§ 2. Барабаны

Барабаны используют в шаровых мельницах, в центрифугах, но особенно часто их применяют в грузоподъемных машинах и шахтных подъемниках. Размеры бар'абанов различны. Диа­метры их колеблются в широких пределах — от нескольких де­сятков миллиметров до нескольких метров. Длина барабана зависит от его назначения. Толщина листов, образующих бара­бан, может достигать 75 мм и более.

В большинстве случаев барабан представляет собой сварную конструкцию, изготовленную из листов. Однако в некоторых изделиях основой барабана служит каркас, сконструированный из профильного материала. Каркас представляет собой простран­ственную жесткую систему, к которой приваривают барабанную обшивку. Такие конструкции встречаются сравнительно редко-и главным образом в крупных шахтных подъемниках.

Барабаны соединяют с торцовыми стенками (днищами). Пос­ледние представляют собой плоские круглые листы, к которым приварены цапфы. В одних конструкциях цапфы барабанов наса­жены на валы, не имеющие разрывов (рис. 21-8,а), в других — на валы с разрывом (рис. 21-8,6). Для барабанов малых диамет­ров используют трубы или отливки, для средних и больших диа­метров корпуса барабанов вальцуют из одного или нескольких листов.

Рассмотрим схему конструкции барабана шахтного подъем­ника. Для удобства навивки каната на поверхности барабана

(21.2> (21.2'>

665

Рис. 21-8, Конструкции сварных барабанов

Р-Ририт

Рис. 21-9. К расчету сварных барабанов:

а) общий вид-. 6) при потере устойчивости s) усиление кольцевыми

ребрами жесткое ni;

г, д, а) соединения ци­линдрической части с торцевой стемкоА; >■) к определению усилий в барабане от нлтяж*'-нкя троса; ;t) к опре­делению рабочей тол­щины стенки; ti) устой­чивость кольца от Р

^усматривают канавки, соответствующие диаметру этого ка-_л|,_Та (рис. 21-9, а). Толщина листов барабана должна быть зна­чительной, чтобы канавки не могли ослабить сечение барабана. Канат вызывает в барабане сжатие. Если напряжения сжатия превзойдут величину, которая называется критической, то обо­лочка потеряет устойчивую форму равновесия и выпучится '(рис. 21-9,6).

Во избежание потери устойчивости повышают жесткость обо­лочки, для этого приваривают кольцевые элементы жесткости: полось^-швеллеры, приваренные на ребро (рис. 21-9, в), различ­ные штампованные профили. Все соединения листов должны про­изводиться встык продольными и поперечными швами на авто­матах под слоем флюса.

Соединения барабана с торцовой стенкой весьма ответствен­ны, так как передают рабочие усилия значительной величины. Наиболее рациональным является соединение барабана со стен* кой, приведенное на рис. 21-9, г, допускается соединение угловы­ми швами, показанное на рис. 21-9, д и с подготовкой кромок, приведенное на рис. 21-9, е.

Расчет прочности барабана производят на сжатие, изгиб и кручение.

Рассмотрим элемент обода под канатом (рис, 21-9,ж). Уси­лие в ободе N уравновешивает силу Р, приложенную к канату.

Поэтому напряжение сжатия в ободе равно

■ = £• (2»-³>

где d — ширина обода, равная диаметру каната; s — толщина обода. Рассмотрим, в какой степени сжимающие напряжения могут быть опасны для обода с точки зрения потери устойчивости. Допустим, что труба, не имеющая торцовых стенок, сжимается нагрузкой, равномерно распределенной по ее окружности (рис. 21-9, и). Из теории упругости известно, что потеря устойчи­вости наступает при нагрузке

р ₌ЛЁ1- (91 4)

гт.е Я— модуль упругости;

J — момент инерции сечения стенки трубы относительно

собственной оси; R — радиус трубы. Если принять длину трубы, равной d, а толщину стенки s (рис. 21-9,з), то

, _ ds*

^J ~ 12 ■

667

Таким образом, нагрузка определится формулой

Ed / s \³ ,_П1 ~.

Установим зависимость между Р и р. В § 1 ул. XIX показано; что в цилиндрическом теле, нагруженном по поверхности на груз-} кой р, образуется усилие

N=P^pR. (21.6);

Подставим вместо р его значение из формулы (21.5), тогда получим

^р.р=^СтГ- ^(2,-^7);

Если принять коэффициент запаса па устойчивость, равным 2, то допускаемая сила по устойчивости барабана выразится фор­мулой

Р_1М, = -^-Ш'. (21.8)

Напряжение в барабане, допустимое с учетом устойчивости, составляет

°_Р«ч<0,5 [о]_кр. (21.9)

Торцовые стенки повышают устойчивость барабана, по сравнению с ее допустимым значением Я_доп , полученным по формуле (21.8). Если Р_расч >0,5Р_кр, то барабан следует усилить постановкой кольцевых элементов жесткости.

Пример расчета 1. Требуется из условия устойчивости определить необходимую толщину листов барабана, у которого радиус # = 30 см, d^2 см, Я = 2000 кГ, Е = 2-Ю^е кГ/см? (рис. 21-10).

По формуле (21,8) находим

откуда

- \f.^BdR - л[ ² ' ^w " ² ' ³⁰ - ю а-У HP ~~ V 8 - 2000 ^1У'°>

30 , „ ,„

Напряжение сжатия в оболочке определяется по форму­ле (21.3)

668

Если углубление канавки равно 10 мм, то полная толщина _лнста барабана равна 16+10=26 мм.

Кроме проверки на устойчивость, оболочка должна быть про­верена также на прочность в зависимости от величин изгибаю­щего и крутящего моментов.

Наибольший изгибающий момент имеет место в середине пролета

М

где / — расстояние между опорами барабана, Напряжение от изгиба равно

Л w

1=2000

Рис. 2Ы0. К примеру расчета прочности сварного барабана

Момент сопротивления барабана находится так же, как в кольцевом сечении

W^

где J?!—внешний радиус.

Величина крутящего момента зависит от конструкции приво­да. Если момент, вращающий вал, передается'на него с одной стороны, то

М_кр - PR.

669

Напряжение от кручения равно

М

«р

W_K?

где W_Kp —полярный момент сопротивления.

В большинстве случаев напряжения от изгиба и кручения в барабанах незначительны по сравнению с напряжениями. сжатия.

Пример расчета 2. Допустим, что длина барабана, рас­смотренного в предыдущем примере, / = 2000 мм.

Определим момент, вызванный в барабане изгибом

.. PI 2000 ■ 200 , _Л_ ,,_п,, _г М = -р ^-----_7l-----= 100 000 кГ - см.

Момент кручения при двигателе., находящемся с одной сто­роны вала, составит

М_кр - PR - 2000 ■ 30 ■= 60000 кГ ■ см.

Осевой момент инерции кольца равен

Принимаем для упрощения расчета Ri—R₂-\-s. Раскладывая полученное выражение для Ri по биному Нью­тона, получим

У--~ (4 • 29,2* - 1,6 ч-6- 29,2² • 1,6^И +

4-4 ■ 29,2 ■ 1,6^?'-г 1,6')- 135 740 еж¹.

Напряжение от изгиба равно 100 000

135 740

■30,8-23 нГ(см-.

Полярный момент инерции равен удвоенному осевому момен­ту— 271 480 ел⁴. Напряжение от кручения составляет

600 000 _ол _ „_ „, ., ■ 30,8 — 67 кГ;см-.

271 -180

Напряжения ничтожно малы.

Допустим, что внутренний радиус цапфы г~60 мм и толщи­на ее s= 10 мм.

Полярный момент инерции поперечного сечения цапфы равен

= -£- (4- 8^? - 1 + 6-8²- 1² + -М-8- 1^;' -f I⁴)-3864 см;'.

670

Напряжение от кручения в цапфе и в шве, соединяющем цап­фу с торцовой стенкой, составит

60 000

386^

.8+ 1) ^ 140 кГ;Ы\

_чТо вполне допустимо, *--.

V> крупногабаритных барабанах успешно применяют соеди­нения, свариваемые электрошлаковой сваркой. На рис. 21-11 изо-

Рис. 21-11, Ciiapiioi'i барабан лебедки шагающего жсканатора

ЭШ-25-100

бражеиа сварная конструкция барабана лебедки шагающего экскаватора ЭШ-25-100. Толщина его стенок 98 мм, наружный диаметр 1976 мм. Ступица барабана / и фланец 2 представляют собой отливки из стали 25Л. Полуобечайки 3 изготовлены из стали 22Г. Соединения ЭШ свариваются элоктрошлаковой свар­кой. Отливки / и 2 перед механической обработкой подвергаются термической обработке. После выполнения сварочных работ весь барабан снова подвергается термической обработке. Его чистый вес 10,1 Т.