6.2 Розрахунок вантажопідйомного барабана

Таблиця 6.5 - Вихідні дані для розрахунку

Вантажопідйомність, т	Висота підйому, м	Проліт, м	Кратність поліспаста, m	Швидкість підйому вантажу, м/хв	Група режиму роботи	Число гілок каната, що навиваються на барабан, а	Діаметр каната, dк, мм	Площа перетину каната, мм2
12,5	11	18	2	15	3м 3к	2	22,5	187,03

Розрахунок обичайки барабана

У якості матеріалу обичайки прийнято чавун СЧ 24, ДСТ 1412–80.

Діаметр барабана по дну канавки нарізки:

де е = 20; d_к = 22,5мм

Діаметр барабана по центру намотуваного каната:

Довжина каната, намотуваного на одну половину барабана, при Н = 11 м, m = 2, дорівнює:

Число витків нарізка на одній половині барабана:

Приймаємо Z = 20

Довжина нарізки на одній половині барабана при:

t_Н = d_К + (2–3) мм = 22,5 + 2,5 = 25 мм.

l_н = Z · t_Н  = 20 · 25 = 500 мм,

Радіус канавки нарізки (рис.2) дорівнює:

Висота гребінців при нормальній нарізці дорівнює:

c = 0,5d_К - (3–5)мм = 0,5 · 22,5 – 4,25 = 7 мм.

Зовнішній діаметр барабана дорівнює:

Приймаємо D₁  = 445 мм.

Довжина ділянки для закріплення канату дорівнює:

Довжина середньої ділянки при b = 290мм; h_min = 650мм; γ = 5 дорівнює:

Приймаємо l_C = 177мм.

Повна довжина барабана дорівнює:

Приймаємо L_б = 1380 мм.

Товщина циліндричної стінки обичайки барабана при S_max = 50800 H, k = 4,25 та:

дорівнює:

Приймаємо δ = 28 мм.

Внутрішній діаметр обичайки барабана; мм:

D₂ = D - 2δ = 430 – 2 · 28 = 374 мм.

Момент, переданий барабану:

Максимальний згинальний момент при здвоєному поліспасті гакова підвіска знаходиться в граничному верхнім положенні):

.

Складне напруження від крутіння та вигину, при  = 0,75, визначаємо з умови:

де

Стійкість циліндричної стінки барабана, при [п] = 2, Е_б = 98000МПа, Е_К = 88260МПа, F_К = 187,03мм², перевіряють за формулою:

,

,

Номінальна напруга в циліндричній стінці при:

дорівнює:

Розрахунок кріплення каната до барабана

Болти кріплення каната до барабана виконані зі сталі 40, ДСТ 1050–85.

Натяг каната перед притискною планкою, при е = 2,72, f = 0,1,  = 4 дорівнює:

Сумарне зусилля розтягання болтів, що притискають канат до барабана, при  = 40, ₁ = 2, та:

дорівнює:

Необхідну кількість болтів кріплення при k = 1,5, z = 2, d = 24, d₁ = 20,75, n = 1,5, визначаємо з умови, що сумарне напруження в болті при затягуванні кріплення дорівнює:

де

l = d_к + (8–16) мм=22,5 + 12,5 = 35 мм.

Необхідна кількість болтів:

Приймаємо z = 4.

Розрахунок осі барабана

Матеріал осі барабана – сталь 45 ДСТ 1050–85 з межею міцності _у = 600МПа. Навантаження на вісь змінюються по симетричному циклі. Напруга, що допускається, [σ] = 55МПа.

Реакції в опорах, при:

L = L_б + (50–100) мм = 1327 + 63 = 1390 мм;

L_оп = 0,43L = 0,43 · 1390 = 598 мм,

дорівнюють:

Згинальні моменти в розрахункових перетинах, при:

l₁ = (0,15 – 0,2) · L = 0,15 · 1390 = 208,5 мм,

l₂  =(0,5–0,7)   L = 0,5   1390 = 695 мм.

дорівнюють:

Розрахунок необхідного діаметра осі барабана.

Приймаємо d₀ = 170мм.

Фактичний запас міцності осі в небезпечному перетині осі, при

σ _-1 = 274МПа, τ_-1 = 158МПа, _Т = 0,71,   = 0,9, К_ = 1,5 і К_ = 1,6, , визначаємо за умовою:

,

Момент опору перетину дорівнює:

Амплітуди перемінних напруг при вигині і крутінні дорівнюють:

Запас міцності по нормальних і дотичних напруженнях дорівнює:

Таким чином:

Циклічна міцність осі забезпечена.

Вибір підшипників осі барабана

Підшипники опор А и В осі вантажопідйомного барабана (див. рис.11) працюють у різних умовах.

Кільця підшипника, встановленого усередині вала редуктора (опора В), обертаються спільно. Підшипник опори В вибираємо по статичній вантажопідйомності, з урахуванням діаметра опорної шийки осі:

.

При d_В = 170, R_В = 35441Н, обираємо підшипник радіальний, сферичний, двохрядний, роликовий типа 3634, ДСТ 5721–85: d = 170 мм, D = 360 мм, В = 120 мм, С₀ = 1280000 Н.

Підшипник опори А вибираємо по динамічній вантажопідйомності С з урахуванням змінності навантаження:

Виходячи з діаметра опорної шийки осі d_А = 170 мм, R_А = 26759 Н, обираємо підшипник радіальний, сферичний, двохрядний, роликовий типа 3634, ДСТ 5721–85: d = 170 мм, D = 360 мм, В = 120 мм, С = 1080000 Н.

При розрахунку довговічності підшипників, еквівалентне динамічне навантаження на підшипник опори А при кожнім режимі навантаження визначаємо по формулі:

Режим 1: R_А = 26759Н, a₁ = 1, V = 1,2, К_б = 1,0, К_Т = 1,0, L₁ = 0,4:

F₁ = 26759 · 1 · 1,2 · 1 · 1 = 32111 Н.

Режим 2: R_А = 26759Н, a₁ = 0,95, V = 1,2, К_б =  1,0, К_Т = 1, L₂ = 0,7:

F₂ = 26759 · 0,95 · 1,2 · 1 · 1 = 30505 Н.

Режим 3: R_А = 26759Н, a₁ = 0,05, V = 1,2, К_б = 1,0, К_Т  = 1, L₃ = 1:

F₃ = 26759 · 0,05 · 1,2 · 1 · 1 = 10606 Н.

Сумарне еквівалентне динамічне навантаження

Частота обертання осі барабана при швидкості підйому вантажу V_ГР = 15000 мм/хв. дорівнює:

Довговічність підшипника складає: