Проектирование башенного крана

РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОТКРЫТЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ  СООБЩЕНИЯ

 

 

Кафедра "Железнодорожный путь, машины и оборудование"

 

 

 

 

 

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ

 по дисциплине 

"Грузоподъемные машины"

на тему "Проектирование башенного  крана"

 

 

 

 

Выполнил студент       

 

 

 

Преподаватель

 

 

 

Москва – 2009

 

Содержание

Стр.

Введение………………………………………………………………….. 3

1.Краткий обзор конструкций…………………………………………… 3

2.Расчет механизма подъема  груза………………………………………. 7

2.1. Выбор и расчет полиспаста………………………………………….. 7

2.2. Выбор грузового каната……………………………………………… 8

2.3.Выбор крюковой подвески…………………………………………… 8

2.4.Определение основных  размеров грузового барабана……………… 8

2.5.Расчет крепления каната  к барабану…………………………………. 10

2.6.Расчет толщины стенки  барабана……………………………………. 11

2.7.Выбор канатных блоков………………………………………………. 11

2.8.Выбор электродвигателя………………………………………………. 12

2.9.Выбор передачи……………………………………………………….. 13

2.10.Выбор соединительных  муфт……………………………………….. 14

2.11.Выбор тормоза……………………………………………………….. 14

2.12.Проверка электродвигателя  на время его разгона…………………. 15

2.13.Определение коэффициента  пусковой перегрузки 

электродвигателя…………………………………………………………. 15

2.14.Проверка времени торможения  механизма подъема груза………. 15

3.Расчет механизма передвижения  башенного крана…………………. 16

3.1.Определение диаметра  ходовых колес крана………………………. 16

3.2.Определение статического  сопротивления передвижению крана… 16

3.3.Определение сил сопротивления  передвижению крана 

с учетом сил инерции…………………………………………………….. 18

3.4. Выбор электродвигателя  для механизма передвижения крана…… 19

3.5. Выбор редуктора для  механизма передвижения………………….. 21

3.6. Выбор тормоза для  механизма передвижения крана……………… 22

Выводы……………………………………………………………………. 23

Литература……………………………………………………………….. 23

Задание

Разработать чертеж общего вида башенного крана, спроектировать механизм подъема груза и механизм передвижения крана.

Исходные  данные

1.Грузоподъемность       - Q = 10 т

2.Максимальный вылет       - R = 24 м

3.Высота подъема груза      - Н = 19 м

4.Скорость подъема груза      - V_гр = 10 м/мин

5.Скорость передвижения крана     - V_п = 20 м/мин

6.Группа режимов работы механизмов    - 3М

 

Введение

Грузоподъемные  механизмы и машины относятся  к высокоэффективным средствам комплексной механизации и автоматизации производства. Применение этих машин на железнодорожном транспорте позволяет устранить тяжелые ручные работы по перегрузке и транспортировке массовых грузов и существенно повысить производительность труда, сократить простои вагонов.

Курсовое  проектирование грузоподъемных машин  помогает студенту быстрее освоить  теоретические знания и научится грамотно подбирать комплектующие узлы проектируемых механизмов.

Курсовое  проектирование по дисциплине "Грузоподъемные машины" призвано закрепить и  углубить полученные теоретические  знания, выработать умение применять их при решении конкретных практических задач, получить навыки проектирования машин в целом.

 

1.Краткий обзор конструкций

Башенным  краном называется поворотный кран (рис.1.) со стрелой 2. Закрепленной в верхней  части вертикально расположенной  башни 6. Кран предназначен для выполнения грузоподъемных работ.

Управление  всеми механизмами осуществляется машинистом из кабины 4.

Груз поднимают  с помощью грузовой лебедки 10, грузового  каната и крюковой подвески 1, являющейся грузозахватным органом крана.

Кран выполняет  следующие движения: подъем и опускание  груза, изменение вылета, передвижение и поворот.

Изменение вылета осуществляется либо путем изменения  угла наклона стрелы с помощью  стрелового полиспаста 7 и механизма подъема стрелы 9 (рис.1, а), либо путем перемещения грузовой тележки 17 с помощью механизма передвижения тележки (рис.1, б).

Передвигается кран по строительной площадке с помощью рельсового ходового устройства на стальных ходовых колесах с приводом от механизма передвижения по крановым путям. Для связи поворотных и неповоротных частей крана служит опорно-поворотное устройство 13, которое обеспечивает как передачу нагрузок от поворотной части крана на неповоротную ходовую раму 15, так и вращение поворотной части относительно неповоротной.

Классификация кранов

а) по типу башни

- с поворотной башней (рис.1, а);

- с неповоротной башней (рис.1, б);

В кранах с  неповоротной башней опорно-поворотное устройство размещено вверху башни. При этом поворотная часть  крана состоит из стрелы 2, поворотного оголовка 3, противовесной консоли 19, механизма подъема груза 10, противовеса 8.

В кранах с  поворотной башней опорно-поворотное устройство размещают внизу башни. В этом случае поворотная часть включает в себя стрелу 2, башню с оголовком и распоркой 5, поворотную платформу 12 с размещенными на ней механизмами подъема груза 10 и подъема стрелы 9 и плитами противовеса.

б) по типу применяемых стрел

- с подъемной стрелой  (рис.1, а);

- с балочной стрелой  (рис.1, б);

У кранов с  подъемной стрелой груз подвешивают  к концу стрелы, Изменение вылета (подъем стрелы) осуществляется поворотом стрелы относительно опорного шарнира.

У кранов с  балочной стрелой груз подвешивают  к грузовой тележке, которая перемещается при изменении вылета по направляющим балкам стрелы.

Краны с подъемной  стрелой наиболее просты по конструкции  и способу изготовления, однако они менее точны при эксплуатации в случае, когда необходимо точное положение груза в пространстве. В этих условиях краны с  балочной стрелой обеспечивают более точное положение груза в пространстве. Это качество важно при погрузке контейнеров в вагоны. Поэтому разрабатываем башенный кран с балочной стрелой.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Расчет механизма подъема груза

2.1. Выбор и расчет полиспаста

Расчет ведем  по рекомендациям [1]. Кратность полиспаста выбираем по табл. 5.1. Применяем сдвоенный полиспаст. Принимаем кратность полиспаста а = 2. Развернутая схема полиспаста показана на рис.2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Усилие в  набегающей на барабан ветви каната

 

где а = 2 – кратность полиспаста;

n = 6 – число направляющих блоков;

h_бл = 0,98 – к.п.д. блока;

m = 2 –число полиспастов.

По рекомендациям  [1] усилие в набегающей ветви должно лежать в диапазоне S_б = 10000…30000 Н. Полиспаст выбран верно.

 

2.2. Выбор грузового каната

На грузоподъемных кранах применяют главным образом  стальные проволочные канаты, так  как они обладают высокой прочностью, гибкостью во всех направлениях, безотказностью и надежностью, связанной с тем, что их полному разрушению предшествуют разрывы проволок, сигнализирующие об исчерпании ресурса каната.

Расчетное усилие в канате определим по формуле

 

где К = 5 – коэффициент  запаса прочности для режима работы 3М;

Р – разрывное усилие каната.

Подходит  канат ЛК-Р 6х19 (1+6+6\6)+1 о.с. ГОСТ 2688-80.

Диаметр каната – d_к = 16,5 мм. Разрывное усилие каната – Р = 147500 Н.

 

2.3.Выбор крюковой подвески

Крюковая  подвеска выбирается с таким расчетом, чтобы она соответствовала принятой схеме и кратности полиспаста, грузоподъемности и режима работы механизма.

По Приложению 2 [1] подбираем крюковую подвеску.

Типоразмер – 2-10-406 ( 2 –  число блоков; 10 – грузоподъемность 10 т; 406 – диаметр блока).

Диаметр каната – d_к = 14…17 мм. Расстояние между блоками – 62 мм.

 

2.4.Определение основных размеров  грузового барабана

Минимальный диаметр барабана определим по формуле

D_б ³ d_к * w = 16,5 * 16 = 264 мм

где w = 16 – коэффициент зависящий от типа подъемного устройства, привода механизма и режима работы механизма [1].

 Принимаем по стандарту  D_б = 450 мм.

Длину барабана определим по формуле

2*0,55 + 0,07 + 2*0,07 = 1,31 м

где - длина одного нарезного участка;

 – длина гладкого  среднего участка;

 – длина гладкого  концевого участка.

Длину нарезного  участка определим по формуле

 

где t – шаг нарезки;

t = d_к + 2…3 мм = 16,5 + 2…3 = 18,5…19,5 = 18 мм

Z_р – число рабочих витков каната, навиваемых на один нарезной участок;

 

где – рабочая длина каната, навиваемая на один нарезной участок;

 

где Н = 19 м – высота подъема  груза;

а = 2 – кратность полиспаста;

Z_непр = 1,5 – число неприкосновенных витков, которые должны обязательно оставаться на барабане после опускания груза и тем самым разгружать узел крепления каната к барабану;

Z_кр = 3…4 – число витков, используемых для крепления конца каната к барабану.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Длина гладкого среднего участка

 

поэтому принимаем  .

Длина гладкого концевого участка

 

Проверка 

 

Условие соблюдается, барабан  рассчитан верно.

 

2.5.Расчет крепления каната к  барабану

Усилие нагружения узла крепления

 

где f = 0,1 – коэффициент трения между канатом и барабаном;

α=3*p = 9,42 рад – угол обхвата барабана неприкосновенными витками.

Канат необходимо прижать  усилием

 

где w = 0,35 – коэффициент сопротивления вырыва каната из-под планок.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Диаметр болтов, прижимающих планки к барабану, определим  по формуле

 

где Z = 2 – число болтов;

R = 1,25 – коэффициент запаса, учитывающий изгибные нагрузки;

[s] = 80 МПа – допускаемое напряжение для болтов.

Принимаем d_б = М20.

 

2.6.Расчет толщины стенки барабана

Основной  расчет стенки барабана расчет на сжатие. Принимаем, что барабан литой, чугунный (СЧ15). Толщину стенки барабана определим по формуле

d = 0,02 * D_б + (6…10) = 0,02*450 = (6…10) = 15…19 мм = 18 мм.

Определим расчетное  напряжение при сжатии стенки огибающим  ее канатом

 

где [s] = 90 МПа – допускаемые напряжения для чугуна СЧ15 и режиме работы 3М.

 

2.7.Выбор канатных блоков

В канатных блоках профиль ручья выполняется в  соответствии с требованиями ОСТ 24.191.05-82. блоки выполняются из стали марки 35Л-2 отливкой.

Диаметр канатных блоков определим по формуле

D_бл ³ d_к * w = 16,5 * 16 = 264 мм

Принимаем по стандарту D_бл = 300 мм.

 

2.8.Выбор электродвигателя

К.п.д. механизма  подъема определим по формуле

h_м = h_п * h_б * h_р = 0,99 *0,97 * 0,95 = 0,91

где h_п – к.п.д. полистпаста;

 

h_бл = 0,98 – к.п.д. блока;

h_б = 0,97 – к.п.д. барабана;

h_р = 0,95 – к.п.д. редуктора.

Максимальная  статическая мощность электродвигателя подъема груза равна

 

По рекомендациям  [1] подбираем двигатель по мощности на 30% меньше N_{ст.макс}. Подбираем по Приложению 3 [1] асинхронный электродвигатель с фазным ротором МТН 311-8.

Мощность электродвигателя – N_эл = 14 кВт.

Частота вращения – n_эл = 925 об/мин.

Максимальный крутящий момент  - М = 265 Н*м.

 

2.9.Выбор передачи

В качестве редуктора  для механизма подъема выбираем цилиндрический редуктор.

Расчетный эквивалентный  крутящий момент на тихоходном валу редуктора определим по формуле

М_э = К_д * М_ст.б = 0,45 * 12973 = 5838 Н*м

где К_д = 0,45 – коэффициент долговечности для режима работы 3М;

М_ст.б – статический крутящий момент на валу барабана.

 

где С = 2 – число ветвей каната, навиваемых на барабан одновременно.

Требуемое передаточное число редуктора определим по формуле

 

где n_б – частота вращения вала барабана.

 

где V_гр = 0,167 м/с – скорость подъема груза.

Подбираем трехступенчатый цилиндрический редуктор Ц3У-250. [2]

Передаточное число редуктора   - i_ред. = 63.

Крутящий момент на тихоходном

валу редуктора - М_т = М_н*К_д = 4000*1,6 = 6400 Н*м

где К_д = 1,6 – повышающий коэффициент для режима работы 3М;

М_н = 4000 Н*м – номинальный крутящий момент на тихоходном валу редуктора.

Условие М_э = 5838 Н*м ≤ М_т = 6400 Н*м выполняется.

Расхождение в передаточном числе

 

Расстояние между осями  валов редуктора А = 535 мм. 

Проверим условие компоновки

 

где В = 350 мм – габаритный размер электродвигателя;

d = 100 мм – расстояние между двигателем и барабаном, необходимое для монтажа.

Условие компоновки выполняется.

 

 

 

 

2.10.Выбор соединительных муфт