0118 / Kisilev_i_dr_MU_Kursovoy_proekt_GPM

Министерство транспорта Российской Федерации

Московская государственная академия водного транспорта

Кафедра «Портовые подъёмно-транспортные машины и робототехника»

В.А. Киселёв, В.П. Захарцев

Грузоподъемные машины и машины безрельсового транспорта

Учебное пособие по курсовому проектированию

Допущено Министерством транспорта Российской Федерации в качестве учебного пособия

в сфере образования для студентов учебных заведений водного транспорта, обучающихся по специальности: 190602

«Эксплуатация перегрузочного оборудования портов и транспортных терминалов».

Альтаир - МГАВТ Москва

2007

Содержание

Стр.

Введение . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6

1 Общие рекомендации . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6

1.1 Задачи курсового проектирования и общие положения . . .. . . . . . . . . .6 1.2 Порядок работы над проектом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7 1.3 Требования к оформлению проекта . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .9 1.4 Содержание чертежей и требования к ним . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .11

2 Расчет механизма подъёма . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.1 Исходные данные . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . .14 2.2 Выбор схемы подъёмного устройства . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . .14 2.3 Определение расчетного усилия, действующего на канат . . . . . . . . .19 2.4 Выбор каната . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .20 2.5 Определение параметров блоков и барабана . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .21 2.6 Выбор подвески крюка и грейфера . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .22 2.7 Определение статической мощности электродвигателя . . . . . . . . . . .23

2.8Выбор электродвигателя, проверка на перегрузочную способность

и время разгона . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .24

2.9Определение общего передаточного числа механизма и выбор

3 Расчет механизма передвижения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .39

3.1 Выбор схемы механизма . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . .39 3.2 Сопротивление передвижению крана (тележки) . . . . . . . . . . . . . . . . .39 3.3 Суммарная статическая мощность электродвигателей . . . . . . . . . . . .44 3.4 Статическая мощность одного электродвигателя . . . . . . . . . . . . . . . .44 3.5 Выбор электродвигателя и соединительной муфты . . . . . . . . . . . . . .44 3.6 Проверка электродвигателя на кратковременную перегрузку . . . . . .46

3.7Определение числа и размеров ходовых колес в балансирной

тележке . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .47 3.8 Общее передаточное число механизма . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .50 3.9 Выбор редуктора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .51

3

3.10 Проверка ходовых колес на отсутствие буксования . . . . . . . . . . . . . .52 3.11 Определение тормозного момента и выбор тормоза . . . . . . . . . . . . . .54 3.12 Кинематическая схема механизма . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 3.13 Выбор предохранительных и вспомогательных устройств . . . . . . . .55

4 Расчет механизма поворота . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .56

4.1 Определение момента сил сопротивления повороту . . . . . . . . . . . . . 56 4.2 Определение потребной мощности двигателя . . . . . . . . . . . . . . . . . .62 4.3 Выбор электродвигателя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .62

4.4Проверка электродвигателя на кратковременную перегрузку . . . . .63

4.5 Выбор редуктора и муфты предельного момента . . . . . . . . . . . . . . . .64 4.6 Определение тормозного момента, выбор и расчет тормоза . . . . . . .69 4.7 Кинематическая схема механизма поворота . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .70 4.8 Выбор предохранительных и вспомогательных устройств . . . . . . . 70

5 Расчет механизма изменения вылета . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

5.1 Общие сведения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .71 5.2 Расчет реечных и винтовых механизмов изменения вылета . . . . . . .73

5.2.1 Определение суммарного момента относительно опорного шарнира стрелы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .76

5.2.2 Определение мощности и выбор электродвигателя . . . . . . . . . . 78 5.2.3 Проверка электродвигателя на кратковременную перегрузку . .79 5.2.4 Выбор редуктора . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .80 5.2.5 Выбор тормоза . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .80 5.2.6 Проверка механизма на время разгона и торможения . . . . . . . . 81

5.3 Расчет секторно-кривошипных и кривошипно-шатунных механизмов изменения вылета . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

5.3.1 Схемы механизмов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 5.3.2 Выбор двигателя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 5.3.3 Выбор редуктора и тормозов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .84

5.4 Расчет гидравлического механизма изменения вылета . . . . . . . . . . 85 5.5 Расчет полиспастного механизма изменения вылета . . . . . . . . . . . . 88

6 Расчет устойчивости (остойчивости) крана . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .91

6.1 Расчет устойчивости берегового крана . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 6.2 Расчет остойчивости плавучего крана . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .97

Литература . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

4

Приложения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .105

Приложение А . Бланк задания на курсовой проект . . . . . . . . . . . . . . . . . .106 Приложение Б. Схемы рекомендуемых подъемных кранов . . . . . . . . . . . 107 Приложение В. Пример выполнения содержания записки . . . . . . . . . . . . 109 Приложение Г. Пример титульного листа записки . . . . . . . . . . . . . . . . . . .110

Приложение Д. Реферат (пример) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .111

Приложение Ж. Пример надписи чертежа общего вида . . . . . . . . . . . . . . 112 Приложение И. Пример выполнения спецификации . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 Приложение К. Схемы грузоподъемных кранов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .114 Приложение Л. Характеристика навалочного груза . . . . . . . . . . . . . . . . . .127 Приложение М. Значение массы грейфера. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . 128 Приложение Н. Приближенные значения масс элементов крана,

расстояний до центров масс, наветренных площадей . . . .. . . . . . . . 129

5

ВВЕДЕНИЕ

Речные и морские порты оснащены разнообразными грузоподъемными машинами, из которых основными являются портальные, плавучие, козловые, мостовые и другие краны.

Курсовое проектирование грузоподъемных машин, предусмотренное учебными планами очного и заочного обучения по специальности 190602 “Эксплуатация перегрузочного оборудования портов и транспортных терминалов”, ставит своей целью закрепление и углубление знаний, полученных студентами в процессе изучения дисциплины “Грузоподъемные машины и машины безрельсового транспорта” и “Подъемно-транспортные машины” и предшествующих общеинженерных дисциплин, а также приобретение студентами навыков в выполнении технических расчетов и разработки конструкций машин.

Проект по грузоподъемным машинам охватывает широкий круг вопросов, которые изложены в различных литературных источниках. Настоящая методика имеет целью оказать необходимую помощь студенту при работе над проектом грузоподъемного крана.

1ОБЩИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ.

1.1Задачи курсового проектирования и общие положения.

Курсовой проект является самостоятельной работой студентов и должен способствовать развитию у студентов навыков по практическому использованию полученных теоретических знаний при расчётах и проектировании конкретных типов перегрузочных машин, а также формированию у студентов элементов научного мышления, исследовательского подхода к решению технических задач.

В ходе курсового проектирования студент должен проанализировать существующие конструктивные решения и варианты компоновочных решений подъёмно-транспортных машин, выбрать наиболее рациональные решения для заданного варианта проекта, провести поиск новых конструктивных решений, способствующих улучшению техникоэкономических характеристик машин.

Расчёт основных узлов и деталей проектируемой машины должен осуществляться с использованием существующих методик, нормативнотехнической документации, изложенных в ГОСТах, ОСТах, РТМ.

При выполнении курсового проекта рекомендуется использовать вычислительную технику и программы для расчёта конструктивных элементов и узлов механизмов.

Проектирование ведётся по исходным данным, выданным преподавателем (приложение А, Б). Недостающие исходные данные

6

выбираются и обосновываются студентом на основе изучения параметров аналогов проектируемой машины.

В составе проекта может быть предусмотрена научноисследовательская работа (НИРС). В этом случае, по согласованию с руководителем проекта, задание может быть изменено или дополнено.

Курсовой проект должен состоять из расчётно-пояснительной записки объёмом 40…50 листов формата А4 и чертежей.

Содержание расчётно-пояснительной записки должно соответствовать заданию и примерному плану курсового проекта (приложение В).

Группировка и содержание подразделов определяются студентом самостоятельно из условия полного, логичного, чёткого и компактного изложения материала.

Методика и последовательность расчёта разрабатываются студентом самостоятельно на основе данных литературы и справочников, а также с учётом рекомендаций настоящего учебного пособия.

1.2 Порядок работы над проектом.

Работа над проектом выполняется в три стадии.

На первой стадии выполняется анализ задания на проектирование и сопоставление заданного крана с известными аналогами. Определяются прототипы крана, его конструктивная схема и принципиальные решения по его основным элементам и механизмам. При этом в качестве прототипа может быть принят не обязательно известный кран в целом, а прототипы по отдельным составным частям и механизмам крана, например: стреловое устройство — от одного прототипа, опорно-поворотное устройство — от другого, портал и механизмы передвижения — от третьего и т.д. Таким образом, может быть установлена принципиальная конструктивная схема проектируемого крана и его механизмов, включающая в себя конструктивные решения составных частей от разных кранов-аналогов.

На основе задания на проектирование и анализа известных аналогов выполняется эскиз разрабатываемого крана с обозначением его основных параметров, который более детально прорабатывается на последующих стадиях, приводится сравнительная характеристика проектируемого крана и аналогов, делается заключение.

На второй стадии студент, используя упрощённые приёмы, определяет основные конструктивные характеристики механизмов крана и других его элементов. Вычерчивает в масштабе их конфигурацию.

Это — стадия предварительных расчётов и компоновки.

На стадии предварительных расчётов и компоновки как расчёты, так и компоновочное эскизирование проводятся совместно, причём эскизирование, как правило, опережает расчёты.

Основным, определяющим показателем крановых механизмов является мощность привода. От её величины зависят геометрические

7

размеры механизма и его элементов (двигателя, редуктора, тормоза и т.д.), компоновка и конструктивное исполнение механизма.

Для расчёта мощности привода важное значение имеет правильное определение сопротивлений движению, выполняемого механизмом, в зависимости от нагрузок, приведённых к валу двигателя.

Компоновкой называется схематический чертёж машины, устанавливающий взаимное расположение её отдельных элементов и увязку их с поддерживающей металлоконструкцией. В курсовом проекте компоновочные эскизы необходимо выполнять раздельно для каждого механизма и для крана в целом или для его крупных элементов, например, для грузовых тележек.

Компоновка выполняется строго в масштабе на миллиметровой бумаге. При этом вычерчиваются только наиболее важные элементы (узлы) машины: электродвигатели, редукторы, барабаны, ходовые колёса, открытые зубчатые передачи и их подшипники. Для указанных (типовых) узлов вычерчиваются только их габаритные контуры и присоединительные элементы (концы валов, лапы, фланцы, основания).

Врезультате компоновочной разработки получается конструкция крана в общих чертах, хотя ряд конструктивных элементов (выбор подшипников, определение диаметров некоторых валов, толщины стенок барабанов и т.н.) пока не определён.

Компоновочные чертежи позволяют конструктору убедиться, что принятая геометрическая схема крана целесообразна и отдельные узлы располагаются удачно. Компоновочные чертежи позволяют также определить по чертежам ряд линейных размеров, необходимых для дальнейших расчётов (например, расчетные длины валов).

Впроекте, а следовательно и при компоновке, рекомендуется применение унифицированных узлов, таких как редукторы, барабаны, блоки, ходовые колёса, буксы, муфты валов, тормозы.

Вслучае необходимости применения редукторов специальной компоновки допускается использование элементов передач (зубчатых колёс, валов, и т.п.) нормальных редукторов, устанавливаемые в специально спроектированные при выполнении проекта корпуса.

После согласования с руководителем предварительных расчётов и компоновочных эскизов и после получения визы руководителя студент приступает к третьей стадии проектирования — вычерчиванию чертежей и составлению пояснительной записки с уточнёнными расчётами.

Законченные чертежи и записка после проверки преподавателем и после внесения указанных им дополнений и изменений подписываются последним и этим проект допускается к защите.

Защита проекта производится студентом в комиссии, состоящей из руководителей проекта. На защите студент сначала кратко излагает содержание и особенности проекта, а затем отвечает на предлагаемые вопросы. Предлагаемые вопросы могут касаться особенностей конструктивных решений, работы отдельных узлов и механизмов крана,

8

определения нагрузок и действующих напряжений. При ответах на эти вопросы студент должен показать достаточный уровень знания основных положений курсов теоретической механики, сопротивления материалов, деталей машин, портовых грузоподъёмных машин и машин безрельсового транспорта. В результате защиты студент получает зачёт и оценку, учитывающую как качество проекта, так и качество его защиты.

1.3 Требования к оформлению проекта

Курсовой проект должен быть оформлен в соответствии с ГОСТ 2.105-95 «Единая система конструкторской документации. Общие требования к текстовым документам».

Чертежи оформляются в соответствии с требованиями "Единой системы конструкторской документации" (ЕСКД).

Титульный лист оформляется в соответствии с приложением Г.

За титульным листом следует задание на выполнение курсового проекта, реферат, содержание, введение, текст пояснительной записки, заключение, список использованной литературы, приложения.

Реферат должен содержать унифицированный десятичный код (УДК), названия курсового проекта и издательства, год разработки курсового проекта; сведения об объёме курсового проекта (число страниц), количестве иллюстраций (число рисунков), таблиц, количестве использованной литературы.

Текст реферата должен содержать данные об объекте исследования, области его применения, анализ полученных результатов, оценку их новизны и степени внедрения. Пример оформления реферата представлен в приложении Д.

Содержание. Примером оформления содержания курсового проекта может служить план курсового проекта крана, который приводится в приложении В.

Введение. Во введении должны быть освещены задачи, стоящие перед отраслью, в части, связанной с тематикой курсового проекта, изложены требования, предъявляемые к современным подъёмнотранспортным машинам, касающиеся повышения производительности, экономичности, уровня автоматизации, надёжности, долговечности.

Во введении необходимо сформулировать задачу выполняемого курсового проекта, дать краткий обзор и оценку существующих конструкций аналогичных машин.

Основная часть проекта. Примерный перечень разделов и подразделов основной части курсового проекта представлен в плане курсового проекта (приложение В).

Заключение. В заключении кратко излагаются полученные при проектировании основные параметры машины, типы электродвигателей, редукторов, тормозов, муфт, диаметр каната и барабана и др. , её

9

достоинства и недостатки, выводы, полученные в результате проектирования, предложения по использованию разработанной машины, оценку возможности внедрения.

Список литературы. Пример правильного оформления этого раздела курсового проекта приведён в разделе “Литература” настоящих методических рекомендаций.

Схемы, графики, представленные в пояснительной записке, обозначаются словом "Рисунок" и нумеруются последовательно арабскими цифрами в пределах раздела – Рисунок 1.1, 1.2, 1.3, и т.д.

Первая цифра обозначает номер раздела, вторая – порядковый номер рисунка. После номера рисунка ставится тире (-), а наименование рисунка начинается с заглавной буквы.

Пример оформления второго рисунка третьего раздела.

1-ходовое колесо, 2-балансир Рисунок 3.2- Схема размещения ходовых колёс в балансирной тележке

Таблицу размещают после первого упоминания о ней в тексте пояснительной записки и нумеруют последовательно арабскими цифрами в пределах раздела.

При ссылках на литературу последовательно указываются:

номер источника, номер страницы или номер альбомного листа, номер рисунка, номер таблицы.

10