Кран стреловой самоходный железнодорожный

Размещено на http://www.allbest.ru/

РОСЖЕЛДОР

Сибирский государственный университет путей сообщения

Кафедра « Механизация путевых, погрузочно-разгрузочных и строительных работ »

Кран стреловой самоходный железнодорожный

Курсовой проект по дисциплине «Грузоподъемные машины»

Пояснительная записка

ГПМ.М411.08.00.00.00 ПЗ

Разработал: студент гр. М-411

Максименко Д.Ю.

2007 г

Содержание

1. Назначение машины, краткое описание ее устройства и работы. Описание управления машиной и устройств безопасности

2. Определение основных параметров машины и рабочего оборудования. Обоснование выбора прототипа

3. Расчет механизма подъема груза

3.1 Расчет и выбор кратности полиспаста

3.2 Расчет и выбор каната

3.3 Определение размеров барабана

3.4 Определение потребной мощности. Выбор двигателя

3.5 Кинематический расчет механизма

3.6 Подбор соединительных муфт

3.7 Выбор рабочего оборудования-электромагнита

3.8 Проверка двигателя на надежность пуска

3.9 Определение тормозного момента. Выбор тормоза

3.10 Прочностные расчеты элементов

4. Расчет механизма поворота

4.1 Определение нагрузок, действующих на опорно-поворотное устройство (ОПУ), и подбор стандартного круга

4.2 Определение сопротивлений вращению круга

4.3 Расчет мощности и подбор двигателя

4.4 Кинематический расчет механизма

4.5 Выбор редуктора, муфты и проверка двигателя на время разгона

1. Назначение машины, краткое описание ее устройства и работы. Описание управления машиной и устройств безопасности

Краны железнодорожные предназначены для выполнения комплекса погрузочно-разгрузочных транспортно-складских и строительно-монтажных работ, а также работ по электрификации железных дорог колеи 1520 мм без остановки движения по параллельному пути.

Основными узлами крана является ходовая и поворотная рамы, соединенные между собой опорно-поворотным устройством с углом поворота 360 градусов и установленные на две двухосные ходовые тележки. На поворотной раме установлена телескопическая стрела с грузовой лебедка, позволяющая изменять диапазон рабочих вылетов, а также механизм поворота, силовая установка, кабина машиниста. Краны способны выполнять работы, как с выносными опорами, так и без опор. Характеристики кранов при работе без выносных опор позволяют значительно повысить экономические показатели работы при выполнении транспортно-складских и строительно-монтажных работ, связанных с частыми перемещениями по железнодорожным путям.

Наличие дублирующей силовой установки малой мощности позволяет выполнить работы по приведению крана в транспортное положение в случае отказа основного дизеля. Краны оборудованы микропроцессорным ограничителем грузоподъемности, который позволяет контролировать степень загрузки крана при подъеме груза, и оснащены прибором фиксации характеристик. Мощная силовая установка и гидравлическая система тормозов позволяет использовать краны в качестве самостоятельной тяговой единицы.

Для запуска в условиях низких температур силовая установка оборудована предпусковым подогревом. Диапазон температуры окружающей среды при эксплуатации кранов от -40 до +40 градусов.

Пример крана стрелового самоходного железнодорожного приведен на рисунке 1. Рисунок и прототип крана выбраны на сайте ОАО “Кировского машзавода 1 Мая “ :http://www.crane.kirov.ru.

Рисунок 1- Кран стреловой самоходный железнодорожный КЖ-472

2. Определение основных параметров машины и рабочего оборудования. Обоснование выбора прототипа

По заданной грузоподъемности и высоте подъема крюка максимальной выбран прототип кран железнодорожный КЖ-472. Основные параметры крана приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Основные параметры прототипа КЖ-472

Параметр	Формула
Грузоподъемность максимальная, т	2,0
Высота подъема крюка максимальная, м	5,0
Вылет стрелы, м	10,0
Скорость подъема-опускания груза максимальная, м/мин	20,0
Скорость передвижения рабочая, км/ч	10,0
Габаритные размеры в транспортном положении, мм: длина высота ширина задний габарит	13705 4680 3250 1850
Масса, т	35,0
Максимальный радиус прохождения кривых, м	60
Скорость буксирования в составе поезда, км/час	80
Частота вращения, об/мин	1,3
Грузовой момент максимальный, кН·м	196

кран груз редуктор поворотный

3. Расчет механизма подъема груза

3.1 Расчет и выбор кратности полиспаста

Кратность полиспаста зависит от грузоподъемности, типа полиспаста и направления навивки каната на барабан. С увеличением кратности полиспаста снижается нагрузка на канат. Это приводит к снижению нагрузки на барабан и его опоры, диаметров каната, блоков, барабана, передаточного числа редуктора и массы всего механизма. Однако повышение кратности полиспаста приводит к увеличению потерь энергии на преодоление трения в дополнительных блоках, т.е. к снижению КПД.

При грузоподъемности 2т выбрана кратность полиспаста . Схема запасовки приведена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Схема запасовки при кратности полиспаста

3.2 Расчет и выбор каната

В ГПМ стальные канаты выполняют различные функции, в соответствии с которыми они выбираются по своим отличительным признакам. Канаты различают по конструкции, по структуре, по типу сердечника, по направлению свивки элементов каната, по типу свивки, по маркировочной группе проволоки и т.д. Канат выбирают по разрывному усилию.

Разрывное усилие каната в целом , кН:

, (1)

где - минимальный коэффициент использования каната (= 4, т.к. режим работы 4К).

Рабочее усилие в канате F_k, Н:

(2)

где Q - грузоподъемность крана, кг (Q = 2000 кг);

g - ускорение свободного падения, м/с² (g = 9,81 м/с²);

N - число ветвей каната, навиваемых на барабан (N = 1);

u_п - кратность полиспаста (u_п = 2);

_п - к.п.д. полиспаста:

(3)

где _бл- к.п.д. блока (_бл=0,98).

.

.

Разрывное усилие:

.

По ГОСТ 3066-80 выбран канат двойной свивки типа ЛК-О конструкции 6х7(1+6)+1х7(1+6) диаметром 8,2 мм.

Обозначение каната:

Канат-8,2-Г-I-С-Л-О-Н-1570 ГОСТ 3066.

3.3 Определение размеров барабана

Барабан предназначен для преобразования угловых перемещений вала двигателя в линейное перемещение гибкого элемента посредством навивки его на цилиндрическую поверхность барабана. Принят желобчатый барабан однослойной навивки.

Диаметр барабана, мм:

D_б = d_k( h₁ - 1 ), (4)

где h₁ - коэффициент выбора диаметра барабана (h₁ = 20,0).

D_б = 8,2(20 - 1)=155,8 мм.

Принят барабан D_б =160мм.

Минимальный диаметр барабана по средней линии навиваемого каната D,мм:

D=D_б+d_k (5)

D=160+8,2=168,2мм.

Длина барабана, мм:

L_б = L_р + L_к + L_рб , (6)

где L_р - длина рабочей части барабана, мм:

, (7)

где Н - высота подъема груза, м (Н=5);

t - шаг навивки каната на барабан, м:

.

м;

L_к- длина участка, необходимая для закрепления каната на барабане, м:

м;

L_рб- толщина реборды, м:

.

L_б = 0,213+0,031+0,01=0,254м.

Длина барабана принята L_б =260мм.

Толщина стенки барабана: .

Принята толщина стенки барабана .

Проверка соотношения длины барабана к диаметру : .

- условие выполняется.

3.4 Определение потребной мощности. Выбор двигателя

Статическая мощность двигателя , кВт:

(8)

где - скорость подъема груза, м/с (= 0,33м/с);

- к.п.д. механизма подъема ( = 0,9);

п - к.п.д. полиспаста (_п=0,97)

.

Потребная мощность двигателя Pдв, кВт:

Pдв=(0,7…0,8) Pст.max , (9)

Pдв=0,757,41=5,56 кВт.

По потребной мощности двигателя выбран электродвигатель с фазным ротором MTF-112-6. При ПВ=25% двигатель имеет характеристики:

Pдв= 5,8 кВт; n дв=915 об/мин; Т мах=140 Н·м; I p=0,068 кг·м².

Номинальный момент двигателя Т_н , Нм:

, (10)

Нм.

3.5 Кинематический расчет механизма

Частота вращения барабана n_б, с^-1:

; (11)

с^-1.

Общее передаточное отношение u:

u = n_дв /n_б , (12)

u = 15,25/1,3 = 11,7

Вращающий момент на барабане одноканатном:

, (13)

Нм.

На рисунке 3 показана кинематическая схема лебедки механизма подъема груза.

Рисунок 3 - Кинематическая схема лебедки механизма подъема

После выбора компоновки производится выбор редуктора. Выбран редуктор 5Ц2-100 с номинальным передаточным числом редуктора u =11,7 и крутящим моментом на тихоходном валу Т=1000 Нм.

3.6 Подбор соединительных муфт

С помощью муфты соединяется вал двигателя с входным валом редуктора. Муфта на приводном валу должна иметь тормозной шкив. На ведущий вал для смягчения ударных нагрузок рекомендуется устанавливать упругие муфты.

Расчетный момент Т_м, Нм:

Т_м = k₁k₂T_cт, (14)

где k₁ - коэффициент, учитывающий степень ответственности элементов или деталей (k₁ =1,2);

k₂ - коэффициент, учитывающий режим работы механизма (k₂= 1,1);

T_c - наибольший статический момент на валу муфты, Нм:

; (15)

Нм;

Т_м = 1,21,176,8= 101,4 Нм.

Для выбора муфты на быстроходный вал редуктора необходимо определить геометрические характеристики выбранных двигателя и редуктора.

Необходимые при выборе муфты геометрические параметры представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Геометрические параметры электродвигателя и редуктора

Электродвигатель	Редуктор
Длина хвостовика L1, мм	Диаметр вала d, мм	Быстроходный вал
		Диаметр вала d1, мм	Длина посадочной части l1, мм
80	35	20	50

Принимается муфта упругая втулочно-пальцевая с тормозным шкивом. Основные характеристики выбранной муфты представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Основные характеристики выбранной втулочно-пальцевой муфты

Диаметр тормозного шкива Dт, мм	d, мм	Ширина тормозного шкива Вт, мм	Длина муфты L, мм	Допустимая частота вращения n, мин-1	Номинальный крутящий момент Мкр, Нм	Масса, кг	Расчетный момент инерции муфты, кгм2
	Тормозного шкива	полумуфты
200	20	35	95	125	4000	130	10	0,152

Тихоходный вал редуктора соединен с осью барабана втулочной муфтой. Втулочная муфта выбирается по передаваемому моменту и диаметру соединяемых валов. Выбрана втулочная муфта 1-280-40-У3 ГОСТ 24246.

Таблица 4 - Основные размеры втулочной муфты

Номинальный вращающий момент, Нм	Размеры, мм, не более
	d	D	D1	r	L	l	C	C1	b1
280	40	60	54	0,3	120	25	1,6	1,6	1,2

3.7 Выбор рабочего оборудования - электромагнита

Электромагниты выбирают, учитывая напряжение, мощность, режим работы, грузоподъемность, форму груза и его температуру.

Выбран электромагнит типа М - 22Б. Характеристики электромагнит типа М - 22Б приведены в таблице 5.

Таблица 5 - Характеристики электромагнита типа М - 22Б

Тип электромагнита	Масса, кг	Мощность, кВт	Размеры, мм
			D	B1	B2	H1	H2
M-22Б	550	2,3	785	100	175	235	785

3.8 Проверка двигателя на надежность пуска

Выбранный двигатель проверяется на надежность пуска по ускорению подъема груза:

, (16)

где а - наибольшее допускаемое ускорение механизмов подъема груза (для кранов, работающих при массовых перегрузочных работах-а=0,6…0,8м/с²);

- фактическое ускорение поднимающегося груза:

, (17)

где - угловое ускорение вала двигателя:

, (18)

где Т_ср.п - среднепусковой момент двигателя:

; (19)

Т_ст - статический момент сопротивления:

; (20)

- приведенный к валу двигателя суммарный момент инерции вращающихся и поступательно двигающихся масс механизма подъема:

, (21)

где - момент инерции груза:

. (22)

;

;

;

;

;

;

.

.

Условие выполняется, следовательно, двигатель выбран верно.

3.9 Определение тормозного момента. Выбор тормоза

Тормоз выбирается по диаметру тормозного шкива выбранной втулочно-пальцевой муфты.

Принимается тормоз колодочный с электромагнитом постоянного тока ТКГ-200, имеющий наибольший тормозной момент Т_т = 250 Нм.

Тормозной момент Т_т, Нм:

Т_Т = kT_c, (23)

где k - коэффициент запаса торможения;

Т_т = 276,8=153,6 Нм.

Для получения требуемого тормозного момент тормоз необходимо регулировать.

3.10 Прочностные расчеты элементов

Так как соотношение , то барабан проверяют только на напряжение сжатия.

Напряжение сжатия при однослойной навивке:

. (24)

.

Принят материал барабана 09Г2С с допускаемым напряжением текучести и допускаемым напряжением для группы режима 4М .

Эскизная компоновка узла установки барабана и расчетные схемы его элементов приведены на рисунке 4.

Принято, что канат будет находиться над правой ступицей барабана. Значит, что F₂=F_k ; F₁=0.

Определим реакции в опорах А и Г:

М(·)Г=0: RA·0,298 - F2·0,067=0;

Н.

М(·)A=0: RГ·0,298 - F2·(0,398-0,067)=0;

Н.

Рисунок 4 - Эскизная компоновка узла установки барабана и расчетные схемы его элементов

Ось барабана проверяют по формуле:

, (25)

где - допускаемое напряжение;

-предел выносливости материала оси или вала (для 09Г2С =470МПа).

.

.

Основные параметры шарикоподшипников радиальных однорядных приведены в таблице 6.

Таблица 6 - Основные параметры шарикоподшипники радиальных однорядных

Обозначение подшипника	Внутренний диаметр d, мм	Наружный диаметр D, мм	Ширина В, мм	Радиус скругления r, мм	Динамическая грузоподъемность С, кН	Статическая грузоподъемность Со, кН
109	45	75	16	1,5	21,2	12,2

Расчет крепления каната на барабане заключается в определении числа болтов:

, (26)

где - коэффициент запаса надежности крепления каната к барабану;

d₀ - внутренний диаметр резьбы болтов (d₀=12 мм);

l - расстояние от гайки до барабана;

l=1,3…1,5dк=1,48,2=11,48 мм.

f₁ - приведенный коэффициент трения между канатом и прижимной планкой с трапециидальным сечением канавки;

, (27)

где - угол наклона боковой грани канавки ();

f - коэффициент трения между канатом и барабаном (f=0,1):

.

, (28)

МПа.

F_p - суммарное усилие растяжения болтов

, (29)

где - угол обхвата запасными витками ().

Н.

.

Принято Z_б=4 М12.

4. Расчет механизма поворота

Стреловые самоходные краны выполняются с опорно-поворотным кругом. Механизм вращения состоит из двигателя, трансмиссии, включающей редуктор, открытую зубчатую передачу и тормоз.

4.1 Определение нагрузок, действующих на опорно-поворотное устройство (ОПУ), и подбор стандартного круга

Условия расчета: кран неподвижно стоит на уклоне , производится подъем (отрыв) груза или торможение его при опускании. При этом на поворотную часть крана действуют нагрузки: собственный вес поворотной части, включая противовес (G_п=11т); вес груза и грузозахватного устройства с учетом динамического коэффициента ;давление ветра на поворотную часть, стрелу, груз. По заданию уклон и ветровая нагрузка не заданы, значит они равны 0.

Определение положения центра тяжести:

; (30)

, (31)

где G_i - вес отдельных элементов поворотной части (противовеса, стрелы, рабочего органа); х _i , у _i - координаты центров тяжести отдельных элементов поворотной части крана. За начало координат принанята ось вращения поворотной платформы.

;

.

Определяем массу стрелы и противовеса:

;

.

;

.

Под действием нагрузок к опорно-поворотному кругу будут приложены вертикальная , горизонтальная рабочие силы и опрокидывающий момент . Так как ветровая нагрузка и уклон отсутствуют, то горизонтальная рабочая сила отсутствует.

; (32)

. (33)

;

Принят опорно-поворотный круг по опрокидывающему моменту. Характеристики ОПК приведены в таблице 7.

Таблица 7-Характеристики опорно-поворотного круга

D, мм	Н, мм	m, кг	D1, мм	D2, мм	Dб1, мм	Dб2, мм	n	b	d, мм	m, мм	z	кН
1190	65	180	1082	1090	1150	1020	20	53	930	10	94	68

4.2 Определение сопротивлений вращению круга

Сопротивления вращению могут быть подразделены на основные и дополнительные. К основным относятся: сопротивление вследствие трения в опорных узлах и от сил инерции массы груза и массы поворотной части крана, возникающие в периоды разгона и торможения. К дополнительным относятся: сопротивления от ветровых нагрузок и от уклона крана. Так как ветровые нагрузки и уклон отсутствуют, то действуют только основные сопротивления вращению.

Момент, необходимый для преодоления сопротивлений, вследствие трения в опорных узлах:

, (34)

где -приведенный коэффициент сопротивления вращению;

D₁ - диаметр опорно-поворотного круга по дорожке катания;

-угол наклона к вертикали сил, действующих на ролики ОПК.

Момент, необходимый для преодоления сопротивлений от сил инерции:

, (35)

где к=1,2 - коэффициент, учитывающий влияние вращающихся масс трансмиссии; - масса груза, противовеса и узлов поворотной части; -расстояние от центров тяжести груза, противовеса и узлов поворотной части крана до оси вращения, м; - угловая скорость поворотной части крана, ; - время пуска, с.

Время пуска определяется из условия допустимого угла поворота при разгоне механизма:

, (36)

где - =20⁰ (/9)-при среднем режиме.

с.

;

.

4.3 Расчет мощности и подбор двигателя

Определение мощности привода механизма вращения необходимо вести по пусковому моменту, т.е. с учетом сил инерции.

Расчетная мощность двигателя:

, (37)

где - общий КПД привода механизма; - кратность среднего пускового момента двигателя; - пусковой момент:

. (38)

.

.

Принят двигатель MTF 011-6 с техническими данными при ПВ=60% Р=1,2 кВт, n=910 об/мин, КПД=60,5%, момент инерции 0,021 кг·м² , m=51кг, М_max=39H·м.

4.4 Кинематический расчет механизма

Цель: определение общего передаточного числа и разбивка его по ступеням в соответствии с принятой кинематической схемой.

Общее передаточное число:

, (39)

где n- частота вращения поворотной части крана.

.

Передаточное число открытой передачи:

, (40)

где - число зубьев зубчатого венца; - число зубьев ведущей шестерни (=14…17).

.

Оставшееся передаточное число:

.

Максимальный расчетный момент на тихоходном валу редуктора:

. (41)

.

На рисунке 5 показана кинематическая схема механизма вращения поворотной платформы.

Рисунок 5 - Кинематическая схема механизма вращения поворотной платформы

4.5 Выбор редуктора, муфты и проверка двигателя на время разгона

Выбор редуктора. Выбран редуктор 5Ц2-100 с номинальным передаточным числом редуктора u =11,7 и крутящим моментом на тихоходном валу Т=1000 Нм.

Выбор муфты. Принята муфта МУВП с тормозным шкивом. Основные параметры муфты приведены в таблице 8.

Таблица 8 - Параметры муфты

Диаметр тормозного шкива Dт, мм	d, мм	Ширина тормозного шкива Вт, мм	Допустимая частота вращения n, мин-1	Номинальный крутящий момент Мкр, Нм	Масса, кг	Расчетный момент инерции муфты, кгм2
	тормозного шкива	полумуфты
160	30	28	75	4000	130	11	0,096

Двигатель проверяют на время разгона до номинальной скорости по формуле:

, (42)

где коэффициент, учитывающий момент инерции вращающихся масс редуктора и открытых передач; - моменты инерции груза, приведенный к оси вращения крана,

,

здесь R - вылет груза;

,

здесь m_i-масса i-го элемента поворотной части крана, отстоящего на величину r_i от оси вращения крана; - угловая скорость вала двигателя; - среднепусковой момент двигателя.

Время разгона механизма поворота крана до номинальной скорости .

Размещено на Allbest.ru