначения.

В настоящее время изготовляются мостовые краны грузоподъемностью до 500 т и пролетами до 40—50 м. Скорость рабочих движений: подъем груза — до 60 м/мин, передвижение тележки—10—50 м/мин и передвижение моста — 40—150 м/мин. Высота подъема мостовых кранов определяется высотой расположения подкрановых путей над обслуживаемой площадкой и канатоемкостью барабана.

Ограничители перекоса

Правилами Госгортехнадзора предусмотрено оборудованы козловых кранов и мостовых перегружателей ограничителями пере коса. При передвижении кранов, в особенности кранов больших пролетов, к которым относятся козловые краны и мостовые перегружатели, возникает забег одной опоры крана относительно другой опоры и, следовательно, перекос пролетного строения крана. Причин движения кранов c перекосом существует много. Главными из них являются монтажный перекос ходовых колес в горизонтальной ши скости относительно продольной оси крана, неравенство сил conpотивлений передвижению опор крана, ассиметрия в распределении масс крана относительно продольной оси (в направлении передвижения крана), неравенство коэффициентов жесткости характеристик приводных двигателей и случайные пробуксовки приводных крановых колес.

Образование перекоса крана проходит две стадии: стадию свободного перекоса, когда пролетное строение поворачивается в пределах свободного зазора между головками рельсов и ребордами ходовых колес; стадию упругого перекоса, когда после соприкосновения реборд хотя бы двух колес c головками рельсов увеличение з бега опор происходит вследствие упругой деформации пролетного строения и опор крана. B кранах малого пролета упругий перекос мал по сравнению c предельным свободным перекосом? в кранах c большими пролетами основным видом перекоса является упругий.

Движение крана c перекосом сопровождается рядом отрицательных явлений: повышенным изнашиванием ходовых колес, повышенным уровнем нагрузок на металлоконструкцию крана и крановые рельсы, а в некоторых случаях заклиниванием крана или сходом колес c рельсов. Нормальная работа кранов больших пролетов невозможна, если в конструкции крана и его системе управления не предусмотрены средства для стабилизации движения при перекосе либо для периодического выравнивания крана после образования критического забега опор. Ограничители перекоса осуществляют аварийную автоматическую остановку крана при недопустимом перекосе, их устанавливают на козловых кранах и мостовых перегружателях любых пролетов. Ha кранах больших пролетов (более 100 м), кроме этого, устанавливают системы визуального контроля перекоса и системы автоматической стабилизации бесперекосного движения крана.

Перекос в ограничителях перекоса или в системах стабилизации бесперекосного движения измеряют двумя способами: измерением разности путей, проходимых двумя опорами крана, и измерением упругой деформации пролетного строения или опор крана.

Первый способ является более предпочтительным, так как между перекосом пролетного строения и забегом опор существует однозначная зависимость. Определение разности путей, проходимых опорами крана, производится измерением углов поворота двух холостых колес противоположных опор крана (или специальных измерительных роликов) либо измерением расстояний, проходимых опорами крана от упоров, установленных в конце рельсового пути. B последнем случае используется дискретный способ измерения пути.

Для этого вдоль рельсового пути c обеих сторон крана на равных расстояниях друг от друга устанавливают реперы, а на ходовых тележках крана — импульсные датчики перемещения. Перекос определяют по разности импульсов, получаемых c двух сторон крана. Ограничители перекоса предотвращают работу крана c опасными забегами опор, но не устраняют этот забег. Уменьшить забег опор до минимума возможно только при использовании системы автоматической стабилизации бесперекосного прямолинейного движения крана, которые применяют на козловых кранах больших Пролетов и мостовых перегружателях.

Электрическая часть

4.4.1. Выбор привода и принципиальное решение по системе управления

Повышение требований к крановым приводам массового применения ставит задачи значительного улучшения их технико-технологических показателей без существенного увеличения стоимости и усложнения эксплуатации. Основными направлениями решения указанной задачи являются применение средств полупроводниковой техники в традиционных системах в целях повышения коммутационной устойчивости контакторноконтрольной аппаратуры и реализации более рациональных режимов регулирования и торможения электроприводов с динамическим торможением самовозбуждения. В которых применен неуправляемый диодный мост. Для данного механизма подъема выбран электропривод с магнитными контроллерами серии ТСА. Магнитные контроллеры (понели управления) серии ТСА применяются при управлении асинхронными двигателями с фазным ротором с резисторами в цепи ротора. Контроллеры ТСА имеют цепи управления на переменном токе. Данный электропривод с динамическим торможением, самовозбуждением имеющим жесткие характеристики в режиме спуска. Данный электропривод применяется и в механизмах передвижения. Один из недостатков данного привода является ступенчатое регулирование скоростей.

4.4.2. Описание работы типовой схемы магнитного контроллера ТСА

Для механизма подъема используется электропривод с магнитными контроллерами серии ТСА.

Типовая схема магнитного контроллера типа ТСА обеспечивает автоматический разгон, реверсирование, торможение и ступенчатое регулирование скоростей. При использовании для управления асинхронными двигателями магнитных контроллеров типа ТСА характеристики электропривода близки характеристикам контроллера типа Кс.

Контроллер типа ТСА имеет четыре положения при подъеме и спуске груза, которые дают возможность получать соответствующее количество механических характеристик.

На крайних положениях ротора двигателя остается лишь малое ограничивающее сопротивление и двигатель работает при скорости подъема или опускании груза близкой к номинальной. Кроме реверсирующих К1 и КТ2 и линейного КМ2 в схеме предусмотрен контактор КМ1, обеспечивающий получение характеристики однофазного торможения при спуске грузов. Ступени резисторов в цепи ротора выводятся с помощью контакторов ускорения КМ4КМ7 и контактора противовключения КМ3. При подъеме на первом положении производится подъем с малой скоростью, на третьем осуществляется первая ступень разгона электродвигателя. Последние две ступени пуска осуществляются автоматически под контролем реле КТ1 и КТ2. На положениях обеспечивается регулирование скорости в режимах противовключения на первом и втором положениях и однофазного торможения на третьем положении, когда все ступени резисторов выведены, производится спуск с наибольшей скоростью. Во избежании подъема на положениях торможения противовключения, двигатель при прямом ходе командоконтроллера включается только на третьем положении однофазного торможения, когда подъем исключен. Схема однофазного торможения собирается при включении контакторов КМ1 и КТ2 в цепи статора и контакторов ускорения КМ4 в цепи ротора. Для исключения одновременного включения контакторы однофазного торможения КМ1 и противовключения КМ3, а также контакторы направления попарно механически сбалансированы. Чтобы не получилось недопустимо большой скорости на третьем положении, можно сразу обеспечить включение первого или второго положения спуска, нажав на педаль SA. В схеме с помощью контактора КМ8 предусмотрено включение электромагнитного тормоза YA для обеспечения механического торможения до полной остановки. В контроллере предусмотрено включение выключателей положения SQ1 и SQ2.

Максимальная и нулевая защита выведены на защитную панель. Значительную роль выполняет блокировочное реле КТ1. Через его замыкающие контакты включаются катушки контакторов, переключающих сопротивление роторной цепи, что способствует главному пуску привода при резком переводе командоконтроллера из нулевого положения в 4 положение. Катушка контактора КМ8 также включается через замыкающие контакты КТ1, благодаря чему катушка электромагнитного тормоза YA получает питание лишь после включения одного из контакторов в цепи статора КТ1, КТ» или КМ1.

Кроме того реле КМ8 обеспечивает дополнительное электрическое торможение вала двигателя при установке командоконтроллера в нулевое положение. Длительность торможения определяется временной выдержкой реле РБ.

Технологический раздел

5.1 Причины отказов механизма и организация ремонта ПТМ

Повреждения и неисправности возникают в результате нарушения инструкции по обслуживанию, эксплуатации и безопасности, перегрузок при работе, несвоевременной регулировки тормозов и недостаточной смазки. Результат: повышается износ, увеличиваются зазоры, возрастают динамические нагрузки, детали выходят из строя.

Наиболее частые неисправности: износ валов, втулок, осей, зубчатых передач, подшипников, плохая балансировка тормоза, неправильная сборка зубчатых передач, ослабление креплений, срыв пальцев в МУВП, течь масла.

Выход из строя валов вызывается трещинами или изломами, скручиванием, изгибом, износом шеек, цапф, шпоночных пазов, шлицов. Все это возникает при превышении нагрузок. Риски и задиры то недостаточной или плохой смазки. Шейки и цапф при износе меняют форму: круглую на овальную. Подшипники скольжения в канатоблочной системе изнашиваются из-за плохой смазки, неправильной установки вследствие чего появляются трещины и изломы на кольцах, нарушаются посадки, ломаются сепараторы.

В наличии в редукторах периодического стука, сильного равномерного шума, нагрева подшипников обусловлено неправильной сборки зубчатых колес с забоинами на колесах, неплотностью и эксцентричностью посадки колес на валах. Шум вызывается плохой смазкой, неправильной установкой подшипников и защемление тел качения. Ослабление узлов крепления редукторов ухудшает условия работы всех механизмов. Редуктор при работе вибрирует, нарушается соостность валов, разбалтываются болтовые и шарнирные соединения, ломаются лапы электродвигателей. Несоостность, возникающая в результате недостаточной центровки, приводит к преждевременному выходу из строя валов, подшипников и соединительных муфт.

Неудовлетворительная балансировка тормозного шкива приводит к дополнительным нагрузкам на валы и подшипники редукторов, что вызывает вибрацию механизма при вращении. При износе шкива тормоза возникает овальность и конусность, поверхности колодки неплотно прилегают к шкиву, тормозной момент не реализуется. Перекос может возникать из-за неправильной установки тормоза на раме или из-за дефектов изготовления. Опасным является пробуксовывание, то есть тормоз не держит груз, это вызывается не правильной регулировкой, большой выработкой колодок, неправильной установкой по отношению к шкиву и засаливание тормозной поверхности.

Перетирание канатов происходит из-за неправильной запасовки, то есть при работе канаты прикасаются друг с другу и к металлоконструкции, особенно при закручивании каната. Закручивание происходит при однократной запасовки, большой длине крюковой подвески, при большой жесткости каната, при жестком закреплении конца каната в клиновой втулке. Перетирание происходит при выходе каната из ручья блока. Это бывает, если отогнулась ограждение или канат плохо натянут (косо) по отношению к блоку, а также при спадании каната с барабана. Обрывы каната происходят из-за естественного износа, отсутствие смазки, перегрузки при работе, механических или коррозионных повреждений, некачественного закрепления каната. При заклинивании подшипника канат скользит по блоку, вырабатываются ручьи и реборды.В металлоконструкции образуются вмятин и погнутости, разгрузки, монтаже, при неправильной установки в транспортном положении. Металлоконструкция должна быть окрашена, иначе быстро коррозирует.

Экономический раздел

Из результатов исследования путей снижения металлоемкости тележки можно сделать вывод, что тележку с облегченной рамой и навесным редуктором механизма подъема можно рекомендовать для промышленного производства в настоящее время.

Преимуществами новой тележки является:

повышение точности выверки узлов механизма подъема, ликвидацию сборки методом горячего монтажа;

простота конструкции соединения вала барабана с редуктором;

уменьшение габаритов и массы конструкции (удельная металлоемкость рассматриваемой тележки снижена на 46%, коэффициент термоемкости на 6% увеличен).

В данной части дипломного проекта произведен расчет экономического эффекта от внедрения в производство новой мало металлоемкой конструкции тележки.

7.2. Вывод

В соответствии с производственными расчетами можно сделать вывод, что запуск в производство тележки с облегченной рамой и навесным редуктором обеспечит не только снижение металлоемкости на 46% и трудоемкости сборки, но и будет иметь место интегральный экономический эффект в размере 23498,9 руб. от производства и эксплуатации одной тележки.

Цена мало металлоемкой тележки составит 41413,4 руб, в то время как цена существующего аналога составляет 65000 руб, и как следствие снизятся эксплуатационные затраты с 16138,7 руб до 11495,3 руб.

Данные результаты подтверждают необходимость промышленного освоения тележки.