Расчет механизма подъёма груза

1.Расчет механизма подъёма груза

Рассчитать механизм подъема груза электрического мостового крана грузоподъемностью Q = 5 т для перегрузки массовых грузов. Скорость подъема груза г = 0,2м/с. Высота подъема Н = 6 м. Режим работы — средний, ПВ = 25% (группа 4 режима работы по табл.1.8. 1]).

Принимаем механизм подъема со сдвоенным двукратным полиспастом (табл.2.2. 1]).

Усилие в канате, набегающем на барабан:

где

Q — номинальная грузоподъемность крана, кг;

z — число полиспастов в системе;

u_г — кратность полиспаста;

— общий КПД полиспаста и обводных блоков:

где

— КПД полиспаста;

— КПД обводных блоков.

Коэффициент полезного действия полиспаста, предназначенного для выигрыша в силе (концевая ветвь сбегает с подвижного блока):

;

Поскольку обводные блоки отсутствуют, где то

;

Расчетное разрывное усилие в канате при максимальной нагрузке на канат:

где

F_k — наибольшее натяжение в канате (без учета динамических нагрузок), F_к = F_б = 12 386 Н;

к — коэффициент запаса прочности. к =5,5 из табл.2.3[1].

С учетом данных табл.2.5[1] из табл.III.1.1 выбираем по ГОСТ 2688– — 80 канат двойной свивки типа ЛК-Р конструкции диаметром d =11 мм, имеющий при маркировочной группе проволок 1764 МПа разрывное усилие F=68 800 Н.

Канат грузовой (Г), первой марки (1), из проволоки без покрытия (-), нераскручивающаяся (Н) согласно (2.1[1]) обозначается:

Канат — 11 — Г — I — Н — 1764 ГОСТ 2688– — 80 .

Фактический коэффициент запаса прочности каната:

Требуемый диаметр барабана по средней линии навитого стального каната (см.(2.9)[1]) D = 11•25 = 275 мм. Принимаем диаметр барабана D = 300 мм.

По табл.III.2.5[1] выбираем подвеску крюкового типа 1 грузоподъемностью 5 т, имеющую блоки диаметром 320 мм с расстоянием между блоками b = 200 мм.

Длина каната, навиваемого на барабан с одного полиспаста:

где

Н — высота подъема груза;

z₁ — число запасных витков на барабане до места крепления, z₁ =2;

z₂ — число витков каната, находящихся под зажимным устройством на барабане, z₂ = 3.

Рабочая длина барабана для навивки каната с одного полиспаста:

где

L_k — длина каната, навиваемого на барабан;

t — шаг витка по табл.2.8[1] t = 13,5 ;

m — число слоев навивки m =1;

ц — коэффициент неплотности навивки; для нарезных барабанов ц =1.

Приняв расстояние между правой и левой нарезками на барабане равным расстоянию между ручьями блоков в крюковой обойме, т. е. l = b = 0,2 м, найдем полную длину барабана:

Минимальная толщина стенки литого чугунного барабана:

где

D_б — диаметр барабана; D_б = D — d = 0,3 — 0,011 = 0,289 м.

Принимаем д =14 мм.

Приняв в качестве материала барабана чугун марки СЧ 15(у_в = 650 МПа; [у_сж] = 130 МПа), находим напряжение сжатия в стенке барабана:

Статическая мощность двигателя механизма подъема груза:

;

где

з — КПД механизма по табл.1.18[1], при зубчатой цилиндрической передаче и опорах качения з = 0,85.

С учетом указаний из табл. III.3.5[1] выбираем крановый электродвигатель с фазным ротором MTF 211−6, имеющий при ПВ = 25% номинальную мощность P_ном = 9кВт и частоту вращения n = 915 мин ^-1. Момент инерции ротора I_р = 0,115 кг•м², максимальный пусковой момент двигателя Т_мах = 195 Н•м.

Частота вращения барабана :

где

D_расч — расчетный диаметр барабана, D_расч = D = 0,3 м.

Передаточное число привода:

Расчетная мощность редуктора:

где

к_р — коэффициент, учитывающий условия работы редуктора, к_р = 2,2 (табл.1.34[1]).

Р — наибольшая мощность, передаваемая редуктором при нормально протекающем процессе работы механизма, Р = Р_с = 11,54 кВт.

Из табл.III.4.2[1] по передаточному числу и мощности выбираем редуктор цилиндрический горизонтальный двухступенчатый типоразмера Ц2 — 400 с передаточным числом u_р = 41,34 и мощностью на быстроходном валу при среднем режиме работы Р_р = 28,1 кВт.

Момент статического сопротивления на валу двигателя в период пуска:

Номинальный момент, передаваемый муфтой, принимается равный моменту статических сопротивлений .

Номинальный момент на валу двигателя:

Расчетный момент для выбора соединительной муфты:

где

— номинальный момент, передаваемый муфтой;

к₁ — коэффициент, учитывающий степень ответственности механизма, к₁ = 1,3;

к₂ — коэффициент, учитывающий режим работы механизма, к₂ = 1,2.

Из табл.III.5.9[1] выбираем ближайшую по требуемому крутящему моменту упругую втулочно-пальцевую муфту № 1 с тормозным шкивом диаметром D_т = 200 мм и наибольшим передаваемым крутящим моментом 500 Н•м.

Момент инерции муфты I_м = 0,125 кг•м². Момент инерции ротора двигателя и муфты I =I_р+ I_м =0,115+0,125 = 0,24 кг•м².

Средний пусковой момент двигателя:

где

ш_max — Т_max / Т_ном — максимальная кратность пускового момента электродвигателя: ;

ш_min — минимальная кратность пускового момента электродвигателя, ш_min = 1,4;

Время пуска при подъеме груза:

;

Фактическая частота вращения барабана:

Фактическая скорость подъема груза:

Эта скорость отличается от ближайшего значения 0,2 м/с из стандартного ряда на 7%, что допустимо.

Ускорение при пуске:

;

.

Поскольку график действительной загрузки механизма подъема не задан, воспользуемся усредненным графиком использования механизма по грузоподъемности (рис. 1.1,а [1]). Определим моменты, развиваемые двигателем, и время его пуска при подъеме и опускании груза в различные периоды работы механизма. Согласно графику, за время цикла механизм будет работать с номинальным грузом Q = 5000 кг — 1 раз, 0,5Q = 2500 кг — 5 раз, с грузом 0,2Q = 1000 кг — 1 раз, с грузом 0,05Q = 250 кг — 3 раза.

Таблица 1 Моменты, развиваемые двигателем, и время его пуска

Средняя высота подъема груза составляет 0,5…0,8 номинальной высоты

H = 6 м. Примем Н_ср = 0,8Н = 0,8•6 = 4,8 м.

Тогда время установившегося движения

Сумма времени пуска при подъеме и опускании груза за цикл работы механизма? t_П = 0,86 + 5•0,43 + 1•0,172 + 3•0,043 + 0,2 + 5•0,1 + 1•0,04 + 3•0,01 = = 3,881 с.

Общее время включений двигателя за цикл? t = 2(1+5+1+3)t_у + ?t_П = 2•10•24+3,881 = 483,88 с.

Среднеквадратичный момент:

.

Среднеквадратичная мощность двигателя:

.

Условие Р_ср < Р_ном соблюдается 4,4кВт < 9 кВТ.

Момент статического сопротивления на валу двигателя при торможении механизма :

Необходимый по нормам Госгортехнадзора момент, развиваемый тормозом, при k_Т = 1,75 для среднего режима работы (табл.2.9[1]) Т_Т = 74,9•1,75 = 131,075 Н•м.

Из таблицы III.5.11[1] выбираем тормоз ТКТ-300/200 с тормозным моментом 240 Н•м, диаметром тормозного шкива D_Т = 300 мм. Регулировкой можно получить требуемый тормозной момент Т_Т = 131,075 Н•м.

Время торможения при опускании груза:

Из табл. 1.22[1] для среднего режима работы находим путь торможения механизма подъема груза:

Время торможения в предположении, что скорости подъема и опускания груза одинаковы, то :

Замедление при торможении: