Проектирование мостового крана

Санкт-Петербургский  государственный политехнический  университет

Институт  металлургии, машиностроения и транспорта

Кафедра «Транспортные  и технологические системы»

 

 

 

 

Загаба Б.А.

 

ПРОЕКТИРОВАНИЕ МОСТОВОГО КРАНА

 

ТТС.КП13ЗБ.0000

 

Пояснительная записка 

к курсовому  проекту

по дисциплине «Грузоподъемные машины»

 

 

Направление подготовки: 190000 «Наземные  транспортно-технологические комплексы»

Специальность: 190205 «Подъемно-транспортные, строительные и дорожные машины и  оборудование»

 

 

 

 

Группа 4045/2

 

Руководитель                                                                        В.С. Бурлуцкий

 

 

Допущен к защите:                                                «     »                  2013г            

                                                                

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2013 г.

 

РЕФЕРАТ

Курсовой  проект 44 с., 9 рис., 6 черт.

 

 

МОСТОВОЙ КРАН, ПОЛИСПАСТ, КАНАТ, ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, РЕДУКТОР, МУФТА, ТОРМОЗ, МЕХАНИЗМ ПОДЪЕМА, МЕХАНИЗМ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ, МОСТ.

 

 

 

Цель работы – проектирование мостового крана

Произведен расчет механизмов подъема и передвижения. Выбраны электродвигатели, тормоза, муфты, редукторы. Использован сдвоенный полиспаст кратности 4. Основная балка – металлическая конструкция, листовая, сварная.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ 5

1. Расчёт механизма подъёма 6

1.1. Выбор типа и кратности полиспаста 6

1.2. Расчёт и выбор каната 7

1.3. Определение параметров барабана и блоков 7

1.4. Выбор грузозахватного устройства 9

1.5. Выбор двигателя по статической мощности 9

1.6. Определение числа оборотов барабана и передаточного числа механизма подъема 10

1.7. Выбор редуктора 10

1.8. Выбор тормоза 11

1.9. Выбор муфты 11

1.10. Определение времени пуска и торможения 12

1.11. Компоновка привода 13

2. Проверочные расчеты элементов механизма подъема 14

2.1. Проверочный расчет крепления каната к барабану 14

2.2. Проверка оси барабана 16

2.3. Проверка подшипников качения 18

2.4. Проверка соединения барабан-редуктор 20

3. Расчёт механизма передвижения тележки 22

3.1.  Определение массы тележки 22

3.2. Выбор ходовых колёс и расчёт их на контактную долговечность 22

3.3. Определение сопротивления передвижению 24

3.4. Нахождение статической мощности 25

3.5  Выбор мотор-редуктора 25

3.6. Выбор тормоза 26

3.7. Определение времени пуска и торможения 26

3.8. Определение запаса сцепления ходовых колёс с рельсами 27

3.9. Проверка отсутствия проскальзывания при работе тележки 28

4. Расчёт механизма передвижения крана 30

4.1.  Определение массы крана 30

4.2. Выбор ходовых колёс и расчёт их на контактную долговечность 30

4.3. Определение сопротивления передвижению 33

4.4. Нахождение статической мощности 33

4.5. Выбор мотор-редуктора 34

4.6. Выбор тормоза 34

4.7. Определение времени пуска и торможения 35

4.8. Определение запаса сцепления ходовых колёс с рельсами 35

4.9. Проверка отсутствия проскальзывания при работе крана 37

5. Расчет моста крана 39

Заключение 42

Список используемой литературы 43

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Целью данного курсового проекта является проектирование мостового крана.

Задачами данного проекта  являются:

выполнить:

• общие расчеты и компоновку крана в целом;
• расчеты и проектирование механизма подъема;
• расчеты и проектирование механизма передвижения тележки;
• расчеты и проектирование механизма передвижения крана;
• проектирование грузовой тележки;
• проектирование и  расчет сечения моста крана.

 

1. Расчёт механизма подъёма

1.1. Выбор типа и кратности полиспаста

Для мостового крана выбираем сдвоенный полиспаст, а=2. Выбор полиспаста следует осуществлять по рекомендуемому натяжению каната:

                                                                                             (1.1)

 

S_к≤50 кН

где Q – грузоподъёмность крана, т; g – ускорение свободного падения, м/с²; m – кратность полиспаста; η_п  - КПД полиспаста; η_бл  - КПД   канатных блоков.

Согласно [3, с., 271] для блоков с подшипниками качения и углом обхвата блока канатом 180° η_бл = 0,98, a КПД полиспаста определяется по формуле

 

Примем кратность  полиспаста m=4, _бл=0,98, тогда КПД полиспаста:

 

Тогда, натяжение в канате будет определяться по формуле

 

Таким образом, выбираем сдвоенный  полиспаст кратности m=4(рис. 1.1.).

 

 

Рис. 1.1. Схема полиспаста

1.2. Расчёт и выбор каната

Выбор каната производится по величине разрывного усилия каната в целом Fo:

                                              ,                                              (1.2)

 

где - наибольшее натяжение ветви каната; - минимальный коэффициент запаса прочности каната.

Согласно группе режима работы механизма подъема 5М[3, стр. 250]: .

Тогда:

 

С использованием справочных данных [3, стр. 246-247] выбираем канат двойной свивки типа ЛК-O, 6х19 проволок с одним органическим сердечником, ГОСТ 3077-80 со следующими параметрами:

 .

1.3. Определение параметров барабана и блоков

Согласно  [3, стр. 244] где e – коэффициент выбора диаметра барабана. В соответствии с [3, стр. 250] для режима работы 5М       е =30;

Минимальный диаметр блоков и уравнительного блока , огибаемых стальным канатом, определяется по формулам [1, стр. 13]:

                                             (1.3)

где -диаметр каната; - коэффициенты выбора диаметров соответственно блока и уравнительного блока, согласно группе режима работы механизма подъема  5М [1, стр. 13]: .

Подставив значения в получаем:

 

 

 

Окончательно  принимаем : ; ; 290 мм;

Длина барабана L определяется по следующей зависимости(рис. 1.2.)

                                              ,                                        (1.4)

где – длина реборды (принимаем конструктивно =30 мм, обычно ); – расстояние между нарезанными частями барабана (принимаем конструктивно  А=150мм, обычно ); L_раб - длина рабочей части барабана.

Рис. 1.2. Схема барабана

Длину рабочей части барабана можно  определить по следующей формуле:

                                  ,                                   (1.5)

где  а – тип полиспаста ; h- высота подъёма груза; m- кратность полиспаста;

t- шаг навивки;

 

 число запасных витков  ;

число витков, занятых креплением.

Подставив числовые значения, получаем:

 

Тогда

 

Принимаем L=1090 мм.

L_бар/D_бар=2,64 - отношение длины к диаметру барабана получилось менее 3,5, а в таком случае надо проверить барабан только на сжимающие напряжения.

Проверка  стенок барабана на сжатие производится по формуле:

                                          

                                   (1.6)

где – напряжения сжатия; -допускаемы напряжения на сжатие; - толщина стенки.

Барабан изготовлен из стали Сталь 20 для рабочего режима 5М              =140 МПа [3., стр. 260].

Таким образом, выражая толщину стенки барабана и подставляя численные значения, получаем:

 

 

Принимаем толщину стенки барабана

Основные параметры барабана, полученные в процессе расчета:

 , L_бар=1090 мм, δ_ст =10 мм; ; 290 мм;

 

1.4. Выбор грузозахватного устройства

В качестве грузозахватного  устройства выбираем укороченную крюковую подвеску с однорогим кованным или штампованным крюком. Заготовка крюка №19 типа Б: Заготовка крюка 19Б ГОСТ 6627-74                [3, стр. 336-338].

Рассчитаем массу подвески по формуле:

 

где - грузоподъемность.

Тогда, вес груза на канатах  – G₀:

 

1.5. Выбор двигателя по статической мощности

Определим мощность двигателя  по формуле:

                                                                                           (1.7)

 

где - грузоподъемность; - скорость подъема; - КПД механизма.

КПД механизма:

                                                                                     (1.8)

где - КПД барабана, [3, стр. 271]; - КПД редуктора,  [3, стр. 237] – для цилиндрической зубчатой передачи в масляной ванне; -КПД муфты, [3, стр. 238]; - КПД полиспаста, = 0,97 [см.  п. 1.1.].

 

Подставив значения, получим:

 

 

 

 

Учитывая ПВ=25% , выбираем крановый асинхронный двигатель переменного тока с фазным ротором MTKH 412-6 [2, стр. 242]:

; b_дв=422 мм – диаметр наружной поверхности корпуса двигателя.

1.6. Определение числа оборотов барабана и передаточного числа механизма подъема

Определим скорость вращения барабана по формуле:

                                            (1.9)

Передаточное число определим  по формуле:

                                                                             (1.10)

1.7. Выбор редуктора

 

Минимальное межосевое расстояние, обеспечивающее возможность компоновки элементов механизма подъема:

                                    D,                                  (1.11)

где D – допускаемый зазор; D=50…100 мм, принимаем D=50 мм.

Таким образом, минимальное  межосевое расстояние, обеспечивающее возможность компоновки элементов  механизма подъема:

 

Определим момент на тихоходном валу редуктора по формуле:

                                 (1.12)

Выбор редуктора производится по следующим критериям:

| u_факт – u_расч | ® min

a_wфакт ≥ a_wmin

M_{тих факт} ≥M_{тих расч}

Выбираем горизонтальный цилиндрический двухступенчатый редуктор Ц2-500 со следующими характеристиками: u=25; M_тих=30 кН·м; a_w=500 мм.

Произведем расчет действительной скорости подъема:

 

 

 

 

Отклонение действительной скорости подъема от номинальной составляет ∆=.

1.8. Выбор тормоза

 

Выбор тормоза осуществляется по тормозному моменту:

                                                                            (1.13)

где K_T- коэффициент запаса торможения, зависящий от группы режима работы. В нашем случае для группы 5М К_Т=1,75 [3, стр.396].

Подставим численные значения:

 

Таким образом, с учетом ПВ=25%, выбираем тормоз ТКГ-300 с тормозным моментом М_Т=800 Нм и настраиваем на расчетный тормозной момент М_Т=574 Нм.

1.9. Выбор муфты

 

Муфты выбираются в зависимости от передаваемого  вращающегося момента и условий  работы по формуле:

                                    

,                                    (1.14)

где  -расчетный вращающий момент, - коэффициент запаса прочности, - действующий вращательный момент, - допускаемый (табличный) вращающий момент, который способна передать муфта.

                                                (1.15)

В общем случае , где - коэффициент, учитывающий степень ответственности соединения ( =1,8), - коэффициент режима работы ( =1,2), - коэффициент углового смещения, который должен учитываться в соответствии с ГОСТ 5006-83, для втулочно-пальцевых муфт =1. [3, стр. 305]

 

 

 

Выбираем втулочно–пальцевую муфту с тормозным шкивом                [3, стр. 308] (D_Т=300мм)  и с допускаемым вращательным моментом 1000Нм; J_m=1,5 кг*м².

1.10. Определение времени пуска и торможения

 

Проверку двигателя по времени пуска при подъёме  груза выполняют по следующей формуле:

 

                                           (1.16) 

 

где

 

 

.

Для двигателей переменного тока:

 

                                     ,                                  (1.17)

 

где – максимальный момент ротора двигателя,        [2, стр. 242] .

Подставим числовые значения и получим:

 

 

1.11. Компоновка привода

 

В ходе раздела 1 были выбраны  следующие элементы механизма подъема:

1. Барабан с параметрами 435х1090 мм;
2. Крановый асинхронный двигатель переменного тока с фазным ротором  MTKH 412-6;
3. Редуктор цилиндрический крановый Ц2-500;
4. Тормоз ТКГ-300;
5. ВПМ с тормозным шкивом (D_Т=300мм) и с допускаемым вращательным моментом 1000Нм.

На рис. 1.3 представлена компоновка механизма подъема.

 

 

Рис. 1.3 Компоновка механизма подъема

 

2. Проверочные расчеты элементов механизма подъема

2.1. Проверочный  расчет крепления каната к  барабану

В качестве крепления каната к барабану выберем накладки (с каждой стороны) с двумя шпильками и трапецеидальной формой канавок: