Грузоподъемные машины: Рабочая программа, методические указания, задание на контрольные работы и курсовое проектирование

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования СЕВЕРО-ЗАПАДНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЗАОЧНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра подъемно-транспортных машин и оборудования

Грузоподъемные машины Рабочая программа методические указания задания на контрольные работы и курсовое проектирование

Факультет технологии и автоматизации управления в машиностроении Направление и специальность подготовки дипломированного специалиста: 653200 – транспортные машины и транспортно-технологические комплексы 170900 – подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование Специализация 170903 – комплексная механизация и автоматизация погрузочноразгрузочных и транспортно-складских работ Направление подготовки бакалавра:

551800 – технологические машины и оборудование

Санкт-Петербург 2005

2

Утверждено редакционно-издательским советом университета УДК 621.873(07) Грузоподъемные машины: Рабочая программа, методические указания, задания на контрольные работы и курсовое проектирование. – СПб.: СЗТУ, 2005. - 18 с. Рабочая программа, методические указания, задания на контрольные работы и курсовое проектирование разработаны в соответствии с государственными образовательными стандартами высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста 653200 – «Транспортные машины и транспортно-технологические комплексы» (специальность 170900 – «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование») и направлению подготовки бакалавра 551800 – «Технологические машины и оборудование». Дисциплина включает основные сведения по расчету и конструированию грузоподъемных машин. Главное внимание уделено конструкции и расчету главных механизмов грузоподъемных машин – подъема, передвижения, поворота, изменения вылета стрелы. В дисциплину также включены темы по расчету и выбору деталей и узлов – гибких органов, блоков, звездочек, барабанов, полиспастов, грузозахватных и тормозных устройств. Приведены рабочая программа, задания на контрольные работы и курсовое проектирование, а также методические указания к их выполнению. Рассмотрено на заседании кафедры подъемно-транспортных машин и оборудования 29 декабря 2004 г., одобрено методической комиссией факультета технологии и автоматизации управления в машиностроении 12 февраля 2005 г. Рецензенты: кафедра подъемно-транспортных машин и оборудования СЗТУ (зав. кафедрой Ю.П. Лапкин, канд. техн. наук, проф.); И.П. Тимофеев, д-р техн. наук, проф. кафедры конструирования горных машин и технологии машиностроения СПбГИ (ТУ). Составители: И.М. Пресс, канд. техн. наук, проф.; В.И. Эвелеков, доц.

© Северо-Западный государственный заочный технический университет, 2005

3 ПРЕДИСЛОВИЕ

Грузоподъемные машины – одна из профилирующих дисциплин, которая формирует подготовку инженера по специальности 170900 – подъемнотранспортные, строительные, дорожные машины и оборудование. Целью преподавания данной дисциплины является формирование у студентов знаний, необходимых для практической деятельности в области разработки и создания грузоподъемных кранов, обеспечивающих высокоэффективную и надежную работу на производстве. Изложение курса базируется на знаниях общеинженерных дисциплин: «Сопротивление материалов», «Технология материалов», «Теоретическая механика», «Теория машин и механизмов», «Детали машин». 1. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 1.1. Содержание дисциплины по ГОС Роль и место грузоподъемных машин в подъемно-транспортных и перегрузочных технологиях; общее устройство, классификация; подъемники, домкраты, тали, лебедки, грузоподъемные краны; условия и особенности эксплуатации грузоподъемных машин, технический надзор за качеством проектирования, изготовления и безопасной эксплуатацией; государственная система надзора за безопасной эксплуатацией подъемных сооружений (Госгортехнадзор РФ); виды и режимы нагружения машин, их механизмов и металлоконструкций; действующие нагрузки, их разновидности, расчетные случаи нагружения; основы расчета на прочность и выносливость; грузозахватные приспособления; общее устройство, теория и расчет специфичных элементов грузоподъемных машин: грузовых подвесок, строп, траверс, гибких грузовых и тяговых органов, полиспастов, барабанов, блоков, звездочек, тормозных устройств, базовых несущих конструкций; приводы механизмов грузоподъемных машин; управление грузоподъемными машинами; теория и расчет механизмов грузоподъемных машин: подъема, передвижения, поворота, изменения вылета; основные виды грузоподъемных машин: мостового типа, стреловые, консольного типа; динамические нагрузки грузоподъемных машин, расчетные динамические схемы, методы теоретического и экспериментального определения динамических характеристик грузоподъемных машин. 1.2. Рабочая программа (238 часов) Введение [1], с. 3…8 Краткий исторический обзор развития грузоподъемных машин. Современный уровень развития краностроительной техники, научно-

4

исследовательских и конструкторских работ. Принципы унификации, блочности, агрегатирования. Использование стандартных рядов изделий. Роль грузоподъемных машин в механизации трудоемких и тяжелых процессов, улучшении условий труда, повышении производительности. Нормы и правила безопасной эксплуатации грузоподъемных машин. 1.2.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И ОБЗОР КОНСТРУКЦИИ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН (ГПМ)

[1], с.8 Классификация ГПМ по назначению, типу привода, по количеству механизмов, по характерно конструктивным признакам. Обзор основных типов грузоподъемных машин. Принцип действия, область применения. Основные механизмы ГПМ. 1.2.2. КРАНЫ МОСТОВОГО ТИПА

[1], с. 28…41 Мостовые краны опорного и подвесного типа. Одно- и двухбалочные краны с консольной тележкой. Краткие сведения и металлоконструкции кранов. Крановые тележки. Козловые краны и мостовые перегружатели. Металлургические мостовые краны. Контейнерные краны с автоматическими захватами. Краны-штабелеры – мостовые, стеллажные опорные, подвесного и напольного типов. Передвижные консольные настенные краны. Грузовые каретки, подъемные платформы. 1.2.3. КРАНЫ СТРЕЛОВЫЕ

[1], с. 45…57 Назначение, область применения. Конструктивные особенности кранов башенных (приставных, передвижных на рельсово-колесном ходу, самоподъемных), автомобильных (с решетчатыми, коробчатыми и телескопическими стрелами), пневмоколесных, гусеничных, железнодорожных, портальных, плавучих. Краны гидрофицированные. 1.2.4. ПОГРУЗОЧНЫЕ МАНИПУЛЯТОРЫ И ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ

[1], с. 57…58 Манипуляторы промышленных роботов. Грузоподъемные машины с жесткой подвеской груза как разновидность манипуляторов (кран-штабелер, работающий в автоматическом режиме). Схемы уравновешивания поднимаемого груза. Классификация манипуляторов по системе координат - прямоугольная, цилиндрическая, сферическая и комбинированная. Понятие о степенях свободы и степенях подвижности. Шарнирно-балансирные манипуляторы. Управление манипуляторами и роботами.

5

1.2.5. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАСЧЕТА ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН

[1], с. 61…79 Характеристики грузоподъемных машин. Основные параметры, определяющие грузоподъемную машину. Нормальный ряд грузоподъемностей. Скорости рабочих движений. Пролеты и вылеты. Циклы работы грузоподъемных машин. Повторно-кратковременный режим работы. Производительность. Режимы работы грузоподъемных машин. Классификация расчетных нагрузок при расчете на прочность и выносливость. Расчетные случаи нагрузок. Особенности расчета деталей машин общего назначения при их использовании в грузоподъемных машинах с учетом заданного срока службы. Рекомендуемые сроки службы элементов ГПМ. Нормальные узлы грузоподъемных машин, методика их выбора по нормалям ПТМ. 1.2.6. ЭЛЕМЕНТЫ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН 1.2.6.1. Грузозахватные устройства

[1], с. 141…162 Классификация. Крюки одно- и двурогие, их расчет и выбор. Крюковые обоймы – типы, расчет элементов. Грузовые петли. Стропы. Конструкция клещевых и эксцентриковых захватов, их расчет. Подъемные электромагниты, вакуумные захваты, конструкция и расчет. Грейферы, их расчет и выбор элементов. 1.2.6.2. Гибкие элементы

[1], с. 101…118 Назначение гибких органов и их классификация. Стальные канаты, их типы и конструктивные особенности. Стандарты на стальные канаты. Методика расчета и выбора стальных канатов. Факторы, влияющие на их долговечность. Способы контроля состояния канатов в процессе эксплуатации. Цепи различных типов, область их применения, достоинства и недостатки. Стандарты на цепи. Методика расчета и выбора цепей. 1.2.6.3. Блоки, звездочки, барабаны и полиспасты

[1], с. 118…141 Конструкция и назначение блоков. Подвижные и неподвижные блоки. Приводные блоки канатов и круглозвенных цепей. Звездочки для пластинчатых и круглозвенных цепей. Выбор размеров блоков и звездочек. Барабаны для одно- и многослойной навивки стального каната. Конструкция и расчет барабана. Конструкция и расчет узла крепления каната к барабану. Определение полиспаста и его кратности. КПД полиспастов. Силовые и скоростные полиспасты, их назначение и область применения. Простые и

6

сдвоенные полиспасты, примеры их использования в грузоподъемных машинах. 1.2.6.4. Остановы и тормоза

[1], с. 165…215 Способы торможения механизмов ГПМ. Классификация тормозных устройств. Остановы – фрикционные и храповые – область применения, расчет. Тормоза радиального и осевого действия. Грузоупорные и центробежные тормоза. Приводы тормозов. Основные принципы выбора тормозов и места их установки. Расчет и выбор тормозных устройств. 1.2.6.5. Привод грузоподъемных машин

[2], с. 179…199 Основные факторы, влияющие на выбор типа привода. Ручной привод. Электрический привод и его разновидности. Управление электродвигателями грузоподъемных машин. Привод от двигателя внутреннего сгорания. Гидравлический и пневматический приводы. 1.2.7. МЕХАНИЗМЫ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН 1.2.7.1. Механизм подъема

[1], с. 219…236 Схемы механизмов подъема. Общее устройство и компоновка. Определение мощности двигателя. Выбор электродвигателя и проверка его на пусковые нагрузки. Выбор редуктора и соединительных муфт. Расчет и выбор тормоза. 1.2.7.2. Механизм передвижения

[1], с. 236…277 Основные схемы механизмов передвижения. их достоинства и недостатки. Определение сопротивления движению механизмов с приводными колесами и с гибкой тягой, расчет мощности двигателя. Выбор электродвигателя и проверка его на пусковые нагрузки. Выбор редуктора и соединительных муфт. Проверка механизма на отсутствие буксования. Расчет и выбор тормоза, проверка механизма на отсутствие «юза». 1.2.7.3. Механизм поворота

[1], с. 277…312 Основные схемы механизмов поворота грузоподъемных кранов. Определение сопротивления вращению в периоды пуска и установившегося движения. Расчет мощности двигателя. Выбор электродвигателя и его проверка на пусковые нагрузки. Конструкция и расчет предохранительных муфт, их назначение.

7

1.2.7.4. Механизм изменения вылета

[1], с. 312…317 Основные схемы механизмов изменения вылета кранов общего назначения. Определение усилий в полиспастном и гидравлическом механизмах изменения вылета. Расчет мощности и выбор двигателя для полиспастного механизма. Особенности расчета и выбор тормоза. 1.2.7.5. Устройства безопасности

[1], с. 371…392 Ограничители грузоподъемности и грузового момента. Ограничители передвижения груза и стрелы. Конструктивные разновидности. Принцип действия. Конструктивные разновидности ограничителей грузоподъемности мостовых и стреловых кранов. Устройства безопасности в механизмах передвижения – упоры, буферные устройства, ограничители перемещения, перекоса, противоугонные захваты. 1.2.8. ДИНАМИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН

[1], с. 317…359 Расчетные динамические схемы ГПМ. Критерии соответствия выбранной расчетной схемы реальным условиям. Методика приведения внешних нагрузок. Динамика абсолютно жестких систем. Определение динамических нагрузок элементов крановых механизмов. Динамика механизма подъема, стоящего на жестком основании. Динамические нагрузки при подъеме груза с опоры и «с веса». Случаи внезапного приложения кратковременной нагрузки и снятие постоянной нагрузки. Динамические нагрузки при совместной работе механизма подъема и металлоконструкции крана. Динамика механизмов передвижения кранов и тележек с гибким и жестким подвесом груза. Расчет динамических нагрузок на металлоконструкцию крана при его пуске, торможении и наезде на концевые упоры. Динамика поворота стреловых кранов. Расчетные динамические схемы. Влияние раскачивающегося груза на динамику поворота. Процесс пуска и торможения механизма поворота. 1.2.9. УСТОЙЧИВОСТЬ КРАНОВ

[1], с. 359…371 Собственная и грузовая устойчивость кранов рабочего и нерабочего состояния. Методика определения коэффициента устойчивости. Нагрузки на элементы крана, учитываемые при расчете устойчивости. Расчетные схемы и действующие нагрузки. Коэффициенты устойчивости кранов в поперечном и продольном направлениях.

8

1.3. Тематический план лекций для студентов очно-заочной формы обучения (36 часов) 1. Введение. Классификация ГПМ и их эксплуатационные показатели ………………………………………………………… 4 часа 2. Краны мостового типа …………………………………………. 4 –«3. Краны стреловые ……………………………………………….. 4 –«4. Гибкие органы. Стальные канаты и цепи………………………4 –«5. Блоки, звездочки, полиспасты, барабаны. Тормоза ………….. 4 –«6. Механизм подъема. Конструкция и расчет. Устройства безопасности …………………………………………………………… 4 –«7. Механизм передвижения. Конструкция и расчет. Устройства безопасности ……………………………………………… 4 –«8. Механизмы поворота и изменения вылета стрелы. Конструкция и расчет. Устройства безопасности …………………… 4 –«9. Динамика механизмов подъема и поворота ………………….. 4 –«1.4. Тематика практических занятий (24 часа) 1. Расчет и выбор гибких элементов, грузозахватных устройств. ……………………………………………………………….. 4 часа 2. Расчет полиспастов …………………………………………… 4 –«3. Расчет элементов блочных подвесок ………………………… 4 –«4. Расчет и выбор двигателя механизмов подъема и передвижения …………………………………………………………… 4 –«5. Расчет и выбор двигателя механизмов поворота и изменения вылета стрелы ……………………………………………. 4 –«6. Проверка выбранных двигателей и тормозов соответственно по времени пуска и торможения …………………….. 4 –«1.5. Перечень тем лабораторных работ (12 часов) 1. Изучение электротензометрического метода измерения деформаций ………………………………………………2 часа 2. Исследование работы колодочных тормозов ……………….. 2 –«3. Исследование работы кран-балки ……………………………. 2 –«4. Исследование динамики механизма подъема ……………….. 2 –«5. Исследование рабочего процесса двухканатного грейфера …4 –«-

9

2. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Грузоподъемные машины. –М.: Машиностроение, 1986. -400 с. 2. Подъемно-транспортные машины: Атлас конструкций. –М.: Машиностроение, 1987. -122 с. 3. Кузьмин А.В., Марон Ф.Л. Справочник по расчетам механизмов подъемно-транспортных машин. –Минск: Вышэйшая школа, 1983. -350 с. 4. Курсовое проектирование грузоподъемных машин /Под ред. С.А. Казака. –М.: Высш. школа, 1989. -319 с. 5. Справочник по кранам /Под ред. М.М. Гохберга. –Л.: Машиностроение, 1988. –Т.1 – 536 с.; Т.2 – 559 с. 3. ЗАДАНИЕ НА КОНТРОЛЬНЫЕ РАБОТЫ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ИХ ВЫПОЛНЕНИЮ 3.1. Задания на контрольные работы Студенты должны выполнить две контрольные работы. Первая контрольная работа заключается в расчете механизма передвижения тележки мостового крана, вторая – в расчете механизма поворота стрелового крана на поворотной платформе. Исходные данные для первой контрольной работы представлены в табл. 1, а для второй – в табл. 2. Таблица 1 Параметры Грузоподъемность Q, т Скорость передвижения тележки Vт, м/с База тележки Вт, м Колея тележки lт,м Режим работы механизма

1

2

3,2

5

2 1,4 1,4

1,6 1,6 2,0

2М

4М

Варианты (последняя цифра шифра) 3 4 5 6 7 8 6,3

2 1,8 1,4 3М

9

0

8

10

12,5

16

20

25

32

1,6 1,4 2,0

1,25 1,8 1,4

1,0 1,6 2,5

0,8 1,8 2,0

0,63 2,5 3,0

0,5 3,4 2,0

0,63 2,5 2,5

5М

2М

4М

5М

3М

5М

4М

Таблица 2 Параметры 1 Грузоподъем1,25 ность Q, т Вылет стрелы l, м 7 Высота колонны 3 H, м Частота вращения 3 стрелы nкр, мин -1

Варианты (последняя цифра шифра) 3 4 5 6 7 8

2 1,6 6

2,5

3,2

4

5

6

7

6,3

3

5 2,5

4 2,5

3

3

5 2,8

2,5

3

2

2,5

3

2,5

9

0

8

4

3,2

4 2,0

4 2,2

3

1,5

2

3

5

10 Масса стрелы mкр,т Абсцисса центра тяжести стрелы aстр., м Режим работы механизма

1,0

1,1

1,3

1,3

1,5

1,6

2,0

2,5

1,8

1,4

2,8

2,5

2,3

2,2

2,4

2,7

2,5

2,0

2,1

2,4

4М

5М

3М

4М

3М

5М

4М

3М

5М

5М

Расчет механизма передвижения тележки мостового крана должен содержать: 1. Сравнительный анализ и выбор кинематической схемы механизма передвижения. 2. Расчет и выбор ходовых колес. 3. Определение сопротивления движению. 4. Расчет и выбор электродвигателя, редуктора, муфт и тормоза. 5. Расчет трансмиссионных валов и выбор подшипников. В процессе расчета механизма поворота стрелового крана на поворотной колонне необходимо: 1. Определить нагрузки в опорах крана, рассчитать размеры цапф колонны и выбрать подшипники. 2. Определить момент сопротивления вращению колонны и необходимую мощность в различных режимах работы. 3. Выбрать двигатель и обосновать кинематическую схему передаточного механизма. 4. Рассчитать предохранительную муфту и тормоз. 5. Рассчитать основные элементы металлоконструкции стрелы. 3.2. Методические указания к выполнению контрольных работ 3.2.1. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РАСЧЕТУ МЕХАНИЗМА ПЕРЕДВИЖЕНИЯ ТЕЛЕЖКИ

Для механизма передвижения тележки мостового крана применяются, как правило, две схемы – с центральным расположением редуктора и с боковым расположением редуктора. При выборе конкретной схемы необходимо дать убедительное обоснование принимаемому варианту. Следует также иметь в виду, что для первой схемы применяется вертикальный редуктор типа ВК, а для второй – типа ВКН. При выборе ходовых колес можно предварительно воспользоваться данными, приведенными в табл. 3. Таблица 3 Грузоподъемность Диаметр колес, мм Диаметр цапф, мм крана, т 5…10 200…300 60…70 15…20 250…350 70…100 20…50 400…50 90…120

11

Принятые колеса проверяются по контактным напряжениям. Сопротивление движению тележки, а также требуемая мощность привода рассчитывается для установившегося режима работы. Для механизмов передвижения в основном применяются крановые двигатели с фазным ротором, для которых не требуется проверка на возможность буксования в период пуска. При расчете тормоза необходимо, чтобы расчетное замедление тележки не превышало допустимого значения (0,75 м/с2). В противном случае возможно движение тележки «юзом». Расчет следует вести при торможении тележки без груза, так как в этом случае имеет место наименьшее сцепление колес с рельсами. 3.2.2. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К РАСЧЕТУ МЕХАНИЗМА ПОВОРОТА СТРЕЛОВЫХ КРАНОВ

В кранах с поворотной колонной в верхней опоре действуют только радиальные нагрузки, в нижней опоре – радиальные и вертикальные нагрузки, по которым выбираются подшипники опор. Диаметр цапф колонны предварительно принимается, исходя из внутреннего диаметра принятых подшипников, а затем проверяется по условиям прочности. Верхняя цапфа рассчитывается на изгиб, а нижняя – на изгиб и сжатие. Определение момента сопротивления повороту крана следует проводить для периода пуска, так как в этом случае возникают значительные силы инерции, момент от которых может превосходить момент от сил трения. При расчете мощности электродвигателя необходимо принимать во внимание возможность двигателей с фазным ротором увеличивать пусковой момент на 50…60 %, поэтому требуемая мощность может быть принята в 1,5 раза меньше расчетной для периода пуска. Во избежание поломки при случайных перегрузках (например, при задевании стрелы за какое-либо препятствие) механизм поворота должен быть снабжен предохранительным устройством, например муфтой предельного момента, которая должна срабатывать при превышении расчетного момента на 20…30 %. Для обеспечения точной остановки стрелы механизм поворота оборудуется тормозом. Поскольку торможение крана происходит не только за счет действия тормоза, но и за счет сил трения в опорах крана, то расчетный тормозной момент принимается как разность моментов сил инерции и сил трения в опорах.

12

4. ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЕГО ВЫПОЛНЕНИЮ 4.1. Задание на курсовой проект Курсовой проект посвящен расчету и проектированию механизма подъема мостового крана. Исходные данные для расчета представлены в табл. 4. Таблица 4 Параметры Грузоподъемность Q, т Скорость подъема груза Vг, м/с Высота подъема груза, H, м Режим работы механизма

Варианты (последняя цифра шифра) 3 4 5 6 7 8

1

2

9

0

3,2

5

6,3

8

10

12,5

16

20

25

32

0,32

0,25

0,32

0,27

0,32

0,25

0,2

0,16

0,2

0,16

20

18

16

14

12

14

12

10

8

6

2М

4М

3М

5М

2М

4М

5М

3М

5М

4М

Расчетная часть курсового проекта должна содержать: 1. Обоснование кинематической схемы механизма подъема. 2. Выбор типа и кратности полиспаста, расчет и выбор каната. 3. Расчет и выбор элементов крановой подвески (крюка, блоков, оси блоков, подшипников блоков, траверсы). 4. Расчет основных параметров барабана (диаметра, длины, оси барабана, подшипников и др.). 5. Расчет мощности и выбор электродвигателя и редуктора. 6. Расчет и выбор муфт и тормоза. Графическая часть курсового проекта должна содержать общий вид механизма подъема (вид в плане), чертеж барабана с разрезом по оси, чертеж крюковой подвески с разрезом по оси блоков. Чертежи выполняются на листах формата А1. 4.2. Методические указания к выполнению курсового проекта В мостовых кранах для обеспечения строго вертикального подъема груза применяются сдвоенные полиспасты, у которых на барабан наматываются две ветви. Число ветвей каната, на которых висит груз, зависит от грузоподъемности крана. Чем больше число ветвей, тем меньше усилие каната и барабана, меньше диаметр вала и размеры подшипников вала и т.д. Однако с увеличением числа ветвей увеличивается и число блоков, а это усложняет и утяжеляет подвеску, а также снижает КПД полиспаста.

13

В практике рекомендуется принимать количество ветвей, приведенное в табл. 4. Таблица 5 Грузоподъемность, т Число ветвей

До 10

15

20…30

50…75

100

4

4…6

6…8

8…10

10…12

Оси и траверсы подвески изготавливаются из стали 45-45 и рассчитываются по условиям прочности на изгиб. Предварительно допускаемое напряжение для указанных сталей при работе в пульсирующем цикле предварительно можно принять равным 100 МПа. При расчете диаметра блоков окончательное значение принимается по ряду нормальных чисел: …200, 250, 320, 370, 400, 500, 560, 630, 710, 800 и 1000 мм. По этому же ряду принимается и диаметр барабана. При расчете длины барабана следует стремиться к тому, чтобы длина не превышала трех диаметров барабана. При большей длине барабана следует увеличить диаметр барабана, что приведет к уменьшению его длины. Ось барабана, как и траверса блоков, изготавливается из тех же сталей и рассчитывается на изгиб, но допускаемое напряжение уменьшается, так как ось работает в симметричном (знакопеременном) режиме. Предварительно можно принять допускаемое напряжение для этого случая равным 65 МПа. Ось барабана устанавливается на самоустанавливающихся сферических двухрядных шариковых или роликовых подшипниках, что позволяет компенсировать несоосность опор оси. Мощность электродвигателя рассчитывается при установившемся движении номинального груза (статическая мощность). Однако, учитывая то обстоятельство, что кран может работать и с меньшими грузами, расчетное значение мощности целесообразно уменьшить на 40 % для режимов 2М и 3М, на 35 % для режима 4М и на 25 % для режима 5М. Для механизмов подъема применяются крановые двигатели с фазовым ротором серии MTF. В качестве передаточного механизма, как правило, используются цилиндрические редукторы типа Ц2. Для соединения быстроходного вала редуктора применяются упругие втулочно-пальцевые муфты типа МУВП, одна из полумуфт которых служит тормозным шкивом. В качестве тормозов в механизмах подъема используются колодочные тормоза типа ТКТ, ТКП, ТТ и ТКТГ. 4.3. Автоматизированное проектирование механизма подъема крана Одной из важнейших задач курсового проектирования является приобретение навыков и освоение методов автоматизированного проектирования основных механизмов грузоподъемных машин.

14

С позиции проектирования кранового оборудования механизм подъема имеет основополагающее значение. Выступая в качестве объекта проектирования, этот механизм обусловливает многие последующие проектные решения, автоматизация его проектирования открывает путь к автоматизации проектирования как других механизмов, так и грузоподъемного крана в целом. Автоматизированная проектная процедура состоит в расчете и выборе комплектующих изделий с компоновкой их в единый механизм, удовлетворяющий заданным требованиям. В качестве основных комплектующих изделий, определяющих построение механизма подъема, служат канаты, канатные блоки и барабаны, электродвигатели, тормоза, редукторы и муфты. Описание типоразмеров и технических характеристик комплекта этих изделий составляет проектное решение первой стадии проектирования механизма подъема. Проектное решение второй стадии представляет собой компоновочный чертеж, дающий графическое описание взаимного расположения комплектующих изделий в механизме. Этих двух описаний достаточно для решения вопроса о необходимости дальнейшего проектирования (повторного выполнения первой, второй или обеих стадий проектирования). Рассматриваемая система автоматизированного проектирования включает в себя комплекс программ, позволяющих в диалоговом режиме выполнять эти две стадии проектирования. На первой стадии используется база данных по техническим характеристикам комплектующих изделий, на второй – база данных по их размерам. Автоматизированное проектирование механизма подъема представлено в виде последовательности формализованных и неформализованных операций. Первые, осуществляемые по строго регламентированным правилам, предписаниям, алгоритмам, непосредственно реализованы на ЭВМ и выполняются в автоматическом режиме, без участия человека. Вторые, требующие неформализованных решений, выполняются пользователем. Чередование формализованных и неформализованных операций производит ЭВМ, предлагая на каждой неформализованной операции пронумерованный перечень возможных решений – меню. Выбор из которого определяет ход дальнейшего проектирования. После обращения к САПР на экране дисплея должны появиться заставка с ее наименованием и главное меню, содержащее 5 пунктов: расчет и выбор комплектующих изделий, вывод данных по механизму подъема на принтер, визуализация механизма подъема и выход из системы. Выбор в этом меню осуществляется клавишами управления курсором, при этом выбранный пункт выделяется подсветкой. При выборе первого пункта выполняется первая стадия проектирования механизма подъема, второй и третий пункты позволяют вывести результаты этой стадии на дисплей или принтер, четвертый пункт соответствует стадии компоновки, выбор пятого пункта приводит к окончанию взаимодействия с САПР.

15

Выполнение пунктов главного меню начинается с запроса имени файла результатов проектирования. Следует набрать имя файла, включающее не более 6 символов. На первой стадии проектирования система сформирует файл с этим именем и занесет в него полученные результаты, при выполнении последующих пунктов главного меню система обращается к этому файлу за данными по механизму подъема. В начале выполнения второго этапа на дисплей выводится перечень разновидностей каната, включенных в базу данных, и пользователю предлагается сделать выбор из этого перечня. Далее надо указать маркировочную группу предела прочности проволок в канате, и система подбирает диаметр каната, удовлетворяющий исходным данным. После выбора каната предлагается перечень серий электродвигателей, содержащихся в базе данных, и пользователь должен сделать выбор из этого перечня. ЭВМ вычисляет требующееся значение мощности и на его основе отбирает двигатели заданной серии с различной частотой вращения. По отношению к вычисленному значению отбираются двигатели ближайших меньшей и большей мощностей. Результат сообщается в виде таблицы на дисплее с данными по отобранным двигателям. Пользователю предлагается оценить приемлемость выборки и сделать окончательный выбор. Если ни один из двигателей не подходит, то можно задать другую серию двигателей. На следующем этапе ЭВМ вычисляет минимально допустимый диаметр барабана, оценивает шаг нарезки, запрашивает принимаемый шаг нарезки, число запасных витков нарезки и число витков под крепление каната, расстояние от торца барабана до нарезанной части и, в случае сдвоенного полиспаста, расстояние между нарезками. В конце этапа сообщается расчетная длина барабана и предоставляется возможность скорректировать это значение путем изменения длины ненарезанных участков. Этап выбора редуктора имеет наиболее разветвленную структуру. После вычисления нужного передаточного отношения ЭВМ определяет ближайшие (меньшее и большее) передаточные числа редукторов заданного типа и результат сообщает пользователю, который делает выбор. Если сделать выбор не представляется возможным, то предлагается одно из следующих продолжений: перейти к другому типу редуктора, изменить диаметр барабана, выбрать иной электродвигатель, внести изменения в тип или кратность полиспаста. После выбора передаточного числа устанавливается типоразмер редуктора по наибольшему статическому моменту на тихоходном валу (на барабане). При выполнении предпоследнего этапа запрашиваются тип и количество тормозов, при выполнении последнего – кратность пускового момента электродвигателя по отношению к номинальному. Для оценки продолжительности переходных процессов нужны моменты инерции тормозных шкивов и соединительных муфт, их значения включены в данные по техническим характеристикам тормозов. Определяющим для поддержания диалога является понимание физической сущности принимаемых решений. После завершения стадии расчета и

16

выбора комплектующих изделий на экране дисплея вновь появляется главное меню. Использование второго и третьего пунктов этого меню позволяет обратиться к итоговым результатам этой стадии проектирования. Выполнение второй стадии – компоновки начинается с анализа состояния файла результатов проектирования. Если первая стадия выполнена полностью и файл содержит всю необходимую информацию, то автоматизированная компоновка механизма подъема возможна и ЭВМ находит размеры комплектующих изделий. Пользователю предлагается перечень наименований четырех возможных вариантов компоновки механизма подъема. Каждое из этих наименований состоит из двух слов. Первое характеризует взаимное расположение барабана и электродвигателя по отношению к редуктору, второе – расположение барабана относительно редуктора. Если барабан и электродвигатель расположены по разные стороны редуктора, то компоновка названа двухсторонней, в противном случае – односторонней. Если при взгляде со стороны быстроходного вала редуктора барабан расположен справа, то компоновка названа правой, в противном случае – левой. После указания нужной схемы компоновки ЭВМ вычисляет и сообщает пользователю габаритные размеры механизма подъема в плане. Запрашиваются горизонтальный и вертикальный размеры чертежа и находится наибольший возможный масштаб, при котором компоновочное изображение размещается в пределах чертежа. Ориентируясь на полученное значение, пользователь должен задать принимаемый масштаб и далее вычисляются возможные смещения изображения компоновки в пределах чертежа. Запрашиваются принимаемые смещения и на этом все подготовительные действия завершаются. Система формирует на экране дисплея вид в плане механизма подъема и предоставляет возможность получения твердой копии этого чертежа.

17

5. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ 1. Дайте классификацию грузоподъемных машин и перечислите их основные параметры. 2. Укажите различие в кранах опорного и подвесного типа. 3. Перечислите расчетные случаи нагрузок. 4. Перечислите и охарактеризуйте основные виды грузозахватных устройств. 5. Дайте классификацию стальных канатов. Как производится расчет и выбор канатов? 6. Назначение и виды полиспастов. Как определяется кратность полиспаста? 7. Как рассчитывается диаметр и длина барабана? 8. Как рассчитывается мощность двигателя для механизма подъема? 9. Как выбирается редуктор? 10 Дайте кинематическую схему механизма подъема крана. 11. Обоснуйте место установки тормоза. 12. Рассчитайте тормозной момент для механизма подъема. 13. Составьте кинематические схемы механизмов передвижения крана и тележки. 14. Определите сопротивление движению крановой тележки и самого крана. 15. Как производится проверка механизма передвижения на отсутствие буксования? 16. Как определяется тормозной момент для механизма передвижения? 17. За счет чего может произойти движение «юзом»? 18. Изобразите схемы стреловых кранов с неподвижной и поворотной колонной. 19. Определите сопротивление вращению в период пуска и установившегося движения. 20. Как рассчитывается мощность двигателя механизма поворота? 21. Приведите варианты схем механизма поворота. 22. Укажите основные схемы механизма изменения вылета крана. 23. Перечислите устройства безопасности мостовых и козловых кранов. 24. Определите понятие собственной и грузовой устойчивости кранов рабочего и нерабочего состояния. 25. Как определяется коэффициент устойчивости?

18

Содержание ПРЕДИСЛОВИЕ ……………………………………………………………………………………………………3 1.

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ…………………………………………………………………………..3

2.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК …………………………………………………….9

3.

ЗАДАНИЕ НА КОНТРОЛЬНЫЕ РАБОТЫ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ИХ ВЫПОЛНЕНИЮ ……………………………………………………………………………………..9

4.

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЕГО ВЫПОЛНЕНИЮ …………………………………………………………………………………..12

5.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ …………………………………………………………………….17

Редактор И.Н. Садчикова Сводный темплан 2005 г. Лицензия ЛР № 020308 от 14.02.97 Санитарно-эпидемиологическое заключение № 78.01.07.953.П.005641.11.03 от 21.11.2003 г.

Подписано в печать Б. кн.-журн. П.л. Тираж 100.

.05.2005. Б.л.

Формат 60х84 1/16 Изд-во СЗТУ. Заказ

Северо-Западный государственный заочный технический университет Издательство СЗТУ, член Издательско-полиграфической ассоциации университетов России 191186, Санкт-Петербург, ул. Миллионная, д.5