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

Dб ≥ е · dк.

 

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

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

Канатоємність барабана lб залежить від довжини навивного каната Lк, числа шарів навивання каната m, діаметру барабана Dб і діаметру каната dк .

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 + lд.в

 

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

Зазвичай lд.в= 2πDб

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

Підставивши значення Lк у формулу для визначення lб 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 = dк + (3 … 4) мм.

Товщина стінки обичайки барабана визначається за емпіричною формулою

δст = 0,02 Dб + (6 … 10) мм.

У нашому прикладі

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

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

δр = dк = 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 hр = (2…2,5) dк .

Висоту реборди приймаємо рівною

hр = 2,0 dк = 2,0 · 14,0 = 28,0 мм ≈ 30 мм

Діаметр барабана по колу вершин реборд визначений за формулою:

Dб.р = Dб + 2mdк + 2hр

Отже,

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

Конструктивно приймаємо Dб.р = 430 мм.

Повна довжина барабана (габаритна) визначається за формулою:

Lб = lб + 2δр

Звідки

Lб = 563 + 2·15 = 593 мм.

 

5. Вибір електродвигуна

Необхідну потужність електродвигуна визначаємо за формулою:

 

Вт,

 

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

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

ηлеб - к.к.д. механізму лебідки.

Визначити величину швидкості Vк можна за формулою:

 

Vк = а·Vг,

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

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

Підставивши ці значення, отримаємо

Vк = 3 · 0,5 = 1,5 м/с.

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

ηлеб = ηмкх = ηб · ηред = 0,96 · 0,94 = 0,9.

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

ηред - 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 nдв= 730 хв -1.

Радіус корпусу електродвигуна Вз = 247 мм.

Габаритна довжина електродвигуна Lдв = 840 мм.

 

 

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

хв -1

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

Dср = Dб + 3 dк = 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:

ìред = 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 = АБ + АТ, АБ - міжосьова відстань швидкохідного ступеня 125 мм, АТ - 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 АБ і АТ; 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

Vк.ф = π Dср nб.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:

Мтт = Мдвт · β, Н·м

де Мдвт - 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 Мр.о - момент статичного опору на робочому органі (барабані) визначається за формулою

 

Підставивши числові значення, отримаємо

Отже

и

За величиною Мтт = 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 Мтт = 800 Н · м

Діаметр гальмівного шківа DТ = 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 GТ = 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 МТТ, що створюється гальмом.

.

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

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

діаметр шківа муфти Dт = 300 мм;

ширина гальмівного шківа Вт = 125 мм;

діаметр по центрах пальців D1 = 140 мм;

діаметр отворів під вал d наим. = 35 мм;

dнаиб .= 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.

 

Таблиця 2