Расчет и выбор механизма передвижения консольного крана

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«КУЗБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Т.Ф. ГОРБАЧЕВА»

Кафедра стационарных и транспортных машин

Курсовая работа

Расчет и выбор механизма передвижения консольного крана

Выполнил: ст. гр. ОЭ-091

Беспоместных. Д.И.

Кемерово 2013

Содержание

Введение

1. Описание конструкции и область применения

2. Расчет механизма передвижения

2.1 Исходные данные

2.2 Определение сопротивлений передвижению крана

2.3 Выбор электродвигателя, соединительных муфт и редуктора

2.4 Проверка двигателя на нагрев

2.5 Определение тормозных моментов и выбор тормоза

3. Электрооборудование крана и предохранительная аппаратура

4. Требование правил безопасности

Литература

Введение

Грузоподъёмные машины являются существенной составной частью почти каждого производства и играют большую роль в механизации монтажных и погрузочно-погрузочных работ. Широкое внедрение грузоподъёмных машин способствует интенсификации производственных процессов, механизации трудоёмких и тяжёлых работ, удешевление стоимости производства и др.

В данной курсовой работе производится расчёт механизма передвижения консольного крана.

Современное краностроение характеризуется совершенствованием конструкций, применением новых материалов, методов и средств изготовления и контроля, внедрением более совершенных методов расчёта и основанных на них снижении массы кранов, повышение их надёжности.

1. Описание конструкции и область применения

У консольного крана грузозахватный орган подвешен к консоли или к тележке, перемещающейся по консоли. Отличительной особенностью этого крана является наличие такой консоли и разнесенных по вертикали опор. Консольные краны выполняются передвижными и стационарными поворотными. Основные параметры и размеры консольных поворотных стационарных кранов регламентированы ГОСТ 19811--74 «Краны консольные стационарные поворотные с электрической талью. Типы. Основные параметры и размеры» и ГОСТ 19494--74 «Краны консольные стационарные поворотные ручные. Типы. Основные параметры и размеры». В соответствии с этими стандартами консольные стационарно-установленные краны разделяются на консольные поворотные

настенные краны и консольные поворотные краны на свободно стоящей колонне. Консольные поворотные настенные краны представляют собой консольную двутавровую балку, соединенную посредством подкоса с вертикальной стойкой трубчатого или коробчатого сечения. На концах стойки приварены две оси, цапфы которых посредством подшипников качения опираются на два кронштейна. Кронштейны при помощи болтов прикрепляются к металлическим или железобетонным колоннам здания. В железобетонных колоннах предусматриваются закладные болты и плиты. В последнем случае кронштейны крепятся к плите посредством переходного фланца. Консольные поворотные краны на свободно стоящей колонне представляют собой консольную двутавровую балку, опирающуюся на верхнюю часть колонны, которая устанавливается на фундамент. Поворот консольных кранов осуществляется вручную с помощью каната, цепи или вертикальной штанги, прикрепленных к торцовой части двутавровой балки, или электродвигателем. В качестве механизма подъема применяются электрические тали по ГОСТ 22584--77. Передвижение тали осуществляется либо механизмом передвижения, установленном на самой тали, либо посредством канатной тяги, идущей на лебедку, расположенную на консоли. В последнем случае имеется возможность получить более широкий диапазон скоростей передвижения электрических талей, а также уменьшить сечение двутавровых консольных балок. Разновидностью консольных поворотных кранов на свободно-стоящей колонне являются двуплечевые консольные краны. Поворот этих кранов производится вручную. Подъем груза производится стационарно установленной талью или посредством горизонтально расположенного пневмоцилиндра с канатным полиспастом.

Консольные краны, оснащенные электрическими талями, используются в цехах промышленных предприятий в качестве вспомогательного оборудования в помощь мостовым кранам для обслуживания различных металлорежущих станков, прессов, гильотинных ножниц и т. п. Передвижные консольные краны применяются в литейных и других цехах и работают ярусом ниже мостовых кранов. Они снабжены кабиной управления и обычной крановой тележкой или имеют электроталь и управляются с пола. Кран перемещается вдоль стены здания по специальным путям с помощью двух вертикальных ходовых колес и двух пар верхних и нижних горизонтальных роликов, воспринимающих опрокидывающий момент.

Рис.1. Консольный кран

2. Расчёт механизма передвижения

2.1 Исходные данные

Рассчитать механизм передвижения консольного крана грузоподъемностью Q = 5 т. Высота подъема = 3 м. Скорость передвижения V_пер = 20 м/мин. Максимальный вылет стрелы=3м. Режим работы средний ПВ=40%.

Рис.2.

2.2 Определение сопротивлений передвижению крана

Согласно рекомендациям [1, параграфа 1.2], ориентировочная масса консольного крана m=т. По табл. 1,29 найдем рекомендуемый диаметр ходовых колес Dк =250 мм.

Коэффициент трения качения ходовых колес по рельсам с плоской головкой µ=0,0005 [1,табл. 1.28]. Коэффициент трения в подшипниках качения ходовых колес f=0,02 (подшипники конические).

Диаметр цапфы вала ходового колеса для подшипников качения d_k =(0,2…0,25)• D_к . Соответственно d_k=0,2·250=50 мм. Принимаем d_k=50 мм. Примем также k_p - коэффициент, учитывающий дополнительные сопротивления от трения реборд ходовых колёс и торцов ступиц колеса для подшипников качения k_p=2,0…2,5.

Принимаем k_p = 2,5.

Общее сопротивление передвижению крана:

(1)

где, - сопротивление трения, (см. 2.40) Н;

F_укл - сопротивление от уклона пути,(см. 2.41) Н;

F_в - сопротивление от ветровой нагрузки, (см.1.17) Н.

2.3 Выбор электродвигателя, соединительных муфт и редуктора

Статическая мощность привода при ?=0,9 [1, табл.1.18]:

, кВт, (3)

где, - номинальная скорость передвижения, м/с;

?- КПД механизма.

Выбираем трехфазный асинхронный короткозамкнутый двигатель 4А71А4У3 (Рис.3.1) мощностью Р=0,55 кВт, частотой вращения n=1390 . Момент инерции ротора 0,0013 кг•м²[1, табл.III.3.1]. Габариты, установочные и присоединительные размеры и масса, технические характеристики приведены в таблице III.3.3.

Рис.3. Трехфазный асинхронный короткозамкнутый двигатель 4А71А4У3

Таблица 1.

Марка двигателя

Число полюсов

Габаритные размеры, мм

Установочные и присоединительные размеры, мм

Масса, кг

l30

l83

h31

d30

l1

l10

l31

d1

b10

h

4А71А4У3

2,4,6,8

285

330

201/223

170

40

90

45

19

112

71

15,1

Таблица 2. Технические характеристики

Типоразмер двигателя	Мощность, кВт	Частота вращения, мин-1	Тпуск/ТНом	Тmin/Тном	Тmax/Тном	Момент инерции ротора, кг*м2
4А71А4У3	0,55	1390	2,0	1,6	2,2	1,3*10_3

Номинальный момент двигателя:

, Н•м (4)

= 3,78 Н•м.

Частота вращения ходового колеса:

(5)

== 25,5 ,

Требуемое передаточное число привода:

u = (6)

u = = 63

Исходя из этой мощности и требуемого передаточного числа, [5] выбираем для среднего режима работы и частоты вращения быстроходного вала = 1500 мин¹ редуктор типа А-400 (Рис.4), с передаточным числом =63, N_б=2,2 кВт; (Рис.4). Основные размеры, мощность на быстроходном валы, размеры концов валов, на рис. 4 и рис.5.

Расчетная мощность редуктора:

Рис.4. Редуктор типа А-400

Размеры концов валов редуктора А400

входной выходной

Рис.5. Размеры концов валов редуктора А400

Таблица 3. Технические характеристики редуктора А400

Типоразмер редуктора	Передаточное отношение	Частота вращения входного вала, мин-1	Номинальный крутящий момент на выходном валу, Н*м	Режимы работы	Допускаемый крутящий момент на выходном валу, Н*м
редуктор А-400	20; 25; 35,5; 40; 50; 63	1500	1350	ПВ=100%	1350
				ПВ=40%	1550
				ПВ=25%	2100
				ПВ=15%	2450

Номинальный момент, передаваемый муфтой двигателя, принимается равным моменту статических сопротивлений:

= = , Н•м, (7)

= = = 3,1 Н•м.

Расчетный момент для выбора соединительных муфт:

= , Н•м , (8)

где, - коэффициент, учитывающий степень ответственности механизма; - коэффициент, учитывающий режим работы механизма [1, табл. (1.35)].

= 3,1• 1,2 •1,3=4,9 Н•м.

Учитывая, что крутящий момент передается двигателем на одну муфты.

Т^/м= Т_м = 4,9 Н•м; (9)

Выбираем муфту МУВП-1 с тормозным шкивом с крутящим моментом 3,5 Н•м (Рис.6). Диаметр тормозного шкива d = 100 мм , момент инерции муфты =0,005 кг•.

Основные размеры и масса приведены ниже.

Рис.6. Муфта МУВП-1 с тормозным шкивом

Таблица 4. Характеристики муфты

Фактическая скорость передвижения тележки

= , м/с, (10)

==0,33 м/с.

Отличается от ближайшего значения 0,32 м/с из стандартного ряда [1, табл.1.2] на 3,03 %, что допустимо.

Полагаем, что общее число ходовых колес крана z = 4, из них приводных Примем коэффициент сцепления ходовых колес с рельсами ?= 0,15, коэффициент запаса сцепления = 1,2 [1, (1.81)].

Максимально допустимое ускорение крана при пуске в предположении, что =0

, м/, (11)

.

Наименьшее допускаемое время пуска по условию сцепления

=, (12)

 = 0,75 с.

Средний пусковой момент двигателя:

=, Н•м, (13)

где, - максимальная кратность пускового момента электродвигателя: =2,2; =1,6. [1]

=

Момент статических сопротивлений при работе крана без груза (определение значений = приводится ниже)

= , Н•м, (14)

= = 0,86Н•м.

Момент инерции ротора двигателя Ip =0,0013 кг• и муфт быстроходного вала

кг•.

I= Ip + =0,0013 + 0,005= 0,0063кг•.

Фактическое время пуска механизма передвижения без груза

=, (15)

где, ?- коэффициент, учитывающий влияние вращающихся масс привода механизма: ?=1,1…1,25.

== 0,94 с.

Фактическое ускорение крана без груза при пуске:

, м/ (16)

=0,35 м/ < =0,445 м/.

Проверяем фактический запас сцепления. Для этого найдём:

а) суммарную нагрузку на приводные колёса без груза:

, Н (17)

Н;

б) сопротивление передвижению крана без груза:

, Н (18)

=392,4Н

Фактический запас сцепления:

, (19)

)

Равенство выполнено.

2.4 Проверка двигателя на нагрев

График действительной нагрузки механизма передвижения крана

Рис.7. Усредненный график загрузки механизмов

Определим моменты, развиваемые двигателем, и время его пуска в различные периоды работы механизма. Согласно расчётам по формулам (1), (14), (15) составим таблицу.

Таблица 5: Моменты, развиваемые двигателем, и время его пуска

Наименование показателя	Обозначение	Ед. измерени	Результаты расчёта при массе поднимаемого груза ,кг
			1Q=5000	0,8Q=4000	0,5Q=2500	0,3Q=1500
КПД	?	-	0,9	0,9	0,85	0,75
Сопротивление передвижению	пер	Н	1373,4	1177,2	882,9	686,7
Момент статического сопротивления	с	Н•м	3,03	2,6	2,06	1,82
Время пуска механизма передвижения		с	2,6	1,93	1,34	1,135

Среднеквадратичный момент, преодолеваемый электродвигателем:

, Н•м, (20)

где, - общее время пуска механизма в разные периоды работы с различной нагрузкой; - время установившегося движения при соответствующих нагрузках; - общее время включения электродвигателя за цикл, с.

=,с, (21)

где: Нср - средний рабочий путь передвижения крана, Нср =1,5 м.

== 4,55 с

,с, (22)

=2,6•2+1,93•4+1,34•1+1,1357•3=17,665 с;

,с, (23)

= 10•4,55+17,665=63,2с;

= 3,34 Н•м.

Во избежание перегрева электродвигателя необходимо, чтобы развиваемая двигателем среднеквадратичная мощность удовлетворяла условию:

, (24)

, (25)

кВт

,

Условие выполняется.

2.5 Определение тормозных моментов и выбор тормоза

Максимальное допустимое замедление крана при торможении:

, м/, (26)

.

Принимаем =0,15 м/с2 [1. табл. 1.26].

Время торможения крана без груза:

, с (27)

=2,2 c.

Сопротивление при торможении крана без груза:

, Н, (28)

=157 Н.

Момент статических сопротивлений на тормозном валу при торможении крана, в предположении, что тормоз установлен на валу двигателя и нет уклона пути:

 , Н•м, (29)

=0,28 Н•м.

Момент сил инерции при торможении крана без груза:

,Н•м, (30)

=1,96 Н•м.

Расчётный тормозной момент на валу тормоза:

, Н•м, (31)

Н•м

Выбираем тормоз типа ТКТ-100 [1. табл. III.5.13] с диаметром тормозного шкива =100мм и наибольшим тормозным моментом Т_т=20 Н•м, который следует отрегулировать до Т_т=1,7 Н•м (Рис.8). Основные размеры тормоза ТКТ приведены в таблице 6.

Таблица 6. Габаритные размеры тормоза

A	A1	B	D	H	H1	L	L1	L2	L3	Lmax	а1	b	b1	d	h	l1	l2	s	s1
220	110	130	100	244	144	339	207	300	125	395	40	70	65	13	197	83	35	6	4



Рис.8. Тормоз ТКТ -100

Минимальная длина пути торможения:

, м, (32)

м.

Фактическая длина пути торможения:

=0,5?,м, (33)

=0,5•0,33•2,2=0,36 м.

Условие выполняется (0,36 м > 0,06 м), что соответствует рекомендациям [1. табл. 1.26].

3. Электрооборудование крана и предохранительная аппаратура

Электропривод большинства грузоподъёмных машин характеризуется повторно - кратковременном режимом работы при большей частоте включения, широком диапазоне регулирования скорости и постоянно возникающих значительных перегрузках при разгоне и торможении механизмов. Особые условия использования электропривода в грузоподъёмных машинах явились основой для создания специальных серий электрических двигателей и аппаратов кранового исполнения. В настоящее время крановое электрооборудование имеет в своём составе серии крановых электродвигателей переменного и постоянного тока, серии силовых и магнитных контроллеров, командоконтроллеров, кнопочных постов, конечных выключателей, тормозных электромагнитов и электрогидравлических толкателей, пускотормозных резисторов и ряд других аппаратов, комплектующих разные крановые электроприводы.

В крановом электроприводе начали довольно широко применять различные системы тиристорного регулирования и дистанционного управления по радио каналу или одному проводу.

Повышенная опасность работ при транспортировке поднятых грузов требует при проектировании и эксплуатации соблюдение обязательных правил по устройству и эксплуатации подъемно-транспортных машин. На механизмах подъема и передвижения правилами по устройству и эксплуатации предусмотрена установка ограничителей хода, которые воздействуют на электрическую схему управления. Конечные выключатели механизма подъема ограничивают ход грузозахватывающего приспособления вверх, а выключатели механизмов передвижения моста и тележки ограничивают ход механизмов в обе стороны.

Предусматривается также установка конечных выключателей, предотвращающих наезд механизмов в случае работы двух и более кранов на одном мосту. Исключение составляют установки со скоростью движения до 30 м/мин. Крановые механизмы должны быть снабжены тормозами закрытого типа. Действующими при снятии напряжения.

На крановых установках допускается применять рабочее напряжение до 500 В, поэтому крановые механизмы снабжают электрооборудованием на напряжения 220, 380, 500 В переменного тока и 220, 440 В постоянного тока. В схеме управления предусматривают максимальную защиту, отключающую двигатель при перегрузке и коротком замыкании. Нулевая защита исключает самозапуск двигателей при подаче напряжения после перерыва в электроснабжении. Для безопасного обслуживания электрооборудования, находящегося на ферме моста, устанавливают, блокировочные контакты на люке и двери кабины. При открывании люка или двери напряжение с электрооборудования снимается.

Так, работой механизма подъема состоит из процессов подъема и опускания груза и процессов передвижения пустого крюка. Для увеличения производительности используют совмещение операций: время пауз, в течение которого двигатель не включен и механизм не работает, используется для навешивания груза на крюк и освобождение крюка, для подготовки к следующему процессу работы механизма. Каждый процесс движения может быть разделен на периоды неустановившегося движения (разгон, замедление) и период движения с установившейся скоростью.

На шахтовых площадках, где наблюдается выделение пыли, поэтому электродвигатель и все электрооборудование мостового крана требует защиты общепромышленного исполнения не ниже IP 53 - защита

электрооборудования от попадания пыли, а также полная защита обслуживающего персонала от соприкосновения с токоведущими и вращающимися частями, а также защита электрооборудования от капель воды падающих под углом 600° к вертикали.

Краны снабжены кабиной управления и обычной крановой тележкой или имеют электроталь и управляются с пола.

Правилами Ростехнадзора предусматривается четыре режима работы механизмов: лёгкий - Л, средний - С, тяжёлый - Т, весьма тяжёлый - ВТ.

кран тормоз электродвигатель редуктор

4. Требование правил безопасности

Использование грузоподъёмных устройств регламентировано Правилами устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов (ПБ 10-382-00). К ним предъявляются следующие требования:

1. Конструкция крана должна обеспечивать безопасность при ее эксплуатации и техническом обслуживании в соответствии с требованиями национальных «Правил устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов» и ГОСТ 12.2.003.

2. Требования электробезопасности должны соответствовать ГОСТ 12.2.007.0.

3. Вводное устройство (защитная панель) консольных кранов должно быть оборудовано специальным контактным замком с ключом (ключ-марка), без которого не может быть подано напряжение на кран.

4. Все краны должны быть оборудованы низковольтным ремонтным освещением напряжением не более 42 В.

5. При использовании напряжения в цепи управления свыше 42 В для обеспечения защитного заземления кран должна иметь клемму с заземляющим контактом, а кабель питания тали должен иметь заземляющую жилу.

6. Кнопочный пост управления должен соответствовать требованиям ГОСТ 2492 и классу II по степени защиты от поражения электрическим током по ГОСТ 12.2.007.0.

7. Краны должны быть оборудованы ограничителями рабочих движений для автоматической остановки механизмов передвижения консольных кранов или их грузовых тележек, работающих на одном крановом пути.

8. Вывод крана в ремонт должен производиться инженерно-техническим работником, ответственным за содержание грузоподъемных кранов в исправном состоянии, в соответствии с графиком ремонта, утвержденным владельцем крана.

9. Эквивалентный уровень звука не должен превышать 80 дБА.

Все грузоподъемные краны подвергают техническому освидетельствованию.

Проводится оно для того, чтобы установить, что монтаж и установка грузоподъемного крана соответствует Правилам устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов, а его техническое состояние обеспечивает безопасную работу в экстремальных условиях.

Грузоподъемные краны, находящиеся в работе, должны подвергаться периодическому техническому освидетельствованию: частичному (через 12 мес.) и полному (не реже одного раза в 3 года).

Техническое освидетельствование грузоподъемных кранов проводят инженерно-технические работники, осуществляющие надзор. За кранами при участии лиц, ответственных за их содержание в исправном состоянии.

При частичном техническом освидетельствовании статическое и динамическое испытания не производятся. В случае установки крана на новое место проводится внеочередное полное техническое освидетельствование.

При осмотре крана проверяются в рабочем состоянии все механизмы и электрическое оборудование, приборы безопасности, тормоза, аппараты управления, освещение и сигнализация. Проверяются также состояние заземления электрического крана, соответствие веса противовеса и балласта величинам, указанным в паспорте, состояние крановых путей, металлоконструкций крана и др.

При полном техническом освидетельствовании производят осмотр крана, статическое и динамическое испытания. При осмотре крана проверяют в рабочем состоянии все механизмы и оборудование, приборы безопасности, тормоза и аппаратуру управления. Особенно тщательно осматривают металлоконструкции крана и состояние сварных соединений на отсутствие трещин и деформаций, крепление кабины, лестниц, площадок и ограждений. Проверяют состояние крюка и деталей его подвески; крепления канатов, состояние блоков, осей и деталей их крепления, надежность заземления и состояние крановых путей.

После устранения выявленных неисправностей кран подвергают испытанию грузом.

Статическое испытание крана производят нагрузкой, на 25% превышающей номинальную грузоподъемность, при этом проверяют прочность всех элементов. Статическое испытание мостового и козлового кранов осуществляют при положении тележки посередине пролета, а консольного - на максимальном вылете грузовой тележки. Контрольный груз поднимают на высоту 200…300 мм от пола с последующей выдержкой в таком положении в течение 10 мин. После опускания груза проверяют отсутствие остаточной деформации моста крана. У козлового крана с консолями отсутствие остаточной деформации моста проверяют как при установке тележки между опорами крана, так и при установке ее на консоли. При обнаружении остаточной деформации работать на кране не разрешают до выяснения причин деформации.

Динамическое испытание крана производят нагрузкой, на 10% превышающей грузоподъемность. Это испытание можно выполнять рабочим грузом поднятием и опусканием его на небольшую высоту. Одновременно проверяют действие всех механизмов и работу ограничителя верхнего положения подвески; у кранов, имеющих два и более механизма подъема груза, испытанию подлежит каждый из них.

Результаты испытаний заносят в паспорт за подписью лица, проводившего освидетельствование. Сюда же записывают право на дальнейшую эксплуатацию крана (при удовлетворительных результатах испытаний) и срок следующего освидетельствования.

Список литературы

1. Кузьмин А.В., Марон Ф.Л. Справочник по расчетам механизмов подъемно-транспортных машин. Минск, «Вэшэйш. школа», 1997. - 272 с.

2. Справочник по кранам. Т.2. Под ред. А.И. Дукельского. - М.: Машиностроение. 1973.

3. Промышленная безопасность при эксплуатации грузоподъёмных кранов / Федерал. Горный и пром. надзор России.- М.: Гос. Предприятие «Науч.-техн. Центр по безопасности». 200. - 296 с.

4. Крановое электрооборудование: справочник / под ред. А.А. Рабиновича. - Мю: Энергия, 1979, - 238 с.

Размещено на Allbest.ru