Расчет лебедки

                   Министерство образования и науки, молодежи и спорта Украины

     Одесская государственная академия строительства и архитектуры

 

Кафедра подъемно-транспортных строительных и

дорожных машин

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

 

По дисциплине «Строительная техника»

 

 

 

 

 

Выполнил:

 

студ. Кодацкая М.Н.

 

гр. ПГС - 227 т

 

Шифр: 11100

 

Дата: _________

 

Вариант №54

 

Проверил:

 

доц. Мацей Р.А.

 

 

 

 

 

 

 

Одесса 2012

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Лебедками называют грузоподъемные и грузоперемещающие машины у которых в качестве рабочего (исполнительного) механизма навиваемого на барабан лебедки используют гибкий элемент - стальной канат.

а)

б)

Рис. 1 - Реверсивная лебедка без полиспаста; а) - фото, 1-предохранительный кожух тормоза, 2 - редуктор, 3 - барабан лебедки, 4 - рама 5 - электродвигатель, 
6 - устройство управления; б) - принципиальная схема лебедки

 

При выполнении различных  монтажных и погрузочно-разгрузочных работ лебедки применяются как самостоятельно действующие машины или используются как составная часть крановых и других механизмов подъемно-транспортных машин.

 

1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕДЛЯ ПРОЕКТИРОВОЧНОГО РАСЧЕТА ЛЕБЕДКИ

 

1.1 Расчетная схема  реверсивной лебедки, включает полиспаст с грузовым крюком, отклоняющие блоки, барабан, схему запасовки каната, редуктор, муфту-тормоз, электродвигатель и раму на которую установлены механизмы лебедки и устройство управления.

Вычерчиваем на листе формата А4 расчетную схему (рис. 1.2) полиспаста и схему запасовки стального каната.

 

1.2 Масса поднимаемого номинального (максимального) груза в т.ч. масса грузозахватных механизмов Q, кг.

При этом масса грузозахватных приспособлений для различных схем запасовки с кратностью полиспаста m = 2, 3, 4, 5 обычно принимается соответственно равной 0.025, 0.05, 0.075, 0.085 от массы поднимаемого груза, кг.

 

Q = 6300 кг

 

1.3 Скорость V_Q (м/с) подъема груза Q реверсивной лебедкой.

 

V_Q = 0,18 м/с

 

 

Рисунок 1.2 - Схема полиспаста

 

1.4 Канатоемкость барабана лебедки L (м), включающая в т.ч. 1.5…2 запасных витка каната, предусмотренных правилами Госгортехнадзора (ГГТН) для уменьшения нагрузки на заделку конца каната на барабане и 2…2.5 витка, занятых креплением конца стального каната на барабане.

 

L = 180 м

 

1.5 Количество слоев навивки К_s стального каната на барабане лебедки (рис. 4.1.)

 

К_s = 2

 

1.6 Силовой расчет лебедки выполним для случая полного использования грузоподъемности лебедки, т. е. при подъеме номинального (максимального) груза Q.

 

1.7 Режим работы лебедки

1.7.1 Теоретическая часть

В основе классификации  механизмов кранов по режиму работы лежат  два показателя: классы использования в зависимости от времени работы механизма за весь срок службы и классы уровня нагружения в зависимости от коэффициента нагрузки k [6].

 

Приближенное соответствие групп режимов работы механизмов приведено в табл. 1.1.

 

Таблица 1.1 - Соответствие групп режима работы механизмов [7]

Группа режимов работы механизмов по ГОСТ 25835-83	1М	2М. 3М	4М	5М	6М
Режим работы согласно Правилам Госгортехнадзора	ручной	Л	С	Т	ВТ

 

1.7.2 Режим (интенсивность) работы лебедки согласно исходным данным

 

Режим – средний

 

1.8 Материал цилиндрической обечайки барабана лебедки (обечайка обычно изготавливается из стали или чугуна, см. п. 4.8).

 

Материал - чугун СЧ-32

 

1.9 Способ соединения торцевых стенок цилиндрической обечайки и ступицы барабана выполняется с помощью беззазорного болтового соединения.

 

1.10 Материал торцовых стенок соединения обечайки и ступицы барабана лебедки (обычно изготавливаются из стали или чугуна).

 

Материал - чугун СЧ-32

 

1.11 Материал оси вращения  барабана (обычно изготавливается  из стали)

 

Материал - сталь 45

 

 

2 РАСЧЕТ И ВЫБОР  СТАЛЬНОГО КАНАТА

 

2.1 Определяем на схеме (рис.1.2) количество блоков полиспаста К_п.

 

К_п = 4

 

2.2 Определяем на схеме количество отклоняющих блоков К_о.

 

К_о = 1

 

2.3 Определяем на схеме  количество подвижных блоков  полиспаста К_подв.

 

К_подв = 2

 

2.4 Определяем на схеме  количество неподвижных блоков  полиспаста К_неподв.

 

К_неподв = 3

 

2.5 Определяем кратность полиспаста m. Кратностью полиспаста называется отношение количества ветвей стального каната на которых подвешен груз к количеству ветвей каната навиваемых на барабан лебедки (см. рис. 1.2, сечение А-А).

m = 4

 

2.6 Определяем КПД одного блока полиспаста η¹_б.п и одного отклоняющего блока η¹_о.б. из справочника или каталога. Если КПД блока полиспаста и отклоняющего блока не заданы в исходных данных, то принимаем их численные значения из интервала 0.95…0.98.

 

2.6.1 КПД блока полиспаста η¹_б.п = 0.97

 

2.6.2 КПД отклоняющего блока η¹_о.б. = 0,97

 

2.7 Определяем КПД механизма полиспаста.

2.7.1 Предварительно определяем количество всех ветвей каната τ, представляющее собой сумму всех ветвей полиспаста плюс тянущую ветвь, навиваемую на барабан лебедки

 

τ = 5

 

2.8 КПД простых полиспастов у которых тянущая ветвь, навиваемая на барабан лебедки сходит с верхнего неподвижного блока полиспаста определяется по формуле

 

η_пол. = [η¹_б.п. + (η¹_б.п.)² +……….+ (η¹_б.п.)^(τ-1)] / m (2.1)

 

η_пол. = 0.9272

 

2.9 КПД всех отклоняющих блоков равен произведению их КПД.

 

η_о.б = (η¹_о.б.)^Ко (2.2)

η_о.б = 0.97

 

2.10 Тяговое усилие Р_л в тянущей ветви стального каната, навиваемой на барабан лебедки

 

Р_л = Q × 9.81 / (m × η_пол. × η_о.б.), (2.3)

 

где Q - масса поднимаемого груза и в том числе грузозахватных устройств, кг

 

Р_л = 6300× 9.81 / (3 × 0.9412 ×0.9216) =17358.2 Н

 

2.11 Выбор типоразмера  стального каната.

2.11.1 Коэффициент запаса прочности К_з ветви стального каната навиваемой на барабан лебедки при действии на эту ветвь тягового усилия Р_л определяется в зависимости от режима работы лебедки по табл. 2.1 [2].

 

Таблица 2.1 - Соотношение режимов работы и коэффициентов запаса прочности, К_з

Режим работы лебедки	Коэффициент запаса прочности, Кз
Легкий (Л)	5
Средний (С)	5.5
Тяжелый (Т)	6.0

 

2.11.2 Коэффициент запаса  прочности К_з

 

К_з = 5,5

 

2.11.3 Разрывное усилие R в стальном канате, соответствующее тяговому усилию Р_л и режиму работы лебедки, Н

 

R = Р_л × К_з (2.4)

 

R = 17358.2 × 5.5 = 95470.1 Н

 

2.11.4 Диаметр стального каната d_к (мм), запасованого в блоки механизма полиспаста и навиваемого на барабан лебедки выбираем из таблицы А.1 [10] в соответствии с величиной разрывного усилия R каната в целом. Для этого по таблице А.1 [10] воспользуемся, например маркировочной группой стального каната - 1770 (180), Н/мм².

 

2.11.5 Для этой маркировочной группы из таблицы А.1 [10] по величине разрывного усилия R (Н) каната в целом выбираем диаметр d_к (мм) стального каната.

 

d_к = 14.0 мм

 

 

3 РАСЧЕТ И ВЫБОР БЛОКОВ ПОЛИСПАСТА И ОТКЛОНЯЮЩИХ БЛОКОВ

 

3.1 Расчетный, наименьший, допустимый диаметр блоков полиспаста d^р_б.п. и отклоняющих блоков d^р_о.б. рассчитывается в зависимости от режима работы лебедки из соотношений, представленных в таблице 3.1 [2], мм.

 

Таблица 3.1 - Расчетные формулы для определения диаметров блоков

Режим работы лебедки	Расчетная формула диаметра блоков, мм
Легкий	dб.п. ≥ 16 × dк
Средний	dб.п ≥ 18 × dк
Тяжелый	dб.п ≥ 20 × dк

 

При этом принимаем d^р_о.б. = d^р_б.п.,

 

Режим - средний, тогда соответствующее уравнение из таблицы 3.1 определиться следующим численным выражением, мм

 

d^р_о.б. = d^р _б.п. = 18 × 14 = 252 мм

 

3.2. Диаметр блоков полиспаста и диаметр отклоняющих блоков выбираем ближайший больший по сравнению с расчетным из стандартных значений нормального ряда диаметров, мм.¹

 

d _б.п. = d_о.б. =280 мм

 

 

4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ БАРАБАНА ЛЕБЕДКИ

 

4.1 Расчетный диаметр цилиндрической обечайки барабана лебедки [3], мм

 

D^р_б.л. = d^р _б.п. × 1.35, (4.1)

 

где 1.35 – эмпирический коэффициент

 

D^р_б.л = 252× 1.35 = 340.2 мм

4.2 Диаметр обечайки D_б.л. (рис. 4.1) барабана лебедки выбираем ближайший больший по сравнению с расчетным из стандартных значений нормального ряда диаметров, мм

 

D_б.л. = 360 мм

 

4.3 Стальной канат может навиваться на барабан в один или несколько слоев. Барабаны, на которые стальной канат укладывается (навивается) в один слой в большинстве своем бывают нарезные, а многослойные барабаны - гладкие (рис. 4.1).

 

4.4 Если количество слоев К_s в исходных данных для случая многослойной навивки не задано, то его необходимо определить методом подбора из уравнения, представленного в п. 4.7. При этом должно выполнятся условие ℓ^р_б.л. ≤ 3 × D_б.л.. Количество слоев каната при многослойной навивке обычно не должно превышать четырех слоев.

Для случая многослойной навивки каната на барабан выбираем гладкий (не нарезной) тип барабана.

 

4.5 Определяем расчетную рабочую длину ℓ^р_б.л (мм) гладкого барабана лебедки (рис. 4.1) для случая многослойной навивки каната на барабан при заданном количестве слоев К_s.

 

4.6 Предварительно определим условный средний диаметр расчетного условного слоя навивки каната на барабан лебедки (рис.4.1), мм

 

D_ср = D_б.л. + К_s × d_к, (4.2)

 

где D_б.л., d_к - диаметры, мм.

 

D_ср = 360 + 2 × 14 = 388 мм

 

4.7 Расчетная рабочая длина барабана, рассчитанная по условному среднему диаметру расчетного условного слоя навивки каната на барабан лебедки, мм.

 

ℓ^р_б.л. = (L × 10³ × d_к) / (π × D_ср × К_s), (4.3)

 

где L - канатоемкость барабана, м;

d_к и D_ср - диаметры,_. мм.

 

ℓ^р_б.л. = (180× 10³×14) / (π × 388×2) = 1034.2 мм

 

 

Рисунок 4.1 - Гладкий барабан лебедки для многослойной навивки каната

 

4.8 Цилиндрическая обечайка барабана лебедки (рис. 4.1) изготавливается из следующих материалов. Чугуны: СЧ 15, СЧ18, СЧ 24. Стали: низкоуглеродистые ВСт.3сп, Сталь 20; среднеуглеродистые 35Л, 55Л; низколегированные 09Г2, 09Г2С, 15ХСНД.

Если материал обечайки не задан в исходных данных, то его выбираем из перечня материалов представленных выше.

 

Материал - чугун СЧ-32

 

4.9 Расчетная толщина цилиндрической обечайки δ^р₀ барабана определяется по эмпирическим формулам [2] и зависит от материала обечайки, мм.

 

4.10 Расчетная толщина δ^р₀ цилиндрической обечайки чугунного барабана определяется выражением, мм

 

δ^р₀ = 0.02 × D_б.л. + (6…10) мм, (4.4)

 

где D_б.л - диаметр барабана лебедки (рис. 4.1), мм

 

δ^р₀ = 0.02 × 360 + 8 = 15.2 мм

 

 

4.11 Округляем расчетную толщину δ^р_о цилиндрической стенки обечайки до ближайшего большего целого значения δ_о, мм.

 

δ₀ = 16 мм

 

4.12 Для барабанов, полученных способом отливки должно удовлетворятся технологическое ограничение δ_о ≥ 12 мм, [2].

 

δ₀ = 16 мм