Курсовая работа (т): Расчет грузоподъемных механизмов с канатно-блочными системами

Блоки могут быть установлены единично или группами на единой оси, называемыми блочными обоймами. Ради наглядности изображения блоки в каждой из указанных групп показаны раздвинутыми. Единичные блоки, называемые отклоняющими, служат для изменения направления каната, а блоки, объединенные в обоймы, вместе с канатом образуют полиспаст, кратно преобразующий входной параметр - скорость υк навивки каната на барабан в выходной параметр - скорость подъема груза υr. Обычно υк < υr. Кратностью полиспаста обычно называют отношение i= υк/υr. В таком же отношении, с учетом потерь энергии на трение каната о боковые стенки ручьев блоков, в подшипниках блоков и деформации проволок в канате при перегибах на блоках, учитываемых КПД полиспаста η, преобразуется сила тяжести груза вместе с грузозахватными приспособлениями mg в усилие в навиваемой на барабан ветви каната S=mg/(iη).

Верхнюю блочную обойму полиспаста, называемую неподвижной, подвешивают к каркасу здания или элементам грузоподъемной машины. Нижнюю обойму называют подвижной или крюковой из-за наличия на ней крюковой подвески.

Правило: кратность полиспаста численно равна отношению числа ветвей каната, на которых подвешен груз, к числу ветвей, идущих на барабан. Кратность полиспаста всегда есть целое число. При четной кратности конец каната закреплен на неподвижной, а при нечетной на подвижной обойме. Приведенное правило справедливо для полиспастов с навивкой на барабан одной ветви каната.

Если же на один или на два барабана навиваются две ветви, то каждая из этих ветвей удлинится на hn/2 (n - число ветвей каната, на которых подвешен груз). Таким образом, приведенное выше правило в общем случае можно сформулировать так: кратность полиспаста равна отношению числа ветвей каната, на которых подвешен груз, к числу ветвей, навиваемых на приводной барабан.

Усилие, растягивающие канат, зависит от веса поднимаемого груза и схемы запасовки каната. Согласно заданию принята следующая схема подвески груза:

Рисунок 4 - Схема подвески груза

Для данной схемы подвески груза установим кратность полиспаста iп и общий коэффициент полезного действия полиспаста ηп.

Под кратностью полиспаста понимают отношение количества ветвей каната, на которых подвешен груз, к числу ветвей, идущих на барабан:

, (1)

где K1 - количество ветвей, на которых висит груз;

K2 - количество ветвей каната, идущих на барабан.

Под коэффициентом полезного действия полиспаста понимают все потери в блоках, входящих в систему при огибании их канатом:

ηп = ηпбл, (2)

где ηбл - КПД одного блока, ηбл ≈ 0,96…0,99;- количество блоков в полиспасте.

ηп = 0,963=0,88

Максимальное усилие в ветви каната Рк, идущей (навиваемой) на барабан определяется по формуле:

 , (3)

где Q+q - суммарная масса груза, кг;п - кратность полиспаста;

ηпол - КПД полиспаста.

По максимальному усилию в ветви каната Рк, идущей (навиваемой) на барабан, и коэффициенту запаса прочности определяем допустимое разрывное усилие в канате с учетом режима работы по формуле:

, (4)

 Н

где k - коэффициент запаса прочности, принимаемый по таблице 2, /1/;= 5.5 - для среднего режима работы;

Рк - усилие, растягивающее канат, Н.

Таблица 2 - Значения коэффициента запаса прочности k и зависимость наименьшего диаметра блока или барабана Dб от диаметра каната dk .

По допустимому разрывному усилию Sp подбираем соответствующие канаты, таблица 3 и 4, /1/.

Таблица 3 - Канат двойной свивки типа ТК конструкции 6х19(1+6+12)+1 о.с (по ГОСТ 3070-74)

Таблица 4 - Канат двойной свивки типа ТК конструкции 6х37(1+6+12+18)+1 о.с (по ГОСТ 3071-74)

Учитывая величину разрывного усилия, принимаем канат двойной свивки типа ТК конструкции 6´19 (1+6+12)+1 о.с. по ГОСТ 3070-74, диаметр каната принимаем равным 11 мм, таблица 3, /1/.

.3 Расчет и конструирование барабана

Барабаны цилиндрической формы с бортами (ребордами) для предотвращения соскальзывания каната изготавливают из чугунного или стального литья или сварными из листовой стали. По условиям обеспечения требуемой долговечности каната минимальное отношение диаметра барабана к диаметру каната в зависимости от режима работы механизма принимают не менее 11,2...25. Канат укладывается на барабане в один слой (однослойная навивка) или в несколько слоев (многослойная навивка). В первом случае рабочая поверхность барабана имеет канавки, а во втором - ее выполняют гладкой. Конец каната закрепляют на барабане клином, винтом или прижимными планками с болтами на рабочей поверхности барабана или на его реборде.

В данном расчете принят барабан с канавками для каната. Минимальный диаметр барабана зависит от диаметра каната и от режима работы грузоподъемного устройства. С учетом того, что задан средний режим работы строительного крана, зависимость наименьшего диаметра блока или барабана Dб от диаметра каната dK будет определяться формулой, таблица 2, /1/:

б ≥ 18 dk (5)б ≥ 18×11 ≥ 198 мм

Принимаем Dб = 200 мм.

По заданной высоте подъема груза, кратности полиспаста определяем длину каната Lк с учетом длины каната, огибающей диаметр барабана, по формуле:

Lк = Н × iп + (2…3) ×π×Дб, (6)

где Н - высота подъема груза, м;п - кратность полиспаста;

Дб - диаметр барабана, м.

Lк = 30×2 + 2×3,14×0,2 = 61,2 м

Добавляем 2 м каната, который остается на блоках.

Lк = 61,2 + 2 = 63,2 м

Принимаем длину каната Lк = 63 м.

По длине каната навиваемой на барабан Lк, диаметру барабана Дб определяем рабочую длину барабана при многослойной навивке по формуле:

 , (7)

где Lк - длина каната, навиваемого на барабан, м;- число слоев навивки каната;- шаг витков каната, м, таблица 5, /1/.

Рисунок 5 - Профиль канавок на барабане.

Таблица 5 - Размеры профиля канавок на барабанах, мм

Соотношение между длиной барабана Lб и диаметром Дб, должно находиться в пределах:

Выполняем расчет при однослойной навивке каната на барабан: m = 1.

 ; 6,15 > 4 - соотношение не выполняется

При двухслойной навивке каната на барабан: m = 2

 ; 2<2,9<4 - соотношение выполняется.

Принимаем двухслойную навивку на барабан.

Толщина стенок чугунного литого барабана определяется зависимостью:

δ≥0,02 Дб + (6…10), мм, но не менее 12 мм.

δ = 0,02 · Дб +10 = 0,02·200 + 7=11 мм, принимаем δ=11 мм.

Высота борта над последним слоем навивки:= 2·dk = 2 · 11 = 22 мм.

Рисунок 6 - Барабан для многослойной навивки каната.

.4 Кинематический расчет и подбор кранового электродвигателя

При подборе электродвигателей учитывается режим его работы. Так, например, крановые механизмы подразделяются на группы в зависимости от коэффициента использования в течение года, коэффициента использования в течение суток, относительной продолжительности включений, средней температуры окружающей среды. При среднем режиме работа производится с грузами различной величины, со средними скоростями при числе включений в час до 120.

Для привода крановых подъемных механизмов, работающих при повторно-кратковременном режиме, предназначаются электродвигатели серий МТ. Обозначение МТ соответствует электродвигателям с фазным ротором. Обозначения МТК - с короткозамкнутым ротором. Первая цифра двухзначного числа условно характеризует наружный диаметр статорных листов, вторая - их длину, третья - полюсность машины.

При подборе электродвигателей учитывается режим его работы, таблица 6, /1/.

Таблица 6 - Характеристика режимов эксплуатации

По заданной окружной скорости подъема груза υгр = 0,3 м/с и кратности полиспаста iп =3, определяем скорость каната, навиваемого на барабан, по формуле:

υк = iп×υгр, (8)

υк = 3×0,3 = 0,9 м/с

где υгр - заданная окружная скорость подъема груза, м/с;п - кратность полиспаста.

По максимальному усилию в канате Рк и скорости навивки каната на барабан определяем необходимую мощность на валу барабана:

 (9)

Мощность на валу электродвигателя с учетом КПД привода:

, (10)

 =

где η - КПД привода, зависит от конструкции передаточного устройства, страница 64, /1/.

Тип передачи - двухступенчатый редуктор с КПД = 0,96

По вычисленной мощности электродвигателя подберем крановый двигатель типа МКТ или МТКВ по таблице 8, /1/

Таблица 7 - Основные параметры крановых электродвигателей переменного тока с короткозамкнутым ротором серии МТКВ

Тип двигателя        Мощность по валу, кВт    Частота вращения вала, минМомент

инерции,

.5 Кинематический расчет и подбор механических передач

Передачи служат для изменения скорости, крутящего момента, траектории или характера движения, направления движения (реверсирование), плоскости движения и других параметров.

Основными параметрами передач являются коэффициент полезного действия (КПД), передаваемая мощность и передаточное число.

По скорости навивки каната на барабан υк и его диаметру dк определяем число оборотов барабана по формуле:

 , (11)

где υк - скорость навивки каната на барабан, м/с;

dк - диаметр каната, м;

Дб - диаметр барабана, м.

 об/мин

Передаточное число передачи от двигателя к барабану определяем по формуле:

 , (12)

где nдв. - частота вала, мин;

nб. - число оборотов барабана, об/мин.

B строительных машинах широкое распространение получили зубчатые передачи в корпусах, залитых маслом, - редукторы. ГОСТ 20373 - 74 предусматривает изготовление редукторов по различным конструктивным схемам: цилиндрических (36 вариантов сборки), коническо-цилиндрических (6 вариантов сборки) и червячных (10 вариантов сборки).

Цилиндрические редукторы типа Ц2 изготовляют десяти типоразмеров с межцентровыми расстояниями от 200 до 1000 мм (таблицы 18 и19, /1/) и пятнадцати исполнений по сборке в зависимости от числа выходных концов вала (2, 3 или 4) и от их конструкции: конические, цилиндрические, с венцом под зубчатую муфту и др. Быстроходная пара редукторов типа Ц2 выполнена двойной (рисунок 7).

Рисунок 7 - Схема редуктора: