Мостовой кран

Введение
1 Конструкторская часть
1.1 Описание конструкции двухбалочного электромостового крана-
1.2 Расчёт механизма подъёма груза
1.2.1 Выбор схемы механизма подъёма груза-
1.2.2 Выбор каната
1.2.3 Выбор диаметра барабана и блоков
1.2.4 Расчёт блоков
1.2.5 Выбор грузового крюка по ГОСТу и проверка напряжений в опасных сечениях
16
1.2.6 Расчёт крюковой подвески
1.2.6.1 Выбор упорного шарикоподшипника-
1.2.6.2 Расчёт траверсы крюка
1.2.6.3 Выбор подшипников блоков
1.2.7 Расчёт барабана
1.2.7.1 Выбор диаметра и основных размеров барабана-
1.2.7.2 Определение длины барабана
1.2.7.3 Проверка барабана на напряжения
1.2.7.4 Расчёт крепления каната к барабану
1.2.7.5 Расчет оси барабана
1.2.8 Расчёт привода подъёмного механизма
1.2.8.1 Выбор электродвигателя и редуктора-
1.2.8.2 Выбор тормоза
1.2.8.3 Выбор муфт
1.2.8.4 Определение момента инерции масс, приведённого к валу электродвигателя
37
1.2.8.5 Определение приведенного момента сопротивления барабана
1.2.8.6 Определение времени и ускорения пуска-
1.2.8.7 Определение времени и ускорения торможения
1.2.8.8 Определение пути, пройденного грузом за время торможения
1.3 Расчёт механизма передвижения грузовой тележки мостового крана
-
1.3.1 Выбор кинематической схемы механизма-
1.3.2 Выбор колёс и колёсных установок
1.3.3 Определение сопротивлений передвижению тележки мостового крана
45
1.3.4 Расчёт привода механизма передвижения тележки крана
1.3.4.1 Выбор двигателя и редуктора-
1.3.4.2 Выбор муфт
1.3.4.3 Определение момента инерции масс, приведённого к валу электродвигателя
-
1.3.4.4 Определение времени пуска двигателя нагруженной тележки
1.3.4.5 Расчёт тормозного момента и выбор тормоза
1.4 Расчёт металлоконструкции
1.4.1 Расчёт моста крана-
1.4.1.1 Выбор размеров сечения главной балки-
1.4.1.2 Определение расчётных нагрузок на балку моста
1.4.1.3 Проверка главной балки на максимальные напряжения и максимальный прогиб с помощью ПО АРМ Structure 3D
57
1.4.2 Расчёт концевой балки
1.4.2.1 Расчётные нагрузки на концевую балку-
1.4.2.2 Выбор размеров сечения концевой балки
1.4.2.3 Проверка концевой балки на максимальные напряжения с помощью ПО АРМ Structure 3D
-
2 Безопасность и экологичность решений проекта
2.1 Охрана труда
2.1.1 Общая характеристика и анализ потенциальных опасностей и вредностей на электромостовом кране
-
2.1.2 Расчёт диаметра стальных стропов
2.2 Охрана окружающей среды
2.2.1 Общая характеристика грузового двора с точки зрения его вредного влияния на окружающую среду
-
2.2.2 Расчет вредных выбросов в атмосферу при работе маневровых тепловозов на грузовом дворе
74
2.2.3 Мероприятия, снижающие вредные влияния работы грузового двора на окружающую среду
77
3 Экономический расчет модернизации электромостового крана грузоподъемностью 6,3 т
81
Заключение
Список используемых источников
Приложение А Результаты расчёта главной балки в ПО АPM Structure 3D
93
Приложение В Результаты расчёта концевой балки в ПО АPM Structure 3D
97

Коэффициент приведённого числа оборотов принимают в зависимости от отношения минимальной нагрузки на колесо к максимальной /2/. Так как , следовательно .
Приведённое число оборотов колеса за срок службы
Колесо изготовлено из стали с и допускаемым напряжением при .
Допускаемое напряжение при приведенном числе оборотов колеса за срок службы определяем по формуле
Напряжение не должно превышать допускаемое напряжение . В нашем случае . Условие прочности выполняется.
1.3.3 Определение сопротивлений передвижению тележки мостового крана
Сопротивление движению тележки:
- с номинальным грузом
где - коэффициент трения качения стального колеса по выпуклому рельсу, /3/;
- коэффициент, учитывающий сопротивление от трения реборд колёс о рельсы и от трения токосъёмников о троллеи, .
- без груза
Сопротивление , создаваемое допустимым уклоном подкранового пути, определяется по формуле:
- с грузом
где - допустимый угол пути для тележек, .
- без груза
При работе крана в закрытом помещении сопротивление, создаваемого давлением ветра равно нулю, а при работе на открытой площадке
где - скоростной напор ветра на высоте над поверхностью земли, ; при рабочем состоянии (скорость ветра ) - , при нерабочем состоянии (скорость ветра ) - ;
- коэффициент, учитывающий возрастание скоростного напора в зависимости от высоты установки крана над поверхностью земли, при высоте /3/;
- аэродинамический коэффициент, для коробчатых конструкций /3/;
- коэффициент динамичности, учитывающий пульсирующий характер ветровой нагрузки; принимаем для рабочего состояния - , для нерабочего - ;
- наветренная площадь, ; тележки с грузом - , тележки без груза - .
При рабочем состоянии
При нерабочем состоянии
Полное сопротивление передвижению крана:
- с грузом
- без груза
Момент сопротивления при установившимся движении, приведенный к колёсам:
- с грузом
- без груза
1.3.4 Расчёт привода механизма передвижения тележки крана
1.3.4.1 Выбор двигателя и редуктора
Необходимая мощность двигателя определяется по формуле
/6/
где - КПД механизма, ;
- кратность среднепускового момента двигателя по отношению к номинальному, .
По расчётной мощности принимаем ближайший по каталогу /3/ крановый асинхронный двигатель с фазным ротором. Характеристики двигателя приведены в таблице 14.
Таблица 14 – Технические данные электродвигателя с фазовым ротором
Мощность на валу, Частота вращения, Максимальный момент, Маховый момент ротора, Момент инерции ротора Угловая скорость вала, Вес электродвигателя, 2,7 840 5,7 0,115 0,00293 87,92 58
Угловая скорость колеса
Передаточное отношение привода
Редуктор механизма передвижения тележки выбираем исходя из расчётной мощности, частоты вращения двигателя, передаточного числа и режима работы.
По каталогу /3/ принимаем вертикальный редуктор с передаточным числом , крутящим моментом на выходном валу , межосевым расстоянием и весом .
Определим фактическую скорость передвижения тележки
Погрешность в скорости передвижения тележки составляет
1.3.4.2 Выбор муфт
Для соединения быстроходного вала редуктора с электродвигателем принимаем соединительную зубчатую муфту ГОСТ 5006-83 (таблица 15).
Таблица 15 – Техническая характеристика зубчатой муфты
Крутящий момент,
Вес комплекта, Маховой момент, не более 100 6,7 0,05
Для соединения 2-х колёс валом вставкой принимаем муфту ГОСТ 5006-83.
1.3.4.3 Определение момента инерции масс, приведённого к валу электродвигателя
Маховой момент ходового колеса .
Маховый момент системы электропривода
- при пуске
- при торможении
1.3.4.4 Определение времени пуска двигателя нагруженной тележки
Пусковой момент двигателя
где - кратность пускового момента, .
Момент сопротивления передвижению нагруженной тележки, приведенный к валу двигателя
Время пуска двигателя нагруженной тележки
Ускорение при пуске двигателя нагруженной тележки
Проверяем запас сцепления колеса с рельсом при пуске двигателя
где - коэффициент сцепления на открытом воздухе, ;
- вес движущихся частей (тележки - и груза ), ;
- число приводных колёс;
- общее число колёс;
- наименьший допустимый запас сцепления, .
1.3.4.5 Расчёт тормозного момента и выбор тормоза
При торможении тележки без груза допустимое максимальное ускорение, при котором обеспечивается запас сцепления колёс с рельсами , определяют по формуле
Минимальное время торможения тележки без груза исходя из максимального допустимого ускорения
Допускаемая величина тормозного пути
Минимально допустимое время торможения исходя из минимального пути торможения
Наименьший момент сопротивления, приведённый к валу двигателя
Максимальный тормозной момент
По наибольшему тормозному моменту выбираем колодочный тормоз (рисунок 14)
Рисунок 14 – Тормоз колодочный ТКТ-100
Таблица 15 – Характеристика колодочного тормоза
Тормозной момент, Тип толкателя Масса тормоза, Диаметр шкива, 20 16 100
Фактическое время торможения
Фактическое замедление
Фактический тормозной путь тележки
Тормозной путь при торможении юзом
Тормозной путь, обеспечивающий плавность торможения
Определение тормозного момента при удержании тележки в нерабочем состоянии при ураганном ветре
где - запас торможения, .
при тормозном моменте .
1.4 Расчёт металлоконструкции
Материал металлоконструкции сталь ГОСТ 19281-73. Допускаемые напряжения при расчёте на растяжение и сжатие составляет .
Сварные соединения выполняем следующими электродами:
- при ручной сварке электродами качества не ниже ГОСТ 9467-75;
- при автоматической и полуавтоматической сварке электродной проволокой с флюсами.
1.4.1 Расчёт моста крана
Сечение балки моста, рассчитываемого крана, прямоугольной формы, своренное из стального листа. К мосту крепится вспомогательные поперечные и продольные балки, на которых размещён механизм передвижения крана. Мост оборудуют перилами и настилом.
1.4.1.1 Выбор размеров сечения главной балки
Высота главной балки прямоугольной формы с замкнутым контуром для средней части моста
принимаем .
Высота балки у опоры
принимаем .
Длина скосов
принимаем .
Ширина верхнего и нижнего горизонтальных листов
принимаем .
Кроме того, ширина горизонтальных листов должна удовлетворять условию
условие выполняется.
Предварительно для расчёта принимаем толщину вертикальных стенок , а верхний и нижний пояса из листа толщиной .
С целью обеспечения устойчивости вертикальных стенок главной балки между ними укреплены поперечные листы (диафрагмы).
Большие диафрагмы (на всю высоту балки) ставим на расстоянии 2,5 м, приваривать их к растянутому поясу не следует. Расстояние между короткими диафрагмами, высотою 350 мм, принимаем 500 мм.
Диафрагмы и рёбра жёсткости, параллельные стыковым швам стенки, должны быть удалены на расстоянии не менее 60 мм от стыков.
1.4.1.2 Определение расчётных нагрузок на балку моста
Если принять, что колёса тележки одинаково нагружены, то подвижная нагрузка (рисунок 15), передаваемая на рельс одним колесом, при работе крана с номинальным грузом
где - динамический коэффициент, учитывающий инерционные силы при подъёме и опускании груза, .
Рисунок 15 – Расчётная схема главной балки
При допущении, что механизм передвижения моста равномерно нагружает одну из балок, распределение нагрузки от собственного веса балки, рельса, смотровой площадки и механизма передвижения
где - вес одной балки моста крана, ;
- вес металлоконструкции смотровой площадки, ;
- вес механизма передвижения крана, принимаем ;
- вес рельса длиной , ;
- коэффициент, учитывающий толчки при движении крана, при .
Сосредоточенная нагрузка от веса кабины с электрооборудованием
где - вес кабины, .
Механизм передвижения моста, расположен на поперечных консольных балках, присоединённых к главной балке, скручивает её моментом
где - плечо веса механизма передвижения относительно оси главной балки, .
1.4.1.3 Проверка главной балки на максимальные напряжения и максимальный прогиб с помощью ПО АРМ Structure 3D
Допустимый прогиб
.
Наибольший изгибающий момент в пролётной балке от нагрузки ходовых колёс четырёхколёсной тележки действует в сечении под колесом , находящимся от левой опоры на расстоянии , где В – база тележки.
В приложении А, на рисунке А.1 изображена расчётная схема главной балки с приложенными к ней нагрузками.
После расчёта главной балки моста, получаем результаты, показанные на рисунке А.2 (приложение А):
- максимальный прогиб составляет , что меньше допустимого ;
- максимальное напряжение в опасном сечении составляет , что меньше допустимого .
Условие прочности выполняется.
Найдём реакции в опоре В 2-х балок моста, когда тележка с номинальным грузом находится в крайнем положении около опоры. После расчёта получаем результаты:
- реакция в опоре В более загруженной главной балки моста составляет (приложение А, рисунок А.3)
- реакция в опоре В менее загруженной главной балки моста составляет (приложение А, рисунок А.4)
1.4.2 Расчёт концевой балки
Концевую балку рассчитываем при действии на неё нагрузок, возникающих от веса моста и тележки с номинальным грузом, находящейся в крайнем положении около опоры В (рисунок 15).
1.4.2.1 Расчётные нагрузки на концевую балку
На концевую балку действуют две силы и соответственно от более нагруженной и менее нагруженной главной балки моста (рисунок 16).
Рисунок 16 - Расчётная схема концевой балки
1.4.2.2 Выбор размеров сечения концевой балки
Концевую балку выполняем коробчатого сечения.
Высота концевой балки принимаем такой же, как главной балки у опоры
Ширина верхних и нижних горизонтальных листов
Предварительно для расчёта принимаем толщину вертикальных стенок , а верхний и нижний пояса из листа толщиной .
1.4.2.3 Проверка концевой балки на максимальные напряжения с помощью ПО АРМ Structure 3D
В приложении В, на рисунке В.1 изображена расчётная схема концевой балки с приложенными к ней нагрузками.
После расчёта концевой балки, получаем результаты, показанные на рисунке В.2 (приложение В). Максимальное напряжение в опасном сечении составляет , что меньше допустимого .
Условие прочности выполняется.
1