Практическая Работа № 4 расчёт механизма подъёма груза

Цель работы: овладеть методами расчёта механизма подъёма груза.

Задачи:

1. Подобрать канат.

2. Определить основные размеры барабана.

3. Проверить барабан на прочность.

4. Определить потребную мощность и подобрать электродвигатель.

5. Выполнить кинематический расчёт и подобрать редуктор.

6. Подобрать муфту и тормоз.

7. Проверить двигатель по ускорениям пуск.

Номер задания (таблица 4.1) выдается преподавателем и содержит в себе два числа: первое число – номер схемы запасовки каната (рисунок 1.1), второе – номер варианта исходных данных (таблица 4.2).

 

Таблица 4.1 – Номера заданий

	Последний номер шифра (зачетной книжки) студента
Предпоследний номер шифра студента		9, 1	1, 2	10, 3	7, 4	1, 5	7, 6	10, 7	5, 8	7, 9	4, 10
	10, 11	2, 12	3, 13	5, 14	2, 15	3, 16	8, 17	5, 18	5, 19	10, 20
	6, 21	8, 22	3, 23	9, 24	4, 25	1, 1	7, 2	1, 3	10, 4	7, 5
	10, 6	7, 7	10, 8	5, 9	10, 10	4, 11	3, 12	2, 13	3, 14	8, 15
	8, 16	3, 17	10, 18	4, 19	7, 20	8, 21	12, 22	8, 23	2, 24	3, 25
	9, 1	1, 2	10, 3	7, 4	1, 5	7, 6	10, 7	5, 8	7, 9	4, 10
	10, 11	2, 12	3, 13	5, 14	2, 15	3, 16	8, 17	5, 18	5, 19	10, 20
	6, 21	8, 22	3, 23	9, 24	4, 25	1, 1	7, 2	1, 3	10, 4	7, 5
	10, 6	7, 7	10, 8	5, 9	10, 10	4, 11	3, 12	2, 13	3, 14	8, 15
	8, 16	3, 17	10, 18	4, 19	7, 20	8, 21	12, 22	8, 23	2, 24	3, 25

 

Порядок выполнения работы

 

1. При подборе канатов для грузовых лебёдок рекомендуется применять канаты двойной свивки с линейным контактом проволок типа ЛК-Р 6×19+1 о.с. по ГОСТ 2688-80. Подробно методика подбора каната изложена в практическом занятии №2.

2. Определению подлежат основные размеры барабана: диаметр, длина и толщина стенки (рисунок 4.1)

Диаметр барабана по средней линии навиваемого каната, мм

,

по наружной поверхности барабана

,

где h₁ – коэффициент выбора диаметра барабана (определяется по методики практического занятия №2).

 

Таблица 4.2 – Диаметры валов электродвигателей

№ варианта	Грузоподъёмность Q, т	Скорость подъема груза vгр, м/с	Высота подъёма груза H, м	Режим работы
	2,0	0,05		М8
	2,5	0,12		М7
	3,2	0,06		М6
	4,0	0,12		М5
	5,0	0,17		М4
	6,3	0,2		М3
	8,0	0,12		М2
	10,0	0,08		М1
	12,5	0,13		М6
	14,0	0,1		М5
	16,0	0,15		М4
	18,0	0,12		М3
	20,0	0,15		М2
	25,0	0,07		М1
	32,0	0,08		М4
	40,0	0,07		М3
	20,0	0,12		М2
		0,15		М1
	12,5	0,2		М4
	10,0	0,3		М1
	40,0	0,05		М2
	50,0	0,07		М3
	30,0	0,06		М1
	2,0	0,08		М2
	10,0	0,01		М3

б)

а)

 

Полная длина одноканатного барабана, мм

L_б = L_p + L_к,

двухканатного барабана

L_б = 2 (L_p + L_к) +L_н.

Здесь L_p – длина рабочей части барабана, мм; L_к – длина участка, необходимого для закрепления каната на барабане, мм; L_н – длина ненарезанной части барабана, мм.

Длина рабочей части барабана, мм

L_р = 2 (Z_p + Z₃) t,

где Z_p – число рабочих витков каната на барабане,

,

где Z₃ – число запасных витков (Z₃ = 1,5...2); t – шаг навивки (для гладких барабанов , для желобчатых – + (2...3) мм); Н – высота подъема груза, мм; u_п – кратность полиспаста.

Длина участка, необходимого для закрепления каната,

L_к = (3…4)t.

Длина ненарезанной части барабана L_H = 150...200 мм.

Если длина барабана получается слишком большой (L_б > 4D₆), то можно конструктивно увеличить диаметр барабана или (при простом полиспасте) применить гладкий барабан с многослойной навивкой.

При многослойной навивке длина барабана, мм

или ,

где Z – число слоев навивки каната.

Толщину стенки барабана определяют по эмпирической зависимости, мм

.

3. Короткие барабаны, т.е. барабаны с отношением , на прочность проверяют только по напряжениям сжатия. Длинные – по приведенным напряжениям с учетом деформации сжатия, изгиба и кручения.

Напряжения сжатия при однослойной навивке

,

при многослойной навивке

,

где α – коэффициент снижения нагрузки под влиянием деформации каната и стенки барабана (αZ =1,4 при двухслойной навивке и αZ =1,7 при трехслойной).

При определении напряжений от изгиба принимаем барабан как балку на двух опорах с пролетом, равным длине барабана, и нагруженную силой F_k посредине барабана при простом полиспасте; двумя силами F_k, приложенными в средней части барабана на расстоянии L_H друг от друга, при сдвоенном полиспасте.

Определив максимальный изгибающий момент, находим напряжения от изгиба:

,

где M – максимальный изгибающий момент в сечении балки, H∙м; W – момент сопротивления поперечного сечения барабана, м³.

.

Касательные напряжения при кручении барабана

,

где Т – крутящий момент на барабане ( – для одноканатного барабана; – для двухканатного барабана), H∙м; W_p – полярный момент сопротивления барабана, м³.

.

Приведенные напряжения

,

где , (таблица 4.3).

 

Таблица 4.3 – Допускаемые напряжения [ σ ][6]

Марка материала	σт, МПа	σвр, МПа	Допускаемые напряжения, МПа, для группы режима
1М	2М, 3М	4М	5М, 6М	7М, 8М
Сталь:
ВМСт3сп		–
		–
09Г2С-12		–
15ХСНД		–
35Л-1		–
55Л-1		–
Чугун:
СЧ 15	–					–	–
СЧ 18	–						–
СЧ 24	–

 

4. Подбор электродвигателя производят по статической мощности, необходимой для подъема номинального груза, кВт

,

где η – КПД привода (предварительно принимается 0,9).

Выбираем двигатель ближайшей мощности (таблицы 3.3 и 3.4). Для дальнейших расчетов потребуются его характеристики: Р_дв, n_дв, I_p, Т_н, Т_м.

Номинальный момент двигателя, Н∙м

,

где ω_н – номинальная угловая скорость двигателя, с^-1.

5. Для кинематического расчета и подбора редуктора определяем частоту вращения барабана, об/мин

,

Общее передаточное отношение механизма

.

С учетом требуемого передаточного числа и, частоты вращения быстроходного вала n_дв и мощности редуктора P_p = P_дв выбираем стандартный редуктор с передаточным числом u_p ≈ u.

6. Подбор муфт по расчетному моменту, Н∙м

,

а тормоза – по тормозному моменту

.

Здесь k₁ – коэффициент, учитывающий степень ответственности механизма, k₁ =1,2; k₂ – коэффициент, учитывающий режим работы механизма (для 1М...3М – k₂=1,1; 4М – k₂ =1,2; 5М – k₂ =1,3; 6М – k₂ =1,5); k – коэффициент запаса торможения (1M...ЗМ – k =1,5; 4М – k =1,75; 5М, 6М – k =2; 7М, 8М – k =2,5); T_c – наибольший статический момент на валу муфты (тормоза), Н∙м.

.

7. Выбранный двигатель проверяем на надежность пуска по методике занятия №3.

При этом должно соблюдаться условие:

а_ф ≤а,

где а – наибольшее рекомендуемое допустимое ускорение механизма подъема.

8. Среднее ускорение при пуске, м/с²

,

где t_п – время пуска, с. Время разгона механизма подъема t_п =1...2 с.

 

.

где – угловое ускорение вала двигателя; I_p – момент инерции ротора двигателя, кг∙м²; I_м – момент инерции муфты с тормозным шкивом, кг∙м²; I_гр – момент инерции груза, приведенный к валу двигателя, кг∙м^2, δ – коэффициент, учитывающий неучтенные вращающиеся и поступательно движущиеся массы механизма подъема (принимаем δ =1,1); Т_{ср.п .} – среднепусковой момент двигателя (определяется по занятию №3), Н∙м.

.

 

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 5