Анализ работоспособности мостового крана 20т ОАО "ММК" по критериям надежности

,

где – коэффициент, учитывающий конструкцию детали (для валов, осей и цапф );

      – предел выносливости (для стали 45 равен 257 МПа);

      – допускаемый коэффициент запаса прочности (для режима работы 7М равен 1,6).

Наибольший изгибающий момент под правой ступицей, тогда наименьший возможный диаметр оси под нее [10, стр. 97]:

м.

Момент сопротивления  сечения ступицы:

.

Условие выполняется.

Примем диаметр оси  под правую ступицу 13 мм, под левую ступицу 13 мм.

2.6. Контроль состояния и оценка надежности двигателя по критерию несущей способности

2.6.1. Кинематический расчет  привода

Определяем угловую  скорость, :

,       (6)

где - угловая скорость

Определяем передаточное число:

       (5)

где  i – передаточное число привода;

- частота вращения вала электродвигателя, об/мин

- частота вращения выходного вала привода, об/мин.

,

Определяем вращающий  момент, Н*м:

,       (7)

где, - номинальная мощность электродвигателя.

Определяем вращательный момент на быстроходном и тихоходном валах, Н*м;

б/х вал 

,       (8)

т/х вал 

,       (9)

( ),       (10)

где - расчетный крутящий момент, Н*м;

К – коэффициент режима нагрузки  к=1,5 [8; с.251];

- крутящий момент на быстроходном  валу;

- крутящий момент на тихоходном  валу.

   (на быстроходном валу)

                        (на тихоходном валу)

2.6.2. Определение среднего  пускового момента

Для двигателя с короткозамкнутым ротором можно принимать 

где М_max – максимальный момент двигателя, Н*м.

где максимальная кратность пускового момента,

Принимаем М_ср.п. = 610 Н*м.

2.6.3. Определение фактической  скорости подъема груза

Действительная скорость подъема груза

2.6.4. Проверка двигателя механизма подъема на время разгона

Для механизма подъема  груза наибольшее время разгона  получается при разгоне на подъем. Его можно определить по формуле [10, стр.85]:

,

где - угловая скорость двигателя, рад/с;

      – приведенный к валу двигателя момент инерции при разгоне всех движущихся частей механизма, включая поступательно движущиеся массы, кг м ;

      – среднепусковой момент двигателя, Нм;

      – момент статических сопротивлений при разгоне, приведенный к валу

двигателя, Н м.

Значение  определяют по формуле [10, стр. 85]:

кН*м,

где – кратность среднепускового момента двигателя, .

Значение  равно [1, стр.85]:

,

где – момент инерции при разгоне всех вращающихся частей механизма, приведенный к валу двигателя [10, стр.85]:

,

где – коэффициент учета инерции вращающихся масс, расположенных на втором, третьем и последующих валах механизма;

      – момент инерции вращающихся масс, расположенных на первом валу, равный сумме моментов инерции ротора (якоря) двигателя , муфт , тормозного шкива и т.д.;

      – момент инерции при разгоне поступательно движущихся частей механизма плюс груза, приведенный к валу двигателя, кг м .

Момент инерции тормозного шкива [10, стр.241]:

кг м .

где .

Момент инерции вращающихся  масс, расположенных на быстроходном валу механизма [10, стр.241]:

кг м - момент инерции ротора (якоря) двигателя;

кг м - момент инерции муфты;

 кг м .

Момент инерции при  разгоне всех вращающихся частей механизма, приведенный к валу двигателя [10, стр. 247]:

 кг м .

В механизме подъёма  груза значение определяют следующим образом [10, стр. 247]:

кг м ,

где – радиус барабана по оси навиваемого каната, м;

      – полное передаточное число механизма ;

      – сумма массы подвески и массы груза кг;

      – КПД механизма.

Момент инерции при  разгоне всех движущихся частей механизма, включая поступательно движущиеся массы [10, стр. 247]:

кг м .

Момент статических  сопротивлений при разгоне, приведенный  к валу двигателя:

Н м.

Время разгона фактическое:

с.

Данное значение не выходит  за пределы допустимых значений, следовательно  двигатель не меняем.

Среднее ускорение при  разгоне [10, стр.250]:

 м/с .

Это значение так же не превышает рекомендуемого.

 

2.6.5. Проверка двигателя  на нагрев

Условие проверки ,

где – эквивалентный момент на валу двигателя, при работе с которым его нагрев будет таким же, как и при работе с реальными моментами, возникающими при подъёме и опускании грузов различного веса, Н м;

      – номинальный момент двигателя, Н м.

Значение  определяют по формуле [10, стр.250]:

,

где , – соответственно статические моменты на валу двигателя, возникающие при подъёме и опускании груза - го веса, Н м;

      – время разгона механизма при работе с грузом - го веса, с;

   , – соответственно время установившегося движения при подъёме и

опускании, с;

      - коэффициент, учитывающий ухудшение условий охлаждения двигателя в период пуска.

где – вес j-го груза, включая вес крюковой подвески, Н;

      – КПД механизма при работе с грузом - го веса.

Рисунок 2.14 – График нагрузок механизмов кранов

Значение и количество подъёмов и опусканий за один рабочий  цикл принимают по графику нагружения механизма. Можно воспользоваться  типовым усреднённым графиком.

Можно принять, что за рабочий цикл производится всего 10 подъёмов (опусканий) грузов.

При общем количестве подъёмов (опусканий) за цикл, равном десяти, получается, что, в моём случае, груз весом  поднимается и опускается 2 раза, - 4 раза, - 2 раза, - 3 раза. Допускаем, что остановка механизма осуществляется механическим тормозом без участия двигателя.

Н; H; Н; Н.

КПД механизма при  работе с грузом - го веса необходимо определять, используя найденное значение КПД при работе с номинальным грузом и график.

Значения  при опускании и поднимании груза равны: , , , .

Определим моменты при  подъёме и опускании [10, стр.250]:

Для груза весом  :

;

.

Моменты при подъеме  и опускании для остальных  весов занесем в таблицу.

Момент инерции массы - го груза, включая крюковую подвеску, приведённый к первому валу:

,

где

      – масса - го груза;

кг;

 кг м .

Остальные значения сведены  в таблицу.

Приведённый к валу двигателя  момент инерции при разгоне всех движущихся частей механизма, включая  поступательно движущиеся массы [1, стр. 251]:

;

 кг м .

Остальные значения сведены  в таблицу.

Допуская, что угловая  скорость двигателя при работе в  установившемся режиме зависит лишь от направления движения груза и  не зависит от массы груза, получаю:

где – номинальная угловая скорость двигателя, рад/с;

      – синхронная угловая скорость двигателя (угловая скорость идеального холостого хода),рад/с.

 рад/с,

где Гц – частота промышленного трёхфазного тока;

      – число пар полюсов двигателя (значение легко определить по условному обозначению типа двигателя последняя цифра в условном обозначении есть число полюсов).

 рад/с.

Время разгона при  подъёме и опускании можно  определить [10, стр.85]:

с;

с;

Остальные значения сведены  в таблицу.

Время установившегося  движения определяют по формулам:

где – средняя высота подъёма груза, м.

Фактические скорости движения груза при подъёме и опускании  определяют по формулам:

 м/с;

 м/с;

 с;

 с.

Все результаты посчитанных  параметров сведены в таблицу

Таблица 2.6 – Значения найденных параметров

Параметр
	подъем	опуска-ние	подъем	опуска-ние	подъем	опуска-ние	подъем	опуска-ние
, Н	202144	202144	151608,4	151608,1	101327,8	101327,8	9601,8	9601,8
	0,912	0,912	0,684	0,684	0,18	0,18	0,045	0,045
, Н м	692,6	576,1	692,6	324,06	1759,2	56	666,8	1,35
, кг м	0,22	0,22	0,29	0,29	1,1	1,1	4,5	4,5
, кг м	3,53	3,53	3,59	5,59	4,4	4,4	5,6	5,6
, с	0,4	0,4	0,294	0,106	0,06	0,05	0,165	0,162
,с	69,5	160	69,5	160	69,5	160	69,5	160

 

Условие проверки выполняется  , а значит двигатель не перегреется.

2.6.7. Расчет валов редуктора

Валы при работе испытывают сложную деформацию - изгиб и кручение. Расчет валов начинают с выбора материала вала. Рекомендуется изготавливать валы из стали 45; 40Х. Проектирование вала ведут в два этапа. На первом этапе проводят ориентировочный расчет конца выходного вала из расчета на чистое кручение:

Определяем диаметры быстроходного и тихоходного  валов под муфты

,        (11)

где, D – диаметр вала, мм;

Т – крутящий момент вала, Н*м

- допускаемое напряжение на  кручение МПа. [8; с.110];

- диаметр быстроходного вала, мм;

- диаметр тихоходного вала, мм;

На втором этапе, после того как установлены основные размеры ступеней валов, проводят проверочный расчет на прочность по напряжениям изгиба и кручения, определяя расчетные коэффициенты для опасных сечений:

где n_σ – коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям;

n_τ - коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям.

При этом расчетный коэффициент запаса прочности должен быть больше допускаемого (n > [n_σ], [n_τ] = 1,7-2,5).

Для углеродистой стали  Ст6 45 n_σ = 2,53,  n_τ = 10,82.

, что удовлетворяет условию.

2.7. Выводы по второму разделу: результаты контроля и оценки надежности привода

 

Во втором специализированном разделе работы даны качественная и  количественная оценки надежности привода  рабочих валков по различным критериям (параметрам состояния). С этой целью  для заданных условий привода подъема по выбранным критериям:

- проверен контроль и определен вид технического состояния наиболее нагруженных деталей и узлов привода рабочих валков;

- дана количественная оценка их надежности (работоспособности) с помощью детерминированного коэффициента безопасности (запаса надежности).

Основные результаты аналитического контроля и оценки надежности деталей и узлов главного привода  по различным критериям работоспособности  сведены в таблицу 2.7.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2.7 – Результаты оценки состояния и надежности элементов механизма подъема крана

Наименование элемента (номер подраздела)	Критерий работоспособности (параметр состояния)	Вид состояния	Запас надежности
Цилиндрическая стенка барабана (п.2.5.2)	Критерий статической прочности  стенки на стенке барабана ( )	Работоспособное	= 0,02
Цилиндрическая стенка барабана (п.2.5.2)	Критерий статистической прочности стенки барабана на совместное действие изгиба и кручения ( )	Работоспособное	=
Ось барабана (п.2.5.3)	Критерий статической прочности  оси барабана на изгиб ( )	Работоспособное	=
Валы редуктора (тих./быстр.) (п.2.6.7)	Критерий статической прочности вала редуктора на прочность (nσ)	Работоспособные	=