Параметры механизма подъема

Кратность полиспаста, диаметры каната и барабана

Силовые и кинематические параметры механизма подъема существенно зависят от принятой кратности грузового полиспаста. Для подавляющего большинства кранов мостового типа применяются сдвоенные полиспасты кратностью от 2 до 5. На рис. 1.3 приведены применяемые на практике схемы полиспастов.

Рис. 1.3. Схемы полиспастов:

а — кратность 2; б — кратность 3; в — кратность 4; г — кратность 5

Кратность п_п и КПД г|_п, а также схему грузового полиспаста рекомендуется принять, руководствуясь табл. 1.1 и рис. 1.3.

Таблица 1.1

Рекомендации по назначению кратности полиспаста

На всех перегрузочных кранах применяются сдвоенные полиспасты, поэтому число канатов, навиваемых на барабан, ²кб ⁼ 2.

Число блоков крюковой подвески определяется кратностью полиспаста г_БЛ = п_п.

В курсовом проекте рекомендуется выбрать типовую крюковую подвеску по данным прил. А.

В табл. ПА1 прил. А параметры подвески выбираются в зависимости от номинальной грузоподъемности крана <2, числа блоков в подвеске г_БЛ и группы классификации механизма подъема.

Для выбранной подвески по табл. ПА1 определяются ее масса т_п, диаметр блока по дну канавки, интервал диаметров каната и другие геометрические параметры.

Статическое усилие 5 в одной ветви каната полиспаста, идущей на барабан, от сил тяжести груза и крюковой подвески, равно:

где g - 9,8 м/с² — ускорение свободного падения.

Коэффициент использования канатов 2_Р (коэффициент запаса прочности) определяется по табл. 1.2 в зависимости от группы классификации механизма.

Динамический коэффициент к_д, учитывающий увеличение усилия в канатах в момент отрыва груза от основания, равен:

где V — номинальная скорость подъема груза, м/с.

Таблица 1.2

Минимальные коэффициенты использования канатов [2]

Максимальное усилие 5_МАХ в канате с учетом динамических нагрузок

Расчетное разрывное усилие каната

По табл. ПБ. 1 прил. Б для маркировочной группы 1960 МПа выбирается диаметр каната с1_к, обеспечивающий выполнение условия

где Р_о — табличное значение разрывного усилия.

Шаг Г нарезки канавок на барабане (рис. 1.4)

Полученное значение округляется в большую сторону до целого числа миллиметров.

Рис 1.4. Расчетные диаметры и шаг нарезки канавок на барабане

Минимальный допускаемый диаметр барабана по дну канавки:

где Л] — коэффициент выбора диаметра барабана, принятый по табл. 1.2 для соответствующей группы классификации механизма.

Корректирующий коэффициент, учитывающий группу классификации механизма подъема,

Расчетный диаметр барабана (Н в мм)

Полученное значение округляется в большую сторону до значения, кратного 10 мм.

Принятое значение диаметра барабана проверяется по условию

Если условие не выполняется, необходимо принять с?_Б = [с?_Б] и округлить полученное значение в большую сторону до значения, кратного 10 мм.

Расчетный диаметр барабана (см. рис. 1.4)

Параметры привода

Расчетная мощность электродвигателя

где Г|_р = 0,95 — КПД редуктора.

В современных крановых электроприводах применяется система частотного регулирования скорости электродвигателя. Особенность такого привода заключается в том, что в момент подъема груза мощность электродвигателя должна быть больше расчетной. Поэтому по табл. ПВ1 прил. В необходимо выбрать электродвигатель по условию Р_э > Р_р. Электродвигатель должен быть оснащен датчиком обратной связи и обязательной принудительной вентиляцией. Предпочтительнее использовать двигатель с частотой вращения п_э = 1000 об/мин. Эти двигатели имеют меньшую массу и габариты по сравнению с двигателями с частотой вращения 750 об/мин. Если для двигателя с частотой вращения ротора 1000 об/мин не удастся подобрать редуктор с необходимым передаточным отношением, принимается двигатель с частотой вращения ротора 750 об/мин.

Для дальнейших расчетов необходимо кроме мощности электродвигателя Р_э из табл. ПВ1 выписать частоту вращения ротора п_э, момент инерции ротора 7_Э и массу электродвигателя т_э.

Угловая скорость ротора электродвигателя

Крутящий момент электродвигателя

Требуемое передаточное отношение редуктора (П_Б в м)

Передаточное отношение редуктора принимается ближайшим к полученному значению и_р из стандартного ряда: 10; 12,5; 16; 20; 31,5; 40; 50.

Фактическая скорость подъема

Отклонение фактической скорости от заданной

По принятым нормативным требованиям отклонение фактической скорости от заданной не должно превышать ±15 %, т. е. должно выполняться условие

Если это условие не выполняется, то для его обеспечения необходимо последовательно изменять:

• — или передаточное отношение редуктора п_р;
• — или диаметр барабана (1_Б > [гі_Б];
• — или частоту вращения ротора электродвигателя п_э.

Крутящий момент электродвигателя, приведенный к барабану,

Для обеспечения уверенного пуска электродвигателя необходимо выполнить условие

Если это условие не выполняется, то необходимо выбрать электродвигатель большей мощности и повторить расчеты заново.

Требуемый крутящий момент на выходном валу редуктора

По табл. ПГ1 или ПГ4 прил. Г выбирается редуктор с соответствующими значениями передаточного отношения и_р и момента Т_р на выходном валу.

Расчетный тормозной момент

где /с_т = 1,5 — коэффициент запаса торможения.

Типоразмер тормоза принимается по табл. ПЖ1 прил. Ж.

Максимальный тормозной момент тормоза Т_т должен быть больше или равен расчетному моменту: Т_т > Т_тр.

Основные параметры выбранного тормоза: максимальный тормозной момент Т_т, диаметр и ширина В_ш тормозного шкива, габаритный размер от оси вращения тормозного шкива и ширина В_г тормоза, масса т_т. Основные размеры тормозов приведены в табл. ПЖ2.

Размеры тормозного шкива с зубчатой полумуфтой принимаются по табл. ПИ1 прил. И в зависимости от диаметра Р_ш (диаметр О] в табл. ПИ1 и на рис. ПИ1). При этом необходимо, чтобы полумуфта обеспечивала передачу крутящего момента Т'м - ?тр-

При кинематической схеме 1 (см. рис. 1.2, а) вал электродвигателя соединяется с быстроходным валом редуктора (на котором установлен тормозной шкив) валом-вставкой через зубчатые муфты. Зубчатая муфта выбирается по табл. ПК1 приложения К. Типоразмер муфты должен соответствовать типоразмеру полумуфты принятого тормозного шкива. В расчетах используется приведенное в табл. ПК1 соответствующее значение массы тормозного шкива с полумуфтой т_ш.

При кинематической схеме 2 (см. рис. 1.2, б) вал-вставка отсутствует, тормозной шкив с зубчатой полумуфтой устанавливается на быстроходный вал редуктора, а вторая зубчатая полумуфта — на вал электродвигателя.

Проверка электродвигателя механизма подъема на время разгона выполняется для обеспечения оптимального времени разгона. Если время разгона незначительно, возникают большие динамические нагрузки. Если время разгона велико, производительность работ снижается.

При расчете учитываются моменты инерции вращающихся и поступательно движущихся при разгоне привода масс.

Поступательно движущиеся массы (значения в кг) принимаются как

Момент инерции поступательно движущихся масс, приведенный к ротору электродвигателя (ш_пост, кг; Р_Б, м), равен:

Момент инерции тормозного шкива с зубчатой полумуфтой 7_Ш приближенно равен

Момент инерции зубчатой муфты

где СП² — маховый момент муфты, кг-м².

Момент инерции поступательно движущихся и вращающихся масс, приведенный к ротору двигателя, при варианте 1 компоновки привода (см. рис. 1.2, а)

Коэффициент 1,15 учитывает моменты инерции вращающихся масс, расположенных на втором и последующих от вала двигателя валов.

В случае использования варианта 2 компоновки привода (см. рис. 1.2, б) и отсутствия вала-вставки в последней формуле 7_М = 0.

Время разгона ротора электродвигателя до номинальной скорости (Т_э и Т_Б в Н-м)

Если время разгона Г_р > 4 с, необходимо выбрать электродвигатель большей мощности.

Проверка возможности типовой компоновки механизма

Проверка возможности типовой компоновки барабана, редуктора и тормоза выполняется с использованием схемы, показанной на рис. 1.5.

Рис 1.5. Типовая компоновка механизма подъема

Суммарное межосевое расстояние между осями быстроходного и тихоходного валов редуктора а должно быть больше суммы размеров барабана и тормоза.

Для двухступенчатого редуктора с межосевыми расстояниями быстроходной а^_Б и тихоходной ступеней суммарное межосевое расстояние

Из размерной цепи по схеме, приведенной на рис. 1.5,

где — габаритный размер тормоза.

Если это условие не выполняется, возможна компоновка механизма по варианту, приведенному на рис. 1.6.

Рис. 1.6. Вариант компоновки механизма подъема

Основные размеры барабана

Рабочая длина каната, навиваемого на один нарезанный участок,

Число рабочих витков нарезки барабана

Число неприкосновенных витков по нормам г_н > 1,5.

Число витков для крепления конца каната на барабане г_кр = = 3 4-4.

Основные размеры барабана определяются по эскизу, приведенному на рис. 1.7.

Длина гладкого концевого участка, необходимая для закрепления барабана на станке при нарезании канавок, 1_К = = (4 ± 5)с/_к.

Длина нарезанной части барабана

Диаметр 4 = I) и расстояние В₃ между блоками крюковой подвески можно принять по табл. ПАЇ прил. А.

Длина 1₀ не должна быть больше расстояния между ручьями крайних блоков крюковой подвески

Полученное расчетом значение 1₀ следует округлить в большую сторону до числа, кратного 10 мм.

Рис. 1.7. Основные размеры барабана

Длина барабана

Внимание! В существующих конструкциях длина барабана не превышает пяти диаметров Р_Б. Практика проектирования показывает, что при таком предельном значении длины еще возможна рациональная компоновка механизма подъема.

Полученное расчетом значение длины барабана необходимо проверить на ограничение

Если это ограничение не выполняется, необходимо принять большее значение с/_Б и повторить расчеты до выполнения ограничения.

Проверка прочности и устойчивости стенки барабана

Проверка выполняется по принятым конструктивным параметрам барабана.

На рис. 1.8 приведены размеры стенки барабана, используемые в расчетах.

Рис. 1.8. Размеры стенки барабана

В современных конструкциях барабан обычно выполняется из стали. В табл. 1.3 приведены значения допускаемого напряжения [су_сж] для различных марок стали в зависимости от группы классификации механизма.

Таблица 1.3

Допускаемые напряжения [о_сж], МПа [1]

После выбора марки стали толщину стенки можно предварительно определить из условия прочности

Расчетное напряжение сжатия в стенке барабана

При длине барабана Ь < Зс/_Б условие обеспечения прочности

При длине барабана Ь > Зс/_Б проверка прочности выполняется по суммарному напряжению с учетом напряжений изгиба и кручения.

Расчетный изгибающий момент

Расчетный крутящий момент

Напряжение изгиба

Напряжение кручения

Суммарное напряжение

Допускаемое напряжение

Условие обеспечения прочности стенки барабана

Проверка устойчивости стенки барабана выполняется в следующем порядке.

Коэффициент, учитывающий влияние деформации стенки барабана и каната (8, мм; Г, мм),

где Е_к = 1,2-10⁵ МПа — модуль упругости каната; А_к — площадь поперечного сечения каната, мм²; Е_Б = 1,9-10⁵ МПа — модуль упругости для стальных барабанов.

Максимальное критическое напряжение

Критическое напряжение потери устойчивости стенки

Если значение расчетного критического напряжения окажется больше значения максимального, то принимается о_кр = ^{= П}КРМХ-

Расчетный запас устойчивости стенки

Допускаемый запас устойчивости стенки [и] = 1,7.

Условие обеспечения устойчивости стенки барабана

Если условие не выполняется необходимо увеличить толщину стенки.

Проверка крепления каната на барабане выполняется для обеспечения надежного удержания каната при наличии на барабане только запасных витков и витков под креплением.

Типовые схемы крепления приведены в литературе [1, 2].

Минимальный коэффициент трения между канатом и барабаном/ = 0,1.

Минимальный угол обхвата барабана неприкосновенными витками

Натяжение каната в месте крепления

Минимальный приведенный коэффициент трения между прижимной планкой и канатом

где р = 40° — угол наклона боковой грани зажимной канавки планки.

Требуемое усилие затяжки одного винта крепления планки

Сила трения между планкой и канатом

Запас надежности крепления каната к барабану к₃ > 1,5.

Для крепления каната на барабане используют прижимные планки, крепящиеся к барабану болтами или гайками на шпильках.

Для крепления каната на барабане принимается винт с наружным диаметром резьбы б > 1,2<2_К.

Расстояние от наружной поверхности барабана до торца гайки на шпильке или до торца головки болта можно принять

Расчетное напряжение в теле винта от растяжения и изгиба где — внутренний диаметр резьбы.

Допускаемое напряжение определяется пределом текучести су_т стали винта и запасом прочности при контролируемой затяжке 5 = 2,5

Условие обеспечения прочности винта

Если условие не выполняется, необходимо применить винт большего диаметра.

Параметры механизма подъема, полученные расчетом и определенные при выборе стандартных сборочных единиц, позволяют выполнить окончательную компоновку механизма. Порядок выполнения компоновки рассмотрен в теме 3.

Автор: Будрин Сергей