Модернизация мостового крана с целью увеличения его грузоподъемности с 8 до 12,5 тонн

1  2  3

---

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ

1.ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ РАСЧЁТЫ МЕХАНИЗМОВ

1.1.5 Установка барабана

1.1.6 Выбор электродвигателя

1.1.7 Выбор передачи

1.1.9 Выбор соединительных муфт

1.2 Механизм передвижения тележки

1.2.1 Выбор кинематической схемы

1.2.4 Выбор электродвигателя

1.2.5 Выбор передачи

1.2.6 Выбор тормоза

1.2.7 Выбор соединительных муфт

2. РАСЧЕТ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ПОДШИПНИКА ОПОРЫ БАРАБАНА

3. ПРОВЕРКА БАРАБАНА НА ИЗГИБ И КРУЧЕНИЕ

4. ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ ПРОЛЕТНЫХ БАЛОК КРАНА

4.1 Расчетные нагрузки комбинации 1.1. А

4.2 Расчетные нагрузки комбинации 1.1. Б

4.3 Прочность верхнего пояса балки моста

4.4 Торцевая балка моста крана

6 ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ РАБОТЫ

6.1 Расчёт сметы затрат на разработку документации

6.2 Расчёт объёма затрат на инженерно-технические работы с учётом квалификации исполнителей

6.3 Расчёт материальных затрат

6.4 Расчёт амортизации оборудования, применяемого при выполнении работ

6.5 Расчёт амортизации программного обеспечения, применяемого при выполнении работ

6.6 Расчёт затрат на электроэнергию

6.7 Расчёт общеинститутских расходов

6.8 Текущие расходы на ремонт

6.9 Расчёт увеличения производительности погрузочно-разгрузочного цикла

7. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

7.1 Введение

7.2 Безопасность труда

7.2.1 Идентификация опасных и вредных факторов

7.2.2 Электробезопасность

7.3 Анализ условий труда

7.3.1 Тяжесть и напряженность труда

7.3.2 Состояние воздушной среды, вентиляции

7.3.3 Микроклимат

7.3.4 Шум, вибрация

7.3.5 Производственное освещение

7.3.6 Электромагнитные поля

7.4 Пожарная безопасность

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАНЫХ ИСТОЧНИКОВ

Приложение

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Краны широко используются на производстве, строительстве и транспорте. Подъемно-транспортные машины являются составной частью любого типа производства, поскольку обслуживают все виды технологических процессов. Подъемные краны в значительной мере способствуют бесперебойной работе технологического оборудования. Поэтому повышение качества и производительности работы кранового оборудования позволяет улучшать показатели эксплуатации технологического оборудования.

Модернизация кранов, как и модернизация технологического оборудования, есть доведение их технико-экономических показателей до уровня показателей эксплуатации нового оборудования, показатели работы которого отвечают мировым стандартам.

Мостовой кран работает на предприятии ООО «УГМК-Святогор» в сталелитейном цехе, где проходит интенсивный технологический процесс по выплавке стали. На предприятии по причине модернизации оборудования возникла необходимость в повышении грузоподъемности мостового крана.

Целью настоящего проекта является модернизация мостового крана, в частности увеличить грузоподъёмность с 8 до 12,5 т. Данный кран применяется для установки и перемещения литейных ковшей, массой 10 т.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Рассмотреть весь комплект документации, мостовой кран;
2. Произвести расчёты металлоконструкции крана;
3. Произвести расчет механизма подъема;
4. Произвести расчет механизма передвижения грузовой тележки;
5. Произвести проверочные расчеты.

Краном мостового типа называют кран с грузозахватным устройством, подвешенным к грузовой тележке или тали, которые перемещаются по подвижной стальной конструкции (мосту). К ним относятся мостовые краны, мост которых непосредственно опирается на надземный рельсовый путь сверху (опорные краны) или подвешиваются к нижним полкам рельсового пути (подвесные краны), и козловые краны с мостом, установленным на надземный рельсовый путь посредством двух опор. Различают краны общего назначения с крюком, специальные с грейфером, магнитом, захватами для контейнеров и металлургические.

По грузоподъемности краны условно разделяют на 3 группы:

• первая – до 5000 кг;
• вторая – от 5000 до 50000 кг;
• третья – свыше 50000 до 320000 кг.

Мостовой кран представлен на рисунке 1.

 

Мостовой кран состоит из моста 8, перемещающегося по крановым путям 11 на ходовых колесах 12, которые установлены на концевых балках 13. Пути 11 укладывают на подкрановые балки, опирающиеся на выступы верхней части колонн цеха. По верхнему (в некоторых конструкциях — по нижнему) поясу балок моста, в поперечном направлении, относительно пролета цеха передвигается крановая тележка 5, снабженная механизмом подъема груза. В зависимости от назначения крана на тележке размещают один или два механизма подъема. При наличии двух механизмов подъема один из них является главным 4, а второй, меньшей грузоподъемности — вспомогательным 3. Механизм передвижения 10 крана установлен на мосту крана, механизм передвижения 9 тележки — непосредственно на тележке. Управление всеми механизмами осуществляют из кабины 1, прикрепленной к мосту крана.

Краны широко используются на производстве, строительстве и транспорте. Подъемно-транспортные машины являются составной частью любого типа производства, поскольку обслуживают все виды технологических процессов. Подъемные краны в значительной мере способствуют бесперебойной работе технологического оборудования. Поэтому повышение качества и производительности работы кранового оборудования позволяет улучшать показатели эксплуатации технологического оборудования.

Модернизация кранов, как и модернизация технологического оборудования, есть доведение их технико-экономических показателей до уровня показателей эксплуатации нового оборудования, показатели работы которого отвечают мировым стандартам.

Рассматриваемый, в дипломном проекте мостовой кран, грузоподъёмностью 8 т находится в металлургическом цехе ООО «УГМК-Святогор». Кран применяется для установки и перемещения литейных ковшей, массой 5 т. В планах предприятия, стоит задача модернизации оборудования, с целью повышения производительности, для этого закупаются литейные ковши массой 10т. По этой причине была сформулирована задача о перемещении новых литейных ковшей, рассматривается два пути решение этой задачи: первый — закупка нового мостового крана, необходимой грузоподъёмности, и второй – повышение грузоподъёмности существующего крана. В данном дипломном проекте мною рассматривается вариант решения задачи – повышения его грузоподъёмности крана с 8 т до 12,5 т.

Параметры модернизируемого мостового крана приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Технические характеристики мостового крана

 

 

1. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ РАСЧЁТЫ МЕХАНИЗМОВ

1.1 Механизм подъема

 

1.1.1 Выбор крюковой подвески

 

Расчёт проводится по [1].

Механизм подъёма мостового крана представлен на рисунке 2.

Выбор типоразмера крюковой подвески производится по двум условиям:

• Ее грузоподъемность не должна быть меньше заданной;
• Режим работы подвески должен соответствовать режиму работы механизма.

Выбрана крюковая подвеска: 3-12,5-500 по ГОСТ 24.191.08-81 [1]. Крюковая подвеска представлена на рисунке 2.

Рисунок 2. Механизм подъёма мостового крана

1- электродвигателя; 2- соединительной муфты; 3- промежуточного вала;

4- тормоза; 5- редуктора; 6- барабана; 7- верхних блоков; 8- уравнительного блока; 9- каната; 10- крюковой подвески.

 

1.1.2 Определение кратности полиспаста

 

По выбранной крюковой подвеске мы определяем кратность полиспаста [1]:

К_П= ,   (1)

где Z_K — число ветвей каната, на которых висит груз;

Z_К.Б. — число ветвей каната, которые навиваются на барабан.

К_П= 3.

 

1.1.3 Выбор каната

 

Выбор каната производят по максимальному статическому усилию, которое рассчитывается по формуле [1]:

S_max= , (2)

где G — вес номинального груза и крюковой подвески;

h_П — к.п.д. полиспаста.

G=(Q + m_П)×g, (3)

G=(12500 + 250)×9,81=125077,5 Н.

S_max= 21491 Н.

Канат выбирается из условия, что разрывное усилие в целом, F, больше произведения максимального статического усилия, S_max, на коэффициент запаса прочности, z_Р=4 Т.е.

F ³ z_Р × S_max,  (4)

F ³ 4×21491=85964 Н.

85964 Н ≤ 86700 Н.

Итак, выбираем канат двойной свивки типа ЛК-Р конструкции 6×19 (1+6+6/6)+1о.с. ГОСТ 2688-80, диаметр которого d_К=14 мм, маркировочной группы 1372 МПа и разрывным усилием 86700 Н.

Второе условие – должно выполняться соотношение между диаметром выбранного каната и диаметром блока крюковой подвески:

где D_бл – диаметр блока по дну ручья;

h₂=16– коэффициент, регламентируемый нормалями РОСТЕХНАДЗОРА и зависящий от режима работы.

Второе условие выполняется.

 

1.1.4 Установка верхних блоков

 

Минимальные диаметры барабанов, блоков и уравнительных блоков, огибаемых стальными канатами, определяются по формулам:

где D_б, D₂, D₃ – диаметры соответственно барабана, блока, уравнительного блока по средней линии навитого каната;

h₁, h₂, h₃ – коэффициент выбора диаметров соответственно барабана, блока и уравнительного блока;

d_k – диаметр каната.

Диаметры существующих барабана, блоков, уравнительных блоков удовлетворяют условиям расчёта: .

Размеры профиля ручья (см. рис.3)

должны соответствовать следующим

соотношениям:

R=(0,53¸0,56)×d_К,

R=(0,53¸0,56)×18=9,54÷10,08=10 мм;

Н=(1,4¸1,9)×d_К,    (8)

Н=(1,4¸1,9)×18=25,2÷34,2=30 мм;

r=0,2×d_К, r=0,2×18=3,6 мм.

При соблюдении этих условий канат может отклоняться от плоскости симметрии ручья не более 6⁰.

Рисунок 3 – Профиль ручья блока

 

1.1.5 Установка барабана

 

Рисунок 4 – Установка барабана

Диаметр барабана по оси навиваемого каната D_Б=610 мм. Длина барабана рассчитывается по формуле:

L_Б=2l_H+l₀+2l_K, (9)

где l_H -длина одного нарезанного участка;

l₀ -длина гладкого среднего участка;

l_K -длина одного гладкого концевого участка.

Длина одного нарезанного участка.

l_H=t×(z_РВ+z_НВ+z_КР),

Здесь:t=d_K+2-шаг навивки каната, t=14+2=16 мм;

z_РВ= -число рабочих витков для навивки половины рабочей длины каната.

z_РВ= 20 мм,

z_НВ=2 — число неприкосновенных витков, необходимых для разгрузки деталей крепления каната на барабане;

z_КР=3 — число витков для крепления конца барабана.

l_H=16×(20+2+3)=400 мм.

длина гладкого среднего участка определяется по формуле:

B_H ≤l₀£B_H+2×h_min×tgg.

Здесь: B_H — расстояние между осями наружных блоков крюковой подвески (табличное значение), B_H =В₃+ В₃ =62+62=124 мм,

h_min»3×D_Б — минимальное расстояние между осью блоков крюковой подвески и осью барабана, h_min»3×610=1830 мм;

g=6⁰ — допустимый угол отклонения каната.

124≤l₀£124+2×1830×tg6⁰=509 мм.

Принимаем l₀=150 мм.

длина гладкого концевого участка, необходимого для закрепления барабана в станке при нарезании канавок:

l_K=(4¸5)×d_K, l_K=(4¸5)×14=56¸70 мм.

Принимаем l_K=60 мм.

Длина барабана: L_Б=2×400+150+2×60=1070 мм.

Существующий барабан удовлетворяет условиям расчёта.

 

1.1.6 Выбор электродвигателя

 

Выбор двигателя производится по относительной продолжительности включения (при легком режиме работы — 15%) и по необходимой статической мощности при подъеме груза максимального веса:

N_СТ= , (10)

где G – вес груза и крюковой подвески,

V_П=0,125 м/с — скорость подъема груза;

h_М=0,88 — предварительное значение к.п.д. механизма.

N_СТ=  кВт.

По этим параметрам существующий крановый электродвигатель серии

МТН 312-8У2 с фазным ротором, мощность на валу N=13 кВт, частота вращения выходного вала 690 об/мин, масса m=210 кг не удовлетворяет условиям расчёта. Меняем на МТН 411-8 с фазным ротором; мощность на валу N=18 кВт, частота вращения выходного вала 695 об/мин, масса m=280 кг.

 

1.1.7 Выбор передачи

 

Типоразмер редуктора выбираем по расчетному эквивалентному вращающему моменту на валу, М_е , с учетом режима работы, необходимого передаточного числа и частоты вращения быстроходного вала.

Требуемое передаточное число передачи:

u_Р= , (11)

u_Р= 44,4.

Принимаем u_Р=44.

Эквивалентный момент на выходном валу редуктора:

М_е= , (12)

где SN=К₁×n×n_W×St, SN =3600×0,724×1×6000=16,3×10⁶;

К₁=3600 — коэффициент для передач с односторонней нагрузкой;

n=  1/с — частота вращения тихоходного вала редуктора;

n_W=1 — число зубчатых колес, сцепляющихся с тихоходным колесом редуктора;

St — время работы механизма за срок службы. Принимаем, St=6000 ч;

m=0,18 — коэффициент интенсивности режима нагружения.

Базовое число циклов перемены напряжений выбирают, исходя из характеристик материала колес. Твердость рабочей поверхности зубьев колес редуктора HB=290, следовательно, принимаем N_HO=18,8×10⁶.

Максимальный вращающий момент на тихоходном валу рассчитывается по формуле:

M_max= ,  (13)

где a_max= , м/с² — максимальное ускорение при пуске (t_Pmin — минимальное время разгона при пуске, в предварительных расчетах его принимают равным единице), a_max=  м/с²;

h_П, h_Б — к.п.д. полиспаста и барабана соответственно (при установке барабана на подшипники качения, его к.п.д. принимают 0,98, h_П =0,97).

M_max= 15551Н×м.

М_е= 8373 Н×м.

По всем рассчитанным параметрам существующий цилиндрический двухступенчатый редуктор типа Ц2-750 с характеристиками: U_ном=50, М_ном=87,5 кН×м, h=0,96, m=1650 кг не удовлетворяет условию расчёта. Меняем редуктор на Ц2-750 с характеристиками: U_ном=45, М_ном=80 кН×м, h=0,96, m=1650 кг

 

1.1.8 Выбор тормоза

 

Расчетный тормозной момент:

M_Т.Р.=К_Т.×M_СТ.Т.,

где K_Т.=1,5 — коэффициент запаса торможения при лёгком режиме работы;

M_СТ.Т. — статический крутящий момент при торможении, создаваемый весом номинального груза на валу, на котором установлен тормоз. Рассчитывается по формуле:

M_СТ.Т.= , (14)

где h_М=h_П×h_Б×h_Р — к.п.д. всего механизма (равно произведению к.п.д. полиспаста, барабана и редуктора), h_М=0,97×0,98×0,96=0,91.

U_М=К_П×U_Р — передаточное число механизма, U_М=3×45=135.

M_СТ.Т.=  257 Н×м.

M_Т.Р.=2×257=514 Н×м.

По рассчитанным параметрам существующий колодочный тормоз с электромагнитным приводом переменного тока ТКГ-300 со следующими характеристиками: М_ном=800 Н×м, m=100 кг удовлетворяет условиям расчёта. Тормоз отрегулировать до M_СТ.Т.

 

1.1.9 Выбор соединительных муфт

 

Муфты выбираем в зависимости от передаваемого вращающего момента и условий работы по формуле:

М_Р=К×М_КР£[М_КP], (14)

где М_Р — расчетный вращающий момент;

К — коэффициент запаса прочности;

М_КР — действующий вращающий момент;

[М_КР] — допускаемый вращающий момент для муфты.

Коэффициент запаса прочности: К=К₁×К₂×К₃ (К₁ — коэффициент, учитывающий степень ответственности соединения; К₂ — коэффициент режима работы; К₃ — коэффициент углового смещения равным 1,0), K=1,8×1,0×1,0=1,8.

Подбираем муфты:

— для быстроходного вала редуктора: М_КР= =2910 Н×м, когда М_Р=1,8×2910=5238 Н×м Выбираем муфту зубчатую №4 [М_КР] =5600 Нм.

— для тихоходного вала применяем вариант установки барабана с внешней опорой, как сборочной единицы. В таком случае в качестве внутренней опоры оси барабана используют конец тихоходного вала редуктора, имеющий расточку для размещения подшипника.

 

1.2 Механизм передвижения тележки

 

1.2.1 Выбор кинематической схемы

 

При выборе кинематической схемы механизма передвижения тележки отдают предпочтение схеме, имеющей центральный привод с тихоходным трансмиссионным валом и применением вертикальных редукторов типа Ц3вк, ВК и ВКУ.

 

1.2.2 Определение статической нагрузки на колеса

 

Выбор колес производится по максимальной статической нагрузке, которая для тележек определяется по формуле:

P_MAX= , (15)

где G, G_Т — вес номинального груза главного подъема и тележки соответственно.

G_Т=m_ТЕЛ·g=3000×9.81=29430 Н.

Z =4- число колес;

К_Н =1,25 — коэффициент неравномерности распределения нагрузки на колеса.

P_MAX= 50813 Н.

По ГОСТ 24.090.44-82 выбираем при данной нагрузке диаметр ходового колеса D_К=320 мм. Затем по ГОСТ 24.090.44-82 подбираем соответствующую единицу «Колесо в сборе» и определяем основные размеры колеса. Установленные ранее колеса удовлетворяют условиям расчета.

 

1.2.3 Определение сопротивления движению тележки

 

Полное сопротивление передвижению тележки в период разгона, приведенное к ободу колеса, рассчитывается по формуле:

W=W_ТР+W_У+W_В+W_ИН+W_ГИБ , (16)

где W_ТР-сопротивление, создаваемое силами трения, определяется по формуле:

W_ТР= , (17)

где m = 0,3 мм — коэффициент трения качения колес по рельсу;

f = 0,015 — коэффициент трения в подшипниках колес;

d_Ц — диаметр цапфы вала колеса. В предварительных расчетах можно принять равным: d_Ц=80 мм.

=2,5 — коэффициент дополнительных сопротивлений (трения реборд и токосъемного устройства).

W_ТР= 2926Н.

где W_У — сопротивление, создаваемое уклоном пути; рассчитывается:

W_У=a×(G_Т+G_Г), (18)

где a = 0,002 — уклон рельсового пути.

W_У= =416 Н.

W_В— сопротивление, создаваемое ветром.

При работе крана в помещении W_В=0.

W_ИН — сопротивление, создаваемое инерцией вращающихся и поступательно движущихся масс тележки; рассчитывается по формуле:

W_ИН=d×m_Т×а , (19)

где d = 1,25 — коэффициент, учитывающий инерцию вращающихся масс;

m_Т — масса тележки; m_Т=3000 кг;

а -ускорение при разгоне. Значение а предварительно можно принять равным (0,5¸1,0)×[а], где [а]=0,07 м/с². Принимаем а=0,07 м/с².

W_ИН=1,25×3000×0,07=262,5 Н.

W_ГИБ — сопротивление, создаваемое раскачиванием груза на гибкой подвеске; рассчитывается по формуле:

W_ГИБ=(Q+m_П)×а , (20)

где Q — грузоподъемность крана;

m_П — масса подвески (табличная величина).

W_ГИБ=(12,5+0,3)×10³×0,07=896 Н.

W=2926+416+0+262,5+896=4500,5 Н.

 

1.2.4 Выбор электродвигателя

 

Выбор двигателя производится по относительной продолжительности включения (при легком режиме работы — 15%) и по необходимой мощности:

N_СТ= , (21)

где V_Т= 0,63 м/с — скорость тележки;

h_М=0,85 — предварительное значение к.п.д. механизма;

_jСР.П. — кратность средне пускового момента двигателя по отношению к номинальному, для асинхронных двигателей с фазным ротором (MTF u MTH) j_СР.П.=1,5¸1,6. Принимаем j_СР.П.=1,55.

N_СТ= 2,2 кВт.

По этим параметрам установленный крановый электродвигатель серии

MTF 011-6 с фазным ротором: мощность на валу N=2,0 кВт, частота вращения выходного вала 800 об/мин; масса m=51 кг – не удовлетворяет условиям расчёта, мы устанавливаем новый электродвигатель серии MTF 012—6 с фазным ротором: мощность на валу N=2,7 кВт, частота вращения выходного вала 840 об/мин; масса m=58.

1.2.5 Выбор передачи

 

Передачу выбирают, исходя из предварительно намеченной кинематической схемы механизма.

Типоразмер редуктора выбираем по расчетному эквивалентному вращающему моменту на выходном валу с учетом режима работы, необходимого передаточного числа и частоты вращения быстроходного вала.

Требуемое передаточное число передачи:

u_Р= (22)

u_Р= .

Эквивалентный момент на выходном валу редуктора:

М_е= , (23)

где SN=К₁×n×n_W×St, SN=1800× ×1×6000=9,6×10⁶.

К₁=1800 — коэффициент для передач с односторонней нагрузкой;

n — частота вращения тихоходного вала редуктора, с^-1;

n_W=1-число зубчатых колес, сцепляющихся с тихоходным колесом редуктора;

St — время работы механизма за срок службы, для легкого режима работы принимаем St=6000 ч;

m = 0,18 — коэффициент интенсивности режима нагружения.

Базовое число циклов перемены напряжений выбирают, исходя из характеристик материала колес. Твердость рабочей поверхности зубьев колес редуктора HB=290, следовательно, принимаем N_HO=18,8×10⁶.

Максимальный вращающий момент на тихоходном валу рассчитывается по формуле:

M_max= , (24)

M_max= =720,08 Н×м.

М_е= 353 Н×м.

По всем рассчитанным параметрам, установленный цилиндрический трехступенчатый редуктор типа Ц3вк-250 с передаточным числом U_ном=12,5,– не удовлетворяет условиям расчёта. Устанавливаем новый редуктор Ц3вк-250 с передаточным числом U_ном=16.

---

1  2  3