Лабораторно-практическое занятие № 2 Изучение и расчет тяговых органов грузоподъемных машин

Тяговые органы грузоподъемных машин позволяют осуществлять связь и создавать направление между подъемным механизмом и гибким органом, а также гибким органом и грузом. В большинстве случаев в грузоподъемных машинах применяют нарезные барабаны для однослойной навивки каната. Винтовые канавки, нарезанные на поверхности барабана, увеличивают поверхность соприкосновения, устраняют трение между соседними витками и уменьшают напряжения смятия и износ каната. Поэтому при нарезных барабанах срок службы каната увеличивается.

Рис. 1(а, б) Профили канавок канатного барабана

Число витков определяется из соотношения:

_(2.1)

где

H- высота подъема крюка;

m - кратность полиспаста; при отсутствии полиспаста m=1;

D_б – диаметр барабана;

n_з – запасные витки для разгрузки деталей крепления к барабану конца каната n_з =1,52;

n_к - число витков, занятых креплением конца каната на барабане ,

n_к = 22,5.

Диаметр барабана или блока, огибаемого канатом, определяют по формуле:

D_б  d_к (е-1), (2.2)

Dб - диаметр барабана или блока по дну канавки;

dк - диаметр каната;

е - коэффициент, зависящий от типа грузоподъемной машины и режима ее эксплуатации ( табл. 1.).

Таблица 1. Коэффициент е

Тип грузоподъемной машины	Привод	Режим 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	А	20
	-«-	С	25
	-«-	Т	30
	-«-	ВТ	35

С целью обеспечения строго вертикального подъема груза и создания неизменной нагрузки на опоры барабана и на ходовые колеса тележки независимо от высоты подъема груза в общем случае принимается сдвоенный полиспаст. (а=2) с кратностью m=3. При решении задач они принимаются по вариантам

Диаметр каната по Правилам Госгортехнадзора определяется из условия, что он должен выдержать разрывное усилие рассчитываемое по формуле

P_к  S_max k_к , (2.3)

где k_к – коэффициент запаса прочности каната, принимаемый по табл. 2 в зависимости от типа грузоподъемной машины, характера и режима эксплуатации;

P_к – разрывное усилие каната, кгс/

Таблица 2. Коэффициент запаса прочности каната

Назначение канатов	Привод	Режим работы	Значение
Грузовые и стреловые	Ручной Машинный	- Л С Т и ВТ	4 5 5,5 6
Канаты, используемые при монтаже кранов и в качестве тяговых	-	-	4

Smax – максимальное рабочее натяжение каната в полиспате:

, кгс (2.4)

здесь - коэффициент, учитывающий потери на блоках. При блоках, установленных на подшипниках качения =0,97.

С учетом найденного значения по таблице 3 выбирается диаметр каната

, который находится в 1-ой графе таблицы по горизонтали от найденного значения.

Далее определим фактический запас прочности:

k_k =5,5 (2.5)

Таблица 3. Канаты стальные типов:

б) ЛК-Р 6х19=114 (ГОСТ 2688-69) в) ЛК-Р6х19+1о.с.(ГОСТ 2688-80) е) ТЛК-06х27+1о.с. (ГОСТ 3078-80)

Шаг нарезки выбирается следующим образом:

для цепных барабанов:

t=3,5d+(2 3) мм;

для канатных барабанов:

t=3,5 +(2 3) мм

где

t- шаг нарезки;

d- диаметр цепной стали;

-диаметр каната;

Радиус канавки в общих случаях принимается равным 0,54d( .

Нормированные размеры профилей канавок для канатного барабана даны в таблице 4.

Таблица 4. Профили канавок барабана (рис. 1, а,б)

Диаметр каната, мм,	Размеры канавок, мм
	R	Нормальная		Глубокая
							r
4,8-6,2	3,5	7	2		9	4,5	1
6,2-8,7	4	8	2		11	5,5	1,5
8,7-11	5	11	3		13	6,5	1,5
11-11,5	6,7	14	4		17	8,5	1,5
13;13,5;14	8	16	4,5		19	9,5	1,5
15;15,5	8,5	17	5		22	10	1,5

Канавки для каната бывают двух видов нормальные и глубокие. Глубокие канавки применяются в том случае, когда грузовая ветвь каната идет вверх. Реборды канавок способствуют удержанию каната. В остальных случаях применяют нормальную канавку. Размеры канавок нормализованы и даются в справочниках.

Конструкция барабана может быть литой (рис. 2) или сварочной.

Рисунок 2. Канатный барабан

Рабочую длину барабана можно выразить формулой

= n t (2.6)

где n - число витков на барабане;

t - шаг витков нарезного барабана.

Подставляя значение п в формулу рабочей длины барабана, получим:

(2.7)

где d_к - диаметр каната;

а- зазор между канатами; а =0,05 0,2d_к.

При наматывании на барабан двух канатов рабочая длина будет удвоенной. При этом на барабане делаются две нарезки - правая и левая.

Полная длина барабана зависит от его конструкция, толщины бортов, длины посадочных мест для зубчатых колес и пр.

Радиус канавки определяют из соотношения: r =0,54d_к

Барабаны выполняются литыми из чугуна (не ниже марки СЧ15 - 32) или из стали (не ниже 25 ЛШ) и сварными из стали (не ниже марки ВСтЗсп). Стенки барабана испытывают сложное напряжение сжатия, кручения и изгиба. При барабанах длиной менее трех диаметров напряжения изгиба и кручения не превышают обычно 10-15% от напряжения сжатия. Поэтому основным расчетом стенки барабана является расчет на сжатие. При огибании канатом с натяжением S барабана диаметром D давление на элементарную дугу кривой с центральным углом:

(2.8)

Напряжение сжатия стенки барабана определяется по теории напряженного состояния кольца, нагруженного равномерно распределенным по его внешней поверхности давлением. Наибольшее напряжение сжатия возникает на внутренней поверхности кольца и оказывается равным (по формуле. Лямэ):

(2.9)

D₁ = D_б +d_k (2.10)

D₂ = D_б -2

где D₁ – диаметр барабана по верхней кромке канавки, мм.;

D₂ – внутренний диаметр барабана, мм.

 - минимальная толщина стенки барабана.

Толщина стенки  определяется по эмпирическим формулам: для канатного барабана ₁ = 0,02 D_б (0,6  1,0) см, причем, у чугунных барабанов ₁>1,2 см; для цепных барабанов ₁= (0,75  l,3)d₁, где d₁ -диаметр цепной проволоки, см.

Поверочный расчет толщины стенки барабана при его длине L < 3D производят на сжатие от равномерно распределенной нагрузки q. Из рис. 1., а видно, что:

(2.11)

где S_max – максимальное натяжение каната;

D_l — наружный диаметр барабана;

t - шаг нарезки.

При расчете на изгиб барабан рассматривают как балку, свободно лежащую на ступицах (рис. 2). Нагрузка (натяжение каната) приложена к середине барабана, следовательно,

_(2.12)

Величина крутящего момента:

; (2.13)

Напряжение изгиба стенки барабана:

(2.14)

и напряжение кручения:

(2.15)

В случае необходимости учета всех видов напряжений результирующее напряжение для стальных барабанов:

; (2.16)

После изучения данного раздела студент должен уметь рассчитать барабан лебедки ГПМ по всем параметрам. Решение задач позволит научиться выполнять такие расчеты.

Задача № 9

Определить диаметр, рабочую длину и число витков на барабане, если известно, что необходимо поднять груз Q, на высоту H с помощью ГПМ, у которой число ветвей а, кратность полиспаста m.

№ вар-та	Q, кН	Н, м	а	m
1	120	4	1	4
2	130	3,8	2	3
3	140	3,6	2	3
4	150	3,4	2	3
5	160	3,2	2	3
6	170	4,2	2	4
7	180	4,4	2	4
8	190	4,6	2	4
9	110	4,8	1	3
10	100	5,0	2	2
11	90	5,2	1	4
12	80	5,4	2	2
13	70	5,6	2	2
14	60	5,8	2	3
15	50	6,0	1	2

Задача № 10

По результатам полученным при решении задачи № 9 рассчитать стенки барабана на сжатие, на изгиб и посчитать результирующие напряжения.