Материал: Проектирование электролебедки по заданной схеме

При креплении накладными прижимными планками количество их должно быть не менее двух. Длина свободного конца каната от последнего зажима принимается не менее двух диаметров каната. Изгибать свободный конец каната под прижимной планкой или возле нее не разрешается. Болтовое соединение планок с барабаном должно обеспечивать удобный контроль за надежностью крепления и подтяжку болтов.

Расчет соединения производится из условий работы болтов на растяжение и изгиб. При этом учитывается разгружающее действие силы трения 1,5-2 запасных витков каната на барабане.

Стальные канаты (тросы) - одна из ответственных и в то же время быстроизнашивающихся деталей грузоподъемных машин. Недостаточная прочность установленного каната, отсутствие периодического контроля за состоянием его или нарушение правил эксплуатации крана могут быть причиной обрыва каната. Несвоевременная замена износившегося или поврежденного каната также приводит кего обрыву.

Канат во время работы следует предохранять от повреждений, которые могут быть вызваны сходом каната с блоков или барабанов.

Обрыв грузового каната влечет за собой падение крюковой подвески вместе с подвешенным к крюку грузом. Такие аварии могут быть причиной тяжелого травматизма [12].

Рисунок 2.9 Схема крепления каната на барабане: 1 - планка; 2 - канат; 3 - барабан; 4 - гайка

Силатрения каната в месте крепления:

F_kp = F_max/e^fα

где e= 2,71, основание натурального логарифма, математическая константа, иррациональное и трансцендентное число;

f=0,16, коэффициент трения на соприкасающихся поверхностях каната, барабана и накладной планки;

α = 4π, угол обхвата барабана двумя запаянными витками каната, в соответствии с правилами Госгортехнадзора минимальное значение угла.

F_kp = 16/7,41 = 2,1 кH

F_З = F_kp/(f + f₁)

где F₃ - сила затяжки притяжных винтов, Н;

f₁ - приведенный коэффициент трения между барабаном и планкой (f₁ = 0,22).

F_З = 2,1/(0,16 + 0,22) = 5,64 кH

d_винта = 1,2 ·d_k

где d_винта - диаметр притяжных болтов, мм

d_винта = 1,2 ·6,2 = 7,44 мм

Приняты болты для прижатия планок с резьбой М 10 из углеродистой стали СТ 40 с допускающим напряжением [σ_p] = 340 Мпа.

σ_Сум = 1,3F_З/z·π·d₁²/4 + M_u/0,1·z·d₁³ ≤ [σ_p]

где σ_сум - суммарное напряжение сжатия и растяжения, МПа;

d₁-внутренний диаметр резьбы винта, мм;

z - число винтов;

M_u = Fкр·l -изгибающий момент, Н·м;

l - расстояние от середины каната до места заделки винта, м.

σ_Сум = ((1,3·5,64)/(2·3,14·(7,44·10^-3)²/4)) + ((2,1·6,2·10^-3)/(0,1·2·(7,44·10^-3)³)) = 245,8 МПа

Поскольку σ_Сум ≤ [σ_p] (245,8 МПа ≤ 340 МПа), то прочность винтов обеспечивается.

В зависимости от диаметра каната dk по Приложению 1 [13] определяются размеры профиля ручья блока.

Рисунок 2.10 Размеры профиля ручья блока

Таблица 2.1 Размеры профиля ручья блока

3. Расчет привода лебедки

.1 Выбор электродвигателя

Электрический двигатель - электрическая машина <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D0%BC%D0%B0%D1%88%D0%B8%D0%BD%D0%B0> (электромеханический преобразователь <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%BC%D0%B5%D1%85%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%BF%D1%80%D0%B5%D0%BE%D0%B1%D1%80%D0%B0%D0%B7%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C>), в которой электрическая энергия <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%BB%D0%B5%D0%BA%D1%82%D1%80%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D1%8D%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B8%D1%8F> преобразуется в механическую <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B5%D1%85%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D1%8D%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B8%D1%8F>, побочным эффектом при этом является выделение тепла <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D1%82%D0%B0> [14].

Выбор электродвигателя производится исходя из значения статистической мощности, которое необходимо для нормальной работы лебедки, рассчитываемой по формуле:

N_дв = F·υ / η_м,

где η_пр - КПД привода.

η = η_пк²·η_зп²·η_м²,

где η_пк - КПД подшипников качения (η_пк = 0,99÷0,995),

η_зп - КПД закрытой передачи (η_зп = 0,96÷0,98),

η_м - КПД муфты (η_м = 0,98).

η = 0,992²·0,97²·0,98² = 0,89

N_дв = 16·0,53 / 0,89 = 9,6 кВт [11]

По каталогу, исходя из данного значения статистической мощности, выбран электродвигатель МТН 311-6, основные технические характеристики которого представлены в таблице 3.1.

Таблица 3.1. Основные технические характеристики электродвигателя МТН 311-6

На рисунке 3.1 и в таблице 3.2 представлены габаритные и присоединительные размеры двигателя МТН 311-6.

На рисунке 3.2 представлен внешний вид двигателя МТН 311-6.

Рисунок 3.1 Габаритные и присоединительные размеры двигателя МТН 311-6

Таблица 3.2. Габаритные и присоединительные размеры двигателя МТН 311-6

Рисунок 3.2 Внешний вид двигателя МТН 311-6

Принцип работы электродвигателя MTH 311-6 <#"862877.files/image015.jpg">

Рисунок 3.3 Устройство электродвигателя MTH 311-6

В момент пуска двигателя вращающееся магнитное поле статора пересекает ротор, в замкнутой обмотке которого индуцируется ток. Этот ток создает вращающийся магнитный поток ротора. Потоки статора и ротора образуют результирующий магнитный поток двигателя.

В результате взаимодействия токов ротора с результирующим потоком возникает вращающий электромагнитный момент электродвигателя. Если этот момент больше статического тормозного момента на валу, то ротор электродвигателя начинает вращаться в направлении вращения магнитного поля.

Для защиты от перегрева в аварийных режимах работы электродвигатели могут быть изготовлены со встроенными в обмотку статора датчиками температурной защиты [15].

.2 Выбор редуктора

Редуктор - механизм, преобразующий и передающий крутящий момент, с одной или более механическими передачами, обычно преобразующий высокую угловую скорость в более низкую.

Механическая передача - механизм, служащий для передачи и преобразования механической энергии <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B5%D1%85%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D1%8D%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B8%D1%8F> от энергетической машины (двигателя) до исполнительного механизма <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B5%D1%85%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B7%D0%BC> (органа) одного или более, как правило, с изменением характера движения (изменения направления, сил, моментов и скоростей). Как правило, используется передача вращательного движения.

Редуктор характеризуется КПД (коэффициентом полезного действия), передаточным отношением, передаваемой мощностью, максимальными угловыми скоростями валов, количеством ведущих и ведомых валов, типом и количеством передач и ступеней [16].

Передаточное число редуктора определяется по формуле:

i_р = n_дв / n_б,

где i_р - расчетное передаточное число;

n_дв - частота вращения двигателя, мин^-1;_б - частота вращения барабана, мин^-1.

Частота вращения барабана определяется по среднему диаметру навивки каната:

n_б = 1000υ / π·(D_б + m·d_к(2m - 1)),

где υ - скорость перемещения каната, м/мин.

n_б = 1000·32 / 3,14·(220 + 3·6,2·(2·3 - 1)) = 32,6 об/мин

i_р = 950 / 32,6 = 29,18

Подбор редуктора осуществляется по требуемому передаточному числу i_р, частоте вращения вала электродвигателя n_дв, режиму работы и мощности на быстроходном валу редуктора.

При выборе редукторов для подъемных механизмов значение мощности на быстроходном валу редуктора определяется:

N_р ≥ k· N_дв,

где N_дв - номинальное значение мощности двигателя, выбранного по каталогу;

k - коэффициент нагрузки (при среднем режиме работы k = 1,3).

N_р ≥ 1,3· 11

N_р ≥ 14,3 кВт

По каталогу, исходя из требуемых значений мощности N_р и передаточного числа i_р редуктора выбран цилиндрический двухступенчатый горизонтальный редуктор типа Ц2-300 с фактическим передаточным числом i_р = 24,9 и значением мощности на быстроходном валу при заданном режиме работы N_р = 18,3 кВт [11].

В таблице 3.3 представлены основные технические характеристики данного редуктора.

Таблица 3.3. Основные технические характеристики редуктора Ц2-300

На рисунке 3.4 изображены габаритные и присоединительные размеры редуктора Ц2-300.

В таблице 3.4 даны их значения.

Рисунок 3.4 Габаритные и присоединительные размеры редуктора 2Ц-300

Таблица 3.4. Габаритные и присоединительные размеры редуктора 2Ц-300

На рисунке 3.5 изображен внешний вид редуктора типа 2Ц.

Рисунок 3.5 Внешний вид редуктора типа 2Ц [17]

Минимальное межосевое расстояние редуктора, обеспечивающее условия сборки лебедки:

A_min = [(D_б+d_к)/2]+L₃₁+30 < а_ос,

A_min = [(220+6,2)/2]+155+30 < а_ос

,1 < 300

Следовательно, редуктор и двигатель подобраны правильно [8].

3.3 Выбор муфт

Муфта - устройство (деталь машины <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%B5%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%B8_%D0%BC%D0%B0%D1%88%D0%B8%D0%BD>), предназначенное для соединения друг с другом концов валов <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%B0%D0%BB_(%D0%B4%D0%B5%D1%82%D0%B0%D0%BB%D1%8C_%D0%BC%D0%B0%D1%88%D0%B8%D0%BD)> и свободно сидящих на них деталей и передачи крутящего момента. Служат для соединения двух валов, расположенных на одной оси или под углом друг к другу.

Муфта передает механическую энергию без изменения ее величины [18].

Канатный механизм подъема груза должен содержать: двигатель, как источник энергии, тормоз, рабочий орган (например, барабанно-полиспастный механизм), передачу между двигателем и рабочим органом для понижения частоты вращения двигателя и увеличения крутящего момента на рабочем органе. Реверсирование движения осуществляют обычно самим двигателем.

Рисунок 3.6 Блок - схема механизма подъема

Исходя из компоновочной схемы (рисунок 3.6), ставятся две муфты: первая - между двигателем и редуктором и вторая между редуктором и барабаном [19].

Для соединения электродвигателя с исполнительными механизмами предназначены втулочно-пальцевые муфты с тормозным шкивом (рисунок 3.7).

На рисунке 3.8 показано устройство упругой втулочно-пальцевой муфты.

Рисунок 3.7 Муфта упругая втулочно-пальцевая с тормозным шкивом

Рисунок 3.8 Муфта упругая втулочно-пальцевая с тормозным шкивом: 1 - палец, 2 - кольцо, 3 - втулка, 4 - шкив тормозной, 5 - полумуфта, 6 - шайба, 7 - гайка

Для соединения редуктора и барабана предназначены зубчатые муфты (рисунок 3.9).

Рисунок 3.9 Зубчатая муфта: 1 - ступица, 2 - гильза, 3 - упорное кольцо, 4 - призорный болт, 5 - крышка, 6 - запорный винт, 7 - зубчатый венец, 8 - гофрированный сильфон, 9 - вал тягового двигателя, 10 - подгонная шайба, 11 - крепительная гайка, 12 - вал малой шестерни

Расчетные моменты для муфт:

для первой Т_р1 = К_р·М_двиг

для второй Т_р2 = К_р·М_б

где К_р - коэффициент режима работы привода с электродвигателем (для грузоподъемных машин К_р = 3 ÷ 4);

М_двиг = 975N_д/n

М_двиг = 975·18,3·1000 / (950 / 60) = 1126,9 Н·м