4.3. Определение параметров барабана и блоков

Теперь, зная диаметр каната, можно рассчитать параметры барабана.

Диаметр барабана или блока, огибаемого канатом, определяют по формуле

(10)

где	- диаметр барабана или блока по дну канавки (см. прилож. 2, табл. 16)
	- диаметр каната;
	- коэффициент, зависящий от типа грузоподъемной машины и режима ее эксплуатации (табл. 5).

Таблица 5. Коэффициент е

Тип грузоподъемной машины	Привод	Решим работы	Значения е
Краны стреловые	Ручной	—	16
	Машинный	Л	16
	»	С	18
	»	Т	20
	»	ВТ	25
Тали электрические	—	—	22
Лебедки для подъема грузов	Ручной	—	12
	Машинный	—	20
Грузоподъемные машины остальных типов	Ручной	—	18
	Машинный	Л	20
	»	С	25
	»	Т	30
	»	ВТ	35

Диаметр уравнительного блока принимают равным или более 0,8 диаметра рабочего блока, а у электроталей и стреловых кранов — 0,6 диаметра рабочего блока.

В большинстве случаев в грузоподъемных машинах применяют нарезные барабаны, на которые канат наматывается в один слой.

Винтовые канавки на барабане увеличивают поверхность сопри­косновения каната, уменьшая напряжения смятия, устраняют трение между соседними витками и износ каната. На нарезных барабанах поэтому срок службы каната увеличивается.

Профиль канавок выбирается по нормалям. Шаг нарезки t≥l,ld; t=d+(2÷3) мм. Радиус канавки R≈0,54d.

Рисунок 2 Профиль канавки для каната при однослойной навивке и схема расчета стенок барабана

Глубина канавки должна быть не менее 0,3d для барабанов крюковых кранов и не менее 0,5d для барабанов грейферных кранов.

Число витков нарезки на одной половине барабана

(11)

где	- высота подъема груза, м;
	- кратность полиспаста

Длина нарезки на одной половине барабана

(12)

где t_б — шаг нарезки;

Оставляем на закрепление каната с каждой стороны барабана расстояние s, равное длине не менее четырех шагов нарезки. При t_б = 15 мм примем s = 60 мм. Расстояние между правым и левым нарезными полями l₁ в средней части барабана примем равным 130 мм. Расстояние между осями ручьев блоков в крюковой обойме принято равным 133 мм. Таким образом, размер l₁ обеспечивает нормальное набегание каната на барабан даже при самом верхнем положении крюковой обоймы.

Тогда общая длина барабана

Толщина стенки барабана, выполненного из чугуна СЧ 15-32 определяется из расчета на сжатие:

(13)

где — допускаемое напряжение сжатия, определенное по зависимости

(14)

здесь — предельное напряжение материала при данном напря­женном состоянии; для чугуна за предельное напряжение принимается предел прочности при сжатии ; для чугуна СЧ 15-32 = = 65 Н/мм²;

коэффициент запаса прочности, принимаемый для крюковых кранов к = 4,25.

Однако, исходя из технологии отливки барабана, толщина стенки не должна быть меньше определенной по эмпирической зависимости

(15)

Стенка барабана испытывает напряжение изгиба и кручения. Напряже­ния изгиба имеют максимальное значение при положении каната около центра барабана. Расчетная схема и эпюры крутящих и изгибающих моментов приведены на рис. 2:

, Н/см (16)

, Н/см (17)

Сложное напряжение от изгиба и кручения

, Н/см (18)

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

W — экваториальный момент сопротивления поперечного сечения барабана:

, см³ (19)

здесь	- диаметр барабана по дну канавки;
	- внутренний диаметр стенки барабана.

При барабанах длиной менее трех диаметров напряжение от изгиба и кручения не превышает 10-15% от напряжения сжатия.

Поэтому основным расчетом стенки барабана является расчет на сжатие. Напряжение сжатия стенки барабана можно определить по теории напряженного состояния кольца, нагруженного равномерно распределенным по его внешней поверхности давлением

(20)

где Smax	- максимальное натяжение каната;
t	- шаг нарезки, см.

где S_max - максимальное натяжение каната;

t - шаг нарезки, см.

В этом случае наибольшее напряжение сжатия возникает на внутренней поверхности кольца и оказывается равным (по формуле Лямэ):

(21)

Но

где - минимальная толщина стенки барабана, см.

Учитывая, что значительно меньше диаметра барабана, т.е. что , после подстановки значения в выражение для напряжения сжатия получаем:

(22)

где допускаемое напряжение сжатия, определенное при рекомендуемом коэффициенте запаса прочности К для стальных барабанов относительно предела текучести и для чугунных барабанов - относительно предела прочности на сжатие.

(23)

В этом случае величина К колеблется в пределах 1,4÷1,5 (стальные барабаны) и 4,0÷4,25 (чугунные барабаны).

Для нормальной работы каната и повышения его долговечности необходимо обеспечить правильное набегание каната на блок или барабан без резких перегибов и повреждений при изломе и трении о боковые стенки канавки. Поэтому канат, идущий от блока к барабану, не должен отклоняться от продольной плоскости блока более чем на угол , зависящий от глубины и формы канавок на блоке и барабане. Этот угол, условно отсчитываемый от оси блока при практических расчетах принимается не более =2° для гладких барабанов, где витки каната ложатся вплотную друг к другу и не более у=6° для нарезных барабанов.

Величина этого угла определяет минимальное расстояние между осями направляющего блока и барабана.

(нарезной барабан) и (24)

где длина барабана.

а)

б)

Рисунок 3. Схема к определению допустимых углов набегания каната на барабан: а - простой полиспаст; б - сдвоенный полиспаст

После выполнения всех расчетов, размер барабана выбирается из табл. 16 приложения