Контейнерный козловой кран

1. Комплексная механизация железнодорожного контейнерного склада

В данном проекте рассмотрена комплексная механизация железнодорожного склада. Высокая степень автоматизации погрузо-разгрузочных работ данного склада стала возможной в связи с тем, что грузы на нем хранятся в крупнотоннажных контейнерах.

Контейнеры представляют собой стандартизованные по внешним и внутренним габаритам и местам расположения захватных приспособлений хранилища для грузов. По углам контейнеров размещены специальные элементы – фитинги, используемые как опоры контейнеров при их штабелировании и как элементы для захвата контейнеров при их перегрузке.

В связи с тем, что крупнотоннажные контейнеры массой брутто 10 т (1Д) и 25 т (1ВВ, 1В) в СНГ, как правило не применяются, при автоматизации железнодорожного склада будем исходить из того, что весь грузооборот на нем происходит в контейнерах массой 32 т (1А) и 20 т (1С).

Так как грузооборот склада тесно связан со временем выполнения погрузочно-разгрузочных операций, то целью автоматизации является уменьшение времени на их проведение и как следствие увеличение грузооборота склада и получения максимальной прибыли от использования складских площадей. Кроме того, целью автоматизации является удаление из зоны погрузочно-разгрузочных работ обслуживающего персонала для предотвращения производственных травм.

В качестве средства автоматизации склада в ходе дипломного проекта был выбран козловой контейнерный кран, целесообразность применения которого обоснована большой площадью склада, что усложняет применение наземных погрузчиков. Кроме того, это позволяет увеличить емкость склада за счет складирования контейнеров в 2 яруса и уменьшения промежутков между контейнерами в связи с отсутствием необходимости оставлять проезды для погрузчиков.

В качестве грузозахватного устройства в кране предложено применить специальное грузозахватное приспособление – спредер. Спредер осуществляет автоматическое сцепление и расцепление с контейнером без участия стропальщика. При опускании спредера на контейнер Т – образные штыри заходят в отверстия фитингов и поворачиваются на 90 градусов, осуществляя сцепление спредера с контейнером. После транспортировки контейнера штыри возвращаются в исходное положение, освобождая контейнер.

Для точного наведения спредера на контейнер зазват выполнен поворотным. Кроме того, предусмотрена возможность работы с несколькими типами контейнеров. При необходимости смены типоразмера контейнера вместо контейнера 1С спредер производит захват рамы для работы с контейнером 1А и производится подключение к этой раме электрических разъемов для работы механизмов поворота штыков.

Козловой контейнерный кран выполнен с двумя консолями грузоподъемность, на которых ограничена контейнерами 1С, что удешевляет конструкцию и в тоже время не сказывается на работе склада, так как под контейнеры 1А остается достаточно складского места между опорами крана. В тоже время опоры крана выполнены таким образом, что контейнеры 1С проходят сквозь них без поворота захвата, что ускоряет проведение погрузочно-разгрузочных работ.

2. Краткое описание проектируемого козлового крана

Проектируемый кран – контейнерный козловой кран, предназначенный для обслуживания железнодорожного контейнерного склада, полностью заполненного грузовыми контейнерами, причем половина из них массой 20т, а другая половина – массой 32т. в течение рабочей смены типоразмер перегружаемых контейнеров изменяется, в среднем, четыре раза в день.

Все элементы металлоконструкции – коробчатого сечения. Пролетное строение состоит из 2-х главных и 2-х концевых балок, опирающихся на 4 опоры, соединенные между собой попарно стяжками. Механизм передвижения крана состоит из балансиров и восьми ходовых тележек, собранных попарно под каждой опорой и имеющих индивидуальный привод.

Грузовая тележка представляет собой сварную раму, установленную на четырех двухребордных приводных колесах и перемещающуюся по мосту крана. На раме тележки козлового крана размещается механизм подъема и механизм передвижения тележки.

Механизм подъема представляет собой двухбарабанную лебедку.

Механизм передвижения грузовой тележки состоит из двух приводов: один привод – на каждую пару ходовых колес.

Расстояние по горизонтали между осями рельсов кранового пути называется – пролетом крана, а расстояние между осями ходовых колес или между осями балансирных тележек – базой крана. Расстояние между продольными осями подтележечных рельсов называется колеей тележки. Пролет проектируемого крана 25000 мм, а база 14000 мм. Колея тележки 13500 мм, а база 2500 мм.

3. Расчет механизма подъема

3.1 Исходные данные

Грузоподъемность, кг

Масса захвата, кг

Скорость подъема, м/с

Кратность полиспаста

Число ходовых колес

Число приводных колес

Группа режима работы 4

3.2 Выбор кинематической схемы механизма и схемы запасовки каната

Кинематическая схема механизма подъема крана представлена на рис. 1.

Рис. 1

Схема запасовки каната представлена на рис. 2.

Рис. 2.

Для данной схемы:

Кратность ;

Число ветвей каната ;

3.3 Выбор каната и определение диаметра барабана

Выбор каната производится на основе выполнения условия:

;

где – коэффициент запаса (для 4 группы режима работы ,), а – максимальное усилие в канате от веса груза. Оно рассчитывается по следующей формуле:

, где:

– вес груза;

– КПД блока.

Таким образом, окончательно: .

Таким образом, .

Выбирается канат ЛК-Р конструкции 6х19 (1+6+6/6)+1 о.с. двойной свивки с органическим сердечником нераскручивающийся (с точечным контактом) по ГОСТ 2688–80.

Исходя из того, что и разрывное усилие меньше, либо равно 335 кН, выбирается диаметр каната . (Маркировка каната «11-Г-I-СС-Н-1862 ГОСТ 2688–80», т.е. грузовой канат, I марка проволоки, маркировочная группа 1862 МПа, вид покрытия проволоки – оцинкованная, сочетание направлений свивки элементов – крестовая, способ свивки каната – нераскручивающийся).

Диаметр барабана определяется из следующего условия:

;

где – диаметр каната, а – коэффициент, зависящий от группы режима работы, .

Таким образом, . По конструктивным соображениям, исходя из нормального ряда диаметров барабанов, выбирается .

3.4 Определение длины барабана и частоты его вращения

Сдвоенный барабан с шагом нарезки: .

Окончательно выбирается .

Длина барабана рассчитывается по формуле

где:

– длина участка барабана под крепление каната;

– 1,5 неприкосновенных витка;

– ненарезанная часть;

– рабочая часть.

Длина ненарезанной части барабана рассчитывается из условия ограничения угла отклонения каната при максимально приближенной к барабану тележке. По конструктивным соображениям она принимается равной .

Число витков на рабочей части барабана:

где – кратность полиспаста.

Таким образом, . Окончательно она принимается .

Частота вращения барабана определяется из следующих соображений:

Окружная скорость на поверхности барабана . С другой стороны,

где – скорость подъема груза. Тогда:

3.5 Выбор электродвигателя

Необходимая мощность электродвигателя: . С учетом того, что продолжительность включения для 4 Гр.Р.Р. составляет , по каталогу выбирается электродвигатель MTН 612–6. Его параметры:

Мощность на валу 112 кВт,

Частота вращения

Максимальный момент на валу 3580Нм

3.6 Выбор редуктора

Передаточное отношение редуктора равно . По каталогу осуществляется подбор редуктора типа Ц2–650 с ближайшим передаточным числом: ().

Допустимый крутящий момент на тихоходном валу .

Допустимая консольная нагрузка на тихоходном валу 69651Н

3.7 Проверка редуктора

По моменту:

По допустимой консольной нагрузке:

4. Механизм передвижения крана

Принципиальная кинематическая схема механизма передвижения крана приведена на рис. 3. Механизм имеет раздельный привод, осуществляемый от кранового электродвигателя через трехступенчатый цилиндрический вертикальный навесной редуктор на ходовое колесо. Тормозное устройство прикреплено к редуктору на специальной подставке.

4.1 Исходные данные

Грузоподъемность, кг .

Масса крана, кг .

Масса захвата, кг .

Скорость передвижения, м/с .

Число ходовых колес .

Число приводных колес .

Режим работы .

Кинематическая схема механизма передвижения крана

Рис. 3

4.2 Выбор ходовых колес крана

Схема для определения нагрузок на ходовые колеса крана представлена на рис. 4.

Рис. 4

Сумма моментов относительно точки В:

;

где:

– вес крана;

– вес захвата с грузом, тележки и кабины;

– пролет крана;

– расстояние от оси захвата при его крайнем положении

до оси ходовых колес.

Тогда нагрузка на ходовое колесо:

Выбираем приводные ходовые колеса:

К2РП-560–1 (ОСТ 24.090.0975)

Неприводные ходовые колеса:

К2РН-560–1 (ОСТ 24.090.0975)

Диаметр: 560 мм;

Материал колеса – сталь 75–2-а-I по ГОСТ 14959–79, НВ-330 (закалка, отпуск).

Рельс – Р43 (ГОСТ 4121–76).

4.3 Определение сопротивления передвижению крана с учетом ветровой нагрузки и уклона кранового пути

Сопротивление в ходовых колесах с учетом трения реборд и торцов ступиц:

где:

– коэффициент, учитывающий трение реборд и торцов ступиц ходовых колес крана о головки рельсов. Для кранов козлового типа с раздельным приводом механизма передвижения, для цилиндрических ходовых колес с подшипниками качения ;

– коэффициент трения качения ходовых колес по рельсам. Ходовое колесо – чугунное, диаметр – 560 мм, головка рельса – скругленная, следовательно ;

– коэффициент трения в подшипниках опор ходового колеса, приведенный к диаметру d цапфы вала колеса;

d = 12 см – диаметр цапфы вала колеса.

– диаметр поверхности дорожки качения ходового колеса.

– вес крана

– вес груза.

Горизонтальная составляющая веса крана от уклона подкрановых путей:

где – уклон подкрановых путей для козловых кранов;

Расчетная ветровая нагрузка рабочего состояния при расчете мощности двигателей механизмов принимается равной 70% от статической составляющей ветровой нагрузки :

Полное статическое сопротивление передвижению крана:

4.4Выбор электродвигателя

Потребная мощность электродвигателя:

где:

– скорость передвижения крана;

– КПД привода механизма;

Принимаем электродвигатель типа MTF 311–6;

Мощность двигателя:

Частота вращения вала двигателя:

Максимальный момент:

Пусковой момент двигателя:

;

4.5 Выбор редуктора

Редуктор выбирается по условию:

Частота вращения ходового колеса крана:

где:

– скорость передвижения крана;

– диаметр ходового колеса;

Необходимое передаточное число:

Расчетная мощность редуктора:

где:

– коэффициент режима работы;

для среднего режима работы;

– мощность электродвигателя при ПВ=25%;

Выбираем редуктор Ц3ВК-250:

Фактическое передаточное число: ;

Крутящий момент на тихоходном валу: .

4.6 Проверка редуктора по двигателю

Наибольший момент, передаваемый редуктором:

;

где m – кратность пускового момента;

для среднего режима работы;

;

Расчетный момент, передаваемый электродвигателем на тихоходный вал редуктора, с учетом динамических нагрузок, возникающих при пуске:

Где – коэффициент динамических перегрузок;

;

Где:

– составляющая момента при ударе в зацеплении;

– коэффициент, учитывающий отношение момента инерции от перемещаемой массы к общему моменту инерции привода.

, следовательно редукторы выбраны правильно.

4.7 Проверка запаса сцепления при пуске

При расчетах коэффициента запаса сцепления рассматриваем случай наихудшего сочетания нагрузок: работа крана без груза, усилие от ветровой нагрузки и уклона подкранового пути направлены против движения крана.

Для обеспечения движения крана в период пуска без пробуксовки приводных колес необходимо, чтобы выполнялось условие:

;