Выбор конструкции стального каната

Из практического опыта ниже приводятся некоторые варианты по применению канатов отечественного производства:
ГОСТ 2688-80 идет на стропы канатные, тали канатные, так же подходит для экскаваторов, кранов.
ГОСТ 3062-80 для устройства растяжек.
ГОСТ 3063-80 для устройства растяжек.
ГОСТ 3066-80 для устройства растяжек.
ГОСТ 3067-88 расчалочные и грозозащитные.
ГОСТ 3069-88 для крюковых подвесок, талей, тяговых установок, для стоячего такелажа.
ГОСТ 3070-88 для стоячего такелажа.
ГОСТ 3077-80 для лифтов, судовых подъемных устройств, металлургических кранов.
ГОСТ 7665-80 для талей, металлургических кранов, кранов.
ГОСТ 7667-80 для кранов шахтных установок.
ГОСТ 7668-80 для канатных строп, экскаваторов, кранов, судовых подъемных устройств, металлургических кранов.
ГОСТ 7669-80 для экскаваторов.
ГОСТ 16853-88 для буровых установок эксплутационного и глубокого разведочного бурения.
ГОСТ 13840-88 пряди арматурные для армирования предварительно напряженных ЖБК.
Размеры некоторых типов канатов приведены в ссылке "размеры канатов".

По выбранному диаметру каната рассчитывают диаметры блоков и барабана.

Определение размеров барабана

Размеры барабана зависят от диаметра каната, высоты подъема и количества слоев каната, укладываемых на барабан. Многослойную укладку каната применяют при жестких требованиях к габаритам (длине) барабана.

Диаметры подвижных блоков и канатного барабана по дну ручья [2]

D_бл = D_бар = (е - 1)d_к, (4.8)

где е – коэффициент, принимаемый по режиму работы механизма. Для легкого режима работы е = 20, для среднего – 25, для тяжелого – 30 [2].

Полученные диаметры округляют до стандартных или числа кратного 10. Примеры канатных барабанов приведены на рис. 4.5.

Рис. 4.5 – Примеры барабанов для однослой-

ной навивки каната

Рабочая длина барабана L_б при многослойной навивке определяется по

формуле [1]:

, ( 4.9)

где L_к – длина каната [м]

L_к = (m + 1)H + (1,5 + 2)pD_б, (4.10)

где t – шаг витков каната, принимаемый по приложению 3 ( при навивке на гладкий барабан t = d_к); с – число слоев навивки каната на барабан; с = 3 … 4, m – кратность полиспаста; 1.5 – минимальное число витков каната, которое должно остаться на барабане при крайнем нижнем положении крюковой подвески; 2 – минимальное число витков для закрепления каната на барабане.

Выбор электродвигателя

Электродвигатели выбираются по статической мощности с учетом питающего напряжения, режима работы и состояния окружающей среды.

Статическая мощность электродвигателя определяется по зависимости

[кВт] (4.11)

где v_нб – скорость набегания каната на барабан, м/с, v_нб = v_грm; – к.п.д. механизма подъема, = 0,85 … 0,8.

По каталогу выбирают электродвигатель ближайшей большей мощности. При работе механизма в повторно-кратковременном режиме предпочтительно выбирать электродвигатели с фазным ротором (с контактными кольцами).

Подбор редуктора

Редуктор согласует параметры электродвигателя с параметрами канатного барабана (исполнительного механизма), обеспечивая получение необходимых частоты вращения барабана и вращающего момента на барабане. Основными характеристиками редуктора являются [2] момент на тихоходном валу, передаточное отношение (см. зависимость 3.2), частота вращения быстроходного вала и мощность на быстроходном валу) мощность электродвигателя), сумарное межосевое расстояние.

Момент на тихоходном валу редуктора равен вращающему моменту на валу барабана 9 (без учета КПД муфты и опор вала барабана)

М_б =0,5F_нб(D_б + d_к). (4.15)

Частота вращения барабана n_б находится из зависимости для окружной скорости [1]

v=[(pD_б+d_к)n_б]/1000, [м/мин] (4.16)

По приложению 5 или по адресам: подбирают редуктор необходимого типоразмера.

В связи с тем, что фактические параметры передачи при выборе типового редуктора несколько отличаются от расчетных, необходимо определить, фактическую частоту вращения барабана

n_бфакт = n_дв/u_ред . (4.17)

Тогда скорость навивки каната на барабан

V_кфакт = p(D_б + d_к)n_факт/1000, [м/мин] (4.18)

Скорость подъема груза составит

v_факт = V_кфакт /m. (4.19)

Погрешность скорости подъема груза в процентах составит

dv = (v- v_факт)100%/v. (4.20)

Компоновка механизма подъема

После выбора узлов лебедки составляют ее компоновочную схему на формате А4. Масштаб 1:10.

На рис. 4.6, а, б показаны варианты компоновки механизмов подъема с индивидуальным приводом и одинарным и сдвоенным силовым полиспастом.

Сдвоенный полиспаст применяется, например, в механизмах подъема мостовых кранов. Электродвигатель 1 валом-вставкой 3 через муфты 2 и 4 соединен с редуктором 6. На полумуфте, расположенной на входном валу редуктора, установлен нормально замкнутый тормоз 5.

Рис. 4.6 – Примеры компоновок механизмов подъема с полиспастом

Такое расположение обеспечивает минимальные габариты тормоза, так как на входном валу редуктора наименьший тормозной момент, по которому подбирается тормоз. В расточке конца выходного вала редуктора установлена опора для оси 9 барабана 8. Крутящий момент от редуктора на барабан передается через встроенную зубчатую муфту 7, что обеспечивает уменьшение габаритов механизма подъема по длине. Второй конец вращающейся оси 9 через сферические самоустанавливающиеся шарикоподшипники опирается на внешнюю подставку.

2. Задание

2.1. Определить максимальное натяжение каната F_max и подобрать канат.

2.2. Определить размеры барабана.

2.3. Подобрать электродвигатель.

2.4. Подобрать редуктор.

2.5. На формате А4 в масштабе 1:10 изобразить механизм подъема.

Литература

1. Добронравов С.С., Дронов В.Г.Строительные машины и основы автоматизации: Учеб. строит. вузов. – М.: Высш. шк. 2001, – 575 с. ; ил.

2.Парницкий А. Б., Шабашов А. П.. Мостовые краны общего назначения конструкция, расчет, эксплуатация. Изд. 4-е, исп. и доп. – М.: Машиностроение, 1971., 352 с.

3. Павлов Примеры расчетов кранов

4. http://krankruk.ru/index-4.html#.

5. http://www.energodrive.ru/electromotor.asp?id=8.

6. http://74red.ru/catalog/?item=8,

7. http://www.zarem.ru/content/view/19/63/, 8. 8. 8.http://www.promdetalizh.ru/product/catalogue1/Reduktory_tipa_RM/product52.html

Варианты заданий

Приложение 1

Варианты заданий

№ вари-анта	Масса груза, кг	Скорость подъема груза, м/мин	Высота подъема, м	Характеристика окружающей среды	Относительная продолжительность включения, ПВ%
				чистая
				горячие грузы
				пыльная
				чистая
				горячие грузы
				пыльная
		10,5		пыльная
				чистая
				горячие грузы
				пыльная
				чистая
				горячие грузы
				чистая
		1,5		горячие грузы
		0,5		чистая
		0,8		горячие грузы
		1,4		чистая
				горячие грузы
				пыльная
				пыльная

Работа N 5

ИЗУЧЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ ТРАНСМИССИИ

И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЯГОВЫХ УСИЛИЙ АВТОМОБИЛЯ

Цель работы: изучение методики тягового расчета автотранспортного средства.

Задачи:

1. Ознакомиться с работой механической трансмиссии.

2. Изучить силовых и кинематических характеристик трансмиссии и их взаимосвязи.

3. Выполнить тяговый расчет автомобиля. (задания в приложении1).

Основные сведения

Трансмиссией называют систему механизмов для пере­дачи энергии от двигателя к исполнительным органам машины с из­менением скоростей, крутящих моментов, направления и вида дви­жения. Трансмиссия расположена между силовым агрегатом (двигателем) и исполнительными органами машины (ведущие колеса автомобиля, механизм вращения и т.п. В строительных машинах применяют трансмиссии: механические, электрические, гидравлические, пневматические и комбинированные (электромеханические, электрогидравлические.

Упрощенная кинематическая схема механической трансмиссии автомобиля изображена на рис.5. 1.

Рис. 5.1 – Схема трансмиссии автомобиля: 1– двигатель, 2 – фрикционная муфта (сцепление), 3 – коробка передач, 4, 5 – теле - скопический карданный вал, 6 – главная передача, 7 – дифференциал, 8 – ведущие полуоси, 9 – ведущие задние колеса-колесный движитель, 10 – ведомые передние колеса

Двигатель 1 через фрикционную муфту 2 (сцепление) соединён с первичным валом коробки передач 1. Вторичный вал коробки передач соединён с механизмом ведущего 6,7 (заднего) моста посредством телескопического карданного вала 4, 5.

Дисковая фрикционная муфта 2 обеспечивает плавное соединение и кратковременное разъединение двигателя с механизмом ведущего моста при переключении передач и запуске двигателя. Четырехступенчатая коробка передач 3 предназначена для ступенчатого изменения передаточного отношения (частоты вращения движителей), реверсирования (изменения направления вращения движителей) и отсоединения двигателя от привода ведущих колес при остановке автомобиля.

Телескопический карданный вал 4, 5 состоит из двух валов, соединенных с помощью шлицев и шарнирных муфт Кардана. Муфты Кардана обеспечивают передачу крутящего момента от коробки передач к заднему мосту под некоторым углом, образующемся при перемещении моста в вертикальной плоскости. Это происходит при движении автомобиля по неровной дороге. Вертикальное перемещение ведущего моста изменяет расстояние от вторичного вала коробки скоростей до вала ведущей шестерни 1 (см. рис. 2). Шлицевое соединение валов обеспечивает передачу крутящего момента при смещении ведущего моста.

Механизм ведущего моста состоит из главной передачи (колеса 1 и 2) и симметричного конического дифференциала (рис. 5.2) [5].

Рис. 5.2 – Схема дифференциала: 1 – ведущая шестерня, 2 – коническое колесо, 3 – корпус дифференциала, 4 – ведущие полуоси, 5 – сателлиты, 6 – полуосевые шестерни

Главная передача (конические колеса 1 и 2) представляет собой конический зубчатый редуктор, она также увеличивает кутящий момент и через дифференциал передает его на ведущие полуоси. Устройство дифференциала допускает вращение ведущих колес автомобиля с разными угловыми скоростями при движении по криволинейному пути или буксовании одного из ведущих колес.

Коробка передач

Коробка передач состоит из набора цилиндрических зубчатых колес z₁ … z₁₀ и четырех валов 1, 2, 3 и 4, связанных через зубчатые колеса

см. рис. 5 3. Валы: ведущий (первичный) 1, ведомый (вторичный) 2, промежуточный 3 и дополнительный валик 4 для установки блока шестерен реверса z₆–z₇.

Введение в зацепление двух колес обеспечивает определенное передаточное число и соответственное изменение частоты вращения и увеличение крутящего момента на вторичном валу.

Колеса имеют следующее количество зубьев: z1 = 18 , z2 = 23, z3 = 29, z4 = 52, z5 = 12, z6 = 14, z7 = 12, z8 = 14, z9 = 20, z10 = 27.

Колесо z1 жестко закреплено на валу 1, в ступице колеса имеется

гнездо для подшипника, служащего опорой для ведомого вала 2.

На ведомом валу 2 расположены колеса z₂, z₃, и z₄ и зубчатая муфта 5,

которые могут перемещаться в осевом направлении по шлицам. На промежуточном валу 3 установлен блок шестерен z₁₀, z₉, z₈ и z₅.

Зубчатые колеса z₁ и z₁₀ находятся в постоянном зацеплении, поэтому при подключении ведущего вала 1 к двигателю с помощью сцепления будет вращаться и весь блок шестерен z₁₀ – z₉ – z₈ – z₅. Также в постоянном зацеплении находятся колеса z₅ и z₆, поэтому при включенной коробке передач вращается и блок шестерен z₆ – z₇.

а) б)

Рис. 5.3 – Схема коробки скоростей: а – развертка по осям, 1 – первичный (ведущий) вал, 2 – ведомый (вторичный) вал, 3 – промежуточный вал, 4 – дополнительный валик, б – свертка

Вычисление передаточных отношений передач трансмиссии

Передаточное отношение пары колес [3, 4], например z₁ – z₁₀ (см. рис. 5.3) определяется по формуле

i_1-10 = -w₁/ w ₃=- z10/z1, (5.1),

где w ₁ – угловая скорость ведущего вала (1),

w ₃ – угловая скорость ведомого (3) вала для данной передачи.

Знак (минус) показывает, что вращение ведомого вала имеет противоположное направление по отношению в ведущему валу.

Для включения первой передачи колесо z₄ вводят в зацепление с колесом z₅ . Передача вращения будет происходить по кинематической цепи z₁ – z₁₀ – z₅ – z₄.

Поэтому передаточное отношение кинематической цепи [3] первой передачи

, (5.2)

где i_1-10 – передаточное отношение первой пары колес z₁ – z₁₀,

i_5-4 – передаточное отношение второй пары колес z₅ – z₄.

Для включения второй передачи колесо z₃ вводят в зацепление с колесом z₈. Передача вращения будет происходить по кинематической цепи z₁ – z₁₀ – z₃ – z₈. и тогда передаточное отношение второй передачи по аналогии с (3)

(5.3)

По аналогии запишем передаточное отношение для третьей передачи – кинематическая цепь z₁ – z₁₀ – z₉ – z₂

(5.4)

Четвертая передача включается введением муфты 5 в зацепление с зубчатой полумуфтой колеса z₁ – происходит прямое соединение ведущего (1) и ведомого (2) валов. Включается прямая передача момента от ведущего вала к ведомому.

i^IV = 1. (5.5)

Для движения автомобиля задним ходом реверсируют, т.е. изменяют направление вращения ведомого вала и остальных звеньев кинематической цепи, включая ведущие колеса.

У двигателей внутреннего сгорания (ДВС) направление вращения не изменяется. Поэтому в трансмиссии с двигателем внутреннего сгорания реверсирование осуществляется перемещением колеса z₄ (на схеме коробки передач влево) и введением его в зацепление с колесом z₇. Конструктивно блок шестерен z₆ – z₇ располагается вне плоскости рисунка, что и поясняет свертка коробки скоростей (рис. 5.3, б).

Тогда

(5.6)

Передаточное отношение трансмиссии определяют как произведение передаточных отношений передач коробки скоростей и передаточного отношения главной передачи

(5.7)

где i_кс – передаточное отношение одной из четырех передач коробки скоростей – см. выше зависимости 2 … 6;

i_гп – передаточное отношение главной передачи, в данном расчете можно принять i_гп =6,8.