Подъемно-транспортные механизмы

Рисунок 2 –  Габаритный чертеж крановой крюковой подвески

 

3.3 Выбор каната

 

Выбор каната будем производить в соответствии с методикой, изложенной в [1, с. 17–20].

Максимальное  статическое усилие в канате, Н

 

 \* MERGEFORMAT (.)

 

где G – вес груза вместе с весом крюковой подвески, G = 150230,34 Н;

 ‒ число ветвей каната, навиваемых на барабан,  = 2;

 ‒ кратность полиспаста, = 4;

 ‒ КПД полиспаста, = 0,96;

 ‒ КПД направляющих блоков, = 1

 

 

Разрывное усилие каната

 

 \* MERGEFORMAT (.)

 

где ‒ коэффициент использования, = 5,6

 

 

Согласно  [3, табл. III.1.1] принимаем канат двойной свивки ЛК-Р конструкции 6×19 (1+6+6/6)+1о.с. диаметром 14,5 мм. Ориентировочная масса 1000 м смазанного каната 728 кг, маркировочная группа 1960 МПа.

Диаметр блока  крюковой подвески

 

 \* MERGEFORMAT (.)

 

где ‒ диаметр блока по средней линии навитого каната, мм;

 ‒ диаметр каната, = 14 мм;

е – коэффициент выбора, е = 22,4

 

 

3.4 Расчет барабана

 

Расчет барабана будем производить в соответствии с методикой, изложенной в [1, с. 23–27].

Принимаем установку  барабана для сдвоенного полиспаста с одной внешней опорой (рис. 3)

Рисунок 3 – Установка барабана для сдвоенного полиспаста с одной  внешней опорой

 

Диаметр барабана по средней линии навитого каната, мм

 

 \* MERGEFORMAT (.)

 

где e – коэффициент выбора, e = 20,0

 

 

Диаметр каната по дну канавок, мм

 

 \* MERGEFORMAT (.)

 

 

Полученное  значение округляем до стандартного значения из нормального ряда диаметров до = 320 мм.

Уточненное  значение диаметра барабана по средней  линии навитого каната, мм

 \* MERGEFORMAT (.)

 

 

Диаметр максимальной окружности, описываемой крайней  точкой установки барабана, мм

 \* MERGEFORMAT (.)

 

Длина барабана, мм

 

 \* MERGEFORMAT (.)

 

где ‒ длина одного нарезного участка, мм

 

 \* MERGEFORMAT (.)

 ‒ шаг нарезки, мм

 \* MERGEFORMAT (.)

 

 

 ‒ число рабочих витков для навивки половины полной рабочей длины каната

 \* MERGEFORMAT (.)

 

 ‒ рабочая длина каната, соответствующая одному нарезному  участку,  = 80 м

 

 ‒ число неприкосновенных  витков, требуемых для разгрузки  деталей крепления каната на барабане, = 1,5;

 ‒ число витков для крепления  каната, = 4

 

 

 ‒ длина гладкого участка, из конструктивных соображений принимаем равным 268 мм;

 ‒ длина гладкого концевого  участка, мм

 

 \* MERGEFORMAT (.)

 

 

 

Данное значение длины барабана очень велико, оно превышает диаметр барабана в 9,6 раз, что приводит к большим напряжениям изгиба в стенке барабана. С целью уменьшения длины барабана примем диаметр барабана по дну канавок равным = 574 мм. Уточняем рассчитанные ранее параметры барабана с учетом изменения диаметра барабана по дну канавок.

Уточненное  значение диаметра барабана по средней  линии навитого каната, мм

 

Диаметр максимальной окружности, описываемой крайней  точкой установки барабана, мм

 

Число рабочих витков для навивки половины полной рабочей длины каната

 

Длина одного нарезного участка, мм

 

 

С учетом длины  нарезного участка, примем длину  гладкого участка равной = 268 мм.

Длина барабана, мм

 

 

Теперь длина  барабана превышает диаметр в 3,5 раза, что вполне приемлемо.

Высота оси  барабана относительно основания внешней  опоры, мм

 

 \* MERGEFORMAT (.)

 

 

3.5 Выбор двигателя

 

Выбор двигателя  будем производить в соответствии с методикой, изложенной в [1, с. 27–29].

Максимальная  статическая мощность, кВт

 

 \* MERGEFORMAT (.)

 

где ‒ вес номинального груза и крюковой подвески, = 150,23 кН;

 ‒ скорость подъема груза,  = 10 м/мин = 0,17 м/с;

 ‒ предварительное значение  КПД механизма,  = 0,80…0,85

 

 

Тип двигателя  выбираем исходя из следующих условий:

1. Относительная продолжительность  включения двигателя ПВ_ДВ должна быть равна среднему значению относительной продолжительности включения электрооборудования ПВ_ЭЛ при заданном режиме работы.

2. Номинальная мощность двигателя N_дв может быть принята меньше максимальной, так как эквивалентная мощность, развиваемая двигателем при работе с грузами разного веса и зависящая от использования механизма по грузоподъемности, всегда меньше

 

 \* MERGEFORMAT (.)

 

 

Используя данные [4, табл. XII] принимаем электродвигатель с фазным ротором MTH 411-6 с мощностью на валу 22 кВт, частотой вращения 960 об/мин, максимальным крутящим моментом 650 Н∙м, момент инерции ротора 0,509 кг∙м². Масса электродвигателя 280 кг.

 

3.6 Выбор редуктора

 

Выбор редуктора  будем производить в соответствии с методикой, изложенной в [3, с. 65–67, 86].

Частота вращения барабана, об/мин

 

 \* MERGEFORMAT (.)

 

где ‒ кратность полиспаста, = 4;

 ‒ диаметр барабана, = 574 мм

 

 

Передаточное  число привода механизма

 

 \* MERGEFORMAT (.)

 

 

Расчетная мощность редуктора, кВт

 

 \* MERGEFORMAT (.)

 

где ‒ коэффициент, учитывающий условия работы редуктора, = 1;

 ‒ наибольшая мощность, передаваемая  редуктором при номинально протекающем  процессе работы механизма,  = 31,92 кВт

 

 

Из [3, табл. III.4.2] по передаточному числу и мощности выбираем редуктор цилиндрический двухступенчатый горизонтальный крановый типоразмера Ц2-500 с передаточным числом u_р = 50,94 и мощностью на быстроходном валу при среднем режиме работы = 45,5 кВт.

 

3.7 Выбор муфт и тормоза

 

Выбор муфт и  тормоза будем производить в  соответствии с методикой, изложенной в [3, с. 86‒89].

Момент статического сопротивления на валу двигателя в период пуска, Н∙м

 \* MERGEFORMAT (.)

 

где ‒ усилие в грузоподъемном канате, Н;

 ‒ число полиспастов в  системе,  = 2;

 ‒ диаметр барабана лебедки  подъема,  = 0,574 м;

 ‒ общее передаточное число привода, = 42,42;

 ‒ КПД барабана, = 0,96…0,98;

 ‒ КПД привода барабана, = 0,96

 

 

Номинальный момент, передаваемый муфтой, принимается  равным моменту статических сопротивлений

Номинальный момент на валу двигателя, Н∙м

 

 \* MERGEFORMAT (.)

 

 

Расчетный момент для выбора муфты, Н∙м

 

 \* MERGEFORMAT (.)

 

где ‒ коэффициент, учитывающий степень ответственности механизма,             = 1,3

 ‒ коэффициент, учитывающий  режим работы механизма,  = 1,2

 

 

Согласно  [3, табл. III.5.9] принимаем упругую втулочно-пальцевую муфту с тормозным шкивом №1, с диаметром тормозного шкива и наибольшим передаваемым крутящим моментом 500 Н∙м. Момент инерции муфты .

Момент инерции  ротора двигателя и муфты  .

Номинальный момент на выходном валу редуктора, Н∙м

 

 \* MERGEFORMAT (.)

 

 

Расчетный момент для выбора муфты на выходном валу редуктора, согласно (3.21), Н∙м

 

 

Принимаем согласно [3, табл. III.5.1] зубчатую муфту №7 с наибольшим передаваемым моментом 19000 Н∙м и частотой вращения не более 2120 об/мин.

Момент статического сопротивления на тормозном валу при торможении, Н∙м

 \* MERGEFORMAT (.)

 

где ‒ КПД привода от вала барабана до тормозного вала, = 0,96;

 ‒ общее передаточное число  между тормозным валом и валом  барабана, = 42,42

 

 

По правилам Госгортехнадзора момент, создаваемый  тормозом, выбирается из условия

 \* MERGEFORMAT (.)

 

где ‒ коэффициент торможения, = 1,75

 

 

Из [5, табл. XXXII] принимаем тормоз с гидротолкателем ТКТГ200 с наибольшим тормозным моментом 3 кН∙м мощностью двигателя 5 кВт и весом в 49 кг.

 

3.8 Проверочные расчеты

 

Проверочные расчеты будем вести в соответствии с методикой изложенной в [3, с. 87‒89].

 

3.8.1 Проверка двигателя на время  разгона

 

У механизма  подъема груза фактическое время, с

 

 \* MERGEFORMAT (.)

 

где δ – коэффициент, учитывающий  влияние вращающихся масс привода  механизма, δ = 1,1…1,25;

 ‒ средний пусковой момент  двигателя, Н∙м

 

 \* MERGEFORMAT (.)

 

 ‒ максимальная кратность  пускового момента электродвигателя, = 2,97;

 ‒ минимальная кратность пускового момента электродвигателя, = 1,1…1,4

 

 ‒ КПД механизма подъема,  = 0,85;

n ‒ фактическая частота вращения барабана, n = 18,85 об/мин;

 ‒ фактическая скорость  подъема груза,  = 0,142 м/с

 

 

Ускорение при  пуске, м/с²

 \* MERGEFORMAT (.)

 

 

3.8.2 Проверка двигателя на нагрев

 

Во избежание  перегрева электродвигателя необходимо, чтобы развиваемая двигателем среднеквадратичная мощность удовлетворяла условию

 

 \* MERGEFORMAT (.)

 

Определим моменты  развиваемые двигателем и время  его пуска при подъеме и  опускании груза в различные  периоды работы механизма.

Механизм  будет работать с номинальным  грузом Q = 15000 кг ‒ 1 раз, с грузом 0,5∙Q = 7500 кг ‒ 5 раз, с грузом 0,2∙Q = 3000 кг ‒ 1 раз, с грузом 0,05∙Q = 750 кг ‒ 3 раза.

Расчетные данные представим в виде таблицы.

Таблица 2 – Моменты, развиваемые  двигателем и время его пуска

Наименование показателя	Обозначение	Единицы	Результаты расчета при массе  поднимаемого груза, кг
			15000	7500	3000	750
КПД	η	‒	0,85	0,8	0,65	0,5
Натяжение каната у барабана при подъеме груза	Fб	Н	19561,24	9981,16	4233,12	1359,09
Момент при подъеме груза	Tс	Н∙м	287,21	146,55	62,15	19,95
Время пуска при подъеме	tп	с	0,6	0,32	0,25	0,22
Натяжение каната у барабана при опускании груза		Н	18027,64	9198,64	3901,24	1252,94
Момент при опускании груза		Н∙м	243,94	124,47	52,79	16,95
Время пуска при опускании	tоп	с	0,14	0,17	0,19	0,21

 

Средняя высота подъема груза составляет 0,5…0,8 номинальной  высоты   H = 20 м. Примем равной 16 м.

Время установившегося  движения, с

 

 \* MERGEFORMAT (.)

 

 

Среднеквадратичный  момент, преодолеваемый электродвигателем, Н∙м

 

 \* MERGEFORMAT (.)

 

где ‒ общее время пуска (разгона) механизма в разные периоды работы с различной нагрузкой;

 ‒ сумма произведений квадрата  момента статических сопротивлений  движению при данной нагрузке  на время установившегося движения  при этой нагрузке;

 ‒ общее время включения  электродвигателя за цикл, = 2258,52 с

 

 

Среднеквадратичная  мощность электродвигателя, кВт

 

 \* MERGEFORMAT (.)

 

 

13,8 < 22 кВт. Следовательно, условие (3.28) на перегрев двигателя выполняется.

 

3.8.3 Проверка времени торможения

 

Время торможения, с

 

 \* MERGEFORMAT (.)

 

 

Из [3, табл. 1.22] длина пути торможения равна S = 0,08 м.

Время торможения в предположении, что скорости подъема  и опускания груза одинаковы, с

 \* MERGEFORMAT (.)

 

 

Замедление  при торможении, м/с²

 \* MERGEFORMAT (.)

 

 

4 Расчет механизма передвижения крановой тележки

 

4.1 Выбор кинематической схемы

 

Применим  патент № 2297973. Выберем кинематическую схему в соответствии с этим патентом. Кинематическая схема механизма передвижения крановой тележки представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 – Механизм передвижения крановой тележки:

1 – электродвигатель, 2 – муфта  упругая с тормозным шкивом, 3 – редуктор коническо-цилиндрический, 4 – барабан, 5 – храповый механизм

 

Применение  данной кинематической схемы и патента  позволяет повысит надежность и безопасность работы привода.

 

4.2 Определение сопротивлений передвижению  тележки

 

Определение сопротивлений передвижению тележки  будем вести в соответствии с  методикой, изложенной в [6, с. 14‒18].

Общее сопротивление  передвижению тележки, кН

 

 \* MERGEFORMAT (.)

 

где ‒ сопротивление вращению цапф и их осей в подшипниковых узлах, кН

 

 \* MERGEFORMAT (.)

 

 ‒ вес тележки, примем  равным  = 5 кН;

 ‒ вес груза с грузозахватными  устройствами, = 150,23 кН;

μ – коэффициент  трения качения колеса по рельсу, μ = 0,6 мм;

f – приведенный коэффициент трения скольжения в подшипниках качения, f = 0,02 мм;

 ‒ диаметр оси в месте  посадки подшипника, = 60 мм;