3.1. ПРИМЕР РАСЧЕТА МЕХАНИЗМА ПОДЪЕМА ГРУЗА
Глава 3. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТОВ МЕХАНИЗМОВ ГРУЗОПОДЪЕМНЫХ МАШИН
3.1. ПРИМЕР РАСЧЕТА МЕХАНИЗМА ПОДЪЕМА ГРУЗА
Рассчитать механизм подъема груза электрического мостового крана грузоподъемностью Q = 5 т для перегрузки массовых грузов. Скорость подъема груза υг=0,25 м/с. Высота подъема H=15 м. Режим работы — средний, ПВ = 25 % (группа 4 режима работы по табл. 1.8).
Принимаем механизм подъема со сдвоенный двукратным полиспастом (см. табл. 2.2).
Усилие в канате, набегающем на барабан [см. (2.1)],
Поскольку обводные блоки отсутствуют, по формуле (2.3)
где =0,98 (см. табл. 2.1).
Расчетное разрывное усилие в канате [см. (2.6)] при максимальной нагрузке на канат Fк = Fб =12386 Н и k = 5,5
F= 12 386·5,5 = 68 123 Н.
С учетом данных табл. 2.5 из табл. III.1.1 выбираем по ГОСТ 2688—80 канат двойной свивки типа ЛК-Р конструкции 619(1 + 6 + 6/6+1 о.с.) диаметром d=11 мм, имеющий при маркировочной группе проволок 1764 МПа разрывное усилие F=68800 Н.
Канат грузовой (Г), первой марки (1), из проволоки без покрытия (—), правой крестовой свивки ( — ), нераскручивающийся (Н) согласно (2.1) обозначается:
Канат—11—Г—I—Н—1764 ГОСТ 2688—80.
Фактический коэффициент запаса прочности каната
к = 5,5.
Требуемый диаметр барабана по средней линии навитого стального каната [см. (2.9)] D=11·25 = 275 мм. Принимаем диаметр барабана D = 300 мм.
По табл. III.2.5 выбираем подвеску крюковую 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, [см. (2.10)] при z1 = 2, z2=3,
Lк=152+3,140,3(2+3)=34,7 м.
Рабочая длина барабана для навивки каната с одного полиспаста при t= 12,5 мм, m=1 и = 1 [см. (2.11)]
Приняв расстояние между правой и левой нарезками на барабане (длина ненарезной части) равным расстоянию между ручьями блоков в крюковой обойме, т. е. l=b = 0,2 м, найдем полную длину барабана
L=2Lб+l=20,444+0,2=1,088 м.
Минимальная толщина стенки литого чугунного барабана [см. (2.18)] = 0,020,289 + 0,006...0,01=0,012...0,016 м = 12...16 мм, где Dб = D — d = 0,3 —0,011=0,289 м. Принимаем δ=14 мм.
Приняв в качестве материала барабана чугун марки СЧ 15 (= 650 МПа, []=130 МПа), по формуле (2.16) найдем напряжение сжатия в стенке барабана:
= 70,78 • 106 Па=70,78 МПа< 130 МПа.
Статическая мощность двигателя [см. (2.31)] при
С учетом указаний к формуле (2.31) из табл. III.3.5 выбираем крановый электродвигатель с фазным ротором МТF 211-6, имеющим при ПВ = 25 % номинальную мощность Рном=9 кВт и частоту вращения n = 915 мин-1. Момент инерции ротора Ip=0,115 кгм2, максимальный пусковой момент двигателя Тмах=195 Нм.
Частота вращения барабана [см. (2.35)] при Dрасч=D = 0,3 м
Передаточное число привода
Расчетная мощность редуктора [см. (1.101)] при kр=1 и Р — РС
Рр= 1,0 13,46= 13,46 кВт.
Из табл. III.4.2 по передаточному числу и мощности выбираем редуктор цилиндрический, двухступенчатый, горизонтальный, крановый типоразмера Ц2-300 с передаточным числом = 32,42 и мощностью на быстроходном валу при среднем режиме работы Pр = 14,6 кВт.
Момeнт статического сопротивления на валу двигателя в период пуска [см. (1.27)] с учетом того, что на барабан навиваются две ветви каната, при б = 0,94 и пр = 0,9 (ориентировочно)
Номинальный момент, передаваемый муфтой, принимается равным моменту статических сопротивлений = 135 Н·м.
Номинальный момент на валу двигателя по формуле (1.33)
Tном = 9550 = 9550 = 93,9 Н·м.
Расчетный момент для выбора соединительной муфты [см.(1.103)]
Tм= 1351,31,2=211 Н·м.
Из табл. III.5.9 выберем ближайшую по требуемому крутящему моменту упругую втулочно-пальцевую муфту №1 с тормозным шкивом диаметром Dт=200 мм и наибольшим передаваемым крутящим моментом 500 Н·м.
Момент инерции муфты Iм= 0,1250 кгм2. Момент инерции ротора двигателя муфты I = Ip +Iм = 0,225+ 0,125 = 0,35 кгм2.
Средний пусковой момент двигателя [см. (1.89)] при =1,4.
где
Время пуска при подъеме груза [см. (1.67)]
Фактическая частота вращения барабана по формуле (2.36)
Фактическая скорость подъема груза по формуле (2.35)
Эта скорость отличается от ближайшего значения 0,2 м/с из стандартного ряда на 10%, что допустимо. Ускорение при пуске, согласно (1.80),
Полученные значения t и а соответствуют рекомендациям табл. 1.19 и 1.25.
Поскольку график действительной загрузки механизма подъема не задан, воспользуемся усредненным графиком использования механизма по грузоподъемности (см. рис. 1.1, а), построенным на основе опыта эксплуатации кранов. 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=5000 кг — 1 раз, с грузом 0,5Q = 2500 кг — 5 раз, с грузом 0,2 Q = 1000 кг — 1 раз, с грузом 0,05Q = 250 кг — 3 раза.
Табл. 3.1. Моменты, развиваемые двигателем, и время его пуска
|
Наименование показателя |
Обозначение
|
Единица |
Результаты расчета при массе поднимаемого груза, кг |
|||
|
5000 |
2500 |
1000 |
250 |
|||
|
КПД (см. рис. 1.2) |
η |
- |
0,85 |
0,8 |
0,65 |
0,5 |
|
Натяжение каната у барабана при подъеме груза по (2.1) |
Н |
12386 |
6579 |
3239 |
1053 |
|
|
Момент при подъеме груза по (1.27) |
Тс |
Н·м |
135 |
71,7 |
35,3 |
11,5 |
|
Время пуска при подъеме по (1.67) |
tп |
с |
1,4 |
0,42 |
0,29 |
0,24 |
|
Натяжение каната у барабана при опускании груза [в формуле (2.1) коэффициент η0 должен быть в числителе] |
Н |
12195 |
6478 |
3189 |
1036 |
|
|
Момент при опускании груза по (1.28) |
Н·м |
97,4 |
51,7 |
25,5 |
8,28 |
|
|
Время пуска при опускании по (1.67) |
tоп |
с |
0,15 |
0,18 |
0,20 |
0,22 |
В табл. 3.1 избыточный момент при опускании груза — сумма среднего пускового момента двигателя и момента статических сопротивлений механизма при опускании груза.
Результаты расчетов приводятся в табл. 3.1.
Средняя высота подъема груза составляет 0,5...0,8 номинальной высоты H=15 м. Примем Hср=0,8H=0,815=12 м.
Тогда время установившегося движения
= 54,5 с.
Сумма времени пуска при подъеме и опускании груза за цикл работы механизма = =1,4 + 5·0,42 + 1,029 + 3·0,24 + 0, 15 + 5·0,18+1·0,2 + 3·0,22 = 6,42 с.
Общее время включений двигателя за цикл = 2 (1 + 5 + 1 + 3) tу + = 2·10· 54,5 + 6,42 = 1096,42 с.
Среднеквадратичный момент [см. (1.93)]
=60,1 Н·м.
Среднеквадратичная мощность двигателя по (1.92)
Следовательно, условие (1.91) соблюдается (5,76<9).
Момент статического сопротивления на валу двигателя при торможении механизма по (2.37)
Необходимый по нормам Госгортехнадзора момент, развиваемый тормозом [см. (2.38)], при kт=1,75 Tт = 95,471,75= 167 Нм.
Из табл. III.5.11 выбираем тормоз ТКТ-300/200 с тормозным моментом 240 Нм, диаметром тормозного шкива DT = 300 мм. Регулировкой можно получить требуемый тормозной момент Tт = 167Нм.
По формуле (1.68) определим время торможения при опускании груза (при подъеме груза это время будет меньше, так как в этом случае момент от веса груза и тормозной момент действуют в одном направлении):
Из табл. 1.22 для среднего режима работы находим путь торможения механизма подъема груза
Время торможения в предположении, что скорости подъема и опускания груза одинаковы, согласно (1.75),
Замедление при торможении
что соответствует данным табл. 1.25.