Богачев ВН (семинары 2016г) / ПТМ Упр_N3 - Мех_подъема (раб_вариант)
.pdf
1
Упражнение №3
Расчет механизма вертикального перемещения(подъема) груза
Задача
Рассчитать и подобрать основные элементы механизма подъема груза для настенного поворотного крана, схема которого изображена на рис.1.
Рис.1
Исходные данные.
грузоподъемная сила (вес груза).
минм скорость вертикального перемещения.
мвысота подъема.
–группа режима работы механизма (ГОСТ25835 83). коэффициент эквивалентности.
∑часов – время работы механизма подъема за весь срок службы
крана ([1], стр.5, табл.1).
ПВ % относительная продолжительность включения ([1], стр.5, табл.2).
число ветвей каната, наматываемых на барабан. кратность полиспаста.
число отклоняющих блоков.
2
Таблица 1
tΣ(в |
|
КНЕ |
|
|
часах) |
|
|
|
|
0,50 |
0,63 |
0,80 |
1,00 |
|
500 |
1М |
1М |
1М |
2М |
1000 |
1М |
1М |
2М |
3М |
|
|
|
|
|
2000 |
1М |
2М |
3М |
4М |
4000 |
2М |
3М |
4М |
5М |
|
|
|
|
|
8000 |
3М |
4М |
5М |
6М |
16000 |
4М |
5М |
6М |
6М |
31500 |
5М |
6М |
6М |
6М |
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2 |
|
Группа |
|
режима 1М,2М 3М,4М 5М,6М |
|
работы |
|
ПВ,% 16(15) 25 |
40 |
1. В механизмах вертикального перемещения при группах режима работы 5М и 6М применяют зубчатые цилиндрические редукторы. При группах режима работы 1М, 2М, 3М, 4М помимо зубчатых цилиндрических допускают также зубчатые коническо цилиндрические и червячные глобоидные редукторы. Принимаем схему механизма с зубчатым цилиндрическим редуктором, изображенную на рис.2. Такая схема проста конструктивно (канатный барабан установлен консольно на тихоходном валу редуктора) и компактна, поэтому простой и компактной окажется и рама для установки механизма.
Рис.2
3
2. Выбор электродвигателя.
Статическая мощность электродвигателя – мощность при подъеме номинального груза с установившейся скоростью, кВт
|
|
|
ст |
|
|
зах |
1.03· |
· |
|
|
|
|
|
|
|
60000· |
60000· |
|
крюковой подвеской |
||
где |
|
вес грузозахватного устройства; для кранов с |
||||||||
зах |
кВт, |
|||||||||
|
|
0.03 |
|
|
; |
|
|
|
|
|
захк.п.дподв. |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
механизма подъема. |
|
|
|
|
||||
|
муф · ред · б · |
п |
· |
· |
· |
|
. |
|||
|
|
|
||||||||
Расшифруем обозначения, принятые в формуле для определения к.п.д. |
||||||||||
механизма подъема. |
|
|
|
|
|
|
||||
муф |
к0.99. |
к.п.д. муфты ([1], стр.7). |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|||||
ред |
п.д. редуктора. Из схемы механизма на рис.2 видно, что редуктор – |
|
зубчатый. Предполагаем, что редуктор – двухступенчатый. К.п.д. закрытой цилиндрической передачи цил 0.99 ([1], стр.7).Тогда ред цил 0.99 .
б0.98 к.п.д. канатного барабана ([1], стр.7).
пк.п.д. полиспаста, включающийк.п.д. отклоняющих блоков.
|
бл |
0.97 |
|
|
1 |
бл |
бл |
бл |
|
· |
бл, |
|
|
||
При |
к.п.д.пканатного блока ([1], стр.7). |
|
|
|
|||||||||||
где |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
кратности полиспаста |
|
|
и числе отклоняющих блоков t= получим |
|||||||||||
В предварительныхп |
расчетах· |
можно принимать· |
|
|
для. |
механизмов с |
|||||||||
зубчатым редуктором и |
|
для механизмов с |
червячным глобоидным |
||||||||||||
0.7 |
|
|
0.9 |
|
|
||||||||||
редуктором. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
По каталогу выбирают электродвигатель с номинальной мощностью
нст.
При использовании типажных зубчатых и червячных редукторов рекомендуют синхронные частоты вращения электродвигателей
Дляс |
1000мин |
и |
с |
1500мин |
. |
|
|
|
|
||
приводов грузоподъемных машин применяют, в основном, асинхронные |
|||||
электродвигатели переменного тока. |
|
||||
1. |
Специальные крановые двигатели. |
||||
1.1.С фазным ротором серии МТ (более распространены).
4
1.2.С короткозамкнутым ротором серии МТК.
ПВ, % |
15 |
25 |
40 |
60 |
|
|
|
|
|
Минимальная мощность |
|
|
|
|
крановых электродвигателей, |
|
|
|
|
кВт |
2 |
1.7 |
1.4 |
1.2 |
|
|
|
|
|
2.При мощности, меньшей минимальной мощности крановых электродвигателей, а также для приводов электроталей, кран балок, подъемников, механизмов передвижения применяют общепромышленные электродвигатели с короткозамкнутым ротором и повышенным скольжением.
При управлении из кабины применяют крановые электродвигатели, а при |
|
||||||||||||||
управлении с пола – общепромышленные с повышенным скольжением. |
|
||||||||||||||
Рассматриваемый кран по назначению близок к электроталям и кран |
|
||||||||||||||
балкам, а управление краном осуществляют пультом с пола. Поэтому |
|
||||||||||||||
принимаем более компактный и дешевый электродвигатель |
|
|
|
||||||||||||
общепромышленный с повышенным скольжением серии АИРС (в ранее |
|
||||||||||||||
изданных литературных источниках серию АИРС обозначали 4АС). |
|
|
|
||||||||||||
|
В [2] на стр.33 по табл.1 при ПВ= |
|
% выбираем двигатели: |
|
|
|
|||||||||
при |
|
|
|
|
|
|
н |
кВт и номинальной частотой |
|
||||||
вращенияс 1000мин |
– |
с |
|
|
|||||||||||
|
|
н |
мин ; |
|
|
н |
кВт |
|
|
|
|
|
|
||
вращенияс 1500мин |
– |
с |
и номинальной частотой |
|
|||||||||||
при |
|
н |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
мин . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
3. Определение диаметра каната. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Наибольшая сила натяжения в канате, Н |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
зах |
|
|
1.03· |
|
|
Н |
|
|
|
|||
|
|
|
· · п |
|
|
· |
· |
|
|
|
|
|
|||
Канат выбирают по условию |
|
|
· |
|
|
|
|
|
|
||||||
где |
разр |
разр |
|
|
|
|
|
Н, |
|
|
|
||||
|
наименьшая сила, при действии которой разрушается канат; |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К= – коэффициент запаса прочности ([1], стр.25 табл.7). |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 7 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Группа режима работы |
|
1М |
2М |
|
3М |
4М |
|
5М |
|
6М |
|||||
Коэффициент запаса прочности |
|
|
5 |
5 |
|
5,5 |
5,5 |
|
6 |
|
6 |
||||
|
|
каната К |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
|
|
|
в |
1600…1800Мпа. |
|||||
Тогда в [2] на стр.9 по табл.2 |
выбираем канат с |
|
|||||||||||||||
Рекомендуют предел прочности материала проволок |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
минимально возможным |
|||||||
диаметром типа ЛК РО с |
разр |
|
|
Н |
Н,с в |
|
1764 МПа и |
|
|||||||||
диаметром каната |
к |
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
мм. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4. Диаметр канатного барабана. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
– коэффициентб к |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
|
|
|
|
|
где |
, |
служащий для ограничения напряжение изгиба в |
|||||||||||||||
1 |
|
|
1 |
|
|
мм |
|
|
|
|
|
||||||
канате ([1], стр. 26, табл. 8). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Значения коэффициента |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 8 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Тип ГПМ |
|
|
|
|
|
|
Группа режима работы |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1М |
2М |
3М |
4М |
5М |
6М |
|||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
Стреловые краны |
|
|
|
|
16 |
|
16 |
|
17 |
|
|
18 |
|
20 |
|
25 |
|
Электротали |
|
|
|
|
22 |
|
22 |
|
22 |
|
|
22 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Прочее |
|
|
|
|
|
20 |
|
20 |
|
22 |
|
|
25 |
|
30 |
|
35 |
Из ряда нормальных линейных размеров Ra40 ([1], табл.6) принимаем
бмм.
Ряд чисел Ra40 |
|
|
|
|
|
|
Таблица 6 |
|||
3,2 |
5,6 |
|
10 |
18 |
32 |
56 |
100 |
180 |
320 |
560 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3,4 |
6,0 |
|
10,5 |
19 |
34 |
60 |
105 |
190 |
340 |
600 |
3,6 |
6,3 |
|
11 |
20 |
36 |
63 |
110 |
200 |
360 |
630 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3,8 |
6,7 |
|
11,5 |
21 |
38 |
67 |
120 |
210 |
380 |
670 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4,0 |
7,1 |
|
12 |
22 |
40 |
71 |
125 |
220 |
400 |
710 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4,2 |
7,5 |
|
13 |
24 |
42 |
75 |
130 |
240 |
420 |
750 |
4,5 |
8,0 |
|
14 |
25 |
45 |
80 |
140 |
250 |
450 |
800 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4,8 |
8,5 |
|
15 |
26 |
48 |
85 |
150 |
260 |
480 |
850 |
5,0 |
9,0 |
|
16 |
28 |
50 |
90 |
160 |
280 |
500 |
900 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5,3 |
9,5 |
|
17 |
30 |
53 |
95 |
170 |
300 |
530 |
950 |
5. Число рабочих витков на барабане. |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
· |
· |
·10 |
|
|
. |
|
бк
Принимаем .
6
6. Длина барабана.
Для барабанов, установленных консольно на тихоходном валу редуктора желательно выполнять предварительное условие б б. При m= длина консольного барабана
|
мм |
шагб винтовой |
6нарезке на барабане ([2], |
|
|
, |
|
|
|||||||
где |
стр.9, табл.3). |
|
|||||||||||||
|
мм |
|
|
|
|||||||||||
Принимаем из ряда нормальных линейных размеров Ra40 |
|
|
|
||||||||||||
б |
мм. Предварительная рекомендация б |
б не выполненаб мм. |
|
||||||||||||
7. Предварительная частота вращения барабана. |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
б· |
к |
|
· ·10 |
1 |
|
|
мин . |
|
|
|||
8. Передаточное отношение редуктора. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Предварительное передаточное отношение редуктора |
. |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
ред |
н |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
б |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Начиная с п.8 в формулы будем подставлять числа для варианта с |
|
||||||||||||||
с |
1000мин |
(вариант 1), а для варианта с |
с |
1500 мин |
(вариант 2) |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
рядом с ответом для варианта 1 будем записывать в круглых скобках ответ |
|
||||||||||||||
для варианта 2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ред |
округляют до ближайшего стандартного значения для выбранного типа |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
редуктора в меньшую сторону, если двигатель недогружен, и в большую |
|
||||||||||||||
сторону, если двигатель загружен полностью. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
Так как выбранные электродвигатели недогружены, то |
|
округляем в |
|
|||||||||||
меньшую сторону. Ориентируемся на редуктор типа Ц2У ( |
цилиндрический |
|
|||||||||||||
|
ред |
|
|
||||||||||||
двухступенчатый узкий). В [2] на стр.24 по табл.1 принимаем ред |
. |
||||||||||||||
9. Фактическая скорость вертикального перемещения груза.
|
б |
к |
н |
м |
|
ф |
|
· ред |
· ·1000 |
мин |
. |
10. Погрешность скорости вертикального перемещения не должна превышать 10%
|
|
|
7 |
|
|
|
∆ ,% |
ф |
·100% |
|
·100% |
% ∆ |
10%. |
|
||||||
11. Выбор редуктора. |
|
|
|
|
||
Редуктор выбирают по вращающему моменту, а затем проверяют на |
|
|||||
способность воспринимать тихоходным валом максимальную силу |
|
|||||
натяжения каната |
. |
|
|
|
|
|
11.1.Выбор редуктора по вращающему моменту.
По каталогу выбирают редуктор с номинальным вращающим моментом на
тихоходном валу |
|
НЕ |
нд · |
|
|
|
||||
где |
|
|
момент; |
, |
|
|
||||
|
эквивалентный |
|
|
|
||||||
|
НЕ |
Н |
|
|
|
|||||
|
коэффициент долговечности; учитывает одновременно |
|||||||||
|
нд |
|
|
|
|
|
|
|
|
; |
переменность нагрузки и число циклов нагружения |
|
|
||||||||
|
|
наибольший вращающий момент на |
тихоходном валу редуктора. |
|||||||
|
|
|
∑ |
|
||||||
Для зубчатых редукторов |
|
|
|
|
, |
|
|
|
||
|
|
|
нд |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∑ |
|
|
|
||
где коэффициент эквивалентности (см. исходные данные);
∑ |
число циклов нагружений за весь срок службы зубьев зубчатого |
|
|
колеса, лимитирующего нагрузку (обычно тихоходной шестерни); |
|
|
число циклов контактных напряжений, соответствующее перелому |
кривой усталости (базовое число циклов), для материала зубчатого колеса, лимитирующего нагрузку.
|
∑ |
∑ ·60· б · |
·60· · |
·10 |
·10 , |
где |
б |
частота вращения канатного барабана, |
|
|
|
|
передаточное отношение тихоходной ступени редуктора. |
||||
н
б
ред
мин .
Для двухступенчатых цилиндрических редукторов, выполненных по развернутой схеме, к которым относятся и редукторы типа Ц2У, по графику на рис.3 находим .
8
Тогда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис.3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
200·10 ([1],стр. 20). |
|
|
|
|
|
||||||||
Для редукторов Ц2У |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
·10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
нд |
|
|
|
должны находиться в пределах. |
: |
|
|
|||||||
Значения коэффициента |
|
|
|
|
20·10 |
|
|
|
|
|
|
||||||
• |
для планетарных редукторовнд |
|
0.71…1; |
|
|
|
|
|
|||||||||
• |
для волновых |
редукторов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
нд |
|
|
|
|
|
|
нд |
0.5…1. |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
; для |
|
|
|
|||
• |
для остальных зубчатых |
редукторов |
0.8…1; |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
нд |
|
|
|
. |
|||||||||
Принимаем для варианта 1 |
|
нд |
|
|
|
варианта 2 |
нд |
|
|
||||||||
|
|
· б |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
к · |
|
|
|
2· |
·10 |
· |
|
|
Нм. |
||||
|
|
|
2· |
б |
|
|
|
|
|
|
|
|
н |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
|
|
Ц2У |
, у которого |
Нм |
|||
В [2] на стр.24 по табл.1 выбираем· |
|
|
|
|
|
||||||||||||
редукторНм |
|
Нм . |
|
|
|||||||||||||
|
|
Нм |
|
Нм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
11.2. Проверка редуктора на способность воспринимать тихоходным валом максимальную силу натяжения каната .
При консольной установке на тихоходном валу редуктора одного барабана условие пригодности редуктора имеет вид
|
|
9 |
|
|
|
|
где |
|
н |
|
|
|
|
|
на |
выходном (тихоходном) валу |
||||
|
номинальная радиальная сила· |
· |
0.25 , |
|||
редукторан |
, |
|
|
|
|
|
эквивалентная сила.
|
|
|
|
|
|
|
Рис.4 |
находим н |
Н. |
|
|
|
|||
В [2] на стр.24 по табл. 1 для редуктора Ц2У |
|
|
|
||||||||||||
По рис.4 определяем |
5 |
|
|
|
|
|
|
||||||||
В [2] на стр. 24 по табл. б2 |
|
|
|
|
5· |
|
мм. |
|
и |
|
|||||
Тогда |
мм |
|
|
для редуктора Ц2У |
находим |
мм |
|
|
|||||||
, а на стр. 26 по табл.1 |
мм. |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
непригоден. Для рассматриваемой задачи есть |
|
||||||||||
Таким образом, редуктор· |
|
|
0.25 |
|
|
|
. |
|
|
|
|||||
четыре способа решения проблемы. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
1. |
Если редуктор имеет запас по вращающему моменту и по |
|
|
|
|||||||||||
|
передаточному отношению |
ред |
, то увеличивая |
б |
можно уменьшить |
||||||||||
|
, и, следовательно, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
вращающемуб |
|
|
уменьшить и |
. Однако, имеющийся запас по |
||||||||||
|
моменту ( |
|
непригоден. |
|
Нм |
|
Нм |
) |
|||||||
|
невелик. Поэтому первый способ Нм |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
10 |
|
|
2. |
Выбрать редуктор с большими габаритами: Ц2У , Ц2У |
и т.д. |
||
3. |
Установить барабан не консольно, а на двух опорах (рис.5). |
|
||
|
При определении эквивалентной силы |
в формулу для определения |
||
|
взамен силы |
подставляют силу |
.Определение |
и |
|
см. в [1]. Для реализации этого способа необходимо |
|
||
|
разработать конструкцию барабана на двух опорах. |
|
||
4. |
Способы 1 и 2 одновременно. |
|
|
|
Рис.5 Выбираем четвертый способ решения задачи, для чего принимаем редуктор
Ц2У |
|
Запас по |
|
|
Нм, |
|
|
|
, |
|
мм, |
мм, |
|
, у которого |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
мм. |
|
вращающему моменту составляет |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
, а запас по |
передаточному отношению |
||||||
ред. |
|
|
|
|
|
|
⁄ |
|
|||||
⁄ ред 40⁄ |
|
|
|
|
|
. |
Таким образом, увеличение |
||||||
|
⁄ |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
диаметра барабана ограничивает |
|
|
. Наибольшее значение диаметра |
||||||||||
барабана определяют из |
пропорции |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
б |
ред. |
ред. |
. |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
бред
Откуда
б |
б |
ред. |
(1) |
ред . |
|