Определение основных размеров сборочной единицы «Установка барабана»

На рисунке 1.5 [1] представлен один из возможных вариантов установки барабана, предназначенного для сдвоенного полиспаста, и показаны основные размеры.

Диаметр барабана по средней линии навиваемого каната принимается на 15 % меньше чем диаметры обычных блоков:

мм.

Принимаем D_б = 400 мм в соответствии со стандартным рядом размеров барабана (160; 200; 250; 320; 400; 450; 500; 560; 630; 710; 800; 900 и 1000 мм).

Определяется диаметр барабана по дну канавок:

мм.

Максимальный диаметр окружности, описываемой крайней точкой установки барабана предварительно принимается по соотношению

мм.

Рабочая длина каната:

L_к.р= H∙u_п = 15∙3 = 45 м,

где Н – высота подъема груза, м; u_п – кратность полиспаста.

Число рабочих витков определяют по соотношению

.

Шаг нарезки определяем по формуле:

мм.

Длина одного нарезного участка барабана равна:

мм,

где t – шаг нарезки, мм; z_р – число рабочих витков для навивки половины полной рабочей длины каната; z_непр=1,5 – число неприкосновенных витков каната, необходимых для разгрузки деталей крепления каната на барабане; z_кр = 3…4 – число витков для крепления конца каната.

Минимально допускаемое расстояние между осью блоков крюковой подвески и осью барабана:

мм.

Длина гладкого среднего участка может быть определена по формуле:

,

где В_нар – расстояние между осями наружных блоков выбранной крюковой подвески (В_нар=2В₃=2∙62=124 мм, рисунок А.1.1, в); [γ] = 6º – максимально принимаемое при предварительных расчетах значение угла отклонения каната от оси ручья блока.

мм.

Принимаем длину гладкого среднего участка l₀ = 200 мм.

Длину одного гладкого концевого участка определим как

=(4…5)∙16,5 = 66…82,5 мм; принимаем l_к = 70 мм.

Определим длину барабана:

L_б = 2∙(l_н + l_к)+ l₀ + В_з.в = 2∙(446,5 + 70) + 200 + 0 = 1233 мм.

Длина барабана превышает его диаметр в 3,08 раза (1233/400), что вполне приемлемо (до 3…4).

Используя соотношения подобия, полученные путем анализа существующих конструкций тележек мостовых кранов, определяем следующие размеры, показанные на рисунке 1.5 [1]: ширину опоры В_оп, зазор между барабаном и опорой δ, ширину основания опоры В_осн.оп, длину основания опоры L_осн.оп.

δ ≈ 0,05∙D_б = 0,05∙400 = 20 мм; δ₁= δ – (6…12) = 19 – 7 = 12 мм;

В_оп ≈ 0,2∙D_б = 0,2∙400 = 80 мм; В_осн.оп = (1…1,2)∙В_оп = (1…1,2)∙80 = 80…96 = 85 мм.

При компоновке механизма требуется определить длину установки барабана L_уст.б и длину основания опоры L_осн.оп, мм.

мм,

мм.

Высота оси барабана относительно основания внешней опоры может быть принята по соотношению:

мм.

Расстояния между присоединительными отверстиями вычисляются по формулам:

мм,

мм.

После определения основных размеров установки барабана вычерчивается ее габаритная схема (рисунок 1.5 [1]).

Выбор двигателя

Максимальная статическая мощность, которую должен иметь механизм во время установившегося движения, при подъеме номинального груза

кВт,

где η_мех = 0,80…0,85 – предварительное значение КПД механизма.

Выбираем серию двигателя МТВ, отличающуюся высоким классом нагревостойкости изоляции. С учетом коэффициента использования мощности

кВт.

Выбираем двигатель типа МТВ 411-6 ГОСТ 185-70 (рисунок А.4.1, таблицы А.4.1 – А.4.4), имеющий параметры: N_дв = 22 кВт; ПВ_дв = 25 %; n_дв= 965 мин^-1; длина L = 877 мм, высота H = 524 мм, ширина B₁ = 440 мм, d = 65 мм; d₂ = М42×2; l = l_хв = 140 мм (l₁ = 105 мм – конус); расстояние между отверстиями крепления 2С₁ = 335 мм и 2С = 330 мм; m_дв = 280 кг; КПД = 0,85; момент инерции ротора J_р.дв = 2 кг∙м²; максимальный момент Т_дв.max = 620 Н∙м (62 кгс∙м).

Выбор передачи

Выбор типоразмера редуктора производится по значению расчетного эквивалентного момента на тихоходном валу Т_р.э, Н∙м, требуемому передаточному числу механизма u_р.тр и частоте вращения ротора электродвигателя n_дв.

Для определения эквивалентного момента определим следующие параметры:

– коэффициент переменности нагрузки k_Q по формуле:

,

где k – коэффициент нагружения, зависящий от класса нагружения (таблица 1.4 [1]);

– частота вращения барабана определяется :

мин^-1;

– число циклов нагружения на тихоходном валу редуктора z_т:

,

где t_маш – машинное время работы механизма (таблица 1.5 [1] согласно заданию), ч;

– суммарное число циклов контактных напряжений зуба шестерни тихоходной ступени редуктора z_р :

,

где u_т=5 – среднее значение передаточного числа тихоходной ступени редуктора;

– коэффициент срока службы k_t:

,

где z₀ = 125∙10⁶ – базовое число циклов контактных напряжений типажных редукторов;

– коэффициент долговечности составляет:

;

– расчетный крутящий момент на тихоходном валу редуктора при подъеме номинального груза в период установившегося движения, Н∙м:

Н·м,

где η_б = 0,99 – КПД опор барабана;

– эквивалентный момент равен:

Н·м.

Требуемое передаточное число редуктора находится по соотношению:

,

где n_дв – действительная частота вращения вала электродвигателя, мин^-1.

Предварительно выбираем редуктор Ц2У-315Н (рисунок А.5.1, таблицы А.5.1 – А.5.3), имеющий передаточное отношение u_р = 40 и допускаемый крутящий момент на тихоходном валу Т_р.н = 8,6 кН∙м.

При выборе редуктора должно соблюдаться условие

Т_р.э ≤ Т_р.н ,

4639 < 8600Н∙м,

где Т_р.н – номинальный крутящий момент на тихоходном валу редуктора по паспорту, Н∙м.

Тихоходный вал данного редуктора выполнен в виде части зубчатой муфты.

Передаточное число выбранного редуктора u_р отличается от требуемого передаточного числа u_р.тр на

что значительно меньше 15 %. Поэтому оставляем предварительно выбранный редуктор Ц2У-315Н, имеющий следующие технические характеристики: передаточное отношение u_р = 40; допускаемый крутящий момент на тихоходном валу Т_р.н = 8,6 кН∙м; суммарное межосевое расстояние а_w.с=315+200=515 мм; диаметры концов тихоходного d_в.тих = 110 мм и быстроходного d_{в.быстр} = 50 мм валов; габаритные размеры (L×H×B), 1040×685×395 мм; масса редуктора m_p = 510 кг.

Фактическая скорость подъема груза:

м/c.

Фактический КПД механизма подъема:

,

где η_р – максимально возможное значение КПД для выбранного цилиндрического редуктора (для двухступенчатого Ц2У-315Н – η_р=0,96…0,97).

Выбор муфты

Для соединения валов двигателя и редуктора выбираем тип муфты – зубчатая, с промежуточным валом (рисунки А.6.1 и А.6.2). Такая муфта хорошо компенсирует возможные неточности монтажа и может передавать большие крутящие моменты.

Типоразмер муфт выбирают по диаметрам концов валов, соединяемых данной муфтой.

Диаметр концов валов: d_{в.быстр} = 50 мм (редуктор), d₂ = 65 мм – конусный вал (электродвигатель).

По таблице А.6.1. выбираем зубчатую муфту с тормозным шкивом. Данная муфта имеет следующие параметры: диаметр тормозного шкива должен соответствовать допустимому диаметру расточки, большему или равному по значению, чем диаметр вала электродвигателя (принимаем шкив диаметром D₁ = 150 мм с диаметром расточки до 65 мм). В полумуфтах допускается выполнять максимальные диаметры расточек во втулках под концы валов d_лев.max = d_прав.max = 65 мм; номинальный крутящий момент Т_м.н = 4000 Н∙м; масса m_м = 15,2 кг; момент инерции J_м = 0,015 кг∙м² (динамический момент J_м = 0,15 Н∙м²).

При этом расчетный момент муфты Т_р.м должен удовлетворять условию:

,

620 < 4000 Н·м,

где Н·м.

Далее рекомендуется также начертить «габаритку» муфты.

Выбор тормоза

Определим максимальное значение КПД механизма на участке кинематической цепи от крюка до тормоза:

.

Статический крутящий момент при торможении, создаваемый весом номинального груза на валу, на котором устанавливается тормоз,

Н·м,

где G – вес груза и крюковой подвески (G=149338 Н).

Расчетный тормозной момент определяем по формуле:

Н·м,

где k_т – коэффициент запаса торможения, назначаемый правилами Госгортехнадзора (для режима работы 4М k_т = 1,75).

По расчетному тормозному моменту выбирается автоматический нормально замкнутый тормоз. При этом должно выполняться условие:

,

где Т_т.н – номинальный тормозной момент тормоза, Н∙м.

Значению, большему чем Т_т.р = 400 Н∙м, соответствует тормоз ТКТ-300 конструкции «ВНИИПМАШ» (рисунок А.7.1) со следующими параметрами (таблицы А.7.1, А.7.2): номинальный тормозной момент Т_т.н = 500 Н∙м (50 кгс·м); относительная продолжительность включения катушки электромагнита ПВ_к.эл = 25 %; максимальный ход штока толкателя h_шт.max = 3 мм; требуемый диаметр тормозного шкива D_т.ш = 300 мм; ширина колодок В_к = 140 мм; масса тормоза m_тор = 93 кг, габариты A×H×E = = 783×650×243 мм. Рекомендуется начертить «габаритку» тормоза.