1.6. Расчет барабана

Барабаны предназначены для укладки троса и преобразования вращательного движения в поступательное при перемещении груза.

Диаметр нарезного барабана по дну канавки, который определяется согласно рекомендациям Регистра (1.5.5.2), должен быть не меньше, мм (рис.1.7)

.

На практике диаметр D_Б1 принимают большим вычисленного ранее, что приводит к увеличению срока службы троса, принимаем D_Б1=500 мм.

Расчетный диаметр барабана по центру наматываемого каната (рис.1.14), мм

Профиль канавок барабанов определяется по Приложению 6 табл. П.6.1. Необходимо записать все выбранные характеристики барабана. В большинстве случаев используется однослойная навивка троса, что позволяет исключить контакт витков и увеличить срок его службы.

Рис.1.7. Профиль винтовых канавок барабанов

Длина троса наматываемого на барабан (для одинарных полиспастов a=1) или на половину барабана (для сдвоенных полиспастов a=2), м

,

H – высота подъема груза, м;

u_г – кратность грузового полиспаста.

Число рабочих шлагов (витков) нарезной части барабана

принимаем .

Общее число шлагов (витков) нарезной части барабана

,

где z_з – число запасных шлагов, по правилам Регистра (1.5.5.6) принимают z_з=2;

z_к – число шлагов для крепления троса, по правилам Регистра (1.5.5.4) принимают z_к=2.

Длина нарезной части барабана, мм

,

где p – шаг нарезки (рис.1.7), p =18+3=21 мм. Глубина нарезки h=180,3=5,4 мм.

Полная длина барабана (рис.1.8), мм.

,

где l_p – ширина реборды, .

Рис.1.8. Размеры барабана

Толщина стенки барабана определяется из условия прочности на сжатие, мм

,

где – допускаемое напряжение сжатия, принимаем материал барабана – сталь Ст5 ГОСТ 380-71.

– для стальных барабанов

_b, _T – предел прочности и предел текучести материала, МПа, Приложение 5;

S – коэффициент запаса прочности материала, S =1,5 – для стальных барабанов.

Вращающий момент, передаваемый барабаном, кНм

Рис.1.9. Схема к расчету барабана на прочность

Вычисляем отношение , поэтому расчет на прочность по напряжениям сжатия и кручения не проводим.

В судовых кранах наибольшее распространение получили конструкции барабанов, которые передают силовой поток от редуктора к барабану, расположенному непосредственно на тихоходном валу редуктора.

1.7. Расчет крепления троса к барабану

Согласно Регистру расчет крепления троса выполняется для пробной (повышенной) нагрузки (1.5.6.6), которая принимается: при грузоподъемности равна 1,25SWL.

Принимается конструкция троса к барабану прижимной планкой Рис.1.10-1.12, которая имеет трапециевидные канавки. Количество крепежных планок 1 должно быть не менее двух (1.5.6.4). Трос удерживается от перемещения силой трения, которая возникает от силы затяжки F_зат шпильки (рис.1.10-1.11) или болта (рис.1.12).

Перед планкой предусматриваются дополнительные шлаги (витки), способствующие (рис.1.13) уменьшению усилия в точке закрепления троса.

Рис.1.10. Крепление троса к барабану при помощи шпильки

Рис.1.11. Узел крепления троса к барабану шпилькой

Рис.1.12. Крепление троса к барабану при помощи болта

Рис.1.13. Силы, действующие на узел крепления троса к барабану

Сила натяжения троса перед нажимной (крепежной) планкой с учетом двух запасных шлагов (витков) определяется по формуле Эйлера

,

где – натяжение лопаря шкентеля от пробной нагрузки,

при грузоподъемности – ;

f – коэффициент трения межу тросом и барабаном, f=0,12…0,16;

 – угол обхвата тросом барабана запасными шлагами (витками),  =4.

Суммарная сила затяжки шпилек (болтов)

,

где f₁ – приведенный коэффициент трения между планкой и барабаном при угле заклинивания каната 2=80 рис.1.10

;

₁ – угол обхвата барабана тросом при переходе от одной канавки планки к другой,  =2.

Момент, изгибающий шпильки

,

l – плечо изгиба (рис.1.10), l= 35 мм.

Шпилька (болт) испытывает, кроме напряжений растяжения, также напряжения изгиба и кручения. Суммарное напряжение _с складывается из напряжений растяжения _р и изгиба _и. Влияние деформации кручения учитывается коэффициентом 1,3. Условие прочности стержня шпильки (болта)

где k_з – коэффициент запаса надежности крепления троса к барабану ,

d₁ – внутренний диаметр резьбы (мм), в соответствие с требованиями Регистра следует устанавливать шпильки (болты) с резьбой не менее М18 (d₁=15,294 мм), Приложение 8 табл.П8.1;

n – количество шпилек (болтов) n =2;

– допускаемые напряжения изгиба, МПа, .

– предел текучести материала шпильки (болта) с классом прочности 8.8, Приложение 9 табл. П9.1;

S – запас прочности шпильки, S=2…3.

Условие прочности выполняется.