Расчет механизма подъема груза.

Механизм подъёма груза предназначен для перемещения груза в вертикальном направлении. Он выбирается в зависимости от грузоподъёмности.

Привод механизма подъёма и опускания груза включает в себя лебёдку механизма подъёма. Крутящий момент, создаваемый электродвигателем передаётся на редуктор через муфту. Редуктор предназначен для уменьшения числа оборотов и увеличения крутящего момента на барабане.

Барабан предназначен для преобразования вращательного движения привода в поступательное движение каната.

Усилие в канате набегающем на барабан, H:

Fб=Qg/zu_nh₀=8000*9,81/2*2*0,99=19818

где: Q-номинальная грузоподъемность крана, кг;

   z - число полиспастов в системе;

   u_n – кратность полиспаста;

   h₀ – общий КПД полиспаста и обводных блоков;

Поскольку обводные блоки отсутствуют, то

                       h­₀=h_п=(1 - n_бл^Uп)/u_n(1-h_бл)=(1-0,98²)/2*(1-0,98)=0,99

    Расчетное разрывное усилие в канате при максимальной нагрузке на канат Fк=Fб=19818 Н и k=5,5

                   F³Fк*k=19818*5,5=108999 Н

где: Fк – наибольшее натяжение в канате (без учета динамических

                     нагрузок), Н;

   k – коэффициент запаса прочности (для среднего режима работы

         k=5,5).

Принимаем канат по ГОСТ 2688 – 80 двойной свивки типа ЛК-Р конструкции 6х19(1+6+6/6+1 о.с) диаметром 15 мм имеющий при маркировочной группе проволок 1764 Мпа разрывное усилие F=125500 Н.

Канат – 11 – Г – 1 – Н – 1764 ГОСТ 2688-80

 

Фактический коэффициент запаса прочности:

k_ф=F/Fб=125500/19818=6,33>k=5,5

 

Требуемый диаметр барабана по средней линии

навитого стального каната, мм

                       D³d*e=15*25=375

где: d – диаметр каната

   е – коэффициент зависящий от типа машины, привода механизма и

         режима работы машины механизма.

Принимаем диаметр барабана D=400 мм.

Длина каната навиваемого на барабан с одного полиспаста при z₁=2 и

z₂=3, м: 

                       Lк=H*Uп+p*D(z₁+z₂)=9*2+3,14*0,4(2+3)=24,28

где: Н – высота поднимаемого груза;

  Uп – кратность полиспаста;

  D – диаметр барабана по средней линии навитого каната;

  z₁ – число запасных ( неиспользуемых ) витков на барабане до места

         крепления: (z₁=1,5…2)

  z₂ – число витков каната, находящихся под зажимным устройством на

         барабане: z₂=3…4.

Рабочая длина барабана, м:

    Lб=L_k*t/p*m(m*d+D)*j=24,28*0,017/3,14*1(1*0,015+0,4)=0,239

 где: L_к – длина каната, навиваемого на барабан;

    t – шаг витка;

    m – число слоев навивки;

    d – диаметр каната;

    j - коэффициент не плотности навивки; для гладких барабанов;

    Полная длина барабана, м:

                  L=2Lб+l=2*0,444+0,2=1,088

    Толщина стенки литого чугунного барабана должна быть, м:

                       d_min=0,02Dб+(0,006…0,01)=0,02*0,389+0,006…0,01=0,014

                                                                                                                 =0,018

Принимаем d=16 мм.

              Dб=D – d=0,4 – 0,015=0,385 м.

Приняв в качестве материала барабана чугун марки СЧ 15 (d_в=650 Мпа,

[d_сж]=130 Мпа) найдем напряжения сжатия стенки барабана:

                       d_сж=Fб/t[d_сж] = 19818/17*10^-3*16*10^-3 = 72,86 Мпа<130 М

где: Fб – усилие в канате, Н;

t – шаг витков каната на барабане, м;

    [d_сж] – допускаемое напряжение сжатия для материала барабана;     Статическая мощность двигателя при h = 0,85, кВт:

                       Pc=Q*g*v_г/10³*h=8000*9,81*0,2/1000*0,85=18,46

где: Q – номинальная грузоподъемность, кг;

   v_г – скорость подъема груза, м/с;

   h - КПД механизма

Номинальная мощность двигателя принимается равной или несколько меньше статической мощности. Из таблицы III.3.5 выбираем крановый электродвигатель с фазным ротором MTF – 311 – 6 имеющим ПВ=25% номинальную мощность Рном=13 кВт и частоту вращения n=935 мин^-1. Момент инерции ротора Ip=0,225 кг*м² максимальный пусковой момент двигателя Тmax=320 H*м.

Частота вращения барабана (мин^-1):

              n_б=60v_г*Uп/p*Dрасч=60*0,2*2/3,14*0,4=19,1

где: Uп – кратность полиспаста;

   Dрасч – расчетный диаметр барабана, м.

    Общее передаточное число привода механизма:

                       U=n/n_б=935/19,1=148,93

Расчетная мощность редуктора на быстроходном валу, кВт:

              Рр=k_р*Р = 1*18,46=18,46

где: k_р – коэффициент, учитывающий условия работы редуктора;

  Р – наибольшая мощность передаваемая редуктором при нормально протекающем процессе работы механизма.   

    Из таблицы III.4.2 по передаточному числу и мощности выбираем редуктор цилиндрический, двухступенчатый, горизонтальный, крановый типоразмера Ц2 – 400 с передаточным числом Uр =50,94 и мощностью на быстроходном валу при среднем режиме работы Рр = 19,4 кВт

    Момент статического сопротивления на валу двигателя в период пуска с учетом того, что на барабан навиваются две ветви каната при h_б=0,94 и

h_пр=0,9 (ориентировочно), Н*м:

                       Тс=Fб*z*Dб^г/2u*h_б*h_пр=19818*2*0,4/2*50,94*0,94*0,9=183,94

Номинальный момент передаваемый муфтой принимается равным моменту статических сопротивлений Т_м^ном=Т_с=135 Н*м.

    Номинальный момент на валу двигателя Н*м:

                       Т_ном=9550Р/n=9550*13/935=132,78

    Расчетный момент для выбора соединительной муфты, Н*м:

                       Т_м=Т_м^ном*k₁*k₂=183,94*1,3*1,2=286,94

Выбираем по таблице 5.9 втулочно–пальцевую муфту №1 с тормозным шкивом диаметром Dт=200 мм, и наибольшим передаваемым крутящим моментом 500 Н*м.

    Момент инерции муфты Iм=0,125 кг*м². Момент инерции ротора и муфты I=Iр+Iм=0,225+0,0125=0,35 кг*м²

    Средний пусковой момент двигателя при y=1,4, Н*м:

              Тпуск=Тср.п=(y_max+y_min)*Tном/2=(2,41+1,4)*132,78/2=252,9

где: y_max=T_мах/Т_ном=320/132,78=2,41

    y_min- минимальная кратность пускового момента электродвигателя:

               y_min=1,1…1,4

    Т_мах- максимальный пусковой момент двигателя, Н*м,

    Т_ном- номинальный момент двигателя, Н*м,

    Время подъема и опускания груза

              t_п=(d*I*n/9,55(Т_ср.п-Т_с))+9,55*Q*v²/n((Т_ср.п-Т_с)*h=

              =(1,1*0,35*935/9,55(252,94-183,94))+

+9,55*8000*0,194²/935(252,94-183,94)=1,14

где: Тср.п – средний пусковой момент двигателя, Н*м

Тс – момент статического сопротивления соответственно на валу двигателя при пуске.

 

Фактическая частота вращения барабана по формуле, мин^-1:

              n_б^ф=n/u_р=935/50,94=18,354

 

Фактическая скорость подъема груза, м/с:

              v_г^ф=p*D_расч*n_б^ф/60u_п=3,14*0,4*18,54/60*2=0,194

где: u_п – кратность полиспаста

    D_расч- расчетный диаметр барабана

    Эта скорость отличается от ближайшего значения 0,2 м/с из стандартного ряда на допустимую величину.

 

    Ускорение при пуске, м/с²:

                       а=v_г^ф/t_п=0,194/1,14=0,17

        

Рис. 1. Усредненный график загрузки механизма подъема

           0 0,2 0,4 0,6 0,8 b

Из графика усредненной загрузки механизма определим моменты, развиваемые двигателем, и время его пуска при подъеме и опускании груза в различные периоды работы механизма.    Согласно графику, за время цикла (подъем и опускание груза) механизм будет работать с номинальным грузом Q=8000 кг – 1 раз.

0,5Q=4000 кг – 5 раз.

0,2Q=1600 кг – 1 раз.

0,05Q=400 кг – 3 раза.

 

Таблица № 2. – Моменты, развиваемые двигателем, и время его пуска