Sк - натягнення вітки каната, що навивається на барабан

Приклад розрахункА електрореверсивної лебідки.

Початкові дані:

Маса вантажу Q =5000кг, що піднімається, висота підйому вантажу Н=40м, швидкість підйому вантажу Vг = 30 м/мін, режим роботи механізму - середній, схема підвіски вантажу згідно з мал. 1, б.

Рішення

1. Визначення к.к.д. поліспасту.

При кратності поліспасту не більше 4 к.к.д., з достатньою мірою точності, визначається за формулою:

η_пол = η_блⁿ

де n - число усіх блоків;

η_бл - к.к.д. блоку: на підшипниках ковзання рівний 0,96, а на підшипниках кочення - 0,98

. . Для цієї схеми n = 4 і, отже η_пол = 0,98⁴ = 0,92

2, Визначення натягнення вітки каната, що навивається на барабан. Натягнення визначаємо за формулою:

де q - вага вантажозахватних пристосувань, приймається, відповідно до схем запасовки поліспасту (а, б, в), рівним 0,025, 0,05 і 0,075 від ваги вантажу, що піднімається.

‑ кратність поліспасту, визначається співвідношенням числа віток каната, на яких підвішений вантаж до віток що навиваються на барабан лебідки.

Для цієї схеми ..

Після підстановки отримуємо

18660 Н.

3. Підбір сталевого каната. Для механізму підйому баштових кранів і будівельних лебідок застосовуються, як правило, сталеві канати хрещатого зсукування. У тих випадках, коли переміщуваний вантаж рухається в тих, що направляють (підйомники, ліфти), застосовуються канати паралельного зсукування, як найбільш довговічні.

Мал. 2 Кінематична схема електрореверсивної лебідки

Канат підбирається згідно з ДСТУ (Гостом) 2688-80 (таблиця.2) ГОСТу 3071-80 за розривним зусиллям Sр, що допускається, яке визначається за формулою:

Sp = RSк

де R - коефіцієнт запасу міцності канату, що приймається для легкого режиму роботи рівним 5, для середнього - 5,5 і важкого - 6.

Sк - натягнення вітки каната, що навивається на барабан

Підставивши числові значення R і Sк, отримаємо:

Sp = 5.5 · 18660 = 102631 H.

Згідно з ГОСТом 2688-80 і маркувальною групою з розрахунковою межею міцності дроту при розтягуванні σ = 1666 МПа, вибираємо канат типу ЛК-Р 6х19 з одним органічним сердечником, діаметром dк = 14,0 мм і фактичним розривним зусиллям = 105000 H..

Для правильно підібраного канату фактичний коефіцієнт запасу міцності має бути

У нашому випадку

R = ,

що припустимо, оскільки 5,63 > 5,5.

4. Визначення основних розмірів барабана

Конструктивний діаметр блоків і барабана будівельних лебідок і лебідок, що застосовуються у механізмах підйому вантажу стріловидних кранів, з метою забезпечення достатньої довговічності роботи канатів за правилами Держміськтехнагляду вибирається за умови

- для барабана лебідки

D_б ≥ е · d_к.

Тут е - коефіцієнт, залежний від режиму роботи лебідки, рівний при легкому режимі роботи - 16, середньому - 18, важкому - 20.

Для нашого випадку D_б=18·14,0=252мм;
. Конструктивно приймаємо D_б = 280 мм., згідно з стандартними значеннями нормального ряду діаметрів (таблиця.3), мм.

Канатоємність барабана l_б залежить від довжини навивного каната Lк, числа шарів навивання каната m, діаметру барабана D_б і діаметру каната d_к .

Вибираємо конструкцію з гладким барабаном і багатошаровим навиванням каната. Число шарів навивання каната не повинне перевищувати 4.

На першому етапі розрахунку визначимо робочу довжину барабана за умови, що канат навивається на барабан у два шари, тобто при m = 2, за формулою

Тут Lк - довжина каната, що навивається на барабан, рівна

Lк = а ·Н + l_д.в

l_д.в- довжина додаткових витків каната, для розвантаження місць кріплення каната, що укладаються на барабан.

Зазвичай l_д.в= 2πD_б

Тоді Lк = аН + 2πD_б = 3 · 40 + 2 π · 0,28 = 121,76 м ≈ 122 м

Підставивши значення Lк у формулу для визначення l_б отримаємо

.

Відношення робочої довжини барабана до його діаметру має бути у межах

.

Для нашого прикладу , що небажано.

Приймаємо тришарове навивання каната на барабан і знову визначаємо його робочу довжину при m = 3

,

і відношення , що знаходиться у допустимих межах.

Барабани, на які канат укладається в один шар, бувають гладкі і нарізні.

У разі нарізного барабана,його робоча довжина визначається за такою формулою:

,

де t - крок навивання каната на нарізний барабан, що приймається рівним

t = d_к + (3 … 4) мм.

Товщина стінки обичайки барабана визначається за емпіричною формулою

δ_ст = 0,02 D_б + (6 … 10) мм.

У нашому прикладі

δ_ст = 0,02 · 280 + 10 = 15,6 мм ≈ 16 мм.

Товщина реборди барабана конструктивно приймається рівною dк, але не більше ніж товщина стінки

δ_р = d_к = 14,0 ≈ 15 мм.

Барабани, на які канат навивають в декілька шарів, мають реборди, які, щоб уникнути сповзання витків каната, повинні виступати над останнім шаром не менше ніж на величину h_р = (2…2,5) d_к .

Висоту реборди приймаємо рівною

h_р = 2,0 d_к = 2,0 · 14,0 = 28,0 мм ≈ 30 мм

Діаметр барабана по колу вершин реборд визначений за формулою:

D_б.р = D_б + 2md_к + 2h_р

Отже,

D_б.р = 280 + 2·3·14,0 + 2·30 = 424 мм.

Конструктивно приймаємо D_б.р = 430 мм.

Повна довжина барабана (габаритна) визначається за формулою:

L_б = l_б + 2δ_р

Звідки

L_б = 563 + 2·15 = 593 мм.

5. Вибір електродвигуна

Необхідну потужність електродвигуна визначаємо за формулою:

Вт,

де S_к - тягове зусилля на барабані, рівне 18660 Н;

V_к - швидкість навивання каната на барабан, м/сек;

η_леб - к.к.д. механізму лебідки.

Визначити величину швидкості V_к можна за формулою:

V_к = а·V_г,

де а - кратність поліспасту (за умовою прикладу, рівна 3);

V_г - швидкість підйому вантажу (за умовою прикладу, рівна 0,5 м/с).

Підставивши ці значення, отримаємо

V_к = 3 · 0,5 = 1,5 м/с.

К.к.д. механізму лебідки визначаємо таким чином:

η_леб = η_мкх = η_б · η_ред = 0,96 · 0,94 = 0,9.

Тут η_б - к.к.д. барабана, рівний 0,96;

η_ред - к.к.д. редуктора, рівний 0,94.

Підставивши відомі значення у формулу розрахунку потужності електродвигуна, отримаємо

= 31100 Вт = 31,1 кВт

За каталогами електродвигунів або за таблицею.4, підбираємо необхідний електродвигун. Перевантаження електродвигуна допускається у межах 5 %. Для середнього режиму роботи (ПВ=25%) вибираємо трифазний асинхронний електродвигун 4А225М8У3 потужністю Nдв = 30 кВт і n_дв= 730 хв ^-1.

Радіус корпусу електродвигуна В_з = 247 мм.

Габаритна довжина електродвигуна L_дв = 840 мм.

6. Вибір редуктора. Визначаємо частоту обертання барабана за середнім діаметром навівання каната:

хв ^-1

де D_ср - середній діаметр навивання каната (см. рис. 2).

D_ср = D_б + 3 d_к = 280 + 3 · 14,0 = 322 мм = 0,322 м

тоді

89,01 ≈ 89 хв ^-1.

Визначаємо передаточне число редуктора за формулою:

Вибираємо редуктор (таблиця 5 і 6) за передаточним числом, синхронною частотою обертання элеутродвигуна, режимом роботи, потужністю і міжосьовою відстанню вхідного і вихідного валу, моментом на тихохідному валу.

У таблиці.6 значення потужності, що підводиться до редуктора, відповідають середньому режиму роботи (ПВ- 25%). Для набуття значень потужності при легкому режимі роботи табличні величини слід збільшити, а при важкому - зменшити на 15 … 18 %.

Вибираємо редуктор типу Ц2- 300 (мал. 3), з передаточним числом:

ì_ред = 8,32, максимальною потужністю, яка може бути передана редукторм при 750 мин ^-1 синхронних оборотах валу двигуна, - 40,3 кВт. За таблицею.7 знаходимо усі інші розміри редуктора :

Мал. 3 Схема двоступінчастого редуктора

Габаритні розміри редуктора : L = 620 мм, В = 300 мм, Н = 362 мм, міжосьова відстань: А = А_Б + А_Т, А_Б - міжосьова відстань швидкохідного ступеня 125 мм, А_Т - міжосьова відстань тихохідного ступеня, рівна 175 мм. Число зубів передачі : Z1= 28, Z2 = 59, Z3 = 20, Z4 = 79.

Тоді міжосьова відстань (мал. 3)

А = 125 + 175 = 300 мм.

Після визначення габаритних розмірів барабана і електродвигуна необхідно перевірити можливість розміщення їх на рамі лебідки з однієї сторони редуктора. Для цього повинна виконуватися така умова:

,

де В₃ - радіус корпусу електродвигуна;

S - проміжок між ребордой барабана і корпусом електродвигуна зазвичай приймають S = 40 - 50 мм.

Якщо

,

то можливі три варіанти компонування механізму лебідки: вибрати інший редуктор з більшими значеннями А_Б і А_Т; розмістити двигун і барабан на різні сторони редуктора; ввести окрему відкриту зубчасту передачу.

У нашому прикладі

,

512 > 500, що неприпустимо, отже електродвигун і барабан необхідно

розмістити по різні сторони редуктора.

Визначимо дійсну швидкість підйому вантажу. Оскільки фактична частота обертання барабана рівна

хв ^-1

то фактична лінійна швидкість каната, що навивається на барабан, буде

V_к.ф = π D_ср n_б.ф = 3,14 · 0,322 · 87,7 = 88,67 м / хв = 1,478 м / с

Отже, дійсна швидкість підйому вантажу рівна

м / с

Відхилення швидкості підйому вантажу від заданої складає

ΔV =

що не перевищує допустимого значення .

7. Вибір гальма.

У електрореверсивних лебідках встановлюються нормальнозамкнуті колодочні гальма, що замикаються пружиною і розмикаються електромагнітом (мал. 4) або гідроштовхальником (мал. 5).

У гальмі, показаному на мал. 4, гальмівні колодки притискаються до шківа пружиною 1, що впливає через тягу 2 і шток 3 на стійки 4 і 5.

До стійок шарнірно кріпляться чавунні колодки, до яких прикріплені (заклепками або клеєм) фрикційні накладки. Зусилля, що створюється пружиною 1, передається через буртик 9 на шток 3 і зміщує його ліворуч, завдяки чому стійка 5, сполучена з штоком 3 гайкою 10, також переміщається ліворуч і притискає праву гальмівну колодку до шківа. Другим кінцем пружина 1 упирається у тягу 2 шарнірно сполучену з лівою стійкою 4, яка переміщається праворуч разом з гальмівною колодкою. При переміщенні ліворуч шток 3 давить на скобу 6 електромагніту і відводить її убік. Таке положення важелів відповідає замкнутому стану гальма. При цьому в результаті тиску колодок на шків виникають сили тертя, що перешкоджають обертанню шківа.

При включенні електродвигуна лебідки струм одночасно подається до електромагніту гальма, і якір скоби 6 притягується до котушки. При цьому скоба 6 давить на шток 3 і зміщує його праворуч, стискуючи пружину 1. Завдяки цьому стійки 4 і 5 переміщаються в різні боки і між гальмівними колодками і шківом утворюється проміжок, який забезпечує вільне обертання барабана лебідки.

Зусилля пружини 1 регулюється гайкою 9, а величина ходу колодок - гайкою 10. Стійка 5, звільнена від дії на неї тяги 3 відводиться праворуч допоміжною пружиною 11. Переміщення стійки 4 ліворуч здійснюється за рахунок ваги електромагніту і обмежується регулювальним болтом 8, що встановлений у кронштейні 7.

Мал. 4 Схема колодочного гальма з короткоходовым електромагнітом

Гальма цього типу, через недостатню динамічну стійкість важелів, виготовляються з гальмівним моментом не більше 500 Н·м

Основні параметри гальма з короткоходовим електромагнітом наведені у таблиці 6.

У колодочному гальмі з електрогідравлічним штовхачем (рис 5) замикання колодок здійснюється зусиллям двох стислих пружин 12, розташованих вертикально між тягою 4 і штоком 11. Шток 3 штовхальника 1 сполучен з гальмівною системою за допомогою фігурного важеля 5.

Мал. 5

При пуску лебідки електричний струм приводить в рух не лише електродвигун механізму підйому, але і паралельно включений в ланцюг злектродвигун 2 гідроштовхача 1. Вал електродвигуна 2 приводить в обертання крильчатку, яка, виконуючи роль насосного колеса, створює надлишковий тиск масла під поршнем гідроштовхача, переміщаючи поршень вгору. Разом з поршнем переміщаються вгору дві тяги 3, які обертають важіль 5. Разом з важелем 5 вгору переміщається тяга 4, стискуючи замикаючі пружини 12. Верхня частина важеля 5 відхиляється ліворуч і тягою 7 відводить стійку 8 з колодкою від гальмівного шківа. Коли регулювальний гвинт 9 упреться в підставку, переміщення стійки 8 припиниться, важіль 5 почне обертатися навколо верхнього шарніра і відведе стійку 6 з колодкою від гальмівного шківа. Первинна величина проміжку між колодкою і шківом встановлюється в межах 1-1,5 мм. Регулювання проміжку здійснюється зміною довжини тяги 7.

При виключенні електродвигуна лебідки, електродвигун гідроштовхача вимикається, пружина 12 розтискається, обертаючи усі важелі в зворотній послідовності, і колодки притискаються до гальмівного шківа.

Гальмо встановлюється співісного з валом електродвигуна на швидкохідному валу, якщо має найменший обертальний момент. Як шків гальма використовується пружна муфта, що сполучає вал електродвигуна з валом редуктора. Для цього зовнішня поверхня однієї з її частин (напівмуфта) є гальмівний шків (мал. 6).

Тип гальма і його основні параметри підбираються залежно від величини гальмівного моменту. За цим же моментом підбирається тип муфти і її розміри.

Гальмівний момент визначається за формулою:

М_т^т = М_дв^т · β, Н·м

де М_дв^т - момент статичного опору приведений до валу, на якому встановлено гальмо, Н·м.

β - коефіцієнт запасу гальмування, що приймається рівним для легкого, середнього і важкого режимів роботи 1,15, 1,75, 2,0 відповідно.

Момент, що підлягає гальмуванню, визначається з такого вираження:

,

де М_р._о - момент статичного опору на робочому органі (барабані) визначається за формулою

Підставивши числові значення, отримаємо

Отже

и

За величиною М_т^т = 618,1 Н·м підбираємо гальмо (таблиця. 8; 9)

Для нашого випадку за таблицею. 9 приймаємо двуколодочне гальмо з електрогідравліченим штовхачем типу ТКТГ - 300. Далі необхідно виписати з таблиці. 9 усі параметри гальма і нанести їх на схему (мал. 5)

Параметри гальма ТКТГ - 300

Гальмівний момент М_т^т = 800 Н · м

Діаметр гальмівного шківа D_Т = 300 мм

Габаритна довжина гальма А = 803 мм

Габаритна висота гальма Н = 508 мм

Розміри плечей важелів : Н₁ = 205 мм, Н₂ = 230 мм, G = 390 мм, q = 60 мм, F₁= 422 мм.

Маса гальма G_Т = 100 кг

Тип гідроштовхача Т - 45 з номінальним штовхаючим зусиллям 450 Н.

Вибір муфти.У електрореверсивних лебідках з'єднання валу електродвигуна з валом редуктора здійснюється пружною муфтою, одна з напівмуфт якої виконує роль гальмівного шківа. Найчастіше застосовують муфти типу МУВП (муфта пружна втулково-пальцьова) мал. 6.

Муфта підбирається за найбільшим передаваючим обертаючим моментом (таблиця .10).

При виборі типу муфти необхідно задовольнити такі умови:

а) Діаметр шківа муфти повинен дорівнювати діаметру шківа гальма.

Мал. 6

б) Номінальний момент, переданий муфтою повинен дорівнювати або бути більше гальмівного моменту М_Т^Т, що створюється гальмом.

.

За даними таблиці. 10 для М_Т^Т = 618,1 Н · м і D_і = 300 мм вибираємо муфту пружну типу МУВП- 6 з параметрами:

номінальний момент, переданий муфтою М_м = 700 Н · м;

діаметр шківа муфти D_т = 300 мм;

ширина гальмівного шківа В_т = 125 мм;

діаметр по центрах пальців D₁ = 140 мм;

діаметр отворів під вал d _наим. = 35 мм;

d_наиб .= 55мм ;

Габаритна довжина муфти L = 200 мм;

Маса муфти Gм = 25,7 кг

Отримані розміри наносяться на схему муфти.

Перевірка працездатності гальма.Робота гальма буде довговічною, якщо питомий тиск фрикційних накладок буде менше допустимого.

Нормальний тиск колодки на шків

Площа фрикційної накладки

βo - кут обхвату шківа колодкою.

Питомий тиск, що передається колодкою на шків

що значно менше тиску, що допускається, прийняте для вальцьованої стрічки

[q] = 0.6 - 0.7 МПа.

Отже, фрикційні накладки гальма при номінальному тиску колодки на шків забезпечують задану довговічність.