Пример 4 расчет каната

Задание. Спроектировать электрический подъемный кран механосборочного цеха со следующими данными:

Q_ном = 10 тс; L_{пролета} = 19,5. Скорость подъема груза 7,5 м/мин, скорость перемещения крана 80 м/мин, скорость перемещения моста 40 м/мин, режим ПВ равен 25%, степень тяжести работы – средняя («С»), высота подъема 15 м, род тока трехфазный 380 В частота 50 Гц.

Металлоконструкция моста – двух балочная, сварная.

Рис. 4.6. График использования крана по грузоподъемности в течение цикла.

Решение.

1. Выберем и выполним кинематическую схему механизма подъема крана рис.4.7.

С целью обеспечения строго вертикального подъема груза и создания неизменной нагрузки на опоры барабана независимо от высоты подъема груза принимается сдвоенный полиспаст (а=2) с кратностью т=3. Редуктор двухступенчатый.

а) Расчет каната.

Максимальное натяжение каната сдвоенного полиспаста при увеличении Q будет:

η – коэффициент, учитывающий потери в блоках на подшипниках качения – 0,97

где k_k – занос прочности, принимаемый в зависимости от назначения каната.

Таблица 4.2.

Назначение каната	Привод	Режим работы	kk
1. Грузовые и стреловые	Ручной Машинный	- Л С Т и ВТ	5,5

Рис. 4.7. Кинематическая схема механизма

подъема крана.

Р_к - разрывное усилие каната, по которому из таблиц на канаты выбираем канат

ЛК – Р 6 × 19, диаметром 12,5 мм, согласно ГОСТ 2688 – 55 [].

2. Определение основных размеров и числа оборотов барабана.

Минимально допустимый диаметр барабана, измеренный по дну канавки для каната, определяется по формуле:

е – коэффициент, принимаемый по «Правилам Гостехнадзора» в зависимости от типа грузоподъемной машины и режима ее работы (табл.16 []). Для нашего случая ℓ = 25.

D_б=325 – диаметр по центру наматываемого каната.

Число витков нарезки на одной половине барабана:

Длина нарезки на половине барабана:

где t_б =dк+(2-3)=12,5+2,5 = 15 – шаг нарезки.

Оставляем на закрепление каната с каждой стороны барабана расстояние S, равное длине не менее четырех шагов нарезки, т.е. S = 4t_б = 60 мм.

Расстояние между правым и левым нарезными полями ℓ₁ в средней части барабана принимаем равным 130 мм.

Расстояние между осями ручьев блоков в крюковой обойме принято равным 133 м, т.о. размер ℓ₁ обеспечивает нормальное набегание каната на барабан даже при самом верхнем положении крюковой системы.

Общая длина барабана L_б равна:

L_б = 2ℓ + ℓ₁ 2S = 2 ∙ 690 + 2 ∙ 60 + 130 = 1630 мм

Толщина стенок барабана, выполненного из чугуна СЧ 15 – 32 определяется из расчета на сжатие:

где [ ] сж – допустимое напряжение сжатия, определенное по формуле:

- предельное напряжение материала при данном напряженном состоянии. Для чугуна запредельное напряжение принимается предел прочности при сжатии _в

= _в = 65 кг/мм²

к – коэффициент запаса прочности, принимаемый для крюковых кранов равным 4,25.

Однако, исходя из технологии отливки барабана толщина стенки не должна быть меньше определенной по эмпирической зависимости величины:

Принимаем δ = 14 мм.

Скорость каната, навиваемого на барабан при подъеме груза со скоростью 7,5 м/мин будет:

Число оборотов барабана п_б будет:

3. Выбор ЭД и редуктора.

Статическая мощность N_ст при подъеме Q_ном:

η₀ – при двухступенчатом редукторе в закрытом корпусе принимаем равным 0,9.

Так как кран работает с переменными грузами, меньшими Q_ном, то берем ближайший ЭД меньшей мощности с последующей проверкой его на нагрев по среднеквадратичной мощности.

По каталогу выбираем ЭД серии МТ – 41 – 8, номинальной мощностью 11 кВт, ПВ = 25% п=715 об/мин, это АД с фазным ротором.

Маховой момент ротора GD_ЭД² = 1,86 кг м². Вес ЭД равен 300 кг, кратность к_м=М_к/М_н=2,9.

Находим передаточное число редуктора i₀:

i₀ = п_ЭД / п_б = 715 / 22 = 32,5

По нормам на редукторе крановых установок[] типа Ц2 выбираем редуктор Ц2 – 350:

i = 32,4 N_ред = 16,6 кВт при п = 759 об/мин и режиме «С».

Для механизма подъема расчетный момент, передаваемый редуктором принимаем равным наибольшему статическому моменту при установившемся движении при подъме, таким образом:

М_Р = М_П

Наибольший момент передаваемый редуктором М_наиб

т = 1,6 коэффициент пускового момента, принимаемый для среднего «С» режима работы;

п_бр – число оборотов быстроходного вала редуктора.

Определяем моменты, развиваемые ЭД в различные периоды его работы и при транспортировке различных по весу грузов. Вес грузов согласно графика на рис.4.6.

Моменты на подъем и опускание грузов.

Таблица 4.3.

№ п/п	Показатели расчета	Величина Q
Qном	0,5 Qном	0,3 Qном
	Вес груза в т с КПД η0 ( по рис. 4.5 .) Натяжение каната SП Натяжение каната SОП Момент при подъеме МП СТ Момент при спуске М ОП СТ Время τП при подъеме Время τП при опускании	0,9 1,67 1,57 18,7 14,2 0,4 0,1	0,86 0,835 0,785 9,7 6,8 0,215 0,118	0,78 0,50 0,47 6,45 3,68 1,184 0,128