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; 

        uг – 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 

       Fk – наибольшее натяжение в канате (без учета динамических нагрузок), Fк = Fб = 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 

Lk – 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 

       Dб – диаметр барабана; Dб = D – d = 0,3 – 0,011 = 0,289 м.







Принимаем δ =14 мм.

Приняв в качестве материала барабана чугун марки СЧ 15(σв = 650 МПа;  [σсж] = 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 Pном = 9кВт и частоту вращения n = 915 мин -1. Момент инерции ротора Iр = 0,115 кг∙м2, максимальный пусковой момент двигателя Тмах = 195 Н∙м.



Частота вращения барабана :





где

       Dрасч – расчетный диаметр барабана, Dрасч = D = 0,3 м.







Передаточное число привода: 









Расчетная мощность редуктора:





где 

       кр  - коэффициент, учитывающий условия работы редуктора, кр = 2,2 (табл.1.34[1]).

       Р – наибольшая мощность, передаваемая редуктором при нормально протекающем процессе работы механизма, Р = Рс = 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  uр = 41,34 и мощностью на быстроходном валу при среднем режиме работы Рр = 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 Dт = 200 мм и наибольшим передаваемым крутящим моментом 500 Н∙м.

Момент инерции муфты Iм = 0,125 кг∙м2. Момент инерции ротора двигателя и муфты I =Iр+ Iм =0,115+0,125 = 0,24 кг∙м2.



Средний пусковой момент двигателя:





где

       ψmax – Тmax / Тном – максимальная кратность пускового момента электродвигателя: ;

       ψmin – минимальная кратность пускового момента электродвигателя, ψmin  = 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 Нср = 0,8Н = 0,8∙6 = 4,8м.

Тогда время установившегося движения 











Сумма времени пуска при подъеме и опускании груза за цикл работы механизма  ∑tП = 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)tу + ∑tП  = 2∙10∙24+3,881 = 483,88 с.

Среднеквадратичный момент:





.

Среднеквадратичная мощность двигателя:







.



Условие Рср < Рном соблюдается 4,4кВт < 9 кВТ.

Момент статического сопротивления на валу двигателя при торможении механизма :









Необходимый по нормам Госгортехнадзора момент, развиваемый тормозом, при kТ = 1,75 для среднего режима работы (табл.2.9[1]) ТТ = 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 DТ = 300 мм. Регулировкой можно получить требуемый тормозной момент ТТ = 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: