Розрахунок напольно-завалочної машини

1. ЗАГАЛЬНА ЧАСТИНА

1.1. Короткий опис обладнання пічного прольоту мартенівського цеху

До складу цеха входять: головна будівля, шихтове подвір’я, міксерне відділення з двома міксерами, цех підготовки потягів.

Головна будівля мартенівського цеху складається з шихтового окрила пічного і ливарного прольотів.

В пічному прольоті знаходиться 6 мартенівських печей місткістю 600 т, з них 2 крайні печі – двохванні, 2×300 т.

Із міксерного відділення потяг чавуновозних 140 тонних ковшів подається електровозом в пічний прольот. Чавун заливають у піч заливочними кранами Q=180/50/16. потяг з сипкими матеріалами і металічним ломом із шихтових відділень подають спочатку в шихтовий окрилок головної будівлі, а потім по путі до печей.

Шихту транспортують у мульдах об’ємом 3,3 м³ і 2,7 м³. Мартенівські печі завантажують за допомогою наземно-завалочних машин Q = 15 т, які встановлені і переміщуються по рельсовому путі вздовж фронту мартенівських печей.

Під піччю встановлюють шлакові чани.

Феросплави поступають в пічний прольот в контейнерах, звідкіля їх зсипають у бункера місткістю 60 м³.

Заправочні матеріали для гарячих ремонтів вогнетривкої кладки транспортують у переносних бункерах які розміщують на заправочній машині.

1.2. Будова і робота наземно–завалочної машини

Напольно–завалочної машини працюють в цехах з рельсовою системою подачі шихти. Крім основної функції – завалки шихти, машина здійснює і інші операції: розрівнює шихту в печі, пересуває состав з мульдами перед фронтом печей, використовується при ремонтах і для руйнування кладки печі.

Основні вузли машини: міст з механізмом пересування, візок з механізмом пересування, хобот і механізми кочення хобота, обертання хобота, запирання мульди.

Міст складається з двох головних ходових балок коробчатого перерізу, двох кінцевих балок і портала.

На ходових балках прокладені рельси, по яким пересувається візок. На кінцевих балках розміщені пружинні буфери для обмеження ходу візка і буфери для пом’якшення ударів при наїзді на тупики. Міст зпирається на чотири колеса через букси вмонтовані в кінцеві балки. Кожне колесо має свій привід, що складається з електродвигуна, вертикального редуктора, з’єднаного з колесом зубчатою муфтою і гальма. Портал служить для кріплення токознімачів і має по висоті габарити, що забезпечує проходження під ними чавуновоза.

Візок являє собою суцільно зварену раму, що несе на собі основний робочий орган машини – хобот і чотири механізми, що забезпечують його роботу: кочення хобота, запирання мульди, пересування візка і обертання хобота.

Рама візка забезпечена двома парами колес – верхніми приводними і нижніми не приводними.

Механізм пересування візка забезпечує її переміщення з метою подачі навантаженої мульди у піч і виводу її після розвантаження із печі.

В його склад входять електродвигун типа Д–812 потужністю 75 кВт, з’єднаний з трьохступеневим редуктором конічно-циліндровою зубчатою муфтою і гальмо ТКП-500. Колеса верхньої пари котяться по рельсам, що закріплені на поздовжніх балках зверху. Колеса нижньої пари котяться між двома парами рельсів – верхнім і нижнім, закріпленими на внутрішній стороні поздовжніх балок.

При переміщенні візків з навантаженою мульдою, не привідні колеса котяться по верхньому рельсу, удержуючи візок від перекидання навколо осі приводних колес під дією ваги завантаженої мульди, на кінці хобота.

При малому навантаженні на кінці хобота, або при його відсутності не привідні колеса котяться по нижньому рельсу. Кабіна машиніста обладнана кондиціонером і встановлена стаціонарно на торцевій задній балці металоконструкції моста під порталом.

До передньої частини рами візка на шарнірі одним кінцем підвішена лита хитна рама, всередині якої на роликопідшипниках встановлений мундштук з посадженим на нього хоботом. Другий кінець хитної рами з’єднаний з колінчатим валом (кривошипом) механізму кочення, який разом з приводом встановлений на рамі візка. Привід складається з електродвигуна, з’єднаного з трьохступеневим редуктором зубчатою муфтою і гальма

При обертанні колінчатого вала відбувається піднімання і опускання хитної рами.

Хобот служить для захвату мульди, підйому і опускання її при знятті з візка або установки на візок. З’єднання хобота з мундштуком здійснюється за допомогою клинів або за допомогою фланців.

Механізм обертання хоботу призначений для обертання мульди з метою розвантаження її в печі. Механізм змонтований на хитній рамі і складається з електродвигуна, гальма і циліндричного трьохступінчатого редуктора. Зубчате колесо тихохідної пари редуктора закріплено на мундштуці і приводить його до обертання разом з закріпленим в ньому хоботом.

Механізм запирання мульди служить для захвату і удержання мульди на хоботі при коченні його і обертанні. Хобот з мульдою з’єднується наступним чином: вздовж осі хобота і мундштука зроблено отвір, всередині якого приходить тяга. На кінці тяги передбачений сухар, що переміщується у вирізі головки хобота.

На другому кінці тяги з’єднана зі штоком гідроциліндра або осердям електромагніта.

Захват мульди здійснюється наступним чином. Опустивши головку хобота у карман мульди, машиніст переміщенням тяги надає руху сухарю. Сухар при цьому виходить з вирізу головки і входить у виріз в передній стінці кармана і таким чином з’єднує ( замикає ) мульду з головкою хобота.

За допомогою механізмів машиніст завантажувальної машини захвачує хоботом завантажену мульду, піднімає її з мульдового візка і вводить в піч через завантажувальне вікно.

Потім обертаючи мульду навколо продольної вісі, розвантажує її, після чого виводить мульду з печі і встановлює знову на візок.

Для завантаження в піч шихти із слідуючої мульди машиніст пересуває завантажувальну машину і хоботом проштовхує состав з мульдами вздовж фронту печей, щоб вісь наступної мульди співпадала з віссю завантажувального вікна. Після цього завантаження повторюється.

Технічна характеристика машини.

Вантажопідйомність т 15

Швидкості: пересування мосту м/хв. 83

пересування візка м/хв. 108

обертання хобота м/хв. 40

підйому хобота кочень/хв. 15

Хід хобота мм 7800

Виліт хоботу мм 5900

Ширина колії мм 9500

База мосту мм 62100

Діаметр коліс: візка мм 800/1000

мосту мм 1100

Електродвигуни механізмів:

Пересування машини, тип ДП – 72

Потужність кВт 75

Швидкість об/хв. 470

ПВ% 25 %

Обертання хоботу, тип ДП-62

Потужність кВт 50

Швидкість об/хв. 520

ПВ% 25%

Кочення хоботу, тип ДП-82А

Потужність кВт 140

Швидкість об/хв. 575

ПВ% 25%

Напруга В 220

1.3. Документація обслуговування і ремонту обладнання пічного прольоту

Технічне обслуговування обладнання пічного прольоту проводиться по всім пунктам, що записані в карті технічного обслуговування у відповідності з Інструкціями по ТБ і бірочною системою.

Стан обладнання і виконання робіт у відповідності з картою технічного обслуговування експлуатаційний персонал щозміни відмічає у журналі приймання, здачі змін (агрегатний журнал). Якщо окремі пункти не виконуються, необхідно конкретно відразити невиконані роботи і причину невиконання.

Агрегатний журнал служить для систематичного накопичення даних про технічний стан і роботоспроможність діючого обладнання при експлуатації і є основним вихідним документом для встановлення змісту і об’єму ремонтних робіт, а також строків служби вузлів і деталей обладнання.

Для виконання ремонтів обладнання пічного прольоту цеху УГМ складаються річні і місячні графіки. Не пізніше ніж за 6 місяців до початку ремонту обладнання інженерно – технічні робітники і механослужба стану складають відомість дефектів.

Відомість дефектів містить перелік вузлів і основних конструктивних елементів наземно-завалочної машини з вказаними роботами, що по ним виконуються.

В ній також записані вузли і деталі наземно-завалочної машини, що підлягають заміни, необхідні для ремонту матеріали і запасні частини. Відомість дефектів затверджується головним інженером і передається в кошторисний відділ, де на підставі нормативних даних на вартість виготовлених деталей, матеріали, складається кошторис затрат на ремонт.

Відомість дефектів, технічний проект, робочі креслення передаються ремонтній організації ЦРМО-2, де на підставі переданої документації складається ПОР (план організації робіт на капітальний ремонт). ПОР узгоджується з заступником головного інженера по охороні праці і техніці безпеки, з головним механіком комбінату, начальником цеху і помічником по обладнанню.

ПОР містить заходи по техніці безпеки, охороні праці і протипожежній безпеки, заявки на необхідний матеріал для проведення ремонтів, заявки на додаткове освітлення дільниць на період капітального ремонту, а також технологічні карти на ремонт кожного механізму машини пічного прольоту.

Для проведення поточних ремонтів складається ремонтна відомість, оперативний, або сітьовий графік, ПОР і типовий кошторис.

Приймання обладнання після ремонту здійснюється керівництвом цеху і оформлюється актом приймання обладнання з ремонту.

1.4. Правила технічної експлуатації машини

Для тримання машини в справному і роботоспроможному стані необхідно ретельно оглядати машину при передачі змін і усувати винайдені при цьому дефекти і несправності.

Оглядати машину при передачі змін зобов’язаний машиніст, а також чергові і ремонтні слюсарі, що закріплені за машиною розпорядженням по цеху.

Передача зміни підтверджується в журналі приймання і здачі змін підписами тих, хто здає і приймає зміну після чого зміна вважається прийнятою.

При прийманні зміни необхідно: перевірити рейкову колію машини на робочий площадці; особливо уважно це необхідно зробити в районі печі, що ремонтується і після операцій на завалці, заправці і заливці; упевнитися в надійності закріплення хобота на мундштуці, відсутності трихін на хоботі; природності до роботи його головки, перевірити ступінь спрацювання сухаря штока, а також надійність його з’єднання із штоком; при послабленні клинового з‘єднання хобота з мундштуком підбити натяжні клини; перевірити ступінь підтискання кріпильних різьбових з’єднань, а при необхідності під час приймання зміни або в період пауз в процесі роботи підтягнути; перевірити наявність і якість масла в ваннах редукторів, наявність мастил в зачеплені зубчатих передач редуктора механізму обертання хобота, у всіх підшипниках кочення і ковзання, впевнитися в справності централізованої системи змазування, перевірити герметичність і надійність закріплення трубопроводів. Особливу увагу звернути на надійність кріплення кришки шатуна до мундштука механізму кочення хобота. Перед пуском завалочної машини в роботу провести випробування вхолосту дію всіх механізмів, гальмів, електрообладнання, сигналу.

Не дозволяється експлуатувати машини при появі значних тріщин на поверхні хобота і отколів на замковій (хвостовій) частині хоботу; поломці запірного механізму мульди; наявності зазору ( одностороннього) між напрямною моста і упорами візка більше 25 мм; несправності централізованої системи подачі мастил до вузлів тертя машини.

Під час зупинок (простоїв) завалочної машини машиніст разом з черговим персоналом механослужби зобов’язаний проводити огляд, технічне обслуговування і мілкий (попереджувальний) ремонт, прибирання і змазування механізмів і частин, що труться, підтяжку кріпильних з’єднань.

В період проведення ревізії і ремонту колеса механізмів хода мосту і візка підлягають заміни при спрацюванні реборд по товщині не > 60% по поверхні діаметру котіння більше 10%, послаблення колес на осях і скатах; наявність на бігових доріжках колес викришування і відколів з глибиною більше 10 мм.

Після забезпечення співвісності валів, що з’єднуються в приводах механізмів машини необхідно перевірити зачеплення зубчатої пари редукторів. Пятно контактів повинно бути: по довжині – не менше 60%; по висоті – 40%.

Механізм пересування візка

2. Спеціальна частина

Розрахунок приводу механізму з вибором вузлів. Перевірочний розрахунок на міцність деталей і вузлів.

Вибір вихідних даних.

Швидкість пересування візка v м/с 1,25

Діаметр переднього колеса D₁ мм 1000

Діаметр заднього колеса D₂ мм 800

Діаметр цапфи переднього колеса d₁ мм 250

Діаметр цапфи заднього колеса d₂ мм 200

Максимальний тиск на передні колеса F₁ кН 1300

Максимальний тиск на задні ходові колеса F₂ кН 250

(див. малюнок 1)

Вага візка G_в кН. 250

Режим експлуатації важкий ПВ = 40

Розрахунок і вибір електродвигуна.

Необхідна потужність електродвигуна визначається по формулі:

де: W – опір пересування візка.

де: μ = 0,015 - коефіцієнт тертя в підшипниках

f₁ = 1,2 мм - коефіцієнт тертя кочення передніх ходових колес

f₂ = 1 мм - коефіцієнт тертя кочення задніх ходових колес

k = 1,5 - коефіцієнт опору від сил тертя при вводі мульди в піч

переднє колесо

F₁ заднє колесо

F₂

Мал.. 1 Схема тисків на ходові колеса візка.

По каталогу вибираємо двигун типа ДП-72; потужністю Р = 75 кВт;

n = 470 об/хв.; ПВ = 25%. GD²_дв = 28 Ом×м²; М = 60 Н×м

2.1. Вибір редуктора

Редуктор вибираємо по передаточному числу потужності і конструкції

де: ω_дв – кутова швидкість двигуна

ω_к.к – кутова швидкість переднього колеса

Враховуючи конструктивні особливості компоновки привода механізму пересування візка приймаємо до установки трьохступінчатий конічно - циліндричний редуктор спеціальної конструкції з передаточним відношенням 19.7 і розбиваємо передаточне число по степеням:

u_р = u₁ ×u₂ × u₃ = 3 × 4,5 × 1,46 = 19,7

При цьому крутні моменти на валах редуктора в період роботи слідуючи

2.2. Вибір гальма

Гальмовий момент механізму пересування візка визначаємо при забезпеченні необхідного зчеплення ходового колеса з рельсом, яке б виключало юза при гальмуванні візка, що рухається з номінальною швидкістю без вантажу.

М_Т = Т^Т_ін – М^Т_со - гальмовий момент (див.[1] стор. 300 )

де: W^Т_тр.о – опір пересуванню без вантажу ( без мульди ) візка з шихтовим матеріалом.

Інерційний момент при гальмуванні мас, що обертаються і поступово переміщуються.

тут: t_Т – час гальмування ( стор. 299)

а^Т_мах – максимально допустиме сповільнення.

тут: φ = 0.2 - коефіцієнт зчеплення ходового колеса з рельсом ([Р] стор. 297)

Час гальмування:

М_Т = 1592 – 18,6 = 1573 Н

По каталогу вибираю гальмо ТКП-500 Н×м з гальмовим моментом при

ПВ = 25% та Д_г.шк. = 500 мм

2.3. Вибір муфт

Муфти вибирають по розрахунковому моменту конструкції з урахуванням діаметра валів, які з’єднуються.

М_р = К₁ × К₂ × М_кр

Тут: К₁ = 1,3 - коефіцієнт відповідальності

К₂ = 1,4 - коефіцієнт режиму роботи

Для моторної муфти ( муфти, що з’єднує вал електродвигуна з валом редуктора)

По ГОСТ 500 – 83 вибираємо муфту з гальмовим шківом типа МЗ №2, з крутним моментом, що може передати ця муфта 1.4 кН×м

Для передачи крутного моменту на вал передніх ходових колес візка, тихохідне колесо редуктора напресоване на вал передніх ходових коліс.

На підставі розрахунку і вибраних вузлів складаю кінематичну схему механізму пересування візка наземно – завалочної машини Q = 15 т (див. мал.. 1)

2.4. Розрахунок конічної пари редуктора

Редуктор реверсивний, передаточне відношення конічної пари u = 3, моменти на ведучому і відомому валах відповідно рівні:

М₁ = 1,5 кН×м

М₂ = 4,6 кН×м

Приймаємо матеріали: для шестерні – сталь 40Х покращену з твердістю НВ270 і для колеса – сталь 40Х покращену з твердістю НВ245.

Допускаєме контактне напруження:

При тривалій експлуатації коефіцієнт довговічності К_HL = 1. Коефіцієнт безпеки приймаємо [S_H] = 1,15.

По табл.. 3.2 межа контрольної виносливості при базовому числі циклів σ_lімb=2НВ+70

Тоді допускаєме контактне напруження для шестерні:

для колеса:

для колес з круговим зубом розрахункове допустиме контактне напруження:

Коефіцієнт, що враховує нерівномірність розподілення навантаження по ширині венця, при консольному розташуванні одного з колес приймаємо табл. 3.1; К_Нβ = 1,35

Коефіцієнт ширини венця по відношенню до зовнішньої конусної відстані

(приймаємо рекомендоване значення):

Тоді зовнішній ділильний діаметр колеса визначаємо по формулі:

тут: К_d =86 - для колес з круговим зубом

Приймаємо: число зубів шестерні z₁ = 21.

число зубів колеса z₂ = z₁;

u = 21 × 3 = 63

Зовнішній окружний модуль

В конічних колесах не обов’язково мати стандартне значення m_te. Це пов’язане з технологією нарізання зубів конічних колес.

Залишаємо значення m_te = 10,2 мм

Кути ділильних конусів:

сtg δ₁ = u = 3; δ₁ = 18º24'

δ₂ = 90º - δ₁ = 90º - 18º24' = 71º36'

Зовнішня конусна відстань R_e і ширина венця b:

Зовнішній ділильний діаметр шестерні

Середній ділильний діаметр шестерні:

Середній окружний і середній нормальний модуль зуб’єв

тут: β_n = 35º - прийнятий середній кут нахилу зуба

Коефіцієнт ширини зуба по середньому діаметру

Середня окружна швидкість і степінь точності передачи

Приймаємо 7- му степінь точності. Коефіцієнт навантаження для перевірки контактних напружень

К_Н = К_Нβ × К_Нα × К_{Нδ ;}

По таблиці 3.5 К_Нβ = 1,2

По таблиці 3.4 К_Нα = 1,04

По таблиці 3.6 К_Нδ = 1,00

Таким чином К_Н = 1.23 × 1,04 × 1,00 = 1,28.

Перевірка контактних напружень (див. ф-лу 3.27)

Окружна сила:

Радіальна сила для шестерні дорівнює осьовій для колеса:

Осьова для шестерні дорівнює радіальній для колеса:

Перевірка зуб’єв на виносливість по напруженням вигину

Коефіцієнт навантаження К_F = F_Fβ × К_Fδ = 1,375.

по табл.. 3.7 F_Fβ = 1,375

по табл.. 3.8 К_Fδ = 1,0

коефіцієнт Y_F - (форма зуба) вибирають так:

для шестерні:

для колеса:

При цьому Y_F1 = 3,7

Y_F2 = 3,6

Коефіцієнт K_Fα враховує розподілення навантаження між зубами.

Приймаємо :

тут: n = 7 - степінь точності передачи ε_α = 1,3

Допускаєме напруження

По табл.. 3.9 для сталі 40Х покращеній при твердості НВ<350 межа виносливості при нульовому циклі вигину σ^о_Flimb = 1,8 НВ;

для шестерні σ^о_Flimb1 = 1,8 × 270 = 490 мПа

для колеса σ^о_Flimb2 = 1,8 × 245 = 440 мПа

Коефіцієнт безпеки [S_F] = [S_F]^' × [S_F]^'' = 1,75

Допускаєме напруження і відношення

Для шестерні:

Для колеса

Подальший розрахунок ведемо для зубів колеса, так як <

Перевіряємо зуб колеса:

Умова виконана.

2.5. Розрахунок вала шестерні

Діаметр вихідного кінця при допускаємо му напруженні [τ_к] = 25мПа

Щоб ведучий вал редуктора можна було з’єднати за допомогою муфти з валом електродвигуна приймаємо: d₁ = 70 мм, діаметр підшипника d_п1 = 75 мм, діаметр під шестерню d_к = 65 мм.

2.6. Перевірочний розрахунок підшипника

Ведучий вал (див. мал.).

Сили діючи в зачепленні:

F_t = 16,4 кН

F_r1 = F_а2 = 5,7 кН

F_а1 = F_r2 = 1,9 кН

Реакції опор в плоскості XZ:

R_xz × С₁ = F_t × f₁

Перевірка:

Реакції опор в плоскості YZ:

Перевірка:

Сумарні реакції:

Осьові складові радіальних реакцій конічних підшипників по формулі:

тут для підшипників № 7215 параметр осьового навантаження е = 0,39

Осьові навантаження підшипників.

В нашому випадку:

S₁ > S₂; F_а > 0; тоді Р_а1 = S₁ = 7,89 кН;

Р_а2 = S₁ + F_а = 7,89 + 1,9 = 9,79 кН

Розглянемо новий підшипник

Відношення ,

тому слід враховувати осьове навантаження.

Еквіваленти навантаження по формулі:

для заданих умов V = К_б = К_Т = 1; для конічних підшипників , коефіцієнт Х = 0.4 і коефіцієнт Y = 1.55.

Еквіваленти навантаження:

Розрахункова довговічність, млн.. об.

Розрахункова довговічність, години

тут n = 470 об/хв. – частота обертання ведучого валу.

Строк служби підшипника при заданому режимі роботи складає 5 років.