Содержание
2 РАСЧЕТНО-КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ 9
2.1 Кинематический расчет привода механизма передвижения тележки мостового крана 9
2.2 Проверочный расчет привода механизма передвижения тележки мостового крана 21
3 НАДЕЖНОСТЬ УЗЛОВ ПРИВОДА МЕХАНИЗМА ПОДЪЕМА ТЕЛЕЖКИ МОСТОВОГО КРАНА ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ 35
3.1 Анализ работы узлов трения и выбора материалов трущихся поверхностей 35
3.1.1 Пара трения: зубчатое зацепление цилиндрического редуктора 35
3.1.2 Пара трения: вал - зубчатая муфта 37
3.1.3 Пара трения: вал-подшипник качения (3-я ступень тихоходного вала) цилиндрического редуктора 40
3.2 Выбор системы смазывания и марки смазочного материала. Карта смазывания привода механизма передвижения тележки мостового крана общего назначения 43
3.2.1 Выбор марки смазочного материала для редуктора 43
3.3. Технические требования на дефектацию и ремонт редуктора 49
3.3.1 Расчет допустимых величин износа тихоходной зубчатой передачи цилиндрического редуктора 49
3.3.2 Определение величины минимально-допустимого натяга в посадке зубчатой муфты на вал 50
3.3.3 Определение величины минимально-допустимого натяга в посадке подшипника на вал 53
3.4 Ремонт редуктора 54
3.4.1 Технология восстановления деталей механизма подъёма мостового крана общего назначения 54
3.4.2 Технология восстановления вала 55
4 МЕРОПРИЯТИЯ ПО ПОВЫШЕНИЮ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ КРАНОВЫХ МЕХАНИЗМОВ 57
4.1 Модернизация тормозного механизма 57
5 БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ 69
5.1 Анализ существующих опасных и вредных производственных факторов в прокатном цехе 69
1 Анализ существующих опасных и вредных производственных факторов в цехе по отгрузке готовой продукции ОАО БМК 69
2 Обеспечение безопасности труда 70
2.1 Организация работ по охране труда на данном участке предприятия. Анализ. Выводы. Рекомендации 70
2.2 Опасные зоны. Ограждения. Блокировки. Сигнализация 71
5.2.1 Вентиляция и отопление 72
6 АНАЛИЗ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ И ОБОСНОВАНИЕ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ПРИНЯТЫХ В ПРОЕКТЕ РЕШЕНИЙ 74
6.1 Организация ремонта оборудования и труда ремонтного персонала 74
6.2 Расчет трудоемкости ремонтных работ и численности ремонтного и дежурного персонала для мостового крана грузоподъемностью Q=10 т. 77
Заключение 83
Список использованных источников 84
Введение
Металлургические машины являются сложными техническими системами непрерывного действия, большой единичной производительности, работающими в условиях интенсивного нагружения и неблагоприятной окружающей среды.
В состав агрегатов входят десятки машин, сотни единиц узлов и тысячи деталей, каждая из которых имеет свой определенный, заранее неизвестный срок службы. Поэтому время нахождения оборудования в работоспособном состоянии является величиной случайной и с течением времени отказ неизбежен.
Для поддержания оборудования в работоспособном состоянии на металлургических предприятиях действует система технического обслуживания и ремонтов машин и агрегатов, призванная обеспечить безотказную работу в межремонтный период.
В период плановых остановок оборудования проводится большой объем ремонтно-восстановительных работ и тем не менее не удается избежать отказов, приводящих к потерям производства и дополнительным затратам на восстановление. Решение задач надежности должно тесно увязываться с экономическими вопросами.
Как правило, мероприятия, направленные на повышение показателей надежности, требуют существенных затрат на их реализацию, которые в ряде случаев могут превысить затраты, связанные с поддержанием оборудования в работоспособном состоянии на прежнем уровне. И в этом случае необходимо отказаться от таких мероприятий (если не идет речь о здоровье людей), либо искать другие приемлемые решения.
И только тогда, когда выбрано направление повышения надежности, оборудования, установлены критерии его предельного состояния и обоснована стратегия восстановления, возможно повышение эффективности принимаемых технических решений по ремонту узлов и деталей [1].
1 АНАЛИЗ РАБОТЫ КРАНОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ В ЦЕХЕ № 11 ОАО БМК
1.1 Анализ работы мостового крана общего назначения грузоподъёмностью 10 тонн
В конце 1914 года в Белорецке вступил в строй новый сталепроволочно гвоздильный завод. Он состоял из трех корпусов с отделением травления и отжига проволоки, гвоздильного цеха и цеха для изготовления телеграфных крючьев, механической мастерской, понизительной подстанции и заводской конторы. Новый завод был хорошо технически оснащен и лишь немногим уступал западноевропейским заводам того времени. Впоследствии стали строиться новые цеха, завод вырос и превратился в нынешнее сталепроволочно-канатное производство. Цех легированной проволоки – самый большой на СПКП не только по величине занимаемой территории, но и по количеству выпускаемой здесь продукции и численности работающих людей.
Цех легированной проволоки № 11 является подразделением Белорецкого Металлургического Комбината и производит проволоку из высоколегированных сталей и сплавов, а также проволоку других назначений для всех отраслей народного хозяйства.
Грузоподъемные машины (ГПМ) предназначены для подъема и перемещения грузов на незначительные расстояния в пространстве, ограниченном зоной промышленного предприятия, обслуживаемого машиной. В современном производстве широко применяют различные ГПМ, однако наибольшее распространение получили грузоподъемные краны [1].
Грузоподъемным краном называют грузоподъемную машину циклического действия, предназначенную для подъема и перемещения грузов (удерживаемых грузозахватным органом) из одной точки площадки, обслуживаемой машиной, в другую.
Современные грузоподъемные краны разделяют по назначению, области применения, конструктивным признакам, эксплуатационным параметрам и другим особенностям.
В процессе эксплуатации ко всем видам кранов предъявляются следующие общие технические требования:
- грузоподъемные машины, сменные грузозахватные органы и съемные грузозахватные приспособления изготовляют в соответствии с Правилами устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов, руководствуясь документами РД и ГОСТами, а при отсутствии последних — в соответствии с утвержденными техническими условиями;
- электрическое оборудование грузоподъемных машин, его монтаж, подвод тока и заземление должны быть выполнены согласно Правилам устройства электроустановок (ПУЭ);
- эксплуатация электрического оборудования грузоподъемных машин должна осуществляться в соответствии с Правилами эксплуатации и безопасности [11].
1.2 Особенности устройства мостового крана грузоподъемностью 10т
Мостовые краны являются одним из наиболее распространенных средств механизации различных производств, погрузочно-разгрузочных и складских работ. Перемещаясь по надземным путям, они не занимают полезной площади цеха или склада, обеспечивая в то же время обслуживание практически любой их точки.
Мостовые краны по типу мостов подразделяются на двухбалочные и однобалочные. Двухбалочный кран (рис. 2.1) включает две основные части: мост и тележку. Металлическая конструкция моста содержит две пролетные и две концевые балки и перекрывает рабочий пролет производственного помещения или склада.Мостовой кран (рис. 2.1) представляет собой мост 11 с ходовыми колесами 3, установленными в концевых балках 4 моста. Колеса перемещаются по подкрановым путям 2, уложенным на выступах верхней части стены или колонн цеха. По верхнему поясу моста крана передвигается тележка 8, снабженная механизмом подъема 7 с крюковой подвеской. В кранах общего назначения, или, как их называют еще, «уборочных», имеется только один механизм подъема (один крюк).
Механизм передвижения 13 установлен на мосту 11 крана, а механизм передвижения 12 тележки — непосредственно на тележке. Управление всеми механизмами совершается из кабины 1 крановщика. Для осмотра троллеев служит кабина 10.
Подъём и перемещение груза в поперечном направлении осуществляется подвижной тележкой, установленной на мосту крана. Подвижная тележка представляет собой сварную раму с размещенными на ней механизмами подъёма груза и механизмом передвижения тележки. Механизм подъёма груза является основным рабочим механизмом подъёма груза мостового крана.
1 – кабина машиниста (крановщика) ; 2 – крановые рельсы; 3 – ходовые колеса; 4 – концевая балка; 5 – гибкий кабель для токоподвода к тележке крана ;6 – вспомогательный механизм подъема груза; 7 –механизм подъема груза; 8 – крановая тележка; 9 – проволока для подвески гибкого кабеля; 10 – площадка для обслуживания тролеев;11 – главная балка; 12 – механизм передвижения тележки; 13 – механизм передвижения моста
Рисунок 2.1 – Мостовой кран общего назначения грузоподъемностью 10 т
Согласно «Правилам устройства и безопасной эксплуатации грузоподъёмных кранов» механизмы подъёма груза выполняют так, чтобы опускание груза производилось только принудительно, включением двигателя [3].
К основным параметрам крана относятся грузоподъемность, пролет, база, высота подъема, скорость подъема груза, скорость механизма передвижения крана и тележки, колея и база, тележки, режим работы крана, масса крана и тележки.
Грузоподъемность — максимальная масса поднимаемого краном груза. В нее включается и масса навешиваемого на крюк грузозахватного устройства или тары. Грузоподъемность является определяющим параметром для монтажных кранов и кранов, используемых в ремонтных и сборочных цехах. Для кранов, предназначенных для погрузочно-разгрузочных работ или для обслуживания технологических процессов, определяющим параметром, кроме того, является их производительность.
В результате отказов могут возникнуть аварийные ситуации. Одной из аварий является обрушение моста крана, когда его ходовые колеса сходят с пути из-за неисправности подкрановых балок и рельсовых путей. Прочность крепления подкранового рельса на подкрановых балках должна исключать возможность бокового или продольного смещения при работе крана, так как большие зазоры в стыках между рельсами, расширения и сужения пути, расположение рельсов на разных уровнях создают возможность возникновения аварий.
В процессе эксплуатации крана рельсы и ходовые колеса интенсивно изнашиваются, особенно при работе в цехах со значительными выделениями тепла, газов и пыли. Циклические нагрузки при перемещении грузов в пределах номинальной грузоподъемности крана обуславливают образование трещины, наплывов и выбоин на рельсах, ходовых колесах и их ребордах. Систематические осмотры подкрановых путей и ходовой части крана, своевременная замена изношенных или поврежденных рельсов и колес обеспечивают условия безопасной работы крана.
Высокие требования предъявляются к эксплуатации мостового крана. При перегрузке крана, движении рывками и ударах о концевые упоры в его конструктивных элементах возникают напряжения, которые приводят к нарушению целостности моста. Даже небольшие деформации моста крана могут привести к возникновению аварийной ситуации, поэтому перегрузка крана не допускается.
Важным условием безаварийной работы мостового крана является исправность тормозной системы, которая служит для регулировки скорости опускания груза и удержания его на весу в неподвижном состоянии. Изношенные тормозные колодки и ленты необходимо своевременно заменять новыми.
Помимо ограничителей хода, краны оборудуют ограничителями подъема, которые автоматически выключают двигатель подъема. Работа крана при отсутствии конечных выключателей или при неисправном их состоянии недопустима. Исправность и эффективность работы конечных выключателей
должны систематически проверяться.
Техническая характеристика мостового крана общего назначения грузоподъемностью 10т:
Грузоподъемность,……………………………………….……………....10 т
Высота подъема, …………………………………….…………………...16 м
Скорость, м/мин:
Подъема………………………………………………………………....20,9
передвижения тележки ……………………………………………….....61,2
передвижения крана …………………………………………………....154
Мощность электродвигателя механизма, кВт:
Подъема гуза………………………………………………………………45
передвижение тележки……………………………………………………11
передвижение крана……..………………………………………………..13
Масса,кг:
тележки ………………………………………………...…………………13,6
крана ………………………………………………………………..…….52,9
2 Расчетно-конструкторская часть
2.1 Кинематический расчет привода механизма передвижения тележки мостового крана
Исходные данные:
1. Вес поднимаемого груза: Gгр = 100000 Н;
2. Вес тележки (по паспорту крана): Gт = 139000 Н;
3. Вес подвески: Gподв = 3680 Н;
4. Скорость передвижения тележки: υ = 61,2 м/мин = 1,02 м/с.
Выбор кинематической схемы
1 – двигатель; 2 – муфта зубчатая; 3 – тормоз; 4 – редуктор;
5 – приводная колесная установка; 6 – муфта зубчатая
Рисунок 2.1 – Кинематическая схема механизма передвижения тележки мостового крана:
Статические нагрузки на колёса
Табл.
Вес номинального груза равен
.
Вес тележки определяется как:
(2.0)
Принемается
=34,3
С учётом коэффициента неравномерности нагружения колёс максимально статических нагрузка на одно колесо:
, (2.1)
где k – коэффициент неравномерно нагруженных колес, k = 1,1.
Минимальная статическая нагрузка на одно колесо:
, (2.2)
где k - коэффициент неравномерно нагруженных колес, k = 0,9.
Выбирается
колесо диаметром D
= 250 мм;
= 42 кН.
По диаметру колеса выбираются стандартные колёсные установки приводная колёсная установка К2РП-250 исполнения 1(один конец вала со шпонкой) и неприводная К2РН-250, имеющие параметры [4]: Dк = 250 мм; d = 40 мм; dц = 55 мм; В =50 мм; mк.у.пр = 38,14 кг, mк.у.непр = 36,3 кг; zреб = 2. Форма поверхности катания– цилиндрическая. Тип подшипника – роликовый сферический двухрядный с симметричными роликами.
Выбор подтележного рельса
Принимается рельс Р 24 ГОСТ 6368 - 82 с выпуклой головкой. Значение b = 51 мм. Проверим соотношение ширины дорожки катания колеса B и головки рельса b по формуле:
что
соответствует норме B
– b
30 мм. указанной в таблице 2.12
Тип колеса: тележечное одноребордное.
Другие
параметры рельса: R
= 250 мм; b
=
92 мм; F
= 30.75 см2;
I
= 468 см4;
А=107мм; С=51мм; m
= 24.14 кг; l
= 6, 7 и 8 м; материал – сталь М 62.
Сопротивление передвижению тележки
Сопротивление передвижению тележки с номинальным грузом при установившемся режиме работы определяется по формуле:
, (2.3)
где f – приведённый коэффициент трения скольжения в подшипниках шариковых, роликовых [4], f = 0,015;
d – диаметр цапфы, мм, d = 55 мм;
μ – коэффициент трения качения колеса по выпуклому рельсу, μ=0,4 мм [4];
kдоп – коэффициент дополнительных сопротивлений, определяемых в основном трением реборд о головку рельса и трением элементов токосъёмного устройства, kдоп = 2,0 [4];
Dк – диаметр колеса, мм;
–
соответственно
вес тележки и номинального груза,
Сопротивление передвижению тележки без груза, создаваемое уклоном подтележечного пути, определяется по формуле:
, (2.4)
где
–
уклон рельсового пути,
.
Определим
сопротивление, создаваемое при разгоне
силами инерции. При скорости движения
менее 1м/с
=1,25. Масса тележки равна 3,5т. Из этого
значения необходимо вычесть массу
крюковой подвески, совершающей вместе
с грузом сложное колебательное движение.
Масса поступательно движущейся тележки
определяем по формуле:
т ,
(2.5)
где
– масса тележки;
масса
крюковой подвески
Сопротивление передвижению тележки, создаваемое силами инерции:
По
табл.2.16 ([1],с.41) примем значение
=0,5∙[
]
= 0,5∙0,1=0,05 м/с
, (2.6)
где
– коэффициент, учитывающий инерцию
вращающихся частей механизма,
;
масса
поступательно движущегося объекта,
=3,371т;
а – ускорение при разгоне, м/с, а = 0,05 м/с2
Сопротивление, создаваемое раскачиванием груза на гибкой подвеске:
(2.7)
Учитывая, что кран работает в помещении, полное сопротивление передвижению тележки в период разгона:
, (2.8)
где
сопротивление,
создаваемое раскачиванием груза,
=0,5
;
сопротивление,
создаваемое силами трения,
=1,72
;
сопротивление
создаваемое уклоном ,
=0,26
;
сопротивление,
создаваемое раскачиванием груза на
гибкой подвеске,
=0,21
Выбор двигателя
Мощность предварительно выбираемого двигателя вычисляется по формуле:
, (2.9)
где υ - скорость передвижения тележки, 41,3м/мин = 0,68м/с;
-
предварительное значение к.п.д. механизма,
ηпр
= 0,9;
кратность
среднепускового момента двигателя по
отношению к номинальному,
=1,55[4].
Из табл.2.17 ([1], с.42)
Выбирается
двигатель типа MTH
111-6, имеющий параметры: Nдв
= 3,5 кВт; ПВдв
= 25%, ηдв
= 870 об/мин; Jр.дв
= 0,115 кг·м
,
dв.дв
= 35 мм, mдв
= 76 кг.
Выбор передачи
Частота вращения колеса:
, (2.10)
Требуемое передаточное число механизма:
, (2.11)
Выбирается тип редуктора ВК – 400-IV
Определим
эквивалентный момент на тихоходном
валу редуктора
.
Аналогично механизму главного подъёма
примем для группы режима 4М класс
нагружения ВК – 400-IV и класс использования
А4. При этом
=0,25,
=0,63,
=
12500ч.
Частота вращения тихоходного вала редуктора равна частоте вращения колеса:
, (2.12)
Число циклов нагружения на тихоходном валу редуктора:
, (2.13)
где tмаш – общее время работы за весь срок службы, в течение которого данный механизм находится в действии, tмаш = 12500 ч. [4]
Суммарное число циклов контактных напряжений зуба шестерни тихоходной ступени:
, (2.14)
где uт – передаточное число тихоходной ступени редуктора, uт = 5 [4].
Коэффициент срока службы:
, (2.15)
где
Z0
– базовое число циклов контактных
напряжений,
.
Коэффициент долговечности:
, (2.17)
Значение
необходимо принять не менее, чем 0,63,
поэтому окончательно
=0,63.
Определим
расчетный крутящий момент
на тихоходном валу редуктора. Будем
ориентироваться на типоразмер редуктора.
,что расходится со значением
на допустимую величину, равную 2,9%
Номинальная угловая скорость двигателя:
Номинальный момент двигателя:
, (2.18)
Принемается
.
Тогда максимальный момент двигателя:
, (2.19)
Расчетный крутящий момент на тихоходном валу редуктора:
, (2.20)
где uр – передаточное число редуктора, uр = 15,95;
ηр – к.п.д. редуктора, по данным завода-изготовителя ηр = 0,94;
максимальный
момент двигателя.
Расчетный эквивалентный момент:
, (2.21)
Редуктор
ВК-400 имеет номинальный крутящий момент
на тихоходном валу, равный Тр.н
= 980…6700 Н∙м. Следовательно условие
выполняется. Редуктор имеет следующие
параметры: а
= 400 мм; dв.быстр
= 50 мм; dв.тих
= 55 мм; mр
= 93кг;
Определение фактической скорости и к.п.д. механизма
Фактическая скорость передвижения тележки:
, (2.22)
где
- угловая скорость двигателя, рад/с;
rк – радиус колеса, м;
uмех – передаточное число механизма.
Значение фактической скорости передвижения тележки отличается от данного значения на 7,8%, что допустимо.
К.п.д.
зубчатой муфты
= 0,99.
Необходимо установить одну муфту между двигателем и редуктором (зубчатую муфту первого типа) и между редуктором и колесом (зубчатую муфту второго типа – с промежуточным валом).
Поэтому
(2.23)
Данное значение к.п.д. мало отличается от предварительно принятого, поэтому перерасчёт мощности делать не требуется.
Выбор муфт
По
диаметрам концов соединяемых валов
выбираются муфты: для быстроходного
вала – зубчатая муфта 1-1600-35-250-20-2У2 ГОСТ
5006-83; для тихоходной ступени-2-6300-55-1-40-1-2У2
ГОСТ 5006-83. Параметры муфты на быстроходном
валу: T
=1600
Н·м;
I
= 0,06 кг·м
;
d
=
d
=
55 мм; mм
= 9,2 кг.
Параметры муфты на тихоходном валу: Tм.н=6300 Н·м; Iм = 2,25 кг·м ; dлев.max = dправ.max = 80 мм; mм = 22,6 кг.
Выбор тормоза
Сопротивление передвижению тележки без груза, создаваемое уклоном:
,
(2.24)
Сопротивление передвижению тележки без груза, создаваемое инерцией:
, (2.25)
где δ – коэффициент, учитывающий инерцию вращающихся частей механизма, при скорости передвижения больше 1 м/с δ = 1,25 [4];
а – уклон рельсового пути, для тележки а = 0,002 [4].
Сопротивление передвижению тележки без груза, создаваемое трением:
,
(2.26)
где
-
коэффициент трения качения колеса по
рельсу;
f – приведенный коэффициент трения скольжения в подшипниках колес;
dц. – диаметр цапфы вала колеса, мм;
kдоп. – коэффициент дополнительных сопротивлений, определяемых в основном трением реборд о головку рельса и трением элементов токосъемного устройства.
По следующим формулам находим:
Момент, создаваемый уклоном:
, (2.27)
где
радиус
ходового колеса,
=0,125;
КПД
механизма на участке кинематической
цепи «приводное колесо-тормоз»
=0,92;
Момент, создаваемый инерцией:
, (2.28)
Момент, создаваемый силами трения:
, (2.29)
Расчётный тормозной момент вычисляется по формуле:
, (2.30)
где
моменты,
создаваемые уклоном, инерцией и силами
трения и приведенные к валу, на котором
установлен тормоз.
Расчетный тормозной момент тормоза:
Данному тормозному моменту соответствует тормоз: ТКГ-160 ОСТ 24.290.08, имеющий следующие параметры тормоза: Тт.н = 98 Н·м; Dт.ш = 160 мм; Вк = 70 мм; Lуст = 200 мм; mтор = 25 кг.
Выбор тормозного шкива
По
диаметру конца вала двигателя и требуемому
диаметру шкива выбирается стандартный
тормозной шкив II-го
исполнения (с цилиндрическим посадочным
отверстием). Шкив имеет следующие
параметры: D
= 160 мм;
= 70 мм;
= 35 мм; mт
= 4,9 кг.
Условное обозначение типоразмера шкива-шкив Ш2-160/70 ОСТ 24.290.062-75
Компонование тележки
Опорные давления ходовых колес тележки мостового крана, определяется:
где,
номинальная
грузоподъемность крана;
вес
тележки;
горизонтальная
инерционная нагрузка на кран от груза;
ордината
оси барабана относительно подтележечного
рельса.
Сумма нагрузок на приводные колеса:
