Степыгин В.И., Чертов Е.Д., Елфимов С.А. Проектирование подъемно-транспортных установок

Подождите немного. Документ загружается.

При разработке конструкции лебедки необходимо учитывать

схему компоновки узлов механизма подъема и конструктивное

выполнение соединения редуктора с барабаном. Компоновка узлов

двигателя 1 и барабана 3 по разные стороны от редуктора (рис.

1.3,а) отличается удобством монтажа и обслуживания, но имеет

большие габаритные размеры. Более компактной по сравнению с

предыдущей является схема, показанная на рис. 1.3, б, однако она

имеет большой размер по ширине из-за значительных размеров

муфты 4, соединяющей редуктор с барабаном. В наиболее рацио-

нальной монтажной схеме (рис. 1.3, в) соединение редуктора с ба-

рабаном выполнено путем установки одной из опор оси барабана в

расточке тихоходного вала редуктора. Чтобы избежать примене-

ния дорогого и громоздкого трехступенчатого редуктора при не-

больших скоростях подъема, применяют механизмы с открытой

тихоходной зубчатой передачей (рис. 1.3, г).

При расчете механизма рекомендуется придерживаться при-

веденной ниже последовательности.

1.1.1. Выбор каната и элементов крюковой подвески

По приведенной (заданной) схеме полиспаста определяют

силу максимального натяжения каната

max

к.бппн.бл

ηη

(1.1)

где G – вес груза; Z

к.б

– число ветвей каната, навиваемых на барабан;

– передаточное число (кратность) полиспаста; η

– КПД полиспа-

ста (табл. 1.1); η

н.бл

– КПД направляющих (обводных) блоков.

1.1. КПД полиспаста

Передаточное число и

(кратность) полиспаста

Тип подшипников блоков

полиспаста

2 3 4 5 6

Скольжения (η

н.бл

= 0,96)

0,98 0,96 0,94 0,92 0,90

Качения (η

н.бл

= 0,98)

0,99 0,98 0,97 0,96 0,95

МЕХАНИЗМ ПОДЪЕМА ГРУЗА

Типоразмер каната выбирают преимущественно из условия

разррmax

FzF ≤ , (1.2)

где F

разр

– разрывная сила каната (см. прил. П1); z

– коэффициент

использования каната (коэффициент запаса прочности), мини-

мальные значения которого приведены в табл. 1.2 в зависимости

от группы классификации механизма по ИСО 4301/1. Здесь же

дано примерное соответствие групп режимов установленных

ИСО 4301/1, ГОСТ 25835–83 и правилами Госгортехнадзора РФ

(ГГТН).

На грузоподъемных машинах общего назначения при одно-

слойной навивке на барабан рекомендуется применять приведен-

ные в прил. П1 два типа шестипрядных стальных канатов двойной

свивки с одним органическим сердечником.

По заданной грузоподъемности подбирается крюковая под-

веска (см. прил. П6.1). Если крюковая подвеска показывается

только на общем виде машины, достаточно определить размеры ее

блоков, чтобы получить ориентировочные размеры для изображе-

ния подвески на чертеже. При наличии задания на разработку кон-

струкции крюковой подвески необходимо выполнить проектный

1.2. Значения коэффициента запаса прочности каната

Канат

Группа классифика-

ции режима работы

механизма

подвижный

неподвиж-

ный

по ИСО

4301/1

по ГОСТ

25835–83

Режим работы

по правилам

ГГТН

М1 1М Легкий (л) 3,15 2,5

М2 1М Легкий (л) 3,35 2,5

М3 1М Легкий (л) 3,55 3,0

М4 2М Легкий (л) 4,00 3,5

М5 3М Легкий (л) 4,50 4,0

М6 4М Средний (с) 5,60 4,5

М7 5М Тяжелый (т) 7,10 5,0

М8 6M

Весьма

тяжелый (вт)

9,00 5,0

Глава 1. ГРУЗОПОДЪЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА

расчет всех ее рабочих деталей для разрабатываемой конструкции:

крюка, траверсы, обоймы, подшипников.

Крюки нашли преимущественное применение в грузоподъем-

ных механизмах как универсальное грузозахватное приспособле-

ние. Крюки, предназначенные для непосредственного или с помо-

щью чалочных стропов подвешивания грузов, делятся по конст-

рукции (ГОСТ 6627–74) на однорогие (см. прил. П6.2) и двурогие.

Изготовляют крюки ковкой или штамповкой из стали 20 с после-

дующим отжигом.

Стандартные крюки подбирают по грузоподъемности без прове-

рочного расчета. Грузоподъемность у выбранного крюка должна

быть больше заданной (см. прил. П6.3). Крюки единичного производ-

ства рассчитывают на прочность как брус большой кривизны. При

этом его хвостовик рассчитывают на растяжение по допускаемому

напряжению [σ]

= 0,25...0,28 σ

, а криволинейную часть – в зависи-

мости от режима работы по напряжению [σ]

= σ

/(1,05...1,65).

Минимальную высоту гайки 3 (рис. 1.4) определяют из усло-

вия прочности резьбы на срез при [τ]≈0,6[σ]

[]

τπ

н11

kkd

, (1.3)

Рис. 1.4. К расчету элементов крюковой подвески

МЕХАНИЗМ ПОДЪЕМА ГРУЗА

где d

– внутренний диаметр резьбы; k

– отношение высоты опасного

(расчетного) сечения витка резьбы к шагу S; для метрической резьбы

= 0,87; для трапецеидальной k

= 0,65; k

– коэффициент неравно-

мерности распределения нагрузки между витками резьбы; k

= 5S/d

при d/S < 9; k

= 0,56 при d/S > 9; d – наружный диаметр резьбы.

Крюковую траверсу 1 рассчитывают как свободно опертую

балку пролетом l, нагруженную посредине весом груза G. Травер-

су изготовляют из стали 40 или 45. Напряжение изгиба в среднем

опасном сечении

()

[]

σ≤

−

==σ

dbh

, (1.4)

где l – расстояние между щеками обоймы; b и h – соответственно

ширина и высота траверсы; d

– диаметр отверстия для крюка.

Запас прочности должен превышать предел текучести (учиты-

вая сложную конфигурацию траверсы) в 3 раза.

Цапфы траверсы рассчитывают также на изгиб и проверяют

по давлению между цапфой и щекой. Допускаемое напряжение

принимают не более 35 МПа.

Щеки 2 (рис. 1.4) крюковой обоймы изготовляют из листовой

стали марки Ст 3. Их рассчитывают на растяжение по формуле Ляме

[]

σ≤

−

=σ

, (1.5)

где R, r и δ – размеры (см. рис. 1.4); [σ]

= σ

/s (s = 3,5...4).

Гайка 3 хвостовика крюка 5 опирается на сферическую шайбу

или на упорный шарикоподшипник 4 (при грузоподъемности более

3,2 т). Упорные подшипники рассчитывают по статической грузо-

подъемности при нагрузке, составляющей 1,25 номинального веса.

1.1.2. Основные размеры блоков и барабана

Определение размеров блоков и диаметра барабана. Назначе-

ние блока – поддержание и изменение направления движения ка-

Глава 1. ГРУЗОПОДЪЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА

ната диаметром d

. Блоки подразделяют на подвижные, ось кото-

рых перемещается в пространстве, и неподвижные. Разновидно-

стью неподвижных блоков является уравнительный блок, который

при подъеме и опускании груза не вращается, а служит для урав-

нивания длины неравномерно вытягивающихся ветвей каната в

сдвоенном полиспасте.

Блоки для канатов изготовляют из стали литьем, сваркой или

штамповкой. Для литых блоков применяют сталь с механическими

свойствами не хуже, чем у стали 45Л-11, для штампованных – не

хуже, чем у стали 45, и для сварных – не хуже, чем у стали Ст 3.

Профиль ручья блока должен обеспечивать беспрепятствен-

ный вход и выход каната и иметь наибольшую площадь соприкос-

новения с ним (наибольшую площадь поверхности ручья). Исходя

из этого рекомендуется соотношение основных размеров блоков

принимать такими, как показано на рис. 1.5.

Минимальные диаметры барабанов D, блоков D

бл

и уравни-

тельных блоков D

ур.бл

, огибаемых стальными канатами, определя-

ют по формулам:

D ≥ h

; D

бл

≥ h

; D

ур. бл

≥ h

, (1.6)

где h

, h

– коэффициенты выбора диаметров соответственно

барабана, блока и уравнительного блока; значения их приведены в

табл. 1.3.

Рис. 1.5. Ручей блока

МЕХАНИЗМ ПОДЪЕМА ГРУЗА

1.3. Коэффициенты выбора диаметров

Группа классификации

механизма

по ИСО 4301/1

М1 11,2 12,5 11,2

М2 12,5 14,0 12,5

М3 14,0 16,0 12,5

М4 16,0 18,0 14,0

М5 18,0 20,0 14,0

М6 20,0 22,4 16,0

М7 22,4 25,0 16,0

М8 25,0 28,0 18,0

С увеличением отношения D /d

долговечность каната возрас-

тает, так как уменьшаются напряжения изгиба и контактные.

Полученный по формуле (1.6) диаметр барабана D следует

округлить в большую сторону до значения из ряда: 160; 200; 250;

320; 400; 450; 500; 560; 630; 710; 800; 900 и 1000 мм.

Определение длины барабана (рис. 1.6). Поверхность барабана

может быть гладкой или желобчатой. В грузоподъемных механиз-

мах с машинным приводом применяется однослойная навивка ка-

ната на барабан в желобки, нарезанные по винтовой линии.

Значение шага навивки каната t принимают из приближенного

соотношения (большее значение для малых диаметров каната):

t ≈ (1,1...1,3)d

. (1.7)

Полученная величина t должна быть кратной 0,5 мм.

В сдвоенном полиспасте нарезка желобчатой канавки на бара-

бане с одной стороны правая, а с другой левая.

Длину барабана определяют по формуле

= Z

к.б

+ l

+ 2l

+ (Z

к.б

– 1)b, (1.8)

где l

– длина нарезки между осями крайних витков каната 1/2 ба-

рабана (при одинарном полиспасте для всего барабана);

Глава 1. ГРУЗОПОДЪЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА

Рис. 1.6. Расчетная схема приводного барабана

= t + (Z

+ Z

); (1.9)

– число витков каната, навиваемых на барабан при подъеме гру-

за на расчетную высоту подъема;

= L

/(π D

); (1.10)

– длина каната, навиваемая на 1/2 барабана (для одинарного

полиспаста на весь барабан);

= u

H; (1.11)

H – высота подъема груза; u

– кратность полиспаста; Z

≥ 1,5 вит-

ка – неприкосновенные витки, по правилам Госгортехнадзора РФ

не свиваются с барабана;

– длина барабана, используемая для крепления каната;

= 3t; (1.12)

– расстояние от оси крайнего витка каната до края барабана;

= 2t; (1.13)

b – длина не нарезная средней части барабана;

3min

2tgαbB h≥− ; (1.14)

МЕХАНИЗМ ПОДЪЕМА ГРУЗА

– расстояние между осями наружных блоков крюковой подвес-

ки (табл. П2.1); h

min

– минимальное расстояние между осью бара-

бана и осью блоков крюковой обоймы, мм; см. ниже; α – макси-

мальный допустимый угол отклонения каната от нормали к оси

барабана; принимается α ≤ 6°.

Грузоподъемность G, кН…. 32...50 80 100...125 150...200

min

мм ................................... 600...650 870 1000...1050 1150...1200

Предварительно можно принимать h

min

≈ 3D.

Применение гладкого барабана допускается в тех случаях, ко-

гда по конструктивным причинам необходима многослойная на-

вивка каната на барабан, например в лебедках.

Общая длина каната, наматываемого на гладкий барабан

(рис. 1.7),

= π i z[D + d

(z – 1)] = u

H, (1.15)

где i – число витков каната в слое; z – число слоев навивки.

Рабочую длину гладкого барабана при многослойной навивке

определяют в зависимости от длины навиваемого каната L

, числа

слоев навивки каната z, диаметров барабана D и каната d

()

zdDz

+π

(1.16)

Рис. 1.7. Схема гладкого барабана

Глава 1. ГРУЗОПОДЪЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА

Рис. 1.8. Толщина стенки обечайки барабана

Выбор толщины стенки грузоподъемного барабана. Барабаны

изготовляют литыми (из чугуна или стали) или сварными. Последние

на 35...40 % легче. В механизмах подъема, относящихся к группам

режимов работы М7 и М8, применяют только стальные барабаны.

Выбранная толщина стенки барабана δ (рис. 1.8) должна

обеспечивать достаточную прочность и соответствовать техноло-

гическим возможностям его изготовления. Толщину стенки пред-

варительно определяют по эмпирическим формулам:

для чугунных барабанов

δ = 0,02 D + 3 мм; (1.17)

для стальных

δ = 0,01 D + 3 мм. (1.18)

Выбранную толщину стенки проверяют на прочность при со-

вместном действии изгибающего М и вращающего Т моментов:

()

[]

8,0

σ≤

δδ−

=σ

(1.19)

При длине барабана l

< 3D

наиболее опасной деформацией

является сжатие стенок, поэтому проверку толщины обечайки ба-

рабана проводят на сжатие:

[]

cж

max

сж

σ≤

=σ

, (1.20)

МЕХАНИЗМ ПОДЪЕМА ГРУЗА

где F

max

– максимальная сила натяжения грузового каната; t – шаг

навивки каната; [σ]

сж

– допускаемое напряжение, определяемое в

зависимости от материала барабана и группы режима работы ме-

ханизма (см. табл. 1.4).

Определение диаметра оси барабана и выбор подшипников.

При расчете оси барабана предварительно составляют схему

действия сил натяжения каната F

max

с учетом способа соединения

выходного вала редуктора с барабаном и числа ветвей каната, за-

крепленных на барабане (рис. 1.9). Следует помнить, что при оди-

нарном полиспасте на барабане закреплена одна ветвь (рис. 1.9, а),

при сдвоенном – две (рис. 1.9, б).

Расстояние между опорами l определяют после эскизной про-

работки узла барабана с использованием соотношений подобия,

получаемых путем анализа существующих конструкций механиз-

мов подъема. На величину l влияют зазор между барабаном и опорой,

ширина основания опоры, толщина реборды, ширина зубчатого

венца (при компоновке по рис. 1.3, г) и др.

Ось барабана испытывает напряжение изгиба от действия си-

лы натяжения канатов F

max

1.4. Значения допускаемого напряжения [σ]

сж

, МПа

Группа классификации режима работы механизма

по ИСО 4301/1

Марка

материала

барабана

М1, М2,

М3

М4 М5 М6, М7 М8

Ст3сп 200 170 150 130 110

20 210 180 160 140 120

35Л 230 210 170 140 120

55Л 260 230 200 165 140

09Г2С 260 225 195 165 140

15ХСНД 280 240 210 175 150

СЧ18 130 115 100 90 –

СЧ24 170 150 130 115 –

Глава 1. ГРУЗОПОДЪЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА