Практическая работа 3 Расчет механизма подъема груза

 

3.1 Определение параметров каната, барабана и блоков

 

 

Механизм подъема груза (рисунок 6) включает крюковую подвеску, канатно-блочную систему с простым (одинарным) полиспастом и лебедку с нормально замкнутым ленточным или колодочным тормозом и гидродвигателем.

 

 

1 - двигатель; 2 - тормоз; 3 - редуктор; 4 - барабан; 5 - полиспаст;

6 - крюковая подвеска

Рисунок 6 - Принципиальная схема механизма подъема груза

 

Кратность полиспаста можно определить по эмпирической формуле:

 

                                          ;                                  (31)

Полученное значение u округляем до целого числа.

Максимальное усилие Smax в ветви каната, наматываемого на барабан, можно определить если рассмотреть равновесие крюковой подвески (рисунок 7). Например, для схемы (рисунок 7, б):

 

;

 

                                            , кН;                          (32)

 

где h - КПД блока полиспаста, для стреловых кранов можно принять h = 0,96 - 0,98;

Qн, Gп - масса груза и крюковой подвески соответственно, т.

 

 

а) 2-кратный;          б) 3-кратный;          в) 4-кратный

 

Рисунок 7 - Расчетная схема механизма подъема груза с одинарными полиспастами

 

Зная режим работы механизма(выходные даны), находят разрывное усилие каната (Н):

 

                                                , кН;                                  (33)

где Zр - минимальный коэффициент использования каната (минимальный коэффициент запаса прочности каната), принимается по таблице В.1 (см. приложение В).

По разрывному усилию выбирается тип и диаметр каната. Для стреловых кранов можно рекомендовать ГОСТ 2688-80 или ГОСТ 7665-80.

Минимальный диаметр барабана по центру навитого каната:

 

                                                , мм;                                       (34)

 

где dк - диаметр каната, мм;

h₁ - коэффициент выбора диаметра барабана, который зависит от режима работы механизма и принимается по таблице В.2 (см. приложение В).

1 - редуктор; 2 - вал; 3 - крышка; 4, 6 - зубчатые полумуфты; 5, 8 - подшипники;

7 - барабан; 9, 11 - опоры; 10 - гидромотор; 12 - муфта; 13 - тормоз

Рисунок 8 - Грузовая лебедка крана с гидроприводом

Минимальный диаметр блоков по центру навитого каната:

 

                                                , мм;                                      (35)

 

где h₂ - коэффициент выбора диаметра блока, который зависит от режима работы механизма и принимается по таблице В.2 (см. приложение В).

Полученные значения диаметров барабана (блоков) округляются до стандартных значений с учетом требований рациональных размеров для конкретного случая (см. таблицу В.3).

Рабочая длина каната, который навивается на барабан, м:

 

                                            , м;                                      (36)

 

где Н, h₀ - соответственно высота подъема и глубина опускания груза, м.

В формуле (36) надо принимать максимальную высоту подъема груза, для кранов с телескопической стрелой - это высота при Lc.max. Глубина опускания груза задается преподавателем или принимается h₀ = 1...2 м.

Количество рабочих витков каната на барабане, при однослойной навивке:

 

                                                  .                                            (37)

 

Общее количество витков каната на барабане:

 

                                        ;                                   (38)

 

где zзакр = 2 - 3 - минимальное количество витков для закрепления каната;

zзап = 2 - минимальное количество запасных витков.

Необходимая длина барабана при однослойной навивке каната, мм:

 

                                              , мм;                                      (39)

 

где t – шаг нарезки барабана.

 

, мм.

 

Для получения компактной конструкции лебедки принимаем многослойную навивку каната на гладкий барабан. Ориентировочно задаются количеством слоев навивки каната. Потом определяют количество витков каната в каждом слое, необходимое для укладывания рабочей длины каната на барабан.

Канатоемкость барабана, м:

 

                                     , м;                            (40)

 

где z - количество витков каната (в каждом слое одинаковое);

n - принятое количество слоев навивки;

Dб - диаметр барабана, м;

dк - диаметр каната, м.

Тогда, учитывая, что lк=lр:

 

                                            .                               (41)

 

Рабочая длина гладкого барабана:

 

, мм.

 

Канат в этом случае крепится на торцевом диске барабана с выведением через отверстие.

Диаметр барабана по ребордам:

 

                                     , мм.                                (42)

 

 

Толщина стенки барабана принимается по эмпирическим формулам:

для чугунных:

 

, мм;

 

для стальных:

 

, мм.

 

Из условий технологии изготовления литых барабанов d ³ 12 мм.

 

 

3.2 Выбор двигателя, трансмиссии и тормоза

 

 

3.2.1 Необходимая мощность привода определяется по формуле:

 

                                          , кВт;                               (43)

 

где Qн - номинальная грузоподъемность, т;

Gп - масса крюковой подвески, т;

uп - скорость подъема груза, м/с;

hмех = 0,8-0,85 - КПД механизма подъема.

 

3.2.2 По определенной мощности выбирается тип гидродвигателя

 

По каталогу выбирают ближайший по мощности аксиально-поршневой гидромотор типа 200 (приложение Д) и определяют при каких оборотах он будет обеспечивать необходимую мощность.

Например, необходимая мощность 30 кВт, а ближайшую, к этому значению, мощность имеет гидромотор 210.20, у которого N=26,2 кВт; n_ном=1800 об/мин; n_max=3200 об/мин.; р_ном=16 МПа.

Мощность мотора можно довести до 30 кВт, увеличив частоту вращения до частоты вращения двигателя n_д:

 

26,2 ¾ 1800

30,0 ¾ n _д

 

Откуда

 

 (об/мин)

 

Таким образом, приводом механизма подъема груза будет гидромотор 210.20: N= 30 кВт; n_д =2600 об/мин.; р_ном=16 МПа.

 

3.2.3 Расчетное передаточное число редуктора:

 

                                                  ;                                              (44)

 

где n _б – частота вращения барабана:

 

                                                  , мин^-1;                                   (45)

 

где uк - скорость навивки каната на барабан, м/мин.

Скорость навивки каната на барабан:

 

                                                  , м/мин;                                (46)

 

где uп - скорость подъема груза, м/мин.

В зависимости от мощности двигателя и передаточного числа выбирается необходимый тип редуктора (приложение Е). Желательно, чтобы тихоходный вал редуктора был выполнен с зубчатой полумуфтой для установки на нем оси барабана.

После выбора редуктора находят фактическую скорость подъема груза на первом слое навивки:

 

                                              , м/мин;                                (47)

 

где i_р - передаточное число выбранного редуктора.

 

3.2.4 Вал двигателя соединяется с валом редуктора с помощью зубчатой муфты, или муфты типа МУВП с тормозным шкивом.

Условие выбора муфты:

 

                                      , Н×м;                                 (48)

 

где Мр - расчетный момент, Н×м;

kм - коэффициент выбора муфты, для режима работы механизма М1-М3 kм = 1,1; для режима работы М4-М5 - kм = 1,2;

Мд - момент, который развивает гидромотор при номинальном давлении (приложение Д), Н×м;

[Мр] - допускаемый момент, который передает муфта (приложение Ж).

По расчетному моменту (48) выбирается типоразмер муфты (приложение Ж) и выписывается момент инерции муфты Jм.

 

3.2.5 Определение параметров гидромотора

 

Определяем максимальный момент на барабане на последнем слое навивки:

 

                               , Н×м;                       (49)

где n - количество слоев навивки.

В этом случае момент на валу гидромотора представляет:

 

                                            , Н×м;                                    (50)

 

где hр - КПД принятого редуктора (для двухступенчатых редукторов можно принять hр = 0,96...0,98).

Перепад давления на гидромоторе определяем по формуле:

 

                                          , МПа;                                   (51)

 

где Vм - рабочий объем гидромотора, см³;

hгм.м - гидромеханический КПД гидромотора.

Условие правильности выбора гидродвигателя:

 

                                            ;                                     (52)

 

где рн - номинальное давление в гидросистеме крана, рн = 16 МПа.

Если условие не выполняется необходимо выбрать редуктор с бóльшим передаточным отношением.

Фактическая частота вращения вала гидромотора:

 

                                            , об/мин.                                   (53)

 

Расход рабочей жидкости гидромотором составляет:

 

                                              , л/с;                                     (54)

 

где hо - объемный КПД гидромотора.

3.2.6 Определение тормозного момента и выбор тормоза

 

Расчетный тормозной момент равен:

 

                                           кН×м;                                (55)

 

где kт - коэффициент запаса торможения, который равняется, kт=1,5 - для легкого, 1,75 - для среднего, 2 - тяжелого и 2,5 - весьма тяжелого режимов работы;

Мст.т - статический тормозной момент.

Статический тормозной момент находится по формуле:

 

                               , Н×м;                              (56)

 

По каталогу тормозов выбираются ленточные тормоза.

Используется ленточный нормальнозамкнуте тормоз (рисунок 9).

Далеее задаваясь диаметром тормозного шкива D_Т, определяют величину окружного усилия на шкиве простого тормоза:

 

                                                  , Н.                                         (57)

 

Принимаем угол обхвата лентой тормозного шкива  a=210°, а коэффициент трения между лентой и шкивом m = 0,35, тогда усилие в сбегающей ветви ленты будет равняться:

 

                                              , Н;                                          (58)

 

а в набегающей ветви:

 

                                                  , Н;                                          (59)

Разрабатывается конструктивная схема ленточного тормоза с замыкающей пружиной и размыкающим гидроцилиндром (рисунок 9) и определяют параметры цилиндра и пружины.

Перемещение точки крепления ленты:

 

                                                , мм;                                            (60)

 

где e – зазор между лентой и тормозным шкивом (e = 1мм).

 

 

а - тормоз лебедок кранов КС-3562Б, КС- 3577, КС- 3571;

б - конструкция тормозной ленты;

1, 6, 12 - оси; 2 - рычаг; 3 - гайка; 4 - пружина; 5 - штоки; 7 - лента, 8 - шкив; 9 - винт; 10 - кронштейн; 11 - гидроразмыкатель; 13 - фрикционная накладка; 14 - заклепка; 15 - стальна лента

 

Рисунок 9 - Схема ленточного тормоза