Мостовой кран общего назначения

Введение

 

В проблеме осуществления научно-технического прогресса значительная роль отводится подъемно-транспортному машиностроению, перед которым поставлена задача широкого внедрения во всех областях народного хозяйства комплексной механизации и автоматизации производственных процессов, ликвидации ручных погрузочно-разгрузочных работ и исключения тяжелого ручного труда при выполнении основных и вспомогательных технологических операций.

Необходимым является увеличение производства прогрессивных средств механизации подъемно-транспортных, погрузочно-разгрузочных и складских работ. Современные поточные технологические и автоматизированные линии, межцеховой и внутрицеховой транспорт требуют применения разнообразных типов подъемно-транспортных машин и механизмов, обеспечивающих непрерывность и ритмичность производственных процессов. Поэтому подъемно-транспортное оборудование в настоящее время превратилось в один из основных решающих факторов, определяющих эффективность производства. Насыщенность производства средствами механизации трудоемких и тяжелых работ, уровень механизации технологического процесса определяют собой степень совершенства технологического процесса.

Правильный выбор подъемно-транспортного оборудования влияет на нормальную работу и высокую продуктивность производства. Нельзя обеспечить его устойчивый ритм на современной ступени интенсификации без согласованной и безотказной работы совре­менных средств механизации внутрицехового и межцехового транспортирования сырья, полуфабрикатов и готовой продукции на всех стадиях обработки и складирования.

Современные высокопроизводительные грузоподъемные машины, работающие с большими скоростями и обладающие высокой грузоподъемностью, являются результатом постепенного развития этих машин в течение долгого времени. Они непрерывно совершенствуются, поэтому возникают новые задачи по расчету, проектированию, исследованию и выбору оптимальных параметров машин, обеспечивающих высокие технико-экономические показатели и качество машин.

 

МОСТОВОЙ КРАН ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ

Общие сведения о мостовых кранах

Мостовым краном называется грузоподъемная машина, передвигающаяся по рельсам на некотором расстоянии от земли (пола) и предназначенная для внутрицехового и внутри - складского перемещения груза. Мостовые краны являются одним из наиболее распространенных средств механизации различных производств, погрузочно-разгрузочных и складских работ. Перемещаясь по путям, расположенным над землей, они не занимают полезной площади цеха или склада, обеспечивая в то же время обслуживание практически любой их точки. К мостовым кранам общего назначения относят краны, предназначенные для работы с разнообразными грузами и имеющие в качестве грузозахватных органов грузовые крюки. Эти краны, в отличие от кранов, снабженных специальными грузозахватными устройствами (грейферами, магнитами и т.д.), называют крюковыми кранами, которые согласно статистическим исследованиям составляют около 2/3 всех эксплуатируемых мостовых кранов. Кран общего назначения изображен на рис. 1.1.

Рисунок 1.1. Мостовой кран общего назначения

1 - подкрановый путь; 2 - колесо; 3 - концевая балка; 4 - гибкий кабель; 5 - вспомогатель­ный механизм подъема; 6 - главный механизм подъема; 7 – тележка; 8 – троллеи; 9 - пло­щадка для обслуживания троллеев; 10 - мост, 11 - механизм передвижения тележки; 12 - механизм передвижения крана; 13 - кабина.

Тележки мостовых кранов

Тележки мостовых кранов предназначены для подъема и перемещения груза. При помощи тележек груз передвигают вдоль пролета. Краны общего назначения изготавливают с четырьмя опорами.

Рама тележки имеет очень жесткую конструкцию. На ней располагается:

• механизм подъема;
• механизм передвижения;
• предмет для распределения тока;
• механизм безопасности.

Механизм безопасности обеспечивает нормальное передвижение и подъем грузов. К устройствам для безопасности относят предметы, которые ограничивают высоту подъема груза и грузоподъемность.

Также к безопасности относится такой механизм подъема, который автоматически отключается при подъеме груза на максимальную высоту, а так же при подъеме груза вес, которого превышает допустимый вес на 10%. На тележке фиксируют механизмы, измеряющие массу груза, а также линейку. На мосту крана устанавливают выключатели, которые ограничивают передвижение тележки в крайние направления.

Когда тележка подходит к крайнему положению, то линейка взаимодействует с выключателями и автоматически блокируется дальнейшее движение тележки.

Рисунок 1.2. Устройство тележки мостового крана

 

Тележки сконструированы так, что они имеют такое строение, которое позволяет им быть однобалочными и двухбалочными.

Механизмы на раме тележки расположены так, чтобы нагрузка на ходовые колеса была одинаковой. Для этого применяют при подъеме механизмы, которые имеют барабан с двумя нарезками разных направлений. Если в тележке используются механизмы главные и второстепенные, то конструкция главного подъема располагается так, чтобы при подъеме на нее была нагрузка больше, чем на второстепенный механизм. Ходовая часть тележки устроена так, чтобы одинаково распределить нагрузку на главные балки моста, а так же силы тяжести любого из поднимаемых грузов.

Вес тележки мостового крана составляет от 30 до 40% грузоподъемности крана. Тележка может быть оборудована дополнительными механизмами, к которым относятся:

• ограничители высоты подъема: отключают механизм при достижении максимально допустимой высоты подъема груза;
• грузоподъемности: отключают тележку при попытке подъема груза, масса которого превышает номинальную на 10%;
• линейка для ограничения передвижения тележки по пролету крана. Она работает совместно с концевиками, установленными на кране;
• буфера, ограничивающие передвижение тележки в случае выхода из строя концевых выключателей.

Передвигается тележка при помощи электропривода. На легких мостовых кранах иногда используются конструкции, управляемые вручную (лебедочные). Выбор типа телеки зависит от режима работы крана и его грузоподъемности.

 

Механизм подъема

Схема механизма подъема груза мостового электрического крана зависит от типа грузозахватного устройства; массы поднимаемого груза, высоты подъема, необходимых устойчивых скоростей подъема или опускания груза и т.п. Если в качестве грузозахватного устройства применяют грузовые крюки, петли, одноканатный грейфер и другие аналогичные устройства, то для подъема груза используют только один механизм (рис. 1.3). Этот механизм состоит из грузового каната 5, сбегающего с барабана 8 и огибающего блоки крюковой подвески 4, обводные блоки 6 и уравнительный блок 7, редуктора 9, снабженного тормозом 1, промежуточного вала 2 и приводного электродвигателя 3. Для соединения грузового крюка с канатом в механизмах подъема мостовых кранов используют нормальные и укороченные грузовые подвески. В нормальной подвеске крюк через гайку на хвостовике опирается на упорный подшипник, который посредством сферической шайбы передает усилие с крюка на траверсу. Траверса шарнирно закреплена в серьгах и защитных щитках, в верхней части которых неподвижно установлена ось с блоками для канатного полиспаста. В укороченной грузовой подвеске грузовой крюк и блоки канатного полиспаста размещены на общей траверсе. Укороченные подвески для кранов малой и средней грузоподъемности снабжаются удлиненными однорогими крюками, а для кранов большой грузоподъемности — пластинчатыми двурогими крюками. Для исключения возможности выпадения канатного стропа из зева крюка при подъеме и перемещении грузов крюк снабжают специальной защелкой. При зацеплении или снятии стропа защелку отводят в сторону тела крюка.

Рисунок 1.3. Схема механизма подъема груза

Свободные концы грузового каната крепят на грузовом барабане. При работе механизма подъема груза канат наматывается на барабан и огибает обводные блоки. При этом в канатах возникают напряжения растяжения от массы поднимаемого груза и дополнительные напряжения изгиба на блоках и барабане. Поэтому канаты должны обладать высокой прочностью и достаточной гибкостью.

 

 

Выбор кинематической схемы

Для данного механизма подъема с грузоподъемностью Q =20 т по таблице 2.1 определим кратность полиспаста.

Таблица 2.1 Рекомендуемые значения кратности полиспаста

Характер навивки каната на барабан	Тип полиспаста	при грузоподъемности, т
		до 1	2-6	10-15	20-30	40-50
Непосредственно	Сдвоенный	2	2	2;3	3;4	4;5
	Одинарный	1	2	-	-	-
Через направляющие блоки (стреловые, некоторые козловые краны)	Одинарный	1;2	2;3	3;4	5;6	-
	Сдвоенный	-	2	2;3	-	-

 

Выбираем кратность полиспаста и_п = 4. Схема запасовки для данной кратности полиспаста представлена на рисунке 2.1

Рисунок 2.1 - Кинематическая схема механизма подъема груза:

1 – электродвигатель; 2 – соединительная муфта; 3 – промежуточный вал; 4 – тормоз; 5 – редуктор; 6 – барабан; 7 – верхний блок; 8 - уравнительный балансир; 9 - канат; 10 - крюковая подвеска.

 

Выбор каната

Вес номинального груза и крюковой подвески равен

где  – масса груза,  – масса подвески.

Для полиспаста с u_n=4 имеются значения к.п.д. полиспаста h_n =0,96; число ветвей навиваемых на барабан Z_к.б. =2. Направляющие блоки в схеме отсутствуют, поэтому h_{н.б .}=1.

Максимальное статическое усилие S_max в канате:

где G – вес номинального груза и крюковой подвески, Н; Z_к.б. – число ветвей каната, навиваемых на барабан; u_n – кратность полиспаста; h _n – КПД полиспаста; h_{н.б .} – КПД направляющих блоков.

Выбираем тип каната ЛК-Р конструкции 6×19(1+6+6/6)+1о.с. ГОСТ 2688-80 (рисунок 2.3)

Рисунок 2.3 – Канат двойной свивки типа ЛК - Р6х19(1+6+6/6)+1 o.c ГОСТ 2688-80

 

K_зап= 6,0 для весьма тяжелого режима.

Проверяем условие – произведение максимального статического усилия в канате на коэффициент запаса прочности не должно превышать разрывного усилия каната в целом, указанного в таблице ГОСТа:

Выбираем канат с параметрами:

d_к=16,5 мм, с разрывным усилием, S_разр = 166 кН; маркировочная группа 1960 МПа.

Проверяем условие

где e – коэффициент, регламентируемый нормами Ростехнадзора и зависящий от типа машины и режима работы; e=35 для весьма тяжелого режима.

где  – глубина канавки блока.

 

Выбор двигателя

Предварительное значение КПД механизма примем .

Максимальна статическая мощность, которую должен иметь механизм в период установившегося движения при подъеме номинального груза:

Для кранов общего назначения мощность двигателя составит:

Примем электродвигатель МТН 412-6 (рисунок 2.5) со следующими характеристиками:

- мощность N_дв, кВт                                                                                         30;

- частота вращения вала n_дв, об/мин                                                                   960;

- масса m, кг                                                                                                    345;

- коэффициент полезного действия                                                            0,87;

- момент инерции ротора, кг*м²                                                                   0,63

- максимальный момент, МН                                                                        2,8

 

Рисунок 2.5. - Общий вид электродвигателя

Таблица 2.2 Габаритные, присоединительные размеры электродвигателя МТН 412-6

Размеры, мм
b1	b10	b11	d1 , d 2	d 5	d 10	d 20	d 22	d 24	d 25	h	h1	h10	h31	l1,l2	l11	l30	l31	l33
16	330	440	65	M42x3	28	350	18	400	300	225	10	25	525	140	510	781	165	926

Выбор передачи

Частота вращения барабана:

Требуемое передаточное число лебедки:

Принимаем редуктор 1Ц2У-355 (цилиндрический двухступенчатый редуктор) с параметрами: номинальный крутящий момент на выходном валу Т = 14000 Нм, КПД 0,98, масса 700 кг, передаточное число u =40, суммарное межосевое расстояние a = 355 мм, диаметр конца входного вала d = 55мм диаметр конца выходного вала d = 125мм (рисунок 2.6, 2.7).

Рисунок 2.6 – Общий вид редуктора 1Ц2У-355

 

Таблица 2.3 Габаритные, присоединительные размеры редуктора 1Ц2У-355

 

Редуктор	Aw т	Aw б	B	B 1	B 2	H	H 1	h	L	L 1	L 2	L 3	L 4	L 5	d
1Ц2У-355	355	225	435	280	360	740	375	35	1160	425	250	400	320	440	28

Рисунок 2.7 – Присоединительные размеры редуктора 1Ц2У-315

 

Таблица 2.4 Присоединительные размеры цилиндрических валов редуктора 1Ц2У-315

Редуктор	быстроходный вал				тихоходный вал
	d	l	b	t	d	l	b	t
1Ц2У-355	55m6	110	16	59	125m6	210	32	132

 

По условию передаточное число редуктора не должно отличаться от требуемого передаточного числа более чем на 15 %.

  - условие выполняется

Принимаем класс нагружения В4. Ему при заданной группе режима работы 6М соответствует класс использования А4. Коэффициент нагружения k=0,9.

Значение коэффициента переменности нагрузки:

Машинное время работы механизма t_маш = 12500 ч

Частота вращения тихоходного вала:

Число циклов нагружения на тихоходном валу редуктора:

Передаточное число тихоходной ступени редуктора предполагаем близким к значению .

Суммарное число циклов контактных напряжений зуба шестерни тихоходной ступени редуктора:

Принимаем базовое число циклов для типажных редукторов:

Определяем коэффициент :

Коэффициент долговечности:

Расчетный крутящий момент на тихоходном валу редуктора при подъеме номинального груза:

где:  КПД опор барабана;  максимальное статическое усилие, Н;  радиус барабана, м.

Эквивалентный момент равен:

По условию расчетный эквивалентный момент на тихоходном валу, не должен превышать номинальный крутящий момент на тихоходном валу по паспорту редуктора:

 – условие выполняется.

Угловая скорость двигателя

Передаточное число механизма:

где  – передаточное число редуктора;  – кратность полиспаста

Фактическая скорость движения груза при подъеме:

 

Выбор соединительной муфты

Для соединения валов двигателя и редуктора выбираем тип муфты - зубчатую с промежуточным валом. Такая муфта хорошо компенсирует возможные неточности монтажа и может передавать большие крутящие моменты. Диаметры концов валов d _дв =65 мм, d_{р. быстр}=55 мм. Выбираем типоразмер муфты: муфта 2-4000-65-2-600-2У2 ГОСТ 5006.. Данная муфта имеет параметры: Т_{м н} =4000 Нм, частота вращения не более 62 с^-1, J =0,15 Нм², масса не более 15,2 кг

 

Выбор тормоза

КПД двухступенчатого цилиндрического редуктора:

КПД всего механизма:

Статический крутящий момент при торможении, создаваемый весом номинального груза на валу, на котором устанавливается тормоз:

Расчетный тормозной момент:

где:  коэффициент запаса торможения, назначаемый Правилами ГГТН в зависимости от режима работы ;

По данному значению тормозного момента подбираем тип тормоза ТКГ – 300 с Т_{т р}= 800 Н*м

Рисунок 2.8 Тормоз типа ТКГ

Таблица 2.5 Габаритные, установочные размеры тормоза ТКГ – 300

	H	F	D	K1	K2	h	b	c	d
ТКГ-300	554	230	300	250	250	240	80	150	22

 

Выбор колес

Используя значение , выбираем колесо диаметром:

Типоразмер рельса с выпуклой головкой – Р24 ГОСТ 6368-82.

По диаметру колеса выбираем стандартные колесные установки; приводную колесную установку К2Р (рисунок 3.2): D = 320 мм; d_ц =70 мм; B = 80 мм; z_реб =2. Форма поверхности катания – цилиндрическая. Тип подшипника – роликовый радиальный сферический двухрядный с симметричными роликами.

 

 

Рисунок 3.2 – Колеса крановые типа К2Р (ГОСТ 3569)

 

Таблица 3.1 Размеры крановых колес на угловых буксах

Размеры, мм
D	D1	B	B1	d	d1	d2	L	S
320	360	80	120	70	120	275	120	20

 

Выбор подтележечного рельса

Выбираем рельс RH-70 ГОСТ 4121-76 с выпуклой головкой. Значение b=70 мм.

Проверим соотношение ширины дорожки катания колеса В и головки рельса b:

В- b=80-70=10 мм, что не меньше нормы, определенной для тележечного двухребордного колеса.

 

Выбор двигателя

Необходимую мощность определяют по формуле:

где: предварительное значение КПД механизма;  кратность средне пускового момента двигателя по отношению к номинальному (принимаем );

 скорость передвижения тележки, м/с.

Выбираем двигатель МТF 112– 6 (рисунок.3.3).

Рисунок 3.3. Электродвигатель МТF 112– 6

Таблица 3.2 Технические характеристики кранового электродвигателя МТF 112– 6

Тип двигателя	Напряжение статора, В	Ток статора, А	Номинальная мощность, кВт	Номинальная частота вращения вала, об/мин	КПД, %	Коэффициент мощности Cosφ	Отношение пускового момента к номинальному
MTF 112-6	210	14,7	5,0	925	75	0,65	2,6

 

Таблица 3.3 Габаритные размеры кранового электродвигателя МТF 112–6

Тип двигателя	Исполнение по способу монтажа	l10, мм	l11, мм	l30, мм	l31, мм	l33, мм	Масса, кг
MTF 112-6	IM1001	235	285	623,5	135	-	99,5
	IM1001-1	235	285	623,5	135	-	99,5
	IM1002	235	285	623,5	135	713	100
	IM2001	235	285	623,5	135	-	100,5
	IM2002	235	285	623,5	135	713	101

 

Электродвигатель имеет следующие параметры:

 

Выбор передачи

Частота вращения колеса равна:

где:  диаметр колеса, м;  скорость передвижения тележки, м/с.

Требуемое передаточное число механизма равно:

Выбираем редуктор ВКУ-500М с параметрами: передаточное число u =14, Номинальный крутящий момент на тихоходном валу, 3320 Н.м (ПВ=40%) суммарное межосевое расстояние a = 500 мм, диаметр конца входного вала d =40 мм, d2 =65мм (рисунок 3.4).

 

Рисунок 3.4 Редуктор ВКУ - 500

Таблица 3.4 Основные размеры редуктора ВКУ-500

Редуктор	Awт	Awп	Awб	A	A1	B	B1	H	H1	H2	L	L1	L2	L3	L4	L5	d	h
Редуктор крановый ВКУ-500М	200	160	140	240	70	360	320	475	160	40	840	505	85	200	305	310	17	30

 

 

 

Рисунок 3.5 Присоединительные размеры редуктора ВКУ - 500

Таблица 3.5 Присоединительные размеры редуктора ВКУ-500

Редуктор	быстроходный вал (конический)						тихоходный вал (цилиндрический)
	d	d1	l	l1	b	t	d2	l2	b1	t1
Редуктор крановый ВКУ-500М	40	М24х2,0	110	82	10	20,95	65	105	18	69

Определяем эквивалентный момент на тихоходном валу редуктора Тр.э. Аналогично механизму главного подъема примем для группы режима6 принимаем класс нагружения В4 и класс использования А4. При этом .

Коэффициент переменной нагрузки находим по формуле:

Частота вращения тихоходного вала редуктора равна частоте вращения колеса

Число циклов нагружения на тихоходном валу редуктора находим по формуле:

Передаточное число тихоходной ступени  

Суммарное число циклов контактных напряжений зуба шестерни тихоходной ступени:

Базовое число циклов контактных напряжений:

Коэффициент срока службы находим по формуле:

Коэффициент долговечности равен:

Угловая скорость вала двигателя:

Номинальный крутящий момент на валу электродвигателя равен:

где:  мощность двигателя, Вт.

Максимальный момент двигателя:

где:  кратность максимального момента .

Расчетный крутящий момент на тихоходном валу редуктора:

Расчетный эквивалентный момент:

Т_{р.э =}1370 Нм  Т = 3320 Нм, следовательно, редуктор ВКУ-500 соответствует требованиям прочности и кинематики механизма

 

Выбор муфт

По диаметрам концов соединяемых валов выбираем муфты: для быстроходного вала - зубчатую муфту 1 – 1000 – 40 – 2 – 40 – 2 – 2 У2 ГОСТ 5006 – 83; для тихоходного вала - зубчатую муфту 1 – 1000 – 40 – 2 – 40 – 2 – 2 У2 ГОСТ 5006 – 83.

Параметры муфты на быстроходном валу:

Параметры муфты на тихоходном валу:

Выбор тормоза

Сопротивления передвижению тележки создаваемые уклоном:

Сопротивления передвижению тележки создаваемые инерцией:

Сопротивления передвижению тележки создаваемые трением:

Момент, создаваемый уклоном:

Момент, создаваемый инерцией:

Момент, создаваемый силами трения:

где:  радиус ходового колеса, м;  КПД механизма на участке кинематической цепи «приводное колесо - тормоз».

Расчетный тормозной момент механизма  при работе крана в закрытом помещении определяют при движении без груза под уклон в предположении, что реборды колес не задевают за головки рельсов:

Расчетный тормозной момент тормоза равен  т.к. тормоз в механизме один.

Выбираем тормоз типа ТКГ-160 (см. рис.3.6).

Рисунок 3.6. Тормоз серии ТКГ

Таблица 3.6. Основные размеры тормоза

200	72	202	160	415	144	495	355	263		140
					d
90	90	70	120	120	13	32	30,30		6	6

 

Тормоз ТКГ-160 имеет следующие параметры:

Выбор тормозного шкива

По диаметру конца вала двигателя и требуемому диаметру шкива выбираем стандартный тормозной шкив ТКГ-160 (рисунок 3.7.).

Рисунок 3.7. Тормозной шкив серии ТКГ-160

Шкив имеет следующие параметры:

Список литературы

1. Алексеев Ю. В., Богословский А.П. Крановое электрооборудование. – М.: Энергия, 1979.

2. Казак С.А. Курсовое проектирование грузоподъемных машин. М.: Высшая школа, 1989.

3. Костин В. Ф. Металлургические грузоподъемные машины. – Магнитогорск: ГОУ ВПО МГТУ, 2007.

4. Краузе Г. Н., Кутилин Н. Д. Редукторы: Справ. пособие. – Санкт- Петербург: Машиностроение, 1972.

5. Руденко Н.Ф., Александров М.П. и Лысяков А.Г. Курсовое проектирование грузоподъемных машин. – М.: Машиностроение, 1971.

6. Руденко Н.Ф. и Руденко В.Н. Грузоподъемные машины. Атлас конструкций. М.: Машиностроение, 1970.                            

 

Введение

 

В проблеме осуществления научно-технического прогресса значительная роль отводится подъемно-транспортному машиностроению, перед которым поставлена задача широкого внедрения во всех областях народного хозяйства комплексной механизации и автоматизации производственных процессов, ликвидации ручных погрузочно-разгрузочных работ и исключения тяжелого ручного труда при выполнении основных и вспомогательных технологических операций.

Необходимым является увеличение производства прогрессивных средств механизации подъемно-транспортных, погрузочно-разгрузочных и складских работ. Современные поточные технологические и автоматизированные линии, межцеховой и внутрицеховой транспорт требуют применения разнообразных типов подъемно-транспортных машин и механизмов, обеспечивающих непрерывность и ритмичность производственных процессов. Поэтому подъемно-транспортное оборудование в настоящее время превратилось в один из основных решающих факторов, определяющих эффективность производства. Насыщенность производства средствами механизации трудоемких и тяжелых работ, уровень механизации технологического процесса определяют собой степень совершенства технологического процесса.

Правильный выбор подъемно-транспортного оборудования влияет на нормальную работу и высокую продуктивность производства. Нельзя обеспечить его устойчивый ритм на современной ступени интенсификации без согласованной и безотказной работы совре­менных средств механизации внутрицехового и межцехового транспортирования сырья, полуфабрикатов и готовой продукции на всех стадиях обработки и складирования.

Современные высокопроизводительные грузоподъемные машины, работающие с большими скоростями и обладающие высокой грузоподъемностью, являются результатом постепенного развития этих машин в течение долгого времени. Они непрерывно совершенствуются, поэтому возникают новые задачи по расчету, проектированию, исследованию и выбору оптимальных параметров машин, обеспечивающих высокие технико-экономические показатели и качество машин.

 

МОСТОВОЙ КРАН ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ