книги / Подъемно-транспортные машины
..pdf
Пример выполнения задания
4. Расчет блоков и барабана 4.1. Определение параметров блоков
Определяем диаметр обводных блоков по дну канавки
Dбл ≥ dк (e −1) =13 (20 −1) = 247 мм,
где dк – диаметр каната, мм; e – коэффициент, учитывающий допустимый перегиб каната.
Для машинного привода нестрелового крана при легком режиме работы е = 20 (см. прил. 8).
Принимаем в соответствии с нормальным рядом диаметров (см. прил. 8)
Dбл = 250 мм.
Глубина ручья блоков
hбл = (1,4…1,9)dк = (1,4…1,9) · 13 = = 18,2…24,7 мм;
принимаем h = 20 мм.
Раствор ручья блоков
Bбл= (2…2,5)dк = (2…2,5) · 13 = 26…32,5 мм,
принимаем B = 30 мм.
Радиус дна ручья блоков
Rбл = (0,53...0,56)dк = (0,53...0,56) · 13 = 6,9…7,3 мм,
принимаем R = 7,0 мм. Результаты округляются до 0,5 мм.
Принимаем блок канатный 250-13.
61
4.2. Определение значений диаметра барабана
Принимаем барабан двухребордный с однослойной навивкой при двухсторонней нарезке.
Определяем диаметр барабана по дну канавки
D ≥ dк (e −1) =13 (18 −1) = 221 мм,
где dк – диаметр каната, мм; e – коэффициент, учитывающий допустимый перегиб каната, e = 18 (см. прил. 8).
Принимаем в соответствии с нормальным рядом диаметров
(см. прил. 8) D =320 мм.
Примечание. Согласно нормальному ряду диаметров ближайший больший диаметр D = 250 мм, однако последующие рас-
четы показали, что при таком диаметре соотношение L/Dб = 6,9 > 5, поэтому принимаем D =320 мм.
Диаметр барабана по средней линии навиваемого каната
Dб = D + dк =320 +13 =333 мм.
Диаметр максимальной окружности барабана (по высоте реборд)
Dmax ≈ Dб + 2mdк + 2 · (2...2,5)dк = 333 + 2 · (2...2,5) · 13 = = 385…398 мм,
где m – число слоев навивки каната, m = 1. Принимаем Dбmax = 400 мм (см. прил. 8).
Ширину реборды принимаем lр = t = 15 мм, где t – шаг нарезки барабана.
62
4.3. Определение параметров винтовой нарезки барабана
Шаг нарезки барабана t = dк + (2 ...3) мм = 13 + 2 = 15 мм. Радиус канавки R = 0,5dк = 0,54 · 13 = 7,02 мм; принимаем
R = 7,0 мм.
Глубина канавки h = 0,3dк = 0,3 · 13 = 3,9 мм; принимаем h = 4,0 мм.
4.4. Определение длины барабана
4.4.1. Длина каната, навиваемого на барабан с одной ветви полиспаста
Lк = Huп + πDб(z1 + z2) = 12,5 · 3 + 3,14 · 333 · 10–3 · (2 + 3) = 42,7 м,
где H – высота подъема груза, м; uп – кратность полиспаста; Dб – диаметр барабана по средней линии навитого каната, м; z1 – число запасных неприкосновенных витков трения на барабане, z1 = 1,5…2; z2 – число витков каната, находящихся под зажимным устройством, z2 = 3…4.
4.4.2. Длина рабочего участка барабана для каната, свиваемого с одной ветви полиспаста
|
L t |
|
42,7 15 10−3 |
|
|
|
|||
Lб = |
|
к |
|
= |
|
|
|
|
= 0,59 м, |
πm(md |
к |
+ D )ϕ |
3,14 1 1 13 10−3 |
+333 10−3 |
) |
1 |
|||
|
|
б |
( |
|
|
|
|||
где Lк – длина каната, навиваемого на барабан с одной ветви полиспаста, м; t – шаг нарезки барабана, м; m – число слоев навивки, m = 1; dк – диаметр каната, м; Dб – диаметр барабана по средней линии навитого каната, м; ϕ – коэффициент неплотности навивки (для нарезных барабанов ϕ = 1).
4.4.3. Полная длина барабана для сдвоенного полиспаста
L = 2Lб + l + 2lк,
где l – длина ненарезанной средней части барабана.
63
Для выбранной кинематической схемы принимаем
l = B2 + B2 = 62 + 62 = 124 мм,
где l – расстояние между ручьями блоков, с которых канат сбегает на барабан (см. схему крюковой подвески); lк – длина ненарезанных концевых участков барабана, необходимых для закрепления барабана в станке при нарезании канавок и расположения реборд,
принимаем
lк = (4…5)dк = (4…5) · 13 = 52…65 мм.
Полная длина барабана
L = 2Lб + l + 2lк = 2 · 0,59 + 124 · 10–3 +2 · 55 · 10–3 = 1,41 м.
Принимаем L = 1,4 м (см. прил. 9).
Отношение длины барабана к его диаметру L/Dб = 1,4 /0,333 = = 4,2 < 5.
Размеры барабана не оптимальные, но соответствуют рекомендуемым.
4.5. Определение толщины стенки барабана
Принимаем в качестве материала барабана Сталь 20. Барабан литой.
При группе режимов работы 3М (по ГОСТ 25835–83) [σсж ] =160 МПа (см. прил. 10).
Определяем минимальную толщину стенки по условию технологии литья:
δmin ≥ 0,01D + 3 мм = 0,01 · 320 + 3 = 6,2 мм.
Принимаем по ГОСТ 6636–69 (см. прил. 9) δmin = 6,3 мм. Проверяем минимальную толщину стенки по условию проч-
ности на сжатие:
64
|
|
|
F |
|
|
17,0 103 |
|
6 |
|
||
σ |
сж |
= |
б |
= |
|
|
|
|
=179,9 10 |
|
Па = |
tδ |
15 10−3 |
|
6,3 10−3 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
||||||
=179,9 МПа >[σсж ] =160 МПа.
Условие прочности не выполняется.
Определяем толщину стенки из условия прочности:
|
F |
|
|
17,0 103 |
= 7,1 10−3 |
|
|||
δ ≥ |
б |
|
= |
|
|
|
м = 7,1 мм. |
||
t[σсж ] |
15 10−3 |
160 106 |
|||||||
|
|
|
|
||||||
Принимаем по ГОСТ6636–69 δ = 7,1 мм (см. прил. 9).
4.6. Проверка прочности барабана с учетом изгиба и кручения
Отношение длины барабана к его диаметру L/Dб = 4,2 > 3, необходима проверка прочности барабана с учетом его изгиба и кручения.
1. Крутящий момент, передаваемый барабаном
M |
|
= 2F |
Dб |
= 2 |
17,0 |
0,333 |
=5,7 кН·м. |
|
|
|
|
||||||||||
|
2 |
2 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
кр |
б |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
Напряжение от кручения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
τ |
|
|
= Мкр = |
|
|
|
|
Мкр |
|
) |
= |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
кр |
|
ρ |
|
|
|
|
|
|
( |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
W |
|
|
|
|
3 |
|
4 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,2D 1−δ |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
= |
|
|
|
5,7 103 |
|
|
|
= |
0,9 10 |
6 |
Па |
= 0,9 МПа. |
|||||||
|
|
|
|
|
3 |
( |
|
|
4 |
) |
|
||||||||||
|
|
|
0,2 0,320 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
1−0,0071 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
2. Изгибающий момент на барабане
Mиз = Fстlп =17,0 0,51 =8,67 кН·м,
где Fст – реакция со стороны ступицы торцевого диска барабана на ось, Fст = Fб = 17,0 кН; lп – плечо действия сил от навиваемого
65
каната до |
торцевого |
диска барабана, |
lп ≈ |
½ · 0,8(L – l) = |
||||||||||||
= 0,8 · (1,41 – 0,124)/2 = 0,51 |
м. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Напряжение от изгиба |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
σиз |
= |
М |
из |
= |
|
М |
из |
|
|
= |
|
|
8,67 |
103 |
|
= |
Wx |
|
( |
|
|
) |
|
|
( |
|
) |
||||||
|
|
|
|
|
|
0,1 |
|
|
|
|||||||
|
|
|
0,1D3 |
1−δ4 |
|
0,3203 1−0,00714 |
|
|
||||||||
=2,6 106 Па = 2,65 МПа.
3.Напряжение от сжатия
|
|
|
F |
|
|
|
17,0 103 |
|
|
6 |
|
σ |
сж |
= |
б |
= |
|
|
|
|
=159,6 10 |
|
Па =159,6 МПа. |
tδ |
15 |
10−3 7,1 |
10−3 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
||||||
Условие прочности стенки барабана при совместном действии напряжений сжатия, изгиба и кручения:
σΣ = (σиз +σсж )2 +3τкр2 = = (2,65 +159,6)2 +3 0,92 =162,3 МПа > [σсж ] = 160 МПа.
Условие прочности не выполняется. Необходимо увеличить толщину стенки.
В соответствии с ГОСТ 6636–69 принимаем δ = 7,5 мм. Напряжение от сжатия
|
|
|
F |
|
|
17,0 103 |
|
||
σ |
сж |
= |
б |
= |
|
|
|
=151,1 МПа. |
|
tδ |
15 10−3 |
0,0075 |
|||||||
|
|
|
|
||||||
Напряжения от кручения и изгиба изменятся незначительно.
σΣ = (σиз +σсж )2 +3τкр2 = = (2,65 +151,1)2 +3 0,92 =153,8 МПа <[σсж ] = 160 МПа.
Условие прочности выполняется.
Корректируем ширину реборды (см. подразд. 4.3): lр = δ = 7,5 мм.
66
Технические характеристики кранового барабана:
|
Диаметр барабана D, мм |
Размеры зубчатого венца |
Длина барабана L, м |
|
Диаметр по высоте |
|
р |
Толщина стенки δ, мм |
Радиус канавок R, мм |
|
Высота профиля канавки h, мм |
, мм |
|
|
|
Ширина ребордыl |
Шаг нарезки t, мм |
к |
|||||||
Обозначение |
Диаметр оси, мм |
, мм |
Диаметр каната d |
|||||||||
max |
||||||||||||
реборд D |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
БК3 |
320 |
см. под- |
1,4 |
см. под- |
400 |
7,5 |
7,5 |
7 |
15 |
4 |
13 |
|
20 |
разд.6.7 |
разд.6.6 |
||||||||||
Размеры зубчатого венца будут определены в подразд. 6.7. Диаметр оси барабана принимаем равным диаметру тихоход-
ного вала редуктора, который будет определен в подразд. 6.6.
4.7. Расчет узла крепления каната к барабану
Для крепления каната к барабану выбираем двухболтовую накладку с трапецеидальной канавкой.
Натяжение каната в месте крепления на барабане
F |
= |
Fб |
= |
17,0 |
= 2,58 кН, |
|
e f α |
2,720,15 4 3,14 |
|||||
кр |
|
|
|
где e – основание натурального логарифма, e = 2,72; f – коэффициент трения между канатом и барабаном, f = 0,10…0,16; α – угол обхвата барабана запасными витками каната, рад, α = 3π…4π.
Принимаем f = 0,15; α = 4π.
Сила, растягивающая 1 |
болт |
|
||
Fр = |
|
Fкр |
= |
|
z ( f |
+ f1 ) (e f α1 +1) |
|||
|
|
|||
67
= |
2,58 |
|
= 0,95 кН, |
||
|
|
|
|
||
2 (0,15 +0,23) |
( |
2,720,15 2 3,14 |
+1 |
||
|
|
|
) |
|
|
где z – число болтов в накладке; f1 – приведенный коэффициент трения между канатом и накладкой:
f1 = f / sinβ = 0,15 / sin 40° = 0, 23;
β – угол наклона боковой грани канавки, β = 40°; α1 – угол обхвата барабана витком крепления каната, рад, α1 = 2π.
Сила, изгибающая болт
Fи = f1 Fр = 0,23 0,95 = 0,22 кН.
Суммарное напряжение в болте |
|
|
|
||||
|
4 1,3kFр |
kF l |
|
|
|
||
|
|
|
и |
|
|||
σсум = |
2 + |
3 |
, |
||||
≤ σр |
|||||||
|
πd1 |
0,1d1 |
|
|
|
||
где k – коэффициент запаса надежности крепления каната, k ≥ 1,5; l – расстояние от головки болта до барабана (плечо прижимной планки), м, l = (1,75…1,8) dк; d1 – внутренний диаметр резьбы болта, м; [σр] – допускаемое напряжение на растяжение материала
болта, |
Па, [σр] |
= σТ ; |
|
[S] |
|
– |
коэффициент запаса прочности, |
||||||||||||||||
|
|
|
[S] |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
[S] = 2,5…3. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Принимаем по ГОСТ 24705–2004 (см. прил. 12) болт М16, |
|||||||||||||||||||||||
d1 = 13,835 мм; материал – Сталь 20 (σТ = 240 МПа) (см. прил. 11): |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
= |
σТ |
|
= |
240 |
=80 МПа. |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
σр |
[S] |
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
σсум = |
4 1,3 1,5 0,95 103 |
+ |
1,5 0,22 103 |
1,8 13 10−3 |
= |
|
||||||||||||||||
|
|
3,14d |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
0,1d |
3 |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
||
|
2,36 103 |
0,077 103 |
|
|
|
2,36 103 |
|
|
|
|
|
0,077 103 |
|
|
|
||||||||
= |
|
+ |
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
= |
d12 |
d13 |
|
|
|
( |
|
|
|
−3 |
) |
2 |
( |
|
|
−3 |
) |
3 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
13,835 10 |
|
|
13,835 10 |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
68 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
|
|
= (12,3 + 29,1) 10 |
= 41, 4 МПа ≤ σр |
=80МПа. |
|||
|
|||||
Условие прочности выполняется. Расчетная длина болта
Lбол =l +δ+ sш + a +c = 23, 4 +7,1+ 2,4 + (2,4...4) + 2, 4 = =38,1...39,7 мм,
где l – плечо прижимной планки, мм, l = 1,8dк = 1,8 ·13 = 23,4; δ – толщина стенки барабана, м; sш – высота шайбы, мм, sш = = 0,15d = 2,4(d – номинальный диаметр болта, d = 16 ); a – выступающая нарезанная часть болта, мм, a = (0,15…0,25)d = (2,4…4);
с – высота фаски, мм, с = 0,15d = 2,4.
Принимаем Lбол = 40 мм (см. прил. 13).
Окончательно принимаем болт М16 - 6gх40.46 ГОСТ 7798–70. Сталь 20 имеет класс прочности 4.6 (см. прил. 11,13).
69
5. ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
Задание
Осуществить расчет параметров и подобрать крановый электродвигатель.
Краткие теоретические сведения
В крановых механизмах подъема используют несколько типов двигателей:
–электродвигатели асинхронные с фазным ротором серий
MTF, MTH, 4MTF, 4MTH, 4MTM. Эти двигатели имеют большие пусковые моменты при небольших пусковых токах, небольшое время разгона, возможность регулирования скорости вращения, повышенную нагрузочную способность, малые потери энергии в обмотках. К их недостаткам относятся большие габариты, сравнительно высокая стоимость, неустойчивость механических характеристик при малых частотах вращения. На кранах общего назначения используют электродвигатели с классом нагревостойкости изоляции F, для агрегатов металлургического производства – класса H. Приме-
нение двигателей MTF следует ограничить легким режимом рабо-
ты. Серия МТН отличается более высокой стоимостью, ее целесо-
образно использовать при тяжелом и весьма тяжелом режимах работы;
–электродвигатели асинхронные с короткозамкнутым рото-
ром серий MTKF, MTKH, 4MTKF, 4MTKH. Короткозамкнутые электродвигатели выпускаются мощностью до 30 кВт. Эти двигатели считаются наиболее простыми, надежными и недорогими. К существенным их недостаткам относятся нагрев при частом включении, затрудненность регулирования частоты вращения;
–для малых мощностей выпускаются двигатели постоянного тока серии D: DMTF, DMTKH, AMTF, AMTKH, а также двигатели
сконтактными кольцами типа МВТ и МТ. Достоинством этих дви-
70