Расчет механизма подъема груза. Выбор типа крюковой подвески. Подбор крюка. Расчет и выбор каната. Определение размеров барабана. Определение потребной мощности. Выбор двигателя. Кинематический расчет механизма

марки (I),  из проволоки без покрытия (-),  правой крестовой свивки (-), нераскручивающийся (Н) [6].

       Условное обозначение принятого каната:

канат-20,5-Г-I-Н-1764-ГОСТ3077-80.

3.4. Определение размеров барабана

        Принят нарезной двухканатный барабан с однослойной навивкой.

      Диаметр барабана по дну канавки, мм:

D_б = d_k×( h₁ – 1 ),                                                              (4)

где h₁ – коэффициент выбора диаметра барабана (h₁ = 20 [7]).

D_б = 20,5×(20–1)=389,5

      Принято D_б = 400 мм.                                                     

      Минимальный  диаметр барабана по средней линии навиваемого каната D, мм:

D = D_б +d_k,                                                        (5)                 

D = 400+20,5 = 420,5 мм.            

              Поскольку в задании не оговорены особые условия работы крана, принимаем нормальную канавку. В этом случае шаг навивки зависит от диаметра каната. При d_k =20,5 мм t=24,19мм [2].

       Полная длина двухканатного барабана L_б, мм:

L_б = 2× (L_р + L_з) + L_н ,                                                (6)

где L_р – длина рабочей части барабана, мм:

,                                                      (7) 

где Н – высота подъема груза, м (Н=10);

t – шаг навивки каната на барабан, м (t=0,02419);

м.

      L_з – длина участка, необходимого для закрепления каната, мм:

    L_з = (1,5…2)t ,                                                       (8)

                             L_з = 2×0,02419 = 0,048 м.

       Длина ненарезанной части барабана L_н принимается в зависимости от кратности полиспаста при u_п = 2 равной 150 мм.

                             L_б = 2×(0,51 + 0,048) + 0,15 =  1,266 мм.

       Принято L_б =1,27 м.

       Толщина стенки барабана d определяется по эмпирической формуле, мм:

d = 0,01×Dб + 0,003                                                       (9)

d = 0,01·400 +3 = 7 мм.

       Принимается d = 10 мм.

       Принятый барабан проверяется на соотношение длины L_б и диаметра D_б барабана.

        Рассчитанные параметры барабана  принимаются  окончательно,  если

  выполняется условие:

Lб /Dб 4,5                                                                         

                             1,27 / 0,4 = 3,2.

       Условие (10) выполняется.

3.5.Определение потребной мощности. Выбор двигателя.

       Статическая мощность двигателя Pст, кВт:

                                                          (11)

где u - скорость подъема груза, м/с (= 0,125 м/с);

h - к.п.д. механизма подъема (h = 0,9 [5]);

hп - к.п.д. полиспаста (hп=0,99)

                             .

        Потребная мощность двигателя Pдв, кВт:

Pдв=(0,7…0,8) Pст  , (12)

Pдв=0,7×35,2=24,6 кВт.

       По потребной мощности Рдв с учетом режима работы  3М  (ПВ=25%)  принимается  крановый  электродвигатель фазным ротором MTF 411-6, имеющем при ПВ = 25%   номинальную   мощность   P_ном  =  27  кВт  и  частоту   вращения  n=955 мин^-1,  момент  инерции  ротора  I_p = 0,5 кг×м²,  максимальный пусковой момент двигателя Т_max = 650 Н×м, диаметр выходного вала d=65 мм, диаметр корпуса двигателя D=396 мм [5 таблица 3.5].

        Номинальный момент двигателя Т_н , Н×м:

 ,                                                         (13)

 270 Н×м.   

                            3.6. Кинематический расчет механизма

       Частота вращения барабана n_б, мин^-1:

 ;                                                          (14)

с^-1.

       Общее передаточное отношение u:

u = n_дв /n_б ,                                                            (15)

u = 15,91/0,303 = 52

       Момент на тихоходном валу редуктора:

,                                                          (16)

Н×м.

       Принимается редуктор  цилиндрический,  горизонтальный,  двухступенчатый,

крановый типоразмера Ц2-500 с передаточным числом  u_p = 50 и вращающим

моментом на тихоходном валу Т=21,2 кН×м [5 таблица 4.3].

       Компановка лебедки подъема приведена на рисунке 4. 

3.7. Подбор соединительных муфт

       С  помощью  муфты соединяется вал двигателя с входным валом редуктора. Муфта  на  приводном валу должна иметь тормозной шкив. На ведущий вал для смягчения ударных нагрузок рекомендуется устанавливать упругие муфты.

       Расчетный момент Т_р, Н×м:

Т_р = k₁×k₂×T_c,                                                                  (17)

где k₁ – коэффициент, учитывающий степень ответственности  механизма  (k₁ =  

              = 1,2 [2]);

      k₂ – коэффициент,  учитывающий  режим  работы  механизма  (для  4М  k₂ =

              = 1,3 [2]);

      T_c – наибольший статический момент на валу муфты, Н×м:

                                                                                                        (18)

      Н×м;

                             Т_р = 1,2×1,3×347 = 541,6 Н×м.

       Необходимые  при выборе муфты геометрические параметры представлены в таблице 4.

Таблица 4 – Геометрические параметры электродвигателя и редуктора [5]

Электродвигатель		Редуктор
Длина  хвостовика L1, мм	Диаметр вала d, мм	Быстроходный вал
		Диаметр вала d1, мм	Длина посадочной        части l1, мм
140	65	60	108

       Принимается муфта упругая втулочно-пальцевая с тормозным  шкивом. Основные характеристики выбранной муфты представлены в таблице 5.

   Таблица 5 – Основные характеристики выбранной втулочно-пальцевой муфты [5]

Диаметр тормозного шкива Dт, мм	d, мм		Ширина тормозного шкива Вт, мм	Длина муфты L, мм	Допустимая частота     вращения n, мин-1	Наибольший Передаваемый крутящий момент Мкр, Н×м	Масса, кг	Расчетный мо- мент инерции муфты, кг×м2
	тормозного шкива	полумуфты
300	60	65	145	286	2650	800	60	0,6

       Кроме этого тихоходный вал редуктора, выполненный в виде  зубчатой  полумуфты, соединяется со второй половиной полумуфты, являющейся отъемным фланцем барабана и  крепящегося к нему при помощи болтов.

       Основные размеры  тихоходного  вала  редуктора,  выполненного  в  виде  зубчатой  полумуфты, представлены в таблице 6.

   Таблица 6 – Основные размеры тихоходного конца вала редуктора, выполненного в виде  

                        зубчатой полумуфты [5].

Модуль зацепления m	Количество зубьев z	Делительный диаметр D1, мм	Толщина зуба b, мм	Внутренний диаметр dвн, мм
6	48	288	40	140

3.8. Проверка двигателя на надежность пуска

      Выбранный  двигатель  проверяется  на  надежность   пуска   по  ускорению подъема груза.

     Фактическое ускорение при пуске a_ср, м/с²:

                                                                    (19)

где t_п – время пуска, с:

                                                  (20)

где I_р – момент инерции ротора двигателя, кг×м² (I_р = 0,5 кг×м²);

      I_м – момент инерции муфты с тормозным шкивом, кг×м² (I_р = 0,6 кг×м²);

      I_гр – момент инерции груза, приведенный к валу двигателя, кг×м²:

                                                             (21)

                              кг×м²;

d - коэффициент, учитывающий неучтенные вращающиеся и поступательно 

           движущиеся массы механизма подъема груза (d = 1,1 [7]);

      Т_{ср. п} – средне пусковой момент двигателя, Н×м:

   Т_{ср. п} = (1,5…1,6)Т_н                                                                (22)

     Т_{ср. п} = 1,6×270 = 432 Н×м;

     с;

                             м/с².

       Должно соблюдаться условие:

    а_ср £  а,                                                                       (23)

где а – наибольшее  рекомендуемое  допустимое  ускорение механизма подъема 

            груза, м/с² (а = 0,7 м/с² для кранов, работающих  при  массовых  перегру-

            зочных работах [7]).

                             0,13 м/с² £ 0,7 м/с².

       Условие (23) выполняется, следовательно, двигатель выбран правильно.

3.9. Выбор тормоза. Определение тормозного момента

Тормоз выбирается по диаметру тормозного шкива выбранной втулочно-пальцевой  муфты.

       Принимается тормоз колодочный с электрогидротолкателем ТКГ-300,

имеющий наибольший тормозной момент  Т_нт = 800 Н×м,  массу  m = 100 кг [5].  Выбранный  тормоз прижимает колодками тормозной шкив диаметром D_т = 300

 мм, что  соответствует  выбранной  ранее  втулочно-пальцевой  муфте  с тормозным шкивом.

       Тормозной момент Т_т, Н×м:

      Т_т = k×T_c,                                                                     (24)

где k – коэффициент запаса торможения (для режима работы 3М k = 1,75 [6]);

                             Т_т = 1,75×347 = 607 Н×м.

       Тормоз развивает момент больше требуемого.

3.10.Прочностные расчеты элементов

        Так как L_б /D_б > 2,5, то барабан проверяется на прочность