Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
КАФЕДРА МАШИН МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА И ПРИКЛАДНОЙ МЕХАНИКИ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к выполнению курсового проекта по дисциплине
«Подъемно–транспортные машины»
(для студентов специальности 6.090218 всех форм обучения)
Утверждено
на заседании кафедры ММК и ПМ
Протокол № 16 от 21.05.2002
Рекомендовано
на заседании методического совета
Протокол № 9 от 21.06.2002
Алчевск, 2002
УДК 621.86
Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине «Подъемно–транспортные машины» (для студентов специальности 6.090218 всех форм обучения) / Сост.: П.В. Боровик, В.Н. Ульяницкий, В.С. Мумриенко. — Алчевск: ДГМИ, 2002. – 47 с.
Изложены цели и задачи, а также этапы и последовательность выполнения проекта. Даны рекомендации по обоснованию принимаемых конструктивных решений при разработке узлов и деталей грузоподъемных и транспортирующих машин, в основном металлургического производства, не содержащиеся в доступной литературе по кранам общего назначения. Приведен необходимый перечень литературных источников, оговорены структура, объем графической части и пояснительной записки, а также требования к оформлению проекта.
|
Составители: |
П.В. Боровик, ст. преп., |
|
Ответственный редактор |
П.В. Боровик, ст. преп. |
|
Ответственный за выпуск |
В.Н. Ульяницкий, проф. |
УДК 621.86
Методичні вказівки до виконання курсового проекту з дисципліни «Підйомно–транспортні машини» (для студентів спеціальності 6.090218 усіх форм навчання) / Укл.: П.В. Боровік, В.Н. Ульяницький, В.С. Мумрієнко. — Алчевськ: ДГМІ, 2002. – 47 с.
Викладено мету і задачі, а також етапи і послідовність виконання проекту. Дано рекомендації з обґрунтування прийнятих конструктивних щодо рішень при розробці вузлів і деталей вантажопідйомних і транспортуючих машин, здебільшого металургійного виробництва, що відсутні у розповсюджених літературних джерелах стосовно кранів загального призначення. Приведено необхідний перелік літературних джерел, запропоновано структуру, обсяг графічної частини і пояснювальної записки, а також наведено вимоги щодо оформлення проекту.
|
Укладачі: |
П.В. Боровік, ст. викл., |
|
Відповідальний редактор |
П.В. Боровік, ст. викл. |
|
Відповідальний за випуск |
В.Н. Ульяницький, проф. |
Оглавление
|
[1] [2] ОБЪЕКТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ [3] ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ПРОЕКТА [4] ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ ПРОЕКТА [4.1] ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ [4.2] ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА [5] МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ РАСЧЕТОВ ОТДЕЛЬНЫХ МЕХАНИЗМОВ, УЗЛОВ И ДЕТАЛЕЙ КРАНА [5.1] РАСЧЕТ МЕХАНИЗМА ПОДЪЁМА [5.1.1] ВЫБОР КРАТНОСТИ ПОЛИСПАСТА [5.1.2] ВЫБОР КОНСТРУКЦИИ И КИНЕМАТИЧЕСКОЙ СХЕМЫ МЕХАНИЗМА подъема [5.1.3] ВЫБОР ТИПА И РАЗМЕРОВ КАНАТА [5.1.4] РАСЧЕТ И BЫБОP КАНАТОПРИЕМНЫХ БАРАБАНОВ И КАНАТОВЕДУЩИХ БЛОКОВ [5.1.5] ВЫБОР КОНСТРУКЦИИ И РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ КРЮКОВОЙ ПОДВЕСКИ (КП) [5.1.5.1] Выбор крюка [5.1.5.2] Гайка крепления крюка (вилки крюка) [5.1.5.3] Упорный подшипник КП [5.1.5.4] Траверса крюка [5.1.5.5] Ось блоков нормальной КП [5.1.5.6] Серьга (щековина) КП [5.1.5.7] Выбор подшипников качения блоков [5.1.6] КОНСТРУИРОВАНИЕ УЗЛА КАНАТОПРИЕМНОГО БАРАБАНА [5.1.6.1] Определение основных размеров установки канатоприемного барабана [5.1.6.2] Расчет стенки обечайки [5.1.6.3] Расчет узла крепления конца каната на барабане [5.1.6.4] Расчет оси барабана [5.1.6.5] Выбор подшипников оси барабана [5.1.7] Расчет привода механизма подъема крана [5.1.7.1] Выбор двигателя механизма подъема [5.1.7.2] Выбор передачи [5.1.7.3] Выбор тормоза [5.1.7.4] Выбор муфт [5.1.7.5] Проверка электродвигателя [5.2] МЕХАНИЗМ ПЕРЕДВИЖЕНИЯ КРАНА [5.2.1] ВЫБОР КИНЕМАТИЧЕСКОЙ СХЕМЫ МЕХАНИЗМА ПЕРЕДВИЖЕНИЯ [5.2.2] ВЫБОР ТИПА, РАЗМЕРОВ И РАСЧЕТ ХОДОВЫХ КОЛЕС [5.2.3] РАСЧЕТ КОЛЕСА НА ПРОЧНОСТЬ [5.2.4] ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ И редуктора [5.2.5] ВЫБОР МУФТ [5.2.6] РАСЧЕТ ТОРМОЗНОГО МОМЕНТА И ВЫБОР ТОРМОЗА [5.3] РАСЧЕТ МЕТАЛЛОКОНСТРУКЦИИ МОСТА КРАНА [5.3.1] ВЫБОР КОНСТРУКЦИИ МОСТА [5.3.2] ПРОВЕРКА ИЗГИБНОЙ ЖЕСТКОСТИ МОСТА [5.4] ПРИБОРЫ БЕЗОПАСНОСТИ, БЛОКИРОВОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА И ЗАЩИТНЫЕ СРЕДСТВА
[6] [6.1] ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ К РАСЧЕТУ КОНВЕЙЕРА [6.2] РАСЧЕТ ЛЕНТОЧНОГО КОНВЕЙЕРА [6.2.1] ОПРЕДЕЛЕНИЕ ШИРИНЫ ЛЕНТЫ [6.2.2] ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИБЛИЖЕННОЙ МОЩНОСТИ ПРИВОДА [6.2.3] ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ТЯГОВОГО УСИЛИЯ [6.2.4] ВЫБОР ЧИСЛА ПРОКЛАДОК [6.2.5] ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ БАРАБАНА ПРИВОДНОЙ И НАТЯЖНОЙ СТАНЦИЙ [6.2.6] ВЫБОР ТИПА И РАСЧЕТ НАТЯЖНОГО УСТРОЙСТВА [6.2.7] ВЫБОР ПРИВОДА КОНВЕЙЕРА [6.2.8] РОЛИКООПОРЫ КОНВЕЙЕРА [6.2.9] ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАТЯжЕнИЯ ЛЕНТЫ КОНВЕЙЕРА [6.2.10] СТАНИНА КОНВЕЙЕРА [6.2.11] очистные устройства [6.2.12] ЗАГРУЗОЧНЫЕ И РАЗГРУЗОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА [6.3] ПРИБОРЫ БЕЗОПАСНОСТИ [7] ВЫВОДЫ [8] ЗАЩИТА КУРСОВОГО ПРОЕКТА
[9] |
Курсовой проект является заключительным этапом изучения дисциплины «Подъёмно-транспортные машины» (ПТМ). Это первый проект у студентов специальности 6.0902.18, в котором рассматривается изделие, представляющее машину в целом. К тому же он выполняется и защищается на выпускающей кафедре. До него студенты специальности 0902.18 выполнили курсовой проект по «Теории механизмов и машин». Поэтому они обладают определенным опытом курсового проектирования.
Работа над курсовым проектом позволяет студентам углубить знания дисциплины ПТМ, способствует развитию навыков самостоятельного решения технических задач, в т.ч. определения конструктивных форм и размеров деталей, компоновки их в узлы, а последних в машину.
Выполняя курсовой проект, студент должен критически анализировать данные литературных источников и опыт эксплуатации машин, аналогичных объекту проектирования.
Объектом проектирования студенту предлагается либо мостовой кран, либо транспортирующая машина (конвейер), как представители наиболее широко используемых в металлургическом производстве внутрицеховых транспортных средств.
С учетом структуры металлургических предприятий, включающих цехи основного производства и цехи вспомогательного характера, студентам в качестве объектов проектирования могут быть предложены мостовые краны общего назначения и мостовые специальные краны большой грузоподъёмности. Конвейеры как объекты проектирования должны принадлежать к типам, используемым в металлургическом производстве.
Основанием для проектирования является техническое задание (в учебном процессе именуемое индивидуальным заданием), выдаваемое студенту руководителем проектирования.
Индивидуальное задание на проектирование вписывается руководителем на специальном бланке и утверждается заведующим кафедрой.
Содержание задания: формулировка темы проекта, основные технические характеристики (исходные данные) проектируемой машины, специальные, если необходимо, условия, перечень чертежей графической части, сроки выдачи задания и представления к защите готового проекта.
В процессе выполнения курсового проекта недостающие данные студент выбирает самостоятельно, руководствуясь приобретенными знаниями, а также учебной и специальной литературой, нормативными и другими документами по ПТМ.
В структурном отношении курсовой проект состоит из графической части и текстового документа в виде пояснительной записки. Основная - графическая часть содержит конструктивную разработку машины, ее узлов и деталей, а пояснительная записка - обоснование принятых в проекте решений.
Студент должен приступить к выполнению проекта только тогда, когда ему ясны цели и задачи проектирования. Прежде всего, необходимо проанализировать исходные данные, подобрать литературу и найти аналог машине - объекту проектирования.
Технически обоснованное решение по выбору конструкции конкретной машины - объекта проектирования студент принимает самостоятельно. Разработка отдельных узлов и деталей должна выполняться с использованием новейших достижений в области ПТМ и смежных отраслях. Студент согласовывает с руководителем принципиальные вопросы конструирования, соглашаясь или не соглашаясь с мнением руководителя. Однако в последнем случае принятое решение должно быть убедительно аргументировано. В течение периода проектирования студент, согласно расписанию, работает в зале проектирования кафедры или является на консультации, если выполняет проект на дому. Руководитель проекта оценивает объем выполненной работы, оказывает необходимую помощь и дает рекомендации на последующее время проектирования.
Законченный проект - чертежи и пояснительную записку студент обязан представить не позднее, чем за две недели до окончания семестра на кафедру руководителю проектирования для проверки и принятия решения о допуске к защите. В случае наличия грубых ошибок и конструктивных неувязок проект возвращается автору на доработку. Надпись «к защите» на пояснительной записке дает право студенту защищать проект перед комиссией, создаваемой кафедрой.
Выполняя первый курсовой проект на выпускающей кафедре, студент обязан научиться оформлять результаты проектирования в строгом соответствии с нормами ЕСКД. Это сослужит ему добрую службу при выполнении последующих курсовых проектов и, конечно же, дипломного проекта.
Объем её – 3 листа формата A1 по ГОСТ 2.301–68, которые включают: общий вид машины, сборочные чертежи узла и рабочие чертежи деталей (как правило) этого узла.
На чертеже общего вида машины (крана или конвейера) следует привести его техническую характеристику. Спецификация на основные узлы машины должна являться общей частью спецификации проекта. (Для кранов, по согласованию с руководителем, вместо общего вида всей машины допускается вычерчивание тележки со всеми расположенными на ней механизмами).
Сборочные чертежи узла (узлов) сопровождаются подетальной спецификацией, прилагаемой к чертежу. Спецификации выполняют на чертежной бумаге формата А4.
Рабочие чертежи деталей (согласно сборочному чертежу узла) должны соответствовать всем требованиям, предъявляемым к ним ЕСКД. Наименование деталей узла, для которых надо выполнить рабочие чертежи, оговариваются в индивидуальном задании на проектирование или согласуются с руководителем в процессе проектирования.
Каждый лист чертежа должен содержать необходимое количество проекций, разрезов, сечений, местных вырывов, поясняющих конструкцию машины или отдельного механизма, раскрывающих невидимую часть соединения или форму детали.
Каждый чертеж должен иметь основную надпись, расположенную в правом нижнем углу формата.
Обращаем внимание студентов на то, что необходимо четко отличать поле формата и поле чертежа, рамку формата и рамку чертежа (последняя всегда находится внутри рамки формата).
Все чертежи выполняются с соблюдением принятых масштабов изображения: ГОСТ 2.302–68.
И последнее. Чертеж – основной документ проекта. Умением выполнять, правильно оформлять и читать чертежи закладывается техническая культура будущего специалиста-механика.
В зависимости от типа машины - объекта проектирования объем пояснительной записки может составить 35-40 страниц формата А4 (размер 210297 мм). С целью снижения объёма записки студентам следует широко использовать схемы, графики, рисунки, таблицы вместо текстового описания. Эскизы, кинематические, расчетные и другие схемы, помещаемые в записке, вычерчивайте аккуратно и, по возможности, в масштабе. Записи выполнять чернилами (пастами) фиолетового или черного цвета на одной стороне листа. По периметру листа предусмотреть поля (но не отлинеивать!): слева, снизу и сверху - не менее 20 мм; справа - не менее 10 мм.
Изложение текста должно быть четким и грамотным с необходимостью соблюдения принятой в дисциплине ПТМ терминологии. Сокращения слов (кроме общепринятых) в тексте, таблицах и подписях к рисункам не допустимы.
Приводимые в пояснительной записке расчеты выполнять следующим образом. После соответствующего заголовка вписывать исходные данные; энергосиловые и кинематические параметры, марку и механические характеристики металла, геометрические размеры, ограничения и т.д. Затем приводить необходимые расчетные схемы и формулы, вычисления выполняйте по схеме: формула в общем виде - численные значения буквенных символов - окончательный результат, т.е. промежуточные вычисления не обязательны. Расшифровку буквенных символов приводить сразу же под вычислениями. При необходимости указывать литературный (или другой.) источник, из которого взята численная величина символа. И здесь, и в других случаях ссылку на использованный источник выполнять цифрами, заключенными в прямоугольные скобки. Цифра (цифры) указывают порядковый номер источника в перечне ссылок, прилагаемом в конце пояснительной записки.
Если какая-либо формула будет использоваться вновь, её следует пронумеровать для удобства ссылки на неё. В тексте при этом вписывают численный результат со ссылкой на номер формулы, по которой он подсчитан. Нумерация формул должна состоять из двух цифр, разделенных точкой. При этом первая цифра означает порядковый номер раздела пояснительной записки, а вторая порядковый номер формулы в данном разделе.
Символ, обозначавший один и тот же параметр, и единица его измерения должны быть едины во всех частях проекта. Единицы размерности величин должны строго соответствовать системе единиц (СИ).
Иллюстрации (схемы, графики, диаграммы, фотоснимки, рисунки) вместе с их названиями необходимо располагать непосредственно после текста, где они упоминаются впервые, или на следующей странице. На все иллюстрации должны быть ссылки по тексту записки. Иллюстрации, расположенные на отдельных страницах работы, включают в общую нумерацию страниц записки. Рисунок или схему, размеры которых больше формата А4, считают как одну страницу. При необходимости под иллюстрацией помещают поясняющие данные (подрисуночный текст, расшифровка позиций и др.). Иллюстрации могут иметь название, которое помещают под иллюстрацией. Иллюстрация обозначается словом «Рисунок __», которое вместе с названием иллюстрации помещают ниже поясняющих данных.
Номер иллюстрации обозначают арабскими цифрами и он состоит из номера раздела и порядкового номера рисунка в этом разделе, разделенных точкой. Например: «... Рисунок 1.2 ...» - второй рисунок первого раздела. Если иллюстрация имеет название, то его записывают после номера через тире, например: «Рисунок 3.2 – Схема к расчету главной балки моста крана». Расшифровку позиций иллюстрации помещают в подрисуночном тексте или в тексте пояснительной записки.
Таблицу следует располагать непосредственно после текста, в котором она упоминается впервые, или на следующей странице. На все таблицы должны быть ссылки в тексте отчета. Таблицы следует нумеровать арабскими цифрами порядковой нумерацией в пределах раздела. Номер таблицы состоит из номера раздела и порядкового номера таблицы, разделенных точкой. Таблица может иметь название, которое помещают над таблицей. Название должно быть кратким и отражать содержание таблицы. Если переносят часть таблицы на следующую страницу, то слово «Таблица __» указывают один раз слева над первой частью таблицы, над другими частями пишут; «Продолжение таблицы __» с указанием номера таблицы. Над последней частью таблицы пишут «Окончание таблицы __».
При расчетах элементов конструкции на прочность следует правильно составлять расчетную схему, продуманно выбирать материал и аргументировано обосновать величину допускаемых напряжений, нормативных сроков службы, учесть условия эксплуатации. Необходимо помнить, что запасы прочности находятся в зависимости от режима работы машины.
Весьма желательно использовать унифицированные узлы и детали.
Применение в конструкции машины стандартных редукторов, тормозных устройств, потребует их обоснованного выбора с указанием типа, характеристик, ГОСТа или технических условий.
Дополнительные сведения (если это необходимо) об оформлении пояснительной записки следует почерпнуть из Государственного стандарта Украины ДСТУ 3008–95, а также ГОСТ 2.105–79, ГОСТ 8.417–81, ГОСТ 16.263–70. Практически всю необходимую информацию по выполнению как проекта в целом, так и отдельных частей его, можно получить из литературных и справочных источников, приведенных в конце данного методического пособия. Также ценную информацию можно найти в личных конспектах лекций по курсам «Детали машин», «Машиностроительное черчение», «Сопротивление материалов», «ПТМ» и др.
Механизмы подъёма (МП) служат для вертикального перемещения груза. У кранов общего назначения МП состоит из следующих основных частей: двигателя, тормоза, редуктора, канатоприёмного барабана, полиспаста и грузозахватного устройства. (У спецкранов возможны и другие элементы в конструкции МП). МП является основным механизмом мостового крана. Выбор схемы МП, кроме других условий, обуславливается еще типом и кратностью используемого полиспаста. В мостовых кранах, применяемых в металлургическом производстве, используют силовые сдвоенные полиспасты.
Кратность или передаточное число полиспаста обозначают символом . Выбирают кратность согласно практическому опыту и установленным нормам натяжения каната, исходя из номинальной грузоподъёмности крана (табл. ). Необходимо помнить, что от полиспаста зависят: диаметр каната, диаметр и длина канатоприёмного барабана, передаточное число редуктора, энергозатраты привода.
Таблица . — Рекомендации по выбору кратности сдвоенного полиспаста в зависимости от грузоподъемности крана
|
, т |
5-8 |
10-16 |
20-32 |
40-63 |
75-125 |
150-180 |
200-225 |
250-280 |
320 |
360 |
400 |
450 |
500 |
600 |
|
2 |
2; 3 |
3; 4 |
4; 5 |
5; 6 |
8 |
10 |
12 |
14 |
2 х 8 |
2 х 12 |
2 х 12 |
2 х 14 |
2 х 16 |
Если в механизме подъёма используют два сдвоенных (заливочные, разливочные и другие краны с траверсой) полиспаста, то кратность каждого из них будет в 2 раза меньше, чем, если бы был только один сдвоенный.
Приведенные рекомендации по выбору кратности полиспаста являются ориентировочными. Схемы полиспастов входят неотъемлемой частью в кинематическую схему механизма подъёма. Графическое изображение схемы полиспаста смотри рис. 2.1 [16], рис. 66 [8], рис. 37б,в [1].
Для заливочных, разливочных и других металлургических кранов схемы навивки каната на барабане (что близко к полиспасту) даны на рис. 77 [6].
Кинематическую схему следует привести в пояснительной записке с расшифровкой позиций входящих в неё узлов и деталей. При выборе схемы можно руководствоваться рис. 34 [1], рис. VI.2.1 [14], рис. 2.1 [25]. На схеме полиспаст должен соответствовать выбранной кратности. Выбирать схему механизма подъёма разливочного крана согласно рис. 3.14 [10], колодцевого — рис. 3.23 [10], пратценкрана (крана с лапами) — рис. 3.27 [10].
Редуктор на кинематической схеме следует изображать в виде прямоугольника (не показывая зубчатых зацеплений).
В случае получения большого передаточного числа в схеме МП. целесообразно предусмотреть после редуктора открытую зубчатую передачу. В связи с этим кинематическую схему МП следует уточнить после определения геометрических размеров канатоприемного барабана и принятия окончательной величины передаточного числа механизма.
После окончательного выбора схемы МП нужно определиться с конструкцией отдельных её узлов, обратив особое внимание на способ соединения выходного вала редуктора с барабаном (для передачи вращающего момента барабану).
На кранах общего назначения и небольшой грузоподъёмности предпочтение отдают соединению с помощью зубчатой муфты. Узел такого соединения представлен на рис.43 [1, с. 77], рис. 46а, поз. 4 [1, с.84], рис. V.2.13а [14, с. 264]. Основные размеры таких муфт приведены в табл. V.2.14 [14, с. 263].
В кранах большой (более 75 т) грузоподъёмности c малой скоростью подъёма (спецкраны), когда используется открытая зубчатая передача в МП, вращающий момент барабану передаётся посредством зубчатого венца, смотри рис. V.2.13б [14,с. 264], рис. 44 [6, с. 69], жестко соединенного с барабаном.
На кранах в качестве тяговых, грузовых и других применяются стальные проволочные канаты с неметаллическим (органическим) или металлическим (при многослойной навивке) сердечником, изготовленные и испытанные в соответствии с ГОСТ 3241–80 «Канаты стальные. Технические требования».
Долговечность каната при всех прочих равных условиях зависит от условий работы крана (интенсивности его эксплуатации). Краны металлургического производства эксплуатируются в неблагоприятных условиях, запыленной и часто агрессивной среде. Все это необходимо учитывать, наряду с нормами Госнадзорохрантруда Украины, при выборе канатов.
Вначале необходимо задаться типом каната, отдавая предпочтение канатам с линейным касанием (ЛК) проволочек в прядях и маркировочным группам (предел прочности материала проволочек) 13721764 МПа.
Задавшись типом, переходят к выбору каната необходимого размера (диаметра). По рассчитанному максимальному усилию в ветви каната полиспаста в точке набегания ее на барабан, с учетом коэффициента запаса прочности , по Правилам Госнадзорохрантруда Украины определяют расчетное разрывное усилие каната . Величину выбирают по [14, с. 250, табл. V.2.4; с. 56, табл. 11; 21, табл. 4.2]. Выбор каната осуществляют из таблиц, где приведены технические параметры (диаметр каната, расчетная площадь сечения проволок, ориентировочная масса 1000 м смазанного каната, маркировочная группа и разрывное усилие каната в целом) выбранного типа каната [2; 13; 25; 26; 27], по разрывному усилию каната в целом , исходя из условия .
Расчет натяжения одной ветви каната полиспаста при подъеме номинального груза следует выполнять по формуле (151) [1, с. 73], а КПД полиспаста - по формуле (126) [2, с. 55]. Разрывное усилие в канате необходимо определять по формуле (130) [2, с. 56]. Следует знать, что в приложении 1 [2] фактически приведен рисунок структуры каната типа ЛК–Р, а не типа ЛК–З. Следует также использовать справочные данные на канаты из приложений пособий [4, с. 277-282] или [5, листы 1,2].
Следует помнить, что от величины диаметра по оси навиваемого каната (в дальнейшем — просто диаметра) барабана зависит крутящий момент, а значит и энергозатраты привода механизма подъема. Кроме того, диаметр барабана и диаметр блоков влияют на долговечность каната от многократных перегибов.
Минимально допустимый диаметр барабана и рабочих блоков по центрам наматываемого каната следует определять по формуле (155) [1, с. 75] или (2.3) [25, с. 24] с использованием данных табл. 12 [2, с. 58] или табл.2.4 [25, с. 25]. Диаметр уравнительного блока не влияет на долговечность каната, поэтому его диаметр принимают меньше диаметра рабочих блоков, т.е. . Если уравнительный блок располагается в неподвижной обойме полиспаста, то при большой длине каната в механизме рекомендуется принимать балансирный рычаг. Это характерно для кранов большой грузоподъёмности (см. рис. 48 [6]). Блоки унифицированы.
При выборе окончательного диаметра блоков необходимо его округлять до ближайшего большего значения по нормалям прил. V [1].
Значение диаметра барабана по центрам наматываемых канатов, допускается принимать на 15% меньше расчетного. Однако диаметр барабана по центрам наматываемых канатов следует считать выбранным предварительно, так как при высоте подъёма груза более 16 м при компоновке механизма может возникнуть необходимость в уменьшении общей длины барабана. Этого можно достичь, сохранив прежнюю канатоемкость барабана путем увеличения его диаметра. В этом случае пишут: «...исходя из конструктивных соображений, окончательно принимаем диаметр барабана … мм». Правда, увеличение диаметра повлечет рост энергозатрат, поскольку возрастет вращающий момент на барабане.
Затем следует рассчитать диаметр барабана по дну канавок нарезной части и округлить его значение в большую сторону до стандартного значения и нормального ряда диаметров [25, с. 29].
Необходимо выбрать материал блоков и привести в записке эскиз профиля канавки блоков, которые указаны в прил. V.3.5 [2], табл. 20 и 21 [12]; табл. V 2.10 [14, с. 258]. Помните, что для кранов большой грузоподъёмности (больше 75 т) и тяжелого режима работы блоки отливают из стали марок 25Л, 35Л ГОСТ 977–75.
Тип подвески выбирайте исходя из принятой ранее схемы полиспаста механизма подъема. Помните, что укороченную подвеску, как правило, используют только у полиспастов четной кратности 2 или 4 (более не желательно). Существуют укороченные крюковые подвески нечетной кратности, однако их конструкция несколько более сложна (см. рис. П.1.2,II приложения 1 [25]) и используется крайне редко.
В других случаях применяют нормальную крюковую подвеску (см. рис. 2.2, рис. П.1.1. приложения 1 [25]). В пояснительной записке необходимо привести схему КП, например, как на рис. 50а,б [1], с. 344 [14], рис. 2.2 [25]. Такая схема должна полностью соответствовать конструкции КП.
Для кранов большой грузоподъёмности конструкции КП представлены на рис. 53, 54, 55 [6], рис. 18, 19, 20 [12], рис. П.1.2 [25], для кранов общего назначения с конструкции КП показаны на с. 471 и рис.21 [2] и [5, с. 25].
Крюк необходимо выбирать по заданной грузоподъемности, режима работы, а иногда и назначения крана. Следует помнить, что для укороченных КП применяют крюки с удлиненной цилиндрической частью (т.н. удлиненные крюки), для нормальных КП – короткие крюки.
Согласно ГОСТ 6627–74 (однорогие цельные) в обозначение номера крюка вводится буква: А — для коротких, Б — для удлиненных.
Это же касается двурогих цельных крюков - ГОСТ 6628–73.
Пластинчатые крюки также гостированы: однорогие – ГОСТ 6619–75, двурогие – ГОСТ 6619–75.
Для кранов большой грузоподъёмности применяют пластинчатые крюки. Крепление их в КП дано на рис. 53-55 [6], рис. 19, 20 [12]. У кранов заливочных и разливочных КП особой конструкции (см. рис. 3.14 [10]). Помните, что применение пластинчатых крюков объясняется большими технологическими трудностями изготовления цельнокованых крюков большой грузоподъёмности. Крюки вспомогательных подъёмов выполняют цельноковаными.
В табл. 21 [6] даны весовые характеристики КП и масса пластинчатых крюков, что облегчит расчет общей массы крана.
Вообще нагрузку от крюковой подвески кранов общего назначения можно ориентировочно определить по формуле .
Выбирать конкретный крюк можно из [14, с. 336-343], где приведены все необходимые данные по конструкции, металлу, маркировке. Цельные крюки можно выбирать из прил. VI, VII [2, с. 460-467] или [5, c. 21]. Цельные крюки имеют резьбовую нарезку на хвостовике для крепления в КП. Помните, что метрическую резьбу на хвостовике применяют до грузоподъемности 12.5 т (режим Л, С) и 10 т (режим Т, ВТ) включительно. При большой грузоподъемности — резьба трапецеидальная (см. [17] или табл. 2.10 [28]).
Основные параметры, наиболее часто используемых при изготовлении крюков и вилок крюков, трапецеидальных резьб приведены в табл. .
В записке приведите эскиз хвостовой цилиндрической части крюка. Укажите тип, номер, ГОСТ и основные размеры хвостовой части, которые будут использованы в дальнейшем проектировании: длину, наружный и внутренний диаметр резьбы, диаметр и длину цилиндрической гладкой части хвостовика крюка.
Пластинчатые крюки крепятся в КП при помощи переходного элемента - вилки крюка, изготовленной из цельной поковки стали марки 20 (ГОСТ 1050–88). Как и цельнокованые крюки вилка имеет прямолинейную цилиндрическую часть с резьбовым хвостовиком. Резьба трапециевидная. Конструкция вилки КП 150-тонного крана представлена на рис. 57 [6]. Используйте её при конструировании вилки для крана другой большой грузоподъёмности.
Таблица . — Резьба трапецеидальная, основные размеры, мм (по ГОСТ 24737–81 и ГОСТ 24738–81)
|
Обозначение резьбы |
Номинальный диаметр резьбы, |
Шаг, |
Средний диаметр, |
Внутренний диаметр, |
|
Tr 7010 |
70 |
10 |
65 |
59 |
|
Tr 8010 |
80 |
10 |
75 |
69 |
|
Tr 9012 |
90 |
12 |
84 |
77 |
|
Tr 10012 |
100 |
12 |
94 |
87 |
|
Tr 11012 |
110 |
12 |
104 |
97 |
|
Tr 12016 |
120 |
16 |
112 |
102 |
|
Tr 14016 |
140 |
16 |
132 |
122 |
|
Tr 16016 |
160 |
16 |
152 |
142 |
|
Tr 17016 |
170 |
16 |
162 |
152 |
|
Tr 18020 |
180 |
20 |
170 |
158 |
|
Tr 20020 |
200 |
20 |
190 |
178 |
|
Tr 22020 |
220 |
20 |
210 |
198 |
|
Tr 24022 |
240 |
22 |
229 |
216 |
|
Tr 26022 |
260 |
22 |
249 |
236 |
|
Tr 28024 |
280 |
24 |
268 |
254 |
|
Tr 30024 |
300 |
24 |
288 |
274 |
В силу ограниченности информации о расчете вилки крюка, ниже приводится методика расчета данного элемента конструкции КП.
Вилка (рис. ) проверяется на прочность в трех сечениях:
1) сечение А-А проверяется на растяжение по формуле:
, (.)
где — номинальная грузоподъемность крана, кг;
— ускорение свободного падения, м/с2;
— диаметр проточки, мм.
Рисунок . — Расчетная схема вилки.
2) сечение Б-Б проверяется на совместное действие напряжения растяжение и изгиба с учетом кривизны по формуле:
, (.)
где — толщина проушины вилки, мм;
— высота сечения проушины вилки, мм;
— радиус кривизны оси центра тяжести сечения, мм;
— коэффициент приведения напряжений для растянутого внутреннего волокна сечения, который зависит от отношения радиуса кривизны центра тяжести сечения к его высоте и его приближенно можно определить по формуле:
. (.)
или выбрать согласно с. 126 [6].
3) сечение В-В проверяется на изгиб в предположении (с известным допущением), что мы имеем дело с кривым брусом. Сечение имеет форму трапеции, но учитывая небольшой угол наклона сторон, для упрощения расчета заменяем ее прямоугольником с высотой, равной размеру , что идет в запас прочности. Располагается это сечение примерно под углом в 45 к горизонтальной оси вилки. Суммарное напряжение в растянутом наружном волокне определится по формуле:
(.)
где — высота сечения, мм;
— ширина вилки по проушинам, мм;
— диаметр цилиндрической гладкой части вилки, мм;
— высота переходного участка вилки, мм;
— коэффициент, вычисляемый по формуле (), при этом радиус кривизны оси центра тяжести приближенно можно определить по формуле:
. (.)
Кроме того, проверяется резьба на хвостовике, при этом обычно ограничиваются проверкой ее на изгиб с учетом всех рабочих витков. Расчет производится по формуле:
, (.)
где — наружный диаметр резьбы, мм;
— внутренний диаметр резьбы, мм;
— ширина основания витка резьбы, мм ();
— число витков резьбы, воспринимающих нагрузку.
Для соединения вилки и крюка применяют оси. Оси пластинчатых крюков рассчитывают на изгиб, одновременно проверяются удельные давления во втулке крюка и вилках [6, с. 137-138]. Материал оси — сталь 45, имеющая механические свойства: .
Нагрузка на крюке или вилке крюка (пластинчатого) передается через витки резьбы гайке, закрепляющей крюк (вилку крюка) в КП. Поэтому к выбору формы и правильному расчету гайки на прочность предъявляются повышенные требования. Исходными при конструировании являются нагрузка и тип резьбы хвостовика крюка. Обычно выбирают высоту и наружный диаметр корпуса гайки.
Расчетную минимально допустимую высоту гайки определяйте исходя из наименьшей прочности по напряжениям смятия витков резьбы (135) [2, с. 62]. При метрической резьбе , a при трапециевидной , где диаметр резьбы хвостовика крюка (вилки крюка).
В верхней части гайки необходимо предусмотреть паз под стопорную планку, которая исключает возможность самопроизвольного поворота гайки относительно крюка (вилки крюка). Поэтому не будет ошибкой, если результат, полученный по формуле (135) [2] увеличите на 20 % для метрической и на 10 % для трапециевидной резьбы и на высоту стопорной планки, которую для кранов общего назначения следует принимать 8-15 мм, а для кранов специальных (большой грузоподъёмности) 20-25 мм.
Наружный диаметр гайки находите по формуле . Конструкция гаек КП дана на рис. 21 [2]; и рис. 19, 20 [12]. Чаще всего гайка имеет круглую форму.
С целью свободного вращения крюка вокруг оси, гайка крепления крюка (вилки крюка) в траверсе КП опирается на сферическую шайбу (при ) или на упорный шарикоподшипник типа 8000 (при ). У кранов большой грузоподъёмности (при ) гайка опирается на упорный подшипник типа 9000 с коническими роликами. Рассчитывают упорный подшипник по известной [2, с. 61] методике. При выборе подшипника следует контролировать соответствие его геометрических параметров (внутренний и наружный диаметр) с размерами крюка (вилки крюка) и гайки его крепления. В случае невозможности выбора подшипника с соответствующими геометрическими параметрами, нужно внести коррективы в конструкцию ранее рассчитанных элементов.
В нормальной крюковой подвеске выбору конструкции и расчету подлежит траверса.
Конструктивную форму траверсы для предварительного расчета выбирайте согласно рис. 24 [2] или рис. 56 [6] для кранов большой грузоподъемности. Диаметр отверстия в корпусе траверсы под крюк должно быть больше диаметра цилиндрической части выбранного крюка (сконструированной вилки крюка) на 46 мм.
Помните, что в укороченной КП эта деталь называется ось-траверса, т.к. совмещает в себе функции оси блоков и траверсы КП. Расчетная схема оси-траверсы при числе блоков 4 или 6 отлична от расчетной схемы траверсы нормальной КП. Материалом траверсы обычно служит углеродистая качественная сталь марки 45 по ГОСТ 1050–88.
При определении допускаемого напряжения изгиба учитывается сложность конфигурации траверсы, запас прочности для металла принимают не менее 3.
В пояснительной записке необходимо привести графическое изображение конструктивной формы и расчетной схемы.
Конструктивная форма траверсы и оси-траверсы разрабатывается с учетом геометрических размеров других конструктивных элементов КП. Так в частности можно принимать ширину корпуса траверсы равным , а его длину .
Кроме того необходимо отметить, что для нормальной КП размер (расстояние между осями серьг, соединяющих между собой траверсу и ось блоков), зависит одновременно от конструкции оси блоков и траверсы. В данной ситуации, необходимо определить конструктивно 2 данных размера (минимальных), соответственно по траверсе и по оси блоков
Конструктивный размер по оси блоков КП необходимо определять по следующей формуле:
, (.)
где — количество подвижных блоков полиспаста, заключенных между серьгами в соответствии с выбранной схемой крюковой подвески;
— длина ступицы выбранного блока, выбирается из прил. 4 [2];
— зазор между ступицами (25 мм);
— толщина серьги;
— толщина щитка.
Толщину серьги и щитка кожуха следует ориентировочно принимать в зависимости от грузоподъемности крана (см. табл. ).
Таблица .
|
, т |
20-32 |
40-50 |
80-125 |
150-200 |
250-320 |
350-600 |
|
, мм |
20 |
25 |
30-40 |
40-50 |
50 |
|
|
, мм |
4 |
5 |
8 |
10 |
12 |
Конструктивный размер по траверсе КП необходимо определять по следующей формуле:
, (.)
где — длина корпуса траверсы, мм.
После вычисления по формулам () и () значений конструктивного размера принимают максимальный из них .
Затем составляется расчетная схема траверсы (ось–траверсы). Не забывайте, что на рис. 24 [2] приведена конструктивная, а не расчетная схема. При составлении расчетной схемы усилие от веса поднимаемого груза и веса крюка располагают по середине балки, а симметрично справа и слева усилия в ветвях канатов огибающих блоки (для ось–траверсы) или усилия в серьгах (для траверсы нормальной КП).
Цапфы траверсы рассчитывают на изгиб как консольную балку (защемлённую в корпусе) и проверяют на смятие при во избежание образования зазора между поверхностями цапфы и серьги при повороте траверсы. Срез цапфы относительно корпуса траверсы не наблюдается, поэтому расчет по напряжениям среза не ведут.
В соответствии с выбранной конструкцией необходимо изобразить расчетную схему, которая представляет балку на двух опорах с консолями (см. рис. 54 [6]) - у кранов большой грузоподъёмности или без них [5, с. 25]. Конструктивная схема должна быть такой, чтобы в процессе нагружения в материале оси не возникло резких перепадов напряжений.
Для того, чтобы минимизировать нагрузку на ось, блоки необходимо располагать максимально близко к серьгам. В том случае, если число блоков между серьгами нечетное, то уравнительный блок располагают по центру, а остальные блоки максимально близко к серьгам.
Длина оси блоков определяется шириной ступиц всех блоков и толщиной серег, а также величиной зазоров между ними. Принципиальная конструкция оси блоков представлена на рис. 52 [6]. Материал оси блоков — сталь марки 40 или 45 ГОСТ 1050–88 с . Расчетная длина оси блоков и траверсы КП должны совпадать.
Серьги являются остовом подвески: в их отверстиях размещаются ось блоков и цапфы траверсы. Серьги рассчитываются на подъем максимального груза с учетом веса всех деталей подвески, ими удерживаемых.
Расчетная схема серьги представлена на рисунке . Характер нагрузки таков, что опасным сечением является сечение (А–А или Б–Б), ослабленное максимальным отверстием:
,
где — диаметр оси блоков;
— диаметр цапфы траверсы.
Рисунок . — Расчетная схема серьги.
Данное сечение проверяется на растяжение и как кривой брус.
При расчете на растяжение пользуются следующим выражением:
, (.)
где — суммарная масса всех деталей, удерживаемых серьгами, кг;
— толщина серьги, мм;
— ширина серьги, мм.
Напряжения во внутреннем растянутом волокне кривого бруса определяются по методу Бернгарда:
, (.)
где — радиус кривизны оси центра тяжести сечения, мм;
— коэффициент приведения напряжений растянутого внутреннего волокна сечения (см. формулу ());
— высота сечения:
.
Сечения В-В или Д-Д соответственно проверяют по формуле Лямэ, которая почему-то редко приводится в литературе по ПТМ:
, (.)
где — среднее давление цапфы траверсы или оси блоков на нагруженную поверхность отверстия серьги, МПа (принимают );
— радиус наружной поверхности проушины серьги (рис ,а),мм. При многогранных контурах наружной поверхности проушины серьги принимайте радиус вписанной окружности – рис. ,б;
— наибольший диаметр отверстия в серьге, мм.
При конструировании серьги можно руководствоваться рекомендациями:
; .
Материал серьги обычно сталь марки 20 по ГОСТ 1050–88 с .
Поскольку подшипники в ступице блоков при работе механизма подъема имеют частоту вращения больше единицы в минуту (), то выбор их ведут по динамической грузоподъемности. При этом не забывайте учитывать режим нагрузки (эксплуатации) крана, а также то, что с целью снижения габаритов узла в ступице блока предусматривают два подшипника. Подшипники блоков испытывают радиальную нагрузку. Методика выбора подшипника качения блоков изложена на c. 63 [2] или в учебниках «Детали машин».
Помните, что для выбранного вами подшипника качения должно выполнятся условие: (— динамическая грузоподъемность подшипника по каталогу). Если вы приняли подшипник по конструктивным соображениям, то расчетом проверьте его ресурс (в часах) из условия:
, (.)
где — расчетная долговечность подшипника, ч;
— частота вращения кольца подшипника, ;
— динамическая грузоподъемность, кН;
— эквивалентная нагрузка при переменном режиме работы, кН;
— показатель степени: для шарикоподшипников , для роликоподшипников .
Таблица . — Рекомендуемые значения долговечности (ресурса) подшипников качения.
|
Машины и оборудование с учетом характера загрузки |
, ч |
|
Механизмы, используемые периодически, с редкими пусками в работу (краны машзалов прокатных и других цехов металлургических предприятий) |
4000 |
|
Механизмы, используемые в работе кратковременно (легкие конвейеры, мостовые и другие краны в сборочных цехах, используемые для перевалки рабочих клетей прокатных станов и др.) |
5000 |
|
Ответственные механизмы и машины, работавшие с перерывами (лифты, конвейеры для поточного производства, краны вальцетокарных мастерских) |
8000 |
|
Машины для односменной работы с неполной нагрузкой (редукторы общего назначения, краны складских помещений, стационарные электродвигатели, конвейеры) |
12000 |
|
Машины для односменной работы с полной загрузкой (мостовые краны, конвейеры, вентиляторы) |
20000 |
|
Машины круглосуточного использования (компрессоры, насоси, конвейеры аглофабрик и т.д.) |
40000 |
Таблица .
|
Группа |
Режим работы ГПМ |
Срок службы, |
Время работы за этот срок, |
||||
|
подшипники качения |
зубчатые передачи |
валы |
подшипники качения |
зубчатые передачи |
валы |
||
|
1М, 2М, 3М |
Л |
10 |
15 |
25 |
1000 |
1500 |
2500 |
|
4М |
С |
5 |
10 |
15 |
3500 |
7000 |
10000 |
|
5М |
Т |
3 |
8 |
10 |
5000 |
13000 |
16000 |
|
6М |
ВТ |
3 |
5 |
10 |
10000 |
16000 |
32000 |
Динамические грузоподъёмности для подшипников различных типов приведены в работе [17] и др.
Для проверки используйте рекомендуемые значения долговечности (ресурса) подшипников качения (табл. ).
Однако данные таблицы не всегда могут быть применены к подъёмно-транспортным машинам, работающим в условиях непрерывного металлургического производства.
В зависимости от режима эксплуатации грузоподъемных и транспортирующих машин целесообразнее ориентироваться на рекомендации таблицы .
В случае необходимости можно воспользоваться рекомендациями [1, с. 19].
В наиболее распространенной конструкции узла канатоприемного барабана механизма подъема кранов общего назначения соединение барабана с тихоходным валом редуктора осуществляется с помощью специальной зубчатой муфты, как показано на рис. 62 [6], рис. 2.5 и 3.4,б [25]. При этом конец вала редуктора выполняют в виде зубчатой шестерни, которая входит в зацепление с венцом, укрепленным на барабане. Крутящий момент от вала редуктора передается через зубчатое зацепление на венец-ступицу и далее через болты на обечайку барабана.
В том случае, если требуется большое передаточное число механизма подъема, то соединение вала барабана с тихоходным валом редуктора осуществляется с помощью открытой зубчатой передачи, как показано на рис. 2.6 [25]. При этом барабан устанавливается на двух опорах, а к его обечайке, при помощи болтов, крепится зубчатый венец. Вращение сообщается барабану, через открытую зубчатую передачу, для чего выходной конец вала редуктора выполняют в виде зубчатой шестерни.
Вначале выполняют расчет геометрических размеров обечайки (корпуса) барабана. В механизмах подъёма большинства ГПM используют барабаны с винтовыми канавками (нарезкой) для укладки каната в один слой. Профиль канавок согласуйте с нормалью МН 5365–64 «Барабаны грузовые электрических кранов. Профиль канавок для каната» или с данными табл. 28 [12].
Поскольку наибольшее распространение получили сдвоенные полиспасты, то на поверхности обечайки выполняют две симметричные нарезки канавок. Профиль канавки барабана следует выбирать исходя из диаметра каната [2, с. 475]. В пояснительной записке необходимо представить профиль (сечение) стенки барабана, как показано на рис. 25 [2, с. 65].
Длину каната, наматываемого на одну половину нарезного барабана, число витков нарезки на одной половине, а также длину нарезанной части одной половины барабана и общую длину обечайки определяйте согласно [1, с. 78], [2, с. 65].
Определенные затруднения у студентов вызывает нахождение длины гладкой части обечайки по середине между левой и правой нарезками. Которая зависит от расположения канатоприемных блоков в крюковой подвеске и расстояния между осью барабана и осью блоков в крайнем верхнем положении крюковой подвески.
Ориентировочно расстояние между нарезками находите по формуле (142) [2, с. 65].
Для выбора величины в литературе по кранам ясных рекомендаций нет. Это объясняется, по-видимому, конструктивным разнообразием механизмов подъёма, монтажа их на тележке, расположением неподвижных блоков полиспаста, типам крюковой подвески и т.д.
Приближенно длину участка между нарезками принимают на 10-15 % меньше расстояния между осями ручьёв блоков крюковой подвески, с которых канаты сбегают на барабан. Подсчеты показывают, что:
,
где — диаметр обечайки на оси навиваемого каната;
— расстояние между нарезками.
Меньшие значения отношения касаются кранов небольшой грузоподъёмности при использовании укороченной крюковой подвески, большее значение - кранов большой грузоподъёмности с нормальной КП.
Если в конструкции механизма подъема предусмотрена открытая зубчатая передача, то в общую длину барабана необходимо внести, предварительно принятую, ширину зубчатого венца.
Необходимо стремиться чтобы общая длина барабана не превышала его диаметр более, чем в 5 раз. Для выполнения этого условия увеличивают диаметр барабана.
Для кранов изменения общей длины обечайки барабана в зависимости от высоты подъёма см. табл. 18 [6]. Если расчетная общая длина обечайки превысит рекомендуемые в таблице (а для кранов QH 50 т 2.4 м), следует увеличить расчетный диаметр и повторить расчет длины барабана.
Кроме того, для компоновки механизма подъема, необходимо определить установочные размеры узла канатоприемного барабана: длину установки барабана и длину основания опоры. Для расчета оси барабана на прочность также необходимо знать расстояние между опорами.
Общие рекомендации по определению основных размеров сборочной единицы «Установка барабана» содержатся на с. 27-30 [25]
Минимально допустимую толщину стенки барабана из расчета на сжатие определить по формуле (143) [2, с. 66]. Толщину стенки литого барабана рассчитать по методике [2, с. 66]. Окончательно выбранную толщину стенки округлить в большую сторону до четного значения.
Расчет обечайки на прочность. Стенка обечайки испытывает сложное деформированное состояние, включающее сжатие, изгиб и скручивание от навиваемого с усилием каната. Преобладающими напряжениями являются напряжения сжатия. Поэтому, как показывает опыт, если , где - общая длина обечайки (барабана), то , что свидетельствует о нецелесообразности вести расчет обечайки на изгиб и кручение ввиду малости этих напряжении в сравнении с . Пользуйтесь методикой [1. с. 81] или [2, с. 66–67]. Помните, что с целью создания наиболее тяжелого деформированного состояния при расчете на прочность стенки обечайки, ветви каната (усилия ) должны располагаться в крайних внутренних канавках нарезки, как показано на рис. 26 [2]. При необходимости, обечайку барабана проверяют на устойчивость по методике [1, с. 81-82].
Узел крепления каната - один из самых ответственных с точки зрения безопасности. В настоящее время для барабанов с нарезкой преимущество отдается способу крепления каната наружными прижимными одноболтовыми накладками (планками). В пояснительной записке приведите конструктивную схему узла крепления, расчетную схему узла крепления и расчетную схему болта, ориентируясь на рис. 45 а, б [1], рис. 27 [2] рис. V.2.14 [14, с. 264]. Помните, по нормам Госнадзорохрантруда Украины минимальное число планок: одноболтовых - две, двухболтовых - одна (при принимайте две последние планки). В тяжело нагруженных металлургических кранах рекомендуется осуществлять крепление каната болтами с гайками, как показано на рис. V.2.14,г [14]. Если невозможно такое крепление, можно, как и для малонагруженных кранов общего назначения, использовать ввёртные болты или шпильки. Размеры нормальных одноболтовых планок приведены в табл. 26 [12], табл. 4.35 и 4.37 [26].
Шаг крепления планок - не менее (согласно нормам Госнадзорохрантруда Украины).
Плечо изгиба болта крепления определяйте по соотношению:
,
где — высота прижимной планки;
— глубина канавки в прижимной планке.
Ориентировочно можно определить
.
Методика расчета изложена в [1, с. 83-84] и [2, с. 67].
Руководствуясь принятым способом соединения барабана с приводом, изобразите в пояснительной записке эскизную проработку, желательно в масштабе, узла барабана, ориентируясь на [5, с. 17-18; 2, рис.28]. Помните, опоры оси барабана могут быть обе внешние (вне контуров обечайки), что характерно для металлургических кранов большой грузоподъёмности [5, c. 17; 14, рис. V.2.13,б] или одна внешняя, другая внутренняя опоры [5, с. 18; рис. V.2.13,а], используемые в кранах общего назначения.
В литературе отсутствуют рекомендации по выбору геометрических размеров, необходимых для расчета оси барабана. Поэтому при расчете оси, имеющей одну внешнюю опору (см. рис. ) можно использовать изложенные ниже рекомендации.
Рисунок . — Схема к расчету оси барабана.
Размер принимайте равным: для кранов грузоподъёмностью до 10 т - 150 мм, в пределах от 12.5 до 20 т - 200 мм и от 32 до 50 т - от 250 до 300 мм. Размер следует принимать равным 120 - 150 мм. Размер необходимо принимать равным общей длине барабана плюс 610 мм. Отсюда можно определить размер .
Размер принимать ориентировочно равным половине длины плюс половина длины гладкой части 6apабана между нарезками. Диаметр оси следует определять только для сечения , приняв по технологическим соображениям его таким же и для сечения . Поэтому на расчетной схеме следует указать только одно расчетное сечение , расчет вести только по изгибающему моменту и допускаемому напряжению изгиба для материала оси [2, с. 68-69]. Расчеты оси на статическую прочность и усталость не производить. Остальные размеры оси принимать конструктивно.
Если кран большой грузоподъемности, для расчета оси используйте схему [6, рис. 78, 89] и данные табл. 25 [12]. Оси барабанов изготавливайте из углеродистой качественной стали марки 45 ГОСТ 1050–88.
После определения величины и характера нагрузки на опоры оси приступайте к выбору подшипников по динамической грузоподъёмности. Ориентировочным размером для внутреннего кольца подшипника является диаметр оси. Если одна из опор оси располагается в выходном валу редуктора (внутренняя опора), что, как известно, исключает вращение подшипника, подшипник в ней используется аналогично выбранному для внешней опоры с целью унификации.
Методика выбора подшипника оси барабана изложена на с. 75-76 [2].
В зависимости от принятой ранее конструкции механизма подъема элементы привода могут несколько отличаться, однако порядок расчета остается одинаковым и включает в себя: выбор двигателя; выбор передачи; выбор муфт; выбор тормоза; проверка двигателя на нагрев.
Вначале определяют расчетную мощность привода механизма подъёма по номинальной грузоподъемности. Далее руководствуются методикой [2, с. 77-84] или [25, c. 30-31]. Помните, что в краностроении используют тихоходные (часто их называют металлургические) электродвигатели, работающие в повторно-кратковременном режиме. Предварительно, до проверки двигателя на нагрев или пусковой режим, следует принять по каталогу двигатель ближайшей меньшей мощности, учитывая его перегрузочную способность, с частотой вращения в пределах , чтобы расчетное передаточное число механизма было сравнительно небольшим. В записке необходимо указать тип двигателя, его мощность, частоту вращения, максимальный пусковой момент, момент инерции или маховый момент ротора, полученный пересчетом по методике [1, с. 61]. Следует также рассчитать номинальный момент на валу двигателя и отношение максимального момента к номинальному [2, с. 77]. Выбор конкретного двигателя из [2, с. 489-503], [5], [12, с. 203-221] или по каталогам.
Для этого следует определить расчетное передаточное число механизма. Редуктор нужно выбирать исходя из расчетной, приведенной к стандартному значению «ПВ», статической мощности, частоты вращения принятого электродвигателя, передаточного числа, предельной консольной нагрузки на выходной вал, если в нём монтируется опора оси барабана, и режима работы механизма. Выбор редуктора смотри в [1, с. 131] или [25, с. 31-33]. Выбранный редуктор должен обеспечивать заданную скорость подъёма груза (допустимое отклонение , реже ). При наличии в схеме открытой зубчатой пары следует произвести ее расчет для определения межцентрового расстояния, модуля, ширины и чисел зубьев шестерен, диаметров начальных окружностей [25, c. 239]. Выбранный редуктор нужно проверить на условие перегрузки в период пуска [2, с. 77]. В расчетной формуле допустимой величины предельного момента, передаваемого редуктором, табличное значение мощности должно быть рассчитано для частоты вращения двигателя методом интерполирования. Затем необходимо определить фактическую частоту вращения барабана и скорость подъема груза. При выборе конкретного редуктора пользуйтесь методикой изложенной в [2, с. 504-514], [4, с. 313-332], [6, с. 57-68], [18], [19], [25, c. 289-300].
Для выбранного редуктора следует внести в пояснительную записку необходимые технические и конструктивные параметры.
Известно, что тормоз рассчитывать не надо. Следует определить величину тормозного момента на останавливаемом (затормаживаемом) валу с учетом режима работы механизма, выбрать из каталога принятый тип тормоза. Максимальный тормозной момент принятого тормоза должен быть больше расчетного. В том случае, если эта разница превышает 10% тормоз, после монтажа в механизме, необходимо отрегулировать на расчетную величину тормозного момента. Помните, что род тока, питающего электродвигатель и тормоз, должен быть одинаков. Кроме этого необходимо знать, что в механизмах подъема кранов, транспортирующих опасные грузы (жидкий или высокотемпературный металл, агрессивные жидкости и т.п.) устанавливают два тормоза.
Для выбора конкретного тормоза пользуйтесь [2, c.515-523], [20], [25, с. 302-303] и др. В пояснительной записке необходимо привести маркировку, ГОСТ и техническую характеристику выбранного тормоза.
Для соединения валов двигателя и редуктора используют различные типы муфт. Типоразмер муфт выбирают по диаметрам концов валов, соединяемых данной муфтой. При этом допускается комбинация втулок различного исполнения (с цилиндрическим или коническим отверстием). Необходимо помнить, что диаметр соединяемого вала не должен превышать наибольшего диаметра для данного типоразмера муфты, указанного в таблице ГОСТа.
Технические данные муфт смотрите в [2, прил. XLVII и XLVIII], [25, прил. 6] или в ГОСТ 5006–83, 21424–75, 20884–75.
Кроме соблюдения геометрических параметров необходимо, чтобы номинальный момент муфты был не меньше момента передаваемого муфтой в данном механизме.
Поскольку в механизме подъема, как правило, тормоз устанавливается на входном валу редуктора, то необходимо произвести выбор муфты с тормозным шкивом. При этом кроме требований, предъявляемых к соединительным муфтам необходимо выполнить следующие условия: 1) диаметр обода полумуфты должен быть равен необходимому диаметру тормозного шкива; 2) ширина обода полумуфты должна быть на 5 мм больше ширины колодки или, в крайнем случае, равна. Общие рекомендации по выбору муфт см. в [25, с. 33, 34-35].
После выбора муфт выпишите их основные параметры.
Выбранный электродвигатель (по расчетной статической мощности) обязательно проверяют на пусковой режим или нагрев (точнее перегрев обмотки). Сущность проверки на пусковой режим заключается в определении времени разгона (пуска) при заданном пусковом моменте или определении фактического крутящего момента на валу двигателя в период заданного времени разгона и сравнение его с пусковым моментом выбранного двигателя.
Обычно время пуска (в секундах) принимают согласно [12] в следующих пределах:
в механизмах подъёма:
,
в механизмах передвижения:
,
где — скорость подъема груза, м/с;
— скорость передвижения крана, м/с.
Данные о рекомендуемых ускорениях при пуске и времени пуска смотрите в табл. 114 [12] или табл. 16 [2]. Сущность проверки на нагрев заключается в сравнении приведенной (эквивалентной) мощности с табличной. Должно выполняться условие . В противном случае необходимо выбор двигателя повторить, приняв конкретный двигатель с большей табличной мощностью. Этот способ пригоден для асинхронных двигателей с фазным и короткозамкнутым ротором, а также для двигателей постоянного тока с параллельным возбуждением.
Проверка электродвигателя на нагрев - трудоемкий процесс. Следует использовать известную методику [2, с. 78], [4, с. 87]. В записке нужно привести усредненный график работы по грузоподъёмности для заданного режима работы [1, с. 47], [25, рис. П.4.1]. Согласно графику нужно определить, сколько раз и с каким грузом будет работать механизм подъёма крана в заданном режиме, затем необходимо рассчитать среднюю высоту подъёма груза, продолжительность установившегося движения, сумму времен при подъёме и опускании груза за цикл работы механизма, а также общее время включений двигателя за цикл.
При расчете среднеквадратичного момента [2, с. 81] можно не учитывать коэффициенты в знаменателе подкоренного выражения формулы (163). Эквивалентную мощность по нагреву следует рассчитывать по методике [2, с. 84]. Для оформления расчетов нужно составить сводную таблицу по образцу табл. 15 [2, с. 80]. Величины грузов менее номинального определять согласно усредненному графику работы механизма подъёма.
Длительность пуска и ускорение при опускании номинального груза не рассчитывать. Длительность пуска при подъёме и опускании грузов следует определять по формуле, приведенной в курсе лекций по ПТМ, или по формулам (161), (162) [2, c. 70]. В этих формулах суммарный маховый момент эквивалентной системы вращающихся масс, приведенных к валу электродвигателя, состоит из суммы маховых моментов ротора двигателя и соединительных муфт. Маховый момент муфт следует определить по формуле (182) [2, с. 93].
Для проверки двигателя механизма подъема можно руководствоваться §4.1 [25].
В силу того, что механизмы передвижения крана и тележки имеют много общего, в проекте достаточно рассчитать и спроектировать механизм передвижения крана (или тележки, по указанию руководителя, что должно быть оговорено в задании на проектирование).
В современных конструкциях мостовых кранов преимущественное распространение получили механизмы с раздельным приводом, ибо они отвечают оптимизации конструирования машин — максимальным приближением привода к рабочему органу, позволяют автоматически выравнивать скорости движения сторон (концевых балок) моста. Этот вид привода выгодно применять при величине пролетов более 16 м во избежание применения длинного трансмиссионного вала с большим количеством муфт и подшипников. Однако для надежной работы механизма передвижения с раздельным приводом отношение длины пролета к базе крана не должно превышать шести, т.е.:
,
где — длина пролета моста крана;
— база крана: расстояние между осями ходовых колес (главных балансиров) с одной стороны крана (вдоль концевой балки).
Ниже приведены методические указания к расчету механизма передвижения крана с раздельным приводом [2, c. 119], для других схем следует использовать литературу [2, с. 125], [4, с. 89]. В записке нужно привести кинематическую схему механизма передвижения крана, дать ее описание и обосновать выбор. К примеру, кинематическая схема механизма передвижения крана большой грузоподъёмности с раздельным приводом изображена на рис. 3.2 [16].
Вначале задаются типом (двухребордные, одноребордные или безребордные) колес. Затем устанавливают диаметр поверхности катания и число колес. В большинстве случаев используют двухребордные колеса. Основные размеры крановых колес выбирают согласно ГОСТ 3569–74 из [2, табл. 25; 14, с. 314; 12, табл. 93, 95, 97], руководствуясь, в основном, допускаемой нагрузкой на одно колесо. По этим же соображениям выбирают число колес. Помните, что число ходовых колес крана зависит от (длины пролета) моста. Можно ориентироваться на данные таблицы или таблицы 2.7 [25].
Таблица . — Рекомендации по выбору числа ходовых колес крана.
|
до 50 т |
до 125 т |
до 150 т |
св. 150 т |
|
|
любая |
до 16 м |
Св. 16 м |
любая |
|
|
4 |
8 |
16 |
В настоящее время современным методом расчета ходовых колес является изложенный в ОСТ 24.090.44–82 «Колеса крановые. Выбор и расчет». Согласно этому ОСТ диаметр колеса (поверхности катания) и тип рельса к нему следует выбирать по табл. V.2.47 [14] или по табл. 2.11 [25]. Для кранов общего назначения грузоподъёмности 80–320 т допускаемое давление на ходовое колесо выбирают из ГОСТ 6711–81. Такие краны еще называют многоколёсными.
Расчет нагрузки на ходовые колеса выполните согласно [2, с. 120; 25, с. 36-38]. Расчетную схему приведите в пояснительной записке.
Следует учесть, что на схеме для кранов грузоподъёмностью до 50 т расстояние от опоры до вектора сосредоточенной нагрузки от массы кабины крана примерно равно 15001800 мм, а до вектора нагрузки от массы тележки с грузом 10003000 мм. Общую массу крана и тележки выбирайте из графиков [2, с. 105, с. 118] при грузоподъёмности до 50 т. Ориентировочно (1015 %) можно определить (для кранов при ) массу крана и тележки соответственно по зависимостям:
,
где — проектная наибольшая грузоподъёмность, т;
— длина пролета моста, м.
В случае проектирования козлового крана:
,
где — общая длина моста крана вместе с консолями, м;
— длина моста между опорами, м.
Массу мостов можно находить по чертежам аналогичных кранов. Для кранов c в зависимости от массу моста выбирайте по табл. 48 [6], массу отдельных механизмов таких кранов по табл. 50 [6]. Фактическая масса тележки и крана при (ГOСT 6711–81.). Если кабина крана оборудована кондиционером, массу крана можно увеличить на 1.52 % согласно упомянутому ГОСТу. Также рекомендации по определению массы моста, тележки и приводов крана см. с. 116-117 [25].
Современная методика расчета колес на контактную прочность учитывает объемное напряженное состояние в зоне контакта колеса с рельсом. При этом эффективные (приведенные) напряжения не должны превышать допускаемых с учетом числа оборотов колеса за весь срок его службы [14, с. 319-323].
Предварительно выбранные ходовые колеса тележек и кранов проверяют по напряжениям в контакте обода и рельса согласно ОСТ 24.090.44–82, общие положения которого изложены на с. 98-99 [25].
При расчете колес, для кранов с т, можно руководствоваться рекомендациями [2, с. 115-117, 543].
Необходимые данные для расчетов следует принимать из таблиц [2, с. 106-107]. Для предварительного выбора электродвигателя нужно определить сопротивление передвижению загруженного крана с учетом динамических нагрузок [2, с. 119; 25 с. 40-42], ориентируясь на среднее ускорение крана при пуске [2, с. 108].
Суммарную мощность двух электродвигателей, если привод раздельный, необходимо определить, принимая значение среднего пускового момента для асинхронных электродвигателей с фазовым ротором равным 1.51.7, а КПД механизма – 0.85. Статическую мощность каждого двигателя с учетом возможности несимметричного расположения тележки на мосту крана принимать равным 0.625 от суммарной мощности [1, с. 63]. Следует привести расчетное значение мощности одного двигателя к стандартному значению ПВ [2, с. 120]. Двигатель по каталогу выбирать таким, чтобы мощность его была равна или чуть больше расчетной, приведенной к стандартному значению ПВ. В записке нужно привести тип и дать полную характеристику выбранного электродвигателя [2, с. 120]. Затем следует рассчитать частоту вращения ходового колеса, передаточное число механизма и расчетную мощность редуктора [2, с. 121]. Коэффициент перегрузки КР для тяжелого режима следует принять равным 1.6; для легкого и среднего – 2.25. Величину статической мощности одного двигателя определять с использованием ранее рассчитанного значения сопротивления передвижению крана с номинальным грузом, но без учета динамических нагрузок [2, с. 121]. Общие рекомендации и требования при выборе двигателя см. на с. 42-43 [25].
Выбирать редукторы по каталогу следует таким образом, чтобы частота вращения быстроходного вала как можно ближе соответствовала бы частоте вращения вала электродвигателя, а передаваемая редуктором мощность при данном режиме работы была бы выше мощности электродвигателя. Это позволит не проверять выбранный редуктор на перегрузку по допускаемому крутящему моменту в момент пуска.
После выбора редуктора с определенным передаточным числом нужно рассчитать фактическую частоту вращения колеса и фактическую скорость передвижения крана с номинальным грузом (допускаемое отклонение от заданного - не более 10 %). Затем следует определить максимально допустимое ускорение при пуске по формуле (217) [2, с. 121]. Выбранный двигатель должен обеспечивать разгон крана с ускорением ниже допустимого во избежание пробуксовки приводных колес. С целью проверки выполнения этого условия следует рассчитать минимальную нагрузку на ходовые колеса крана со стороны, противоположной расположения тележки без груза по ранее приведенной схеме [2, с. 120, формула (215)], затем время пуска привода данной опоры , сопротивление передвижению на этой опоре по формуле:
,
где — коэффициент трения в подшипниках колес (см. табл. 26 [2] и табл. 2.14 [25]);
— диаметр цапфы (предварительно можно принимать равным ), мм;
— коэффициент трения колеса по рельсу (см. табл. ), мм;
— диаметр ходового колеса, мм;
— коэффициент, учитывающий сопротивление от трения реборд колес о рельсы и от трения токосъемников о троллеи (см. табл. 28 [2] и табл. 2.15 [25]);
— расчетный уклон подкранового пути ( — для путей, укладываемых на металлических балках с железобетонным фундаментом; — для путей, укладываемых на деревянных шпалах с щебеночным основанием и для подтележечных путей мостового крана).
Таблица . — Значение коэффициента , мм
|
Форма головки |
Диаметр ходового колеса, мм |
||||
|
рельса |
200…320 |
400…560 |
630…700 |
800 |
900…1000 |
|
для стальных колес |
|||||
|
Плоская |
0.3 |
0.5 |
0.6 |
0.6 |
0.7 |
|
Закругленная |
0.4 |
0.6 |
0.8 |
1.0 |
1.2 |
|
для чугунных колес |
|||||
|
Плоская |
0.4 |
0.6 |
0.8 |
0.8 |
0.9 |
|
Закругленная |
0.5 |
0.7 |
0.9 |
1.2 |
1.4 |
Определить статический момент сопротивления передвижению, приведенный к валу двигателя при незагруженном кране для привода этой опоры:
,
где — пердеточное число механизма;
— КПД механизма.
Далее следует рассчитать средний пусковой момент выбранного двигателя [2, с. 122]. При этом величину средней кратности нужно определить по формуле [2, с. 109]:
,
где — максимальная кратность пускового момента;
— минимальная кратность пускового момента.
Рассчитать приведенный к валу двигателя момент инерции масс, приходящихся на опору А, при незагруженном кране по [2, с. 121], при этом иметь в виду, что момент инерции движущихся масс привода опоры А равен:
,
где — момент инерции ротора двигателя;
— момент инерции муфты;
— момент инерции тормозной муфты.
Фактическое время пуска привода ненагруженной опоры рассчитать по формуле:
,
где — угловая скорость двигателя, :
,
где — частота вращения вала двигателя, .
Зная время пуска, следует определить фактическое ускорение привода незагруженной опоры и фактический запас сцепления ведущих колес этой опоры с рельсами [2, с. 122]. В том случае, если фактический запас сцепления будет меньше 1.2, необходимо по каталогу взять электродвигатель ближайшей меньшей мощности и проверить его на нагрев по эквивалентной нагрузке [2, с. 122-123].
При выборе муфт руководствуйтесь тем, что наибольший длительно передаваемый муфтой вращающий момент не должен быть больше допустимого момента. Исходные данные для выбора: расчетный (проектный) вращающий момент, размеры концов соединяемых валов, например, электродвигателей, редукторов или трансмиссионных, определенных в процессе конструирования привода. Формула для выбора муфт:
,
где — наибольший вращающий момент, передаваемый муфтой, Нм;
— наибольший вращающий момент, длительно действующий на соединяемых валах, Нм;
— коэффициент, учитывающий степень ответственности передачи;
— коэффициент, учитывающий условия работы муфты (табл. , ).
Таблица .
|
Степень ответственности передачи |
К1 |
|
Поломка муфты вызывает: |
|
|
остановку машины |
1.0 |
|
аварию машины |
1.2 |
|
аварию ряда машин |
1.5 |
|
человеческие жертвы |
1.8 |
Выбор конструктивных размеров принятых муфт [2, прил. XLVII, XLVIII].
Таблица .
|
Режим работы механизма |
K2 |
|
Спокойная работа равномерно нагруженных механизмов |
1.0 |
|
Работа неравномерно нагруженных механизмов |
1.1-1.3 |
|
Тяжелая работа с ударами неравномерно нагруженных и реверсивных механизмов |
1.3-1.5 |
Следует производить из условия обеспечения необходимого запаса сцепления колес с рельсами для наименее нагруженной опоры при незагруженном кране - во избежание явления юза. Для этого необходимо определить максимально допустимое замедление и продолжительность торможения привода из условия максимально допустимого замедления [2, с. 123]. Затем нужно определить сопротивление передвижению при торможении на рассматриваемой опоре по ранее использованной методике но без учета коэффициента КР:
.
Далее рассчитать статический момент, приведенный к валу двигателя, при торможении привода опоры А незагруженного крана , а затем приведенный момент инерции по формуле:
,
где — коэффициент учитывающий моменты инерции масс деталей вращающихся медленнее, чем вал двигателя (принимают ).
Определив величину тормозного момента на валу двигателя выбрать тормоз по каталогу, отдавая предпочтение тормозам с электрогидротолкателем [2, с.513].
Методика расчета механизмов перемещения крановых тележек аналогична изложенной выше. В случае проектирования тележки воспользуйтесь рекомендациями [2, с.105-115; 16, с.88-99].
Мост крана является наиболее ответственной конструкцией грузоподъёмной машины.
Мост рассчитываемого крана следует принимать из сплошных коробчатых балок прямоугольной формы. В записке нужно привести схему моста и дать ее описание [2, с. 133, рис. 50]. Затем необходимо выбрать материал моста и определить основные размеры поперечного сечения главной балки по известным зависимостям [2, с. 135]. Толщина поясных листов должна быть не менее 6 мм (обычно следует принимать равным 8 мм), а толщина вертикальных листов для кранов грузоподъёмностью до 20 т может быть принята равной 6 мм, грузоподъёмностью от 30 до 75 т — 8 мм и грузоподъёмностью от 75 до 200 т — 10 мм, свыше 250 т — 12 мм. Помните, что строительный подъём главных балок должен обеспечить горизонтальность моста под действием собственной массы. Обычно строительный подъем (выгибание главных балок снизу вверх в процессе изготовления) составляет 1 мм на 1 м длины от оси концевой балки к середине моста.
Сущность проверки сводится к определению фактического упругого прогиба главных балок при расположении тележки с номинальным грузом на крюку по середине моста крана и сравнение его с допускаемым по нормам Госнадзорохрантруда Украины. Для этого следует привести рисунок поперечного сечения главной балки в середине пролета [2, с. 136, рис. 53а] и рассчитать общий момент инерции относительно горизонтальной оси, проходящей через центр тяжести поперечного сечения .
Допустимый прогиб главных балок нужно рассчитать по формуле [2, c. 142], а фактический — по формуле (239) [2, c. 142]. Он должен быть меньше допустимого. Если фактический прогиб моста равен или меньше допустимого, то размеры главных балок выбраны верно. В противном случае нужно повторить расчет несущих элементов моста, увеличив толщину поясных листов.
В расчетно-пояснительной записке необходимо привести схему и дать описание приборов безопасности, предупреждающих аварии и травматизм при эксплуатации ПТМ. Это концевые выключатели, ограничители грузоподъёмности и высоты подъёма, буферные устройства. При раскрытии этого вопроса руководствуйтесь источниками [8, 21].
ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Кратко охарактеризуйте результат проектирования, коснитесь перспектив краностроения.
Известно, что транспортирующие машины (машины непрерывного транспортирования - МНТ) отличаются большим разнообразием. Поэтому дать общую методику выполнения курсового проекта по ним затруднительно. Дело в том, что МНТ, применяемые в различных областях промышленности, как по конструкции, так и по своим основным параметрам значительно отличаются. Эти отличия характерны и для МНТ, используемых только в металлургическом производстве. Темой курсового проекта может быть МНТ одного из основных цехов металлургического предприятия (ленточные, качающиеся, винтовые конвейеры аглофабрик; пластинчатые, скребковые, роликовые конвейеры прокатных цехов; пластинчатые и ленточные конвейеры для подачи шихтовых материалов к скиповой яме доменной печи и т.д.).
Необходимые данные по МНТ можно почерпнуть из многочисленной литературы [1, 2 ,4, 5, 7, 15], сведения о МНТ прокатных цехов из [22], по ленточным конвейерам металлургических предприятий - из [23].
В большинстве случаев в качестве исходных данных для проектирования конвейеров предлагается: номинальная часовая производительность П — массовая (), объёмная () или штучная (); характеристика (свойства) насыпных (или других) грузов; геометрические параметры трассы; местные условия, режим и характер работы.
В случае реконструкции МНТ, исходные данные берут из технической характеристики конвейера, обуславливая цели (достижимый результат) после реконструкции.
И в первом, и во втором случаях недостающие данные следует принимать из опыта конструирования и эксплуатации аналогичных МНТ. В связи с тем, что ленточные конвейеры получили наибольшее распространение, ниже приведены рекомендации последовательности расчета машины именно такого типа.
Основные источники при расчете ленточных конвейеров [2,7]. Вначале уточняют схему конвейера, его геометрические данные и приводят ее в пояснительной записке с указанием и расшифровкой позиций основных узлов (блоков) МНТ, ориентируясь на [1, рис. 128; 2, рис. 117]. На схеме обязательно надо указать место загрузки и разгрузки материала. Помните, что основная область применения ленточных конвейеров - транспортирование материалов крупностью 0500 мм и температурой от -45 до +200 °С вверх под углом до 18, вниз (под уклон) до 16°.
Ориентировочно скорость ленты следует увязать со свойствами материала и условиями его транспортировки. Для этого используйте табл. 47, прил. LXXIX и LXXX [2], а также данные нижеприведенной таблицы .
Таблица . - Свойства некоторых сыпучих материалов
|
Наименование материала |
Плотность , т/м3 |
Угол естественного откоса покоя , |
Абразиность |
Предельный угол |
Максимальная скорость транспортирования V, м/с |
|
Апатит порошковый |
1.5-1.7 |
— |
неабразивный |
20 |
0.8-1.2 |
|
Гравий |
1.7-1.9 |
45 |
малая |
20 |
1-3 |
|
Земля, песок |
1.2-1.8 |
45 |
средняя |
24 |
1-4 |
|
Зерно (пшеница) |
0.6-0.8 |
35 |
неабразивный |
20 |
1.5-4 |
|
Зола |
0.4-0.7 |
50 |
высокая |
— |
0.8-1.2 |
|
Кокс |
0.4-0.5 |
50 |
высокая |
20 |
1-1.6 |
|
Мука (пшеничная) |
0.4-0.6 |
55 |
неабразивный |
17 |
0.9-1.2 |
|
Руда железная |
2.1-3.5 |
50 |
высокая |
20 |
2 |
|
Уголь каменный |
0.8-1.5 |
45 |
средняя |
18 |
1-4 |
|
Цемент |
0.9-1.2 |
43 |
средняя |
12 |
0.8-1.2 |
|
Шлак |
0.7-1 |
45 |
средняя |
— |
1-3 |
|
Щебень |
1.6-2 |
45 |
высокая |
18 |
1-2 |
|
Аглошихта |
1.6-1.8 |
40-44 |
средняя |
20 |
2-3 |
|
Агломерат |
1.4-1.6 |
42-46 |
высокая |
23 |
1.6-2 |
Оговорите форму ленты рабочей и холостой ветвей конвейера, т.е. форму, образуемую роликоопорами. Задавайтесь типом ленты согласно [1, с. 244-250].
Предварительный выбор ширины ленты осуществляйте согласно [1, с. 263]. Расчетная ширина — по формуле (413) [2], окончательная (проектная) — из конструктивных соображений, округленная до величины согласно ГОСТ 20–76. Затем выбирайте материал ленты, структуру и механические свойства по табл. 37 [15] или другому источнику. Ассортимент отечественных конвейерных лент для транспорта в черной металлургии смотрите на с. 43-48 [2З].
Для определения приближенной мощности привода конвейера (Вт) с горизонтальными и наклонными участками используйте формулу:
, (.)
где — массовая производительность конвейера, т/ч;
— длина горизонтальной проекции конвейера, м;
— скорость движения ленты, м/c;
— высота подъёма груза, м;
—коэффициенты, зависящие от ширины и длины ленты конвейера, выбирайте их из данных таблиц и .
Таблица .
|
Ширина ленты В, мм |
400 |
500 |
600 |
800 |
1000 |
1200 |
1400 |
1600 |
2000 |
2500 |
3000 |
|
Коэффициент |
0.012 |
0.015 |
0.02 |
0.024 |
0.03 |
0.035 |
0.04 |
0.045 |
0.05 |
0.053 |
0.058 |
Таблица .
|
Длина ленты (конвейера) |
до 15 |
15-30 |
30-45 |
св. 45 |
|
Коэффициент |
1.25 |
1.15 |
1.05 |
1.0 |
При определении предварительного тягового (окружного) усилия (в кН) используйте зависимость:
, (.)
где — скорость движения ленты, м/с.
Предварительное максимальное натяжение ленты (в кН):
, (.)
где — коэффициент трения ленты по поверхности барабана;
— угол обхвата барабана лентой, радиан;
— основание натурального логарифма.
Для обоснования числа прокладок в выбранной ленте используйте формулу:
, (.)
где — запас прочности ткани;
— ширина ленты, см;
— предел прочности текстильной ленты, МПа.
Диаметр приводного барабана находите по формуле . Конкретное значение числа в скобках смотрите в [7, с. 117]. Диаметр барабана натяжного . Полученную величину округлите до ближайшего стандартного размера (160, 250, 320, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250, 1600, 2000 и 2500 мм) согласно ГОСТ 22644–77. Длина барабана .
Если имеете дело с металлической лентой, то:
, (.)
где — толщина стальной ленты, мм.
Не забудьте, что для центрирования ленты поверхность барабана имеет выпуклость (бочкообразность), величина которой по оси симметрии длины барабана составляет . Ее величина на практике находится в пределах 1.55 мм, в зависимости от длины барабана.
Размеры приводных барабанов (узлов барабана) согласуйте с [5, с. 219-220], а также табл. 1, 2 [23].
Следует обосновать выбор типа натяжного устройства, места его расположения в “контуре” конвейера и определить усилие натяжения. В пояснительной записке приведите конструктивную и расчетную схемы натяжного устройства. При выборе винтового натяжного устройства предпочтение отдавайте тем, у которых винт расположен со стороны приводной станции. Помните, что грузовое натяжное устройство используется только у стационарных конвейеров, и что длину хода барабана натяжного устройства принимают равной 1.0% длины горизонтального конвейера и 1.5% длины наклонного. Конструктивные схемы натяжных станций (различных типов) смотрите в [5. с. 219-220; табл. 1, 2]. Необходимо также выполнить расчет на прочность деталей (по согласованию с руководителем проектирования) в зависимости от принятого типа натяжного устройства. Методика выбора подшипников качения опор барабана общепринятая. Следует внимательно отнестись к расчету усилия натяжения ленты устройством. Используйте формулу (501) [1].
Приводная станция (устройство) конвейера состоит, в основном, из барабана, редуктора, двигателя, муфт. В приводах наклонных конвейеров устанавливают также стопорные устройства (остановы) и тормоз, препятствующие самопроизвольному движению ленты вниз при отключении двигателя. В пояснительной записке обоснуйте конструкцию принятого привода, место его расположения, изобразите конструктивную или кинематическую схемы. Ориентируйтесь при этом на рис. 2.27 [7], рис. 120 [2].
Двигатель привода выбирайте по приближенной мощности, определенной по формуле . Характеристику электродвигателя внесите в пояснительную записку. Исходя из оборотов двигателя, принятого диаметра барабана и заданной скорости движения ленты, определите частоту вращения барабана. Затем рассчитайте передаточное отношение привода. По вращающему моменту на валу барабана и передаточному отношению выбирайте стандартный редуктор из [l8,19] или согласно ГОСТ 20373–74. Для соединения валов используйте выбранные по известной методике муфты, лучше зубчатые.
Разработайте конструкции и определите расчетные размеры основных опорных элементов механизма.
Выберите по существующей методике подшипники опор приводного барабана.
Для уменьшения провисания ленты между барабанами, вдоль трассы конвейера устанавливают роликоопоры (реже настилы) на подшипниках качения.
В конвейерах используют много типов роликоопор [5, с. 211-223], [7, рис. 4.7, 4.8]. Следует выбирать конструкцию роликоопор соответственно условиям работы конвейера и характеру транспортируемого материала.
Ориентировочно шаг рабочих роликовых опор выбирайте согласно выражению:
,
где — коэффициент, зависящий от плотности груза, выраженный в единицах длины.
Если плотность транспортируемого материала , то , если , то . Промежуточным значениям соответствуют промежуточные значения . Шаг роликоопор холостой ветви ленты конвейера определяют как .
Помните, что в местах загрузки шаг рабочих роликоопор уменьшают до 500 мм. Если транспортируют штучные грузы, шаг роликоопор должен быть таким, чтобы груз опирался не менее, чем на два ролика.
Нормальная работа ленточного конвейера будет обеспечена при условии, что , т.е. на рабочей ветви ленты в месте (точке) максимального натяжения её наибольшая стрела провисания ленты между роликами не должна превышать допускаемое провисание ленты (см. рисунок ).
Рисунок . — Схема к определению ленты.
Величину фактического прогиба ленты определяют по зависимости:
, (.)
где — минимальное натяжение груженой ветви ленты, определяются расчетом (методом) обхода по контуру
— удельная линейная плотность транспортируемого материала, ; определяют ее по формуле:
;
— линейная плотность (погонная масса) ленты, .
Ориентировочно определяют по формуле:
,
где — толщина одной текстильной прокладки;
— толщина верхней резиновой обкладки;
— толщина нижней резиновой обкладки.
Допускаемую величину провисания рабочей ветви ленты принимают , мм.
В некоторых случаях по формуле (), подставив вместо найденное значение , можно определить .
Определить фактическое натяжение ленты (гибкого органа) конвейера, независимо от сложности трассы, можно универсальным методом обхода по контуру. Для этого трассу (замкнутый контур) разбивают на участки так, чтобы в каждом из них характер сопротивления движению лента был неизменным. За исходный пункт для расчета (обхода) принимают точку сбегания ленты с приводного барабана, т.к. здесь натяжение ленты минимальное. Помните, что натяжение ленты в каждой последующей точке по ходу контура (по направлению движения ленты) равно сумме натяжения в предыдущей точке и сопротивления , на участке между этими точками, т.е. , при чем «плюс» при подъёме, «минус» при спуске груза.
В пояснительной записке приведите расчетную схему конвейера по методу обхода по контуру, ориентируясь на рис. 142 [1], рис. 3.6 [7] и др. Уместным будет диаграмма (эпюр) натяжения ленты по результатам вычислений. Методика расчета ленточных (и других) конвейеров достаточно полно изложена в [1, 2, 7].
Далее определяют уточненное тяговое усилие и по нему уточненную мощность приводной станции. Если мощность ранее принятого двигателя окажется недостаточной, следует принять более мощный электродвигатель.
Корпус (станина, став) конвейера выполняют из прокатных профилей металла в виде продольных балок, в которых монтируют роликоопоры. Эта поддерживающая металлоконструкция зависит от конструктивных особенностей конвейера. Приводная и натяжная станции имеют самостоятельные сварные металлоконструкции, присоединяемые к ставу. Срок службы станины не менее 10 лет [7]. Конструкцию ставов смотрите в [5], а также по чертежам аналогичных конвейеров.
Из множества используемых таких устройств выбирайте, согласно опыту эксплуатации подобных конвейеров, наиболее эффективное. Ориентируйтесь на [7, с. 126], [1, с. 262].
Конструкция загрузочного устройства зависит от характеристики транспортируемого груза и способа его подачи на ленту (конвейер).
Следует помнить, что ширина выходного отверстия лотка загрузочного устройства составляет . Угол наклона стенок теоретически определяется состоянием и свойствами сыпучего материала, но в практике находится в пределах 1015°. Чтобы загрузка протекала без россыпи, целесообразно загрузочную часть конвейера располагать горизонтально или под углом не более 1012° к горизонту. Для снижения износа стенок предусмотрите их футеровку. Материал по конструированию загрузочных устройств смотрите в [2, с. 257-258], [7, с. 118, рис. 4.18].
Поскольку преимущественно разгрузка производится с концевого барабана или на трассе при помощи плужковых (иногда барабанных) разгружателей, то соответственно принимайте конструкцию и учтите ее при расчете сопротивления (натяжения) ленте. Конструктивные особенности разгрузочных устройств смотрите в [l, рис. 139; 7, рис. 4.20]. Здесь же помещены данные по расчету разгрузочных устройств. В пояснительной записке приведите конструктивную схему устройства.
Предусмотрите необходимые устройства безопасной работы и эксплуатации конвейера. У конвейеров с наклонными участками трассы рабочей ветви предусматривают установку тормоза.
В конце изложения текста пояснительной записки необходимо, сделать обобщающие выводы по результатам проектирования.
Защита курсового проекта является заключительной стадией проектирования грузоподъёмной или транспортирующей машины. Проект нужно выполнять в установленные графиком сроки, совмещая расчеты с выполнением чертежей, и представлять к защите с подписью студента и руководителя проекта на титульном листе записки и чертежах.
Защита проекта производится перед комиссией, назначенной кафедрой. Комиссия заслушивает сообщение студента по существу принятых решений и знакомится с содержанием графической и расчетной частей, по которым могут быть заданы вопросы с целью уточнения особенностей и существа принятых решений, методики и т.п. При оценке проекта учитывается новизна принятых конструктивных решений, самостоятельность выполнения, качество и объем, представленных к защите материалов, по существу сделанных проектантом пояснений и ответов на вопросы при защите. При обнаружении значительных дефектов, неудовлетворительных ответах на вопросы комиссии, принимающей проект, может быть назначена повторная защита (по решению кафедры).
После защиты проекты передаются на кафедру для хранения.
1. Иванченко Ф.К. Конструкция и расчет подъемно-транспортных машин: Учеб. для вузов. — К.: Вища шк., 1983. — 351 с.
2. Расчеты грузоподъемных и транспортных машин /Ф.K. Иванченко и др. — К.: Вища шк., 1978. — 576 с.
3. Мостовые краны общего назначения /А.В. Парницкий и др. — М.: Машиностроение, 1980. — 215 с.
4. Кузьмин А.В., Марон Ф.Л. Справочник по расчетам механизмов подъемно-транспортных машин. — 2-е изд., перераб. и доп. — Минск: Вышэйш. шк., 1983. — 350 с.
5. Александров М.П., Решетов Д.Н, Подъемно-транспортные машины. Атлас конструкций. — М.: Машиностроение, 1973. — 256 с.
6. Верник А.Б. Мостовые краны большой грузоподъемности. — М.: Машиностроение, 1956. — 450 с.
7. Спиваковский А.О., Дьячков В.К. Транспортирующие машины. Учеб. пособ. для машиностроит. вузов. — 3-е изд. перераб. — М.: Машиностроение, 1983. — 487 с.
8. Александров М.П. Грузоподъемные машины. — М.: Высш. шк., 1973. — 472 с.
9. Моргачев В.Л. Подъемно-транспортные машины. — М.: Машиностроение, 1964. — 225 с.
10. Специальные краны /П.З. Петухов и др. — М.: Машиностроение, 1985. — 248 с.
11. Ивашков И.И. Монтаж, эксплуатация и ремонт подъемно-транспортных машин. — М.: Машиностроение. 1981. — 335 с.
12. Парницкий А.В., Шабашов А.П. Мостовые краны общего назначения, — Свердловск: Гос. науч.-техн. изд-во машиностроит. лит., 1958. — 401 с.
13. Брауде В.И., Гохберг М.М. Справочник по кранам: В 2 т. Т. 1. Характеристики материалов и нагрузок. Основы расчета кранов, их приводов и металлических конструкций. — Л.: Машиностроение. 1988. — 536 с.
14. Брауде В.И., Гохберг М.М. Справочник по кранам: В 2 т. Т. 2. Характеристики материалов и нагрузок. Основы расчета кранов, их приводов и металлических конструкций. — Л.: Машиностроение. 1988. — 559 с.
15. Александров М.П. Подъемно-транопортные машины. — М.: Высш. шк., 1971. — 558 с.
16. Савицкий В.П. Грузоподъемные машины (курсовое проектирование) : Учеб. пособ. для машиностроит. спец. вузов. — Минск: Вышэйш. шк., 1981. — 160 с.
17. Перель Л.Я. Подшипники качения: расчет, проектирование и обслуживание опор: Справочник. — М.: Машиностроение, 1983. — 543 с.
18. Цехнович Л.И., Петриченко И.П. Атлас конструкций редукторов; Учеб. пособ. для вузов. — К.: Вища шк., 1979. — 128 с.
19. Редукторы. Справ, пособие /Г.И. Краузе и др. — Л.: Машиностроение, 1976. — 128 с.
20. Тормозные устройства. Справочник /Под общ. ред. М.П. Александрова. — М.: Машиностроение, 1985. — 312 с.
21. Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов. — К.: Госнадзорохрантруда Украины, 1994. — 226 с.
22. Глазков B.C. Машины непрерывного транспортирования для прокатных станов. — М.: Металлургия, 1979. — 248 с.
23. Минчермет CCСР. Правила технической эксплуатации ленточных конвейеров на предприятиях черной металлургии. НПО «Черметмеханизация». — М.: Металлургия, 1987. — 12 с.
24. Гребеник В.М., Гордиенко А.В., Цепко В.К. Повышение надежности металлургического оборудования: Справочник. — М.: Металлургия, 1988. — 688 с.
25. Курсовое проектирование грузоподъёмных машин. Уч. пособ. для студентов машиностр. спец. Вузов /С.А. Казак, В.Е. Дусье, Е.С. Кузнецова и др.; Под ред. С.А. Казака. — М.: Высш. шк., 1989. — 319 с.
26. Потапов В.С., Ульяницкий В.Н. Использование стандартных элементов при конструировании механического оборудования.: Учеб. пособ. – К.: НМКВО, 1992, — 206 с.
27. Мархель И.И. Крановые канаты. — М.: Машиностроение, 1983. – 128 с., ил.
28. Заплетехин В.А. Конструирование деталей механических устройств: Справочник. — Л.: Машиностроение, 1990 — 669 с.