Анализ работоспособности мостового крана 20т ОАО "ММК" по критериям надежности

Условно назовем зубчатую передачу 4-7 быстроходной ступенью и  зубчатую передачу 8-10 тихоходной ступенью редуктора. Крутящий момент передается: с вала электродвигателя на быстроходную ступень 4-7, далее на промежуточном валу на участке 7-8 на тихоходную ступень 8-10, далее на муфту 12 и на вал подъемного барабана 14.

При выборе кинематической схемы отдаем предпочтение схеме, в  которой двигатель соединен  с  редуктором при помощи  зубчатой муфты с промежуточным валом; роль тормозного шкива выполняет одна из полумуфт; отсутствуют открытые зубчатые передачи; концы быстроходного и тихоходного валов редуктора выходят в одну сторону.

2.2. Расчеты для выбора оборудования

2.2.1.Выбор крановой  подвески

Исходя из заданной грузоподъемности крана и режима работы выбираем подвеску с четырьмя блоками (рис. 2.2) [10,П1,стр.276].

Рисунок 2.2 - Крановая крюковая подвеска

Подвеска имеет параметры: т; режим работы Т; ; ; ; ; ; ; .

2.2.2. Выбор каната

Вес номинального груза  и крюковой подвески равен [10, стр. 23]:

=(20*10³+627)*9,8 = 202144,6 Н

где m_гр- масса груза,

   m_п- масса подвески.

Для полиспаста с и_п = 4 имеются значения к.п.д. полиспаста η_п=0,96; число ветвей наматываемых на барабан Z_кб=2. Направляющие блоки в схеме отсутствуют, поэтому η_{н бл}=1. 

Максимальное статическое  усилие S_max в канате определяем по формуле [10, стр. 24]:

  = 202144,6 /(2*4*0,96*1) = 26320,9 Н

где G – вес крюковой подвески и номинального груза;

Z_кб – число ветвей каната, навиваемых на барабан;

u_п – кратность полиспаста;

η_п – к.п.д. полиспаста;

η_{н бл} – к.п.д. направляющих блоков.

Выбираем тип каната ЛК – РО конструкции 6×19(1+6+6/6) + 1о.с. ГОСТ 2668 -80(см. рисунок 2.3) [14,П.2.1, стр281]

 

Рисунок 2.3 - Канат двойной свивки типа ЛК – РО конструкции 6×19(1+6+6/6) + 1о.с. ГОСТ 2668 -80

k_зап = 6,0 для тяжелого режима.

Проверяем условие –  произведение максимального статического усилия в канате на коэффициент запаса прочности не должно превышать разрывного усилия каната в целом, указанного в  таблице ГОСТа [10, стр. 24]:

S_max * k_зап ≤ S_разр  

S_max * k_зап = 26320,9*6,0=157925 Н

Выбираем канат с  параметрами:

d_к = 16,5 мм; S_разр = 166 кН; F_к =104,61 мм²; маркировочная группа 1025 МПа.

Проверяем условие [10, стр. 24]:

D_бл≥ d_к*e

d_к*e=16,5*35 = 577,5 мм.

где е – коэффициент, регламентируемый нормами Ростехнадзора и зависящий от типа машины и режима работы (e = 35 для тяжелого режима).

D_бл=D_{бл о} + d_к = 610 + 16,5 = 516,5 мм

626,5>577,5 => условие проверки выполняется.

2.2.3. Основные размеры установки блоков

Определим основные размеры блоков [10, стр. 24]:

2.2.4. Определение основных размеров сборочной единицы «Установка барабана»

На рисунке 2.4 показана схема установки барабана [10, стр. 24]:

Диаметр барабана найдем из соотношения [10, стр.25]:  D_б= 0,85*d_к*e = 0,85*16.5 * 35= 490,9  мм

Рисунок 2.4 Схема установки барабана

Примем диаметр барабана  500  мм.

Диаметр барабана по дну канавки [10, стр. 29]:

D_{б 0} = D_б –d_к = 500 – 16,5 = 483,5 мм

Рабочая длина каната L_кр [10, стр. 29]:

L_кр=Н*u_п = 16 * 4 = 64 м

где Н – высота подъема груза;

      u_п - кратность полиспаста.

Число рабочих витков [10, стр. 29]:

z_p = L_кр /(π* D_б) = 64/(3,14*0,5) = 40,7

Шаг нарезки [10, стр. 29]:

t=(1,1…1,23)* d_к  = (1,1…1,23)*16,5 = 18,5…20,3 мм

Принимая Z_непр =1,5 и Z_кр =4, а также t=32 мм, находим длину одного нарезанного участка [10, стр. 29]:

l_н =t*( z_p + Z_непр + Z_кр ) = 20*(26+1,5+4) = 630 мм

где Z_непр – число неприкосновенных витков;

       Z_кр – число витков для крепления конца каната.

Длина гладкого концевого  участка [1, стр. 29]:

l_k =(4…5)* d_к = (4…5)*16,5 = 66…82,5 мм

Принимаем l_k =70 мм

Длина гладкого среднего участка l_гл [10, стр. 29]:

В_нар ≤ l_гл ≤ В_нар +2h^minδ tg 6º,

Где - минимальное допускаемое расстояние между осью блоков крюковой подвески и осью барабана ( );

190 ≤ l_гл ≤ 505,3;

Примем l_гл =300 мм.

Длина барабана L_б [10, стр. 29]:

L_б =2 l_н + l_гл +2 l_k = 2 630 + 300 + 2 70 = 1700 м.

Отношение L_б/D_б =3,6 -  что вполне приемлемо, и положительно отразится на устойчивости цилиндрической стенки.

Определяем размеры  установки барабана [10, стр. 30]:

D_max= D_б = 500=781…923 мм. Примем D_max = 600 мм;

2.2.5. Выбор двигателя

Предварительное значение КПД механизма примем η_пр =0,85.

Максимальная статическая  мощность, которую должен иметь механизм в период установившегося движения при подъеме номинального груза [10, стр. 30]:

N_{ст max} =G*v/η_пр = 202 * 0,18 / 0,85 = 42,8 кВт

Для кранов общего назначения мощность двигателя составит

N = (0,7…0,8) N_{ст. мах} = (0,7…0,8) 42,8 = 29,9…34,24 кВт

Выбираем электродвигатель МТF 412-8 (рис.2.5) с параметрами: N=30 кВт,

ПВ = 15%, n=705 об/мин, m_дв=345 кг; d_вала=70 мм [14,П2.4,стр. 219].

 

 

Рисунок 2.5 – Электродвигатель МТF 412-8

 

 

 

Таблица 2.1 – Размеры электродвигателя, мм

L	L1	Lб	l	B1	B3	B4	C	C2	d	d4	H	h
Размеры, мм
925,5	480	368,5	140	440	90	198	165	210	65	28	527	225

 

2.2.6. Выбор передачи

Частота вращения барабана равна [10, стр. 238,1]:

= 0,183*4*60 / 3,14*0,5 = 27,9 об/мин

где v –скорость подъема груза.

Требуемое передаточное число редуктора [10, стр. 238,1]:

U_ред  = n_дв /n_б = 570/27,9= 20,4

Определим расчетный  эквивалентный момент на тихоходном валу редуктора.     Принимаем  класс нагружения механизма В2.Класс  использования А6. Находим значение коэффициента  нагружения k=0,25.Значение k_Q=

Машинное время работы  механизма t_маш=25000 ч.

Частота вращения тихоходного  вала редуктора равна частоте  вращения барабана:

n_T=n_б=20,4.

Число циклов нагружения на тихоходном валу редуктора  [10, стр. 32]:

Z_T=60n_T t_маш=60*20,4*25000=30,6*10⁶.

Передаточное число  тихоходной ступени редуктора предполагаем близким к среднему значению u_T=5.Определим z_p- суммарной число циклов контактных напряжений зуба шестерни тихоходной ступени редуктора.  z_p=z_T*u_T=30,6*10⁶*5=153*10⁶.

z₀ - базовое число циклов контактных напряжений, для типажных редукторов 

z₀ =125*10⁶.

Коэффициент срока службы равен [10, стр. 238,1]:

Коэффициент долговечности[10, стр. 238,2]::    k_Д=k_Q*k_t=0,63*1,07=0,673.

Принимаем k_д=0,5.

Значение к.п.д. опор барабана и открытой передачи   примем     равными:   Ƞ= 0,99;

Расчетный крутящий момент на тихоходном валу редуктора при  подъеме

номинального груза  в период установившегося движения [10, стр. 238,2]:

Н*м.

Эквивалентный момент равен [1, стр. 238,2]:

Т_р.э.= k_Д*Т_р=0,5*23928,09=11964,04Н*м.

Допускаемая угловая скорость вала редуктора [10, стр. 238,2]:

Номинальный момент двигателя на быстроходном валу [10, стр. 238,2]:

Выбираем редуктор 1Ц2У-160 (рис. 2.6) с параметрами Т = 1000 Нм, передаточное число u=20 [14,П3.3, стр.226].

Рисунок 2.6 - Редуктор 1Ц2У – 160.

Таблица 2.2 – Размеры редуктора 1Ц2У – 160, мм [14,П3.4, стр.227].

 

Типоразмер: 1Ц2У – 160						Масса: 95 кг
Размеры, мм
awб	awт	L	L1	l	l1		l2	l3	H	H1	h	A	A1	B	d2
100	160	560	475	200	136		170	224	365	170	28	425	140	212	24

 

Рисунок 2.7 - Присоединительные размеры валов редуктора 1Ц2У – 160  [14,П3.3, стр.228].

Таблица 2.3 – Размеры редуктора 1Ц2У – 160, мм  [14,П3.5, стр.228]

Быстроходный вал							Тихоходный вал
d	d1	d1	l4	l5	b	t	d	d1	d1	l4	l5	b	t
25	М18х1,5	25	60	42	5	13,45	55	М36х3	55	110	82	14	28,5

 

Разница между  и равно [10,стр.32,1].:

;

 что допустимо.

Проверим выполнение условия  [10,стр.31,2]. Номинальный крутящий момент на тихоходном валу редуктора Н м. Условие выполняется. Следовательно, редуктор 1Ц2У-160 соответствует требованиям прочности, и кинематики механизма.

Определим фактическую  скорость подъема груза и фактический к.п.д.

Передаточное число  механизма равно [10,стр.239,1].:

Угловая скорость вала двигателя  равна [10,стр.239,1].:

рад/с.

Скорость подъема фактическая [10,стр.232,1].:

м/с;

.

Данная скорость отличается от заданной на 2,1 % что допустимо [10,стр.32,1].:. К.п.д. муфты на быстроходном валу примем равным .

К.п.д. всего механизма [10,стр.239,2].:

.

Данное значение мало отличается от значения , принятого выше. Поэтому перерасчет мощности не делаем.

 

2.2.7. Выбор муфты

Для соединения валов  двигателя и редуктора выбираем тип муфты – зубчатую с промежуточным  валом. Такая муфта хорошо компенсирует возможные неточности монтажа и может передавать большие крутящие моменты.

 

 

Таблица 2.4 – Размеры зубчатой муфты, мм [14,П3.6, стр.229]

Размеры, мм
b	d	d1	L	K	B	Зацепление
						m	z
20	72	95	48	19	38	4	40