Расчет электрореверсивной лебёдки

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 · = 111 509.25H.

Согласно ГОСТу 2688−80, принимаем канат типа ЛК-Р6×19 с одним органическим сердечником с расчётным пределом прочности проволоки при растяжении у = 1470 МПа, диаметром d_к = 14,0 мм и фактическим разрывным усилием = 111 509.25H.

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.

= 28 648,62Вт = 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.