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

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 1.9. Расчетная схема оси барабана

Нагрузка на опору В оси при использовании одинарного по-

лиспаста (рис. 1.9, а)

max б 1

().

Flll=+ (1.21)

Изгибающие моменты:

в сечении I–I (середине левой ступицы барабана)

и1

= R

l = (F

max

– R

) l

; (1.22)

в сечении II-II (середине правой ступицы барабана)

и2

= R

. (1.23)

Нагрузки на опоры А и В оси при положении F

max

на барабане,

показанном на рис. 1.9, б (сдвоенном полиспасте),

()

[]

;

22max

bllF

= (1.24)

= 2F

max

– R

. (1.25)

Изгибающие моменты:

в сечении I–I

и1

= R

; (1.26)

МЕХАНИЗМ ПОДЪЕМА ГРУЗА

в сечении II-II

и2

= R

. (1.27)

Диаметр оси в расчетных сечениях определяется по формуле

[]

0,1 σ

d ≥

, (1.28)

где M

– изгибающий момент, действующий в расчетном сечении;

[σ]

– допускаемое напряжение.

При наличии в расчетном сечении оси галтели, шпоночного

паза, отверстия или напрессованных деталей допускаемые напря-

жения следует уменьшить примерно на 25 %.

Ось устанавливают на сферические опоры. В качестве опор

могут быть использованы радиальные сферические шарикопод-

шипники или роликоподшипники, которые допускают значитель-

ный перекос колец (до 2...3°) и, следовательно, могут самоуста-

навливаться.

1.1.3. Выбор привода

Выбор электродвигателя. Во-первых, относительная продол-

жительность включения двигателя ПВ

дв

должна быть равна сред-

нему значению относительной продолжительности включения

электрооборудования ПВ (указанной в задании). Во-вторых, но-

минальная мощность двигателя

дв

= (0,7...0,8) Р

ст mах

. (1.29)

Максимальная статическая мощность

ст max

пр

/ η≈ Gv

, (1.30)

где η

пр

= 0,80...0,85 – предварительное значение КПД механизма;

G – вес номинального груза; v – скорость подъема груза.

В крановых механизмах подъема наибольшее применение по-

лучили асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором се-

рии MTKF при группах режимов работы механизма М1...М6, с

Глава 1. ГРУЗОПОДЪЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА

фазным ротором серий MTF и МТН при группах режимов работы

механизма М7 и М8. Для привода электроталей, кран-балок, лег-

ких поворотных кранов можно применять двигатели серии 4АС с

повышенным скольжением. Технические данные двигателей при-

ведены в прил. П2.

Двигатели общего назначения серии АИР не рассчитаны на

работу в повторно-кратковременном режиме и не могут использо-

ваться в грузоподъемных машинах.

Выбор передаточного механизма. Передаточное число редуктора

р.тр

= n

дв

/ n

, (1.31)

где n

дв

, n

– частота вращения соответственно двигателя и барабана.

Частота вращения барабана определяется в зависимости от

скорости каната, которая равна скорости подъема груза v, умножен-

ной на кратность полиспаста u

, и расчетного диаметра барабана D

()

нпб

/ Dvun π= . (1.32)

Выбор типоразмера редуктора производиться по прил. П3 из

следующих условий.

1. Расчетный эквивалентный момент на тихоходном валу ре-

дуктора

≤ Т

где Т

– номинальный вращающий момент на тихоходном валу,

приводится в прил. П3 или рассчитывается исходя из допускае-

мых значений мощности редуктора и частоты вращения его ти-

хоходного вала.

В механизмах подъема ввиду относительной малости динами-

ческих нагрузок можно принимать расчетный эквивалентный мо-

мент приблизительно равным статическому:

эдmax

,ТКТ= (1.33)

где К

– коэффициент долговечности, принимаемый в предвари-

тельных расчетах равным 0,5; Т

max

– наибольший статический мо-

мент на валу барабана механизма подъема;

МЕХАНИЗМ ПОДЪЕМА ГРУЗА

98,02

к.бнmax

max

⋅

ZDF

; (1.34)

– диаметр барабана; Z

к.б

– число ветвей каната, идущих к бара-

бану от полиспаста; 0,98 – КПД барабана.

2. Передаточное число редуктора u

не должно отличаться от

требуемого передаточного числа u

р.тр

более чем на ±15 %:

%15%100

р.тр

рр.тр

≤

−

. (1.35)

Если последнее условие не выполняется, можно предпринять

следующие:

выбрать другой тип редуктора (например, трехступенчатый

вместо двухступенчатого) с бόльшим передаточным числом;

изменить требуемое передаточное число путем изменения

частоты вращения барабана и его диаметра (при этом надо по-

вторить все расчеты, связанные с определением диаметра ба-

рабана);

ввести в кинематическую схему механизма открытую зубча-

тую передачу.

В механизмах подъема груза применяют преимущественно

цилиндрические редукторы: двухступенчатые типов Ц2У, Ц2Н,

ЦДНД, ЦДН, Ц2, РК и трехступенчатые типов Ц3У, ЦТНД и

ГК. Технические данные редукторов частично приведены в

прил. П3.

Затем уточняют частоту вращения барабана, скорость подъе-

ма груза и момент электродвигателя.

1.1.4. Выбор тормоза

Выбор производиться из условия, что номинальный тор-

мозной момент выбранного тормоза Т

т.н

больше расчетного Т

т.р

т.е.

т.н т.р

ТТ≥ . (1.36)

Глава 1. ГРУЗОПОДЪЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА

Расчетный тормозной момент

т.р т ст

,ТКТ=

(1.37)

где К

– коэффициент запаса торможения. Значения К

приведены

ниже;

Группа режима работы

механизма.......................... М1...М5 М6 М7 М8

Коэффициент

............

1,5 1,75 2,0 2,5

ст

– статический вращающий момент при торможении груза;

мех

ст

, (1.38)

мех

– полное передаточное число механизма, включая передаточ-

ное число полиспаста; η – КПД механизма.

В механизмах подъема груза широко применяются автомати-

ческие нормально замкнутые тормоза с пружинным замыканием и

электромагнитным или электрогидравлическим приводом типов

ТКТ, ТКП, ТКГ, ЭМТ-2 (см. прил. П4). При группах режимов ра-

боты М6, М7, М8 рекомендуется применять тормоза с электрогид-

равлическим проводом типа ТКГ.

В качестве тормозного шкива целесообразно применить одну

из полумуфт соединительной муфты. Рекомендуется использовать

унифицированную муфту (см. прил. П5.3 или П5.4).

1.1.5. Проверка электродвигателя

на пусковые нагрузки

Определение продолжительности периода разгона. Наи-

большее время разгона на подъем определяется по приближенной

формуле:

()

ст.рп

0дв

38 TT

mDn

−

, (1.39)

МЕХАНИЗМ ПОДЪЕМА ГРУЗА

где n

дв

– частота вращения двигателя, мин

-1

; mD

– общий махо-

вый момент механизма с грузом, кг⋅м

; ⎯Т

– средний пусковой

момент двигателя, Н⋅м; Т

ст.р

– момент статических сопротивлений

при подъеме, приведенный к валу двигателя, Н⋅м.

Общий маховый момент

= 1,2(mD

+ mD

) + mD

, (1.40)

где mD

, mD

– маховой момент соответственно ротора электро-

двигателя и тормозной муфты, кг⋅м

(см. прил. П2 и П5); mD

= mv

– маховой момент поступательно движущихся частей

механизма и груза (m – общая масса груза и подвески, кг; v – ско-

рость установившегося поступательного движения, м/мин; n

–

частота вращения барабана, мин

-1

Для механизмов обычного типа можно принимать

= (1,1…1,25) mD

. (1.41)

Значения⎯Т

определяют по формуле

⎯Т

= Т

, (1.42)

где Т

= Р

дв

/ ω

дв

– номинальный момент двигателя, Н⋅м; ψ

– крат-

ность среднего пускового момента электродвигателя, см. ниже.

Тип электро-

двигателя........ MTKF MTKH 4АС 4АЕ MTF;MTH

................

1,3…2,6 1,6…2,4 1,65…1,80 1,1…1,8 1,5…1,6

Статический момент при разгоне

ст.р

= GD

/(2u

мех

), (1.43)

где G – вес груза, Н; D

– диаметр барабана по оси навиваемого

каната, м; u

мех

и η

мех

– соответственно передаточное число и КПД

всего механизма подъема.

Допустимое время разгона обычно принимают [t

] = 1…2 c. Ес-

ли оно окажется существенно больше рекомендуемых значений,

следует выбрать другой, более мощный двигатель той же продол-

жительности включения и с той же или близкой частотой вращения.

Глава 1. ГРУЗОПОДЪЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА

Проверка времени торможения. При расчете механизма

подъема груза наибольшее время торможения получается при

опускании груза, поскольку статический момент от веса груза пре-

пятствует остановке механизма. Время торможения t

рассчиты-

вают аналогично периоду разгона t

, только следует заменить мо-

мент ⎯Т

номинальным тормозным моментом выбранного тормо-

за. Момент от веса груза на тормозном валу Т

ст.т

при торможении

отличается от момента при пуске Т

ст.р

, поскольку потери в меха-

низме уменьшают работу, совершаемую тормозом при остановке

груза и механизма.

1.1.6. Расчет и проектирование сборочных

единиц механизма подъема

Крюковые подвески. В полиспастах крюк соединяется с кана-

том при помощи крюковой подвески (см. прил. П6). Различают

нормальную и укороченную подвески. В нормальных подвесках,

применяемых в стреловых кранах, грузовой крюк 1 (рис. 1.10) рас-

полагают под блоками 5, опирают его на траверсу 2 через упорный

шарикоподшипник 9 и закрепляют гайкой 8, зашплинтованной или

надежно зафиксированной другими способами. Траверса может

свободно поворачиваться в обойме 3, состоящей из двух щек с на-

кладками, скрепленными между собой болтами 7. На оси 4 уста-

навливают, преимущественно на шарикоподшипниках 6, блоки 5,

число которых зависит от кратности грузового полиспаста.

В укороченных подвесках грузовой крюк 1 располагают меж-

ду подвижными блоками 2, опирая его через подшипник 4 на ось

блоков 3 как траверсу (рис. 1.11). При использовании укороченных

подвесок значительно сокращается расстояние от крюка до грузо-

вого барабана, что в ряде случаев имеет существенное значение.

Однако укороченная подвеска может быть применена только при

четном числе блоков.

Чтобы увеличить кратность полиспаста в рассмотренных

подвесках, необходимо в них предусмотреть соответствующее

дополнительное количество блоков и разместить их на одной

оси с имеющимися.

МЕХАНИЗМ ПОДЪЕМА ГРУЗА

Рис. 1.10. Нормальная подвеска

Подшипники для блоков из конструктивных соображений вы-

бирают, как правило, по статической грузоподъемности С

Установка барабана. В наиболее распространенной конст-

рукции установки барабана механизма подъема кранов общего на-

значения соединение оси барабана с тихоходным валом редуктора

осуществляется с помощью зубчатой муфты (рис. 1.12). При этом

Рис. 1.11. Укороченная подвеска

Глава 1. ГРУЗОПОДЪЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА

выбирают редуктор, конец вала 3 которого выполнен в виде зубча-

той шестерни 4, входящей в зацепление с зубчатым венцом 5, ук-

репленным на барабане 2. Установка барабана в этом случае пред-

ставляет собой сборочную единицу – барабан с внешней опорой 1.

В качестве внутренней опоры оси барабана используют конец ти-

хоходного вала редуктора, имеющий расточку для размещения

подшипника 6.

Необходимую для компоновки механизма длину установки

барабана определяют по формуле

уст.б

= l

+ l

+ ∆B

оп

+ B

осн.оп

, (1.44)

где l

– длина барабана (см. разд. 1.1.2); l

– толщина реборды,

≥ (0,8...1,1)d

; ∆B

оп

– зазор между барабаном и опорой; B

осн.оп

–

ширина основания опоры, выбираемая конструктивно.

Высота оси барабана относительно основания внешней опоры

h = (0,3...0,6)D

; диаметр реборды D

= D

+ 5d

Нарезные барабаны, предназначенные для однослойной на-

вивки одной ветви каната (одинарный полиспаст), должны иметь

реборду со стороны, противоположной креплению каната. При

использовании сдвоенного полиспаста применение реборд не обя-

зательно.

На рис. 1.13 показан вариант установки барабана для сдвоен-

ного полиспаста с двумя внешними опорами 1 и зубчатым колесом

2, венец которого установлен непосредственно на барабане 3.

Рис. 1.12. Схема установки барабана

МЕХАНИЗМ ПОДЪЕМА ГРУЗА

При такой компоновке механизма установочные размеры

уст.б

= l

+ b

з.к

+ 2(∆B

оп

+ B

осн.оп

); (1.45)

h = (0,2...0,3)D

и D

з.к

≈ 1,2D

где b

з.к

и D

з.к

– соответственно ширина и диаметр венца зубчатого

колеса.

Конструкция крепления каната к барабану должна быть про-

стой и обеспечивать надежность, доступность для осмотра и удоб-

ство смены каната. Канат в местах крепления не должен подвер-

гаться резкому перегибу. Указанным требованиям соответствует

крепление каната планками 1, прижимающими канат 2 к барабану

3 с помощью болтов 4 (рис. 1.14).

Расчет болтов крепления прижимной планки к барабану про-

изводится из условия их растяжения с учетом изгиба. При этом

учитывается разгружающее действие силы трения неприкосновен-

ных витков каната на барабане, навиваемых на него до накладной

планки.

Сила, воспринимаемая узлом крепления каната,

max0

FF e= , (1.46)

где f – коэффициент трения на соприкасающихся поверхностях

каната, барабана и накладной планки; следует принимать f = 0,1;

Рис. 1.13. Схема установки барабана с зубчатым венцом

Глава 1. ГРУЗОПОДЪЕМНЫЕ УСТРОЙСТВА