Основные параметры барабана лебедки

Минимальный диаметр барабана и блоков определяется согласно Правилам Ростехнадзора по формуле

D_б (e-1)*d_k,

где е – коэффициент, зависящий от типа грузоподъемной машины и режима ее эксплуатации: e=16 при легком режиме работы; e=18 при среднем режиме работы; e=20 при тяжёлом режиме работы. В нашем случае e= 20. Определяем минимальное значение диаметра.

Dб ³ (20 - 1)*19, 5 = 370, 5 мм

В связи с тем, что увеличение диаметра барабана ведет к повышению долговечности каната, округляем Dб до ближайшего стандартного значения 250, 300, 350, … мм.

Принимаем Dб = 400 мм.

Канаты на барабан навиваются в один или несколько слоев. При однослойной навивке барабаны имеют канавки для укладки каната. В нашем примере барабан имеет малый диаметр при большой высоте подъёма груза, что предполагает многослойную навивку. Поэтому принимаем гладкий барабан с многослойной навивкой каната.

Длина барабана Dб зависит от длины навиваемого каната Lк, среднего диаметра навивки каната на барабан Dcp., числа слоев навивки Z и диаметра каната dк.

Длина навиваемого на барабан каната (канатоёмкость барабана) зависит от высоты подъёма груза и равна

L_к = m*H + l₁ ,

где l₁ - длина каната, используемого для закрепления его на барабане, а также длина дополнительных витков, не разматываемых при обычной работе механизма и служащих для разгрузки мест крепления каната,

l₁ = π (D_б +d_к )* (1, 5…2).

L_к = 2*45000 + 3, 14(400 + 19, 5)*2 ≈ 92634, 5 мм

Определим требуемую длину барабана, при которой обеспечивается необходимая канатоёмкость.

При многослойной навивке канатоёмкость барабана связана с его диаметром очевидной зависимостью

L_к = π D_{ср *} n_*z,

где: n - число витков каната на длине l_б барабана, n = l_б/d_к;

z – число слоёв навивки каната;

Dcp. — средний диаметр навивки каната, D_ср = D_б + 2* (d_к*z/2) = D_б + d_к*z

Канатоёмкость, выраженная через длину барабана, равна

L_к = π (D_б + d_к*z) _* (l_б/d_к)_*z,

откуда находится минимальная длина барабана, соответствующая требуемой канатоёмкости.

l_б L_к* d_к / (π (D_б + d_к*z)*z).

Приняв предварительно z=4, получаем

l_б 92634, 5 *19, 5/(3, 14*(400+19, 5*4)*4) = 301 мм.

Округляем l_б до ближайшего большего значения, принимаем l_б= 310 мм.

В барабанах длиной менее трех диаметров создается более благоприятная картина напряженного состояния из-за сравнительно небольшого изгибающего момента в материале.

Поэтому должно быть выдержано условие

l_б / D_б 3

Проверяем выполнение этого условия:

l_б / D_б = 310/400 = 0, 775 3,

Требование l_б / D_б 3 выполняется. Если l_б / D_б > 3, нужно увеличить число слоев навивки каната (но не более чем до 4) или принять барабан несколько большего диаметра и заново определить его рабочую длину l_б.

Высота борта барабана, выступающего над верхним слоем навивки каната, принимается равной:

h_б ³ 2 d_к

Диаметр бортов барабана D_бор равен:

D_бор = D_б + 2d_к*(z + 2)

В данном примере

D_бор = 400 + 2*19, 5*(4+2) = 634 мм

5. Выбор электродвигателя.

Двигатель выбирается по мощности. Крутящий момент на валу двигателя в данный момент времени определяется текущим значением нагрузки на рабочем органе, приведённой к валу двигателя, т.е. весом груза, кратностью полиспаста, передаточным числом редуктора и кпд всей механической цепочки от груза до электродвигателя. Таким образом, мощность на валу двигателя определяется зависимостями

N_дв = (Q+q) *V/(η _пол *η _б * h_л) = S_к * Vк /h_л ,

где Sк - натяжение каната, набегающего на барабан, кН;

Vк - скорость навивки каната на барабан, м/с, Vк = V*m/60;

h_л - к.п.д. лебедки, включающий кпд редуктора и барабана.

При определении к.п.д. лебедки учитываются потери:

а) в опорах барабана: при подшипниках качения hб = 0, 95 -- 0, 97;

при подшипниках скольжения hб = 0, 93 -- 0, 95;

б) в редукторе hр = 0, 92 -- 0, 94.

η _л = η _б*η _р

Условимся в нашем примере считать барабан установленным па подшипники качения

η _л= 0, 98*0, 94 = 0, 9212

Мощность двигателя при подъёме груза Q=65 кН со скоростью V=20 м/мин, соответствующем натяжении каната S_к=35, 41 кН и скорости каната V_к =V*m/60 = 30*2/60= 0, 67 м/с

N_дв = S_к * Vк /h_л = 35, 41 *0, 67 /0, 9212= 25, 75 кВт

По таблице 4 или по справочнику подбираем электродвигатель. Необходимо при этом помнить, что перегрузка электродвигателя допускается до 5%.

По таблице 4 при среднем режиме работы (ПВ40%) принимаем крановый электродвигатель MТ – 62-10, с номинальной мощностью N_{дв ном} = 36 кВт, n_дв = 578 об/мин. Радиус его корпуса В = 320мм, габаритная длина L = 1252 мм.

6. Выбор редуктора.

Редуктор выбирается по передаточному числу, с учётом передаваемой мощности и расстояния между осями ведущего и ведомого валов. При заданной схеме механизма двигатель установлен на ведущем валу редуктора, поэтому частоты вращения двигателя и входного вала редуктора одинаковы. Требуемое передаточное отношение между двигателем и барабаном (редуктора)

u= n_дв / n_б ,

где n_б - частота вращения барабана, n_б = 60*V_к / π D_ср ,

n_б = 60*0, 67/(3.14*0, 478)= 26, 78 об/мин

Средний диаметр барабана D_ср = D_б + 2* (d_к*z/2) = D_б + d_к*z = 400+19, 5*4= 478 мм

Требуемое для обеспечения заданной скорости груза передаточное число редуктора равно

u = 578/26, 78 = 21, 58

По таблице 5 или по каталогу выбираем редуктор. При этом следует учитывать, что в таблице 5 указана мощность на ведущем валу редуктора при среднем режиме работы.

Предварительно принимаем редуктор РЦД-600, имеющий следующие параметры: передаточное число u = 22, 4; мощность N = 36, 5 кВт при 700 об/мин быстроходного вала.

В таблице № 6 находим интересующие нас размеры выбранного редуктора: длину L, высоту Н и суммарное межосевое расстояние Аб + Ат = Ас. Конкретно: L = 1150 мм; Н = 705 мм; Ас = 600 мм,

Согласно схеме механизма подъема груза, рассматриваемой нами, барабан и электродвигатель располагаются с одной - правой стороны от редуктора. Чтобы компоновка была возможна, необходимо выдержать условие

D_бор /2 + В + б А_с ,

где В - радиус корпуса электродвигателя;

б - зазор между электродвигателем и бортом барабана (б = 40 - 50 мм).

Проверяем: 634/2 + 320 + 50 = 687 мм > 600 мм

Условие не выполняется. Увеличиваем А_с , т.е. принимаем окончательно редуктор типа РЦД-750, имеющий то же передаточное число u_р = 22, 4, А_с = 750 мм; мощность N = 77, 8 кВт при 700 об/мин быстроходного вала. Размеры: L = 1425 мм; H = 895 мм; Ас = 750 мм.

Поскольку передаточное число выбранного редуктора отличается от требуемого, изменятся скорости барабана и подъёма груза. Будем считать, что отклонение фактических значений скоростей не должно превышать 5% (точность исходных данных и расчёта). Проверим допустимость полученных отклонений скоростей от заданных значений.

Фактическая скорость вращения барабана будет равна

n_бф = n_дв /u_р = 578/22, 4=25, 8 об/мин

При этом канат на барабан будет навиваться со скоростью

V_кф = π D_{ср *}n_бф = 3, 14* 0, 478*25, 8 = 38, 72 м/мин

Тогда фактическая скорость подъема груза составит

V_ф = V_кф /m = 38, 72/2 = 19, 36 м/мин,

а отклонение фактической скорости от заданной будет равно:

(V_ф -V)*100%/V=(19, 36-20)*100%/20= 3, 2 %,

т.е. не превышает допустимого значения ± 5%.

Если отклонение превышает 5%, то необходимо соответственно изменить диаметр барабана, задавшись заданным значением скорости и передаточным числом выбранного редуктора.