Поъемно-транспортные машины

КАФЕДРА МАШИН МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА И

ПРИКЛАДНОЙ МЕХАНИКИ

Дисциплина

"ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНЫЕ МАШИНЫ"

КУРС ЛЕКЦИЙ

В.Н.Ульяницкий

Для студентов специальности "Металлургическое оборудование"

Обсяг видання – 90 с.

Алчевск

ДонГТУ

2007

ВВЕДЕНИЕ

Наиболее эффективным и доступным средством механизации являются подъемнотранспортные машины. Даже самые Простые подъемные и транспортирующие механизмы могут значительно облегчить погрузочно-разгрузочные и транспортные процессы, требующие применения тяжелого физического труда.

Особенно эффективно применение подъемно-транспортных машин для комплексной механизации производства, когда механизируются и связываются воедино все смежные технологические процессы, когда исключаются какие-либо разрывы в звеньях, обеспечниающих механизацию данного производства.

Как и в других областях машиностроения, в области постройки подъемнотранспортныл машин наша отечественная техника добилась выдающихся успехов. Мы строим уникальные мощные краны, создаем совершенно новые типы грузоподъемных и транспортирующих машин.

Особенно большое значение механический транспорт имеет для металлургических предприятий, нуждающихся в своевременной доставке и вывозе огромного количества различных грузов — сырья, топлива, вспомогательных материалов, полуфабрикатов, готовой продукции, отходов.

Так, современный металлургический завод, производящий 5—6 млн. т стали, только потребляет около 30—35 млн. т сырья и различных материалов.

Одна лишь доменная печь объемом в 2000 м3 требует доставки к ней в сутки около 8800 т сырья и транспортировки от нее около 5800 т различных грузов (из них 3500 т чугуна). Следовательно, общий вес грузов, отнесенных к одной печн, достигает 14600 т в сутки.

Если учесть весь поток транспортируемых в доменном цехе грузов и прибавить к нему сырье и материалы, получаемые сталеплавильными и другими цехами, и дальнейшее транспортирование выплавленной стали в прокатные цехи, а оттуда—потребителям, то суточный межцеховой грузооборот завода составит 150000—200000 т, а внутрицеховой — в 2—3 рада больше.

Краны и транспортирущие машины, изготовленные на Украине, отличаются унификацией, блочностью и взаимозаменяемостью узлов. При изготовлении кранов и транспортирующих машин применяется передовая технология: автоматическая сварка, поверхностная закалка деталей, различные способы уплотнения рабочих поверхностей, легкие сплавы, новые материалы и др.

1

ЛЕКЦИЯ I

НАЗНАЧЕНИЕ И РОЛЬ ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН В ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССАХ (МЕХАНИЗАЦИЯ, АВТОМАТИЗАЦИЯ И ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ.)

Классификация

В собирательное понятие подъемно-транспортного оборудования входят разнообразные машины, установки и устройства, объединяемые тремя основными группами:

1.Грузоподъемные машины, установки и устройства циклического действия с возвратно-поступательным движением грузонесущего или грузозахватного органа. (краны, лебедки, тали, домкраты).

Назначение – выполнение операций подъема и опускания грузов с перемещением его в горизонтальной плоскости.

2.Транспортирующие машины, установки и устройства непрерывного действия

(транспортеры).

Производительность их в отличие от производительности грузоподъемных машин не зависит от расстояния доставки груза.

3. Наземный и надземный, рельсовый и безрельсовый транспорт ближнего действия (Подъемники, кары и т.п.)

Вагоноопрокидыватели.

Погрузочные, выгрузочные и штабелевочные машины. Вспомогательные устройства.

ГРУЗОПОДЪЕМНЫЕ МАШИНЫ, УСТАНОВКИ, УСТРОЙСТВА

Классификация

1.По конструктивным признакам: а) простые машины и механизмы; б) подъемные краны; в) подъемники.

2.По типу применяемого привода: а) с ручным приводом; б) с электрическим приводом;

в) с приводом от двигателя внутреннего сгорания; г) с дизель-электрическим приводом; д) с гидравлическим приводом; е) с пневматическим приводом.

Достоинства и недостатки приводов

1. Электрический привод Достоинства:

-возможность установки многодвигательного привода;

-удобство управления отдельными механизмами;

-возможность дистанционного управления и автоматизации;

-высокая экономность;

-независимость от температурных и атмосферных условий;

-постоянная готовность к работе и чистота рабочих мест. Недостаток:

2

-зависимость от внешнего источника энергии.

2.Привод от двигателей внутреннего сгорания: Достоинства:

-независимость от внешнего источника питания (автономность); Недостатки:

-невозможность реверсирования и отсутствие перегрузочной способности;

-необходимость в коробке передач для изменения крутящего момента и для реверсирования;

-зависимость от температурных условий;

-сравнительно малый срок службы.

3.Гидравлический привод.

Достоинства:

-возможность изменения скоростей без применения передач;

-большая надежность;

-широкий диапазон регулирования;

-плавность работы;

-возможность работы при больших усилиях. Недостатки:

-установка (помимо двигателя) насоса и рабочих цилиндров высокой точности изготовления;

-применение специальных жидкостей при низких температурах;

-снижение к.п.д. при длинных трубопроводах.

4.Пневматический привод.

Достоинства те же, что у гидравлического. Недостаток:

- низкий к.п.д. из-за падения давления сжатого воздуха и его утечками. К группе простых машин и механизмов относятся:

а) Домкраты – винтовые, реечные и гидравлические (Ограниченная высота подъема груза); б) Пневматические подъемники;

в) Тали – ручные и электрические, стационарные и передвижные (подъем грузов сравнительно малого веса и небольшую высоту); г) Лебедки – ручные и электрические (подъем или перемещение груза и работа в составе сложных подъемных машин);

д) Шпилевые лебедки – ручные и электрические (перемещение грузов горизонтальной и вертикальной плоскости).

Группы подъемных кранов

1.Краны общего назначения а) Мостовые краны: однобалочные (кран-балка) и двухбалочные;

б) Поворотные краны: стационарные краны на колонке (без верхней внешней опоры); стационарные краны с верхней внешней опорой; в) Козловые краны; г) Велосипедные краны; д) Консольные краны;

е) Стреловые краны железнодорожные, гусеничные и автомобильные; ж) Монорельсовые краны.

2.Специальные краны

а) Портальные краны (портальный, полупортальный, откосный, передвигающийся по порталу и т.д.); б) Плавучие краны (однокорпусные и катамаранные);

3

в) Строительные башенные краны; г) Мачтово-стреловые краны;

д) Судостроительные краны стапельные и достроечные; е) Мостовые перегружатели; з) Кабельные краны.

3.Подъемники

а) Клетевые (лифты), пассажирские и грузовые; б) Скиповые; в) Стоечные строительные.

Основные элементы сложных грузоподъемных машин

Всякая сложная грузоподъемная машина состоит из следующих механизмов:

1.Механизма подъема груза;

2.Механизмов горизонтального поступательного движения машины и грузов (крана и тележки крана);

3.Механизма вращения поворотной части машины относительно вертикальной оси;

4.Механизма изменения вылета стрелы (расстояния по горизонтали от оси вращения до точки подвеса груза).

Количество тех или иных механизмов, входящих в конструкцию грузоподъемного механизма диктуется условиями работы крана.

Назначение отдельных механизмов

Технические характеристики грузоподъемных машин, их соответствие ГОСТ(у)

Грузоподъемные механизмы характеризуются рядом параметров, обусловленных ГОСТ(ом)

1.Грузоподъемность – масса (т) номинального (максимального) рабочего груза, подъем которого обеспечивается машиной. Сюда же входит вес подвески и прочих

вспомогательных приспособлений (захватов, траверс, магнитов и т.п.)

Величина грузоподъемности назначается соответственно ГОСТ(ом) 1575-75. Ряд грузоподъемностей в тоннах для всех грузоподъемных машин прерывного действия (кроме пассажирских лифтов).

	-		-		-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
	0,1		-		-	-	-	0,2	-	0,25	-	0,32	-	0,4	-
	1		1,25		-	1,6	-	2	-	2,5	-	3,2	-	4	-
	10		12,5		-	16	-	20	-	25	-	32	-	40	-
	100		125		140	160	180	200	225	250	280	320	360	400	450
	1000		-		-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
0,05			-		-	-	-	-
0,5			-		0,63	-	0,8	-
5			-		6,3	-	8	-
50			-		63	-	80	-
500			560		630	710	800	900
-			-		-	-	-	-

4

Скорость движения механизмов

Могут приобретать самые различные значения и диктуются характером выполняемой работы и условиями безопасности работы. ГОСТ (ами) 6711-53, 3332-54, 7464-55 регламентируются скорости различных механизмов грузоподъемных машин.

Скорость подъема груза:

Vгр ≤ 0,4 ÷30м/ мин;

Скорость моста крана:

Vкр ≤10 ÷160м/ мин;

Скорость тележек кранов:

Vтел ≤10 ÷50м/ мин

ЛЕКЦИЯ 2

РЕЖИМЫ РАБОТЫ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН

Грузоподъемные машины работают в режиме повторно-кратковременных нагрузок, при котором характерно возвратно-поступательное движение механизмов с грузом. Например: Механизм подъема – чередование подъема и опускания груза.

Механизмы передвижения и поворота – движение переменно в одну и другую сторону

и т.п.

Периоды работы механизмов сменяются периодами пауз, когда двигатель механизма не включен и механизм не работает или затормаживается.

Время работы механизма в свою очередь состоит из периодов неустановившегося движения (пуск, торможение) и периода работы с постоянной скоростью – установившегося движения.

Т.О., полный цикл работы механизма складывается из сумм времени пуска ∑tn ; времени установившегося движения ∑t y ; времени торможения ∑tT ; времени пауз ∑t0 ;

tц = ∑tn + ∑tц + ∑tT + ∑t0 ,

а отношение времени работы t p = ∑tn + ∑tц ; к времени пауз ∑t0 называется относительной продолжительностью включения механизма:

ПВ = t p 100%; tц

Коэффициент использования механизма в течении суток

Кс = число часов работы в сутки

24

Коэффициент использования механизма в течении года

Кг = число дней работы в году

365

Суммарное время работы механизма Т

вчасах за срок службы t в годах:

Т= 365 24Кс Кг ПВ100% t;

5

Эти величины характеризуют режимы работы механизмов

Коэффициент использования механизма для грузоподъемности

Кгр = Qcp ; Qном

здесь Qcp - средняя масса поднимаемого груза за смену; Qном - номинальная грузоподъемность.

Существует несколько групп режимов работы механизмов Группа Р – механизмы с ручным приводом. Малые скорости работы, большие

периоды пауз.

Группа Л – механизмы с машинным приводом легкого режима работы. Малые скорости в работе. Большое время пауз в работе. Редкая работа с номинальным грузом. Число включений в час до 60.

ПВ=15%; Кс =0,33; Кг =0,25; Кгр =0,5

(Ремонтные краны, краны машинных залов, механизмы передвижения башенных и кабельных кранов и другие редко работающие механизмы).

Группа С – механизмы среднего режима работы.

Работа с грузом различной величины, средние скорости работы. Число включений 120

вкл/час.

ПВ=25%; Кс =0,67; Кг =0,5; Кгр =0,75

(Механизмы подъема и передвижения кранов сборочных цехов, кранов ремонтномеханических цехов, механизмы поворота строительных кранов, тали и другие механизмы).

Группа Т – механизмы тяжелого режима работы. Постоянная работа с грузами близкими к номинальному. Высокие скорости работы. Число включений 240 вкл/час.

ПВ=40%; Кс =0,67; Кг =0,75; Кгр =0,75

(механизмы кранов технологических цехов и складов заводов крупносерийного производства, механизмы подъема строительных кранов).

Группа ВТ – механизмы весьма тяжелого режима работы. Постоянная работа с номинальными грузами. Высокие скорости работы. Число включения свыше 240 вклчас.

ПВ=60%; Кс =1; Кг =1; Кгр =1;

(механизмы кранов металлургического цикла – технологических цехов и складов, механизмы подъема и передвижения перегрузочных мостов).

Группа ВТН – механизмы весьма тяжелого режима работы непрерывного действия. Аналогична группа ВТ. НО

ПВ=60 ÷80%; Кс =1; Кг =1; Кгр =1.

(механизмы подъема передвижения моста клещевых кранов, механизмы подъема и замыкания грейфера кранов в крупных портах и железнодорожных узлах).

Общий режим грузоподъемной машины

Для механизмов с различными режимами работы определяется по режиму работы механизма подъема груза.

Режимы работы машин и механизмов определяют запасы прочности, запасы торможения, сроки службы и т.д., что принимается при расчете основных деталей и узлов машины.

6

Общие положения расчета грузоподъемных машин

Расчетные нагрузки

При расчете механизмов необходимо учесть действительно возможные значения и случаи действия нагрузок и определять допускаемые напряжения с учетом конкретных условий работы деталей. Важно при этом учесть характер действия нагрузок на детали механизмов.

Расчет грузоподъемного механизма должен учесть внешние нагрузки для двух состояний механизма – рабочего и нерабочего.

Рабочее состояние крана: 1 случай

На кран действуют нагрузки, соответствующие весу номинального груза и нормальным условиям работы.

Основные расчетные нагрузки:

1.Собственный вес конструкции - Gм

2.Номинальный вес груза - Q

3.Вес подвески и приспособлен. - GП

4.Инерционные нагрузки периода разгона и торможения для нормальных условий.

5.Ветровая нагрузка.

Вэтом случае детали механизмов рассчитываются на выносливость и статическую прочность. Подшипники качения – с учетом принятого срока службы.

Стальные детали – относительно предела текучести σТ Чугунные детали – относительно предела прочности σв

2случай.

1.На кран действуют нагрузки указанные в 1 случае, соответствующие номинальному весу груза.

2.Дополнительные нагрузки и возможные случайные нагрузки;

Максимальные нагрузки рабочего состояния определяются с учетом действия:

1.Собственного веса конструкции - Gм ;

2.Номинального веса груза - Q ;

3.Веса подвески и приспособлений - GП ;

4.Экстренного торможения;

5.Резкого пуска или интенсивного электрического торможения (противотоком);

6.Предельной ветровой нагрузки;

7.Внезапного включения и выключения тока.

Предельные значения этих нагрузок ограничиваются буксованием ходовых колес по рельсам, максимальными значениями тормозных моментов и электрозащитой.

Случайные нагрузки могут возникать при ударах буферов тележек или кранов при наездах на упоры или на соседний кран.

Ударные нагрузки учитываются при расчете деталей буферных устройств.

В данном случае все детали механизмов обычно рассчитываются на статическую прочность с обеспечением запаса прочности относительно механических характеристик материалов. Необходимо при этом иметь ввиду, что наложение динамических нагрузок вследствии упругих колебаний систем механизмов может приобретать численно большее значение, чем при статической нагрузке.

Инерционные параметры упругих систем грузоподъемных механизмов зависят от многих случайных факторов (вес груза, вес перемещаемого состава, амплитуды раскачиваемого груза и т.д.).

7

Усилия в упругих связях кранов зависят не только от внешних нагрузок, имеющих случайный характер, но и от физических свойств и особенностей упругих систем кранов. Особенно существенное влияние на характер силовых процессов оказывает способность колеблющихся систем кранов рассеивать энергию колебаний.

Благодаря этому силовые процессы, возникающие в упругих связях кранов при приложении внешней нагрузки, затухают во времени.

Диссипативные силы и рассеяние энергии колебаний

Любая динамическая система всегда диссипативна – т.к. полная механическая энергия системы (сумма кинетической и потенциальной энергий) при движении системы всегда уменьшается переходя в другие виды энергии (теплоту и т.д.).

По своей природе диссипативные силы механических систем можно разделить на следующие группы:

1. Силы трения, действующие на поверхности стыков и соединений.

Возникают при нагружении относительно неподвижных стыков и соединений деталей благодаря упругому поскальзыванию с трением контактных площадок (прессовые и резьбовые соединения).

Кроме этого, диссипативные силы трения возникают при относительном перемещении контактных поверхностей деталей машин (зубчатые передачи, подшипники и т.п.).

2.Гидродинамические силы вязкого трения, действующие в смазочных пленках. Природа гидродинамических сил связана с межмолекулярными силами в вязких жидкостях.

3.Силы «неупругого сопротивления», действующие непосредственно в

конструкционных материалах.

Современная физика твердого тела связывает силы «неупругого сопротивления» с микродеформацией в нагружаемом материале, обусловленными неоднородностью его структуры (так называемые «дислокации» - смещение атомов, свободные узлы решетки, не занятые атомами и другие дефекты).

4.Силы аэродинамического сопротивления, действующие на машину при ее колебаниях в воздушной среде.

Т.о. диссипативные силы представляют собой внутренние реакции систем при деформации ее элементов под действием внешней нагрузки.

Именно поэтому диссипативные силы всегда ориентированы против направления деформаций (нагрузок).

Такая направленность диссипативных сил обусловливает необратимое расходование энергии колебаний на их преодоление при деформации или относительном перемещении с трением упругих элементов машин.

Итак, при нагружении механизма внешним моментом, работа внешней силы расходуется не только на сообщение деталям механизма упругих деформаций, но и на преодоление диссипативных сил.

Коэффициент диссипации энергии.

В механике и технике принято следующее определение коэффициента диссипации энергии при установившихся колебаниях системы:

ϕ = ∆WW

Здесь: ∆W - часть энергии колебаний системы, перешедшая за один цикл деформации в необратимую форму, или энергия «потерянная» за один цикл деформации.

W - потенциальная энергия системы, отвечающая данной амплитуде колебаний. Основные формулы и примерный порядок расчетов на прочность с учетом несущих

способностей упругих связей кранов

8

Основные условия расчета:

Q ≤ R

где: Q -расчетная нагрузка;

R - несущая способность детали;

Величина несущей способности детали связана с прочностной характеристикой детали и геометрическим фактором следующей зависимостью:

R ≥σ 0 F

где: σ 0 - предельное напряжение в детали;

F - геометрический фактор (поперечное сечение детали).

F ≥ σQ0

Обеспечивает требуемую вероятность неразрушимости детали за срок ее службы. Предельные напряжения в детали связаны с прочностными характеристиками

материала следующими зависимостями:

σ 0 = Rσn T

Здесь: K - коэффициент однородности материала; σT - предел текучести;

n - коэффициент, учитывающий влияние на несущую способность детали, конструктивных, технологических и т.п. факторов (коэффициент запаса прочности). При расчете на ограниченную долговечность

σ0	=	σц		=	σ	−RK	m	M (N	0	)	w
			n			n		M (N )

где σ0 - предельное напряжение в детали;

σ - напряжение в материале детали, при которых обеспечивается заданная неразрушимость ее за срок службы;

n - коэффициент технологичности и т.д.;

σ−RK - предел выносливости при симметричном цикле и среднем базовом числе циклов нагружений M (N0 );

M (N ) расчетное число нагружений детали;

w - коэффициент, учитывающий влияние случайного характера накопления усталостных повреждений в детали и заданной вероятности неразрушимости детали за срок ее службы.

	w =	1 +V 2		(N )	;
		1	+V 2 (N0 )

где V (N ), V (N0 ) - коэффициенты вариации случайного числа нарушений.

n = M1 M 2 M 3 T1 T2 T3 K2

где М1 - коэффициент влияния на несущую способность детали неточностей при пересчете с одной характеристики прочности материала на другую;

М2	- количество испытанных изделий;
М3	- влияние размеров детали на ее несущую способность;

Т1 - коэффициент, учитывающий влияние состояние поверхности детали на ее несущую способность;

Т2 - коэффициент, учитывающий величину остаточных напряжений;

Т3 - коэффициент, учитывающий влияние напряжений при сборке и тугих

посадках;

9