VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV AUTOMOBILNÍHO A DOPRAVNÍHO INŽENÝRSTVÍ FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING INSTITUTE OF AUTOMOTIVE ENGINEERING KONCEPČNÍ NÁVRH MOSTOVÉHO JEŘÁBU 50 TUN CONCEPTUAL DESIGN OF BRIDGE CRANE 50 TONNE BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR'S THESIS AUTOR PRÁCE LUMÍR SOUKUP AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR BRNO 2010 Ing. MARTIN KUBÍN
Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství Ústav autoobilního a dopravního inženýrství Akadeický rok: 2009/2010 ZADÁNÍ BAKALÁŘSKÉ PRÁCE student(ka): Luír Soukup který/která studuje v bakalářské studijní prograu obor: Stavba strojů a zařízení (2302R016) Ředitel ústavu Vá v souladu se zákone č.111/1998 o vysokých školách a se Studijní a zkušební řáde VUT v Brně určuje následující téa bakalářské práce: Koncepční návrh ostového jeřábu 50 tun v anglické jazyce: Conceptual design of bridge crane 50 tonne Stručná charakteristika probleatiky úkolu: Cíle bakalářské práce je koncepční návrh ostového jeřábu. Cíle bakalářské práce: Cíle bakalářské práce: Proveďte koncepční návrh ostového jeřábu. Navrhněte jeho hlavní paraetry (výška zdvihu, rychlost pojezdu,...). Základní technické paraetry: - axiální nosnost... 50000 kg Vypracujte: - technickou zprávu - výkres koncepčního návrhu - dále dle pokynů vedoucího BP
Sezna odborné literatury: [1] MYNÁŘ, B., KAŠPÁREK, J.: Dopravní a anipulační zařízení, Brno, Skriptu pro bakalářské studiu [2] REMTA, F., KUPKA, L.: Jeřáby, I.-III. díl, SNTL, Praha 1961 Vedoucí bakalářské práce: Ing. Martin Kubín Terín odevzdání bakalářské práce je stanoven časový pláne akadeického roku 2009/2010. V Brně, dne 20.11.2009 L.S. prof. Ing. Václav Píštěk, DrSc. Ředitel ústavu prof. RNDr. Miroslav Doupovec, CSc. Děkan fakulty
Abstrakt Bakalářská práce se zabývá koncepční návrhe ostového jeřábu pro nosnost 50 tun. Práce obsahuje volbu nosníku, pojezdových kol, kolejnice a ve výpočtové části se zabývá návrhe částí jeřábové kočky jako je buben, vodící a vyrovnávací kladky, lano, hák, pojezdová kola, ložiska pojezdových kol, kolejnice, pohon zdvihu a pojezdu kočky. Práce je doplněna výkrese sestavy a výrobní výkrese bubnu. Klíčová slova Jeřábová kočka, lanový buben, kladka, pojezdové kolo, kolejnice, hák, lano, elektrootor, převodovka, brzda Abstract This bachelor work is koncerned with concept propsal of traveller crane with tonnage 50 t. Work content proposal of crane runway girder, travelling wheel, rail and in calculators part is proposal of parts of traveling crab like the dru, guide and balancing pulley, cable, hook, wheels, whels bearing, travelling wheel, drive of traveling crab. In work is assebly drawing and production drawing of dru. Key words Traveling crab, cable dru, pulley, travelling wheel, rail, hook, rope, elektrootor, gear-box, brake
Bibliografická citace SOUKUP, L. Koncepční návrh ostového jeřábu 50 tun. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, 2010. 33 s. Vedoucí bakalářské práce Ing. Martin Kubín.
Čestné prohlášení Prohlašuji, že jse tuto bakalářskou práci vypracoval saostatně, s využití poznatků a rad vedoucího bakalářské práce pana Ing. Martina Kubína a na základě podkladů uvedených v seznau použité literatury. V Brně, 28.května 2010... podpis
OBSAH 1 ÚVOD... 1 2 ZATÍŽENÍ A VOLBA NOSNÍKU... 2 3 VOLBA POJEZDU... 3 3.1 Volba pojezdových kol... 3 3.2 Volba kolejnice... 3 4 JEŘÁBOVÁ KOČKA... 4 5 NÁVRH KLADKOSTROJE... 4 5.1 Návrh lana... 6 5.1.1 Maxiální tíha břeene... 6 5.1.2 Osová síla v laně... 6 5.1.3 Požadovaná nosnost lana... 6 5.1.4 Délka lana v jedné větvi... 6 5.1.5 Volba lana... 7 5.2 Volba háku... 7 5.2.1 Výpočet iniální délky závitu... 8 5.2.2 Počet závitů... 8 5.2.3 Kontrola dříku háku... 8 5.3 Návrh vodících kladek... 9 5.3.1 Teoretický průěr jeřábové kladky... 9 5.3.2 Skutečný průěr kladky... 9 5.4 Vyrovnávací kladka... 10 5.4.1 Teoretický průěr jeřábové kladky... 10 5.4.2 Skutečný průěr kladky... 10 6 NÁVRH LANOVÉHO BUBNU... 11 6.1 Rozěry bubnu... 11 6.2 Pevnostní kontrola bubnu... 12 6.2.1 Ohyb... 13 6.2.2 Vnějšího přetlaku... 13 6.2.3 Krut... 14 7 NÁVRH ZDVIHU... 15 7.1 Návrh otoru... 15 7.1.1 Výpočet základních paraetrů otoru... 15 7.1.2 Kontrola rozběhu otoru... 16 7.2 Volba převodovky... 18 7.3 Volba brzdy zdvihu... 19
8 POJEZD JEŘÁBOVÉ KOČKY... 20 8.1 Návrh otorů pojezdu... 20 8.1.1 Výpočet základních paraetrů otorů... 21 8.1.2 Kontrola rozběhu otoru... 22 8.2 Kontrola brzdy pojezdu... 24 9 NÁVRH POJEZDOVÝCH KOL JEŘÁBOVÉ KOČKY... 24 9.1 zatížení pojezdových kol... 24 9.2 Kontrola únosnosti kola... 26 10 NÁVRH A KONTROLA LOŽISEK POJEZDOVÝCH KOL... 26 10.1 Stanovení zatížení... 27 10.2 Základní trvanlivost ložiska... 28 11 ZÁVĚR... 28 12 SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ... 29 13 SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ... 30 14 SEZNAM PŘÍLOH... 33
1 ÚVOD Mostové jeřáby jsou charakteristické svou nosnou ocelovou konstrukcí tzv. jeřábový oste, který pojíždějící po vyvýšené jeřábové dráze. Jeřábová kočka ůže pojíždět nahoře, dole nebo uvnitř ostu. Vyjíečně po ostě pojíždí podvozek s otočný výložníke. Základní určující paraetry pro ostové jeřáby jsou: a) nosnost b) rozpětí jeřábu c) pracovní rychlosti a) zdvihu b) pojezdu kočky (kladkostroje) c) pojezdu ostu d) výška zdvihu Podle tvaru nebo účelu rozeznáváe ostové jeřáby: a) běžné (norální) b) drapákové a agnetové c) hutní d) zvláštní konstrukce Podle pohonu bývají tyto jeřáby nejčastěji elektrické, s hydraulickýi nebo echanickýi převody. Podle pracovního ísta ohou být dílenské, ontážní, nádvorní, hutní apod. 1
2 ZATÍŽENÍ A VOLBA NOSNÍKU Navrhovaný ostový jeřáb bude pracovat ve skladu hutního ateriálu v těžké provozu. Dle [2] je pro těžký provoz předpokládáno poěrné zatížení 75%, využití jeřábu běhe roku 80%, běhe dne (za 24 h) je 67%, běhe sěny asi 40%, počet zapnutí otoru je v průěru 60 za 1 hodinu. Klasifikace ostového jeřábu dle ČSN 27 0103 příloha II, zdvihová třída H2, druh provozu D2, spektru napětí S1, provozní skupina J3, Pro přenos břeene o axiální hotnosti 50 t a pro rozpětí jeřábu 24, je voleno dvou nosníku plnostěnných svařovaných, které se vyznačují jednoduchou a levnou výrobou. Paraetry jeřábu: rozpětí S = 24 výška zdvihu H = 12 délka dráhy L = 150 výška dráhy h = 12,5 obr. 2.1 Schéa ostového jeřábu 2
3 VOLBA POJEZDU 3.1 Volba pojezdových kol Dle [2] jsou zvolena pojezdová kola s dvěa nákolky (obr. 3-1), která jsou nejvíce používaná. Nákolky zachytávají boční sily kolé k jeřábové dráze a jeřáb nebo kočku vedou po kolejnici. Kola bez nákolků jsou např.u jeřábů vedených horizontálníi kladkai, která nezachycují žádné boční síly. Průěry pojížděcích kol jsou noralizovány, průěr kol je zvolen Dk = 800. Kola jsou nejčastěji odlévaná, z oceli. Jeřáby pro těžký a veli těžký provoz ají kola s bandážei z oceli vysoké pevnosti, která snese větší tlaky ezi kole a kolejnicí. Zvýšené pevnosti na činné ploše se dosahuje kalení. Mezi kole a kolejnicí bývá vůle 5 10, která dovoluje axiální posun jeřábu na jeřábové dráze. 3.2 Volba kolejnice Podle nory ČSN 27 2070, ohou být jeřábové kolejnice a) čtvercové nebo obdélníkové z válcované oceli 11 500 ( není zaručena svařitelnost) nebo 11 523.6 se zaručenou svařitelností, popřípadě 11 650 u pojížděcích kol s obručei. b) tvarové, t. j. jeřábové, železniční, důlní, převážně z ateriálu 11 650 Šířka kolejnic se volí podle průěru a tlaku pojížděcího kola. Noralizované šířky jeřábových kolejnic jsou š = 45, 55, 65, 80, 100, 120. Účinná šířka všech kolejnic b je enší než výrobní šířka o oboustranné stražení a zaoblení hran. Délka kolejnic se volí podle druhu a velikosti tak, aby dodávané kolejnice byly dostatečně rovné. Dle [3] je zvolena jeřábová kolejnice JK 85 o účinné šířce b = 77. Materiál kolejnice je 11 650. obr. 3.1 Pojezdové kolo s dvěa nákolky 3
4 JEŘÁBOVÁ KOČKA Jeřábová kočka je zvolena dvounosníková. Její hlavní částí je tuhý ocelový rá, pojíždějící na čtyřech kolech. Na ráu je dále uloženo zdvihací a pojížděcí ústrojí. 3 4 1 2 obr. 4.1 Schéa jeřábové kočky, poz.1- hlavní zdvih, 2- vedlejší zdvih, 3- pojezdové ústrojí jeřábové kočky, 4- pojezdové kola 5 NÁVRH KLADKOSTROJE Pro dosažení převodu ezi háke a bubne je zvolena 6-ti kladková kladnice, jejíž uspořádání je na obr. 5.1. Návrh kladkostroje, lana a kladek proveden dle [1]. 4
1 2 3 obr. 5.1 Schéa kladkostroje, poz. 1- buben, 2- vyrovnávací kladka, 3- vodící kladky Výpočet převodu kladkostroje i kl = n n 12 = = 6 2 2 (5.1) - počet nosných průřezů; Celková účinnost kladkostroje ηk = ηkl n1 1 η kl n1 1 0,98 6 = = 0,95 n 1 (1 η kl ) 6(1 0,98) (5.2) - účinnost lanové kladky uložená na valivých ložiscích ; - počet průřezů lana v jedné větvi; 5
5.1 Návrh lana 5.1.1 Maxiální tíha břeene Q M = Q g + B g = 50 000 9,81 + 2 000 9,81 = 510 120 N Q B g [kg] [kg] [.s-2] (5.3) - axiální nosnost jeřábu; - hotnost stálého břeene - lana + kladnice; - gravitační zrychlení; 5.1.2 Osová síla v laně F= QM ηkl n1 510 120 QM = = 42 939,4 N n 1 (1 η kl ) 6 (1 0.98) (5.4) - axiální tíha břeene; - účinnost lanové kladky uložená na valivých ložiscích; - počet průřezů lana v jedné větvi; 5.1.3 Požadovaná nosnost lana FP = k F = 6.8 42 939,4 = 291 988 N k F (5.5) - součinitel bezpečnosti lana, dle [1] je voleno k = 6,8 - osová síla v laně; 5.1.4 Délka lana v jedné větvi L l = i kl H = 2 6 12 = 72 ikl H (5.6) - převod kladkostroje; - výška zdvihu; 6
5.1.5 Volba lana Dle požadované nosnosti lana je voleno pohyblivé šestipraenné lano Seal. Způsob vinutí lana je protisěrný, sěr vinutí levý, povrch drátů je pozinkován. Označení lana ČSN 02 4344.46 Paraetry lana: Jenovitá nosnost lana FPL = 31 300 kg Jenovitý průěr lana d = 22,4 Pevnost drátů RL = 160 kg/2 Nosný průřez SL = 195,8 2 5.2 Volba háku Pro přenos břeene o požadované hotnosti je z online katalogu [7] zvolen dvojitý hák s lichoběžníkový závite Tr 130 x 16. Materiále háku zvolena ocel 12 021.1, která je zpracovatelná za tepla kování, á dostatečnou pevnost v tahu a zvláště houževnatá při nárazové provozu. obr. 5.2 Schéa kladnice 7
Paraetry závitu: Velký průěr dz = 130 Střední průěr dz2 = 122 Stoupání závitu s = 16 Nosná délka závitu H1 = 8 5.2.1 Výpočet iniální délky závitu PZ = 510 120 16 QM s QM s PDZ l Z1 = = = 133,1 (5.7) π H1 d Z2 l Z1 π H1 d Z 2 PDZ π 8 122 20 Zvoleno lz1 = 160 [MPa] - dovolený tlak pro ateriál háku 12 021.1 dle [2], PDZ = 20 Mpa PDZ s [] - stoupání závitu; [] - nosná délka závitu; H1 dz2 [] - střední průěr závitu; - axiální tíha břeene; QM 5.2.2 Počet závitů zs = lz1 s l Z1 160 = = 10 závitů s 16 [] [] (5.8) - délka závitu; - stoupání závitu; 5.2.3 Kontrola dříku háku σ= 4Q M π d d2 = 4 510 120 π 110 2 = 53,6 MPa σ dov (5.9) 53,6 MPa < 60 MPa QM dd σdov [] [MPa] - axiální tíha břeene; - průěr dříku; - dovolené napětí v tahu dle [2], σdov = 60 MPa 8
5.3 Návrh vodících kladek Slouží vedení lana za pohybu. Materiále vodících kladek je zvolena ocel 42 2650.2 obr. 5.3 Schéa vodící kladky 5.3.1 Teoretický průěr jeřábové kladky D K1 = α d = 28 22,4 = 672,2 α d [] (5.10) - součinitel závislý na druhu kladky a druhu provozu, dle [1], je voleno α = 28; - průěr lana; 5.3.2 Skutečný průěr kladky D S1 = D K1 d = 627,2 22,4 = 604,8 DK1 d [] [] (5.11) - teoretický průěr kladky; - průěr lana; Dle [1] je zvolen noralizovaný průěr kladek DS1 = 630. Dle [2] je pro vnitřní kladky kladnice doporučen větší průěr kladek, aby se v nejnižší poloze kladnice nezkřížila lana, která se navíjejí na buben, s lany která jdou z dolní kladnice na horní. 9
5.4 Vyrovnávací kladka Je upnuta v jeřábové kočce a vyrovnává nestejné protažení lanového systéu. Materiál vyrovnávací kladky je zvolen stejný jako vodící kladky, ocel 42 2650.2 obr. 5.4 Schéa vyrovnávací kladky 5.4.1 Teoretický průěr jeřábové kladky D K 2 = α d = 16 22,4 = 358,4 α d [] (5.12) - součinitel závislý na druhu kladky a druhu provozu, dle [1], je voleno α = 16 - průěr lana; 5.4.2 Skutečný průěr kladky D S2 = D K 2 d = 358,4 22,4 = 336 DK2 d [] [] (5.13) - teoretický průěr kladky; - průěr lana; dle [1] je zvolen noralizovaný průěr kladek DS2 = 355 10
6 NÁVRH LANOVÉHO BUBNU Pro navíjení ocelového lana je zvolen buben drážkai ve šroubovici, které zabraňují značnější deforaci lana při navíjení a zároveň je lano náležitě vedeno. Výpočet proveden dle [1] 6.1 Rozěry bubnu Miniální průěr bubnu D b = α1 d = 24 22,4 = 537,6 α1 d [] (6.1) - součinitel závislý na druhu provozu, dle [1], je voleno α = 24 - průěr lana; zvolen noralizovaný průěr bubnu Db = 630 Počet závitů bubnu v jedné větvi z= Ll Db Ll 72 +3= + 3 = 36,3 37 závitů π Db π 0.63 [] [] (6.2) - navíjená délka lana; - průěr bubnu; Tloušťka stěny bubnu s b = 0,8 d = 0,8 22,4 = 17,92 d [] (6.3) - průěr lana; 11
Průěr bubnu ěřený pod lane D 0 = D b d = 630 22,4 = 607,6 Db d [] [] (6.4) - průěr bubnu; - průěr lana; Celková délka bubnu obr. 6.1 Lanový buben l b = 2 z t + l1 + 2 l 2 = 2 37 25 + 100 + 2 100 = 2 150 z t l1 l2 [] [] [] - počet závitů bubnu; - rozteč závitů bubnu; - délka hladké části bubnu; - délka krajních hladkých částí bubnu; 6.2 Pevnostní kontrola bubnu obr. 6.2 Zatížení bubnu 12 (6.5)
6.2.1 Ohyb Ohybový oent M o = F A = 42 939,4 1,250 = 48 306,8 N F A [] (6.6) - osová síla v laně; - vzdálenost zatěžující síly bubnu k ložisků; Průřezový odul pro ohyb Wo = 0,8 (D 0 s b ) 2 s b = 0,8 (0,6076 0,01792) 2 0,01792 = 4,98 10 3 3 D0 sb [] [] (6.7) - průěr bubnu ěřený pod lane; - tloušťka stěny bubnu; Ohybové napětí v kritické průřezu σo = Mo Wo 48 306,8 Mo = = 9 700 165 Pa = 9,7 MPa Wo 4,98 10 3 [N. ] [3] (6.8) - ohybový oent; - průřezový odul pro ohyb; 6.2.2 Vnějšího přetlaku σp = F sb t 42 939,4 F = = 95 800 000 Pa = 95,8 MPa s b t 0,01792 0,025 [] [] - osová síla v laně; - tloušťka stěny bubnu; - rozteč závitů bubnu; 13 (6.9)
6.2.3 Krut Průřezový odul pro krut Wk = 2 Wo = 2 4,98 10 3 = 9,96 10 3 3 Wo [3] (6.10) - průřezový odul pro ohyb; Kroutící oent bubnu Mk = F F D0 D0 0,6076 = 42 939,4 = 12890 N 2 2 [] (6.11) - osová síla v laně; - průěr bubnu ěřený pod lane; Sykové napětí v kritické průřezu τk = Mk Wk 12 890 Mk = = 1 310 000 Pa = 1,31 MPa Wk 9,96 10 3 [N. ] [3] (6.12) - kroutící oent bubnu; - průřezový odul pro krut; Redukované napětí podle podínky HMH σ red = σ o2 + σ 2p + 3 τ 2k = 10,8 2 + 95,8 2 + 3 1,312 = 96,3 MPa σo σ τk [Mpa] [MPa] [MPa] - ohybové napětí v kritické průřezu; - vnější přetlak; - sykové napětí v kritické průřezu; 14 (6.13)
7 NÁVRH ZDVIHU Zdvihové ústrojí je tvořeno otore,brzdou a převodovkou. Návrh proveden dle [2]. 7.1 Návrh otoru 7.1.1 Výpočet základních paraetrů otoru Otáčky lanového bubnu nb = ikl vz Db i k v z 6 0,08 = 0,243 s 1 = 14,55 in 1 = π D b π 0,63 [.s-1] [] (7.1) - převod kladkostroje; - zdvihová rychlost; - průěr bubnu; Celková echanická účinnost η c = η k η b η p = 0.95 0.96 0.94 = 0,86 ηk ηb ηp (7.2) - účinnost kladkostroje; - účinnost bubnu; - účinnost převodovky; Požadovaný výkon otoru zdvihu Pz = QM vz ηc Q M v z 510 120 0.08 = = 47,45 kw 1000 ηc 1 000 0.86 [.s-1] (7.3) - axiální tíha břeene; - zdvihová rychlost; - celková echanická účinnost; 15
Dle online katalogu [4] je zvolen otor Sieens P280S06 s těito paraetry: výkon Pz = 57 kw kroutící oent Mz = 556 N. nz = 980 in-1 otáčky oent setrvačnosti rotoru Jz = 2,3 kg. 2 hotnost otoru z = 745 kg obr. 7.1 Schéa otoru zdvihu, zdroj [4] 7.1.2 Kontrola rozběhu otoru Celkový převodový poěr i c = i kl i p = 6 67 = 402 ikl ip (7.4) - převodový poěr kladkostroje; - převodový poěr převodovky; Statický oent břeene redukovaný na hřídel otoru M st = QM Db ic ηc Q M D b 510 120 0,63 = = 465 N 2 i c ηc 2 402 0,86 [] (7.5) - axiální tíha břeene; - průěr lanového bubnu; - celkový převodový poěr; - celková echanická účinnost; 16
Setrvačný oent posuvných hot redukovaný na hřídel otoru M zp = M st Mst vz g tr vz 0,08 = 465 = 1,26 N 9,81 3 60 g t r [N.] [.s-1] [.s-2] [s] (7.6) - statický oent břeene; - rychlost zdvihu; - gravitační zrychlení; - čas rozběhu otoru; Setrvačný oent rotujících hot redukovaný na hřídel otoru M zr = α α nz tr Jz 2 π n z 2 π 980 J z = 1,3 2,3 = 102,2 N 60 t r 60 3 [in-1] [s] [kg.2] (7.7) - součinitel zahrnující oent setrvačnosti ostatních rotujících hot; - otáčky otoru zdvihu; - čas rozběhu otoru; - oent setrvačnosti rotoru otoru; Rozběhový oent otoru M rz = M st + M zp + M zr = 465 + 1,26 + 102,2 = 568,5 N Mst Mzp Mzr [N.] [N.] [N.] (7.8) - statický oent břeene redukovaný na hřídel otoru; - setrvačný oent posuvných hot redukovaný na hřídel otoru; - setrvačný oent rotujících hot redukovaný na hřídel otoru; Kontrola rozběhového oentu M rz γ M z 568,5 1,8 556 568,5 < 1 001 N otor vyhovuje Mrz Mz γ [N.] [N.] (7.9) - rozběhový oent otoru zdvihu; - jenovitý kroutící oent otoru zdvihu; - přetížitelnost otoru; 17
Rozběhový výkon Prz = M rz Mrz nz 2 π n z 2 π 980 = 58,3 kw = 568,5 60 1 000 60 1 000 [N.] [in-1] (7.10) - rozběhový oent otoru; - otáčky otoru zdvihu; Kontrola rozběhového výkonu Prz γ Pz 58,3 1,8 57 58,3 < 102,6 kw otor vyhovuje Prz Pz γ [kw] [kw] (7.11) - rozběhový výkon otoru; - jenovitý výkon otoru; - přetížitelnost otoru; 7.2 Volba převodovky Požadovaný převod převodovky ip = nz nb n z 975 = = 67 nb 14,55 [in-1] [in-1] (7.12) - otáčky otoru zdvihu; - otáčky lanového bubnu; Dle požadovaného převodového poěru je z online katalogu [11] zvolena převodovka Aliance Transition s těito paraetry: převodový poěr ipz = 71,11; nz1 = 1 000 in-1; vstupní otáčky nz2 = 14 in-1; výstupní otáčky kroutící oent Mpz = 41200 N.; výkon Ppz = 66 kw ηp = 0,94 účinnost 18
obr. 7.2 Schéa převodovky zdvihu, zdroj [11] 7.3 Volba brzdy zdvihu Statický oent břeene redukován na rychloběžný hřídel M bst = QM Db ηc ic Q M D b ηc 510 120 0,63 0,86 = = 343,8 N 2 ic 2 402 [] (7.13) - axiální tíha břeene; - průěr bubnu; - celková echanická účinnost; - celkový převodový poěr; Potřebný brzdný oent M bz = β M bst = 2 343,8 = 687,6 N β Mbst [N.] (7.14) - bezpečnost brzdy; - statický oent břeene redukován na rychloběžný hřídel; dle online katalogu [5] je zvolena kotoučová brzda SIAM RINGSPANN DV 30 FHA s axiální brzdící oente 1 400 N. a průěre kotouče 355. 19
8 POJEZD JEŘÁBOVÉ KOČKY Pro pojezd jeřábové kočky a její dobré vedení po kolejnici jsou zvolena pojížděcí kola s dvěa nákolky. Kola jsou naklínovaná a uložená na valivých ložiscích. Materiále pojezdových kol je zvolena ocel 42 2661.1. Kolejnicová dráha je tvořena kolejnicei JK 65 o účinné šířce 57. Návrh pojezdového ústrojí je proveden dle [2]. 8.1 Návrh otorů pojezdu Pro pojezd je dle online katalogu [10] zvolen 2x převodový otor SEW řady DV 112M4 řízený frekvenční ěniče. K otorů je připojena převodovka SEW-EURODRIVE RF 87 s integrovanou kotoučovou brzdou BMG8. Paraetry otoru: výkon kroutící oent otáčky oent setrvačnosti rotoru hotnost otoru brzdný oent Pp = 4 kw Mp = 26,4 N. np = 1 400 in-1 Jp = 0,011 kg.2 z = 70 kg Mbp = 55 N. Paraetry převodovky: převodový poěr ipp = 93,38 axiální přenesený oent Mpp = 1 550 N. účinnost převodovky ηpp = 0,94 obr. 8.1 Schéa otoru pojezdu s převodovkou 20
8.1.1 Výpočet základních paraetrů otorů (12 (H k + Q ) g ( e + fč r) κ = ) Pasivní odpor pojezdových kol T= 000 + 5 000 9,81 Rk 0,2 (0,0007 + 0,02 0,045) 2,1 = 10 537 N (8.1) Hk Q g e fč r Rk [kg] [kg] [.s-2] [] [] [] - hotnost jeřábové kočky; - axiální nosnost jeřábu; - gravitační zrychlení; - součinitel valivého tření; - součinitel čepového tření; - poloěr čepu; - poloěr pojížděcího kola; (50 000 + 12 000) 30 = 20 667 Zrychlující síla posouvajících se hot Fsp = Hk Q vp ta (Q + H k ) v p 60 t a [kg] [kg] [.in-1] [s] = 60 1,5 N (8.2) - hotnost jeřábové kočky; - axiální nosnost jeřábu; - pojezdová rychlost; - čas rozběhu; Požadovaný výkon otorů při ustálené pojezdové rychlosti Pz = T vp ηcp T vp 60 1 000 ηcp [.s-1] = 10 537 30 60 1 000 0.9 = 5,85 kw (8.3) - pasivní odpor pojezdových kol; - pojezdová rychlost - celková echanická účinnost pojezdového ústrojí; 21
8.1.2 Kontrola rozběhu otoru Požadovaný převodový poěr převodovky pojezdu i pp = np nk n p nk = 1 400 15,16 [in-1] [in-1] = 92,35 (8.4) - otáčky pojezdového otoru; - otáčky pojezdového kola; Moent pasivních odporů M tp = T T Rk icp ηcp Rk 0,2 = 10537 = 24,56 N i p ηcp 92,35 0,9 [] (8.5) - pasivní odpor pojezdových kol; - poloěr pojížděcího kola; - celkový převodový poěr pojezdového ústrojí; - celková echanická účinnost pojezdového ústrojí; Moent zrychlujících sil posuvných hot M zpp = Fsp Fsp Rk icp ηcp [] Rk 0,2 = 20 667 = 49,2 N i cp ηcp 92,35 0,9 - zrychlující síla posouvajícího se břeene; - poloěr pojížděcího kola; - celkový převodový poěr pojezdového ústrojí; - celková echanická účinnost pojezdového ústrojí; 22 (8.6)
Moent zrychlujících sil rotujících hot M zrp = β β np ta Jp 2 π n p 60 t a [in-1] [s] [kg.2] J p = 1,2 2 π 1 400 60 1,5 0,011 = 1,3 N (8.7) - součinitel zahrnující vliv zrychlení rotujících hot; - otáčky otoru pojezdu; - čas rozběhu otoru pojezdu; - oent setrvačnosti rotoru otoru pojezdu; Rozběhový oent otoru M rp = M tp + M zpp + M zrp = 24,5 + 49,2 + 1,3 = 75 N Mtp Mzpp Mzrp [N.] [N.] [N.] (8.8) - oent pasivních odporů; - oent zrychlujících sil posuvných hot; - oent zrychlujících sil rotujících hot; Kontrola rozběhového oentu M rp γ M p 75 2,1 52,8 (8.9) 75 < 110,9 N otor vyhovuje Mrp Mp γ [N.] [N.] - rozběhový oent otoru pojezdu; - jenovitý kroutící oent otoru pojezdu; - přetížitelnost otoru; Rozběhový výkon Prp = M rp Mrp np 2 π 1 400 2 π n r = 75 = 11 kw 60 1 000 60 1 000 [N.] [in-1] (8.10) - rozběhový oent otoru pojezdu; - otáčky otoru pojezdu; 23
Kontrola rozběhového výkonu Prp γ Pp 11 2,1 8 (8.11) 11 < 16,8 kw otor vyhovuje Prp Pp γ [kw] [kw] - rozběhový výkon otorů pojezdu; - jenovitý výkon otorů pojezdu; - přetížitelnost otoru; 8.2 Kontrola brzdy pojezdu Požadovaný brzdný oent M bp = M zpp + M zrp M tp = 98,1 + 3,5 50 = 51,6 N Mtp Mzpp Mzrp [N] [N] [N] (8.12) - oent pasivních odporů; - oent zrychlujících sil posuvných hot; - oent zrychlujících sil rotujících hot; Kontrola brzdy M bp M b 51,6 < 110 N brzda vyhovuje 9 NÁVRH POJEZDOVÝCH KOL JEŘÁBOVÉ KOČKY Materiále pojezdových kol je zvolena ocel ČSN 42 2661.1. Návrh proveden dle [1]. 9.1 zatížení pojezdových kol Otáčky pojezdového kola nk = Vpk Dk v pk π Dk = 30 = 15,16 in 1 π 0,63 [.in-1] [] (9.1) - rychlost pojezdu kočky; - průěr pojezdového kola kočky, předběžně zvolen Dk = 630 ; 24
obr. 9.1 Schéa pojížděcího kola Součinitel počtu otáček fn = 3 nk 33,3 33,3 =3 = 1,12 nk 15,16 [in-1] (9.2) - otáčky pojezdového kola Maxiální únosnost kola K ax = k D k b f n = 50 63 57 1,12 = 23 162 kg k Dk b fn [kg.c-2] [c] [c] (9.3) - součinitel závislý na ateriálu kola a druhu provozu; - průěr pojezdového kola kočky; - účinná šířka kolejnice; - součinitel počtu otáček; Zatížení jednoho kola K0 = Q Hk Q + H k 50 000 + 12 000 = = 15 500 kg 4 4 [kg] [kg] (9.4) - axiální nosnost jeřábu; - hotnost jeřábové kočky 25
9.2 Kontrola únosnosti kola K 0 < K ax (9.5) 15 500 < 23 162 kg vyhovuje K0 Kax [kg] [kg] - zatížení jednoho kola - axiální únosnost kola 10 NÁVRH A KONTROLA LOŽISEK POJEZDOVÝCH KOL Předběžně jsou zvolena z online katalogu [9] pro každé kolo dvě soudečková ložiska ZKL 22314. Výpočet ložisek proveden dle [6]. Paraetry ložiska: vnitřní průěr ložiska dl = 70 DL = 150 vnější průěr ložiska BL = 51 šířka ložiska dynaická únosnost Cr = 383 kn statická únosnost C0r = 383 kn koeficient e e = 0,34 obr. 10.1 schéa uložení ložisek 26
10.1 Stanovení zatížení Zatěžující síla v kole Fk = K 0 g = 15 500 9,81 = 152 055 N K0 g [kg] [.s-2] (10.1) - zatížení jednoho kola; - gravitační zrychlení; Axiální síla v ložisku Fa = 0,1 Fk = 0,1 152 055 = 15 205,5 N Fk (10.2) - síla v kole; Radiální síla v ložisku Frad = Fk Fk u u 0,165 = 152 055 = 76 027,5 N u+u 0,165 + 0,165 [] (10.3) - síla v kole; - vzdálenost síly k ose ložiska Stanovení koeficientů X a Y 15 205,5 Fa = = 0,2 < e = 0,34 X = 1, Y = 0 Frad 76 027,5 Fa Frad - axiální síla; - radiální síla; 27 (10.4)
Stanovení dynaického ekvivalentního zatížení Pr = X Frad + Y Fa = 1 76 027,5 + 0 15 205,5 = 76 027,5 N Fa Frad X Y (10.5) - axiální síla; - radiální síla; - koeficient; - koeficient; 10.2 Základní trvanlivost ložiska C L h = r Pr Cr Pr p nk C 10 6 10 6 = 240 940 hod = r 60 n k Pr 60 15,16 P [in-1] P (10.6) - dynaická únosnost ložiska; - dynaické ekvivalentní zatížení ložiska; - paraetr typu valivých eleentů; - otáčky pojezdového kola; 11 ZÁVĚR Cíle této práce bylo provést koncepční návrh ostového jeřábu pro nosnost 50 tun. V práci je provedena volba nosníku, pojezdových kol, kolejnice jeřábu a v početní části se zabývá návrhe rozěrů částí jeřábové kočky. Je zde provedena pevnostní kontrola lanového bubnu, pojezdových kol, háku. Navržené elektrootory pro zdvih a pojezd ají dostatečný výkon jak pro přenos břeene zadanou rychlostí tak pro rozběh jeřábu s břeene. Trvanlivost ložisek pojezdových kol je vyhovující. 28
12 SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ [1] MYNÁŘ, B., KAŠPÁREK, J.: Dopravní a anipulační zařízení, Brno, Skriptu pro bakalářské studiu. [2] REMTA, F., KUPKA, L.: Jeřáby, I.-III. díl, SNTL, Praha 1961. [3] Vítkovice Steel [online]. 2007 [cit. 2010-05-06]. Jeřábové kolejnice. Dostupné z WWW: <www.vitkovicesteel.co>. [4] Elektrootory Moravec [online]. 2006 [cit. 2010-05-06]. Elektrootory Sieens. Dostupné z WWW: <www.elektrootory.net>. [5] Sia Ringspann [online]. 2010 [cit. 2010-05-25]. Brzdy. Dostupné z WWW: <www.siaringspann.fr>. [6] LEINVEBER, Jan; ŘASA, Jaroslav; VÁVRA, Pavel. Strojnické tabulky. Praha : Scientia, 1999. 985 s. [7] Vázací prostředky Pavlíček [online]. 2006 [cit. 2010-05-06]. Háky. Dostupné z WWW: <www.vazaky-online.cz>. [8] SEW EURODRIVE [online]. 2010 [cit. 2010-05-06]. Pohony. Dostupné z WWW: <http://www.sew-eurodrive.cz/>. [9] ZKL [online]. 2010 [cit. 2010-05-06]. LOŽISKA. Dostupné z WWW: <WWW.ZKL.CZ>. [10] SVOBODA, Pavel; BRANDEJS, Jan; PROKEŠ, František. Základy konstruování. Brno : CERM, s.r.o., 2006. 199 s [11] Pohony [online]. <www.elpri.cz>. 2010 [cit. 2010-05-25]. 29 Elpri-tech. Dostupné z WWW:
13 SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK A SYMBOLŮ Sybol A b B BL d dl D0 Db DK DK1 DK2 DL DS1 DS2 DZ DZ2 e Název vzdálenost zatěžující síly od ložiska bubnu Jednotka účinná šířka kolejnice hotnost stálého břeene šířka ložiska kg vnitřní průěr ložiska průěr lana průěr bubnu ěřený pod lane průěr pojížděcího kola teoretický průěr vyrovnávací kladky skutečný průěr vodící kladky velký průěr závitu háku iniální průěr bubnu teoretický průěr vodící kladky vnější průěr ložiska skutečný průěr vyrovnávací kladky střední průěr závitu háku součinitel valivého tření součinitel čepového tření F osová síla v laně - Fa axiální síla N Fk síla v kole N FPL Jenovitá nosnost lana N Frad radiální síla N g gravitační zrychlení N.s-2 h výška dráhy H výška zdvihu H1 nosná délka závitu celkový převodový poěr kg převod kladkostroje - fč fn Fsp Hk ic icp ikl ipp Jp - součinitel počtu otáček N zrychlující síla posouvajícího se břeene hotnost jeřábové kočky celkový převodový poěr pojezdového ústrojí převodový poěr převodovky pojezdu oent setrvačnosti rotoru otoru pojezdu 30 kg.2
Jz k oent setrvačnosti rotoru otoru zdvihu součinitel bezpečnosti lana kg.2 k součinitel závislý na ateriálu kola a druhu provozu - K0 zatížení jednoho kola kg l2 délka krajních hladkých částí bubnu lb celková délka bubnu lz1 délka závitu atice háku Ll navíjená délka lana p hotnost otoru pojezdu kg z hotnost otoru zdvihu kg Mbp brzdný oent brzdy pojezdu N. Mbz brzdný oent brzdy zdvihu N. Mp kroutící oent otoru pojezdu N. Mz jenovitý kroutící oent otoru zdvihu N. l1 Mpp Mpz Mrp Mrz Mtp délka hladké části bubnu axiální kroutící oent převodovky pojezdu axiální kroutící oent převodovky zdvihu rozběhový oent otoru pojezdu; rozběhový oent otoru pojezdu oent pasivních odporů pojezdu - N. N. N. N. N. Mzp setrvačný oent posuvných hot redukovaný na hřídel otoru N. Mzpp oent zrychlujících sil posuvných hot pojezdu N. Mzr setrvačný oent rotujících hot redukovaný na hřídel otoru N. Mzrp oent zrychlujících sil rotujících hot pojezdu N. n n1 nb nk np nz nz1 nz2 počet průřezů lana in-1 počet průřezů lana v jedné větvi in-1 otáčky lanového bubnu in-1 otáčky pojezdového kola in-1 otáčky otoru pojezdu in-1 otáčky otoru zdvihu in-1 vstupní otáčky převodovky zdvihu výstupní otáčky převodovky zdvihu in-1 in-1 p paraetr typu valivých eleentů - Pp jenovitý výkon otoru pojezdu kw Pz jenovitý výkon otoru zdvihu kw Pr dynaické ekvivalentní zatížení ložiska N Prp rozběhový výkon otoru pojezdu kw 31
Prz Pz Q QM rozběhový výkon otoru zdvihu požadovaný výkon otoru při ustálené pojezdové rychlosti axiální nosnost jeřábu kw kw kg axiální tíha břeene poloěr čepu pojezdového kola N RL pevnost drátů lana s stoupání závitu nosný průřez lana r Rk sb SL t ta poloěr pojížděcího kola kg.-2 tloušťka stěny bubnu 2 rozteč závitů bubnu čas rozběhu otoru pojezdu s tr čas rozběhu otoru zdvihu s T pasivní odpor pojezdových kol N u vzdálenost síly k ose ložiska vpk pojezdová rychlost kočky.s-1 vz zdvihová rychlost.s-1 Wk průřezový odul pro krut 3 Wo průřezový odul pro ohyb X koeficient - Y koeficient počet závitů bubnu - počet závitů atice háku - zahrnující oent setrvačnosti ostatních rotujících hot - součinitel zahrnující vliv zrychlení rotujících hot - přetížitelnost otoru - účinnost bubnu - z zs α β γ ηb ηc ηcp ηk σ σo τk 3 celková echanická účinnost - účinnost kladkostroje - celková echanická účinnost pojezdového ústrojí - vnější přetlak - sykové napětí v kritické průřezu - ohybové napětí v kritické průřezu 32 -
14 SEZNAM PŘÍLOH Výkresová dokuentace výkres sestavy 1-P23-15/00 výrobní výkres bubnu 2-P23-15/11 33