2.3 Визначення сил опору пересуванню візка

Сила опору W_ (кН) руху візка або крана (далі умовно – візка) потрібні для подальших розрахунків, складаються з: сили тертя W_ТЕР; сили інерції мас, що рухаються поступально W_Д (цю складову сили опору надалі будемо називати динамічною); сил, що створюються нахилом колії W_У та вітром W_В:

W_= W_ТЕР+ W_У+ W_В+ W_Д .

У закритих приміщеннях W_В=0. Нехтуючи W_У (з урахуванням його малого значення для рейкової колії), одержимо:

W_max= W_{ТЕР.НАВ} + W_Д.НАВ ; (2.4)

W_min= W_{ТЕР.ПОР} ,

де W_max , W_min – найбільша і найменша сумарні сили опору, кН; W_{ТЕР.НАВ}, W_{ТЕР.ПОР} – сили опору від тертя при пересуванні, відповідно, навантаженого і порожнього візка , кН; W_Д.НАВ – сила опору від інерції у процесі розгону навантаженого візка, кН.

Основними джерелами тертя є:

- кочення колеса по рейці, що характеризується коефіцієнтом тертя кочення  (коефіцієнтом тертя другого роду), який вимірюється у мм і залежить, насамперед, від діаметра колеса (=0,3…0,6 мм);

- тертя у підшипниках коліс, що характеризується коефіцієнтом f=0,05…0,08, який визначається типом підшипника і різновидом мастила.

Додатковими джерелами тертя є контакт між ребордами коліс та рейками, а також тертя струмознімачів об тролеї. Це тертя враховується уведенням коефіцієнта K_P = 2…2,5.

Усі визначені чинники тертя враховуються коефіцієнтом опору пересуванню f_ .

Сили опору завантаженого й порожнього візка від тертя визначають за формулами:

W_{ТЕР.НАВ}= G_НАВ f_ ; W_{ТЕР.ПОР}= G_П f_ ; (2.5)

(2.6)

Коефіцієнт тертя кочення колеса по рейці , мм, для сталевих коліс можна знайти, користуючись табл.2.5 .

Таблиця 2.5 – Значення коефіцієнта тертя кочення колеса по рейці

залежно від діаметра коліс (D_K)

Діаметр ходового колеса DK, мм	Від 200 до 320	Від 400 до 500	Від 600 до 700
Значення , мм	0,3	0,5	0,6

Коефіцієнт f тертя у підшипниках коліс: для підшипників кочення і консистентного мастила f = 0,015; для підшипників ковзання f = 0,05…0,08.

Діаметр цапфи вала (осі) колеса складає, мм:

d = (0,250,3)D_K .

Коефіцієнт, що враховує опір від тертя реборд коліс об рейки і від тертя струмознімачів об тролеї: для кранового візка з циліндричним ободом ходового колеса і жорстким струмопроводом K_P = 2,5, а з кабельним струмопроводом K_P = 2,0.

Динамічна складова сили опору пересуванню навантаженого візка

W_Д.НАВ = К_іm_НАВ[а_нав] / 1000, (2.7)

де К_і – коефіцієнт, що враховує інерцію обертових частин механізму пере-сування, К_і =1,2; m_НАВ – маса навантаженого візка, кг:

m_НАВ=1000  G_НАВ/ g, кг;

[а_нав] – мінімально припустиме прискорення в процесі розгону навантаженого візка, одержуване з умови забезпечення нормального пуску двигуна; можна приймати [а_нав] =0,1м/с² або обчислювати за формулою

[а_нав] =V_В / [t]. (2.8)

([t] =5…10с – максимально припустима тривалість розгону наван-таженого візка).

Приклад. Сили опору руху візка будемо знаходити без урахування складових від вітру W_В й уклону W_У. Для визначення складової опору, пов’язаною із тертям, розрахуємо коефіцієнт опору пересуванню f_. Для колеса D_K=250 мм за табл.2.5 коефіцієнт тертя кочення колеса по рейці =0,3 мм. Коефіцієнт тертя у підшипниках коліс для підшипників кочення і консистентного мастила f = 0,015. Діаметр цапфи вала (осі) коліс: d=(0,250,3)25070 мм. Коефіцієнт, що враховує опір від тертя реборд коліс об рейки і від тертя струмознімачів об тролеї приймемо для кранового візка з циліндричним ободом ходового колеса і жорстким струмопроводом K_P=2,5. Тоді коефіцієнт опору пересуванню складатиме:

Сили опору руху завантаженого й порожнього візка від тертя за (2.5) – W_{ТЕР.НАВ} = 135  0,0172,3 кН; W_{ТЕР.ПОР}= 35 0,017 0,6 кН. Приймемо макси-мально припустиму тривалість розгону навантаженого візка з умови забезпечення нормального пуску двигуна [t] =5 с. Тоді мінімально припустиме прискорення під час розгону навантаженого візка за (2.8) – [а_нав] = = 0,7 / 5 = 0,14 м/с². При масі навантаженого візка m_НАВ = 1000  135/ 9,81 14000 кг динамічна складова сили опору пересуванню навантаженого візка за (2.7) W_Д.НАВ=1, 2 14000  0,14/ 1000  2,4 кН. Найбільша і найменша сумарні сили опору, які надалі будуть використовуватись у розрахунках, за (2.4) мають такі значення: W_max= 2,3 + 2,4=4,7 кН; W_min= 0,6 кН.

4. Вибір двигуна

Двигун вибирають за потужністю з урахуванням ТВ %. Статична потужність, необхідна для забезпечення руху візка з постійною заданою швидкістю, визначається за формулою:

N_ст= W_{ТЕР.НАВ} V_В /  , (2.9)

де  – ККД механізму пересування; можна приймати  = 0,8-0,9.

Для забезпечення розгону з прискоренням [а_нав] необхідна більша потужність:

N_п= W_max V_В / ( K_сер.п), (2.10)

де K_сер.п – кратність середньопускового моменту двигуна. Попередньо, як і в розрахунку лебідки, можна приймати K_сер.п = 1,51,6 для двигунів із фазним ротором (МТF), а для двигунів із короткозамкненим ротором – K_сер.п =1,6 1,8).

Згідно з дод.В вибирають двигун таким чином, щоб його номінальна потужність N_дв була більшою за обидві розрахункові потужності: N_двN_ст, N_двN_п. Для візків мостових кранів, а також електропередаточних візків та іншого технологічного обладнання, для яких важливою є зупинка в заданому місці, рекомендуються двигуни з фазним ротором (МТF). За малої швидкості й потужності можна використовувати асинхронні короткозамкнені одно швидкісні двигуни серії АИР або 4АС (з підвищеним ковзанням, або двох- і трьох швидкісні з умонтованим гальмом, параметри яких наведено в [5].

Необхідні наступні дані про двигун: тип, ТВ %, номінальна потужність N_дв(кВт), номінальна частота обертання n_дв(об/хв), момент інерції ротора J_P(кгм²), діаметр вала d_В(мм).

Приклад. Статичну потужність, необхідну для забезпечення руху візка з постійною заданою швидкістю, визначаємо за (2.9), приймаючи ККД механізму пересування  = 0,8: N_ст= 2,3 0,7 / 0,8 =2,01 кВт. Потужність, необхідна для забезпечення розгону, при кратності середньопускового моменту двигуна K_сер.п =1,5 по (2.10) N_п= 4,7  0,7 / (0,8 1,5)=2,74 кВт. Для забезпечення ступінчастого керування швидкістю візка приймемо для встановлення у механізмі пересування двигун типу МТF. З табл. В.3 вибираємо двигун з умови N_двN_п=2,74 кВт – МТF 012-6, який має:

- номінальна потужність, кВт, N_дв, при ТВ=15% 3,1;

- частота обертання номінальна, n_дв , об/хв 785;

- момент інерції ротора, J_р, кгм² 0,03;

- діаметр вала, мм 28.