Министерство Транспорта Российской Федерации
Московская Государственная Академия Водного Транспорта
Кафедра «Портовые подъемно-транспортные машины и робототехника»
Курсовой проект
«Кран портальный, грейферный Q=16 т, L=32 м»
по дисциплине
«Грузоподъёмные машины и машины безрельсового транспорта»
Исполнитель: Попов И.С., группа П-8
Руководитель: Киселев В.А.
Москва 2010
Содержание
Введение
1. Анализ задания
2. Расчет механизма подъёма
2.1 Выбор схемы механизма подъёмного устройства
2.2 Выбор каната
2.3 Определение диаметров блоков и барабана
2.4 Выбор грузозахватного устройства
2.5 Определение статической мощности электродвигателя
2.6 Выбор электродвигателя, проверка на перегрузочную способность
2.7 Выбор редуктора
2.8 Определение длины барабана
2.9 Расчет стенки барабана на прочность
2.10 Определение тормозного момента, выбор тормоза и соединительной муфты
2.11 Выбор устройства безопасности механизма подъёма
3. Расчет механизма передвижения
3.1 Определение числа и размера ходовых колес в одной балансирной тележке
3.2 Сопротивление передвижению крана на прямолинейном рельсовом пути
3.3 Суммарная статическая мощность электродвигателей
3.4 Статическая мощность одного электродвигателя
3.5 Выбор электродвигателя механизма передвижения
3.6 Проверка электродвигателя на допустимую перегрузку
3.7 Общее передаточное число механизма
3.8 Выбор редуктора
3.9 Проверка ходовых колес на отсутствие буксования
3.10 Определение тормозного момента и выбор тормоза
3.11 Выбор предохранительных и вспомогательных устройств
4. Расчет механизма поворота
4.1 Определение момента сил сопротивления повороту
4.2 Определение потребной мощности электродвигателя
4.3 Проверка двигателя на кратковременную допустимую перегрузку
4.4 Выбор редуктора и муфты предельного момента
4.5 Расчет многодисковой муфты предельного момента
4.6 Определение тормозного момента, выбор и расчет тормоза
5. Расчет устойчивости крана
5.1 Определение грузовой устойчивости крана
5.2 Определение собственной устойчивости
Заключение
Список литературы
Введение
Портальный кран – грузоподъёмная машина циклического действия с возвратно – поступательным движением грузозахватного органа; служит для подъёма и перемещения грузов. Цикл работы крана состоит из захвата груза, рабочего хода для перемещения груза и разгрузки, холостого хода для возврата порожнего грузозахватного устройства к месту приёма груза. Основная характеристика — грузоподъёмность, под которой понимают наибольшую массу поднимаемого груза, причём в случае сменных грузозахватных устройств их масса включается в общую грузоподъёмность.
Портальные краны применяют для перегрузочных работ в портах и на открытых складах, для строительных (преимущественно гидротехнических) работ, а также для сборочно – монтажных работ в судостроении и при судоремонте (на берегу и на плавучих доках). По характеру работы подразделяются на перегрузочные (крюковые, грейферные, реже магнитные) и монтажные. Особым типом перегрузочного портального крана является высокопроизводительный, предназначенный для разгрузки судов грейферно – бункерный кран с программным управлением, у которого грейфер заполняет расположенный на портале бункер. Поворотная часть кранов может устанавливаться на полупорталах (один рельс на стене здания), а на откосных набережных — на треугольных подставках. Стреловые устройства, как правило, обеспечивают горизонтальное перемещение груза при изменении вылета. Грузоподъёмность грейферных кранов постоянная, а крюковых чаще переменная. Грузоподъёмность перегрузочных кранов от 5 до 40 то, а монтажных от 100 до 300 т; вылет обычно 25—35 м и достигает 50—100 м (у судостроительных П. к.). Скорости движений перегрузочных кранов составляют: подъёма груза 60—90 м/мин, вращения 1,5—2 об/мин, передвижения крана (установочное движение) 30 м/мин; скорости монтажных кранов значительно меньше, чем перегрузочных.
1. Анализ задания
кран подъемный механизм перегрузочная
Сопоставление заданного крана с известными аналогами.
У заданного крана и аналога равная грузоподъёмность, но скорость подъёма несколько превосходит, следовательно, для заданного крана потребуется более мощный двигатель.
В скорости передвижения заданный кран проигрывает, а это значит, что наоборот двигатель потребуется менее мощный.
Частота вращения крана незначительно больше, чем у аналога. В связи с этим мы можем предположить, что двигатели имеют равные мощности.
В остальном, конструктивно и по параметрам краны совпадают, следовательно, по общим параметрам, таким как масса и наветренная площадь кран будет полностью совпадать с аналогом.
2. Расчет механизма подъёма
2.1 Выбор схемы механизма подъёмного устройства
Поскольку кран грейферный с грузоподъёмностью превышающей 10 т, то единственно верным выбором становиться схема четырехканатного грейфера:
В этом случае нагрузка на канат составит:
S=1,1 (g∙m_н)/(z_в∙з_нб )=1,1(9,81∙18)/(4∙〖0,98〗^3 )=45,847 кН
Где,
g – ускорение свободного падения, м/с^2;
m_н – грузоподъемность крана нетто, масса номинального груза и съемного грузозахватного приспособления (грейфера), т;
z_в – число ветвей, на которых подвешен грейфер (z_в=4 при Q =10т и более);
з_нб – КПД направляющих блоков (по 6, стр. 43, з_нб=0,98);
1,1 – коэффициент, учитывающий неравномерность загрузки лебедок.
2.2 Выбор каната
Коэффициент запаса прочности (коэффициент использования каната), зависит от назначения каната и режима работы крана. Задаемся режимом работы механизма подъёма, исходя из грузоподъёмности и того что кран работает в грейферном режиме принимаем М8, а значит коэффициент запаса (K_зп) по ПБ 10 –6 382 – 00 равен 9. Отсюда разрывное усилие равно:
S_раз=S∙K_зп=45,847 ∙9=412,623 кН
В соответствии с рекомендациями подбираем канат: 6Ч19+1ОС ГОСТ 2688 – 80 (по 4,стр. 246), с параметрами S_раз=475 кН, d_к=30,5 мм, 〖 у〗_в=1372 МПа (140 кгс/〖мм〗^2).
2.3 Определение диаметров блоков и барабана
Диаметр барабана (D_б) по дну канавки:
D_б>d_к∙(h_1-1)=30,5∙(25-1)=732 мм
Где, h_1 – коэффициент, зависящий от типа грузоподъёмной машины и режима её работы. (по 2, стр. 9, h_1=25).
Приводим к стандартному D_б=750 мм (по ГОСТ 8032 – 84)
Диаметр (D_бл) блока:
D_бл≥d_к∙(h_2-1)=30,5 (28-1)=823,5 мм
Где, h_2 – коэффициент, зависящий от типа грузоподъёмной машины и режима её работы. (по 2, стр. 9, h_2=28).
Приводим к стандартному D_бл=830 мм (по ГОСТ 8032 – 84)
2.4 Выбор грузозахватного устройства
Т.к. грузоподъёмность заданного крана является не стандартной, то невозможно подобрать грейфер по каталогу, поэтому берется ближайший подходящий грейфер, в данном случае это четырехканатный для песчано – гравийных грузов №2374Г с параметрами:
Далее производиться перерасчет параметров (массы и объёма) каталожного грейфера под нужную грузоподъёмность:Масса грейфера:
m_гр=k∙m_н=0,4∙16=6,4 т ≈6,5 т
Где, k – коэффициент, зависящий от свойств груза (средняя насыпная плотность песка г=1,75 т/м^3, что соответствует группе груза С3);
m_н – грузоподъемность нетто (масса грейфера с номинальным грузом), т.
Требуемая вместимость в этом случае, составит:
V= (m_н-m_гр)/(г∙k_v )=(16 -6,4 )/(1,6 1,25)=4,39 м^3≈4,4 м^3
Где, k_v – коэффициент наполнения и уплотнения.
2.5 Определение статической мощности электродвигателя
Для определения КПД механизма выясняем КПД всех его составляющих (по 6):
КПД полиспаста з_п=1;
КПД направляющих блоков з_нб=0,98;
КПД барабана з_б=0,98;
КПД редуктора з_р=0,96.
КПД подъёмного устройства:
з=з_п∙з_нб∙з_б∙з_р=1∙〖0,98〗^3∙0,98∙0,96=0,885
Статическая мощность электродвигателя грейферного крана:
N_ст=1,1∙(g∙m_н∙V_п)/(z_э∙з)=1,1∙(9,81∙16 ∙1,4)/(2∙0,885)=136,45 кВт
Где, V_п – скорость подъёма груза;
z_э – количество электродвигателей.
2.6 Выбор электродвигателя, проверка на перегрузочную способность
Расчетная мощность:
N_рас=N_ст √(〖ПВ〗_р/〖ПВ〗_к )=136,45 ∙√((80%)/(60%))=157,6 кВт
По N_рас и по 〖ПВ〗_к подбираем двигатель серии МТН 713 – 10 с параметрами (по 3, стр. 246):
Скорость вращения ротора: n_д=586 об/мин;
КПД двигателя: з_д=0,91;
Максимальный вращающий момент: M_(д_max)=7310 Нм;
Момент инерции ротора двигателя: I_р=15 кг∙м^2;
Масса двигателя: m_дв=1900 кг;
Мощность: N_н=160 кВт;
Кратность среднего пускового момента: л_п=1,6;
С коническими концами валов.
Геометрические параметры двигателя МТН 713 – 10, мм
Номинальный момент двигателя:
M_н=9550∙N_н/n_д =9550∙160/586=2608 Нм
Статический момент двигателя:
M_ст=9550∙N_ст/n_д =9550∙(136,45 )/586=2224 Нм
Средний пусковой момент двигателя:
M_п=л_п∙M_н=1,6∙2608=4172 Нм
Предварительный выбор муфты:
По статическому моменту электродвигателя подбираем муфту (по 4, стр. 308) с параметрами:
Диаметр тормозного шкива: D_т=500 мм;
Момент инерции муфты: I_м=57,8 кг∙м^2;
Наибольший передаваемой муфтой момент: M_м=8000 Нм;
Масса муфты: m_м=240 кг;
Тормозной момент: M_т=5000 Нм.
Маховые моменты муфты и ротора:
GD_м^2=4∙g∙I_м=4∙9,81∙28,6=2267 Нм^2
GD_р^2=4∙g∙I_р=4∙9,81∙15=588,42 Нм^2
Время разгона:
t_р=((9565∙Q∙V_п^2)/(n_д∙з∙z_э)+(1,2∙(GD_р^2+GD_м^2)∙n_д)/375)/(M_п-M_ст )
t_р=((9565∙18∙1^2)/(586∙0,91∙2)+(1,2∙(588,42^2+2267^2)∙586)/375)/(4172-2224)=2,897 с
Принимаем время разгона: t_р=3с
Динамический момент при пуске:
M_дин=1/t_р((9565∙Q∙V_п^2)/(n_д∙з∙z_э)+(1,2∙(GD_р^2+GD_м^2)∙n_д)/375)
M_(дин=)=1/3((9565∙16∙1,4^2)/(586∙0,91∙2)+(1,2∙(588,42^2+2224^2)∙586)/375)=1948 Нм
Максимальное значение момента сопротивления на валу электродвигателя:
M_сmax=M_н+M_дин=2608+1948=4172 Нм
Проверяем двигатель на перегрузочную способность: