СОДЕРЖАНИЕ
1. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
1.1 ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ВКЛЮЧЕНИЯ
1.2 ГРУЗОПОДЪЕМНАЯ СИЛА
1.3 МОЩНОСТЬ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
1.4 ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
1.5 УГЛОВАЯ СКОРОСТЬ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
2. РАСЧЕТ КАНАТНО-БЛОЧНОЙ СИСТЕМЫ
2.1 МИНИМАЛЬНЫЙ ДИАМЕТР БАРАБАНА
2.2 ВОЗМОЖНЫЕ СХЕМЫ ПОЛИСПАСТОВ
2.3 КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГО ДЕЙСТВИЯ ПОЛИСПАСТА
2.4 НАИБОЛЬШЕЕ НАТЯЖЕНИЕ ВЕТВИ КАНАТА
2.5 РАЗРЫВНОЕ УСИЛИЕ КАНАТА
3. РАСЧЕТ БАРАБАНА
3.1 МИНИМАЛЬНЫЙ РАСЧЕТНЫЙ ДИАМЕТР БАРАБАНА
3.2 ОТНОШЕНИЕ МИНИМАЛЬНОГО КОНСТРУКТИВНОГО ДИАМЕТРА БАРАБАНАК ДИАМЕТРУ КАНАТА
4. РАСЧЕТ ДЛИНЫ БАРАБАНА
4.1 МИНИМАЛЬНАЯ ДЛИНА БАРАБАНА
4.2 РАССТОЯНИЕ МЕЖДУ ПОДШИПНИКАМИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
5. РАСЧЕТ РЕДУКТОРА
5.1 УГЛОВАЯ СКОРОСТЬ БАРАБАНА
5.2 ПЕРЕДАТОЧНОЕ ЧИСЛО РЕДУКТОРА
5.3 МИНИМАЛЬНОЕ ЗНАЧЕНИЕ МЕЖОСЕВОГО РАССТОЯНИЯРЕДУКТОРА ПО УСЛОВИЮ ПРОЧНОСТИ
6. РАСЧЕТ ГАБАРИТОВ И МАССЫ РЕДУКТОРА
6.1 ВЫСОТА РЕДУКТОРА
6.2 ШИРИНА РЕДУКТОРА
6.3 ДЛИНА РЕДУКТОРА
6.4 МАССА РЕДУКТОРА
6.5 МАССА ДВИГАТЕЛЯ
6.6 МАССА БАРАБАНА
6.7 РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА
7. КОМПОНОВКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ТАЛИ
8. ПРОВЕРКА ДВИГАТЕЛЯ ПО ПУСКОВОМУМОМЕНТУ
9. РАСЧЕТ МЕХАНИЗМА ПЕРЕДВИЖЕНИЯ
9.1 ВЫБОР ХОДОВЫХ КОЛЕС
9.1.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙМАССЫ ТЕЛЕЖКИ
9.1.2 ДАВЛЕНИЕ НА ХОДОВОЕ КОЛЕСО
9.2 РАСЧЕТ СОПОРОТИВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЮ
9.3 ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
9.4 ВЫБОР РЕДУКТОРА
9.5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ЗАПАСАСЦЕПЛЕНИЯ ПРИВОДНЫХ КОЛЕС С РЕЛЬСОМ ПРИ ПУСКЕ
9.6 ВЫБОР ТОРМОЗА
ЛИТЕРАТУРА
1. РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
Грузоподъемность m=4000 кг,скорость подъема V=0,2 м/с, высота подъема H=6м, режимнагружения L1, группа классификации механизма M2,число зубьев шестерни Z=21.
1.1 ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬВКЛЮЧЕНИЯ
Продолжительность включения механизмаподъема груза определена в расчетах ВНИИПТМаш (1), т.2, с. 103. Приравниваяумеренный режим нагружения к среднему имеем ПВ, %:Легкий Средний (умеренный) Тяжелый Весьма тяжелый 15 25;40 40 60
Принимаем ПВ 15%.
1.2 ГРУЗОПОДЪЕМНАЯ СИЛА
/>
где />–ускорение свободного падения.
1.3 МОЩНОСТЬЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
Статическая мощность электродвигателя припродолжительности включения в час ПВ 40%, принятой в каталогах:
/>
где />–предварительное значение КПД механизма.
Мощность электродвигателя при заданномзначении ПВ 15%, составит:
/>
1.4 ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
Выберем электродвигатели по ближайшейбольшей мощности (приложение):Тип двигателя
/>, кВт
/>, об/мин 4АВ132А4У3 5,5 1445 4АВ132А6У3 5,5 965 4АВ132В8У3 5,5 720
Расшифровка обозначения:
4 – символ соответствия стандарту МЭК;
А – асинхронный общепромышленный;
В – встраиваемый;
100 – высота вала,
А; В – длина сердечника статора (А — короткий, В — длинный);
4;6;8 – число полюсов;
У3 – климатическое исполнение (умеренныйклимат, неотапливаемое помещение)
1.5 УГЛОВАЯ СКОРОСТЬЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
/>
Получим для чисел полюсов />
/>
2. РАСЧЕТ КАНАТНО-БЛОЧНОЙСИСТЕМЫ
2.1 МИНИМАЛЬНЫЙ ДИАМЕТРБАРАБАНА
Минимальный диаметр барабана (по среднейлинии каната), из условия размещения электродвигателя
/>
где/>=225мм – диаметр статора;
/>=19 мм – глубина воздушного зазора;
d=10…20 мм – предварительное значение диаметра каната
Примем D=320 из ряда /> (допускается округлять дочетного числа).
2.2 ВОЗМОЖНЫЕ СХЕМЫПОЛИСПАСТОВ
/>
Рис.2. Схемы полиспастов. /> – число полиспастов; /> –кратность
2.3 КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЕЗНОГОДЕЙСТВИЯ ПОЛИСПАСТА
/>,
где /> – кратность полиспаста;
/>– КПД блока.
Получим:
/>;/>
2.4 НАИБОЛЬШЕЕ НАТЯЖЕНИЕВЕТВИ КАНАТА
Наибольшее натяжение ветви каната,указываемое в паспорте электрической тали
/>
Имеем:
/>
2.5 РАЗРЫВНОЕ УСИЛИЕ КАНАТА
Разрывное усилие каната в целом,принимаемое по сертификату (приложение)
/>,
где z=3.35 –минимальный коэффициент использования каната для заданной группы классификациимеханизма (приложение); /> –наибольшее натяжение ветви каната по п. 2.4.
Выберем канат типа />
Для найденных значений /> выбираем ближайшие большиезначения /> и соответствующие имдиаметры каната /> (табл.1).
Таблица 1
/>
/>
/>
/>
/> 12 11,5 7,51 1,96 6,57 21 11,5 7,51 1,99 6,66 31 9 4,54 1,34 4,515 22 9 4,54 0,99 3,33
Диаметр каната уменьшается по мереувеличения произведения zS
3. РАСЧЕТ БАРАБАНА
3.1 МИНИМАЛЬНЫЙ РАСЧЕТНЫЙДИАМЕТР БАРАБАНА
Минимальный расчетный диаметр барабана (посредней линии каната) из условия прочности
/>,
где /> –коэффициент выбора диаметра барабана по ИСО (приложение), т.е. отношениедиаметра барабана к диаметру каната для заданной группы классификации механизмаМ2; /> – диаметр каната.
Получим:
/>
3.2 ОТНОШЕНИЕ МИНИМАЛЬНОГОКОНСТРУКТИВНОГО ДИАМЕТРА БАРАБАНА К ДИАМЕТРУ КАНАТА
Отношение минимального конструктивногодиаметра барабана, найденного по п.2.1 к диаметру каната
/>
где D – диаметрбарабана из условия размещения электродвигателя; />–наибольшее значение диаметра каната из табл.1.
Очевидно, что число xпревышает число /> более, чем на 2шага по таблице выбора диаметра каната.
«…допускается изменение коэффициента />, но не более чем на 2 шагапо группе классификации с соответствующей компенсацией и путем изменениявеличины />…»
Полагаем, что возможно увеличение коэффициента/> более, чем на 2 шага,однако значение /> может бытьснижено не более, чем на 2 шага. В нашем случае диаметр барабана увеличенболее, чем на 2 шага. Уменьшим /> на /> шага, т.е. до значения z=3.15и вновь выберем диаметры канатов (табл.2)
Таблица 2
/>
/>
/>
/>
/> 12 11,5 7,51 1,96 6,18 21 11,5 7,51 1,99 6,27 31 9 4,54 1,34 4,24 22 9 4,54 0,99 3,13
Вновь выбранные диаметры каната меньше, первоначальные.Это позволяет уменьшить длину барабана или увеличить его канатоемкость (высотуподъема).
4. РАСЧЕТ ДЛИНЫ БАРАБАНА
4.1 МИНИМАЛЬНАЯ ДЛИНАБАРАБАНА
Минимальная длина барабана из условияобеспечения заданной высоты подъема
/>,
где /> –число полиспастов;
/> – диаметр каната;
/> – высота подъема;
/> – диаметр барабана;
/> – коэффициент длины ненарезанной (средней) частибарабана при сдвоенном полиспасте:
/>
/>
/>
Получим:
/>
Примечание:
В скобках – число витков каната на барабане:рабочее плюс 4 (2 – неприкосновенных и 2 – для крепления конца каната). Передскобкой – число полиспастов и шаг нарезки, равный />.После скобки – длина средней, ненарезанной части барабана (для сдвоенныхполиспастов).
4.2 РАССТОЯНИЕ МЕЖДУПОДШИПНИКАМИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
/>
где /> –длина петли обмотки статора;
/> – расстояние между лопастью вентилятора и петлейобмотки статора;
/> – расстояние между петлей обмотки статора и ступицейбарабана;
/> – длина посадочной части статора;
/> – ширина вентилятора;
6 мм– расстояние между вентилятором и ступицей (приложение);
е – число полюсов.
Получим:
/>
Вентиляторы обязательны для всех режимовнагружения, кроме легкого. ( />–расстояние между подшипниками электродвигателя); Условие размещение барабана наэлектродвигателе запишется в виде:
/>,
где /> –максимальная длина барабана; /> – длинабарабана, необходимая для обеспечения высоты подъема.
Имеем:
/>
Условие размещения барабана наэлектродвигателе выполняется для всех вариантов.
5. РАСЧЕТ РЕДУКТОРА
5.1 УГЛОВАЯ СКОРОСТЬБАРАБАНА
/>,
где V=0.2м/c–скорость подъема;
/> – кратность;
D – диаметр барабана.
Получим: />
5.2 ПЕРЕДАТОЧНОЕ ЧИСЛОРЕДУКТОРА
/>, где
/> – угловая скорость электродвигателя;
/> – число полюсов;
/> – угловая скорость барабана;
/> – кратность;
/> – число полиспастов.
Отсюда имеем:
/> />
/> />
/> />
Задан двухступенчатый соосный редуктор.Примем интервал передаточных чисел от /> до/>. Вариант />отбрасываем. Остальныезначения />принимаем так, как они определеныпо программе «Редуктор» реализуемой на ПЭВМ (приложение).
В программу вводят число зубьев первичноговала-шестерни />, совпадающего сномером задания, модуль первой ступени /> ипередаточное число />. Модуль первойступени находят из соотношения:
/>,
где />
/>
Дано: z=18. Получим: />
Выбираем модули /> из ряда:
/>
Программа «Редуктор» соблюдает 3 условия:
1) Равенство межосевых расстояний />;
2) Отношение диаметра второго вала кдиаметру первого вала составляет/> (попринципу равнопрочности валов);
3) Ряд модулей обеих ступеней стандартный.
5.3 МИНИМАЛЬНОЕ ЗНАЧЕНИЕМЕЖОСЕВОГО РАССТОЯНИЯ РЕДУКТОРА ПО УСЛОВИЮ ПРОЧНОСТИ
/>, где
/>– коэффициент твердости зубьев при />, />, /> соответственно;
/> — передаточное отношение второй ступени;
/> – крутящий момент на шестерни второй ступени:
/>,
где /> –грузовой момент на барабане, тогда
/>.
Для /> имеем:
/>.
Значения /> полученныена ЭВМ:
/>/>;
/> /> />
/>;
/>
/>, где
/> – количество ветвей каната;
/> – наибольшее натяжение ветви каната;
/> – диаметр барабана.
Получим:
/>
/>
/>
/>
Определим значения межосевых расстояний исравним их с минимальными:
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
6. РАСЧЕТ ГАБАРИТОВ И МАССЫРЕДУКТОРА
6.1 ВЫСОТА РЕДУКТОРА
/>,
где /> –коэффициент, учитывающий наличие корпуса;
/>
/>
/>
/>
/>
/>
6.2 ШИРИНА РЕДУКТОРА
Принимается равной межосевому расстоянию />.
6.3 ДЛИНА РЕДУКТОРА
/>
/>
/>
/>
/>
6.4 МАССА РЕДУКТОРА
/>,
где /> –коэффициент заполнения объема электрической тали металлическими деталями;
/> – плотность стали;
/>
/>
/>
/>
6.5 МАССА ДВИГАТЕЛЯ
для числа полюсов p=4;6;8 имеем m=35;34;50 кг из паспорта двигателя (приложение)
6.6 МАССА БАРАБАНА
/>
/>
/>
6.7 РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЕТА
Сведем результаты расчета в таблицу масс иопределим приоритеты: на первые места поставим самые легкие варианты.
Сводная таблица масс, кг.Число полюсов 4
6 8 Кратность 2 3 1 2
3 1 2 3 Общее передаточное число 60 40 81 40
27 30 30 20 Редуктор 394 210 684 210
89 89 89 89 Двигатель 35 35 34 34
34 50 50 50 Барабан 120 120 120 120
120 136 136 136 Суммарная масса 549 365 838 364
243 275 275 275 Приоритет 5 4 6 3
1 2 2 2
7. КОМПОНОВКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙТАЛИ
а) наименее металлоемкого варианта;
б) варианта, позволяющего получить наибольшуювысоту подъема груза (имеет наименьшее значение произведения /> и несколько большуюмассу).
Для выбранного производят проверкуэлектродвигателя по пусковому моменту и, в случае необходимости, возвращаются кальтернативному варианту.
/>
Рис. Компоновка электрической тали
8. ПРОВЕРКА ДВИГАТЕЛЯ ПО ПУСКОВОМУМОМЕНТУ
Условие пуска
/> ,
где /> – среднепусковой момент электродвигателя;
/> – момент инерции ротора электродвигателя;
/> – масса груза;
/> – диаметр барабана;
/>– кратность полиспаста;
/> – общее передаточное число редуктора;
/> – КПД механизма;
/> – КПД полиспаста;
/> – грузовой момент на барабане;
/> – время пуска:
/>
где /> –ускорение при пуске для грузоподъемностей />;
/>– скорость подъема;
коэффициент />учитываетнеучтенные вращающиеся массы.
Численный пример приведем для варианта831:
/>
/>
/>/>>34.5/> т.е. условиепуска выполняется.
9. РАСЧЕТ МЕХАНИЗМАПЕРЕДВИЖЕНИЯ
9.1 ВЫБОР ХОДОВЫХ КОЛЕС
9.1.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙМАССЫ ТЕЛЕЖКИ
На основании статистических данных массу тележки можновыразить зависимостью:
/> ,(1)
где /> — масса груза.
Получим: /> кг
Вес тележки:
/> ,(2)
Получим: />H
Вес груза:
/> ,(3)
Получим: />H
Вес тележки с грузом:
/> H ,(4)
9.1.2 ДАВЛЕНИЕ НА ХОДОВОЕ КОЛЕСО
/> H, (5)
Определим расстояние между боковыми роликами h из уравнения равновесия:
/>,(6)
где /> - давление набоковой ролик.
Целесообразно принять />.
Тогда получим для тележки:
/>,(7)
Вылет консольной тележки определится из компоновочногочертежа тележки, на котором необходимо обеспечить также размер />.
Определим диаметр ходового колеса />, мм
/> ,(8)
Получим: />мм
Итак, выберем колесо, диаметром 250мм: диаметр внутреннегоотверстия подшипника d=50мм.Значения /> и d принимают по ГОСТу 24.090.09-75, а значение /> в этом случае равно 0,4ммпо [4], с. 276 .
9.2 РАСЧЕТ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПЕРЕДВИЖЕНИЮ
Сила сопротивления передвижению тележки с грузом.
/> ,(9)
где f –коэффициент трения качения подшипников буксы ( f=0,015) см. [4], с. 275 ;
/> - коэффициент сопротивления реборды (/>), см. [4], с. 275 .
По формуле (9): /> H
9.3 ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
Номинальная мощность электродвигателя механизма передвижения:
/>Вт, (10)
Выбираем электродвигатель 4АСE90LЕ6
9.4 ВЫБОР РЕДУКТОРА
Угловая скорость ходового колеса:
/> ,(11).
Угловая скорость электродвигателя:
/>,(12).
Определим требуемое передаточное число:
/>,(13)
Принимаем редуктор ВКН-280 с передаточным числом
/>; диаметр быстроходного вала равен 25мм, масса редуктора 40 кг.
9.5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ЗАПАСАСЦЕПЛЕНИЯ ПРИВОДНЫХ КОЛЕС С РЕЛЬСОМ ПРИ ПУСКЕ
/> ,(14)
где /> — сила сцепленияприводных ходовых колес с рельсами;
/> — сила статического сопротивления передвижению тележкибез груза и без учета трения в подшипниках приводных колес;
/> — сила динамического сопротивления передвижениютележки без груза;
/> - допускаемое значение коэффициента запаса сцепления(/>=1,15), [4].
При этом />,(15)
где /> - коэффициентсцепления приводного ходового колеса с рельсом. Если исключено попадание влагии масел, то />,[5] с.12.
/> — число приводных колес.
Имеем по формуле (15): /> H
Определим />:
/>
Н, (16)
Определим />:
/>, (17)
где /> - максимальнодопустимое значение ускорения (замедления) тележки.
Принимая />, согласно[4], получим:
/> H
/>
Таким образом, запас сцепления при пуске достаточен.
9.6 ВЫБОР ТОРМОЗА
Тормозной момент определим как
/>, (18)
где /> — момент инерциивращающихся и поступательно движущихся масс, приведенных к тормозному шкиву.Т.к. тормозной шкив установлен на быстроходном валу редуктора, вращающегося отэлектродвигателя, то:
/>, (19)
где />, (20)
выберем муфту МУВП-25 с диаметром выходного вала 25мм. Моментинерции муфты /> /> диаметр тормозного шкива200мм.
Тогда получим: /> />
Коэффициент полезного действия механизма:
/>
Время торможения:
/> />,(21)
Тогда по формуле (19) получим:
/> Hм
Определим статический момент сопротивления передвижению приторможении:
/> Hм,(22)
По формуле (18) получим:
/>/> Hм
На чертеже механизма передвижения укажем: “ тормозотрегулировать на момент 10 Нм.
ЛИТЕРАТУРА
1. Правила устройства и безопаснойэксплуатации грузоподъемных кранов. ПБ10-382-00 М.: ПИО ОБТ. 2000, — 266с.
2. Александров М.П.Грузоподъемные машины. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана – Высшая школа, 2000, — 552с
3. Анурьев В.И.Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 томах. Т. 1. — М.: Машиностроение,1982. — 756 с.
4. Анурьев В.И.Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 томах. Т. 3. — М.: Машиностроение,1982. — 556 с.
5. КоросташевскийР.В., Нарышкин В.Н., Старостин В.Ф. и др. Подшипники качения:Справочник-каталог / Под ред. В.Н. Нарышкина, Р.В. Корасташевского. — М.: Машиностроение,1984. — 280 с.
6. Казак С.А., ДусьеВ.Е., Кузнецов Е.С. Курсовое проектирование грузоподъемных машин / Под ред.С.А. Казака. — М.: Высшая школа, 1983. — 320 с.
7. Кузьмин А.В.,Марон Ф.Л. Справочник по расчетам механизмов ПТМ. — Минск: Высшая школа, 1983. —352 с.
8. Яуре А.Г.,Певзнер Е.М. Крановый электропривод: Справочник. — М.: Энергоиздат, 1988. — 344с.
9. Приводы машин:Справочник / Под ред. В.В. Длоугого. — Л.: Машиностроение, 1982. — 384 с.
10. Анфимов М.И.Редукторы. Конструкции и расчет: Альбом. — М.: Машиностроение, 1993. — 464 с.
11. Поляков В.С.,Барбаш И.Д., Ряховский О.А. Справочник по муфтам. — Л.: Машиностроение, 1979. —344 с.
12. Справочник покранам: В 2 томах. Т. 2 / Под ред. М.И. Гохберга. — М.: Машиностроение, 1988. —560 с.
13. Абрамович И.И.,Березин В.Н., Яуре А.Г. Грузоподъемные краны промышленных предприятий:Справочник – М.: Машиностроение, 1973. 472с.