ves_kurs / theory

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования «Гомельский государственный технический университет

имени П.О. Сухого»

механико-технологический факультет

Кафедра «Металлургия и литейное производство»

Астапенко И.В.

Курс лекций

«ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ЛИТЕЙНЫХ ЦЕХОВ»

для студентов дневного и заочного отделения специализации 1-36 02 01 01 «Техническая эксплуатация литейного оборудо-

вания»

Гомель 2014

2

ЛЕКЦИЯ 1. ВВЕДЕНИЕ

1.1 Роль и значение подъемно-транспортных машин в металлургическом производстве

Технологический процесс любого производства связан с перемещением огромного количества грузов от сырья до готовой продукции. На 1 тонну готовой продукции требуется 10... 100 тонн сырья, которое транспортируется и складируется различными видами подъемно - транспортной техники.

На металлургических и машиностроительных заводах ПТМ включены в основную цепь технологического процесса, как основное оборудование, обеспечивающее механизацию и автоматизацию технологических операций, и ремонтные работы.

Современный металлургический завод, производящий 5,5 - 6 млн. тонн стали

вгод потребляет 30 млн. тонн различных материалов. За этот период между цехами перевозят около 60 - 70 млн. тонн различных грузов, на площади в 600 га. Внутри цехов количество транспортируемых материалов в 3 - 4 раза больше. Транспортные затраты равны 35 - 45 % общих издержек производства. Количество транспортных рабочих в пределах 45 - 55 % общего количества работающих на предприятии.

Литейное производство характерно многократным перемещением больших количеств различных насыпных и штучных грузов, поэтому транспортные операции

внем по трудоемкости являются важной составляющей производственного процесса. В этой связи, при проектировании литейных цехов механизации транспортных операций необходимо уделять большое внимание.

Внастоящее время в литейном производстве все большее распространение получают литейные автоматические, автоматизированные линии (ЛАЛ), комплексно

— механизированные линии (КМЛ) и системы автоматизированных технологических машин. В зависимости от функционального и технологического назначения линии подразделяются на:

-комплексные автоматические формовочные линии (АФЛ);

-автоматизированные смесеприготовительные системы (АСС) и комплексы

(АСК);

-автоматические стержневые линии (АСЛ);

-автоматические кокильные линии (АКЛ);

-комплекты оборудования и автоматические линии изготовления отливок по выплавляемым моделям (АТВМ);

-комплекты автоматизированного оборудования и автоматические линии изготовления отливок методом литья под давлением (АЛПД);

-автоматизированные линии очистки, обдирки, зачистки отливок (АОЛ). Транспортные средства, входящие в эти линии, имеют разнообразное кон-

структивное исполнение и служат для перемещения опок, полуформ, форм, спутников, стержней, подопочных, сушильных и транспортных плит, керамических блоков, отливок, формовочной смеси, а также различных компонентов для их приготовления.

Транспортные средства используются для транспортирования материалов, оснастки и изделий не только между отдельными агрегатами и машинами в преде-

3

лах технологических систем и линий, но и между отдельными линиями, технологическими системами и комплексами. В большинстве случаев в линиях и системах применяются транспортные средства различных типов, видов и конструкций, дополняя друг друга и находясь в определенном сочетании. Так, в автоматических формовочных безопочных линиях (АФБЛ) шаговые конвейеры дополняются ленточными конвейерами, обеспечивающими транспортирование залитых безопочных форм на участке охлаждения и к устройствам разрушения и выбивки форм.

Установлено, что для производства на АФЛ одной тонны отливок необходимо переместить 100 — 180 т различных твердых, сыпучих, жидких материалов, полуформ, форм и технологической оснастки. Перемещение такого большого количества грузов производится межоперационным и конвейерным транспортом. Безотказная и надежная работа линий во многом зависит от применяемых транспортных средств. В среднем масса межоперационного транспорта составляет 25 — 45% общей массы линии и примерно столько же процентов ее стоимости. Поэтому значение транспорта в автоматических линиях весьма велико.

Для повышения эффективности и качества транспорта необходимо решать вопросы, связанные с конструированием, унификацией, агрегатированием, эксплуатацией и ремонтом.

1.2 История развития подъемно-транспортных машин

Исторически подъемно - транспортная техника развивалась в соответствии с потребностями общества при возведении храмов, организации поливного земледелия, ведении торговли, где требовалась транспортировка большого количества грузов.

Врукописях, написанных более 2000 лет до н.э. описываются вороты и рычажные подъемники воды из колодцев.

Древние строители Египта более 3500 лет назад транспортировали на кораблях и перемешали по земле с помощью катков и рычагов каменные глыбы массой до 360 тонн; в 22 веке до н. э. построили пирамиду Хеопса высотой 147 метров, использовав 2.5 млн. каменных блоков массой от 2 до 90 тонн.

Развитие торговли и мореходства в XI-ХV веках способствовало прогрессу подъемно - транспортной техники.

Почти вес элементы грузоподъемных машин: механизмы с зубчатыми и червячными передачами; подъемные краны с противовесами; краны на катках описаны

втрудах Леонардо да Винчи (ХV век).

Вистории отечественной техники есть много примеров смелых и оригинальных технических решении в области подъема и перемещения тяжелых грузов.

1677 год - подъем колокола 130 тонн на башню Московского Кремля; 1769 - 1770 годы - транспортировка и установка цокольного камня памятни-

ка Петру I в Петербурге массой 1000 тонн;

1768 год - русский механик К.Д.Фролов построил машину для подъема руды на Змеиногорском руднике Алтая.

1828 - 1830 годы - установлены 46 колонн Исаакиевского собора массой 100 тонн каждая.

4

1832 год - перед Зимним дворцом установлена Александровская колонна массой 600 тонн.

В1860 году в мире появился первый кран с паровым двигателем, в 80 - х годах XIX века - с электрическим, в 1895 году - с двигателем внутреннего сгорания.

Практическое изготовление подъемно - транспортных машин механиками - самоучками К.Д.Фроловым. Е.Г.Кузнецовым, обобщение опыта создания машин учеными И.А.Вышнеградским, М.Н.Петровым, Л.Г.Кифером, И.И.Абрамовичем позволили получить теоретические предпосылки и практические разработки отечественного подъемно - транспортного оборудования.

История возникновения и развития машин непрерывного транспорта еще недостаточно подробно изучена. Из отдельных отрывочных данных следует, что прототипы отдельных машин непрерывного транспорта были известны еще во времена глубокой древности.

Появились они впервые в области водоснабжения, строительства укреплений

игорного дела.

Вдревнем Египте и в Китае применялись водоподъемные устройства, являющиеся прототипом современного ковшового элеватора. В качестве водоподъемных устройств были известны также цепные скребковые машины (прототипы скребковых конвейеров) и Архимедов винт (прототип винтового конвейера). Позднее (XV— XVI вв.) деревянные винтовые конвейеры начали применяться на мукомольных предприятиях;

ВРоссии использование машин непрерывного транспорта известно с XVIII в. В 1764 г. русский механик Е. Г. Кузнецов соорудил на руднике около Нижнего Тагила многоковшовый водоподъемник, использовавшийся впоследствии для подъема руды и земли.

В1788 г. механик и гидротехник К.Д. Фролов на Змеиногорском руднике на Алтае закончил сооружение грандиозной комплексной установки для подъема руды. Основой этой установки были рудоподъемники непрерывного действия — ковшовые элеваторы, поднимавшие руду на 45—68 м, с производительностью до 10 т/час.

В1860 г. русский изобретатель А. Лопатин предложил и осуществил на Сибирских золотых приисках систему ленточных конвейеров («песковозов») для транспорта песка и гальки. В качестве ленты был первоначально применен холст, затем кожа и листовая сталь. В 1873 г. Российский департамент торговли и мануфактур выдал Михаилу Коузову привилегию (заявочное свидетельство) на золотопромывательную машину. В составе этой машины, которая была осуществлена на промыслах Верхне-Амурской компании, имелись три пластинчатых конвейера: песковый, галечный и добычный. Конвейеры приводились в движение от парового двигателя. Имеется еще целый ряд примеров применения в России первых весьма оригинальных машин непрерывного транспорта, однако, все эти смелые попытки отдельных русских изобретателей-самоучек не получили широкого распространения. В подавляющем большинстве тяжелые и трудоемкие работы в России выполнялись дешевым ручным трудом.

Только после Великой Октябрьской социалистической революции механизация транспорта начинает развиваться быстрыми темпами.

5

В1928 г. в Москве была создана проектно-конструкторская и монтажная организация — Транстехконтора с отделениями в Ленинграде и Харькове, которая занималась проектированием и монтажом комплексных установок механизации транспорта.

В1930 г. на базе группы сотрудников Транстехконторы был создан отраслевой научно-исследовательский институт подъемно-транспортных машин, реорганизованный впоследствии во Всесоюзный научно-исследовательский институт подъ- емно-транспортного машиностроения — ВНИИПТМАШ. В настоящее время ВНИИПТМАШ вырос в крупную специализированную организацию с центральным конструкторским бюро, экспериментальным заводом и специализированными научноисследовательскими лабораториями по всем видам подъемно-транспортных машин,

втом числе и по машинам непрерывного транспорта.

Научная теория машин непрерывного транспорта создана проф. П. С. Козьминым (Ленинградский политехнический институт им. Калинина) и чл. корр. АН

СССР проф. А. О. Спиваковским (Московский горный институт им. Сталина). Значительный вклад в развитие машин непрерывного транспорта внесли также проф. К. В. Алферов и коллективы сотрудников ВНИИПТМАШ, Союзпроммеханизаиии, кафедр подъемно-транспортных машин и рудничного транспорта высших учебных заведений.

Основой системы массового поточного производства в начале ХХ в. стал сборочный конвейер, создателем которого принято считать американского промышленника, одного из основателей автомобильной промышленности США Генри Фор-

да (1863–1947 гг.).

Сегодня любое промышленное производство оснащено средствами механизированного межоперационного транспорта. Сборочные конвейеры составляют базу современного металлургического производства и машиностроения, обеспечивая согласованное и взаимосвязанное выполнение рабочих процессов, устанавливая стабильный ритм работы предприятий.

1.3 Классификация и основные виды транспортирующих машин

Все многообразие подъемно - транспортных машин можно разделить на основные виды:

грузоподъемные машины - машины периодического действия (грузоподъемные краны всех типов, лифты, средства напольного транспорта(тележки, тягачи, погрузчики), подвесные рельсовые и канатные дороги периодического действия, скреперы и др. подобные машины); Машины периодического действия, характеризуются периодической подачей

грузов, перемещением грузов отдельными порциями, обусловленными грузоподъемностью машины. При этом загрузка и разгрузка производятся при остановке машины и лишь иногда машина разгружается на ходу, во время перемещения груза.

Цикл работы машины периодического действия состоит из остановки для захвата (подъема) груза, движения с грузом, остановки для освобождения от груза и обратного движения без груза, т. е. из попеременно возвратных движений с остановками.

6

транспортирующие машины - машины непрерывного действия (конвейеры различных типов, устройства пневматического и гидравлического транспорта);

Машины непрерывного действия характеризуются непрерывным перемещением насыпных или штучных грузов по заданной трассе без остановок для загрузки и разгрузки. Такие важные свойства, как непрерывность перемещения груза, отсутствие остановок для загрузки и разгрузки, совмещение рабочего и холостого движений рабочих элементов, обусловили машинам непрерывного транспорта высокую производительность, что очень важно для современных предприятий с большими грузопотоками.

Например, современный ленточный конвейер на открытых разработках угля может транспортировать до 20 000 т/ч вскрышной породы, обеспечивая загрузку шести железнодорожных вагонов в 1 мин.

вспомогательные механизмы и устройства - бункеры, пересыпные лотки, до-

заторы, затворы, питатели, механизмы подъема и опускания подопочных плит и щитков, отсекатели, толкатели, сталкивателн, заливочные площадки, устройства транспортирования грузов для нагружения форм перед заливкой и т. д.

Всвязи с более широким внедрением в ЛАЛ новых методов транспортирования материалов, грузов, жидких металлов, основанных на пневмодинамических, электромагнитных и других явлениях, возрастает роль таких устройств, как пневмонасосы, магнитные и индукционные насосы, магнитные шкивы, барабаны, задерживающие и фиксирующие устройства.

1.3.1Классификация грузоподъемных машин (ГПМ). Конструктивные осо-

бенности.

Существует много типов грузоподъемных машин, конструкции которых зависят от вида груза, условии применения и степени сложности. В их состав входят не-

сколько рабочих механизмов: подъема груза, передвижения и поворота крана, из-

менения вылета крюка. Обязательным механизмом ГПМ является механизм подъема груза. Рис. 1.2.

Основные классы ГПМ:

Подъемные механизмы:

- домкраты; тали; лебедки.

Краны:

- кран на тракторе; -автомобильные краны;

-башенные краны;

-мостовые краны;

-мостовые краны - штабелеры;

-промышленные шарнирно-балансирные краны манипуляторы;

Подъемники для непрерывного транспортирования людей и грузов.

Манипуляторы и роботы, автономные или управляемые механизмы.

Конфигурация обслуживаемой площади ГПМ:

- подъемные механизмы, подъемники - определенная точка рабочей площади.

7

-тележки, тали - рабочая площадь в виде прямолинейной или криволинейной полосы.

-стационарные поворотные краны - рабочая площадь в виде узкого кольца.

-стреловые краны, манипуляторы - рабочая площадь в виде широкого кольца или сектора.

-краны мостового типа, кабельные, краны - штабелеры, манипуляторы - рабочая площадь в виде прямоугольника.

-погрузчики, манипуляторы, самоходные краны - рабочая площадь произвольной конфигурации.

Применение ГПМ:

Домкраты винтовые, рычажно-реечные, зубчато-реечные гидравлические

применяются при ремонтных и монтажных работах. Грузоподъемность - 2...20 тонн, высота подъема 0,8... 1,0м, КПД - 0,3-0.4.

Полиспасты набор блоков, применяются для монтажных работ в сочетании с лебедками, а также во всех подъемных кранах.

Ручные лебедки применяются в качестве вспомогательного оборудования при ремонте кранов, для перемещения грузов в горизонтальной плоскости. Наибольшее тяговое усилие в канате ручных однобарабанных лебедок 5O кН при канатоемкости барабана не менее 75 м.

Стационарные настенные и консольные передвижные мостовые краны - для обслуживания вблизи подкрановых путей или в сочетании с лебедками как вспомогательное оборудование при выполнении монтажных работ:

Передвижные электротали для ремонто-монтажных и погрузочноразгрузочных работ. Грузоподъемность 0.25... 16 тонн, скорость подъема 0.063...0.25 м/с.

Стационарные стреловые поворотные краны - в цехах машиностроительных предприятии для выполнения различных вспомогательных подъемно-транспортных работ.

Грузоподъемность - в пределах 0.125...3,2 тонн.

Консольные передвижные мостовые краны - для обслуживания производ-

ственного оборудования, расположенного вблизи подкрановых путей. Грузоподъемность - 2... 10 тонн, вылет 4... 10 м.

Передвижные электроташ - при ремонтно-монтажных и погрузочноразгрузочных работах.

Грузоподъемность - 0.25 ... 16 тонн, скорость подъема -0.063...0,25 м/с. Стационарные - тали (ручные и элсктро).

Краны на тракторе - для выполнения погрузочно-разгрузочных работ, при монтаже строительных конструкций и технологического оборудования, а также на специальных работах в условиях бездорожья (укладка труб в траншеи, установка опор линий связи и т.д.).

Автомобильные краны применяются на массовых погрузочно-разгрузочных работах со штучными грузами при монтаже конструкций и технологического оборудования.

8

Грузоподъемность таких кранов общего назначения - 16 тонн (КС -6471 с гидравлическим приводом механизмов на специальном автомобильном шасси, грузоподъемность - 40 тонн).

Башенные краны) применяются в промышленном и гражданском строитель-

стве Грузоподъемность: при наибольшем вылете стрелы до 16 тонн; при наименьшем - 50 тонн.

Козловые краны применяются на строительных и монтажных работах. Грузоподъемность кранов общего назначения с тележками н двухстоечными

опорами - до 32 тонн; монтажных безконсольных - до 65 тонн. При строительстве гидро- и атомных электростанций - 200 тонн и более; монтажные краны при строительстве судов - 600 тонн).

Мостовые краны с верхней тележкой общего назначения

Грузоподъемность - 5...300 тонн. При строительстве электростанций -500 тонн).

Мостовые краны, штабелеры применяются на складах с многоярусным хранением грузов, где они работают в автоматическом режиме.

Грузоподъемность - 0,5... 12,5 тонн.

Промышленные шарнирно-балансирные краны-манипуляторы применяются в механосборочном, литейном, кузнечном производстве при выполнении технологических операции и погрузочно-разгрузочных работ.

Манипулятор имеет ручное кнопочное управление. Грузоподъемность - 3 тонны.

Для выполнения различных технологических операций, механизации складских работ применяют специальные мостовые краны. Мостовой кран с вращающейся тележкой и управляемыми клешами грузоподъемностью 50 тонн предназначен для транспортировки и складирования длинномерных грузов - проката, в том числе и при высокой температуре (до 900 °С).

Сталеплавильные цехи для разливки стали из ковшей оборудованы литейными кранами большой грузоподъемности (450 и 630 тонн) с двумя тележками

Широкое применение получают краны с жестким подвесом и управляемым ориентируемым захватом - краны манипуляторы. Они имеют ту особенность, что наведение, захват и снятие груза осуществляется автоматически без участия рабочих. На базе этих кранов возможна дальнейшая их автоматизация.

1.3.2 Классификация и основные виды транспортирующих машин Классификация транспортирующих машин непрерывного действия представ-

лена на рис. 1.2.

Транспортирующие машины имеют конструктивные особенности и различа-

ются:

по способу передачи перемещаемому грузу движущей силы:

-действующие при помощи механического привода;

-самотечные устройства, в которых груз перемещается под действием собственной силы тяжести;

9

-устройства пневматического и гидравлического транспорта, в которых движущей силой является поток воздуха или струя воды.

по характеру приложения движущей силы и конструкции:

-с тяговым элементом (лентой, цепью, канатом);

-без тягового элемента;

по роду перемещаемых грузов:

-для насыпных и для штучных грузов;

по направлению и трассе перемещения грузов:

-вертикально замкнутые, которые располагаются в вертикальной плоскости

иперемещают грузы по трассе, состоящей из одного или нескольких прямолинейных отрезков;

-горизонтально замкнутые, которые располагаются в одной горизонтальной плоскости на одном горизонтальном уровне по замкнутой трассе;

-пространственные, которые располагаются в пространстве и перемещают грузы по сложной пространственной трассе с горизонтальными, наклонными и вертикальными участками.

Схемы трасс перемещения грузов транспортирующими машинами представлены на рис. 1.1.

Рис. 1.1 - Схемы трасс перемещения грузов транспортирующими машинами:

а– вертикально замкнутая; б – горизонтально замкнутая; в – пространственная.

по характеру движения грузонесущего (рабочего) элемента различают:

-конвейеры с непрерывным движением;

- с периодическим (пульсирующим) движением (поступательное, возвратнопоступательное, вращательное, колебательное).

по назначению и положению на производственной площадке различают кон-

вейеры:

-стационарные;

10