Основные параметры барабана лебёдки

Минимальный диаметр барабана и блоков определяется согласно Правилам Ростехнадзора по формуле

D_б (e-1) d_k (4)

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 = 18. Определяем минимальное значение диаметра.

D_б ³ (18 - 1) ∙ 11,5 = 195,5 мм

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

Принимаем D_б = 250 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 D_б зависит от длины навиваемого каната L_к, среднего диаметра навивки каната на барабан D_cp, числа слоев навивки Z и диаметра каната d_к.

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

L_к = m*H + l₁ (5)

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) (6)

Определим требуемую длину барабана, при которой обеспечивается необходимая канатоёмкость.

При многослойной навивке канатоёмкость барабана связана с его диаметром очевидной зависимостью

L_к = πD_{ср *} n_*z (7)

где: n - число витков каната на длине l_б барабана

n = l_б/d_к (8)

z – число слоёв навивки каната;

D_cp — средний диаметр навивки каната

D_ср = D_б + 2* (d_к*z/2) = D_б + d_к*z (9)

Канатоёмкость, выраженная через длину барабана, равна

L_к = π (D_б + d_к*z) _* (l_б/d_к)_*z (10)

откуда находится минимальная длина барабана, соответствующая требуемой канатоёмкости.

l_б L_к* d_к / (π (D_б + d_к*z)*z) (11)

Приняв предварительно z =2, получаем

l_б 62000*11,5/(3,14*(250+11,5*2)*2) = 416 мм.

Округляем l_б до ближайшего большего значения, принимаем l_б = 420 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 = 420/250 = 1,68 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 должен превышать габарит намотанных витков на 2мм на сторону, т.е. D_бор в мм равен

D_бор = D_б + 2d_к*(z + 2) (12)

В данном примере

D_бор = 250 + 2*11,5*(2+2) = 342 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 (13)

Где: S_к - натяжение каната, набегающего на барабан, кН;

V_к - скорость навивки каната на барабан, м/с,

V_к = V*m (14)

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 h_б = 0,95 - 0,97;

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

б) в редукторе h_р = 0,92 - 0,94.

η_л = η_б*η_р (15)

Условимся в нашем примере считать барабан установленным па подшипники качения

η_л= 0,96*0,93 = 0,89

Мощность двигателя при подъёме груза Q =25 кН со скоростью V =30 м/мин, соответствующем натяжении каната S_к =13,6 кН и скорости каната

V_к =V*m = 30*2= 60 м/мин= 1 м/с

N_дв = S_к * Vк /h_л = 13,6*1/0,89 = 15,28 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 (ПВ25%) принимаем крановый электродвигатель MТ – 12-8, IV величины, с номинальной мощностью N_{дв ном} = 16 кВт, n_дв = 720 об/мин. Радиус его корпуса В = 230мм, габаритная длина L = 915 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 (16)

где: n_б - частота вращения барабана

n_б = V_к / πD_ср (17)

n_б = 60/(3.14*0,273)= 70 об/мин

Средний диаметр барабана D_ср = D_б + 2* (d_к*z/2) = D_б + d_к*z = 250+11,5*2= 273 мм

Требуемое для обеспечения заданной скорости груза передаточное число редуктора равно

u = 720/70 = 10,28

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-350, имеющий следующие параметры: передаточное число u = 10; мощность N = 16,8 кВт при 700 об/мин быстроходного вала.

В таблице № 6 находим интересующие нас размеры выбранного редуктора: длину L, высоту Н и суммарное межосевое расстояние А_б + А_т = А_с. Конкретно: L = 700 мм; Н = 410 мм; А_с = 350 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 (18)

Где: В - радиус корпуса электродвигателя;

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

Проверяем: 300/2 + 230 + 45 = 425 мм > 350 мм

Условие не выполняется. Увеличиваем А_с, т.е. принимаем окончательно редуктор типа РЦД-500, имеющий то же передаточное число u_р = 10, А_с = 500 мм; мощность N = 57,7 кВт при 700 об/мин быстроходного вала. Размеры: L = 985 мм; H = 600 мм; А_с = 500 мм, А_б =300 мм, А_т = 200 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 = 720/10=72 об/мин

При этом канат па барабан будет навиваться со скоростью

V_кф = π D_ср n_бф = 3,14* 0,273*72 = 61,72 м/мин

Тогда фактическая скорость подъема груза составит

V_ф = V_кф /m = 61,72/2 = 30,86 м/мин

а отклонение фактической скорости от заданной будет равно

(30,86-30)/30= 2,87 %,

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.