Выбор электродвигателя.

Скорость навивки каната на барабан: V_кб = aV_Г, м/мин.

Частота вращения барабана:

n_б = 1000V_кб /pD_б, об/мин ( D_б , мм).

Вращающий момент на валу барабана:

T_б = 2S_б D_б /2×10³ = S_б D_б /10³ , Нм ( D_б, мм; S_б, Н).

Требуемая мощность электродвигателя:

P = T_б n_б /9550h_мех, кВт,

где: h_мех = h_барh_ред - к.п.д. механизма;

h_бар = 0,96 - к.п.д. барабана;

h_ред = 0,90 - к.п.д. редуктора;

По таблицам (1, стр. 75 или Приложение 2) выбирают электродвигатель серии МТВ (с фазным ротором) с учетом заданного режима работы (ПВ %). Двигатель с фазным ротором позволяет регулировать величину пускового момента. Для выбранного электродвигателя выписать:

P_дв - мощность, кВт;

n_д0в - частота вращения, об/мин;

I - момент инерции ротора, кг×м²;

T_max - максимальный вращающий момент, Нм; (в таблицах этот момент обозначен через M_max в деканьютонах (дан), т.е. необходимо принять T_max = 10 M_max.

d_дв - диаметр вала двигателя, мм (1, стр. 76 или Приложение 3);

h_дв - к.п.д. двигателя.

1.6 Выбор редуктора.

Требуемое передаточное отношение редуктора:

i_{ред. тр} = n_дв /n_б.

По таблицам (1, стр. 66 или Приложение 4) выбираем редуктор серии Ц2 с учетом ПВ, считая, что мощность и частота вращения двигателя равны соответственно мощности и частоте вращения на быстроходном валу редуктора:

P_Б = P_дв , n_Б = n_дв .

Если для выбранного редуктора i_ред значительно отличается от требуемого i_{ред. тр}, то нужно выбрать электродвигатель с другой частотой вращения и повторить подбор редуктора. Можно, также, увеличить диаметр барабана.

1.7. Время разгона (пуска) механизма подъема груза.

Время разгона t_п определяют из формулы:

T_{пуск ср} = T_c +1,15(I + I_м)p n_дв /30t_п +

+ 1000(Q + q)V_Г D_б /120ai_редh_пh_мехt_п,

где дополнительно к ранее введенным обозначениям:

T_c = T_б /i_редh_мех - момент сопротивления от груза, приведенный к валу электродвигателя;

T_{пуск ср} » 0,5(T_max+T_c) - среднее значение пускового момента для электродвигателя серии МТВ;

I_м - момент инерции упругой муфты со шкивом, выбираемой по диаметру вала электродвигателя d_дв (1, стр. 36, рис. 1 или Приложение 5).

Примечание: Q, q, т; V_Г, м/мин; D_б, м;

1.8. Ускорение груза при разгоне (пуске) механизма:

j_Г = V_Г /60t_п£ [j_Г] м/с² ,

где [j_Г] - рекомендуемое значение ускорения.

Для монтажных кранов [j_Г] = 0,1 м/с².

Для кранов механосборочных цехов [j_Г] = 0,2 м/с².

Для перегрузочных кранов [j_Г] = 0,8 м/с².

В случае, если j_Г >[j_Г], то следует уменьшить T_{пуск ср}, например, за счет введения добавочных сопротивлений в цепь ротора (для электродвигателей с фазным ротором).

1.9. Выбор тормоза.

Статический тормозной момент, приведенный к валу электродвигателя:

T_{т ст} = T_б h _мех h ²_п /i _ред, Нм. (h²_п учитывает, что силы сопротивления в полиспасте уменьшают тормозной момент, а также то, что ранее при определении S_б величина h_п была учтена в знаменателе соответствующей формулы).

Тормозной момент, который должен обеспечить тормоз:

T_т = К_т T_{т ст ,}

где К_т - коэффициент запаса торможения (таблица 4).

Таблица 4

По величине T_т с учетом режима работы выбирают тормоз колодочный для работы на переменном токе (1, стр. 43 или Приложение 6).

2. Расчет механизма передвижения.

Схема механизма передвижения крана представлена на рис. 3.

Рис. 3. Схема механизма передвижения

2.1. Выбор электродвигателя.

Сопротивление передвижению крана на горизонтальном пути:

W = Q₀ g(2m + fd)k_p /D_к , кН,

где: Q₀ = Q + q + Q_к , т;

Q , q , Q_к- соответственно масса груза, крюковой обоймы и крана;

D_к - диаметр ходового колеса; m - коэффициент трения качения;

f - коэффициент трения в цапфе колеса (f = 0,015 - для подшипников качения);

d - диаметр цапфы, определяемый из соотношения d = D_к /(6...8);

k_p - коэффициент, учитывающий трение в ребордах (k_p = 2,5...3,5 для колес с цилиндрическим ободом).

Диаметр ходового колеса, его ширину b_к и коэффициент трения качения принимают в зависимости от грузоподъемности крана (таблица 5).

Таблица 5

Сопротивление от уклона пути:

W_y = Q₀g sin0,5⁰ » 0,01Q₀g, кН.

Требуемая мощность электродвигателя:

P = (W + W_y)V_к /60h _ред, кВт,

где: V_к- заданная скорость передвижения крана, м/мин;

h _ред - к.п.д. редуктора (h _ред = 0,9).

Выбирают крановый электродвигатель типа МТВ (1, стр. 75 или Приложение 2).

Выписывают основные данные электродвигателя, необходимые для дальнейших расчетов: P_дв, n_дв, T_max, I, d_дв,h_дв.

2.2. Выбор редуктора.

Требуемое передаточное отношение редуктора i_{ред тр} = n_дв /n_к, где n_к = V_к /pD_к - частота вращения колеса, об/мин.

По данным каталога (1, стр. 66 или Приложение 4) выбирают редуктор серии Ц2 с передаточным отношением i_ред, близким к требуемому.

2.3. Определение ускорения при разгоне крана.

Время разгона крана t_р определяют из формулы:

T_{пуск ср} = T_cс +1,15(I + I_м)p n_дв /30t_р + 1000 Q₀ V_к D_к /120i_редh_редt_р,

где: T_cс - момент статических сопротивлений на горизонтальном участке, приведенный к валу электродвигателя, определяемый по формуле : T_cс = 0,5D_кW/i_редh_ред, Нм (D_к, м);

T_{пуск ср} » 0,5(T_max +T_cс)- среднее значение избыточного движущего момента при разгоне крана;

I_м - момент инерции муфты со шкивом (кгм²), выбираемой по данным каталога (1, стр. 36, фиг.1 или Приложение 5) в соответствии с d_дв .

Ускорение при разгоне крана: j_к = V_к /60t_р, м/с².

2.4. Проверка на буксование ведущих колес (на прочность сцепления колес с рельсами).

Допускаемое ускорение по условию прочности сцепления колес с рельсами:

[j_к] = jgm /1,2n - (W - W_пр)/Q_0, м/с²,

где: j = 0,2 - коэффициент сцепления колеса с рельсом;

g = 9,81 м/с² - ускорение свободного падения;

n = 4 - общее число колес;

m - число приводных колес (обычно m /n = 1/2);

W_{пр =} Q₀gmfd /p D_к- сила трения в цапфах приводных колес (эта сила является внутренней и не влияет на прочность сцепления).

Условие отсутствия буксования: j_к £ [j_к].

Если это условие не удовлетворяется, необходимо уменьшить пусковой момент электродвигателя механизма передвижения.

2.5. Расчет ходовых колес моста (рис. 3).

Принимаем колеса с цилиндрическим ободом.

Эквивалентная нагрузка на ходовые колеса:

P_э = к_д к_н Р_с , Н,

где: Р_с - максимальная нагрузка на ходовое колесо;

к_д = 1,1...1,3 - коэффициент динамичности, учитывающий влияние неровностей и наличие стыков;

к_н = 2 - коэффициент неравномерности нагрузки по ширине рельса.

Р_с = 1000g[(Q_к - Q_т)/4 + (Q+q+Q_т)(L - l)/2L],Н,

где: L = 18 м - заданный пролет крана;

Q_т » 0,15Q_к - масса тележки;

l» 1 м - недоход тележки до опоры моста.

Эквивалентные контактные напряжения при взаимодействии цилиндрического колеса с плоским рельсом:

s_э = 0,167к_f , МПа,

где: к_f = 1,05...1,1 - коэффициент, учитывающий тангенциальную нагрузку от сил трения;

R_к = 0,5D_к - радиус колеса, мм;

Е - модуль упругости (0,21×10⁶ МПа);

b_к - рабочая ширина колеса.

Прочность колес обеспечена, если s_э £ [s_э],

где: [s_э]= 510 МПа - для нормализованной стали 45;

[s_э]= 650 МПа - для нормализованной стали 50Г2.

ЛИТЕРАТУРА

1. Александров М.П. Подъемно-транспортные машины. Атлас конструкций.- М.: Высш. шк., 1979 г.

2. Александров М.П. Подъемно-транспортные машины.- М.: Высш. шк., 2000 г.