3. Расчет рабочего органа подъемно-транспортного механизма

Рабочим органом подъемно-транспортного механизма служит проволочный канат и барабан, на который навивается проволочный канат, поднимая груз.

Расчет каната производят по формуле

, (3.1)

где - запас прочности стального каната. Для грузовых канатов при среднем режиме работы =5,5;

F – вес поднимаемого груза, Н.

Приближенную оценку диаметра стального каната производят по формуле

, (3.2)

где F – рабочее усилие, Н.

По таблице П.2.1 стальные канаты (ГОСТ 3067-88, 3068-88) выбирают тип каната и его диаметр, приводят его условное обозначение. Определяют фактический запас прочности выбранного каната.

; . (3.3)

Минимально допустимый диаметр барабана, измеряемый по дну канавки для каната определяют по формуле

, (3.4)

где е – коэффициент, принимаемый в зависимости от типа грузоподъемного механизма и его режима работы е=16…35.

Так как увеличение диаметра барабана приводит к повышению долговечности каната принимаем е=26.

Полученное значение барабана округляют в большую сторону по стандартному ряду Ra 40 линейных размеров ГОСТ 6636-69 (таблица П. 2.2).

Число витков нарезки на барабане

, (3.5)

где Н – высота поднимаемого груза, м.

Длина нарезки барабана

, (3.6)

где - шаг нарезки

=d+(2…3) (3.7)

Рекомендуемые профили канавок барабанов и шаги нарезки t_б приведены в таблице 3.1. (рис. 3.1).

Оставляют на закрепление каната с каждой стороны барабана расстояние s равное длине четырех шагов нарезки.

s = 4(3.8)

Рис. 3.1. Профили канавок барабанов

Таблица 3.1

Профили канавок барабанов

Диаметр каната dк, мм	Размеры профиля, мм					Диаметр каната dк, мм		Размеры профиля, мм
	r	r1	h	t			r		r1	h	t
От 7,4 до 8	4,5	0,5	2,5	9	Св.14 до 15		8,5		1,5	4,5	17
Св.8 до 9	5,0	0,5	2,5	10	Св.15 до 16		9,0		1,5	5,0	18
Св.9 до 10	5,5	1,0	3,0	11	Св.16 до 17		9,5		1,5	5,5	19
Св.10о 11	6,0	1,0	3,5	12,5	Св.17 до 18		10		1,5	5,5	20
Св.11 до 12	6,5	1,0	3,5	13,5	Св.18 до 19		10,5		1,5	6,0	22
Св.12 до 13	7,0	1,5	4,0	15	Св.19 до 20		11		2,5	6,0	23
Св.13 до 14	7,5	1,5	4,5	16

Толщину стенки барабана, выполненного из стали или чугуна определяют из расчета на напряжение сжатия (рис. 3.2)

Рис. 3.2. Схема к расчету стенки барабана на сжатие и

на совместное действие изгиба и кручения

, МПа, (3.10)

где - допускаемое напряжение сжатия, определяемое по зависимости

,МПа (3.11)

где - предельное напряжение материала при данном напряженном состоянии (при расчете на прочность за предельное напряжение принимается предел текучести для сталей и предел прочности для чугунов; для сталей при расчете на выносливость – предел выносливости);

σ – фактическое напряжение в барабане;

К – коэффициент запаса прочности, для крюковых грузоподъемных механизмов К=4,25.

Исходя из условий технологии отливки барабана толщина стенки не должна быть меньше определенной по эмпирической зависимости

δ=0,02D_б+(0,6…1,0), мм (3.12)

Полученное значение округляют в большую сторону по стандартному ряду линейных размеров Ra 40 ГОСТ6636-69. (тал. П.2.2).

Стенки барабана испытывают напряжения изгиба М_изг и напряжения кручения М_кр

М_изг =F·σ_в, Н·м (3.13)

, Н·м (3.14)

Сложное напряжение от изгиба и кручения

, МПа (3.15)

где α – коэффициент приведения, учитывающий отношение допускаемого напряжения на изгиб, соответствующего режиму изгибающих нагрузок к допускаемому напряжению на изгиб, соответствующему режиму крутящих нагрузок α =0,75;

- момент сопротивления поперечного сечения барабана

, мм³ (3.16)

где D₁ – диаметр барабана по дну канавки (рис. 3.2);

D₂ – внутренний диаметр барабана (рис. 3.2).

Основным напряжение, определяющим прочность барабана является напряжений сжатия

, МПа. (3.17)

Определяют крутящий момент и частоту вращения рабочего органа подъемно-транспортного устройства (барабана).

;Н·м; (3.18)

, об/мин (3.19)

где V – скорость подъема груза, м/мин.

Рисунок барабана грузоподъемного механизма и схем крепления каната на барабане приведены на рис. 3.3, 3.4, 3.5.

Рис. 3.3. Барабан грузоподъемного механизма

Рис. 3.4. Крепление каната на барабане

а

б

в

г

д

F

F

Рис. 3.5. Схемы закрепления каната на барабане: а — планкой с двумя болтами;

б — двумя одноболтовыми накладками; в — на гладкой части барабана; г — на углубленной части барабана; д — на нарезанной части барабана

Расчет крепления каната к барабану (рис. 3.4)

Канат крепиться к барабану прижимной планкой с трапецеидальными канавками, где канат удерживается силой трения. Диаметр болтов принимают согласно неравенству

d₁d, мм (3.20)

где d₁ – внутренний диаметр болта;

d – диаметр каната.

Усилие натяжения каната в месте крепления

, Н (3.21)

где F – максимальное рабочее натяжение в канате при подъеме груза;

е – основание натуральных логарифмов;

f – коэффициент трения между канатом и барабаном f =0,1…0,16.

α – угол обхвата барабана дополнительными витками каната (полтора регламентированных дополнительных витка), α =3π.

Усилие, растягивающее болт крепления

, Н (3.22)

где f₁ – приведенный коэффициент трения между канатом и планкой, имеющий трапецеидальную канавку с углом β=40º

(3.23)

α₁ – угол обхвата барабана витками каната при переходе каната от одной канавки планки в другую, α₁ =2π.

Суммарное напряжение в болте с учетом изгиба болта и с учетом касательных напряжений, возникающих при затяжке крепления

, МПа (3.24)

где d₁ – внутренний диаметр резьбы болта (табл. П.2.4) [5];

К – коэффициент запаса надежности крепления каната к барабану, К1,5, коэффициент 1,3 учитывает напряжение кручения при затяжке болта;

Т/2 – усилие, изгибающее болт

Т=2f₁N (3.25)

l – плечо изгиба (рис. 3.4)

Допускаемое напряжение растяжения болтов, выполненных по различным классам прочности

, МПа (3.26)