Расчет механизма подъёма груза, и поворота крана

Федеральное агентство по рыболовству

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования

«Астраханский государственный технический университет»

Система менеджмента качества в области образования, воспитания, науки и инноваций сертифицирована DQS

по международному стандарту ISO 9001:2015

Факультет (институт) Институт морских технологий, энергетики и транспорта

Направление : «Наземные транспортно-технологические комплексы»

Кафедра«Техника и технологии наземного транспорта»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

Расчет механизма подъёма груза, и поворота крана..

по дисциплине: «Грузоподъемные машины».

Астрахань 2022

Федеральное агентство по рыболовству

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования

«Астраханский государственный технический университет»

Система менеджмента качества в области образования, воспитания, науки и инноваций сертифицирована DQS

по международному стандарту ISO 9001:2015

Утверждаю

заведующий кафедрой

«Техника и технологии

наземного транспорта»

профессор, к.т.н.,

________ Кораблин А.В.

«___»___________2022г.

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу по дисциплине «Грузоподъемные машины».

Студенту учебной группы

ДМНПБ 31- институт морских технологий, энергетики и транспорта

(факультет, отделение)

Муханалиева Азата Ержановича

(фамилия, имя, отчество)

Тема курсовой работы

Расчет механизма подъёма груза, и поворота крана..

Утверждено распоряжением

по кафедре №____от «__»__________2022г.

Представление курсовой работы «__»__________2022г.

Дата защиты « __»__________2022г

Исходные данные:

_ кран-КПП 16/32, грузоподъёмность Q = 13 т., род груза-уголь, вариант работы – склад-вагон, скорость изменения вылета стрелы-38м/мин., скорость подъёма-0.3м/мин., скорость передвижения -34 /мин., частота вращения- 1.2 щб/мин,, высота подъёма-24 м., глубина опускания-17м., расстояние перемещ.-4м.

Руководитель курсовой работы профессор

канд. тех. наук, доцент. _____________________ Турпищева М.С.

Задание принял к исполнению

Студент___________________________________________

Ф.И.О (подпись)

Введение

Ленинградский завод ПТО им. С.М. Кирова был основным производителем портальных кранов в СССР. Начиная с 1933 года серийно производились следующие типы кранов:
КПП 16 (32/40); КПП 16 (20); КПП 10 (12,5); КПП 16 (20/32); КПП 5-30-10,5; КПД5/3,2; КПД20/12,5; КПД50/32; КПМ 80/32-25/50; КПМ 50/20-25/50; КПМ 20/10-17/30; КПМ 32/16-17/30.
Кран КПП 16/32: портальный электрический передвижной полноповоротный кран с изменяющимся вылетом стрелы, морозостойкого исполнения до –40°С, предназначен для работы с грейфером и крюком.

Рис.1.Кинематическая схема механизма подъема груза.

1.1.Расчёт механизма подъёма груза.

Усилие в канате, набегающем на барабан:

Где:
FQ – номинальная грузоподъёмность крана, кг
α – число полиспастов в системе
un – кратность полиспаста
ƞ0 – общий кпд полиспаста и обводных блоков

Расчётное разрывное усилие в канате при максимальной нагрузке на канат Fmax=40800 и коэффициент запаса прочности zp =6,0 [1. табл 2.3.]

С учётом данных выбираем по ГОСТ 3077-80 канат двойной свивки типа ЛК-0 конструкции 6х19 (1+9+9)+1о.с. диаметром 28 мм, [1. Табл III.1.1.]

Фактический коэффициент запаса прочности каната

1.2. Геометрические параметры барабана и блоков полиспаста.

Где:
h1 – коэффициент выбора диаметра барабана
h2 – коэффициент выбора блока полиспаста
h3 – коэффициент выбора уравнительного блока
согласно [3. Табл. 3]
dк – диаметр каната
D1 – диаметр барабана
D2 – диаметр блока полиспаста
D3 – диаметр уравнительного блока по центру навитого каната

шаг навивки согласно [3. Табл. 4]:

Длина барабана определяется по зависимости

Где:
l1 – длина барабана, используемая для крепления каната
l0 – расстояние от оси крайнего витка до края барабана
lH – длина нарезки между осями крайних витков каната

Где: 
z 1 = 1,5…2 – число неприкосновенных по Правилам Росгортехнадзора витков каната;
zк  – число витков каната, навиваемых на барабан при подъеме груза на расчетную высоту подъема

Где: 
D1 – расчетный диаметр барабана; 
Lк – длина каната, навиваемого на барабан (канатоемкость):

Где: 
Н – высота подъема груза.

С учетом рекомендуемых значений полная длина барабана для одинарного полиспаста находится по выражению

Толщина стенки барабана из условия прочности на сжатие

Где:
[σсж] – допускаемое напряжение сжатия для материала барабана.
Согласно [3. Табл. 7] [σсж] = 115 МПа

По технологическим условиям изготовления барабана, связанным с особенностями литейного производства, толщина стенки:

чугунного барабана

1.3.Расчёт крепления каната к барабану

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

9,42 рад - угол обхвата барабана неприкосновенными витками.

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

1 - барабан; 2 - прижимная планка; 3 - болт

Рисунок 2 Схема крепления каната

Диаметр болтов, прижимающих планки к барабану, определим по формуле:

Выбираем болт гостом 24671-84, диаметром 28мм

1.4.Выбор электродвигателя

В таблице 8 показано соответствие групп режима работы механизма по ГОСТ 25835-85 и ИСО 4301/1 и относительной продолжительностью включения электрооборудования.

Таблица 6.1 – Соответствие групп режимов работы механизмов и ПВ %

 Статическая мощность Рс электродвигателя механизма подъема определяется по формуле

где ηм – КПД механизма подъема груза, ориентировочно принимается ηм = 0,8…0,85.

С учетом полученного значения подбирается стандартный крановый электродвигатель номинальной мощностью равной или на 30…35 % меньше Рс . Наиболее распространенными для механизма подъема груза являются крановые электродвигатели с фазным ротором серии MTF, основные характеристики и размеры которых приведены в таблицах.

Согласно [1 таблице 3.5] выбираем крановый электродвигатель с фазным ротором MTF 412-6 имеющий при ПВ=40% номинальную мощность Рном=30 кВт и частоту вращения n=970 мин-1. Момент инерции ротора lр=0,675 кг·м2, максимальный пусковой момент двигателя Тмах=950 Нм

1.5. Выбор редуктора

Основными характеристиками редуктора являются: передаточное число, допускаемый вращающий момент или мощность на тихоходном валу и частота вращения быстроходного вала.

Частота вращения барабана определяется по выражению

Требуемое передаточное число редуктора

где n дв – частота вращения вала электродвигателя.

Ориентировочная величина требуемого вращающего момента на быстроходном валу (без учета потерь на трение в редукторе)

Для механизмов подъема груза используются в основном двух-ступенчатые цилиндрические горизонтальные редукторы типа Ц2-500. (Передаточное число -50; частота вращения быстроходного вала-1000; Мощность на быстроходном валу 45,5 квт)

1.6. Выбор соединительных муфт

Для выбора муфты определяется момент статического сопротивления вращению на валу двигателя в период пуска: 

где up – передаточное число выбранного редуктора; ηб – КПД барабана (принимается ηб = 0,94...0,96); ηр – КПД редуктора: принимается для двухступенчатого редуктора ηр = 0,96;

Выбор типа муфты производится по величине расчетного вращающего момента Тм:

где k 1 = 1,4 – коэффициент, учитывающий степень ответственности механизма подъема; k2 – коэффициент, учитывающий группу режима работы механизма, который определяется по таблице 8.

Таблица 8 – Значения коэффициента k 2

Тихоходный вал редуктора соединяется с барабаном зубчатой муфтой, причем выходной конец вала редуктора, обычно выполняется в виде зубчатой полумуфты. Такое конструктивное решение обеспечивает компактность грузовой лебедки.

Согласно [1. Табл. III.5.9] выберем ближайшую по требуемому крутящему моменту муфту упругую втулочно-пальцевую муфту №2 с тормозным шкивом диаметром D=300 мм и наибольшим передаваемым крутящим моментом 800 Н·м. и моментом инерции муфты

Рисунок 3 – Компоновки грузовой лебедки по развернутой схеме (а)

и с трансмиссионным валом (б): 1 – электродвигатель; 2 – муфта с тормозным шкивом; 3 – тормоз; 4 – редуктор; 5 – зубчатая муфта; 6 – барабан; 7 – трансмиссионный вал

При недостаточном межосевом расстоянии редуктора (корпуса электродвигателя и барабана перекрывают друг друга) следует выполнить компоновку лебедки по развернутой схеме (рисунок 6 а) или соединить редуктор с барабаном трансмиссионным валом и двумя муфтами (рисунок 6 б).

1.7. Выбор тормоза

Для стопорения и удержания груза на весу устанавливают нормально замкнутые тормоза, автоматически размыкающиеся при включении привода механизма. Тормоза обычно устанавливаются на быстроходный вал механизма, где действует наименьший крутящий момент (чаще всего на одной из полумуфт соединения двигателя с редуктором). Выбирается тормоз по величине расчетного тормозного момента. Для этого определяется момент статического сопротивления на валу электродвигателя при торможении механизма

Необходимый расчетный момент, развиваемый тормозом, находится по выражению

где kT – коэффициент запаса торможения, определяемый по таблице 9.

Таблица 9 – Значения коэффициента запаса торможения k Т

Для механизмов подъема груза используются в основном колодочные тормоза переменного (типа ТКТ) и постоянного тока (типа ТКП), а также электрогидравлические тормоза (типа ТКГ). Основные характеристики тормозов последнего типа приведены в таблицах.

Согласно [1. Табл. 3.5.13] выбираем тормоз ТКГ-300 с тормозным моментом 800 Н·м диаметром тормозного шкива Dт=300мм. Регулировкой можно получить требуемый тормозной момент Тт= 654 Н·м.

1.8.  Проверка электродвигателя по времени пуска при подъеме груза

  Электродвигатель должен разгонять механизм за достаточно короткое время, иначе уменьшится производительность крана. Но при очень малом времени пуска разгон будет сопровождаться большим ускорением, что уменьшит прочность элементов, устойчивость груза и т.д.

Время пуска (разгона) электродвигателя должно быть в пределах 1...2 с и определяется по формуле

где δ = 1,1...1,2 – коэффициент, учитывающий влияние вращающихся масс привода, кроме муфты с тормозным шкивом и ротора электродвигателя; I – суммарный момент инерции ротора и муфты с тормозным шкивом, кг·

Тср.п – среднепусковой момент электродвигателя

где Тном – номинальный момент на валу электродвигателя, Н·м

 Ψ max – максимальная кратность пускового момента электродвигателя

Ψ min – минимальная кратность пускового момента электродвигателя; Ψ min = 1,1…1,4.

Ускорение при пуске электродвигателя

Полученные значения t п и a необходимо сравнить с допускаемыми значениями. Допускаемое время пуска [t п] = 1...2 с.

Допускаемое ускорение груза при разгоне на подъем: [a] = 0,6 м/с2– для мостовых кранов; [ a ] = 0,8 м/с2– для козловых и башенных кранов с грейферами, [ a ] = 0,35 м/с2– с крюковыми подвесками.

Если tп < [ tп ], то необходимо выбрать двигатель с меньшей мощностью.  Если tп > [ tп ], то необходимо выбрать двигатель с большей мощностью той же относительной продолжительности включения (ПВ %) и той же или близкой частотой вращения.

1.9. Проверка тормоза по времени торможения

Время торможения при опускании груза (при подъеме груза это время будет меньше, так как в этом случае момент от массы груза и тормозной момент действуют в одном направлении) tт :

Наибольшая допускаемая длина пути торможения

Где : ks – коэффициент пути торможения, определяемый по таблице 10

Таблица 10 – Значения коэффициента пути торможения ks

Максимальное время торможения при опускании груза

при этом должно быть соблюдено условие

Замедление груза при торможении

Замедление груза при торможении должно быть меньше или равно допускаемой величине aТ ≤ [ a ] = 0,3 м/сек 2

2.Общий расчет механизма поворота.

Рис. 4 киниматическая схема механизма поворота.

1-электродвигатель, 2-стакан, 3-тормозной шкиф, 4-пружина, 5-конических дисков, 6-венец, 8-выходная шестерня.

2.1. Момент сопротивления вращению поворотной части крана на валу двигателя в период пуска (разгона)

Тc-силы статического сопротивления повороту,

 Тин — момент сопротивления от сил инерции при пуске;

Тукл— момент статического сопротивления от веса крана и груза относительно оси вращения крана при нахождении крана на уклоне;

Тв — момент статического сопротивления от ветровой нагрузки относительно оси вращения крана;

Ттр — момент статического сопротивления от сил трения относительно оси вращения крана;

u и η — передаточное отношение и к.п.д. механизма между осью поворота и валом двигателя.

2.2. Наибольший момент сопротивления вращению от веса поворотной части крана и груза при нахождении крана на уклоне:

где тпов — масса поворотной части крана, кг: тпов = тцл + тпв + тб + тс (соответственно масса поворотной платформы, противовеса с противовесной стрелой, башни, стрелы);

lпов — расстояние от оси вращения крана до центра тяжести поворотной части крана, м;

Q — масса груза при номинальной грузоподъемности, кг;

R — вылет крана, м;

α — угол наклона пути крана.

Пример:  тпов =180 т, lпов =2м, Q=16 т, вылет- R=32м , sinα=0,004

2.3. Наибольший момент сопротивления вращению поворотной части крана от ветровой нагрузки относительно оси вращения крана:

где Тв1 —ветровые нагрузки на машинное отделение и кабину крана и на противовес:

rв — расстояние от оси вращения до центра тяжести площади наветренной поверхности крана, м,

R-вылет максимальный,м,

Sкаб , Sпрот -площадь кабины крана и противовеса,

Kспл - коэффициент сплошности,

pв - ветровая нагрузка; 150 -250 Па.

Тв2 —ветровые нагрузки на стрелу и груз:

Sстр , Sгр - площади стрелы и груза.

Пример:

Момент от действия ветровой нагрузки определяется для данных

- площадь груза 13 м2

-площадь противовеса 2,3м2

-площадь машинного отделения 55м2

- площадь стрелы с хоботом брутто 68м2

-ветровая нагрузка- 150Па -250 Па

-коэффициент сплошности для решетчатых конструкций 0,3…0,6,для сплошных -1,

- rв=4

2.4 Момент сопротивления вращению поворотной части крана от сил трения относительно оси вращения крана:

Fв  –вертикальные опорные нагрузки, Н;вл

µ , fi - коэффициенты трения качения и в цапфе роликов,

Dкр, Dк – диаметры круга качения роликов и самих роликов, м,

dц - диаметр цапфы роликов.

Пример : D кр-=0,55 м, Dк=0,16 м, Fв=180 т, dц=0,06м,

µ =0,005, fi=0,07.

2.5 Выбор электродвигателя

Статическая мощность (кВт) двигателя привода механизма поворота крана:

где: Тс - момент статических сопротивлений вращению поворотной части крана относительно оси вращения крана, Нм;

nпов - частота вращения поворотной части крана, мин-1;

η - КПД привода механизма поворота, предварительно 0,85.

Двигатель: МТН 612-10, 60 кВт, 565 об/мин при ПВ=40 %, (GD2)рот= 21 кг*м2 .

2.6. Выбор редуктора

Передаточное число привода

u=

Редуктор ВКУ-965, передаточное число-30.

Двигатель предварительно выбирают по статической мощности Рс, принимая при этом из каталога ближайший больший по мощности. После определения необходимого пускового момента механизма поворота определяют по этому моменту необходимую мощность двигателя при пуске:

2.7. Предварительно выбирается тормоз по прототипам

Пример: Тормоз ТКГ-400, тормозной момент Т т max=15000 кг*см,

(GD2)т=0.3 кг*м2, D=400мм.

.Общий момент инерции GD2=21 +0,3=21,3 кг*м2.

Примем время пуска tп = 5 сек, тогда :

Т ин=21*565/375*5=63 Н*м

Т пуск =308400/470,8/0,85 + 63=834 Н*м

Рпуск =834π*565/30=49,3 квт

Необходимая номинальная мощность двигателя может быть определена из условия Рдв ≥ k Рпуск, где k — коэффициент, учитывающий допустимую перегрузку двигателя в период пуска (k = = 0,85).

Номинальная мощность двигателя Рдв=0,85*49,3= 42 квт

2.8. проверка двигателя на врнмя пуска.

Момент сопротивления (Нм) при торможении (тормозной момент) механизма поворота крана на валу тормоза при неблагоприятном сочетании нагрузок

Ттр =+(Тв +Тукл –Ттр)*0,85/u

где  –момент сил инерции на валу двигателя при торможении;

Ттр=63+(267,2+34,18-7)*0,85/470,8=63 кг*м

Момент тормоза Тт = Ттр *β=63*1,5=94,5 кг*м ≤150 кг*м

Проверка времени торможения:

tт= GD2* nдв/(375*Тит)

Тит= Т т max- Тт=150-94,5=55,5 кг*м

tт=21*565/375*55,5=0,6 сек

Предохранительная фрикционная муфта привода механизма поворота крана расчитывается на момент

- момент, передоваемыйй двигателем предохранительной муфте в период пуска механизма поворота.

Заключение.

В данном курсавом проекте, я расмотрел портальный кран КПП 16/32. Произвел расчёт механизма поворота, а также механизма подъёма груза.

Список литературы:

1. Александров, М. П. Подъемно-транспортные машины : учеб. для машиностроит. спец. вузов / М. П. Александров. – 6-е изд., перераб. – Москва : Высшаяшкола, 1985. – 520 с.

2. Вайнсон, А. А. Подъемно-транспортные машины : учебник / А. А. Вайнсон. – Москва : Машиностроение, 1989. – 336 с.

3. Дукельский А.И.Портовые грузопдъемные машины:учебник/ Дукельский А.И –Москва :Транспорт, 1970.-431с.

4. Казак, С. А. Курсовое проектирование грузоподъемных машин / С.А. Казак. – Москва : Высшая школа, 1989. – 319 с.

5. Павлов, Н. Г. Примеры расчета кранов / Н. Г. Павлов. – Москва : Машгиз, 1987. – 420 с.

6. Расчеты крановых механизмов и их деталей / ВНИИПТМАШ. – Москва :

Машиностроение, 1982. – 187 с.

7. Руденко, Н. Ф. Курсовое проектирование грузоподъемных машин /

Н. Ф. Руденко. – Москва : Машгиз, 1983. – 464 с.

8. Турпищева М.С. Технология перегрузочных работ/ методические указания к выполнению курсового проекта. Астрахань: Изд-во АГТУ, 2011.-34с.

9. . Кузьмин, А. В. Справочник по расчетам механизмов подъемнотранспортных машин / А. В. Кузьмин, Ф. Л. Марон. – Минск : Вышэйшая школа,

1983. – 350 с.

https://www.bsatu.by/sites/default/files/field/publikatsiya_file/podemno-transportnye-mashiny-i-mehanizmy-kursovoe-proektirovanie.pdf