Расчет механизма подъема груза

 

Расчет механизма подъема груза

 

Механизм подъема груза (рис. II.4) состоит из электролебед­ки (включающей двигатель 1 с автоматическим тормозом 2, одно­ступенчатый редуктор 3, открытую зубчатую передачу, большое колесо которой соединено заодно с барабаном 4) и двухниточного полиспаста 5, на подвижной обойме 6 которого подвешивается на крюке груз. Трос полиспаста проходит через два отводных ролика 7 и 8 и затем поступает на барабан 4 электролебед­ки, насаженный свободно на ось 9.

Исходные данные для расчета:

а) максимальная грузоподъемность крана Q = 5 т; б) скорость подъема груза 30 м/мин; в) максимальная вы­сота подъема груза Н= 40м.

Подбор сечения стального каната. Определяем усилие в канате, идущем на барабан лебедки, по формуле

P_k = (K_p – 1)Q /( ),

где К_р — коэффициент сопротивления ролика вращению:

§ при подшипниках качения K_Р = 1,02;

§ при бронзовых втулках K_р = 1,04;

§ для роликов без втулок K_р = 1,06;

т — число, соответ­ствующее порядковому номеру ролика или барабана, на который наматыва­ется трос; п — число рабочих ниток, на которых висит подвижной блок (п = 2); Q — масса поднимаемого груза.

Для удобства вычислений в табл. II.4 даны значения и при п (т) в пределах 1—7.

Принимаем вначале, что все ролики — на бронзовых втулках (Kp = 1,04), тогда

P₄=(K_р—1) Q /( — 1) = (1,04 — 1)50• 1,17/(1,082 — 1) кН = 28,9 кН.

 

Если принять ролик в полиспасте на подшипниках качения,

а отводные ролики — на бронзовых втулках, то порядок расчета несколько изменится:

Р₁ = ;

Р₄ == 1,04² • 25,5 = 27,6 кН < 28,9 кН.

 

Рис. (1.4. Схема механизма подъема груза башенного крана:

а — электролебедка; б — запасовка троса

 

Таблица II.4. Значения при разных К_р и n(m)

Kp	Значения п(т)
1,02	1,000	1,020	1,040	1,061	1,082	1,104	1,126	1,149
1,04	1,000	1,040	1,082	1,125	1,170	1,217	1,265	1,316
1,06	1,000	1,060	1,124	1,191	1,262	1,338	1,418	1,504

 

Поскольку для кранов даже небольшое уменьшение потерь на трение имеет значение, применяем в блоке полиспаста роликовые подшипники, при которых тяговое усилие троса составит Р _к = 27,6 кН.

Учитывая наличие машинного привода и исходя из среднего режима работы крана, принимаем по табл. II.5 соотношение диа­метра барабана к диаметру каната D₆/d_K и значение коэф­фициента запаса прочности 5,5. Одновременно принимаем отноше­ние диаметра барабана к диаметру проволоки D₆/ 500.

Расчетное разрывающее усилие троса составит Sраз = 27,60 • 5,5 кН = 151,8 кН.

При расчетном пределе прочности проволок на растяжение 1500 МПа могут быть использованы следующие канаты (табл. II.5).

 

Таблица 11.5. Типы канатов и соответствующее им разрывное усилие, диаметры канатов и барабана

		Диаметр, мм	Диаметр барабана, мм
Тип каната	Разрывное усилие, кН	каната dK	проволоки δ	по диаметру каната 18 dk	по диаметру проволоки 500δ
ТК6Х19= 114	164,00	18,5	1,2
ТК6Х37 = 222	173,00	19,5	0,9
ТК6Х61=366	166,50	19,5	0,7

 

Если принять канат 6х19, то в этом случае потребуется весь­ма значительный диаметр барабана и роликов (600 мм), лимити­руемый диаметром проволоки. Наименьший диаметр барабана 350—351 мм требуется, если принять канат 6х61.

Учитывая высокую стоимость этого каната, принимаем канат типа ТК 6х37, при котором диаметр барабана может быть принят равным 450 мм.

Если бы диаметр барабана был ограничен величиной 400 мм, то в этом случае канат ТК 6х37 при диаметре проволочки 0,9 мм не подошел бы, поскольку не было бы выдержано требуемое соотношение диаметра барабана и диаметра проволочки D/ = 400/0,9 = 440 < 500.

Можно было бы взять канаты той же марки ременным со­противлением на прочность 1700 МПа. В этом случае трос с коли­чеством проволочек 222 и разрывным усилием 155 кН, большим расчетного (151,8 кН), имел бы диаметр 17,5 мм при диаметре проволочки 0,8 мм.

Требуемые условия по соотношению диаметра барабана к диа­метру троса, а также проволочек были бы выдержаны:

D/d = 400/17,5 = 23 > 18 и D/ = 4000/0,8 = 500.

 

Следовательно, в указанном случае могут быть использованы:

а) канат ТК 6х61 = 366 диаметром 19,5 мм с расчетным пре­делом прочности 1500 МПа;

б) канат ТК 6х37 = 222 диаметром 17,5 мм с расчетным преде­лом прочности 1700 МПа.

Выгоднее применить второй канат ТК.6Х37, как более деше­вый.

Подбор электродвигателя. Определяем скорость наматывания

каната на барабан v_K и угловую скорость барабана п _б при подъ­еме груза:

v_k = v_noan = 30 • 2м/мин = 60 м/мин,

где v_под — скорость подъема груза; п — число ниток полиспаста;

n_б = v_k/ [ (D + d)] = 60/(3,14 • 0,47) = 40,5 об/мин.

Определяем потребную мощность двигателя на приводном ба­рабане по формуле (II.11):

N_прив = P_кv_к /1000 = 27 600/1000 кВт 28 кВт,

где Р _к — тяговое усилие каната, равное 27600 Н; v_к — скорость наматывания троса на барабан, равная 60 м/мин, или 1 м/с.

Учитывая, что передаточный механизм будет состоять из двух цилиндрических зубчатых передач, определяем общий коэффици­ент полезного действия механизма подъема груза:

 

где — коэффициент полезного действия закрытой зубчатой передачи, составляющей по табл. II.1 в среднем 0,97; — коэф­фициент полезного действия одной пары подшипников качения, равный 0,99; — коэффициент, учитывающий потери на бараба­не, равный 0,97.

После подстановки получаем

= 0,97² • 0,99² • 0,97 = 0,894.

Расчетную мощность двигателя определяем по формуле (II.13):

N_раcч =N_прив/ _общ = 27/0,894 кВт = 30,2 кВт.

 

Принимаем крановый электродвигатель типа МТ-52-8, мощ­ность которого составляет при ПВ-15—36 кВт; при ПВ-25—30 кВт; при ПВ-40 — 23,5 кВт.

Так как при подъеме груза двигатель будет работать с ПВ, не превышающей 25%, следует считать, что по мощности он прием­лем. Частота вращения вала двигателя при работе с ПВ-25 со­ставляет 725 об/мин.

Расчет передач. Определяем общее передаточное число:

i_общ = n_дв/n_б = 725/40,5 = 18.

Принимаем две передачи: одну — закрытую в составе редукто­ра с передаточным числом i₁ = 4 и вторую — открытую с i₂ = 4,5 (i₁i₂ =4•4,5 = 18).

Расчет закрытой передачи производим: основной — на контакт­ные напряжения сдвига и поверочный — на изгиб, а открытой: основной — на