Материал: Проектирование электролебедки по заданной схеме

Проектирование электролебедки по заданной схеме

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Московский государственный университет технологий и управления имени К.Г. Разумовского

КУРСОВАЯРАБОТА

По дисциплине: Механика

На тему: Проектирование электролебедки по заданной схеме

Омск - 2015 г.

Содержание

Введение

. Общие сведения о электролебедках

.1 Историческая справка

.2 Устройство и область применения

. Расчет и выбор параметров лебедки

.1 Выбор полиспаста

.2 Выбор каната

.3 Расчет геометрических размеров блоков

.4 Расчет геометрических размеров барабана

.5 Расчет крепления каната

. Расчет привода лебедки

.1 Выбор электродвигателя

.2 Выбор редуктора

.3 Выбор муфт

.4 Выбор тормоза

Заключение

Список литературы

Введение

Целью данного курсового проекта является проектирование электрической лебедки.

Электрическая лебедка относится к классу грузоподъемных машин и служит для перемещения груза в вертикальной плоскости на строительно-монтажных, ремонтных и погрузочно-разгрузочных работах[1].

Машины данного типа обеспечивают механизацию всех подъемных и значительную часть вспомогательных и перегрузочных операций производственных процессов.

Поэтому подъемно-транспортное оборудование в настоящее время превратилось в один из основных решающих факторов, определяющих эффективность производства.

Правильный выбор подъемно-транспортного оборудования влияет на нормальную работу и высокую эффективность производства [2].

Поэтому одним из важнейших факторов способствующих росту эффективности производства, его скорейшему совершенствованию, а также развитию научно-технического прогресса в целом является проблема повышения уровня подготовки специалистов[3].

Решению этой задачи способствует выполнение курсового проекта по дисциплине «Механика», так как прививает будущим инженерам навыки рационализации, изобретательства, пользования справочной литературой, а также навыки производства расчетов на прочность, жесткость, износостойкость, долговечность и другие виды работоспособности деталей машин [4].

1. Общие сведения о электролебедках

1.1 Историческая справка

Лебедка- механизм, тяговое усилие которого передается посредством каната, цепи, троса <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D1%80%D0%BE%D1%81> или иного гибкого элемента от приводного барабана. Предназначается в основном для подъема груза по вертикали, но иногда используется и для перемещения груза по горизонтали.

Лебедки существуют с древнейших времен. На заре истории человечества механизм лебедки приводился в движение исключительно мускульной силой, но с развитием техники появились и лебедки с механическим приводом. Поначалу механический привод был паровым, затем на базе двигателей внутреннего сгорания и, наконец, совсем недавно (по историческим меркам) появились электрические лебедки, отличающиеся от предшественниц компактностью и удобством в применении.

Правда и ручные лебедки не ушли окончательно в прошлое. Они модернизировались и продолжают активно использоваться и в наше время. Лебедка может использоваться как самостоятельно, так и в составе более сложных грузоподъемных механизмов. К примеру, возможно применение монтажной лебедки как комплектующей для мачтовых подъемников. Также лебедки входят и в конструкцию грузоподъемных кранов (козловых или башенных) и многих других подъемных механизмов.

Современные лебедки подразделяются на ручные (с ручным приводом) и электрические (с электрическим приводом). Для того чтобы поднять груз целесообразно применять электрическую лебедку с так называемой жесткой связью (то есть с зубчатыми передачами между двигателем лебедки, ее тормозом и барабаном). Существуют также и фрикционные лебедки. Так называют лебедки, у которых связь между канатом и барабаном фрикционная. Такой тип лебедок не применяется как самостоятельный механизм для грузоподъемных работ. В настоящее время электрические лебедки фрикционного типа сохраняются только как комплектующие кранов с групповым механическим приводом от одного двигателя.

.2 Устройство и область применения

Обычная лебедка с электроприводом (рисунок 1.1) состоит из смонтированных на раме 1 гладкого барабана 2, цилиндрического редуктора 3, управляющей аппаратуры: контроллера 4 и пускорегулирующих сопротивлений, размещенных в ящике 5, электродвигателя 8. Между двигателем и редуктором установлен электромагнитный тормоз 6.

Рисунок 1.1 Подъемная лебедка

Тормоз нормально замкнут, то есть его колодки прижаты к тормозному шкиву и отходят от него только при прохождении через катушку электрического тока. Крутящий момент от двигателя передается на ведущий вал редуктора через муфту 7, а от ведомого вала редуктора на барабан - через зубчатые венцы. В случае необходимости некоторые лебедки сочетают с полиспастом <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%BE%D0%BB%D0%B8%D1%81%D0%BF%D0%B0%D1%81%D1%82> (рисунок 1.2).

Полиспаст - это грузоподъемное устройство, состоящее из нескольких подвижных и неподвижных блоков огибаемых веревкой, канатом или тросом, позволяющее поднимать грузы с усилием в несколько раз меньшим, чем вес поднимаемого груза.

Полиспаст предназначен для увеличения силы, прилагаемой для перемещения груза. Название произошло от греческогоPolyspaston, что означает «натягиваемый многими канатами».

Принцип действия основан на использовании действия рычага или блока[5].

Рисунок 1.2 Полиспасты монтажные

В зависимости от исполнения лебедки можно подразделить:

по типу тягового органа - на канатные и цепные;

по типу установки - на неподвижные (закрепленные на полу, стене, потолке) и передвижные (на тележках, передвигающихся по полу или по подвесным путям);

по числу барабанов - на одно-, двух- и многобарабанные лебедки;

по типу барабана - на нарезные, гладкие и фрикционные [5, 6].

Электрические лебедки значительно разнятся как по конструкции, так и по сфере применения. При проведении монтажных работ обычно применяют однобарабанные электрические лебедки реверсивного типа, комбинируя их с полиспастами.

Как правило, тяговое усилие таких лебедок бывает от 3,2 до 125 кН, а скорость навивки каната на барабан от 0,5 до 0,1 метра в секунду.

Канатоемкость таких электрических лебедок находится в диапазоне от 80 до 800 метров. Впрочем, существует возможность заказать специальную лебедку с тяговым усилием от 100 до 320 кН и канатом 1000 - 1200 метров на барабане.

В том случае если проводятся работы по монтажу крупногабаритного и тяжелого оборудования рекомендуется применять тихоходные электрические лебедки со скоростью навивки каната на барабан не более 3 - 10 метров в минуту[7].

2. Расчет и выбор параметров лебедки

Дано:

Схема механизма приведена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 Заданная схема электролебедки

Тяговое усилие, F= 16 кН;

Скорость перемещения каната, υ = 32 м/мин;

Канатоемкость барабана, L=200 м,

Режим работы - С (ПВ=25%)[4].

2.1 Выбор полиспаста

Выбран одинарный полиспаст кратностью 2 [табл.1]и крюковая обойма [табл.А1]грузоподъемностью 2 т и m = 30 кг (рисунок 2.2)[8].

Рисунок 2.2 Схема одинарного полиспаста с кратностью 2

.2 Выбор каната

Максимальное статическое усилие S_max в канате определяется по формуле:

S_max = Q / a ∙ η_пол. ∙ m,

где Q - номинальная грузоподъемность, кН;

а - кратность полиспаста, равная числу ветвей каната, на которые распределяется нагрузка, приложенная к подвижной обойме (а = 2);

η_пол. - КПД полиспаста (η_пол = 0,97);- число ветвей наматываемых на барабан (m=2).

Исходя из этого, получено S_max = 4,1кН.

Разрывное усилие каната определяется по формуле:

_разр. ≥ S_max ∙ k,

где k - коэффициент запаса прочности, принимаемый для грузовых канатов лебедок с машинным приводом, равным: 5,5при среднем режиме работы._разр. ≥ 4,1 ∙ 5,5 = 22,68кН = 2,3т

Рисунок 2.3 Разрез каната стального двойной свивки типа ТК 6 х 19 (1+6+12)

Исходя из найденной величины разрывного усилия, выбран канат стальной двойной свивки типа ТК 6 х 19 (1+6+12) диаметром 6,2 мм, с разрывным усилием каната 23,85 кН (ГОСТ 3067 - 88) (рисунок 2.3)[8].

.3 Расчет геометрических размеров блоков

Блок - простейшая деталь грузоподъемной машины, выполненная в форме диска с желобом по окружности для размещения каната (рисунок2.4). В грузоподъемных машинах блоки направляют гибкий тяговый орган между подъемным механизмом и грузом.

Рисунок 2.4 Схема взаимодействия каната с блоком: а - неподвижным, б- подвижным: О - вес груза, F - усилие натяжения каната, v - скорость подъема ролика; 1 - диск, 2 - желоб, 3-канат

Рисунок 2.5 Профиль ручья блока

Конструкция блоков должна обеспечивать спокойное набегание на них гибкого тягового органа. Кроме того, профиль ручья блока должен иметь достаточную глубину (рисунок 2.5), исключающую выпадение тягового органа из ручья и должен быть выполнен в соответствии с ОСТ 24.191.05-82 «Блоки для стальных канатов. Конструкция и размеры блоков и канавок»[9].

Радиус желоба блока принимают равным 0,53…0,56 диаметра каната:_x = (0,53÷0,56)d_K

При меньшем значении возможно заклинивание каната, что приведет к интенсивному изнашиванию каната и блока._x = 0,55 · 6,2 = 3,41 мм

Минимальный диаметр блока по средней линии навитого каната определяют по формуле:

D_бл ≥ e·d_k,

_k - диаметр каната, мм;

е - коэффициент, принимаемый в зависимости от группы режима работы механизма и типа грузоподъемного крана (e = 25 при среднем режиме работы).

D_бл = 25·6,2 = 155 мм

Высота канавки под канат:

h_k = (1,5 ÷ 2) ·d_k

h_k - высота канавки под канат, мм

h_k = 1,7· 6,2 = 10,54 мм

Ширина канавки:

в_к = (1,6 ÷ 3) ·d_k

в_к = 2,5·6,2 = 15,5 мм

Длина ступицы:

в_ст= 2 ·вк + 3

в_ст = 2 · 15,5 + 3 = 34 мм

Для механизмов, работающих в легком и среднем режиме работы, блоки изготовляют из чугуна марок СЧ 12, СЧ 15 или СЧ 28 (ГОСТ 1412-79) [10, 8].

.4 Расчет геометрических размеров барабана

Барабаны лебедок служат для преобразования крутящего момента подъемного механизма в тяговое усилие гибкого органа. Вращательное движение привода посредством барабана преобразуется в поступательное движение каната с подвешенным к нему грузом.

Барабаны лебедок имеют цилиндрическую форму, их изготовляют литыми, сварно-литыми или сварно-вальцованными. Сварно-литой барабан состоит из секционных литых обечаек, литого фланца и литой ступицы. Сварно-вальцованный барабан содержит вальцованные из листа обечайки, литую ступицу и листовой фланец. Материалом для барабанов лебедок служат стали 35JI и 55JI и чугун марок СЧ 18, СЧ 28.

Поверхность барабанов лебедок может быть гладкой или с канавками (нарезкой) для укладки каната, как показано на рисунке 2.6.

Рисунок 2.6 Разновидности барабанов лебедок: а - гладкий, б - с канавками (нарезной)

Барабаны лебедок грузоподъемных машин выполняются сварными или литыми.

Размеры профиля канавок на барабане зависят от параметров каната.

Размеры канавок нормализованы и даны в справочниках. Наличие канавок обеспечивает не только правильную укладку каната, но и позволяет снизить контактные напряжения между ним и барабаном за счет увеличения площади контакта и, следовательно, повысить срок службы каната.

Устройство барабана лебедки показано на рисунке 2.7 на примере нарезного барабана.

Рисунок 2.7 Нарезной барабан лебедки груза (а) и нарезка (б)

Барабан (рисунок 2.7, а) состоит из тонкостенной оболочки (обечайки) 1, которая жестко закреплена на цапфах 2, вращающихся в сферических подшипниках 3. Крутящий момент на барабан передают от вала редуктора через зубчатую муфту 4. Канат 5 на барабане закрепляют при помощи планок 6. Навивку каната осуществляют, как правило, в один слой в специально нарезанные на обечайке или полученные обкаткой канавки (рисунок 2.7,б).

Барабаны устанавливают на сплошных осях или имеют отдельные цапфы. Ось или цапфы опирают, как правило, на сферические подшипники качения. Во вращение барабан приводят: в механизмах подъема малой и средней грузоподъемности - с помощью встроенной зубчатой муфты; в механизмах подъема большой грузоподъемности - с помощью зубчатого колеса открытой зубчатой передачи [11].

Нарезные барабаны используются для укладки каната водин слой. Гладкие барабаны применяются для укладки каната внесколько слоев.

Для данной электролебедки выбран гладкий барабан, поскольку при заданной канатоемкости (L = 200 м) уложить канат в один слой невозможно.

Число слоев укладки mпри заданной длине каната равно 3.

Диаметр барабана:

D_бл≤ D_б

D_бл≤ D_б ≥ 220 мм

По стандартному ряду диаметров принят D_б = 220 мм.

Количество рабочих витков в одном слое навивки:

Z_p = 1000·L_k / π·m·(m·d_k+D_б)φ,

где m- число слоев укладки при заданной канатоемкости(m=3);

φ - коэффициент неплотности навивки каната (для гладких барабанов φ = 0,9…0,95, для нарезных φ = 1).

Z_p = 1000·200 / 3,14·3·(3·6,2+220)0,93 = 95,68 ед.

Для гладкого барабана:

_б=Z·d_k

_б=95,68·6,2 = 593,2 мм

Гладкие барабаны выполняются с ребордами, диаметр которых D_р равен

_р=D_б+2d_k(m+2)

_р=220+2·6,2·(3+2) = 282 мм

Реборда - выступающая часть блока или барабана, направляющая движение каната или препятствующая сходу его с барабана[10, 11, 8].

Конструктивно соотношение между длиной барабана и егодиаметром должно находиться в пределах:

,5 <L_б/ D_б<3,0

,5 <2,7<3,0

Толщина стенки барабана:

δ = 0,02 ·D_б + (6 ÷ 10)

δ = (0,02·220) + 7 = 11,4 мм [10, 8]

.5 Расчет крепления каната

Крепление каната к барабану может быть произведено любым способом, обеспечивающим надежность крепления и возможность замены каната. Обычно оно осуществляется с помощью клина, вставляемого в гнездо барабана, или прижимными планками.

Наибольшее распространение получило крепление наружной прижимной планкой. На стальных барабанах прижимные планки крепятся винтами, а на чугунных - шпильками (рисунок2.8, а).

Рисунок 2.8 Способы крепления конца каната на барабане: а, б - прижимными планками; в - прижимными планками на торцовой стенке; г - клином