2.3 Расчёт производительности крана

Производительность перегрузочной машины определяется количеством груза (в единицах массы), перегружаемого в единицу времени (час, смену, сутки). В технико-экономических расчётах чаще всего применяют производительность перегрузочной установки, выраженную в тоннах за час работы.

Различают производительность техническую и эксплуатационную.

Под технической производительностью понимают наибольшую производительность машины, зависящую от технических параметров машины, рода перегружаемого груза, условий работы, непрерывности использования.

Р_тех=m_гр*n_ц,

р_тех - техническая производительность. m_гр - масса груза,

n_ц - количество циклов за час работы.

n_ц=

n_ц=3600/137=26

Р_тех=26Ч4,8=124,8т/ч.

2.4 Определение режимов работы механизмов

Коэффициент использования крана по грузоподъёмности:

<1

Коэффициент использования крана по времени в течение суток:

в течение года:

Относительная продолжительность включения механизма:

ПВ%=Ч100% ,

t_{мех i}- суммарное время работы отдельного механизма в течение цикла, сек;

Т_ц^с - время совмещённого цикла, сек.

Уt_под= + , с (для механизма подъёма)

ПВ=(+)/137)Ч100%=33% (для механизма подъёма)

ПВ=(44/137)Ч100%=32% (для механизма поворота)

ПВ=(35/137)Ч100%=26% ( для механизма изменения вылета)

ПВ= (31/137)Ч100%=23% (для механизма передвижения)

Число включений механизма в течение цикла:

,

количество включений каждого механизма в течении цикла

Режим работы тяжелый, т.к. механизм подъёма - основной механизм - работает в тяжелом режиме.

3. Механизм подъема

3.1 Расчет разрывного усилия в канате и выбор каната согласно ГОСТу

,

где k=6; т.к. режим работы крана - Т;

, кН

где m - кратность полиспаста; m=3 ;

а - количество концов каната, закреплённых на барабане;

Q_н - грузоподъёмность крана; Q_н=13 т;

g= 9,81 м/с².

;

Схема запасовки каната представлена на рисунке 2

Рис. 3. Схема запасовки каната.

кН.

кН;

кН.

Выбираем канат с выполнением условия ():

3.2 Расчет блоков

Рисунок 4. Расчётная схема барабана.

Диаметр барабана:

;

где е - коэффициент, учитывающий режим работы и тип машины, е=30.

мм.

В соответствии с ГОСТом принимаем диаметр барабана для тяжелого (М5) режима: Д_б=500 мм.

Число рабочих витков на барабане:

;

витков

;

где Z₀ - общее число витков;

Z_кр - число витков крепления, Z_кр= 1-3 витка;

Z_зап - число запасных витков, Z_зап=2-3 витка.

витка.

Определяем полную длину барабана:

мм;

где - шаг нарезки;

мм.

Длина нарезной части:

;

мм.

Полная длина барабана:

;

мм.

Рисунок 5. Барабан с винтовой нарезкой:

1 - стенка барабана;

2 - канавка;

3 - канат.

Толщина стенки барабана:

мм;

мм.

Барабан проверяется на напряжения сжатия и сложное напряжение от изгиба и кручения:

Расчет на напряжение сжатия:

;

где коэффициент, учитывающий влияние упругой деформации каната и барабана,

- допускаемое напряжение сжатия для материала барабана. =110 МПа для стали.

86 МПа<110 МПа, условие выполняется

Осевой момент сопротивления:

,м³;

;

Суммарное (сложное) напряжение:

, Па;

где М_кр - крутящий момент;

М_изг - наибольший изгибающий момент, создаваемый нагрузкой на канат;

- коэффициент приведения, =0,75 (для стали).

;

;

;

расстояние между нарезками

;

;

,(условие выполняется).

3.4 Рассчитывается статистическая мощность электродвигателя

Мощность электродвигателя, потребная для преодоления статических сопротивлений определяется по формуле:

, кВт

;

Скорость подъёма груза ;

кВт

Так как кран используется на перегрузке навалочных грузов грейфером, т принимаются 2 электродвигателя мощностью:

N₁=N₂=0,6N_ст=93,6 кВт

Так как электродвигатели грузоподъемных машин работают в повторно-кратковременном режиме, то производят пересчет мощности для случая, если фактическая (расчетная) относительная продолжительность включения (ПВ%) не совпадает с каталоговой, по формуле:

где ПВ%_ф = 33 %;

ПВ%_к = 40 % (она берется в большую сторону от фактической).

По каталогу выбирается электродвигатель из условия: ,

где N_к - номинальная мощность электродвигателя (значение по каталогу), кВт; N_ст - статическая мощность электродвигателя, кВт.

Выписываются основные параметры электродвигателя:

Таблица

3.5 Определяются общее передаточное число механизма подъема и выбирается редуктор

Общее передаточное число механизма:

,

где - частота вращения вала электродвигателя, об/мин;

- частота вращения барабана, об/мин.

,

где v_п - скорость подъема груза, 62,5 м/мин;

m - кратность полиспаста механизма подъема;

,

где D_б - диаметр барабана, 710 мм.

- диаметр каната, 25 мм

;

;

По передаточному числу выбирается редуктор, и выписываются его основные параметры.

Основные параметры редуктора:

3.6 Расчет и выбор тормоза

Тормоз выбирается по необходимому тормозному моменту:

,Нм

где - рабочий (статический) момент на быстроходном валу редуктора, создаваемый массой неподвижно висящего груза, Н•м;

=2 коэффициент запаса торможения для тяжелого режима работы.

,

где G_н - грузоподъемная сила крана, Н;

D_б - диаметр барабана, м;

i_р - передаточное число редуктора;

- общий к.п.д. механизма подъема;

m - кратность полиспаста.

Нм.

По величине тормозного момента выбирается тормоз, при этом необходимо чтобы :

Тормоз колодочный нормально замкнутый, размыкание - гидроэлектротолкатель.

Рисунок 6. Колодочный тормоз с гидроэлектротолкателем.

1 - тормозной шкив; 2 - вал; 3 - шпонка; 4 - тормозные колодки; 5 - накладки из высокопрочных материалов; 6 - вертикальная стойка; 7 - рычаг, связывающий стойки; 8 - двуплечий рычаг; 9 - гидроэлектротолкатель.

3.7 Расчет и выбор муфты

По диаметру тормозного шкива выбирается втулочно-пальцевая муфта:

? Диаметр тормозного шкива: D=500 мм.

? Число пальцев: 8

? Наибольший передаваемый момент: М=4000 НЧм.

? Момент инерции: J_м=6,9 кгЧм³.

Рисунок 7. Втулочно-пальцевая муфта.

1 - малая полумуфта; 2 - палец; 3 - резиновая втулка; 4 - полумуфта с тормозным шкивом.

Муфта упругая втулочно-пальцевая с тормозным шкивом;

§ Диаметр тормозного шкива D_шк = 500 мм;

§ Момент инерции J_м = 6,9 кг•м²;

Наибольший передаваемый момент М_кр = 4000 Н•м

3.8 Компоновочная схема механизма подъёма

Для большей компактности наиболее рационально выбирать схему сборки редуктора с односторонним расположением валов, т.е. «П-образную» компоновочную схему, но для этого необходимо, чтобы расстояние между валами редуктора - А (суммарное межосевое расстояние) соответствовало габаритным размерам барабана и электродвигателя, т.е.:

Если условие выполняется, то выбираем “П”- образную компоновочную схему для грейферных лебёдок с двумя электродвигателями.

Рис. 8 - “П”- образная компоновочная схема для грейферных лебёдок с двумя электродвигателями: Б - быстроходный вал; Т - тихоходный вал; 1 - барабан; 2 - открытая передача; 3 - соединительная муфта с тормозным шкивом; 4 - редуктор; 5 - двигатели

4. Расчет механизма передвижения

4.1 Разработка расчетной схемы для определения нагрузки на опоры крана

Рисунок 9. Схема нагрузок на опоры крана.

A, B, C, D - опоры крана.

S и в - колея и база портала.

4.2 Расчет нагрузок на опоры крана

Из справочника выбираем следующие данные:

§ Масса крана: 189,4 т

§ Масса портала: 91т

§ Масса поворотной части с подвижным противовесом: 98,4 т

Максимальная нагрузка на опору В равна:

Р_оп ^мах=

S - расстояние по колее (10,5 м);

t=0,3 - расстояние между осью вращения крана и шарниром крепления стрелы

-вес неповоротной части крана (портала), приложенный в центре её тяжести, кН

V - вес поворотной части крана и груза, приложенного в точке Е, кН

V=G_пов.ч+G_гр, кН

V=(98,4 +10,8)Ч9,81=1071,3 кН

М=V*l_v

M-момент, создаваемый силой тяжести поворотной части крана (включая груз), кН

M=1071,3 Ч2,5=2678,25 kH

G_порт=91Ч9,81=892,71 кН

Максимальная нагрузка на опору D равна:

Р_оп ^мах==686,7кН.

Минимальная нагрузка на опору D равна:

Р_оп ^мin==325,9 кН.

4.3 Расчет числа ходовых колес

Число ходовых колес рассчитывается так:

Z_об= =3,43=4 колеса.

Z_об - число колес на одной опоре;

[p] - допускаемая нагрузка, зависящая от материала, из которого изготовлено колесо, и шпального покрытия. ([p]=200500kH )

4.4 Определение фактических нагрузок на колеса

Максимальная нагрузка на колесо:

Р_к ^мах=171,7 кН.

Минимальная нагрузка на колесо:

Р_к ^мin=81,5 кН.

4.5 Расчет числа приводных колес

Расчетное значение приводных колес должно быть таким, чтобы обеспечивалось устойчивое передвижение крана при неблагоприятных условиях:

УР_к^пр==474,6 кН.

Z_пр.к^оп==1,46? 2 ед.

4.6 Расчет диаметра ходового колеса

Определяется по формуле:

D_к = 48,1 см.

Р_к^экв = j_к*Р_к^мах=0,98*171,7=168,3 кН=168300 Н.

[q]=(500 600) - допускаемое давление, зависящее от материала колеса, Н/см

К_Б=1 - коэффициент, учитывающий влияние динамических нагрузок и зависящий от скорости движения.

По ГОСТу принимаем диаметр ходового колеса D=500 мм.

4.7 Расчет сопротивлений передвижению крана

Общее сопротивление передвижению крана:

W_об=W_тр+W_в+W_у+W_ин.

W_тр - сопротивление трения;

W_в - ветровое сопротивление;

W_у - сопротивление от уклона подкрановых путей;

W_ин - сопротивление от сил инерции.

Сопротивление трения:

W_тр =(G_кр+G_гр)

d_ц - диаметр цапфы колеса:

d_ц ==8,33 см.

f=0,05 см - коэффициент трения качения по рельсу;

м=0,01 - коэффициент трения в ступице колеса;

К_р - коэффициент, учитывающий трение реборд колеса о рельс, К_р =1,2ч1,3.

W_тр =((189,4+10,8)9,81)*=8,6 кН.

Сопротивление от уклона подкрановых путей:

W_у = (G_кр+G_гр) *Sinв =((189,4+10,8)9,81)* 0,003=5,9 кН.

Сопротивление от сил инерции:

W_ин==30,03 кН.

а=0,15 - ускорение передвижения крана.

Ветровое сопротивление:

W_в =(УF_крi[р_в]k_спл+F_гр[p_в]k_спл)

F_крi - сумма всех наветренных площадей крана;

[р_в]=250 Па - удельное давление ветра на единицу площади;

k_спл - коэффициент сплошности конструктивных элементов крана.

W_в =(7*1+15*1+64*0,4+18*0,4)*250+14*1*250=17200 Н=17,2 кН.

Тогда общее сопротивление будет равно:

W_об=8,6+5,9+30,03+17,2=61,7 кН.

4.8 Расчет мощности и выбор электродвигателя

Общая мощность электродвигателей крана равна:

N_об==38,5 кВт.

W_об?=W_об-W_ин=61,7-30,03=31,7 кН.

Индивидуальный привод на каждое колесо или опору требует большого количества двигателей, тормозов редукторов, но при этом ходовые устройства получаются более компактными, конструктивно менее сложными, более надежными в эксплуатации. Для индивидуального типа привода мощность равна:

N_р==12 кВт.

Производим корректировку мощности:

N_н=N_p=11,5 кВт.

Выбираем электродвигатель:

? Тип электродвигателя МТН-311-6:

? Мощность электродвигателя: N_дв=13 кВт.

? Максимальный момент на валу электродвигателя: М_мах=314 Н*м.

? Момент инерции: J=0,225 кг*м². ? Число оборотов: п_дв=925 об/мин.

4.9 Определение передаточного числа и выбор редуктора

Общее передаточное число равно:

i_об==44

n_к - частота вращения ходового колеса.

n_к ==21 об/мин.

Выбираем редуктор РМ-850 с передаточным числом i_р=39,0. Тогда передаточное число открытой передачи будет равно:

i_о.п===1,13

4.10 Расчет и выбор тормоза, соединительной втулочно-пальцевой муфты

4.10.1 Выбор тормоза

Тормоз выбирается по величине тормозного момента:

М_т=

Тогда тормозной момент будет равен:

М_т==513 Н*м.

Характеристики тормоза:

? Тип тормоза: ТКГ-300

? Диаметр тормозного шкива: 300 мм.

? Тормозной момент: М_т=800 Н*м.

? Отход колодок: 1,3 мм.

? Тип толкателя: ТГМ-50

? Усилия толкателя: 500 Н.

? Ход толкателя: 50 мм.

4.10.2 Выбор муфты

По диаметру тормозного шкива выбираем втулочно-пальцевую муфту:

? Диаметр тормозного шкива: 300мм.? Число пальцев: 6

? Момент инерции: J_и=1,5 кг*м².

? Наибольший передаваемый момент: М_мах=800 Н*м.

5. Механизм изменения вылета стрелы

Стреловые системы кранов предназначаются изменения положения груза относительно оси вращения крана, благодаря чему краном обслуживается определенная площадь, а также для обеспечения необходимой высоты подъема груза.

Перевод стрелы из одного положения в другое осуществляется с помощью специальных механизмов, носящих название механизмов изменения вылета стрелы. Их можно разбить на 4 основные группы:

? Полиспастные

? Штанговые (рейка, винт)

? Секторные

? Кривошипные

Механизмы изменения вылета могут иметь жесткую или гибкую связь со стреловым устройством. Механизм изменения вылета у портальных кранов должен иметь жесткую связь со стрелой, чтобы исключить самопроизвольное движение стрелы под действием горизонтальных сил: ветра, сил инерции, отклонения грузовых канатов от вертикали и т.д.

Наиболее распространенным является реечный механизм изменения вылета стрелы, т.к. является самым легким по весу и простым по изготовлению и устройству. Он дает плавное изменение угловой скорости качания стрелы, а, следовательно, и незначительные инерционные нагрузки на привод. Недостатком является то, что в процессе работы механизма есть опасность выхода реек из зацепления на максимальном вылете. Для предотвращения этого устанавливаются концевые выключатели, механические ограничители и пр.

Рисунок 10. Кинематическая схема механизма изменения вылета стрелы. 1 - зубчатая рейка; 2 - шестерня; 3 - редуктор; 4 - тормоз; 5 - электродвигатель.

Винтовой механизм довольно легок, как и реечный, но значительно сложнее и дороже в изготовлении и требует тщательного ухода и наблюдения за состоянием резьбы гайки и винта во время эксплуатации.

Секторный механизм встречается довольно редко. Угловая скорость качания стрелы здесь постоянна, а линейная скорость движения груза увеличивается по мере приближения к минимальному вылету, что нежелательно.

Кривошипно-шатунный механизм надежен и безопасен в эксплуатации. Ему не нужны концевые выключатели, упоры, амортизаторы, т.к. при непрерывном вращении кривошипа стрела плавно проходит через крайние положения и возвращается назад. Это исключает возможность падения стрелы или запрокидывания ее на кабину, но механизм является одним из самых тяжелых.

Секторно-кривошипный механизм является промежуточным между секторным и кривошипно-шатунным. Будучи легче кривошипно-шатунного механизма, он обеспечивает сравнительно равномерное качание стрелы и незначительные инерционные нагрузки в крайних ее положениях.

Гидравлический механизм обеспечивает большую плавность работы, почти исключая динамические нагрузки, способен выдерживать значительную перегрузку, обеспечивать равномерность горизонтального перемещения груза при изменении вылета, но сложен и дорог в изготовлении. Механизм изменения вылета стрелы крана «Альбатрос-10/20» включает в себя электродвигатель мощностью 15 кВт при 970 об/мин., эластичную муфту с двухколодочным тормозом, редуктор с передаточным числом 63, концевой выключатель, рейку, а также поддерживающий ролик диаметром 125 мм и шириной 160 мм.

6. Механизм вращения

За счет вращения верхней части металлоконструкции крана обеспечивается обслуживание стреловыми кранами кольцевой площади. Для осуществления вращения краны имеют: опорно-поворотное устройство, поддерживающее и центрирующую поворотную часть.

Конструкция опорно-поворотного устройства существенно влияет на всю конструкцию крана; по типу опорно-поворотного устройства краны подразделяют на 2 группы:

? Краны на поворотном круге (поворотной платформе);

? Краны на колонне.

У кранов на поворотном круге поворотная часть опирается на колеса, катки или шарики, которые перемещаются по круговому рельсу, прикрепленному к опорному барабану. Механизм поворота на поворотной платформе состоит из электродвигателя, эластичной муфты с тормозным шкивом, на конце которого на шпонке насажена цилиндрическая шестерня. При вращении эта шестерня отталкивается от неподвижного зубчатого колеса и обегает вокруг него, обеспечивая поворотной платформе вращение вокруг вертикальной оси с частотой n_кр . Движение в механизме поворота может передаваться от вала электродвигателя к шестерне через коническую зубчатую передачу и цилиндрические передачи в редукторе. Для предохранения валов и зубчатых передач от перегрузки в редукторе устанавливают фрикционную передачу, состоящую из ведущих фрикционных дисков, ведомых нижнего и верхнего нажимного диска фрикциона, спиральной нажимной пружины.

Современные краны имеют разнообразные конструкции механизмов вращения:

? с зубчатым венцом;

? с канатной тягой;

? с приводными колесами.

Кроме вращения поворотной части краны механизмы вращения обеспечивают снижения угловой скорости двигателя, вызываемое ограничениями угловой скорости поворотной части крана

При больших вращающихся массах в период неустановившегося движения на механизм поворота действуют большие динамические нагрузки. Специальные устройства, предохраняющие механизм поворота от поломок при перегрузках является обязательным элементом на портовых перегрузочных кранах, независимо от конструкции механизмов. Эти предохранительные устройства носят название муфт предельного момента, представляют совой дисковые или конические фрикционные муфты и встраиваются обычно в редуктор.

Рисунок 11. Кинематическая схема механизма вращения. 1 - стационарный зубчатый венец; 2 - шестерня; 3 - вал; 4 - редуктор; 5 - тормоз; 6 - электродвигатель.

Механизм поворота крана «Альбрехт-10/20-32/16-10,5» включает в себя электродвигатель мощностью 32 кВт при 970 об/мин, эластичную муфту с двухколодочным тормозом, редуктор, каток d=400 мм (всего 6 катков).

7. Требования техники безопасности

Основные требования техники безопасности заключаются в следующем:

1. Не допускать нарушения установленных нормативов (грузоподъемности и др.), проверять наличие требуемых техникой безопасности надписей: указатель грузоподъемности крана, указатель высокого напряжения на трансформаторе и пр.;

2. Обеспечить требуемые ограждения и содержать их в исправном состоянии;

3. Использовать в конструкции машин предохранительные устройства;

4. Обеспечить исправность оборудования, инвентаря и приспособлений;

5. Обеспечить требования, предъявляемые к рабочему месту;

6. Принять рациональные методы работы при эксплуатации и ремонте машины;

7. Обеспечить правильную укладку грузов, исключающую возможность несчастных случаев;

8. Соблюдать санитарные нормы по запыленности воздуха и по защите от вредных газов;

9. Применять индивидуальные защитные приспособления при работе и содержать их в исправности;

10. Ознакомить персонал с инструкциями по техники безопасности и следить за их выполнением.

Ограждения должны применяться для таких деталей и узлов машины и механизма, которые, вследствие своей формы и условий работы, могут вызывать при их отсутствии несчастные случаи. Ремни ременных передач, цепи, зубчатые и червячные передачи, расположенные в областях работы обслуживающего персонала или непосредственно у проходов, должны иметь ограничения. Обязательным является покрытие специальными кожухами выступающих частей движущихся элементов машины, как, например, головок болтов и гаек соединительных муфт.

Исправность оборудования, инвентаря и приспособлений обеспечивается в основном систематическими осмотрами, заменой и ремонтом износившегося и неисправного оборудования.

Пути следования людей должны быть безопасными. Трапы для подъема на кран снабжаются ограждениями, участки, расположенные на высоте, тоже ограждаются перилами.

Необходимо иметь индивидуальные средства защиты (очки, перчатки и пр.), защищающие рабочего от ожогов, поражений электрическим током, ослепления.

Особые требования предъявляются технике безопасности к электрооборудованию и его эксплуатации. Важным является обеспечить надежную изоляцию. Применение неизолированных проводов допускается только в случае безусловной необходимости и на высоте не менее 6м. Должно быть обеспечено зацепление.

К управлению подъемно-транспортными машинами допускаются лица, имеющие документ об аттестации квалифицированной комиссии.

Для портальных кранов совмещение всех движений допускается только в том случае, если они обладают полной грузоподъемностью на всех вылетах и имеют индивидуальные электроприводы для каждого механизма. В противном случае возможность совмещения механизмов изменения вылета с работой подъемного механизма не допускается

8. Технико-эксплуатационная оценка проекта

Заключение

За счет грейферного режима работы частота вращения проектируемого крана уменьшилась (с 1,52 об/мин до 1,5 об/мин). Максимальная нагрузка на колесо уменьшилась (с 200 до 171,7 кН). Увеличились мощность электродвигателей механизма подъема (с 80 до 100 кВт), увеличилась мощность электродвигателей механизма передвижения (с 11 до 13 кВт).

Литература

Буренок В.Д. Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине ТПО. Новосибирск 1985;

Буренок В.Д., Шарутина В. А. Перегрузочные машины речных портов. Новосибирск 2001;

Буренок В.Д., Ефремов А. М. Методические указания по выполнению РГР по дисциплине «ТПО». Новосибирск 1997;

Шерле З. П., Каракулин Г. Г. Справочник механизатора речного порта. Москва «Транспорт» 1980;

Справочник по кранам под редакцией Б. М. Гохберга. Том 1,2. Ленинград, «Машиностроение», Ленинградское отделение, 1988;

Гаранин Н. П. Портовое подъёмно - транспортное оборудование. Москва, «Транспорт» 1985.

Размещено на Allbest.ru