Среднечасовая интенсивность на участках K2-C2, K5-C7-K6 определяется количеством складских тар по формуле:

, (3.18)

где - масса -х грузов в одном складском поддоне, кг;

Среднечасовая интенсивность на участках C2-К3, C2-K4 определяется количеством складских тар с необработанными заготовками:

,

Среднечасовая интенсивность грузопотока на участке К3-СЗ-ТО(ток)-С4-К4 определяется количеством транспортно -- технологических тар, . В потоке только незавершенные изделия.

; (3.19)

где - масса i-х грузов в одном транспортно-технологическом поддоне, кг.

время, отводимое ежедневно на профилактику и диагностику оборудования ГПМ, ч. Примем Тпп равным 5% от продолжительности смены. Для трех смен Тпп = 3 * 8 * 0.05 = 1.2 ч.

Участок комплектации работает в 2 смены, а станки в 3. Поэтому, надо за две смены заготовить количество поддонов, которое обеспечит непрерывную обработку деталей на станках.

Выбранные в данной работе фрезерные станки ИР320ПМФ4 имеют собственные пристаночные накопители (4 шт/станок). Одновременно на заданном количестве станков (23 шт) может находиться спутника.

Если не учитывать наличие пристаночных накопителей, то среднечасовая интенсивность грузопотока на участке К4-С5-ТО(фрез)-С6 определялась бы массой i-ых грузов на столах-спутниках по формуле:

; (3.20)

где - масса i-ой детали, - количество заготовок на спутнике, - количество спутников на транспортной таре.

Разделим поток на две части (и), учитывая возможность полной занятости пристаночных накопителей станков. Введем обозначение: -максимальное число спутников, помещающееся на пристаночных накопителях всех станков цеха.

Тогда:

Среднечасовая интенсивность грузопотока на участке ТО(фрез)-К4 (возврат на перекомплектацию):

Среднечасовая интенсивность грузопотока на участке С6-К4 (возврат на перекомплектацию):

,

3.4 Определение параметров склада

3.4.1 Определение общей вместимости склада

Общая вместимость склада (число складских грузовых единиц) определяется по формуле

, (3.21)

где - число поддонов соответственно с заготовками и готовыми деталями, находящихся одновременно на складе; - число мест на складе, необходимых для хранения оборотного задела заготовок в транспортно-технологической таре; коэффициент, учитывающий необходимость хранения инструмента, приспособлений, технологической оснастки, пустой тары и т.п.

Число мест на складе для поддонов с заготовками определяется по формуле

, (3.22)

где - нормативный срок, в течение которого склад должен бесперебойно снабжать заготовками производственный участок;

Число мест на складе для поддонов с готовыми деталями определяется по формуле

, (3.23)

где - нормативный срок хранения готовых деталей на складе;

Число мест на складе, необходимых для хранения оборотного задела заготовок в транспортно-технологической таре, определяется максимальной величиной этого задела

, (3.24)

где - разница в режимах сменности работы ГПМ и ОК

= 115

3.4.2 Определение размеров стеллажного склада

Схема ячейки бесполочного стеллажа приведена на рис. 3.4:

Рис.3.4 Ячейка бесполочного стеллажа

Высота яруса стеллажа определяется по формуле:

, (3.25)

где Н₁ - высота поддона без учета высоты его ножек в мм; h₁ - высота ножек поддонов в мм; мм; е - расстояние по высоте от верха нижнего поддона до низа опорной поверхности в мм; е = 100 мм

мм

Длина ячейки вдоль стеллажа определяется по формуле

, (3.26)

где В- ширина поддона в мм; - зазор между поддоном и стойкой стеллажа в мм; мм;- толщина стоек стеллажа в мм; мм

мм

Ширина ячейки стеллажа

, (3.27)

где L- длина поддона в мм; а = 50 мм

мм

Длину и высоту стеллажа определим из следующих соотношений

где y - число ячеек по длине стеллажа; z - число ярусов по высоте стеллажа; h_н - расстояние по вертикали от уровня пола до опорной поверхности для грузовой единицы первого яруса в м;

h_н = 0,5 - 0,75 м

Решая систему уравнений ,

получаем z = 5, y =32

 мм

мм

Таким образом, стеллаж удовлетворяет параметрам цеха (высота цеха равна 9 м).

3.5 Определение параметров автоматических транспортных устройств

3.5.1 Выбор складского автоматического стеллажного крана - штабелера

Складской автоматический стеллажный кран - штабелер выбирается из приложения 2 [6, стр. 51] по грузоподъемности и высоте подъема грузозахвата.

Выбираем кран - штабелер типа PCК-1000. (Высота подъема груза H=6.6 м. Грузоподъемность Q=1.0 т.)

Необходимое число кранов - штабелеров определяется по формуле

, (3.28)

где - потребная производительность складского крана - штабелера; t_ц - среднее время цикла складского крана - штабелера при приеме - выдаче грузов; K_t - коэффициент использования крана - штабелера во времени в течении смены в мин; K_t = 0,6 - 0,8

Потребная производительность складского крана-штабелера:

Время цикла автоматического крана - штабелёра определяется по формуле

, (3.29)

где t_х - время горизонтального перемещения в с; t_y - время вертикального перемещения грузозахвата в с; - постоянное дополнительное время в с.

, (3.30)

, (3.31)

где l - длина горизонтального перемещения в м; h - длина вертикального перемещения в м; рабочие скорости соответственно по горизонтали и по вертикали в м/с; - средние ускорения по горизонтали и по вертикали в ;; lg - длина пути на доводочной скорости по горизонтали и по вертикали в

с

с

где - время выдвижения грузозахвата в с;

с

величина выдвижения грузозахвата в м; ; V₃ - скорость выдвижения грузозахвата в м/с

- время подъема и опускания грузовой единицы на доводочной скорости в с;

с

- время срабатывания приборов автоматического управления и корректирования положения относительно точки позиционирования в с; с

Таким образом, получаем

Тогда

Количество кранов - штабелеров

3.5.2 Выбор транспортного робота

Потребное число транспортных роботов для обслуживания гибкого участка зависит от числа перемещений тар с заготовками и деталями со станка на станок в течение заданного промежутка времени, т.е. от маршрута обработки деталей на технологических модулях и числа обрабатываемых грузовых единиц.

Число транспортных роботов определяется по формуле:

(3.32)

где - среднее время цикла транспортного робота при перемещении с (i-1)-й на i-ю позицию при последовательной обработке деталей в мин; К - число адресов доставки грузовых единиц на производственном участке; - коэффициент использования транспортных роботов по времени; ; n - число поддонов в транспортной партии.

Среднее время цикла транспортного робота при перемещении с (i-1)-й на i-ю позицию определяется по формуле:

(3.33)

где - средняя длина перемещении с (i-1)-й группы станков на i-ю в м; - скорость движения робота в м/с; - среднее ускорение транспортого робота в ;; - длина пути на доводочной скорости в ; - время загрузки и разгрузки транспорного робота.

Среднее время цикла транспортного робота, обслуживающего фрезерные станки:

;

Среднее время цикла транспортного робота, обслуживающего токарные РТК:

;

Таким образом,

число транспортных роботов, обслуживающих фрезерные РТК:

;

число транспортных роботов, обслуживающих токарные РТК:

;

3.6 Компоновка участка

Последним этапом этой части бакалаврской работы являлась разработка компоновочного решения автоматизированного участка механообработки. Для выбора оптимального решения предлагалось сделать минимум два варианта.

Вариант №1. Станки в основном расположены по ширине участка. Четыре фрезерных станка расположены между колоннами. Соблюдены минимальные расстояния между стеной участка и станками (900 мм). Общая длина 89550 мм.

Вариант №2. Станки расположены по длине участка (кроме одного фрезерного комплекса) в четыре ряда. Расстояния между станками минимизированы. Расстояния между стеной участка и станками 900 мм. Общая длина 80960 мм.

Как видно из сравнения, лучшим вариантом компоновки оказался вариант №2. (Меньше общая длина участка и больше коэффициент использования производственной площади)

Окончательные параметры участка:

L=80.96 м

B=24.00 м

H=9.00 м

Рис.3.5 Вариант №1 компоновки участка

Рис.3.6 Вариант №2 компоновки участка

4. Проектирование мостового крана

В данной главе приведён расчёт основных параметров мостового крана, который установлен на спроектированном в главе 3 автоматизированном участке механообработки зубчатых колес.

Крюковые краны предназначены для подъема и перемещения грузов на складах и производственных помещениях, специальные краны.

Параметры, характеризующие условия применения кранов:

а) температура окружающего воздуха - от минус 40°С до плюс 40°С (другие параметры температур согласовываются с заказчиком);

б) относительная влажность воздуха - не более 80% при температуре 20°С;

в) высота над уровнем моря - не более 1000 м;

г) для кранов, работающих на открытом воздухе, допускается скорость ветра для рабочего состояния - не более 14 м/с, а для нерабочего - не более 27 м/с.

Остальные климатические факторы внешней среды для районов с умеренным климатом - по ГОСТ 15150-69.

Мостовые электрические краны являются унифицированными балочными машинами. Механизмы и металлоконструкции их состоят из отдельных узлов, блоков, представляющих собой отдельные сборочные единицы, обеспечивающие возможность быстрой сборки всех частей крана. Узлы механизмов, в основном, однотипны для всех кранов.

На рис.4.1 приведена схема мостового крана.



Рис.4.1. Схема проектируемого мостового крана

В соответствии с заданием на бакалаврскую работу кран имеет следующие характеристики:

§ грузоподъемность Q=10 т;

§ пролет L=12 м;

§ высота подъема h=10 м;

§ группа режима работы 4К;

§ род тока переменный 380 в.

Характеристика механизмов:

Наименование механизма	Группа режима работы	ПВ, %	Скорость, м/мин или об/мин
Механизм подъёма	4М	40	15
Механизм передвижения тележки	3М	40	36

4.1 Расчет механизма подъёма

Принимаем следующую схему механизма подъёма (рис.4.2.)



Рис.4.2. Схема механизма подъёма

1 - редуктор; 2 - двигатель; 3 - барабан

Для механизмов подъема, расположенных на тележке, целесообразно располагать двигатель и барабан с одной стороны от редуктора. В этом случае компоновка получается более компактной.

4.1.1 Выбор типа и кратности полиспаста, расчет и выбор каната, определение размеров барабана и блоков

Выбор каната производится по величине разрывного усилия каната в целом:

, (4.1)

где S_max - наибольшее натяжение ветви каната; Z_P - минимальный коэффициент использования каната (минимальный коэффициент запаса прочности каната).

Коэффициент запаса принимается в соответствии с группой режима работы механизма. В соответствии с заданием на бакалаврскую работу группа режима работы механизма подъема 4М (по ГОСТ 25835). Эта группа соответствует группе М6 по ИСО 4301/1. [8, стр.8]

Следовательно, Z_P = 5,6. Наибольшее натяжение ветви каната

, (4.2)

где Q - грузоподъемность крана, Q=10 т;

g - ускорение свободного падения; g?10 м/с²;

m - кратность полиспаста;

а - число полиспаста;

з_пол - КПД полиспаста.

Для кранов мостового типа с тележками обязательно применение сдвоенных полиспастов. (рис.4.3)

Рис. 4.3. Схема сдвоенного полиспаста

Применение такого типа полиспастов обеспечивает постоянство давлений на опоры барабана во время подъема или спуска груза, а соответственно и равномерную загрузку металлоконструкции моста по обоим рельсам. Также в конструкции сдвоенного полиспаста присутствует уравнительный блок, который предназначен для выравнивания длины ветвей каната при их неравномерном вытягивании.

Таким образом, выбираем полиспаст сдвоенный кратностью m=2.

Определим КПД полиспаста:

, (4.3.)

где t-количество обводных блоков; t=0.

Коэффициент полезного действия канатных блоков при угле обхвата и при использовании подшипников качения можно принять .[10, стр. 271]

Получаем, что

.

Разрывное усилие каната вцелом:

.

Выбираем канат двойной свивки типа ЛК-Р, 6Ч19 с одним органическим сердечником, ГОСТ 2688-80, ш16,5 мм, маркировочная группа 1666 МПа (170 кгс/мм²), F₀ не менее 147,5 кН.[10,стр. 246]

Рис. 4.4. Сечение каната

Минимальный диаметр по дну канавки барабанов D_б, блоков D_бл и уравнительных блоков D_у.бл, огибаемых стальными канатами, определяется по формулам:

, (4.4)

, (4.5)

, (4.6)

где d_к - диаметр каната; h₁, h₂, h₃ - коэффициенты выбора соответственно барабана, блока и уравнительного блока [8, стр.8].

Получаем:

,

,

.

Принимаем

Рабочее число витков нарезки барабана рассчитывается по формуле

(4.7).

где Н - высота подъема крюка.

Подставляем все значения в формулу (4.7). Получаем:

Принимаем 16.

Общее число витков:

, (4.8)

где - число запасных витков; - число витков, занятых креплением.

Таким образом, .

Шаг навивки каната

(4.9)

Длина нарезанной части барабана:

(4.10)

Длина гладкой части барабана:

. (4.11)

Длина центральной части барабана:

. (4.12)

Общая длина барабана:

(4.13)

Рис.4.5 Расчетная схема барабана

Рекомендуется, чтобы выполнялось условие . В этом случае барабан выбирают из расчета только на сжатие.

В нашем случае . Условие выполняется.

Для изготовления барабана возьмем сталь ВМСт3сп: для группы режима 4М, МПа [10]

При отношении значение следует уменьшать; .

Так как уменьшаем на 5 %, [10, стр.260]. Таким образом, МПа.

Приближенно толщину цилиндрической стенки барабана можно определить по формуле [11, стр.120]:

, (4.14)

мм

Влияние деформации стенки и каната учитывается коэффициентом

, (4.15)

где - толщина стенки барабана, принимается равной ; - модуль упругости стенки барабана, для сварных стальных барабанов;- модуль упругости каната, для шестипрядных канатов с органическим сердечником.

Окончательная толщина стенки определяется по формуле [11, стр.121]:

, (4.16)

Принимаем:

Расчет барабана на сжатие выполняется по формуле

, (4.17)

где - коэффициент снижения нагрузки под влиянием деформаций каната и стенки барабана; n -число слоев навивки слоев каната. При однослойной навивке каната

Выполним проверку барабана на сжатие:

, проверка выполняется.

4.1.2 Определение КПД механизма, потребной статической мощности и выбор двигателя

Статическая мощность двигателя N, кВт, при подъеме груза G₀ со скоростью v_п. равна

, (4.18)

где з_мех - общий КПД механизма подъема, равный

, (4.19)

где з_ред - КПД редуктора, з_ред = 0,96 [10,стр. 216]; з_б - КПД барабана, з_б = 0,98, з_п - КПД полиспаста, з_пол = 0,99, з_бл - КПД блока, .

Подставляя значения в выражение (4.19), получаем

.

Таким образом,

.

По табл.II.1.11[9,стр 240] c учетом ПВ = 40% и статической мощности, выбираем двигатель типа МТF 412-6:

об/мин; КПД = 85.5 %; М_мах = 932 Н·м; N =30 кВт; момент инерции J_р = 0,675 кг·м²; m=345кг.

4.1.3 Определение числа оборотов барабана, передаточного числа механизма подъема и момента на тихоходном валу

Число оборотов барабана барабана n_б , об/ мин,

. (4.20)

Передаточное число лебедки

(4.21)

Вращающий момент на тихоходном валу определяется по формуле:

 (4.22)

По табл. V.1.43 [10, стр.218] выбираем редуктор типа Ц2-500: u=40; М_Т =21,2 кН·м при n_б=16.

Но при дальнейшей компоновке механизма подъема межосевого расстояния 500 мм редуктора Ц2-500 недостаточно, поэтому, для увеличения этого расстояния выбираем Ц2-650, с межосевым расстоянием 650 мм.

Ц2-650: u=40; М_Т =42,5 кН·м

4.1.4 Выбор тормоза и муфты

Тормоз выбирают по тормозному моменту М_т, нужному для удержания неподвижно висящего груза, с коэффициентом запаса торможения k_т

. (4.23)

Для группы режима 4М работы механизма примем .

Таким образом,

.

По табл. V.2.20 [10, стр.284] выбираем тормоз типа ТКГ-300 D_Ш = 300 мм; М_т =800 Н·м.

Муфту выбираем в зависимости от передаваемого вращающего момента и условий работы по формуле

, (4.24)

где М_р - расчетный вращающий момент;

k - коэффициент запаса прочности;

, (4.25)

- коэффициент, учитывающий степень ответственности соединения;

- коэффициент режима работы;

- коэффициент углового смещения;

Подставляем значения коэффициентов в формулу (4.25):

М_к - действующий вращающий момент; действующий (табличный) момент, который способна передавать муфта.

. (4.26)

Таким образом,

.

Используя полученные значения, по табл. V.2.41 [10, стр.308] выбираем втулочно-пальцевую упругую муфту ОСТ 24.848.03-79, номинальный вращающий момент для которой М_к =1000 Н·м; тормозной момент М_т =420 Н·м; момент инерции J_м = 1,5 кг·м²; m=43 кг .

4.1.5 Проверка выбранного двигателя и тормоза

Проверку двигателя по времени пуска t, с при подъеме груза выполняют по формуле

, (4.27)

где - моменты инерции ротора двигателя и тормозной муфты, кг ·м²; Q₀ и G₀ - масса (кг) и вес (Н) груза; скорость подъема, м/с; n_дв в об/мин; - средний пусковой момент двигателя, Н·м;

М_н - номинальный момент двигателя, Н·м;

(4.28)

ш - кратность среднего пускового момента двигателя, ш = 1,5.

Время пуска соответствует рекомендациям [10,стр. 397 ] (t_п=1…2 c.)

Время торможения t_т, при спуске груза находим по формуле:

, (4.29)

Время торможения также соответствует рекомендациям [10, стр.397] (t_тt_п)

4.2 Расчет механизма передвижения тележки

4.2.1 Выбор диаметра ходовых колес и их расчет на контактную долговечность

Приближенно масса тележки с колесным приводом передвижения может быть определена по формуле [8, стр. 9]:

, (4.30)

где Q - грузоподъемность крана,т.

.

Выбираем число колес тележки: (по 2 приводных и по 2 холостых).

Нагрузка на каждое колесо:

(4.31)

Ходовые колеса крановых тележек обычно изготавливают двухребордными [3,стр.311].

По табл. V.2.47 [10, стр.319], выбираем диаметр D дорожки катания колеса. Принимаем D=25 см.

Соответствующий тип рельса с выпуклой головкой Р24 ГОСТ 6368-82.

Напряжения в контакте обода колеса и рельса с выпуклой головкой 10, стр.320:

, (4.32)

где К- коэффициент, зависящий от отношения радиуса закругления головки рельса к диаметру колеса 10,cтр.320;

- коэффициент, учитывающий влияние касательной нагрузки на напряжения в контакте; в закрытом помещении, при , 10, стр.320;

-коэффициент динамичности пары колесо - рельс:

, (4.33)

где - коэффициент, зависящий от жесткости кранового пути (рельсы на металлических балках) 10, с.320;

;

Подставляя все значения в формулу (4.32), получаем:

Эти напряжения не должны превышать допускаемые напряжения при приведенном числе оборотов колеса N за срок службы:

, (4.34)

где -допускаемые напряжения при N, МПа.

Для изготовления колес тележки выбираем Сталь 45 ГОСТ 1050-74. Тогда МПа.

Приведенное число оборотов колеса за срок службы:

, (4.35)

где - коэффициент приведенного числа оборотов; =0,16

- полное число оборотов колеса за срок службы, определяемое по формуле:

, (4.36)

где D-диаметр колеса, см;D=25 см; -усредненная скорость передвижения колеса, м/с, определяемая по формуле:

(4.37)

где-коэффициент, зависящий от отношения времени неустановившегося движения (суммарного времени разгона и торможения) к полному времени передвижения t;

-номинальная скорость передвижения м/с;

Тогда

-машинное время работы колеса в часах за срок его службы. Исходя из группы режима работы 4М, принимаем: =3200 ч., ориентировочный срок службы 8 лет. [10,стр.322]

Подставляя все значения в формулу (4.36), получаем:

В итоге приведенное число оборотов колеса за срок службы составит:

Подставляя полученные значения в (4.34), получаем, что допускаемые напряжения при приведенном числе оборотов колеса N за срок службы:

460 МПа.

Напряжения в контакте обода колеса и рельса с выпуклой головкой меньше допускаемых. Проверка на контактную долговечность выполняются.

4.2.2 Определение сопротивлений передвижению

Статическое сопротивление передвижению W_c состоит из сопротивления от трения в ходовых частях W_тр и от уклона пути W_у на угол в:

. (4.38)

Сопротивление от трения в ходовых частях на прямолинейном участке пути определяется по формуле:

, (4.39)

где щ - коэффициент сопротивления движению на прямолинейном участке пути

, (4.40)

где коэффициент трения подшипников, приведенный к цапфе колеса; принимаем [10, стр.237];

- диаметры колеса и его цапфы, мм; ;

f - коэффициент трения качения стальных колес по рельсам; f = 0,4 для cкругленной головки рельса[10, стр. 421];

коэффициент, учитывающий трение реборд и ступиц колес;[10, стр. 422];

Таким образом, .

Подставляя полученные значения в выражение (4.39), получаем:



Сопротивление движению от уклона пути W_у рассчитывается по формуле:

, (4.41)

где i=0,001 - уклон пути для мостовых кранов [10, стр.423].

.

Подставляя полученные значения в выражение (4.38) находим статическое сопротивление передвижению:

.

4.2.3 Выбор двигателя

Статическая мощность двигателя N_с, кВт, при установившемся движении на подъем равна

, (4.42)

где - посчитанное в п.4.2.2. статическое сопротивление передвижению, Н; v - номинальная скорость движения тележки, м/с; з - общий КПД механизма передвижения; з =0,8.

Таким образом,

.

При больших силах инерции (больших скоростях) и малых сопротивлениях мощность двигателя вычисляют по формуле:

, (4.43)

где ш -кратность среднего пускового момента двигателя, ш =1,5; Р_и - сила инерции масс крана

(4.44)

- время разгона механизма до номинальной скорости v, c; принимаем для тележки .

Подставляя полученные значения в формулу (4.43), получаем

.

Таким образом, по табл. II.1.11 [9,стр. 240] выбираем двигатель типа МТF 012-6: об/мин; КПД = 64,0 %; М_мах = 56 Н·м ; N =2,2 кВт; момент инерции J_р = 0,029 кг·м²; m=58кг.

4.2.4 Выбор редуктора

Номинальная частота вращения колеса n_к, об/ мин, равна:

. (4.45)

Передаточное число механизма равно:

. (4.46)

Вращающий момент на тихоходном валу определяется по формуле:

. (4.47)

По табл. V.1.49, [10, стр. 222], выбираем редуктор типа ВКУ-500М: u=20; М_Т =3,3 кН·м

При компоновке необходимо добиться, чтобы действительная скорость тележки не отличалась от заданной более чем на 10%, т.е.:

, (4.48)

где - заданная скорость тележки;

- действительная скорость тележки

, (4.49)

где - действительная частота вращения колеса тележки

;

;

тогда, подставив в формулу (4.48) значения, получим:

.

Действительная скорость тележки отличается от заданной на 3.3%. Окончательно принимаем для механизма передвижения тележки редуктор ВКУ-500М: u=20; МТ =3,3 кН·м

4.2.5 Выбор тормоза и муфты

Муфту выбираем в зависимости от передаваемого вращающего момента и условий работы по формуле

, (4.50)

где М_р - расчетный вращающий момент; - коэфициент запаса прочности, - коэффициент, учитывающий степень ответствености соединения при II случае нагрузки; - коэффициент режима работы при II случае нагружения; - коэффициент углового смещения; ; М_к - действующий вращающий момент; действующий (табличный) момент, который способна передавать муфта.

.

Таким образом,

.

По табл. V.2.41 [10,стр.308] выбираем втулочно-пальцевую муфту ОСТ 24.848.03-79, номинальный вращающий момент для которой М_к = 250 Н·м; тормозной момент

М_т =160 Н·м; момент инерции J_м = 0,24 кг·м²; D_Ш = 200 мм; m=13,5 кг.

Тормозной момент на валу двигателя определяется по формуле:

, (4.51)

, (4.52)

.

По табл. V.2.20 [10, стр. 280], выбираем тормоз типа ТКТ-200/100 D_Ш = 200 мм; М_т = 40 Н·м

4.2.6 Проверка выбранного двигателя и тормоза

Проверку двигателя по времени разгона t_р тележки до номинальной скорости вверх по уклону выполняют по формуле:

, (4.53)

где n_дв - номинальная частота вращения двигателя, об/мин; - моменты инерции ротора двигателя и тормозной муфты, кг ·м²; - средний пусковой момент двигателя, Н·м; М_н - номинальный момент двигателя, Н·м; ш = 1,5 кратность среднего пускового момента двигателя.

.

Время торможения t_т , с, находят по формуле

, (4.54)

4.2.7 Проверка двигателя на кратковременную перегрузку

Проверим двигатель на кратковременную перегрузку при возросших статических сопротивлениях в условиях установившегося движения

, (4.55)

где - максимальный момент двигателя

- момент при кратковременной перегрузке

, (4.56)

.

Двигатель выдержит кратковременную перегрузку.

4.2.8 Проверка отсутствия буксования при разгоне, торможении и работе тележки

Запас сцепления ходовых колес, при допускаемом запасе сцепления [kcц]=1,2; 10, стр.425;

Проверка отсутствия буксования при разгоне тележки

Запас сцепления с грузом:

, (4.57)

- коэффициент сцепления приводных колес с рельсом (для кранов, работающих в закрытом помещении) =0,2 3, стр.425);

, (4.58)

- минимальное значение коэффициента сопротивления передвижению:

, (4.59)

где - диаметр цапфы;

- коэффициент трения шариковых подшипников, приведенный к цапфе колеса;

- коэффициент трения качения стальных колес диаметром 200 мм по рельсу с выпуклой головкой 10, стр.421;

- диаметр колеса;

;

Запас сцепления без груза:

, (4.60)

, (4.61)

, (4.62)

Как видим из двух неравенств, коэффициент запаса сцепления приводных колес с рельсами превышает минимально допустимый, следовательно, соблюдается условие отсутствия буксования при разгоне.

Проверка отсутствия буксования при торможении тележки

Запас сцепления с грузом:

, (4.63)

, (4.64)

, (4.65)

Запас сцепления без груза:

, (4.66)

, (4.67)

Как видим из двух неравенств, коэффициент запаса сцепления приводных колес с рельсами превышает минимально допустимый, следовательно, соблюдается условие отсутствия буксования при торможении.

Проверка отсутствия буксования при работе тележки

Максимальное ускорение тележки при ее разгоне:

, (4.68)

- реальные ускорения тележки при ее разгоне

, (4.69)

Максимальное ускорение тележки при ее торможении:

, (4.70)

- реальные ускорения тележки при ее торможении

, (4.71)

Как видим из двух неравенств, ускорений тележки не превышает максимально допустимых значений, следовательно, соблюдается условие отсутствия буксования при работе тележки.

4.3 Проверочные расчеты элементов тележки крана

4.3.1 Проверка крепления каната к барабану

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

Рис.4.6 Накладка

В этом случае натяжение каната перед накладкой:

, (4.72)

где - максимальное рабочее натяжение в канате при подъеме груза,

- минимальный коэффициент трения между канатом и поверхностью барабана;

рад - минимальный угол обхвата барабана неприкосновенными витками;

Подставляя все значения в формулу (4.72), получаем:

.

Допускаемое напряжение растяжения в шпильке:

, (4.73)

где - запас прочности;

- предел текучести для шпилек, изготовленных из стали 09Г2С-12;

.

Усилие, растягивающее каждую шпильку:

, (4.74)

где - диаметр шпильки;

- запас надежности крепления каната к барабану, учитывающий возможные отклонения фактического значения коэффициента трения от расчетного и влияние динамических нагрузок;

.

Рис.4.7 Крепление каната к барабану

При данном способе крепления канат на барабане удерживают три силы:

- сила трения между канатом и накладкой, а так же канатом и барабаном на участке АБ (рис.4.7) под планкой:

, (4.75)

где - приведенный коэффициент трения между канатом и накладкой;

.

- сила трения между канатом и барабаном на участке БВ (рис.4.7)

(4.76)

где - угол обхвата барабана витком каната от точки Б до точки В

.

- сила трения под накладкой на участке ВГ (рис.4.7)

.

При удержании каната на барабане должно соблюдаться равенство силы натяжения каната и сил трения:

Следовательно, канат будет удерживаться на барабане.

4.3.2 Проверка оси барабана

Оси работают только на изгиб.

Рис.4.8. Эскиз оси барабана

Условие прочности на изгиб:

(4.77)

Рис. 4.9. Схема нагружения оси барабана.

Из схемы нагружения найдем максимальный момент

- реакция левого подшипника определяется из уравнения моментов относительно точки 2

.

- реакция правого подшипника определяется из уравнения моментов относительно точки 1

.

,

Условие уравновешивания сил выполняется, значит выбранная схема нагружения оси барабана правильная.

.

- осевой момент сопротивления ослабленного шпоночным пазом сечения оси:

, (4.78)

где - диаметр опасного сечения;

- ширина шпоночного паза;

- глубина шпоночного паза;

;

- допускаемые напряжения

где - предел текучести для стали 45;

- запас прочности для поковки;

;

.

Условие прочности на изгиб выполняется, следовательно, выбранные размеры оси барабана правильны.

Построим эпюру изгибающего момента:



Рис. 4.10. Эпюра изгибающего момента

4.3.3 Расчет болтов барабана

Производим расчет болтов. Болты следует рассчитать на срез, поскольку они устанавливаются без зазора.

Рис. 4.11 Расчетная схема болтового соединения

Условие прочности на срез для болтов, установленных без зазора имеет вид:

, (4.79)

где - сила, действующая на один болт:

(4.80)

где - вращающий момент на барабане;

- количество болтов;

- диаметр расположения болтов;

;

- диаметр болта

- допускаемые касательные напряжения

где - предел текучести для болтов из стали 45Х;

;

Условие прочности на срез выполняется.

Условие прочности на смятие представляет собой условие несминаемости:

, (4.81)

где - допускаемые напряжения смятия

Условие несминаемости выполняется.

4.3.4 Проверка подшипников качения

§ Проверка по динамической грузоподъемности (подшипник правой опоры барабана)

Условие работоспособности подшипника:

, (4.82)

где - паспортная динамическая грузоподъемность;

- потребная динамическая грузоподъемность:

, (4.83)

где -эквивалентная нагрузка:

- условная радиальная нагрузка при вращающемся внутренним кольцом и неподвижным наружным для радиальных и радиально-упорных подшипников:

, (4.84)

где - радиальная нагрузка;

- осевая нагрузка;

- коэффициент радиальной динамической нагрузки;

- коэффициент осевой динамической нагрузки;

- коэффициент вращения;

- коэффициент безопасности, учитывающий характер нагрузки на подшипник;

- температурный коэффициент;

- показатель степени;

- ресурс в миллионах оборотах:

, (4.85)

где - частота вращения;

- ресурс в часах;

- коэффициент надежности

- обобщенный коэффициент совместного влияния качества металла и условий эксплуатации

- паспортная динамическая грузоподъемность для шарикового радиального двухрядного сферического подшипника 1218;

- радиальная нагрузка на подшипник;

- осевая нагрузка на радиальный подшипник;

- коэффициент радиальной динамической нагрузки;

- коэффициент осевой динамической нагрузки;

- коэффициент вращения при вращающемся внутреннем кольце;

- коэффициент безопасности при умеренных толчках;

- температурный коэффициент при температуре до 100С;

;

- показатель степени для шариковых подшипников;

- частота вращения барабана;

- ресурс в часах

;

- коэффициент надежности;

- обобщенный коэффициент для шариковых сферических двухрядных подшипников при обычных условиях применения;

.

Динамическая нагрузка на подшипник не превышает паспортной, при которой подшипник становится неработоспособным.

§ Проверка по статической грузоподъемности (подшипник левой опоры барабана)

Условие работоспособности подшипника:

(4.86)

- паспортная статическая грузоподъемность для шарикового радиального двухрядного сферического подшипника 1218;

- эквивалентная статическая нагрузка

(4.87)

- коэффициент радиальной статической нагрузки

- коэффициент осевой статической нагрузки

- радиальная нагрузка на подшипник;

- осевая нагрузка на радиальный подшипник;

Статическая нагрузка на подшипник не превышает паспортной, при которой подшипник становится не работоспособным.

4.3.5 Проверка валов приводных колес тележки

На практике установлено, что для валов основным видом разрушения является усталостное. Статическое разрушение наблюдается значительно реже. Поэтому для валов расчет на сопротивление усталости (выносливость) является основным.

Проверку статической прочности производят в целях предупреждения пластических деформаций и разрушений с учетом кратковременных перегрузок (например, пусковых и т.д.).

Условие прочности:

, (4.88)

- напряжения от изгибающего момента:

, (4.89)

- максимальный изгибающий момент:

 (4.90)

Рис.4.12 Схема нагружения вала приводного колеса

- реакция в подшипниковой опоре,

где - равнодействующая сила,

Рис.4.13 Вид колеса сбоку

- сила сцепления приводного колеса с рельсом:

, (4.91)

- минимальное значение коэффициента сопротивления передвижению;

- коэффициент, учитывающий трение реборд о рельсы;

Из формулы (4.91) получаем, что

Тогда



- осевой момент сопротивления изгибу ослабленного шпоночным пазом сечения вала приводных колес:

, (4.92)

- диаметр опасного сечения

- ширина шпоночного паза

- глубина шпоночного паза

- напряжения от крутящего момента:

, (4.93)

- крутящий момент:

; (4.94)

- полярный момент сопротивления кручению ослабленного шпоночным пазом сечения вала приводных колес:

; (4.95)

- допускаемые напряжения,

- предел текучести для стали 45;

- запас прочности для поковки;

.

;

Условие прочности выполняется.

4.4 Расчет пролетной балки мостового крана

Мост крана представляет собой жесткую металлическую сварную конструкцию, состоящую из двух пролетных и двух концевых балок коробчатого сечения, опирающуюся на ходовые колеса, которые приводятся в действие механизмом передвижения.

Приближенно масса мостового крана с пролетом не более 30 м и грузоподъемностью 5-15 т может быть определена по формуле [1, стр. 9]:

, (4.96)

где Q - грузоподъемность крана,т.

.

Тогда вес крана

В качестве грузозахватного устройства выбираем по режиму работы 4М заготовку однорогого кованого или штампованного крюка 16 ГОСТ6627-74.[3,стр.340]

Масса крюка m_кр=18кг.

Вес крюка

Вес груза на канатах

Расчет балки производим для нагрузок II расчетного случая.

Суммарная нагрузка от крана, тележки и груза:

Необходимо спроектировать сечение балки коробчатого типа.(рис.4.14)



Рис.4.14 Коробчатое сечение балки крана

- высота сечения; - ширина пояса; - расстояние между стенками;

- толщина стенки; - толщина пояса.

Материал балки сталь 09Г2С.

Предел текучести

Коэффициент запаса n=1.4

Предварительно высота сечения балки равна:

Принимаем

Толщину стенки выбираем из диапазона 4…8 мм

Принимаем



Рис.4.15. Схема нагружения главной балки крана

Выбираем параметры пояса сечения:

- толщина пояса ;

- ширина пояса .

Расстояние между стенками:

Уточненный момент инерции для данного сечения:

Момент сопротивления:

Проверочный расчет сечения балки на прочность:

(4.97)

Условие прочности в опасном сечении для спроектированной коробчатой балки выполняется.

Окночательно принимаем сечение балки с параметрами:

h=700 мм

b₁=364 мм

b_f=400 мм

t_w=6 мм

t_f=6 мм

Рис.4.16. Сечение главной балки крана

5. Система управления краном

В данной главе приведено описание блок схемы системы управления мостовым краном, спроектированном в главе 4.

Систему управления краном функционально можно разделить на четыре части:

-- сенсорика

-- логические устройства

-- усилители мощности

-- исполнительный механизм

Сенсорика включает в себя датчики, предотвращающие аварийные режимы крана.

Датчики устанавливаются на металлоконструкциях и обесточивают соответствующий механизм при срабатывании.

Логические устройства представляют собой механизм для непосредственного управления краном: выбора скорости подъема или опускания груза, скорости передвижения крана и тележки. В качестве логического устройства может быть как простейшая "жесткая" логика с необходимыми блокировками кнопочных пультов, так и микропроцессорные комплексы с возможностью отрабатывать управляющие программы, адаптируясь к внешним условиям и внутреннему состоянию механизмов оборудования. Логические устройства на основании получаемой информации и имеющихся ограничений вырабатывает необходимое множество управляющих воздействий для исполнительных механизмов. Однако мощности этих воздействий, как правило, не достаточно для работы большинства исполнительных механизмах и требуется устройство, которое сможет сигнал слабой мощности от логического устройства преобразовать в воздействие, пропорциональное управляющему сигналу и достаточное для работы данного исполнительного механизма. Такие устройства называются усилителями мощности.

Усилитель мощности состоит из контакторов и служит для коммутации электрических цепей большой мощности по средствам маломощного сигнала управления, поступающего с контроллеров соответствующего механизма. Выбор усилителя мощности должен обеспечить срабатывание исполнительного механизма по мощности и удовлетворять требованиям управляемости от логического устройства по согласованности входных и выходных характеристик (нагрузочные способности и напряжение) усилителя мощности и логического устройства.

Исполнительные устройства - это электрические механизмы, необходимые для преобразования электрической энергии в механическую. Электродвигатель создает необходимый крутящий момент на валу редуктора, а тормоз соответственно- тормозной.

На блок-схеме не отражены вспомогательные электрические устройства (лампы освещения кабины, рабочей зоны, обогреватели), но они так же предусмотрены в устройстве крана.

Подвод питания к мостовому крану гибкий. На тележку питание подается при помощи гибкого кабеля.

Заключение

В выпускной работе бакалавра спроектирована логистическая система автоматизированного участка механообработки.

Выбрано технологическое оборудование механообработки. Транспортирование грузовых единиц в пределах ГПС осуществляется автоматическими транспортными устройствами: кранами - штабелерами, обслуживающими стеллажный склад, и транспортными роботами.

Рассчитан мостовой кран, обслуживающий участок комплектации цеха. Произведен проектировочный расчет механизмов подъема, передвижения тележки и крана. Работоспособность некоторых узлов механизмов и металлической конструкции подтверждена прочностными расчетами.

Разработаны вопросы системы управления краном. Установлены датчики, предотвращающие аварийные режимы крана.

Список литературы

1. Технология машиностроения. Часть I: Учебное пособие / Э.Л. Жуков, И.И Козарь, Б.Я. Розовский, В.В Дегтярев, А.М. Соловейчик; под ред. СЛ. Мурашкина. С-Пб.: изд-во СПбГТУ, 2007.190с.

2. Технология машиностроения. Часть П: Учебное пособие / Э.Л. Жуков, И.И Козарь, Б.Я. Розовский, В.В Дегтярев, A.M. Соловейчик; под ред. С.Л. Мурашкина. С-Пб.: изд-во СПбГТУ, 2007. 498с.

3. Технология машиностроения. Часть Ш: Учебное пособие / Э.Л. Жуков, И.И Козарь, Б.Я. Розовский, Н.Н. Шипилов, В.В Дегтярев, А.М. Соловейчик; под ред. С.Л. Мурашкина. С-Пб.: изд-во СПбГТУ, 2007. 59с.

4. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. T.I / Под ред. А.Г Косиловой и Р.К. Мещерякова. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1986. 496с.

5. Справочник технолога-машиностроителя. В 2-х т. Т.2 / Под ред. А.Г Косиловой и Р.К. Мещерякова. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1986. 496с.

6. Логистика. Организационно-техническое проектирование микрологистической производственной системы: Методические указания / Сост.: Е.П. Кукушкина, В.М. Макаров, С.Ф. Пилипчук. СПб.: Изд-во Политехн. Ун-та, 2006, 55с.

7. Роботизированные технологические комплексы и гибкие производственные системы в машиностроении: Альбом схем и чертежей: Учеб. пособие для втузов/Ю.М.Соломенцев, К.П.Жуков, Ю.А.Павлов и др.; Под общ.ред.Ю.М.Соломенцева.-М.:Машиностроение,1989.-192 с.:ил.

8. Выпускная работа бакалавра: Учеб. пособие для студентов кафедры "Подъемно-транспортные и строительные машины", обучающихся по циклу специальных дисциплин "Проектирование машин" / А.Н. Орлов, С.А.Соколов, В.С.Бурлуцкий -СПб.: Изд-во СПбГТУ, 1999. 48 с.

9. Справочник по кранам. В 2 т.: Т.1. Характеристики материалов и нагрузок. Основы расчета кранов, их приводов и металлическихконструкций/В.И.Брауде, М.М.Гохберг, И.Е.Звягин и др.; Под общ. ред. М.М.Гохберга.- Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1988.- 536с.: ил.

10. Справочник по кранам. В 2 т.: Т.2. Характеристики и конструктивные схемы кранов. Крановые механизмы, их детали и узлы. Техническая эксплуатация кранов /М.П.Александров, М.М.Гохберг, А.А.Ковин и др.; Под общ. ред. М.М.Гохберга.- Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1988.- 559с.: ил.

11. Грузоподъемные машины: Учебник для вузов по специальности "Подъемно-транспортные машины и оборудование"/М.П.Александров, Л.Н.Колобов, Н.А.Лобов и др.:-М.: Машиностроение, 1986-400 с.,ил.

12. Подъемно-транспортные машины: Атлас конструкций: Учеб. пособие для студентов втузов/М.П.Александров, Д.Н.Решетов, Б.А.Байков и др.; Под ред. М.П.Александрова, Д.Н.Решетова. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1987. - 122 с.: ил.

13. ПБ 10-382-00 Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов М.: Изд-во ОБТ, 2000. 240с.

14. Строительная механика и металлические конструкции: Учебник для вузов по специальности "Подъемно-транспортные машины и оборудование"/ А.В.Вершинский, М.М.Гохберг, В.П.Семенов; Под общ.ред.М.М.Гохберга.-Л.:Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1984.231с., ил.

Приложение



Размещено на Allbest.ru