ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 4 РАСЧЁТ МЕХАНИЗМА ПОДЪЁМА ГРУЗА
Цель работы: овладеть методами расчёта механизма подъёма груза.
Задачи:
1. Подобрать канат.
2. Определить основные размеры барабана.
3. Проверить барабан на прочность.
4. Определить потребную мощность и подобрать электродвигатель.
5. Выполнить кинематический расчёт и подобрать редуктор.
6. Подобрать муфту и тормоз.
7. Проверить двигатель по ускорениям пуск.
Номер задания (таблица 4.1) выдается преподавателем и содержит в себе два числа: первое число – номер схемы запасовки каната (рисунок 1.1), второе – номер варианта исходных данных (таблица 4.2).
Таблица 4.1 – Номера заданий
| Последний номер шифра (зачетной книжки) студента | |||||||||||
| Предпоследний номер шифра студента | 9 , 1 | 1, 2 | 10, 3 | 7, 4 | 1, 5 | 7, 6 | 10, 7 | 5, 8 | 7, 9 | 4, 10 | |
| 10, 11 | 2, 12 | 3, 13 | 5, 14 | 2, 15 | 3, 16 | 8, 17 | 5, 18 | 5, 19 | 10, 20 | ||
| 6, 21 | 8, 22 | 3, 23 | 9, 24 | 4, 25 | 1, 1 | 7, 2 | 1, 3 | 10, 4 | 7, 5 | ||
| 10, 6 | 7, 7 | 10, 8 | 5, 9 | 10, 10 | 4, 11 | 3, 12 | 2, 13 | 3, 14 | 8, 15 | ||
| 8, 16 | 3, 17 | 10, 18 | 4, 19 | 7, 20 | 8, 21 | 12, 22 | 8, 23 | 2, 24 | 3, 25 | ||
| 9 , 1 | 1, 2 | 10, 3 | 7, 4 | 1, 5 | 7, 6 | 10, 7 | 5, 8 | 7, 9 | 4, 10 | ||
| 10, 11 | 2, 12 | 3, 13 | 5, 14 | 2, 15 | 3, 16 | 8, 17 | 5, 18 | 5, 19 | 10, 20 | ||
| 6, 21 | 8, 22 | 3, 23 | 9, 24 | 4, 25 | 1, 1 | 7, 2 | 1, 3 | 10, 4 | 7, 5 | ||
| 10, 6 | 7, 7 | 10, 8 | 5, 9 | 10, 10 | 4, 11 | 3, 12 | 2, 13 | 3, 14 | 8, 15 | ||
| 8, 16 | 3, 17 | 10, 18 | 4, 19 | 7, 20 | 8, 21 | 12, 22 | 8, 23 | 2, 24 | 3, 25 |
Порядок выполнения работы
1. При подборе канатов для грузовых лебёдок рекомендуется применять канаты двойной свивки с линейным контактом проволок типа ЛК-Р 6×19+1 о.с. по ГОСТ 2688-80. Подробно методика подбора каната изложена в практическом занятии №2.
2. Определению подлежат основные размеры барабана: диаметр, длина и толщина стенки (рисунок 4.1)
Диаметр барабана по средней линии навиваемого каната, мм
,
по наружной поверхности барабана
,
где h1 – коэффициент выбора диаметра барабана (определяется по методики практического занятия №2).
Таблица 4.2 – Диаметры валов электродвигателей
| № варианта | Грузоподъёмность Q, т | Скорость подъема груза vгр, м/с | Высота подъёма груза H, м | Режим работы |
| 2,0 | 0,05 | М8 | ||
| 2,5 | 0,12 | М7 | ||
| 3,2 | 0,06 | М6 | ||
| 4,0 | 0,12 | М5 | ||
| 5,0 | 0,17 | М4 | ||
| 6,3 | 0,2 | М3 | ||
| 8,0 | 0,12 | М2 | ||
| 10,0 | 0,08 | М1 | ||
| 12,5 | 0,13 | М6 | ||
| 14,0 | 0,1 | М5 | ||
| 16,0 | 0,15 | М4 | ||
| 18,0 | 0,12 | М3 | ||
| 20,0 | 0,15 | М2 | ||
| 25,0 | 0,07 | М1 | ||
| 32,0 | 0,08 | М4 | ||
| 40,0 | 0,07 | М3 | ||
| 20,0 | 0,12 | М2 | ||
| 0,15 | М1 | |||
| 12,5 | 0,2 | М4 | ||
| 10,0 | 0,3 | М1 | ||
| 40,0 | 0,05 | М2 | ||
| 50,0 | 0,07 | М3 | ||
| 30,0 | 0,06 | М1 | ||
| 2,0 | 0,08 | М2 | ||
| 10,0 | 0,01 | М3 |
|
|
Полная длина одноканатного барабана, мм
Lб = Lp + Lк,
двухканатного барабана
Lб = 2(Lp + Lк)+Lн.
Здесь Lp – длина рабочей части барабана, мм; Lк – длина участка, необходимого для закрепления каната на барабане, мм; Lн – длина ненарезанной части барабана, мм.
Длина рабочей части барабана, мм
Lр = 2(Zp + Z3)t,
где Zp – число рабочих витков каната на барабане,
,
где Z3 – число запасных витков (Z3 = 1,5...2); t – шаг навивки (для гладких барабанов 
, для желобчатых – + (2...3) мм); Н – высота подъема груза, мм; uп – кратность полиспаста.
Длина участка, необходимого для закрепления каната,
Lк = (3…4)t.
Длина ненарезанной части барабана LH = 150. ..200 мм.
Если длина барабана получается слишком большой (Lб>4D6), то можно конструктивно увеличить диаметр барабана или (при простом полиспасте) применить гладкий барабан с многослойной навивкой.
При многослойной навивке длина барабана, мм
или 
,
где Z – число слоев навивки каната.
Толщину стенки барабана определяют по эмпирической зависимости, мм
.
3. Короткие барабаны, т.е. барабаны с отношением 
, на прочность проверяют только по напряжениям сжатия. Длинные – по приведенным напряжениям с учетом деформации сжатия, изгиба и кручения.
Напряжения сжатия при однослойной навивке
,
при многослойной навивке
,
где α – коэффициент снижения нагрузки под влиянием деформации каната и стенки барабана (αZ=1,4 при двухслойной навивке и αZ=1,7 при трехслойной).
При определении напряжений от изгиба принимаем барабан как балку на двух опорах с пролетом, равным длине барабана, и нагруженную силой Fk посредине барабана при простом полиспасте; двумя силами Fk, приложенными в средней части барабана на расстоянии LH друг от друга, при сдвоенном полиспасте.
Определив максимальный изгибающий момент, находим напряжения от изгиба:
,
где M – максимальный изгибающий момент в сечении балки, H∙м; W – момент сопротивления поперечного сечения барабана, м3.
.
Касательные напряжения при кручении барабана
,
где Т – крутящий момент на барабане ( 
– для одноканатного барабана; 
– для двухканатного барабана), H∙м; Wp – полярный момент сопротивления барабана, м3.
.
Приведенные напряжения
,
где 
, 
(таблица 4.3).
Таблица 4.3 – Допускаемые напряжения [σ][6]
| Марка материала | σт, МПа | σвр, МПа | Допускаемые напряжения, МПа, для группы режима | ||||
| 1М | 2М, 3М | 4М | 5М, 6М | 7М, 8М | |||
| Сталь: | |||||||
| ВМСт3сп | – | ||||||
| – | |||||||
| 09Г2С-12 | – | ||||||
| 15ХСНД | – | ||||||
| 35Л-1 | – | ||||||
| 55Л-1 | – | ||||||
| Чугун: | |||||||
| СЧ 15 | – | – | – | ||||
| СЧ 18 | – | – | |||||
| СЧ 24 | – |
4. Подбор электродвигателя производят по статической мощности, необходимой для подъема номинального груза, кВт
,
где η – КПД привода (предварительно принимается 0,9).
Выбираем двигатель ближайшей мощности (таблицы 3.3 и 3.4). Для дальнейших расчетов потребуются его характеристики: Рдв, nдв, Ip, Тн, Тм.
Номинальный момент двигателя, Н∙м
,
где ωн – номинальная угловая скорость двигателя, с-1.
5. Для кинематического расчета и подбора редуктора определяем частоту вращения барабана, об/мин
,
Общее передаточное отношение механизма
.
С учетом требуемого передаточного числа и, частоты вращения быстроходного вала nдв и мощности редуктора Pp=Pдв выбираем стандартный редуктор с передаточным числом up≈u.
6. Подбор муфт по расчетному моменту, Н∙м
,
а тормоза – по тормозному моменту
.
Здесь k1 – коэффициент, учитывающий степень ответственности механизма, k1=1,2; k2 – коэффициент, учитывающий режим работы механизма (для 1М...3М – k2=1,1; 4М – k2=1,2; 5М – k2=1,3; 6М – k2=1,5); k – коэффициент запаса торможения (1M...ЗМ – k=1,5; 4М – k=1,75; 5М, 6М – k=2; 7М, 8М – k=2,5); Tc – наибольший статический момент на валу муфты (тормоза), Н∙м.
.
7. Выбранный двигатель проверяем на надежность пуска по методике занятия №3.
При этом должно соблюдаться условие:
аф ≤а,
где а – наибольшее рекомендуемое допустимое ускорение механизма подъема.
8. Среднее ускорение при пуске, м/с2
,
где tп – время пуска, с. Время разгона механизма подъема tп=1...2 с.
.
где 
– угловое ускорение вала двигателя; Ip – момент инерции ротора двигателя, кг∙м2; Iм – момент инерции муфты с тормозным шкивом, кг∙м2; Iгр – момент инерции груза, приведенный к валу двигателя, кг∙м2, δ – коэффициент, учитывающий неучтенные вращающиеся и поступательно движущиеся массы механизма подъема (принимаем δ=1,1); Тср.п. – среднепусковой момент двигателя (определяется по занятию №3), Н∙м.
.
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 5