Определение основных размеров барабана

Конструктивный диаметр блоков и барабана строительных лебедок и лебедок, что применяются в механизмах подъема груза стреловидных кранов, с целью обеспечения достаточной долговечности работы канатов по правилам Госгортехнадзора выбирается из условий:

- для барабана лебёдки

D_б ≥ е·d_к

где е - коэффициент, зависящий от режима работы лебедки, принимаемый равным при легком режимеработы - 16, среднем - 18, тяжелом – 20; е =18.

Для нашего случая D_б =18·14,0 = 252 мм.

Полученное значение округляем до ближайшего большего по одному из рядовнормальных линейных размеров (ГОСТ (ДСТУ) 6636-69) [2].При выборе размеров предпочтение должно отдаваться рядам с более крупной градацией (ряд Ra 5 следует предпочитать ряду Ra 10; ряд Ra 10 - ряду Ra 20; ряд Ra 20 - ряду Ra 40).Дополнительные размеры, приведенные в таблице, допускается применять лишь в отдельных, технически обоснованных случаях.По ряду Ra 20 [2] принимаем D_б = 280 мм,

Канатоёмкость барабана l_б зависит от длины навиваемого каната L_к, числа слоев навивки каната m, диаметра барабана D_б и диаметра каната d_к .
Выбираем конструкцию с гладким барабаном и многослойной навивкой каната. Число слоев навивки каната m не должно превышать 4.
На первом этапе расчета определим рабочую длину барабана при усло-вии, что канат навивается на барабан в два слоя, ( m = 2), по формуле

Тут L_к - длина каната, навиваемого на барабан, равная

L_к = а·Н + l_д.в,

где l_д.в- длина дополнительных витков каната, для размещения мест закрепления каната на барабане лебедки, принимаем l_д.в= 2πD_б.

Тогда L_к = а·Н + 2·π·D_б = 3 · 40 + 2·π·0,28 = 121,76 м ≈ 122 м.

Подставив значения L_к в формулу для определения l_бполучим

.

По ряду Ra 20 [2] принимаем l_б= 900 мм.

Отношение рабочей длины барабана к его диаметру должно быть в пределах

.

Для нашегослучая , что нежелательно.

Принимаем трехслойную навивку каната на барабан и пересчитаем его рабочуюдлину при m = 3:

,

По ряду Ra 40 [2] принимаем l_б= 600 мм.

Отношение ,

что находится в допустимых пределах.

Толщина стенки обечайки барабана определяется по эмпирической формуле [1]:

δ_ст = 0,02·D_б + (6 … 10) мм.

В нашем случае δ_ст = 0,02 · 280 + 10 = 15,6 мм ≈ 16 мм.

Толщина реборды барабана конструктивно принимается равной d_к, но не более чем толщина стенки обечайки, δ_р = d_к = 14,0. Принимаем δ_р = 15 мм.

Барабаны, на которые канат навивают в несколько слоев, имеют реборды, которые, чтобы избежать сползания витков каната, должнывыступать над последним слоем 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 = 28,0 мм

Диаметр барабана по кругу вершин реборд определяем по формуле:

D_б.р= D_б + 2·m·d_к + 2·h_р,

откуда,

D_б.р = 280 + 2·3·14,0 + 2·28 = 420 мм.

По ряду Ra40 [2] принимаем D_б.р = 420 мм.

Полная длина барабана (габаритная) определяется по формуле:

L_б = l_б + 2·δ_р ,

Откуда

L_б = 600 + 2·15 = 630 мм.

Выбор электродвигателя

Необходимую мощность электродвигателя определяем по формуле:

Вт,

где S_к- тяговое усилие на барабане, S_к= 18660 Н;

V_к - скорость навивки каната на барабан, м/сек;

η_леб - к.п.д. механизма лебедки.

Определяем величину скорости V_к по формуле:

V_к = а·V_г,

где а - кратность полиспаста, а =3;

V_г - скорость подъема груза, V_г = 0,5 м/с.

С учетом этих значений, получим

V_к = 3 · 0,5 = 1,5 м/с.

К.п.д. механизма лебедки определяем следующим образом:

η_леб = η_мкх = η_б · η_ред = 0,96 · 0,94 = 0,9,

где η_б - к.п.д. барабана, равен 0,96, η_б = 0,98·0,98 = 0,96;

η_ред - к.п.д. редуктора, равный 0,94.

Подставив известные значения в формулу расчета мощности электродвигателя, получим

= 31100 Вт = 31,1 кВт

По каталогам электродвигателей [3] или по табл.4 [1], подбираем необходимый электродвигатель. Перегрузки электродвигателя допускается в пределах 5 %. Для среднего режима работы (ПВ=25%) выбираем трехфазный асинхронный электродвигатель 4А225М8У3-30х750 мощностью N_дв = 30кВт, с синхронной скоростью вращения 750 об/мин, с учетом скольжения фактическая скорость равна ω = 730 об/мин. Радиус корпуса электродви-гателя Вз = 247 мм. Габаритна длина электродвигателя L_дв = 840 мм.

4А225М4УЗ 30х750 - электродвигатель серии 4А, асинхронный защищеного исполнения, станина и щиты из чугуна, с высотой оси вращения 225 мм, с установочным размером М по длине корпуса, восьмиполюсный, для районов умеренного климата, третьей категории размещения.

4 Выбор редуктора

Определяем частоту вращения барабана по среднему диаметру навивки каната:

об/мин,

где D_ср - средний диаметр навивки каната (см. рис. 3).

D_ср =D_б + 3·d_к = 280 + 3 · 14,0 = 322 мм = 0,322 м

тогда

89,01 ≈ 89 об/мин.

Определяем требуемое передаточное число редуктора по формуле:

По [4], табл. 6 и 7 [1] выбираем редуктор по передаточному числу, син-хронной частоте вращения элеутродвигателя, режиму работы, мощности и межосевому расстоянию входного и выходного вала, моменту на выходном валу.
В табл. 6 [1] значение мощности, подводимой к редуктору, соответ-ствуют среднему режиму работы (ПВ - 25%). Для получения значений мощности при легком режиме работы табличные величины следует увели-чить, а при тяжелом - уменьшить на 15 ... 18 %. Вариантом задания на кур-совую работу определен средний режим работы лебедки, следовательно табличные значения принимаем без корректировки.

Выбираем редуктор типа Ц2-300–8–21–Ц-УЗ, схема которого приведена на рис. 4, с передаточным числом: ì_ред = 8,32, максимальной мощностью, которая может быть передана редуктором при 750 об/мин синхронных оборотах вала двигателя, - 40,3 кВт.

По [4], потабл.7 [1] находим все другие размеры редуктора :

Габаритные размеры редуктора: L = 620 мм, В = 300 мм, Н = 362 мм,

межосевое расстояние: А = А_Б + А_Т, А_Б – межосевое расстояние быстроходной ступени, А_Б = 125 мм, А_Т - межосевое расстояние тихоходной ступени, А_Т = 175 мм. Число зубьев передачи: Z1= 28, Z2 = 59, Z3 = 20, Z4 = 79.

Тогда межосевое расстояние (рис. 4)А = 125 + 175 = 300 мм.

Рисунок 4 - Схема двухступенчатого редуктора

Проверка возможности размещения электродвигателя и барабана лебедки с одной стороны редуктора (11 схема редуктора). Проверим выпол-нение следующего условия:

,

где В₃ - радиус корпуса электродвигателя;

S - промежуток между ребордой барабана и корпусом электродвигателя

обычно принимают S = 40 - 50 мм.

Если

,

то возможны три варианта изменения компоновки механизма лебедки:

а) выбрать другой редуктор с большими значениями АБ и АО;

б) разместить двигатель и барабан по разные стороны от редуктора;

в) ввести отдельную открытую зубчатую передачу (если по условию распо-ложения механизмов лебедки невозможно разместить двигатель и барабан по разные стороны от редуктора).

В нашем случае

,

507 > 300,

что недопустимо, следовательно электродвигатель и барабан необходимо разместить по разные стороны редуктора.

Определим действительную скорость подъема груза. Поскольку фактическая частотавращения барабана равна

об/мин,

то фактическая линейная скорость каната, навиваемого на барабан, будет равна

V_к.ф = π·D_ср·n_б.ф= 3,14 · 0,322 · 87,7 = 88,67 м/мин. = 1,478 м/с.

Следовательно, действительная скорость подъема груза равна

м/с

Отклонение действительной скорости подъема груза от заданной составляет

ΔV =

что не превышаетядопустимых .

Выбор тормоза

В электрореверсивных лебедках устанавливаются нормальнозамкнутые колодочные тормоза. Тормоз устанавливается соосно с валом электро-двигателя на быстроходном валу, как передающем наименьший вращающий момент. В качестве шкива тормоза используется упругая муфта, соединяющей вал электродвигателя с валом редуктора. При этом внешняя поверхность одной из ее частей (полумуфта) является тормозным шкивом (рис.5).
Тип тормоза и его основные параметры подбираются в зависимости от величины тормозного момента. По этому же моменту подбирается тип муфты и ее размеры.

Тормозной момент определяем по формуле:

М_т^т = М_дв^т · β, Н·м,

где М_дв^т - момент подлежащий торможению ( приведен к валу, на котором

установлен тормоз), Н·м;
β - коэффициент запаса торможения, принимается равным для легко-

го, среднего и тяжелого режимов работы 1,15, 1,75, 2,0, соответственно.

Момент, подлежащий торможению М_дв^т, определяется из следующего выражения:

Рисунок 5 - Схема двухколодочного тормоза с электрогидравлическим толкателем: 1- гидротолкатель; 2 - электродвигатель гидротолкателя; 3 – вертикальный шток; 4 – тяга, замыкающая пружину 12 сверху; 5 – фигурный рычаг; 6 – стойка с тормозной колодкой;7–тяга; 8 – стойка с тормозной колодкой; 9 – регулировочный винт; 10 – шкив тормоза; 11 – тяга, замыкаю-щая пружину 12 снизу; 12 – пружина .

Подставив численные значения, получим

Следовательно

и

По табл.9 [1] по величине тормозного момента М_т^т= 618,1Н·м подбираем двухколодочный тормоз типа ТКТГ-300с электрогидрав-лическим толкателем типа Т-45, параметры которых приведены ниже, а общий вид на рис.5.

Параметры колодочного тормоз типаТКТГ-300:

Тормозной момент М_Т^Т = 800 Н·м,

Диаметр тормозного шкива D_T= 300 мм,

ГабаритнаядлинатормозаА=803мм,
ГабаритнаявысотатормозаН=508 мм,
Размерыплечрычагов: Н₁=205мм, Н₂=230мм, G=390мм, q=60мм, F₁=422мм.
МассатормозаGТ =100кг,

Тип гидротолкателя Т-45 с номинальным толкающим усилием 450 Н.

В колодочном тормозе типа ТКТГ-300 с электрогидравлическим тол-кателем Т-45 (рис.5) замыкание колодок осуществляется усилиям двух сжа-тых пружин12, расположенных вертикальномеждутягами4 и 11. Штоки 3 толкателя 1 соединены с тормозной системой с помощью фигурного рычага 5.

При пуске лебедки электрический ток приводит в движение не только электродвигатель механизма подъема, но и параллельно включенный в цепь злектродвигатель 2 гидротолкателя 1. Вал электродвигателя 2 приводит во вращение крыльчатку, которая, выполняя роль насосного колеса, создает избыточное давление масла под поршнем гидротолкателя, перемещая поршень вверх.Вместе с поршнем перемещаются вверх два штока 3, которые вращают рычаг 5. Вместе с рычагом 5 вверх перемещается тяга 11, сжимая замыкающие пружины 12. Верхняя часть рычага 5 отклоняется влево и тягой 7 отводит стойку 8 с колодкой от тормозного шкива. Когда регулировочный винт 9 упрется в подставку, перемещение стойки 8 прекратится, рычаг 5 начнет вращаться вокру гверхнего шарнира и отводит стойку6 с колодкою от тормозного шкива. Первичная величина промежутка между колодкой и шкивом устанавливается в пределах 1-1,5 мм. Регулировка промежутк аосу-

Ществляется изменениемд лины тяги7.

При выключении электродвигателя лебедки электродвигатель гидро-толкателя выключается, пружина 12 разжимается, вращая все рычаги в об-ратной последовательности, и колодки прижимаются к тормозному шкиву.