Расчет промысловых машин

1.1 Расчет диаметра каната и запись его согласно ГОСТ

Согласно рекомендации, для судов типа пр – БМРТ B-408.

Ваера изготавливают из стального троса с металлическим сердечником, маркировочная группа 160 кг с/мм² ГОСТ 7669-80.

По правилам гостехнадзора стальные канаты рассчитываются только на растяжение

P_p=Tу ∙ n, (k H), где n=5 – запас прочности для особо жестких условий работы

P_p = 90000 ∙ 5 = 450000 из ГОСТ d_k = 26, 5мм

Разрывная нагрузка

Из ГОСТа 76 - 80, выбираем ближайшее значение разрывного усилия троса.

Соответствующая расчетному и подбираем диаметр каната.

d_k = 26, 5 мм

Обозначения каната согласно ГОСТ: канат 26, 5 –Г – В – ОЖ – Л – О – Н 1568(160) ГОСТ 7669-80.

1.2 Расчет основных размеров навивного барабана. – Диаметр втулки барабана. Выбираем в зависимости от расчетного диаметра ваера:

D_б = (15÷20) ∙ d_k = 20 ∙ 26, 5 = 530 (мм).

Прикидочный расчет длины барабана:

- L’_б = (2,7÷3,5) ∙ 530 = 3 ∙ 530 = 1590 (мм)

- шаг навивки каната:

- t_ʜ = 1,06 ∙ d_k + (0,2÷0,4) = 1,06 ∙ 26,5+ 0,3 = 28,39 ≈ 28(мм)

Уточнённый расчет длины барабана

L_b = t_н ∙ Ƶ, (мм), где Ƶ-число шлагов в одном слое. , (шт.)

Ƶ = (L'_b – d_k – 2 ∙ δ₃) ꞉ t_н (шт.)

δ₃ = 0,75 ∙ d_k = 0,75 ∙ 26,5 = 19,87 (мм)

Для ваерных барабанов число шлагов должно быть в пределах:

Ƶ = (50÷80) (шлаг);

Ƶ = (1590-26,5-2∙19,87) ꞉ 28 = 54,42 ≈ 54 (шлага).

То есть условие соблюдается.

L_b = 28 • 54 = 1512 (мм) Принимаем L_b = 1510 (мм).

Максимальное число навивки.

n = - 0, 5 ∙ C₂ +

C₂ = ;

₂= = 23,85

n = - 0,5 ∙ 24 +

Диаметр ″n-_го″ слоя навивки:

D_н = D_б + d_к [(1+2_n-1) ∙ sin α], (мм)

D_н= 530 + 26,5 ∙ [1+2∙(21-1) ∙ 0,85] = 1457,5 (мм)

—Расчет канатаемкости барабана производим из условия барабана, что навивка идет строго по кругу, а полученные результаты сводим в таблицу 1.

C =

D1=d_к (C+1) = 26,5 ∙ (20+1) = 556,5 мм = 0,5565 (м)

D2=d_к (C+3) = 26,5 ∙ (20+3) = 609,5 мм = 0,6095 (м)

D3=d_к (C+5) = 26,5 ∙ (20+5) = 662,5 мм = 0,6625 (м)

D4=d_к (C+7) = 26,5 ∙ (20+7) = 715,5 мм = 0,7155 (м)

D5=d_к (C+9) = 26,5 ∙ (20+9) = 768,5 мм = 0,7685 (м)

D6=d_к (C+11) = 26,5 ∙ (20+11) = 821,5 мм = 0,8215 (м)

D7=d_к (C+13) = 26,5 ∙ (20+13) = 874,5 мм = 0,8745 (м)

D8=d_к (C+15) = 26,5 ∙ (20+15) = 927,5 мм = 0,9275 (м)

D9=d_к (C+17) = 26,5 ∙ (20+17) = 980,5 мм = 0,9805 (м)

D10=d_к (C+19) = 26,5 ∙ (20+19) = 1033,5 мм = 1,0335 (м)

D11=d_к (C+21) = 26,5 ∙ (20+21) = 1086,5 мм = 1,0865 (м)

D12=d_к (C+23) = 26,5 ∙ (20+23) = 1139,5 мм = 1,1395 (м)

D13=d_к (C+25) = 26,5 ∙ (20+25) = 1192,5 мм = 1,1925 (м)

D14=d_к (C+27) = 26,5 ∙ (20+27) = 1245,5 мм = 1,2455 (м)

D15=d_к (C+29) = 26,5 ∙ (20+29) = 1298,5 мм = 1,2985 (м)

D16=d_к (C+31) = 26,5 ∙ (20+31) = 1351,5 мм = 1,3515 (м)

D17=d_к (C+33) = 26,5 ∙ (20+33) = 1404,5 мм = 1,4045 (м)

D18=d_к (C+35) = 26,5 ∙ (20+35) = 1457,5 мм = 1,4575 (м)

D19=d_к (C+37) = 26,5 ∙ (20+37) = 1510,5 мм = 1,5105 (м)

D20=d_к (C+39) = 26,5 ∙ (20+39) = 1563,5 мм = 1,5635 (м)

1.3 Уточный расчет канатаемкости каната.

№ слоя	Диаметр одного слоя D, (m)	Длина од- ного витка D ∙ π, (m)	Число витков Ƶ (шт.)	Длина ваера в слое D ∙ π ∙ Ƶ (m)	Общая длина ваера (m)
	0,5565	1,747		94,3	94,3
	0,6095	1,913		103,3	197,6
	0,6625	2,080		112,3	309,9
	0,7155	2,246		121,3	431,2
	0,7685	2,413		130,3	561,5
	0,8215	2,579		139,2	700,7
	0,8745	2,745		148,2	848,9
	0,9275	2,912		157,2	1006,1
	0,9805	3,078		166,2	1172,3
	1,0335	3,245		175,2	1347,5
	1,0865	3,411		184,1	1531,6
	1,1395	3,578		193,2	1724,8
	1,1925	3,744		202,1	1926,9
	1,2455	3,910		211,1
	1,2985	4,077		220,1	2358,1
	1,3515	4,243		229,1	2587,2
	1,4045	4,410		238,1	2825,3
	1,4575	4,576		247,1	3072,4
	1,5105	4,742		256,06	3528,4
	1,5635	4,909		265,08	3593,4

Средний диаметр навивки

D_ср=

где, D₁₃=1192,5 мм соответствует длине ваеров

L_к = 1800 (м)

− Диаметр реборды

D_р = D₂₀ + (3÷5) d_к = 1563, 5 + (5 ∙ 26, 5) = 1696 (мм)

D₂₀= 1563, 5 (мм) – соответствует двойной длине ваеров

Принимаем диаметр реборды: D_р = 1700 (мм)

1.4 Расчет барабана на прочность: определение толщины стенки втулки барабана и толщины реборды.

Расчет прочностных размеров барабана начинается с определения толщины стенки в тулке барабана, которую ориентировочно определяют по условиям работы на сжатие.

δ_{вт. б.} = , (мм)

Для расчета принимаем материал барабана СТ 30 с [δ_т] = 300 (Н/мм²);

n = 1,5 ÷ 2,5 – запас прочности для стальных навивных барабанов (принимаем n = 2)

[δ_сж] = = = 150 (Н/мм²)

δ_{вт. б} = = 21,4 ≈ 25

Принимаем δ_{вт. б} = 25 (мм)

Уточненное значение δ_{вт. б} определим путем проверки работы в тулке барабана на совместные действия изгиба, сжатия и кручения:

δz = <

- Напряжение от изгиба

δ_изг = (Н/мм²)

W_изг = 0.1 × = 0.1 × ≈ 4 × 10⁶ (мм³)

D₁ = D_б – 2 × δ_{вт. б} = 530 – 2 × 25 = 480 мм

δ_изг = = 8,4 (Н/мм²)

- Напряжение от кручения

τ_кр = = = = 8,7 (Н/мм²)

W_кр = 0.2 × = 0,2 × = 8 × 10⁶ (мм)

δ_сж = = =128,5 (Н/мм³)

- Совместные действия изгиба, сжатия и кручения

δ_z = =137,8 (Н/мм²)

Вывод: δ_z = 137,8 (Н/мм²) <[δcж] = 150 (H/мм²) т.е. условие выполняется и толщина в тулке барабана принято верно δ_вт.б. = 25 мм

- Толщина реборды

δ_р = , (мм) где, μ = 0,15 ÷ 0.16 (коэффициент трения) ; [δ_изг] = 0,5 × [δ_сж] = 0,5 × 128,5 = 64,2; U= 0,7 ÷ 0.8

δ_р = = 29,3 (мм)

Принимаем: δ_р =30(мм).

1.5 Расчет усилий в точке крепления конца каната на барабане и определение размеров прижимной планки. Подбор диаметра болта для прижимной планки и запись его согласно ГОСТ.

- Расчет усилия в точке крепления ваера:

S_кр = = = 822.1 Н

n = 5 количество шлагов должно остаться на барабане

℮ - основание десятичного логарифма (2,71)

Ваер крепится к внешней стороне реборды барабана двумя прижимными планками имеющий угол наклона сторон трапецеидальной канавки β = 80º ÷ 90º количество болтов z= 4 (шт)

Коэффициент трения между планкой и барабаном

μ’ = = = = 0,21

Для надежного крепления ваера на барабане должно соблюдаться равенство силы натяжения ваера в месте его крепления и сил трения, создаваемых крепления троса.

S_кр = Σ F_тр = N (μ + μ’) / (℮^μπ + 1)

- Усилие, растягивающее болты прижимных планок

α = 170º ÷ 180º - угол обхвата канатом реборды барабана на участке крепления планками принимаем (α = 180º)

N = = = 878, 2 Н

Болты планок рассчитываются на растяжение и и згиб

δ_z = + ≤ _р (Н/мм²)

К = 1,5 коэффициент запаса надежности крепления ваера

T – сила трения, вызывающая изгиб болта.

T = 2 × μ’ × N = 2 × 0, 21 × 878,2 = 368,8 (Н)

За точку приложения силы трения принимаем точку соприкосновения головки болта с планкой, а за плечо – расстояние от этой точки до поверхности барабана δ_пл = 0,5 × d_к + 0,8 × d_к =0,5 × 26,5 + 0,8 × 26,5 = 35 (мм) – толщина планки.

ℓ = 0.5 × d_к +δ_пл = 48,3 (мм) – плечо

Материал болтов: СТ 20; [δ_т] = 250 (Н/мм²) d_б = 14,4 (мм)

­

Допускаемы напряжения на болтах

δ_р = = = 160 (Н/мм²)

δ_z = + = 27,4 (Н/мм²)

Выводы: 1) δ_z = 129,28 (Н/мм²) <δ_р =160 (Н/мм²), то есть условие выполняется и болты выбраны верно; 2) По СТ СЭВ 182 – 75 принимаем болты М16.

- Определяем параметры планки

Длина ℓ_пл = (7÷8) d_б = 7 × 16 = 112 (мм)

Ширина ℓ_пл = (2,5 ÷ 3) d_б = 40 (мм)

Высота h_пл = (1,75 ÷ 2) d_к = 1,75 × 26,5 = 53 (мм)

Определим параметры крепления планки

С = (1,25 ÷ 1,5) d_б = 1,25 × 16 = 20 (мм)

A = 4 × d_б = 4 × 16 = 64 (мм)

B = 0,75 (0,75 ÷ 1) = 16

Определим длину болта

ℓ_б = h_пл + 0,7δ_р + 0,5 d_к + 1,3d_б = 53 + 0,7 × 30 + 0,5 × 26,5 = 108

Выводы: 1) по результатам расчетов основные размеры ваерного барабана составляют

- Диаметр в тулке барабана D_б = 530 мм

- Длина барабана L_б = 1510 мм

- Толщина в тулке барабана δ_{вт. б.} = 25 мм

- Диаметр реборды D_р = 1700 мм

- Толщина реборды δ_р = 35 мм

2) Ваер крепить 2 прижимными планками к внешней стороне реборды барабана 3) Планки крепить болтами M16.

2. Выбор привода ваерной лебедки.

2.1 Кинематический расчет разрабатываемой ваерной лебедки (смотрим кинематическую схему)

2.2 Расчет КПД лебедки и подбор привода.

Расчет лебедки сводится к подбору привода и кинематической цепи между движателем и исполнительным органом – барабаном.

- На основании кинематической схемы ваерной лебедки прототипа JWT – 12,5 определим КПД лебедки.

η_v = η_б × η_в/у × × × × , где η_б = 0.96 – КПД барабана; η_в/у = 0,96 – ваероукладчик; η_п/з = 0.96 – КПД прямозубой передачи; η_к/з = 0.97 – КПД косозубой передачи; η_м = 0.97 – КПД муфты; η_п/к = 0.99 – КПД подшипников качения.

η_v = 0.96 × 0.96 × 0.96³ × 0.97² × 0.97² × 0.99¹⁰ = 0.68

- Определим расчетную мощность привода лебедки

N_э/д = = = 225 (кВт)

Из таблицы технических данных на электроприводы траловых лебедок по расчетной мощность подбираем двигатель ДП 100МI с мощность на валу N – 270 (кВт) с чистотой вращения n = 1000 (об/мин)

- Определим число оборотов барабана лебедки.

n_б = = = 31,1(об/мин)

Определим передаточное число между электродвигателем и барабаном

i_p.p = = = 32,1

Для ваерных лебедок применяются трехступенчатые редукторы как правило индивидуального изготовления, поэтому произвольно подбираем передаточные числа

i_{p. p} = i₁ × i₂ × i₃ = 33,6

i₁ = 2.4 i₂ = 3.5 i₃ = 4

Определим скорость выборки ваеров при полученном передаточном числе редуктора

V_в.в = = = 1.66 (м/с)

определим абсолютную (a) и относительную (∆) погрешности

a = V_в.в – V_вр = 1.7 – 1.66 = 0,04 (м/с)

∆ = = × 100 = 2

Вывод: относительная погрешность ∆ = 0 % <5 %, то есть условие соблюдается и кинематический расчет выполнен верно.

Расчет чисел оборотов валов и угловых скоростей на валах редуктора.

n₁ = = = 416.6 (об/мин) ω₁ = = = 104.7 (c^-1)

n₂ = = = 114.2 (об/мин) ω₂ = = = 41.9 (c^-1)

n_{3 =} = = 28.55 (об/мин) ω₃ = = = 11.9 (c^-1)

ω₄ = = = 2,9 (c^-1)

Расчет крутящих моментов

- Крутящий момент на валу электродвигателя.

М_кр = 9550 = 9550 = 2578.5 (Нм)

- Крутящий момент на 1 промежуточном валу

М_кр1 = М_кр × i₁ × η_к/з = 2578.5 × 2.4 × 0.97 = 6002.7 (Нм)

- Крутящий момент на 2 промежуточном валу

М_кр2 = М_кр1 × i₂ × η_п/з = 6002.7 × 3.5 × 0.99 = 20799.3

- Крутящий момент на 3 грузовом валу

- М_кр3 = М_кр2 × i₃ × η_м = 20799.3 × 4 × 0.97 = 80701.2 (Нм)

Подбор валов (при τ_кр) = 20 ÷ 25 (Н/мм²)

d₁ = = = 83.1 (мм)

d₂ = = = 109.8 (мм)

d₃ = = = 165.5 (мм)

d₄ = = = 273 (мм)

По СТ СЭВ 229 – 75 принимаем стандартные валы диаметром:

d₁ = 90 мм; d₂ = 110 мм; d₃ = 180 мм; d4 = 320 мм

№	i передаточное число	ω (c-1)	Мкр Н×М	диаметр вала расчетный мм	условное обозначение подшипника	диаметр вала стандарт	предельное число оборотов
	-	104.7	2578.5	83.1
	2.4	41.9	6002.7	109.8
	3.5	11.9	20799.3	165.5
		2.9	80701.2

Выводы: 1) предельное число оборотов валов выбрана при жидкой смазки 2) подшипники качения принимаем: а) средняя серия – 111318. 32322

б) нестандартная серия – 42536. 1092964

3. Анализ промысловой схемы с учетом применённой промысловой схемы и разработанной ваерной лебедкой:

Определение коэффициентов механизации, безопасности и суточной производительности промысловой схемы.

Схема работы ”Дубль”.

Трал разноглубинный. По чертежу 24. 12. 00 – 00

− Длина трала L_тр = 195 (м). L_м = 45 (м). L_к = 120 (м). L_г/к = 50 (м)

− Длина ваеров L_в = 1800 (м)

− Длина промысловой палубы L_n/n = 47 (м)

− Скорость выборки ваеров V_вв = 1,3 (м/с)

− Скорость травления ваеров V_тв = 3,9 (м/с)

3.1 Определяем время на травление и выборку ваеров.

t_т.в = = = 7,6 (мин)

t_в/в = =

3.2 t_пер = ∙ 2 = ∙ 2 6 (мин) , где L_стр = 2 (м) – длина стропа

Время одного острапливания – 2 (мин)

Остальные значения сводим в таблицу 3 цикл одного траления

№ п/п	Операция	tп	Продолжительность операций	Вид операций	Степень опасности
	Спуск сетной части	t1		Руч/мех.	опасно
	Травление кабелей	t2		Мех.	опасно
	Включение грузов углубителей	t3		Ручн.	опасно
	Подключение траловых досок	t4		Руч/мех.	опасно
	Травление ваеров	t5		Мех.	опасно
	Траление	t6		Мех.	опасно
	Выборка ваеров	t7	26,5	Мех.	опасно
	Отключение траловых досок	t8		Ручн.	опасно
	Выборка кабелей	t9		Мех.	опасно
	Отключение ручных углубителей	t10		Ручн.	опасно
	Подъем сетной части	t11		Руч/мех.	опасно
	Подъем мешка	t12		Руч/мех.	опасно
	Выливка улова	t13		Руч/мех.	опасно
	Подготовка трала к спуску	t14		Ручн/мех.	опасно

Определить время цикла лова

− Работа одним тралом

T_ц = t₁ + t₂ …+ t₁₄ = 8+4+3+5+15+90+26,5+4+7+3+12+5+5+10 = 197,5 (мин)

− При работе с двумя тралами (схема Дубль)

T_ц = t₁ + t₂ …+ t₁₂ = 8+4+3+5+15+90+26,5+4+7+3+12+5 = 182,5 (мин)

3.4 Определим суточную производительность.

_Qсут = q_ср ∙ n , где q_ср = 7_т = средний улов за цикл

n = = количество циклов лова за сутки

_Qсут = ∙ 7 = 51,03 (т) – при работе по схеме Дубль.

3.5 Определим коэффициент механизации.