Расчет и выбор элементов грузовой лебедки

       Цель работы:  Подбор канатов с учетом кратности полиспаста и расчет всех элементов барабана. Определение мощности электродвигателя, общего передаточного числа редуктора и основных параметров тормоза.

Исходные данные

Кран на железнодорожном ходу                                           КЖДЭ – 16

Грузоподъемность                                                                          Q = 16т.

Высота подъема груза                                                              H = 14.2 м

Режим работы крана                                                                средний

Масса крюковой подвески                                                 q = 301 кг.

К.П.Д. блока полиспаста на опорах качения                  = 0,98

Скорость подъема груза                                                          = 8,8 м/мин

К.П.Д полиспаста                                                                       _П = 0,94

К.П.Д барабана лебедки                                                         _б = 0,97

К.П.Д редуктора                                                                        _р = 0,93

Кратность полиспаста                                                              i = 6

Диаметр барабана лебедки                                                    Д_б = 0,64 м

Тормоз – двухколодочный, пружинный с электрогидравлическим толкателем.

    Механизм подъема состоит из двух совмещенных лебедок.

Решение

Вес поднимаемого груза  Кн

Вес крюковой подвески   Кн

    Принимаем, что блоки – на подшипниках качения, а барабан – из чугунного литья.

 

                        

Рис.1 Схема запасовки грузового каната, крана КЖДЭ-16

(со стрелой 15 м)

 

Определяем К.П.Д. полиспаста

, где

i – кратность полиспаста согласно расчетной схеме.

и при включении двух совмещенных лебедок одновременно

а_гр = 6 – число ветвей каната, на которые распределяется вес поднимаемого груза;

а_б = 2 – число ветвей каната, идущих на барабан.

 

Определяем расчетное натяжение каната

 Кн

Разрывное усилие в канате

 Кн

Согласно нормам Госгортехнадзора для стреловых кранов с машинным приводом при среднем режиме работы коэффициент запаса прочности n = 5.5

По таблице принимаем канат двойной свивки диаметром d_k = 17 мм с разрывным усилием S_p = 160 кН при фактическом запасе прочности  с условным обозначением

Канат 17-Г-Л-О-Н-1568(160) ГОСТ 3079-80

Конструкции ТНК-0 6x37 (1+6+15+15)+1 о.с.

Диаметр барабана, измеренный по дну канавки

 мм, где

e = 18 – коэффициент, зависящий от типа грузоподъемной машины и режима ее эксплуатации.

 

Исходя из конструктивных соображений, увеличения канатоемкости, срока службы канатов, обеспечения заданных скоростей подъема груза, принимаем диаметр барабана по центру навивания каната  мм.

Определяем канатоемкость двух барабанов совмещенных лебедок

 м.

Определяем канатоемкость одного барабана

 м,

где 2 – числовое значение, указывающее на сдвоенность полиспаста

 

В процессе подъема груза, когда полиспасты работают как одинарный, включается поочередно каждая из лебедок по мере навивки каната на барабан, не допуская при этом образования второго слоя каната на одном за счет второго.

Общее число витков каната на барабане

 , где

 - число рабочих витков

=2 – число разгружающих витков

 

Учитывая небольшое количество витков (23), навивку следует производить в один слой и барабан необходимо выбирать с винтовыми канавками.

Определяем шаг витков

 мм.

Определяем полную длину барабана.

 мм.

где  - ширина зазора для крепления каната (мм).

 

Толщина стенок барабана приближенно выбирается по следующей эмпирической формуле:

 мм. = 2 см.

Проверка напряжения на сжатие в стенках барабана

 МПа,

что удовлетворяет условию , где  = 80 МПа, т.е. действительное напряжение меньше допускаемого на сжатие для чугуна марки СЧ15 – 32.

Проверка на совместное действие от изгиба и кручения не производится, т.к. в барабанах длиной менее 3-х диаметров напряжения от изгиба и кручения не превышает 15 процентов от напряжения сжатия. Следовательно, принятая толщина стенки удовлетворяет условиям прочности барабана лебедки.

           

                         

 

Рис.2 Кинематическая схема механизма

Подъема крана КЖДЭ-16

 

Определяем потребную мощность электродвигателя лебедки

 кВт,

где  - К.П.Д. механизма подъема груза

По каталогу подбираем электродвигатель переменного тока типа MTKF-412-6 мощностью N = 30 кВт, n_g = 935 об/мин

 

Скорость набегания каната на барабан

 м/мин

Частота вращения барабана

 об/мин

    Передаточное число редуктора

 ^,

где n_g – число оборотов двигателя.

 

    Определяем основные параметры тормоза:

- крутящий момент от веса груза, приведенный к валу тормоза

 Нм

- расчетный тормозной момент

 Нм

  Согласно нормам Госгортехнадзора для стреловых кранов с машинным приводом при среднем режиме работы коэффициент запаса торможения К_з = 1,75

По расчетному тормозному моменту подбирается тормоз типа ТКТГ-300 с максимальным тормозным моментом М_т = 80 Кгм со следующими расчетными параметрами:

a = 190 мм, в = 430 мм, Д_ш = 300 мм – диаметр тормозного шкива, f = 0,42 – коэффициент трения тормозной вальцованной ленты, С – 25 мм, d = 75 мм, К = 210 мм, В_к = 140 мм – ширина тормозной колодки,  - К.П.Д рычажной системы тормоза, <ά = 70⁰ – угол обхвата тормозного шкива (см. схему к расчету тормоза)

                     

Рис.3 Схема к расчету тормоза

 

       Сила прижатия тормозных колодок

 Н

     Усилие пружины, обеспечивающее процесс торможения при замкнутом положении тормоза

 Н

при этом должно быть  Н

         Расчетное необходимое усилие пружины меньше табличного значения, торможение будет обеспечено.

Усилие толкателя

 Н

 

Расчетное усилие меньше табличного размыкание тормоза будет обеспечено.

Ход штока толкателя

 мм,

 мм,

где 2,2 – коэффициент, учитывающий радиальный зазор между тормозными колодками и шкивом с учетом 10% потери полезного хода рычагов из-за разработки шарнирных соединений;

 = 0,85 – коэффициент использования рабочего хода толкателя;

 = 1 мм – установочный зазор величины отхода тормозной колодки от тормозного шкива при диаметре 300 мм.

 

Проверяем размеры трущихся поверхностей тормозных колодок на допускаемое удельное давление

 МПа

 - допускаемое удельное давление для вальцованной ленты = 0,9 МПа

 0,146 МПа<0,9МПа,

следовательно, тормоз будет работать надежно.