Sк - натягнення вітки каната, що навивається на барабан

Підставивши числові значення R і Sк, отримаємо:

Sp = 5.5 · 18660 = 102631 H.

Згідно з ГОСТом 2688-80 і маркувальною групою з розрахунковою межею міцності дроту при розтягуванні σ = 1666 МПа, вибираємо канат типу ЛК-Р 6х19 з одним органічним сердечником, діаметром dк = 14,0 мм і фактичним розривним зусиллям = 105000 H..

Для правильно підібраного канату фактичний коефіцієнт запасу міцності має бути

У нашому випадку

R = ,

що припустимо, оскільки 5,63 > 5,5.

4. Визначення основних розмірів барабана

Конструктивний діаметр блоків і барабана будівельних лебідок і лебідок, що застосовуються у механізмах підйому вантажу стріловидних кранів, з метою забезпечення достатньої довговічності роботи канатів за правилами Держміськтехнагляду вибирається за умови

- для барабана лебідки

D_б ≥ е · d_к.

Тут е - коефіцієнт, залежний від режиму роботи лебідки, рівний при легкому режимі роботи - 16, середньому - 18, важкому - 20.

Для нашого випадку D_б=18·14,0=252мм;
. Конструктивно приймаємо D_б = 280 мм., згідно з стандартними значеннями нормального ряду діаметрів (таблиця.3), мм.

Канатоємність барабана l_б залежить від довжини навивного каната Lк, числа шарів навивання каната m, діаметру барабана D_б і діаметру каната d_к.

Вибираємо конструкцію з гладким барабаном і багатошаровим навиванням каната. Число шарів навивання каната не повинне перевищувати 4.

На першому етапі розрахунку визначимо робочу довжину барабана за умови, що канат навивається на барабан у два шари, тобто при m = 2, за формулою

Тут Lк - довжина каната, що навивається на барабан, рівна

Lк = а ·Н + l_д.в

l_д.в- довжина додаткових витків каната, для розвантаження місць кріплення каната, що укладаються на барабан.

Зазвичай l_д.в= 2πD_б

Тоді Lк = аН + 2πD_б = 3 · 40 + 2 π · 0,28 = 121,76 м ≈ 122 м

Підставивши значення Lк у формулу для визначення l_б отримаємо

Відношення робочої довжини барабана до його діаметру має бути у межах

Для нашого прикладу , що небажано.

Приймаємо тришарове навивання каната на барабан і знову визначаємо його робочу довжину при m = 3

і відношення , що знаходиться у допустимих межах.

Барабани, на які канат укладається в один шар, бувають гладкі і нарізні.

У разі нарізного барабана,його робоча довжина визначається за такою формулою:

де t - крок навивання каната на нарізний барабан, що приймається рівним

t = d_к + (3 … 4) мм.

Товщина стінки обичайки барабана визначається за емпіричною формулою

δ_ст = 0,02 D_б + (6 … 10) мм.

У нашому прикладі

δ_ст = 0,02 · 280 + 10 = 15,6 мм ≈ 16 мм.

Товщина реборди барабана конструктивно приймається рівною dк, але не більше ніж товщина стінки

δ_р = d_к = 14,0 ≈ 15 мм.

Барабани, на які канат навивають в декілька шарів, мають реборди, які, щоб уникнути сповзання витків каната, повинні виступати над останнім шаром не менше ніж на величину h_р = (2…2,5) d_к.

Висоту реборди приймаємо рівною

h_р = 2,0 d_к = 2,0 · 14,0 = 28,0 мм ≈ 30 мм

Діаметр барабана по колу вершин реборд визначений за формулою:

D_б.р= D_б + 2md_к + 2h_р

Отже,

D_б.р = 280 + 2·3·14,0 + 2·30 = 424 мм.

Конструктивно приймаємо D_б.р = 430 мм.

Повна довжина барабана (габаритна) визначається за формулою:

L_б = l_б + 2δ_р

Звідки

L_б = 563 + 2·15 = 593 мм.

5. Вибір електродвигуна

Необхідну потужність електродвигуна визначаємо за формулою:

Вт,

де S_к- тягове зусилля на барабані, рівне 18660 Н;

V_к- швидкість навивання каната на барабан, м/сек;

η_леб - к.к.д. механізму лебідки.

Визначити величину швидкості V_к можна за формулою:

V_к= а·V_г,

де а - кратність поліспасту (за умовою прикладу, рівна 3);

V_г - швидкість підйому вантажу (за умовою прикладу, рівна 0,5 м/с).

Підставивши ці значення, отримаємо

V_к = 3 · 0,5 = 1,5 м/с.

К.к.д. механізму лебідки визначаємо таким чином:

η_леб = η_мкх = η_б · η_ред = 0,96 · 0,94 = 0,9.

Тут η_б - к.к.д. барабана, рівний 0,96;

η_ред- к.к.д. редуктора, рівний 0,94.

Підставивши відомі значення у формулу розрахунку потужності електродвигуна, отримаємо

= 31100 Вт = 31,1 кВт

За каталогами електродвигунів або за таблицею.4, підбираємо необхідний електродвигун. Перевантаження електродвигуна допускається у межах 5 %. Для середнього режиму роботи (ПВ=25%) вибираємо трифазний асинхронний електродвигун 4А225М8У3 потужністю Nдв = 30 кВт і n_дв= 730 хв ^-1.

Радіус корпусу електродвигуна В_з = 247 мм.

Габаритна довжина електродвигуна L_дв = 840 мм.

6. Вибір редуктора. Визначаємо частоту обертання барабана за середнім діаметром навівання каната:

хв ^-1

де D_ср - середній діаметр навивання каната (см. рис. 2).

D_ср = D_б + 3 d_к = 280 + 3 · 14,0 = 322 мм = 0,322 м

тоді

89,01 ≈ 89 хв ^-1.

Визначаємо передаточне число редуктора за формулою:

Вибираємо редуктор (таблиця 5 і 6) за передаточним числом, синхронною частотою обертання элеутродвигуна, режимом роботи, потужністю і міжосьовою відстанню вхідного і вихідного валу, моментом на тихохідному валу.

У таблиці.6 значення потужності, що підводиться до редуктора, відповідають середньому режиму роботи (ПВ- 25%). Для набуття значень потужності при легкому режимі роботи табличні величини слід збільшити, а при важкому - зменшити на 15 … 18 %.

Вибираємо редуктор типу Ц2- 300 (мал. 3), з передаточним числом:

ì_ред = 8,32, максимальною потужністю, яка може бути передана редукторм при 750 мин ^-1 синхронних оборотах валу двигуна, - 40,3 кВт. За таблицею.7 знаходимо усі інші розміри редуктора:

Мал. 3 Схема двоступінчастого редуктора

Габаритні розміри редуктора: L = 620 мм, В = 300 мм, Н = 362 мм, міжосьова відстань: А = А_Б + А_Т, А_Б - міжосьова відстань швидкохідного ступеня 125 мм, А_Т - міжосьова відстань тихохідного ступеня, рівна 175 мм. Число зубів передачі: Z1= 28, Z2 = 59, Z3 = 20, Z4 = 79.

Тоді міжосьова відстань (мал. 3)

А = 125 + 175 = 300 мм.

Після визначення габаритних розмірів барабана і електродвигуна необхідно перевірити можливість розміщення їх на рамі лебідки з однієї сторони редуктора. Для цього повинна виконуватися така умова:

де В₃ - радіус корпусу електродвигуна;

S - проміжок між ребордой барабана і корпусом електродвигуна зазвичай приймають S = 40 - 50 мм.

Якщо

то можливі три варіанти компонування механізму лебідки: вибрати інший редуктор з більшими значеннями А_Бі А_Т; розмістити двигун і барабан на різні сторони редуктора; ввести окрему відкриту зубчасту передачу.

У нашому прикладі

512 > 500, що неприпустимо, отже електродвигун і барабан необхідно

розмістити по різні сторони редуктора.

Визначимо дійсну швидкість підйому вантажу. Оскільки фактична частота обертання барабана рівна

хв ^-1

то фактична лінійна швидкість каната, що навивається на барабан, буде

V_к.ф = π D_ср n_б.ф= 3,14 · 0,322 · 87,7 = 88,67 м / хв = 1,478 м / с

Отже, дійсна швидкість підйому вантажу рівна

м / с

Відхилення швидкості підйому вантажу від заданої складає

ΔV =

що не перевищує допустимого значення .

7. Вибір гальма.

У електрореверсивних лебідках встановлюються нормальнозамкнуті колодочні гальма, що замикаються пружиною і розмикаються електромагнітом (мал. 4) або гідроштовхальником (мал. 5).

У гальмі, показаному на мал. 4, гальмівні колодки притискаються до шківа пружиною 1, що впливає через тягу 2 і шток 3 на стійки 4 і 5.

До стійок шарнірно кріпляться чавунні колодки, до яких прикріплені (заклепками або клеєм) фрикційні накладки. Зусилля, що створюється пружиною 1, передається через буртик 9 на шток 3 і зміщує його ліворуч, завдяки чому стійка 5, сполучена з штоком 3 гайкою 10, також переміщається ліворуч і притискає праву гальмівну колодку до шківа. Другим кінцем пружина 1 упирається у тягу 2 шарнірно сполучену з лівою стійкою 4, яка переміщається праворуч разом з гальмівною колодкою. При переміщенні ліворуч шток 3 давить на скобу 6 електромагніту і відводить її убік. Таке положення важелів відповідає замкнутому стану гальма. При цьому в результаті тиску колодок на шків виникають сили тертя, що перешкоджають обертанню шківа.

При включенні електродвигуна лебідки струм одночасно подається до електромагніту гальма, і якір скоби 6 притягується до котушки. При цьому скоба 6 давить на шток 3 і зміщує його праворуч, стискуючи пружину 1. Завдяки цьому стійки 4 і 5 переміщаються в різні боки і між гальмівними колодками і шківом утворюється проміжок, який забезпечує вільне обертання барабана лебідки.

Зусилля пружини 1 регулюється гайкою 9, а величина ходу колодок - гайкою 10. Стійка 5, звільнена від дії на неї тяги 3 відводиться праворуч допоміжною пружиною 11. Переміщення стійки 4 ліворуч здійснюється за рахунок ваги електромагніту і обмежується регулювальним болтом 8, що встановлений у кронштейні 7.

Мал. 4 Схема колодочного гальма з короткоходовым електромагнітом

Гальма цього типу, через недостатню динамічну стійкість важелів, виготовляються з гальмівним моментом не більше 500 Н·м

Основні параметри гальма з короткоходовим електромагнітом наведені у таблиці 6.

У колодочному гальмі з електрогідравлічним штовхачем (рис 5) замикання колодок здійснюється зусиллям двох стислих пружин 12, розташованих вертикально між тягою 4 і штоком 11. Шток 3 штовхальника 1 сполучен з гальмівною системою за допомогою фігурного важеля 5.

Мал. 5

При пуску лебідки електричний струм приводить в рух не лише електродвигун механізму підйому, але і паралельно включений в ланцюг злектродвигун 2 гідроштовхача 1. Вал електродвигуна 2 приводить в обертання крильчатку, яка, виконуючи роль насосного колеса, створює надлишковий тиск масла під поршнем гідроштовхача, переміщаючи поршень вгору. Разом з поршнем переміщаються вгору дві тяги 3, які обертають важіль 5. Разом з важелем 5 вгору переміщається тяга 4, стискуючи замикаючі пружини 12. Верхня частина важеля 5 відхиляється ліворуч і тягою 7 відводить стійку 8 з колодкою від гальмівного шківа. Коли регулювальний гвинт 9 упреться в підставку, переміщення стійки 8 припиниться, важіль 5 почне обертатися навколо верхнього шарніра і відведе стійку 6 з колодкою від гальмівного шківа. Первинна величина проміжку між колодкою і шківом встановлюється в межах 1-1,5 мм. Регулювання проміжку здійснюється зміною довжини тяги 7.

При виключенні електродвигуна лебідки, електродвигун гідроштовхача вимикається, пружина 12 розтискається, обертаючи усі важелі в зворотній послідовності, і колодки притискаються до гальмівного шківа.

Гальмо встановлюється співісного з валом електродвигуна на швидкохідному валу, якщо має найменший обертальний момент. Як шків гальма використовується пружна муфта, що сполучає вал електродвигуна з валом редуктора. Для цього зовнішня поверхня однієї з її частин (напівмуфта) є гальмівний шків (мал. 6).

Тип гальма і його основні параметри підбираються залежно від величини гальмівного моменту. За цим же моментом підбирається тип муфти і її розміри.

Гальмівний момент визначається за формулою:

М_т^т = М_дв^т · β, Н·м

де М_дв^т - момент статичного опору приведений до валу, на якому встановлено гальмо, Н·м.

β - коефіцієнт запасу гальмування, що приймається рівним для легкого, середнього і важкого режимів роботи 1,15, 1,75, 2,0 відповідно.

Момент, що підлягає гальмуванню, визначається з такого вираження:

де М_р._о - момент статичного опору на робочому органі (барабані) визначається за формулою

Підставивши числові значення, отримаємо

Отже

За величиною М_т^т = 618,1 Н·м підбираємо гальмо (таблиця. 8; 9)

Для нашого випадку за таблицею. 9 приймаємо двуколодочне гальмо з електрогідравліченим штовхачем типу ТКТГ - 300. Далі необхідно виписати з таблиці. 9 усі параметри гальма і нанести їх на схему (мал. 5)

Параметри гальма ТКТГ - 300

Гальмівний момент М_т^т = 800 Н · м

Діаметр гальмівного шківа D_Т= 300 мм

Габаритна довжина гальма А = 803 мм

Габаритна висота гальма Н = 508 мм

Розміри плечей важелів: Н₁ = 205 мм, Н₂ = 230 мм, G = 390 мм, q = 60 мм, F₁= 422 мм.

Маса гальма G_Т= 100 кг

Тип гідроштовхача Т - 45 з номінальним штовхаючим зусиллям 450 Н.

Вибір муфти. У електрореверсивних лебідках з'єднання валу електродвигуна з валом редуктора здійснюється пружною муфтою, одна з напівмуфт якої виконує роль гальмівного шківа. Найчастіше застосовують муфти типу МУВП (муфта пружна втулково-пальцьова) мал. 6.

Муфта підбирається за найбільшим передаваючим обертаючим моментом (таблиця.10).

При виборі типу муфти необхідно задовольнити такі умови:

а) Діаметр шківа муфти повинен дорівнювати діаметру шківа гальма.