Расчет лебедки с электрическим реверсивным приводом
(пример)
Исходные данные:
Вес поднимаемого груза Q = 2500 кГ.
Высота подъема груза Н = 30 м,
Скорость подъема груза Vr = 30 м/мин.
Режим работы механизма – средний
Схема подвески груза согласно рис. 1, а.
Решение.
1. К.п.д. полиспаста. Для определения к.п.д. полиспаста используем формулу
где бл - к.п.д. блока. При устройстве блока на подшипники скольжения бл = 0,94 - 0,96; на подшипники качения - бл. 0,97 - 0,98
n - число блоков.
Для принятой схемы полиспаста пол = 0,982 = 0,96.
2. Определение натяжения ветви каната, набегающей на барабан.
где q - вес крюковой обоймы и грузозахватных приспособлений, принимаемый при схеме подвески груза а, б и в соответственно равным 0,025; 0,05 и 0,075 веса поднимаемого груза. Для нашего примера q = 0,025Q;
m - кратность полиспаста. Для полиспаста 1, a m = 2;
к.б. - к.п.д. направляющего блока (см. рис. 1)
Следовательно, натяжение набегающей на барабан ветви каната будет равно
???
3. Подбор стального каната. Канаты подбираются по разрывному усилию Sр с учетом необходимого запаса прочности.
Расчетная формула:
Коэффициент запаса прочности принимается равным: для легкого режима работы – 5; для среднего - 5,5; для тяжелого -6. Для принятого нами режима К = 5,5.
Подставив в формулу значение Sк, получим
Канаты подбираем согласно ГОСТу 2688-66 (табл. 2) и ГОСТу 3071-66 (табл. 3). Принимаем канат типа ЛК – Р 6 х 9 = 114, с органическим сердечником, с расчетным пределом прочности проволоки при растяжении Б = 180 кГ/мм2, диаметром dк = 11,5 мм и фактическим разрывным усилием Sp = 7905 кГс.
Для выбранного каната фактический коэффициент запаса прочности будет равен
что соответствует нормам Госгортехнадзора для среднего режима работы рассчитываемого грузоподъемного механизма.
4. Определение основных размеров барабана. Диаметр барабана, а также блоков, огибаемых канатом, по правилам Госгортехнадзора определяются по формуле
где е – коэффициент, зависящий от типа грузоподъемной машины и режима ее эксплуатации. Для рассчитываемого нами механизма он равен: при легком режиме работы – 16, среднем – 18, тяжелом – 20.
Dб (18 - 1) ∙ 11,5 = 195,5 мм
В связи с тем, что увеличение диаметра барабана ведет и повышению долговечности каната, принимаем
Dб = 250 мм.
Канаты на барабан навиваются в один или несколько слоев При однослойной навивке барабаны имеют канавки для укладки каната. Для нашего примера, с целью уменьшения габаритов барабана, примем гладкий барабан с навивкой каната в два слоя,
Длина барабана l6 зависит от длины навиваемого каната Lк, среднего диаметра навивки каната на барабан Dcp., числа слоев навивки Z и диаметра каната dк.
Длина навиваемого на барабан каната составляет
где l1 - длина каната, используемого для закрепления его на барабане, а также длина дополнительных витков, не разматываемых при обычной работе механизма и служащих для разгрузки мест крепления каната.
При многослойной навивке каната емкость барабана должна быть
где n - число витков
каната на барабане, равное
Dcp. — средний диаметр навивки каната.
Таким образом, канатоемкость барабана можно представить в виде
отсюда находим длину барабана:
Для рассчитываемого примера
Примем lб = 420 мм.
В барабанах длиной менее трех диаметров создается сравнительно более благоприятная картина напряженного состояния.
Поэтому должно быть выдержано условие
Проверяем выполнение этого условия:
В случае невыполнения приведенного требования нужно увеличить число слоев навивки каната (но не более чем до 4) или принять барабан несколько больше диаметра и заново определить его рабочую длину lб.
Высота борта барабана, выступающего над верхним слоем навивки каната, принимается равной
Тогда диаметр бортов барабана будет равен
В данном примере
5. Выбор электродвигателя. Мощность электродвигателя определяется но формуле
где Sк - натяжение каната, набегающего на барабан, кГс;
Vк - скорость навивки каната на барабан, м/с;
л - к.п.д. лебедки (исключая полиспаст).
Скорость навивки каната па барабан определяется скоростью подъема груза Vr и кратностью полиспаста m:
Для рассчитываемого примера
При определении к.п.д. лебедки учитываются потери:
а) в опорах барабана; при подшипниках качения б = 0,95 -- 0,97;
при подшипниках скольжения б = 0,93 -- 0,95;
б) в редукторе р = 0,92 -- 0,94.
Условимся в нашем примере считать барабан установленным па подшипники качения. Тогда
При этом потребная мощность электродвигателя будет равна
По таблице 4 настоящих методических указании, или по справочной литературе подбираем электродвигатель. Необходимо при этом помнить, что перегрузка электродвигателя допускается до 5%.
Для нашего механизма при среднем режиме работы принимаем крановый электродвигатель MТ - 42-8, IV величины, мощностью 16 кВт и nдв - 720 об/мин. Радиус его корпуса В = 230мм, габаритная длина L = 915 мм.
6. Выбор редуктора. Для выбора редуктора необходимо знать требуемое передаточное число, мощность на быстроходном валу и скорость его вращения (для нашей схемы она равна скорости вращения электродвигателя), а также режим работы. Из названных параметров нам неизвестно только передаточное число u. Определяем его.
Здесь nб - скорость вращения барабана по среднему диаметру навивки каната, равная
где Dcp - средний
диаметр навивки каната, определенный
ранее и равный
Редуктор выбираем по таблице 5 или по рекомендованной литературе [5, 6]. При этом следует учитывать, что в таблице. 5 указана величина мощности на ведущем валу редукторов, работающих в среднем режиме нагружения
Предварительно принимаем редуктор РЦД-350, характеризуемый следующими параметрами: номинальное передаточное число u = 10; мощность N = 16,8 кВт при 700 об/мин быстроходного вала.
В таблице № 6 находим интересующие нас размеры выбранного редуктора: длину L, высоту Н и суммарное межосевое расстояние Аб + Ат = Ас. Конкретно: L = 700 мм; Н = 410 мм; Ас = = 350 мм,
Согласно схеме механизма подъема груза, рассматриваемой нами, барабан и электромотор располагаются с одной - правой стороны от редуктора. Чтобы компановка была возможна, необходимо выдержать условие
где В - радиус корпуса электродвигателя;
б - зазор между электродвигателем и бортом барабана (принимаемый = 40 - 50 мм). Проверяем:
В связи с тем. что условие не выполняется, выбираем окончательно редуктор типа РЦД-500, у которого; номинальное передаточное число u = 10; мощность N = 57,7 кВт при 700 об/мин быстроходного вала. Размеры: L = 985 мм; H = 600 мм; Ас = 600 мм.
На данном этапе расчета полем выбраны электродвигатель с определенной угловой скоростью вращения, редуктор, а также определен диаметр барабана, т.е. найдены конечные значения элементов механизма, устанавливающие фактическую скорость подъема груза. Проверим отклонение этой скорости от первоначально заданной.
Фактическая скорость вращения барабана будет равна
При этом канат па барабан будет навиваться со скоростью
Тогда фактическая скорость подъема груза составит
а отклонение от заданной скорости будет равно
т.е. не превышает допустимого значения ± 5%.
8. Определение тормозного момента и выбор тормоза. Тормозной момент определяется но формуле:
где К - коэффициент запаса торможения, принимаемый согласно Правилам Госгортехнадзора равным: для легкого режима работы - 1,5; для среднего - 1,75 и для тяжелого - 2,0.
Мдв - момент, приведенный к валу двигателя и подлежащий торможению.
Он равен
где Мб - момент на барабане.
Величина Мб зависит от силы натяжения набегающего на барабан каната Sк, диаметров барабана и каната, а также числа рядов навивки каната на барабан:
Решаем наш пример, подставляя в указанные формулы известные величины
По полученной величине тормозного момента подбираем тормоз (пособие [4] или таблица № 7 настоящей методички).
Принимаем колодочный тормоз с электрогидравлическим толкателем переменного тока ТКТГ - 200, имеющий тормозной момент Mт = 3000 кГс, диаметр тормозного шкива Dт = 200 мм и гидротолкатель Т-45 с номинальным толкающим усилием 45 кГс
Выбранный тормоз необходимо проверить по удельному давлению на тормозной шкив.
Нормальное давление колодки на шкив равно
где f - коэффициент трения, равный [7]: тормозная асбестовая лента по чугуну и стали = 0,35; вальцованная лента по чугуну и стали = 0,42.
Удельное давление между колодкой и шкивом
здесь F - расчетная площадь соприкосновения колодки со шкивом
где В - ширина колодки (см. таблицу № 8 и № 9), принимаемая на 5 - 10 мм меньше ширины шкива (с целью обеспечения полного контакта между колодкой и шкивом).
Β - угол обхвата шкива колодкой, в тормозах конструкции ВНИИПТМАШ равный 70°.
Допускаемая величина давления в колодочных тормозах рассматриваемого типа составляет 6 кг/см2 следовательно выбранный тормоз обладает требуемой работоспособностью.
На этом заканчивается расчет механизма подъема груза. По полученным размерам необходимо на миллиметровке вычертить его схему.
