1.5.2 Расчет зубчатого зацепления

В опорно-поворотном устройстве поворот манипулятора осуществляется за счет зубчатой передачи. Материал зубчатой рейки и зубчатого колеса Сталь 40ХН, допускаемые напряжения изгиба зубьев []_F =350 МПа. Параметры зубчатого колеса: делительный диаметр d = 204 мм, ширина зубчатого венца В = 60 мм, модуль m = 12 мм. Проверим зубья колеса по напряжениям изгиба _F, МПа, по формуле

, (8)

где _F - напряжение изгиба в зубьях, МПа;

= 1 - коэффициент распределения нагрузки, для прямозубых колес, [4];

K_FU = 1,04 - коэффициент динамической нагрузки;

Y_F = 4,28 - коэффициент формы зуба;

=1 - коэффициент наклона зуба;

- коэффициент концентрации нагрузки,

= (1 - х) + x,

где - начальный коэффициент концентрации нагрузки;

х = 0,5 - коэффициент режима нагрузки,

;

F_t - окружная сила,

, (9)

где d = 204 мм - делительный диаметр колеса;

М = 4,86 кНм - крутящий момент на колесе,

кН.

Определим напряжение изгиба

МПа,

_F < []_F,

288 МПа < 370 МПа.

Условия прочности выполняются, следовательно, заданные параметры обеспечивают прочность зубьев при изгибе.

Определим остальные параметры зубчатого колеса, число зубьев Z, определяется по формуле

.

Диаметр вершин зубьев колеса d_a, мм определим:

d_a = d + 2 m,

d_a = 204 + 2∙12 = 228 мм.

Параметры зубчатой рейки: угол профиля зубьев  = 20, высота головки зуба h_a = m = 12 мм, высота зуба h определяется как h = 2,25∙m = 27 мм, ширина рейки в = (2…10)m; в = 6∙12 = 70 мм.

1.6 Расчет механизм подъема груза

Расчет механизма включает следующие этапы: выбор полиспаста (тип, кратность, схема запасовки), выбор принципиальной схемы механизма, расчет и выбор каната, расчет барабана и блоков, выбор двигателя, проверка выбранного оборудования, выбор крюковой подвески, прочностные расчеты деталей и узлов.

1.6.1 Выбор полиспаста

Для стреловых самоходных кранов, в основном, применяются одинарные полиспасты с навивкой на барабан одного конца каната (второй конец крепится в вершине стрелы или на крюковой подвеске).

Кратность полиспаста m_гр выбирается из условия подвешивания груза весом Q, кН. Исходя из обычных величин натяжения каната при Q = 10 кН, m_гр=2.

Схема запасовки грузовых канатов для m_гр=2 изображены на рисунке 3 [5].

Рисунок 3 – Схема запасовки каната

1.6.2 Расчет и выбор каната

В качестве подъемного рекомендуется применять канаты: ЛК-О конструкции 6×19 ГОСТ 3077-69 или ЛК-Р конструкции 6×19 ГОСТ 2688-69.

Определяется максимальное натяжение каната при набегании на барабан S_max, кН по формуле

, (10)

где Q_н.б.- вес груза, кН;

m_гр - кратность грузового полиспаста;

η_п – КПД полиспаста;

η_об – КПД отклоняющих блоков.

z – количество отклоняющих блоков, т.е. блоков между барабаном и первым подвижным блоком в грузовом полиспасте, считая от барабана.

Согласно правилам Госгортехнадзора по разрывному усилию выбирается канат из условия:

(11)

где n_к – коэффициент запаса прочности каната;

По полученному разрывному усилию S_p выбирается канат ЛК-Р ГОСТ-2688-69 6×19, d_к=6,9 мм.

1.6.3 Расчет барабана и блоков

Как правило, барабаны грузовых лебедок выполняют с ручьями для лучшей укладки каната и многослойной навивкой для уменьшения габаритов.

Диаметр блока и барабана D_б по дну канавки, мм определяется по формуле:

, (12)

где d_к – диаметр выбранного каната, мм;

е – коэффициент, зависящий от типа крана и режима работы [5].

Принимаем D_б=160 мм.

Исходя из того что количество слоев навивки каната n_н = 2, определяем диаметр барабана по центру каната в наружном слое, мм:

(13)

Длина барабана L_н, мм определяется по формуле:

, (14)

где Н_н.б. – максимальная высота подъема груза, м;

z₁ – число запасных витков каната, z₁=1,5÷2;

t_к – шаг нарезки канавки, м;

µ - коэффициент неплотности навивки, µ=0,9.

мм.

Конструктивно барабаны изготавливаются двухребордными для предотвращения схода каната с барабана в крайних положениях. Исполнение барабана показано на рисунке 4. Толщина реборд определяется по формуле:

t_p=1,5·9=13,5 мм

Рисунок 4 – Конструктивное исполнение барабана

Диаметр реборды находится по формуле:

, (15)

.