Кінематична схема механізма підйому кисневої фурми

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

для виконання практичних робіт

з предмета: «Механічне та підйомно-транспортне обладнання сталеплавильних цехів»

м. Алчевськ

Розробила: В.С. Стрижак – викладач І категорії

Рецензент: С.Б. Єссельбах – кандидат технічних наук,

професор, викладач кафедри МЧМ ДонДТУ

Затверджено: О.М. Присяжнюк – заступник директора з НР,

голова методичної ради

Розглянуто та схвалено на засіданні предметної комісії металургійних дисциплін

Протокол № _______

від «_____» ________ 2005р.

Голова комісії _________ О.М. Проскуріна

Зміст

Вступ 4

1. Практична робота № 1.

Визначення розмірів барабана та

перевірочний розрахунок його стінки

на міцність, вибір канату 5

2. Практична робота № 2.

Розрахунок потужності електродвигунів

механізмів мостового крана. 12

3. Практична робота № 3.

Розрахунок потужності електродвигуна

привода механізму підйому кисневої

фурми конвертера 17

4. Практична робота № 4.

Визначення завантаженості

стріпперних кранів 20

Вступ

Вирішальну|ухвальну| роль в забезпеченні високої якості металопродукції грають сталеплавильні цехи|. Постійне вдосконалення устаткування|обладнання| сталеплавильних цехів, поліпшення|покращання| технічних показників і підвищення надійності металургійних машин – неодмінна умова технічного прогресу в сталеплавильному виробництві.

Подальше|дальше| нарощування виробництва сталі здійснюватиметься шляхом розвитку киснево-конвертерного виробництва. Особливо важлива|поважна| роль в збільшенні об'єму|обсягу| виробництва і поліпшення|покращання| якості сталі належить кисневим конвертерам, що мають вищу продуктивність і краще технико0-экономические показники, чим мартенівські печі. Поєднання в конвертерах донного і верхнього продування металу киснем розширює їх можливості|спроможності|. В даний час|нині| освоєні і успішно експлуатуються в промисловості великотоннажні кисневі конвертери. Оснащені здійсненими по конструкції приводами повороту, устаткуванням|обладнанням| для завантаження|загрузки| скрапу і заливки чавуну, системами для подачі кисню і сипких матеріалів, сучасні конвертери забезпечують високу продуктивність і точність дозування.

Технічний прогрес в сталеплавильному виробництві нерозривно зв'язаний розвитком машин безперервного литва|лиття| заготовок.

В результаті|унаслідок,внаслідок| виконання практичних робіт студенти повинні уміти:

1. Проводити|виробляти,справляти| розрахунок потужності електродвигунів різних приводів машин і механізмів.

2. Уміти складати і читати кінематичні схеми.

3. Користуватися Гостами, технічною і довідковою літературою.

Практична робота № 1

Тема:Визначення розмірів барабана та перевірочний розрахунок його стінки на міцність, вибір каната.

1. Мета роботи: ознайомитися з методикою розрахунку і вибору канатів, а також вивчити конструкцію барабана механізму підйому та перевірки його стінки на міцність.

2. Початкові дані для розрахунку:

По табличним динним в залежності від номеру за списком вибираємо вхідні данні (таблиця № 1)

Q = 15 m, вантажопідйомність крану.

G = 300 кг, маса крюкової підвіски.

Н =12м, висота підйому.

Режим роботи - середній.

Блоки змонтовані на підшипниках кочення

3. Розрахунок:

3.1 По табличним даним приймаємо, Zц число несучих віток, та η – к.к.д. поліспасту, коефіцієнт запасу міцності к.

3.2. Zц = 6

η = 0,96

к = 5,5

3.3 Визначаємо максимальне зусилля на одну вішку канату.

S = (Q+G)10/Zк * η

S = (15000+300) 10/6 • 0,96 =26563 Н

3.4 Визначаємо розривне зусилля в канаті

Sp = k*S = 5,5 26563 -14609 7 Н.

3.5 По таблиці приймаємо канат типу ЛК-Р 6х19 +1 о.с., з межею витривалості [σ] = 1700 Н/мм, та розривним зусиллям Sk = 151000 Н, діаметр канату dк = 16,5 мм.

3.6 Визначаємо дійсний запас міцності канату.

Кд = S*Z*η/(Q + G)10 = 151000-6-0,96/(15000+300)10 = 5,68

Дійсний запас міцності канату перевищує розрахунковий, отже канат вибрано вірно.

3.7 Визначаємо діаметр барабану по дну канавки.

D_б = dK (е-1),

де е- коефіцієнт, який залеже від режиму роботи.

D_б = 16,5 • 24 = 396 мм.

Згідно зі стандартного ряду приймемо діаметр рівний 400 мм.

3.8 Визначаємо діаметр барабана по центрам каната.

D=D_б + d_K = 400 +16,5 = 416,5 мм.

3.9 Приймаємо матеріал барабана сталь 35Л, так як механізм працює у важких умовах.

3.10 Визначаємо товщину спинок барабана.

δ = (l,l+l,2) * dк

δ = 1,15-16,5 = 19 мм.

Для чавунних барабанів δ = 0,02-D6 + (6... 10), виходячи з умов виготовлення чавунних барабанів товщина спинки повинна бути не менше ніж 12 мм.

3.11 Визначний внутрішній діаметр барабана.

Do = 06-23=400 -219 = 362 mm.

3.12 Визначаємо шаг нарізки

t = dk + (2...3мм)

t =16,5+2,5=19 mm.

3.13 Визначаємо глибину канавки.

С = (0,25...0,4)dк = 0,35 16,5 = 6 мм.

3.14 Визначаємо радіус канавки.

К=0,6...0,74к=0,616,5 = 10мм.

3.15 Визначаємо довжину канату.

Lk =Н * і, м

де і – кратність поліспаста

i=Z/2 = 6/2 = 3.

Lk = 12000 * 3 = 36000мм = 36м.

3.16 Визначаємо число витків нарізки на одній половині барабана.

Z = Lk / π D_б + (1,5 ...2)= 36000/3,14400 +2 = 31

3.17 Визначаємо довжину парики на одній половини барабана.

l_н=Zt

І_н=31 * 19 = 589 мм.

3.18 Визначаємо довжину нарізки з кожної сторони барабана, яка використовується для закріплення канату.

Із =4t,

Із =4 19 = 76.

3.19 Визначаємо відстань між правою та лівою нарізками.

L = b-2h-tgα,

де b — відстоїть між осями ручаїв крайніх блоків,

b = 268 мм.

h - відстань між віссю барабана і віссю блоків, що рухається в крайньому верхньому положенні вантажу.

h = 650 мм.

α - кут відхилення, α = 4…6° приймаємо α =4°.

L= 268 -2 650 tg4°= 177 мм.

3.20 Визначаємо повну довжину барабана.

L6 = 2 (Із + Іh)L = 2 (589 + 76) * 177=1507 мм.

3.21 При L <5*D перевірка стінок барабану виконується тільки на стискання, а при L> 5*D перевірка виконується на стискання, згин та кручення,

5D = 5* 416,5 = 2082,5 мм, >L= 1507

3.22 Перевіряємо стінки барабана на стискання

σ_c= S₁/S_t < [σ_с]

де - [σ_с] - допустиме напруження на стисканні для сталі 35Л, [σ_с] = 140 Н/мм

σ_с = 26563/1919 = 73,58 Н/мм <[σ_с] = 140 Н/мм

Напруження на стискання менше німе допустиме, отже барабан відповідає умовам міцності.

При L>5D, необхідно перевірити барабан по таких формулах

3.23 Витрачаємо крутний момент, який передає барабан

Мкр = S₁D = 26563 * 0,4165=11063,49 Нм.

3.24 Визначаємо згинаючий момент

Мзг = S₁l^/

де l^/ - відстань від точки прикладання зусилля S₁ до середини торгового диску барабана

l^/ = і_н * (0,01...0,02)

l^/ = 0,589 * 0,015 = 0,574 м.

Мзг = 26563 -0,574 = 15247,16 Нм

3.25 Визначаємо екваторіальний момент опору перерізу барабана

W=0,1D_б - Do/Do,

W= 0,1* 0,4 - 0,362 /0,362 = 0,002328 м

3.26 Визначаємо сумарне напруження від згину та кручення

σ = Мзг. + (φ •Мкр) /W

де φ — коефіцієнт приведення напружень, φ = 0,75

φ = 15247,16 + (0,75 • 11063,49) /0,002328 = 7,46 Н/мм

3.27 Визначаємо процент сумарного напруження від напруження стискання.

σ /[σ с]100%<15%

7,46/140100% = 5,33%< 15%.

Висновок; напруження від згину та кручення в стінці барабана не перевищують 15 % від напружень стискання, отже умови міцності виконані.

Таблиця № 2 - Кількість вішок поліспасту в залежності від вантажопідйомності

Таблиця № 3 – к.к.д. поліспаста

Таблиця № 1 – Початкові дані до практичної роботи № 1

4. Контрольні питання:

1. Які розрізняють види вантажопідйомних машин по значенню, принципу дії?

2. приведіть схеми і опис основних типів вантажопідйомних машин (домкрата, лебідки, талі).

3. Що таке відносна тривалість включення|приєднання| (ПВ| %)

4. Як враховується режим роботи при визначенні розрахункових навантажень?

5. За яких умов застосовують універсальні і спеціальні вантажопідйомні пристосування?

6. Опишіть однорогі і дворогі вантажні крани, їх контур, конструкція, матеріал, технологію виготовлення.

7. Пластинчасті|пластинчаті| крюки|гаки|: матеріал, технологія виготовлення, область застосування|вживання|.

8. Як підбираються крюки|гаки| по Госту?

9. У чому переваги барабана з|із| гвинтовою нарізкою?

10. Як визначається довжина барабана?

11. Що таке поліспаст|?

12. Які бувають поліспасти|?

13. Як визначається кратність поліспаста|?

14. Призначення підвісів, крюків|гаків|.

Висновок

6. Література:

1. Александров В.П. Подъемно-транспортные машины. М. «Высшая школа», 1985, 570 с.

2. Виниолии И.И. Механическое и транспортное оборудование сталеплавильных цехов. М. «Металлургия», 1972, 2-е издание, 368 с.

Практична робота № 2

Тема: Розрахунок потужності електродвигунів

механізму мостового крану.

Мета роботи

Оволодіти методикою розрахунку потужності електродвигуна привода механізму підйому кисневої фурми конвертора.

Початкові дані

2.1. Згідно з табличними даними в залежності від номеру по списку вибираємо вихідні донні

Q = 36m = 36000 кг - вантажопідйомність крану;

G = 350 кг - маса крюкової підвіски;

Vв = 75 м/хв — 0,25 м/с - швидкість підйому вантажу;

Вб = 710 мм - діаметр барабану;

ТВ = 30% - тривалість включення;

Режим роботи — середній.

Розрахунок

3.1 Визначаємо потужність двигуна

де η - коефіцієнт корисної дії механізму (к.к.д.)

η = 0,85.

Рст =10 (36000 + 350) – 0,25/0,85 = 106912 Вт

3.2 Визначаємо номінальну потужність двигуна.

де ТВн – стандартне значення тривалості включення.

Приймаємо ТВ = 25 %.

3.3 По знайденому значенню потужності вибираємо двигун типа МТН 712 -10 з потужністю Рдв = 125 кВт (при ТВ = 40%) з частотою обертання ротора n_дв = 585 об/хв, з максимальним моментом М_тах = 5800 Нм. Маховий момент GD = 510Hm.

3.4 Визначаємо частоту обертання барабану.

де i_n - кратність поліспаста, згідно табличних даних i_n = 4.

n_б = 60-0,25 4/3,14 -0,71 = 26,91 об/хв.

3.5. Визначаємо передаточне відношення механізму

Up = nд/nб = 585/26,91=21,74.

3.6 Редуктор механізму підйому вибираємо, враховуючи потужність на швидкохідному валу редуктора, частоту обертання його швидкохідного вала, передаточне відношення та заданий режим роботи механізму. Вибираємо редуктор циліндричний горизонтальний двоступінчатий крановий типорозміру Ц2У- 650 -19,88 - 4М. Сумарна міжосьова відстань а_w=650mm, передаточне відношення U = 19,88, схема збірки 4, вал тихохідний з кінцем під зубчасту муфту.

3.7 Визначаємо фактичну частоту обертання барабана

п_б.ф = n/U= 585/19,88=29,43 об/хв.

3.8 Визначаємо фактичну швидкість підйому вантажу.

V_вф.= π D_б n_б.ф./60 і_n = 0,273 м/с.

3.9 Визначаємо статичний момент приведений до валу двигуна.

Мст =10 (36000+350)-0,71 /2419,88-0,85 = 1909,14 Нм.

3.10 Визначаємо динамічний момент, який затрачується на прискорення мас, які рухаються поступально.

М_д1 = 10 * (Q+G) * D_б n_д/375 * t_p * U_p * i_n * η

де t_n – час розгону механізму, t_n 5 V_в.ф., t_n = 5 * 0,273 = 1,356 с.

М_д1 = 10 * (36000+350) * 0,71 * 585/375 * 1,365 * 19,88 * 4 * 0,85= 38,96 Нм .

3.11. Визначаємо динамічний момент, який затрачується на прискорення мас, які обертаються.

де — S- коефіцієнт, який враховує махові моменти деталей механізму

S = 1,1 1,25.

М_д2 = 1,2-510-585/3751,365 = 699,43 Нм .

3.12 Визначаємо пусковий момент двигуна.

М_n = М_ст + М_д1+ М_д2 = 1909,14+38,96+699,43=2647,53 Нм.

3.13 Визначаємо номінальний момент двигуна.

Мн=Рд/ω

де ω- кутова швидкість двигуна.

ω = π n/30 = 3,14-585/30 = 61,23 с^-1 (рад/сек)

Мн = 125*1000/61,23 = 2041,48 Нм.

3.14 Перевіряємо вибраний електродвигун на фактичну кратність пускового моменту.

λ = M_n / М_ст < [λ]

де [λ] - допустима кратність пускового моменту

[λ] = M_max / М_н = 5800/2041,48=2,84

λ= 5800/2041,48 = 2,84 1 = 2647,53/1909,14 = 1,39.

Якщо λ [λ], то вибраний двигун відповідає умовам роботи механізму. Якщо λ > [λ], то необхідно вибрати інший двигун більшої потужності, по таблицям та перевірити його на перевантаження по формулам пунктів 2.9 — 2.14.

Таблиця - значення к.к.д. основних частин кранового механізму підйому.

Таблиця - Кратність поліспасту при різних вантажопідйомностях.

Таблиця - вхідні данні до практичної роботи № 2

4. Контрольні питання

1. Який привід вантажопідйомних машин ви знаєте?

2. У яких кранах використовується ручний привід?

3. Що таке «кішка»?

4. Приведіть формулу передавального числа ручної лебідки?

5. Що входить до складу електроприводу ПТМ|.

6. Призначення останов. Приведіть схему крана останов.

7. Перерахуйте типи гальм.

8. Призначення мостових кранів.

9. Як класифікуються крани залежно від типу вантажозахватних пристроїв|устроїв|?

10. Призначення кран-балки.

11. З|із| яких вузлів складається мостовий кран загального|спільного| призначення.

12. Які приводи механізму пересування крана ви знаєте.

13. Приведіть кінематичну схему механізму пересування ножа:

а) з|із| швидкохідною трансмісією;

б) з|із| тихохідною трансмісією;

в) з|із| індивідуальним приводом.

Висновок

6. Література:

1. Виниолии И.И. Механическое и транспортное оборудование сталеплавильных цехов. М. «Металлургия», 1972, 2-е издание, 368 с.

2. Александров В.П. Подъемно-транспортные машины. М. «Высшая школа», 1985, 570 с.

Практична робота № 3

Тема: Розрахунок потужності електродвигуна привода

механізму підйому кисневої фурми конвертора.

Мета роботи

Оволодіти методикою розрахунку потужності електродвигуна привода механізму підйому кисневої фурми конвертора.

Початкові дані

2.1. Швидкість підйому фурми V_ф = 0,25 – 0,5 м/с

2.2. Висота підйому фурми Н = 6,35 м

2.3. Тягове зусилля на барабані F= 38 кН

2.4. Швидкість навивання каната на барабані V_к = 0,98 – 1,0 м/с

2.5. Дані, яких не вистачає для розрахунку, вибрати самостійно.

Кінематична схема механізма підйому кисневої фурми

Розрахунок

4.1. Визначаємо статичну потужність електродвигуна

де η = 0,9 – орієнтовний ККД редуктора.

В приводі механізму підйому кисневої фурми установлений електродвигун:

Тип МП – 52

Потужність 40 кВт

Число обертів ротора 635 об/хв.

Частота включення ТВ = 25%

4.2. Визначаємо розривне зусилля в канаті

де К_з =5,5 – коефіцієнт запасу міцності каната для середнього режиму роботи по ДОСТ 2677-80 приймаємо канат

4.3. Визначаємо діаметр барабана

4.4. Визначаємо кутові швидкості:

а) електродвигуна

б) канатного барабана

в) Визначаємо передатне відношення редуктора

По каталогу приймаємо редуктор з наступною характеристикою:

1. Тип РМ-650

2. Швидкість обертання вхідного вала n = 750 об/хв.

3. Передаточне число U_p =

4. Потужність на вхідному валі Р_вх =

5. Частота включення ТВ =

5. Контрольні запитання

1. Які приводи конвертера ви знаєте?

2. Призначення приводу конвертора.

3. Яка швидкість повороту конвертора при сливі стали і шлаку?

4. Чому вісь обертання конвертора повинна бути вище за загальний|спільний| центр тяжіння?

5. Що є фурма?

6. Чому фурми з|із| центральним підведенням кисню одержали|отримали| широке застосування|вживання| в порівнянні з фурмами| з|із| центральним підведенням охолоджуючої води?

7. Що вважається|лічиться| важливим|поважним| конструктивним вузлом будь-якої фурми?

8. Чим контролюється положення|становище| фурми в конвертері?

9. Перерахуйте типи машин для подачі кисню в конвертер.

10. Які недоліки|нестачі| мають стаціонарні машини для подачі кисню в конвертер?

11. З якою метою здійснюють з'єднання|сполучення,сполуку| приводу конвертера з|із| цапфами універсальними шпінделями|шпинделями|?

12. Яка номінальна швидкість переміщення фурми?

Таблиця 5 – Початкові дані до практичної роботи №3

Висновок

Література

1. Целиков Л.И. и др. Машины и агрегаты металлургических заводов. Т II. М., “Металлургия”, 1987 г.

2. В.М. Гребеник и др. Расчет металлургических машин и механизмов. К. “Вища школа”, 1988 г.

3. Виниолии И.И. Механическое и транспортное оборудование сталеплавильных цехов. М. «Металлургия», 1972, 2-е издание, 368 с.

4. Левин М.З. и др.. Механическое и транспортное оборудование сталеплавильных цехов. Киев. «Высшая школа», 1985, 165 с.

Практична робота № 4

Тема: Визначення завантаженності стриперних| відділень|відокремлень|

Мета|ціль|: визначити завантаженість стриперних| кранів і провести|виробити,справити| розрахунок його механізмів

У цеху запроектовані два стриперних| крап УЗТМ| 250/50, т. За даними хронометражу, заборгованість крапу па один злиток|зливок| спокійної сталі (зняття надставки, випробування злитка|зливка|) складає 2 мін, а для киплячої сталі (зняття злитка|зливка| разом з виливницею і установка їх на допоміжний склад) 1,4 мин. Приймаємо, що на допоміжні операції витрачається 20% часу основних операцій, а коефіцієнт нерівномірності роботи крана складає 1,2.

Визначимо число крано-годин, необхідного для виконання всіх операцій в стриперном| відділенні|відокремленні| при повному|цілковитій| виробництві цеха.

крано-годин

Крім того, слід врахувати 1,5 ч на огляд і дрібний|мілкий| ремонт кожного крана. Таким чином, для двох кранів необхідно 42 крано-години.

Визначимо завантаженість двох кранів:

Для більшої гарантії безперебійної роботи цеху, якщо один з кранів зупинять на тривалий ремонт, слід передбачити в цеху третій кран чи стаціонарний товхач, що обслуговується прибиральним мостовим краном. При трьох стриперних| кранах завантаженість сягне:

По табл. 4.1 в залежності від номеру по списку вибираємо вихідні дані.

2. Розрахунок механізмів стриперного| крана (механізм виштовхування)

2.1. Визначаємо діаметр гвинта, запровадивши розрахунок на деформацію стиснення|стискування|:

, мм (4.1)

де: 1,375 F — розрахункове завдання, (F — максимальне навантаження на вінт, н);

[σ]— допустиме напруження на стискання|стискування|, МПа;

d₁ — внутрішній діаметр різьби гвинта, мм.

2.2 Визначаємо зовнішній діаметр гвинта по імперічному співвідношенню

мм (4.2)

де d — зовнішній діаметр гвинта, мм.

2.3. Визначаємо середній діаметр гвинта:

, мм (4.3)

2.4. Визначаємо шаг правої та лівої різьби| двоходового| гвинта:

S = 2t ,мм (4.4)

де t — відстань між сусідніми витками різьби, мм

2.5. Визначаємо хід штемпіля при одному обороті|звороті,оберті| гвинта:

S_шт = 2S,мм (4.5)

2. 6. Визначаємо число витків кожної нарізної частини|частки| гвинта:

(4.6)

де: 2 — число ходів;

l — довжина нарізаної частини|частки| гвинта, мм;

2.7. Число витків гайки визначаємо з|із| умов:

а) питомного тиску|тиснення|

, Па (4.7)

б) деформація зрізу

, Па (4.8)

де [q] —питомний тиск|тиснення| при бронзовій гайці [q] = 10 · 10⁴ Па (100 кГ/см²);

[τ]_ср = 0,6 [σ]_{ст ,} МПа

h = 0,7 t — для трапецеїдальної різьби.

Із|із| отриманих результатів обираємо найбільше число витків.

2.8. Визначаємо кут|ріг,куток| нахилу гвинтової лінії:

, де r_ср – середній радіус гвинта (4.9)

2.9. Приймаємо к.к.д. гвинта:

2.10. Визначаємо обертовий момент, для визначення опору тертя нарізці гвинта:

, Н·м (4.10)

2.11. Перевіряємо гвинт на повздовжній згин|згин|:

, Н/м2 (4.11)

де:

, м² А - площа|майдан| поперечного перерізу

φ— коефіцієнт зменшення напруження|напруження|, обираємо з табл. в залежності від згину, приймаємо: φ = 0,846.

Гнучкість

(4.12)

де l — довжина гвинта, мм; r_i — радіус інерції

, мм

де I — момент інерції (4.13)

, мм² (4.14)

2.12. Визначаємо потужність електродвигуна стриперного| механізму;

, Вт (4.15)

де: F — максимальне зусилля штемпеля, н;

η_мех = 0,6 — к. п. д. механізму;

к — коефіцієнт перевантаження двигуна, к = 1 - 1,2.

2.13. Визначаємо передаточне число механізму:

(4.16)

де: n_дв — число оборотів|зворотів,обертів| двигуна в хв^-1;

n_в — число оборотів|зворотів,обертів| гвинта в хв^-1.

(4.17)

де: υ – max швидкість штемпеля; υ = 2,5-3 м/хв

Таблиця 4.1 – початкові дані до ПРП № 4.

Література:

1. Целиков Л.И. и др. Машины и агрегаты металлургических заводов. т. ІІ. М., «Металлургия», 1987г.

2. Виниолии И.И. Механическое и транспортное оборудование сталеплавильных цехов. М. «Металлургия», 1972, 2-е издание, 368 с.