Расчет механизма подъёма груза

Содержание

Введение

1.Расчет механизма подъёма груза

Рассчитать механизм подъема груза электрического мостового крана грузоподъемностью Q = 5т для перегрузки массовых грузов. Скорость подъема груза г = 0,2м/с. Высота подъема Н = 6м. 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 = 12386 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=68800 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 = 300мм.

По табл.III.2.5[1] выбираем подвеску крюкового типа 1 грузоподъемностью 5т, 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;

φ – коэффициент неплотности навивки; для нарезных барабанов φ =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 δ =14 мм.

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

 

 

 

Статическая мощность двигателя механизма подъема груза:

;

где

η – КПД механизма по табл.1.18[1], при зубчатой цилиндрической передаче и опорах качения η = 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

ψ_max – Т_max / Т_ном – максимальная кратность пускового момента электродвигателя: ;

ψ_min – минимальная кратность пускового момента электродвигателя, ψ_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

Наименование показателя	Обозначение	Еденица	Результаты расчёта при массе поднимаемого груза, кг
			5000	2500	1000	250
КПД	η	-----	0,85	0,8	0,65	0,5
Натяжение каната у барабана при подъеме груза	Fб	Н	12386	6579	3239	1053
Момент при подъеме груза	Тс	Н∙м	106,25	53,125	21,25	5,3125
Время пуска при подъеме	tП	с	0,86	0,43	0,172	0,043
Натяжение каната у барабана при опускании груза		Н	12140	6070	2428	607
Момент при опускании груза		Н∙м	74,5	37,25	14,9	3,726
Время пуска при опускании	tоп	с	0,2	0,1	0,04	0,01

 

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

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

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: