Расчет электрореверсивной лебёдки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Исходные данные

полиспаст канат барабан редуктор

Масса поднимаемого груза Q = 7500 кг, высота подъёма груза Н = 30 м, скорость подъёма груза Vг = 20 м/мин, режим работы механизма - средний, схема подвески груза согласно рис. 1, в.

1. Определение к.п.д. полиспаста

При кратности полиспаста не более 4 к.п.д. определяется по формуле

з_пол = з_блⁿ,

где n - число блоков;

з_бл - к.п.д. блока: на подшипниках скольжения равный 0,96 и на подшипниках качения - 0,98.

2. Определение натяжения ветви каната, идущей на барабан. Натяжение определяем по формуле

где q - вес грузозахватных приспособлений. Принимаются, в соответствии со схемой запасовки полиспаста, равными: 0,025, 0,05 и 0,075 от веса поднимаемого груза.

- кратность полиспаста, определяется числом ветвей каната на которые подвешен груз.

В данном случае .

После подстановки получаем

Н.

3. Подбор стального каната

Для механизма подъёма башенных кранов и строительных лебёдок применяются, как правило, стальные канаты крестовой свивки. В тех случаях, когда перемещаемый груз движется в направляющих (подъёмники, лифты), применяются канаты параллельной свивки, как наиболее долговечные.

Рис. 2 Кинематическая схема электрореверсивной лебёдки

Канат подбирается согласно ГОСТу 2688-80 (табл. 2) ГОСТу 3071-80 по допускаемому разрывному усилию S_р, которое определяется по формуле

S_p = RS_к

где R - коэффициент запаса прочности каната, для лёгкого режима работы принимают 5, для среднего - 5,5 и тяжёлого - 6.

S_к - натяжение ветви каната, идущей на барабан

Подставив в формулу значения R и S_к получим

Sp = 5.5 · = 111509.25H.

Согласно ГОСТу 2688-80, принимаем канат типа ЛК-Р6х19 с одним органическим сердечником с расчётным пределом прочности проволоки при растяжении у = 1470 МПа, диаметром d_к = 14,0 мм и фактическим разрывным усилием = 111509.25H.

Для правильно подобранного каната фактический коэффициент запаса прочности должен быть

В нашем случае

R = ,

что приемлемо, т.к. 5,54 > 5,5.

4. Определение основных размеров барабана

Конструктивный диаметр блоков и барабана строительных лебёдок и лебёдок, применяемых в механизмах подъёма груза стреловых кранов, в целях долговечной работы канатов по правилам Госгортехнадзора выбирается из условия

D_бл ? е · d_к.

D_б ? 1,35 • d_бл

Здесь е - коэффициент, зависящий от режима работы и принимаемый равным при лёгком режиме работы - 16, среднем - 18, тяжёлом - 20.

Для нашего случая D_бл = 18 ·14,0 = 252 мм; D_б = 1,35 • 252 = 340 мм. Конструктивно принимаем D_б = 260 мм., согласно ряду нормальных стандартных диаметров (табл. 3)

Рабочая длина или канатоёмкость барабана l_б зависит от длины навиваемого каната L_к, числа слоёв навивки каната m, диаметра барабана D_б и диаметра каната d_к.

Принимаем гладкий барабан и многослойную навивку каната. Число слоёв навивки каната не должно превышать 4.

Сначала определим рабочую длину барабана при условии, что канат навивается на барабан в два слоя, т.е. при m = 2, по формуле

Здесь L_к - длина каната, навиваемая на барабан

L_к = а ·Н + l_д.в,

L_д.в-длина дополнительных витков каната, укладываемых на барабан для разгрузки мест крепления каната.

Обычно l_д.в= 2рD_б

Тогда L_к = аН + 2рD_б = 4 · 30 + 1.6328 = 121,63 ? 122 м

Подставив значение L_к в формулу для l_б получим

Конструктивно соотношение между рабочей длиной барабана и его диаметром должно быть в пределах

Для нашого примера что находится в допустимых пределах.

Толщина стенки барабана определяется по эмпирической формуле

д_ст = 0,02 D_б + (6 - 10) мм.

В нашем примере

д_ст = 0,02 · 260 + 10 = 15.2 мм

Толщина реборды барабана конструктивно принимается равной d_к, но не больше толщины стенки

д_р = d_к = 14.0

Барабаны, на которые канат навивают в несколько слоёв имеют реборды которые, во избежание сползания каната, должны выступать не менее чем на величину h_р = (2-2,5) d_к.

Высоту реборды принимаем равной

h_р = 2,0 d_к = 2,0 · 14,0 = 28

Диаметр барабана по ребордам определяем по формуле

D_б.р = D_б + 2md_к + 2h_р

Следовательно

D_б.р = 260 + 2·4·14,0 + 2·28 = 400 мм.

Конструктивно принимаем D_б.р = 400 мм.

Полная длина барабана (габаритная) определяется по формуле

L_б = l_б + 2д_р,

Откуда

L_б = 630 + 2·14 = 658 мм.

5. Подбор электродвигателя

Необходимую мощность электродвигателя определяем по формуле

Вт,

где S_к - тяговое усилие на барабане, равное Н;

V_к - скорость навивки каната на барабан, м/сек;

з_леб - к.п.д. механизма лебёдки.

Определить величину скорости V_к можно по формуле

V_к = а·V_г,

где а - кратность полиспаста (по условию примера, равна 4);

V_г - скорость подъёма груза (по условию примера, равная 20 м/мин).

Подставив эти значения, получим

V_к = 4 ·0,333 = 1.3 м/сек.

К.п.д. механизма лебёдки определяем следующим образом:

з_леб = з_мех = з_б · з_ред = 0,98 · 0,94 = 0,92.

Здесь з_б - к.п.д. барабана, равный 0,98.

з_ред - к.п.д. редуктора, равный 0,94.

Подставив известные значения в формулу расчёта мощности электродвигателя, получим

= 28648,62Вт = 28,648 кВт

По каталогам электродвигателей или по табл. 4 подбираем необходимый электродвигатель. Перегрузка электродвигателя допускается в пределах 5%. Для среднего режима работы (ПВ=25%) принимаем трёхфазный асинхронный электродвигатель 4А71В6У3 мощностью N_дв = 0,55кВт и n_дв = 730 мин^-1.

Радиус корпуса электродвигателя В_з = 300 мм.

Габаритная длина электродвигателя L_дв =662 мм.

6. Подбор редуктора

Определяем скорость вращения барабана по среднему диаметру навивки каната

об/мин,

где D_ср - средний диаметр навивки каната (см. рис. 2).

D_ср = D_б + 3 d_к = 260 + 3 · 14,0 = 302 мм = 0,302 м

тогда

82,10 ми^-1.

Определяем передаточное число редуктора по формуле

Подбираем редуктор (табл. 5 и 6) по передаточному числу, синхронной частоты вращения двигателя, режиму работы, мощности и межосевому расстоянию входного и выходного вала.

В табл. 6 значения мощности, подводимой к редуктору, соответствуют среднему режиму работы (ПВ-25%). Для получения значений мощности при лёгком режиме работы табличные величины следует увеличить, а при тяжёлом - уменьшить на 15 - 18%.

Принимаем редуктор типа Ц2-250 (рис. 3), с характеристикой:
м_ред = 12,41 максимальной мощностью, которая может быть передана редуктором при 1500 синхронных оборотах вала двигателя - 24,9 кВт. По табл. 7 находим все остальные размеры редуктора:

Рис. 3 Схема двухступенчатого редуктора

Габаритные размеры: L = 515 мм, В = 260 мм, Н = 310 мм; межосевое расстояние: А = А_Б + А_Т, А_Б - межосевое расстояние быстроходной ступени 100 мм, А_Т - межосевое расстояние тихоходной ступени, равное 150 мм.

Тогда

А = 200 + 300 = 500 мм.

После получения габаритных размеров барабана и электродвигателя наобходимо проверить возможность размещения их на раме лебёдки по одну сторону редуктора. Для этого должно выполняться следующее условие:



где В₃ - радиус корпуса электродвигателя;

S - зазор между ребордой барабана и корпусом электродвигателя. Обычно принимают S = 40 - 50 мм.

Если

то необходимо либо выбрать другой редуктор с большими значениями А_Б и А_Т или, если по условию расположения механизмов невозможно разместить двигатель и барабан на разные стороны редуктора, вводить отдельную открытую зубчатую передачу.

В нашем примере

,

497 < 500, что допустимо, следовательно, их необходимо разместить по одну сторону редуктора.

Произведём пересчёт действительной скорости подъёма груза. Так как фактическое число оборотов барабана равно

мин^-1,

то фактическая скорость каната, навиваемого на барабан, будет

V_к.ф = р D_ср n_б.ф = 3,14 · 0,302 · 122,63, = 116,28 м/мин = 1,938 м/с.

Следовательно, действительная скорость подъёма груза равна

 м/с

Отклонение скорости подъёма груза от заданной составляет

ДV =

что не превышает допустимого значения .

7. Подбор тормоза

В электрореверсивных лебёдках устанавливаются нормальнозамкнутые колодочные тормоза, замыкаемые пружиной и размыкаемые электромагнитом (рис. 4) или гидротолкателем (рис. 5).

В тормозе, показанном на рис. 4, тормозные колодки прижимаются к шкиву рпужиной 1, воздействующей через тягу 2 и шток 3 на стойки 4 и 5.

К стойкам шарнирно крепятся чугунные колодки, к которым прикреплены (заклёпками или клеем) фрикционные накладки. Усилие, создаваемое пружиной 1, передаётся через буртик 9 на шток 3 и смещает его влево, благодаря чему стойка 5, соединённая со штоком 3 гайкой 10, также перемещается влево и прижимает правую колодку к шкиву. Вторым концом пружина 1 упирается в тягу 2 шарнирно соединённую с левой стойкой 4, которая перемещается вправо вместе с тормозной колодкой. При отходе влево шток 3 давит на скобу 6 электромагнита и отводит её в сторону. Такое положение рычагов соответствует замкнутому состоянию тормоза. При этом, в результате давления колодок на шкив возникает трение, препятствующее вращению шкива.

При включении электродвигателя лебёдки ток подаётся и в электромагнит и якорь притягивается к катушке. Скоба 6 давит на шток 3 и смещает его вправо, сжимая пружину 1. Благодаря этому стойки 4 и 5 разводятся в стороны и между тормозными колодками и шкивом образуется зазор, который обеспечивает свободное вращение барабана лебёдки.

Усилие пружины 1 регулируется гайкой 9, а величина хода колодок - гайкой 10. Стойка 5, освобождённая от воздействия тяги 3 отводится вправо вспомогательной пружиной 11. Отход стойки 4 влево осуществляется за счёт веса электромагнита и ограничивается регулировочным болтом 8, установленном в кронштейне 7.

Рис. 4 Схема колодочного тормоза с короткоходовым электромагнитом

Тормоза этого типа, из-за недостаточной динамической устойчивости рычагов, изготовляются с тормозным моментом не более 500 Н·м.

Основные параметры тормоза с короткоходовым электромагнитом приведены в табл. 6.

В колодочном тормозе с электрогидравлическим толкателем (рис 5) замыкание колодок осуществляется усилием двух сжатых пружин 12, расположенных вертикально между тягой 4 и штоком 11. Штоки 3 толкателя 1 соединены с тормозной системой посредством фигурного рычага 5.



При пуске лебёдки электрический ток приводит в движение не только электродвигатель механизма подъёма, но и параллельно включённый в цепь злектродвигатель 2 гидротолкателя 1. Вал электродвигателя 2 приводит во вращение крыльчатку, которая выполняя роль насосного колеса, создаёт избыточное давление масла под поршнем гидротолкателя. Вместе с поршнем поднимаются вверх две тяги 3, которые вращают рычаг 5. Вместе с рычагом 5 вверх поднимаются тяги 4, сжимая замыкающие пружины 12. Верхняя часть рычага 5 отклоняется влево и тягой 7 отводит стойку 8 сколодкой от тормозного шкива. Когда регулировочный винт 9 упирается в подставку, отход стойки 8 прекратится, рычаг 5 начинает поворачиваться вокруг верхнего шарнира и отводит стойку 6 с колодкой от тормозного шкива. Первоначальная величина зазора между колодкой и шкивом устанавливается в пределах 1-1,5 мм. Регулирование зазора осуществляется изменением длины тяги 7.

При выключении электродвигателя лебёдки выключается и электродвигатель гидротолкателя, пружина 12 разжимается, вращая все рычаги в обратной последовательности, и колодки прижимаются к тормозному шкиву.

Тормоз устанавливается соосно с валом электродвигателя, как имеющего наименьший крутящий момент. В качестве шкива тормоза используется упругая муфта, соединяющая вал электродвигателя с валом редуктора. Для этого одна из её частей (полумуфта) изготовлена вместе с тормозным шкивом (рис. 6).

Тип тормоза и его основные параметры подбираются по тормозному моменту. По этому же моменту подбирается тип муфты и её размеры.

Тормозной момент определяется по формуле:

М_т^т = М_дв^т · в, Н·м

где М_дв^т - момент, подлежащий торможению (приведенный к валу, на котором установлен тормоз) в Н·м.

в - коэффициент запаса торможения, принимаемый равным 1,15 для лёгкого, 1,75 для среднего и 2,0 для тяжёлого режима работы.

Момент, подлежащий торможению, определяется из следующего выражения:

,

где М_р.о - момент на рабочем органе (барабане) определяется по формуле

Для нашего примера все величины известны

Следовательно

и

По величине М_т^т = 183,19 Н·м подбираем тормоз (табл. 8)

Для нашего случая по табл. 9 принимаем двухколодочный тормоз с электрогидравлическим толкателем типа ТКТГ-200. Далее необходимо выписать из табл. 9 все параметры тормоза и нанести их на схему (рис. 5)

Параметры тормоза ТКТГ-200

Тормозной момент М_т^т =300 Н · м,

Диаметр тормозного шкива D_Т = 200 мм,

Габаритная длина тормоза А = 623 мм,

Габаритная высота тормоза Н = 359 мм,

Размеры плеч рычагов: Н₁ = 170 мм, Н₂ = 350 мм, G = 610 мм,

Масса тормоза G_Т = 75 кг.

Подбор муфты. В электрореверсивных лебёдках соединение вала электродвигателя с валом редуктора осуществляется упругой муфтой, одна из полумуфт которой выполняет роль тормозного шкива. Чаще всего применяют муфты типа МУВП (муфта упругая втулочно-пальцевая) рис. 6.

Муфта подбирается по наибольшему передаваемому вращющему моменту (табл. 9).

При выборе типа муфты необходимо выполнить следующие условия:

а) Диаметр шкива муфты должен равняться диаметру шкива тормоза.

б) Момент, передавемый муфтой должен равняться или быть больше момента, создаваемого тормозом М_Т^Т.

По данным табл. 9 для М_Т^Т = 26,77 Н · м и D₁= 500 мм принимаем муфту упругую типа МУВП - 9с параметрами:

Момент, передаваемый муфтой (наибольший) М_м = 280 Н · м

Диаметр шкива муфты D_т = 300 мм

Ширина тормозного шкива В_т = 140 мм

Диаметр по центрам пальцев D₁ = 160 мм

Диаметр расточки отверстий под вал d _наим. = 40 мм

d _наиб.= 55 мм

Габаритная длина муфты L = 200 мм

Масса муфты G_м = 48 кг

Полученные размеры наносятся на схему муфты.

Проверка работоспособности тормоза. Работа тормоза будет долговечной, если удельное давление фрикционных накладок будет меньше допустимого.

Нормальное давление колодки на шкив

Площадь фрикционной накладки

в^o - угол обхвата шкива колодкой.

Удельное давление, передаваемое колодкой на шкив

что значительно меньше допускаемого давления, принимаемого для вальцованной ленты [q] = 0.6 - 0.7 мПа.

Следовательно, фрикционные накладки тормоза обладают достаточной работоспособностью.

Литература

1. Гальперин М.Н., Домбровский Н.Г Строительные машины. «Машиностроение», 1971

2. Фиделев А.С., Чубук Ю.Ф. Строительные машины. «Вища школа» Киев, 1971

3. Вайнсон А.А. Подъёмно-транспортные машины строительной промышленности. Атлас конструкцій Мшгиз, 1976

4. Оргіян О.А., Шаталов А.О., Часовщик ЮЯ., Мацей Р.О. Методичні вказівки до лабораторно-практичних занять з механічного обладнання., Одеса, друк. ОДАБА, 2010.

Размещено на Allbest.ru