Расчет механизма подъема груза

Исходные данные:

Груз весом (Q) 20 т. поднимается на высоту (H) равную 40 м со скоростью (V) 10 м/мин. Режим работы – легкий. Кратность полиспаста 4

1. Определение КПД полиспаста:

Диаметр блока подбирают в зависимости от сечения гибких элементов. Так, для стреловых кранов на автомобильном, гусе­ничном и ж.д. ходу:

D­_бл > 16*d_k – при легком режиме

При набегании каната на блок тратится работа на деформа­цию каната и на трение в опорах, что характеризуется КПД блока. При многократном полиспасте КПД полиспаста определяется по формуле:

КПД блока на подшипниках скольжения (из-за большого веса) принял равным 0.96

h^пол = 0,96*(1-0,96⁴)/4*(1-0,96)=0,90375

2. Определение натяжения ветви каната идущей на барабан:

Определить усилие в канате, навиваемом на барабан, можно по формуле:

Q – вес поднимаемого груза, (кН)

0.05Q – вес подвесных приспособлений, (кН)

а – кратность полиспаста

h_пол – КПД полиспаста

Q=mg=20* 9,8 (кН)

3.Подбор каната по разрывному усилию:

Для механизма подъема (рис. 2) башенных кранов и строи­тельных лебедок применяются, как правило, стальные канаты (тросы крестовой свивки), с одним органическим сердечником и числом проволоки 6x19=114 или 6x37=222.

В тех случаях, когда перемещаемый груз движется в направ­ляющих (подъемники, лифты), применяются канаты параллельной свивки, как более долговечные.

Канаты изготовленные из прямых проволок, даже крестовой свивки, стремятся раскручиваться. Известны канаты практически не закручивающиеся, изготовленные из предварительно деформи­рованных проволок, а также канаты не крутящиеся - многопрядные противоположным направлением свивки прядей по слоям; они иногда применяются в подъемных механизмах при подвеске груза на одной или двух ветвях, когда желательно предотвра­тить кручение груза. Канат подбираем по допускаемому разрывно­му усилию:

S_p=k ^.S_k

k - коэффициент запаса прочности каната, в зависимости от режима работы механизма:

k=5,5 - для среднего режима работы;

S_p=5*57,0124= 285,062 (кН)

По ГОСТу 3070-74 выбираем канат типа ТК 6x19 = 114 проволоки с расчетным пределом прочности проволоки: s =2000 (МПа)

d_k=22,5 (мм) - диаметр каната

S’_p=287 (кН) - фактическое разрывное усилие

Проверяем фактический коэффициент запаса прочности:

K₁= S’_p/S_k ³ k

K₁=287/57,0124 = 5,03 > 5 – условие соблюдено

4. Определение размеров барабана:

Барабан выполняют литым из чугуна или стали и сварным стальным. Конструкция крепления каната к барабану должна быть надёжной, удобной для его замены и осмотра и простой в изготовлении. Канат в месте крепления не должен подвергаться резкому изгибу. Канаты навиваются на барабаны. В зависимости от длины навиваемого каната последний укладывается на барабан в один или несколько слоев. Барабаны, на которые наматывают канат в несколько слоев имеет гладкую поверхность и борта, воизбежание сползания каната. Барабаны, на которые навивают в один слой канат, имеют винтовые канавки. Допускаемое отклонение каната от нормали к продольной оси барабана не должно превышать 4°, так как при превышении этого угла канат может перескакивать в соседнюю канавку.

l_б’ - конструктивная рабо­чая длина барабана

L_б - полная длина барабана

h_p - высота реборд над последним слоем каната

d_ст - толщина стенки бара­бана

D_б - диаметр барабана по центрам 1-го слоя каната

D_б’ - конструктивный диаметр барабана

D_б^реб - диаметр барабана по ребордам

Крепление концов стальных канатов к барабанам производят, например, с помощью зажима их металлическими планками (рис.4)

Диаметр барабана по центрам первого слоя навивки каната определяется в зависимости от коэффициента l, принимаемого по нормам Гостехнадзора для стреловых кранов:

l =16 – при лёгком режиме

Определяем диаметр барабана по центрампервого слоя навивкиканата по формуле для легкого режима работы:

D_б= l ^. d_k

D_б= 16 ^. 22.5= 360 (мм)

Конструктивный диаметр барабана определяется по формуле:

D_б’= D_б - d_k

D_б’= 360 – 22.5= 337,5 (мм)

Рабочая длина барабана определяется исходя из канатоемкости барабана и числа слоев навивки каната:

l_б’=(( L/pD_б’)+z) d_k – для однослойной навивки

l_б’= L d_k / p(D_б’m+ d_km²) – для многослойной навивки

Длина каната должна быть такой, чтобы при опускании гру­зового крюка до нижнего положения на барабане лебедки остава­лось не менее полутора витков каната, не считая витков нахо­дящихся под зажимным устройством, поэтому принимаем число за­пасных витков каната z = 2.

m - число слоев навивки каната, принимаемое так, чтобы:

l_б’/ D_б’=(2.5 ¸ 3) (*)

при соотношении (l_б’/ D_б’) >3 барабаны необходимо проверять на совместное действие изгиба и кручения.

Канатоемкость барабана определяем по формуле:

L= а ^. H

L= 4 ^.40=160 (м)

l_б’=1 60*10 ³* 22.5 /( 3.14*(337,5*3+ 22,5*3²))=943,61 (мм)

Условие (*) для однослойной навивки не выполняется, отношение (l_б’/ D_б’)=10, следовательно определяем рабочую длину барабана для многослойной навивки,

при m=2:

l_б’=950 (мм)

И отношение (l_б’/ D_б’)=2,81

Толщина реборд принимается конструктивно:

d_р= d_k=25 (мм)

Полная длина барабана:

L_б= l_б’ +2d_р

L_б=950+2 ^.25= 1000 (мм)

Высота реборд над последним слоем каната должна быть не менее h_p = 2,5* d_k во избежание сползания каната, поэтому h_p=56,25 (мм).

Толщина стенки барабана определяется расчетом или по эм­пирической формуле:

d_ст=0.02*D_б’+(6 ¸10)

d_ст=0.02*337,5+10= 16,75 (мм)

Пусть d_ст=17 (мм)

Диаметр барабана по ребордам:

D_б^реб= D_б’+2m d_k+ 2h_p

D_б^реб=337,5+2*3*22,5+2*56,25= 385 (мм)

Пусть D_б^реб=390 (мм)

5. Подбор электродвигателя:

Двигатель подбирают по каталогам Информэлектро. Электродвигатель подбирают по фактической нагрузке с учётом продолжительности работы их под этой нагрузкой, не допуская перегрева. Легкий режим – работа производится с грузами небольшой величины, с малыми скоростями с числом включений в час до 60.

Для привода подъемных крановых механизмов, работающих при повторно-кратковременном режиме, используются электродви­гатели с фазовым ротором серии МТ, АК или с короткозамкнутым ротором серии МТК, А02.

Крановые асинхронные двигатели трехфазного тока напряже­нием 220 В и 380 В с короткозамкнутым ротором удобны в управлении кнопкой.

Мощность электродвигателя можно определить по формуле:

N=S_kV_k/1000h_леб

S_k - тяговое усилие на барабане (H)

V_k - скорость навивки каната на барабан (м/сек)

h_леб=h_мех – КПД механизма лебедки

h_леб=h_бар ^.h_ред=0,9024

h_ред=0.94

h_бар=0.96

V_k=aV/60=4*10/60=0,66 (м/сек)

N=57012*0,66/1000*0.9024= 41,5 (кВт)

Подбираем электродвигатель:

Для лёгкого режима работы (продолжительность включений ПВ=15%) принимаем асинхронный электродвигатель переменного тока с фазовым ротором серии АК-91-8 (N_дв= 40 кВт, n_дв= 720 об/мин).

6. Подбор редуктора:

Определяем скорость вращения барабана n_б по среднему диаметру навивки каната:

n_б=60V_k/pD_ср

V_k – скорость навивки каната на барабан (м/сек)

D_ср – средний диаметр барабана (м)

D_ср= D_б’+m d_k=0.3375+3*0,0225=0.405 (м)

n_б=60*0,66/3.14*0.405= 31,14 (об/мин)

Общее передаточное отношение редуктора определяем по формуле:

i_общ= n_дв/n_б

i_общ=720/31,14= 23,12

Подбираем редуктор по передаточному числу, синхронной скорости вращения двигателя, режиму работы и межцентровому расстоянию входного и выходного валов. Принимаем редуктор Ц2-250 i_ред=24,5. Число оборотов ведущего вала 1000 об/мин. Мощность на ведущем валу 30,2 кВт.

Габаритные размеры L=986, B=592 (мм). Межосевое расстояние Аw=500 (мм). Производим пересчет действительной скорости подъема груза.

Фактическое число оборотов барабана определяем по формуле:

n_б=n_дв/i_общ

n_б=720/24,5=29(об/мин)

Фактическая скорость каната, навиваемого на барабан:

V_k=p D_ср n_б

V_k=3.14 ^. 0.405 ^.29= 36,9 (м/мин)

Действительная скорость подъема груза:

V_гр=V_k/ a

V_гр=36,9/4 = 9,22 (м/мин)

Что отвечает заданию.

7. Подбор тормоза:

Все механизмы подъёма должны быть снабжены автоматически действующими тормозами нормально-замкнутого типа. Тормоз должен быть установлен на таком кинематическом звене механизма, которое жёстко связано с барабаном (зубчатой или червячной передачей). Если одного тормоза недостаточно, то устанавливают второй на другом конце вала электродвигателя (что предпочтительней) или на другом валу механизма (различный развиваемый тормозной момент).

В электрореверсивных лебедках устанавливаются нормально замкнутые колодочные тормоза (рис. 6), замыкаемые грузом и размыкаемые электромагнитом. Тормозной шкив выполняется заодно с одной половиной упругой муфты, соединяющей вал двигателя с валом редуктора.

Муфта подбирается по диаметру вала и моменту, который должен быть создан тормозом.

Крутящий момент на валу тормозного шкива определяется:

M₁=N/w =9.5*N/n

M₁=9.50 ^.40000/720 = 527,8 (Hм)

Силы трения в передаче (редукторе) помогают эатормаживанию, поэтому момент, подлежащий затормаживанию:

М_т= M₁h²

h - КПД пары зубчатых колес, равное 0,85

М_T =527,8^.0.85²= 381,3 (н.м)

Определяем диаметр тормозного шкива в зависимости от тормозного усилия:

D_т= 300 (мм); a=195 (мм); b=390 (мм); c=70 (мм); l=140 (мм);

Расчетное усилие на ободе тормозного шкива определяется по формуле:

P_P =2М_т/ D_т

P_P =2 ^.381,3/0.3 =2542 (H)

Сила прижатия тормозных колодок определяется:

N’ = P_P /2m

m - коэффициент трения фрикционного материала (накладок ленты) о тормозной шкив.

m = (0,3 ¸ 0,35) - для тканевой асбестовой ленты;

m = (0,35 ¸ 0,45) - для вальцованной ленты.

Принемаем вальцованную ленту m = 0.35

N’=2542 /2 ^.0.35= 3631,4 (H)

Находим усилие в тяге двухколодочного тормоза:

T= N’*(a*c/b*l)

T=2542^.(195 ^.70/390 ^.140)= 635,5 (H)

Определяем вес тормозного груза:

q_гр=Tl₁/l_гр

l₁= l=140 (см рис.6)

l_гр=k ^. l₁=3 ^.160=420

q_гр=635,5 ^.140/420=211,83 (H)

Определяем растормаживающее усилие электромагнита:

K_м= q_грl_гр/l_м

Расстояние lм изменяют до значений позволяющих более полно использовать силу электромагнита. В случае крепления якоря электромагнита к горизонтальному рычагу между грузом и вертикальным рычагом обычно принимают l_м=2l_гр/3, а в случае крепления якоряза грузом l_м=1.2 l_гр.

K_м=211,83*420/280 = 317,74 (H)

Путь тяги электромагнита (максимальный ход) определяет­ся как:

h_э=2.2d/i

d=(0.8 ¸ 2.0) - радиальный зазор между тормозной колодкой и шкивом

i=(a/b)(c/l)(l₁/l_м)=0.09 - кратность системы рычагов.

h_э=2.2 ^.1/ 0,09= 24,4 (мм)

По приложению №7принимаем электромагнит переменного тока, типа КМТ-103 с техническими данными: К_м=350 (H); M_я= 9,7 (кг); h_э= 50 (мм).

8. Кинематическая схема:

Редукторы цилиндрические двухступенчатые горизонтальные типа РМ-500

Дата добавления: 2015-07-02