УДК 621.63

ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ МУФТЫ МОСТОВОГО КРАНА,
РАБОТАЮЩЕГО НА ПРЕДПРИЯТИЯХ ЦВЕТНОЙ МЕТАЛУРГИИ

Шевченко Д. А., Водолазская Н. В.

Источник: материалы международной студенческой конференции «Молода наука XXI сторічча» /Донб. нац. машинстр. ак-я. – Краматорск, 2010. – С.75 -78.

В статье приведены результаты анализа причин разрушения оборудования мостовых кранов, работающих в условиях действия агрессивных сред, указаны ресурсы узлов, которые наиболее поддаются действию этой среды. А также приведены результаты анализа существующих конструкций муфт.

Мостовые краны, являются необходимой составляющей процесса непрерывного производства. Их надежность в условиях цветной металлургии обеспечивается не в полной мере. Также следует заметить, что значительная часть мостовых кранов по срокам службы находится в завершающей стадии эксплуатации. А в настоящее время затраты на их капитальный ремонт превышают нормативные. Обеспечение надежности функционирования мостовых кранов, эксплуатируемых в условиях агрессивных сред непрерывного металлургического производства, является первоочередной задачей, т. к. их отказы могут повлечь перебои в технологической цепочке предприятия. С точки зрения надежности наиболее слабым звеном в системе мостового крана является механическое оборудование (редукторы, тормоза, канаты, муфты и т.д.). Целью данной работы есть усовершенствование отдельных узлов мостового крана для увеличения их долговечности и эксплуатационной надежности.

Технология переработки руд цветных металлов сопровождается выделением кислых газов, пыли, влаги, паров химических реагентов. Загрязненная вредными веществами газовоздушная эксплуатационная среда воздействует на металлические конструкции и механическую часть кранов, способствуя их ста¬рению и разрушению. В технологической цепочке производства продукции из цветных металлов был выделен процесс пирометаллургии, в котором участвует рассматриваемый в работе мостовой кран. Пирометаллургические процессы протекают в плавильных цехах и сопровождаются значительными выделениями тепла и агрессивных газов, преобладающим из которых является диоксид серы. Относительная влажность воздуха находится в диапазоне от 50 до 80 % при температуре 20-35 °С. Степень агрессивного воздействия среды оценивается как средне- и сильноагрессивная при нормальном и влажном режимах помещений. В качестве факторов агрессивной среды принят перечень факторов и величин агрессивности. В таблице 1 представлены среды по степени агрессивности [1].

Таблица 1.Уровни агрессивности среды

Данные, полученных в результате проведенной экспертной оценки средних наработок узлов мостовых кранов, работающих в разных по агрессивности средах [1], позволил получить реальную картину зависимости ресурсов узлов мостовых кранов от агрессивности эксплуатационной среды:

Рис. 1. Средние ресурсы основных ремонтных комплектов мостового крана,
работающих в различных по степени агрессивности средах

Из графика видно, что наименьшие количество наработок у зубчатых муфт. Это свидетельствует о том, что они наиболее подаются воздействию веществ, выделяемых при получении цветных металлов. Зубчатое сопряжение муфт является не надежным элементом – из-за сил трения возникающих при перекосе валов происходит быстрое истирание зубьев, а агрессивная среда в несколько раз ускоряет этот процесс. Поэтому есть вполне целесообразным замена этих муфт, на более надежные и устойчивые к агрессивной среде.

В ходе анализа из многочисленного разнообразия муфт выбрали те, которые наиболее подходят по конструкции и техническим параметрам, к условиям работы данного мостового крана. Учитывая основные параметры - это габариты, материал муфты, величина максимального передаваемого крутящего момента и возможность выдерживать большие нагрузки, наиболее оптимальным оказался выбор упругой муфты с винтовыми пружинами. Обладая высокой эластичностью, данные муфты смягчают толчки и удары нагрузки и отличаются отсутствием свободного хода. Также эти муфты обладают следующими компенсирую¬щими свойствами [2]: угловое смещение валов до 2°; параллельное смещение до 1 % от наружного диаметра муфты; осевое смещение до 5% от наружного диаметра муфты; угол закручивания до 5°.

Муфта соединяет отдельные секции трансмиссионного вала, являющегося частью механизма передвижения крана. Диаметр вала d = 90 мм, максимальный крутящий момент на выходном валу редуктора T_ном=1353 Н•м. Руководствуясь этими данными, производим расчет упругой муфты с винтовыми пружинам.

Размеры и параметры муфты [3]: М_ном=1068 Н•м ,В=184 мм , В₂=302 мм , D_A=280 мм , D_N=150 мм , z₂=72 мм.
Расчетная схема представлена на рисунке 2.

Рис. 2. Схема усилий, действующих в муфте с винтовыми пружинами

Крутящий момент, передаваемый муфтой:

(1)

где z – число сегментов на одной полумуфте, -усилия пружин 1 и 2 (рис.2), - углы между направлениями пружин и касательных к окружности, на которой расположены центры пальцев.

Усилие пружины:

(2)

где - жесткость пружины; - деформация пружины;

для пружин 1:

(3)

для пружин 2:

(4)

где - угол поворота полумуфт; - предварительная деформация пружины; R – см. рис. 2.

(4)

Так как 6 секторов образуют равносторонние треугольники, то

(5)

Тогда подставляем значения в формулы (3) и (4),

Отсюда,

Итак, максимальный крутящий момент передаваемый муфтой равняется 5192 Н.м, что входит в рамки допустимых значений. Отсюда следует, что муфта подходит для данного механизма передвижения мостового крана.

После проведенного анализа причин разрушения металлоконструкций и механической части мостовых кранов, были выявлены узлы мостового крана, которые наиболее поддаются воздействию агрессивной среды, ими оказались зубчатые муфты. С целью заменить их и тем самым усовершенствовать конструкцию мостового крана был проведен анализ типов муфт, а его результат представлен в данной статье. Однако выбранный вид муфты также имеет некоторые недостатки, которые планируется устранить в ходе дальнейшей работы, путем применения более износостойких материалов для изготовления муфты и ее элементов в частности.

Литература

1. Старостина Ж. А. Совершенствование организации технической эксплуатации мостовых кранов в условиях агрессивной среды // Автореферат диссертации /– Норильский индустр. ин-т. – Норильск: НИИ, 2007. – 19 с
2. Поляков В.С. Муфты. / В.С. Поляков, И. Д. Барбаш. – М.: Машгиз, 1960. – 367 с.
3. Поляков В.С. Справочник по муфтам / В.С. Поляков, И.Д. Барбаш, О.А. Ряховский. – Ленинград.: Машиностроение, 1979. – 343 с.
4. Ряховский О.А. Справочник по муфтам / О.А. Ряховский., С.С. Иванов. – Ленинград.: Политехника, 1991. – 384 с.