Расчет лебедки

 

 

9 ДИАМЕТР ОКРУЖНОСТИ ВЕРШИН РЕБОРД

 

9.1 Расчетный диаметр окружности вершин реборд барабана с учетом необходимой высоты борта над последним слоем навивки каната на барабане определяем по эмпирической формуле, мм.

 

D^р _р = D_б.л. + (K_s × d_k + h_p) × 2, (9.1)

 

где D_б.л., d_k - диаметры реборд над последним слоем навивки, мм;

h_p - высота реборд над последним слоем навивки, мм.

 

D^р _р = 360 + (2 ×14 + 31) × 2= 478 мм

 

9.2 Диаметр барабана по вершине реборд D_р назначаем конструктивно путем округления расчетного диаметра D^р_р. до ближайшего большего четного целого значения, мм

 

D _р = 480 мм

 

 

10 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОЛЩИНЫ  ТОРЦЕВЫХ СТЕНОК СОЕДИНЕНИЯ ОБЕЧАЙКИ И СТУПИЦЫ БАРАБАНА.

 

10.1 Определяем толщину торцевых стенок соединения обечайки барабана δ_к и ступицы δ_с (рис.10.1) из условия прочности стенок на смятие, мм.

Принимаем при этом, что δ_к = δ_с

 

10.2 Окружное усилие среза, воспринимаемое одним болтом соединения, Н

 

Р₁ = Р_л × [0.5 × D_б.л. + (K_s - 0.5) × d_k] / (0.5 × D₀ × m^p_σ), (10.1)

 

 

где Р_л - тяговое усилие, Н;

D_б.л, d_k, D₀ - диаметры, мм

 

Р₁ = 17358,2 × [0.5 × 360 + (2 - 0.5) ×14] / (0.5 × 340 × 6) = 3420,58 Н

 

10.3 Допускаемые напряжения смятия [σ]_см. для чугуна рассчитываются на основании таблицы 5.1 путем уменьшения допускаемых напряжений сжатия на 10 % [1], МПа.

 

[σ]_см. = 132,3 МПа

 

10.4. Расчетная толщина торцевой стенки обечайки δ^р_к и ступицы δ^р_с барабана при условии, что они изготовлены из одинакового материала, мм.

 

δ^р_к = δ^р_с = Р₁ / (d₁ × [σ]_см), (10.2)

 

где Р_1, Н;

d₁ - диаметр стандартного крепежного болта, мм;

[σ]_см, МПа.

 

δ^р_к = 3420,58 / (7 × 132,3) = 3,69 мм

 

10.5 Толщину торцевой стенки барабана (ступицы) округляем до ближайшего большего целого значения, мм

 

δ_к = δ_с = 4 мм

 

 

Рисунок 10.1 - Болтовое соединение торцевых стенок ступицы и обечайки  
барабана лебедки; 1,2-поверхности смятия отверстий разъемного соединения

 

10.6 Если торцовые стенки изготовлены из чугуна и δ_к = δ_с < 12 мм, то с учетом технологического ограничения, мм

 

δ_к = δ_с = 12 мм

 

 

11 ГАБАРИТНАЯ РАСЧЕТНАЯ И КОНСТРУКТИВНАЯ ДЛИНЫ 
БАРАБАНА

 

11.1 Габаритная расчетная длина барабана лебедки определяется по эмпирической формуле, мм.

 

ℓ_г = ℓ^р_б.л + 2 × δ_р, (11.1)

 

где ℓ^р_б.л., δ_р - составляющие, мм.

 

ℓ_г = 1034,2+ 2 × 14 = 1062,2 мм

 

11.2 Конструктивную габаритную длину ℓ^к_б.л. барабана лебедки (рис.4.1) получим путем округления габаритной расчетной рабочей длины ℓ_г до ближайшего большего целого четного значения, мм

 

ℓ^к_б.л. = 1063 мм

 

 

12 РАСЧЕТ ДИАМЕТРА ЦАПФЫ ОСИ ВРАЩЕНИЯ БАРАБАНА 
ЛЕБЕДКИ В ОПАСНОМ СЕЧЕНИИ

 

12.1 Если материал оси вращения барабана не задан в исходных данных, то выбираем материал оси из перечня сталей представленных в табл. 12.2.

 

Материал - Сталь 45

 

12.2 При передаче вращающего момента от тихоходного вала редуктора к обечайке барабана лебедки с помощью зубчатой муфты ось вращения барабана воспринимает только изгибающий момент. В этой связи такое конструктивное решение является наиболее целесообразным. Расстояния ℓ₁, ℓ₂ от цапф под ступицами барабана до подшипниковых опор (концевых цапф, иначе шипов) вдоль оси вращения показаны на (рис. 12.1).

 

 

Рисунок 12.1 - Принципиальная и расчетные схемы барабана 
а) - для определения реакции R₁ на подшипник; б) - для определения диаметра цапфы оси вращения барабана лебедки в опасном сечении где приложена сила Р_л;

 

На основании данных имеющихся аналогов барабанов, предварительно принимаем: (рис.12.1) расстояние со стороны подвода вращающего момента к обечайке барабана ℓ₁ = 120 мм; с противоположной стороны ℓ₂ = 200 мм (длина ступицы предварительно принимается равной 1…1.5 диаметра цапфы, d_c) [1]. Диаметры цапф оси вращения барабана определяем из условия работы оси на изгиб при переменном симметричном цикле нагружения.

 

12.3 Коэффициент К₀, учитывающий конструкцию валов, осей и цапф принимаем из интервала К₀ = 2.0…2.8 [1].

 

К₀ = 2

 

12.4 Принимаем допускаемый коэффициент запаса прочности [n]_ц, соответствующий режиму работы лебедки из таблицы 12.1 [1].

 

[n]_ц = 1.6

 

Таблица 12.1 - Коэффициент запаса прочности

Коэффициент запаса прочности, [n]ц	Режимы работы лебедки
	1 М, 2М, 3М	4М	5 М
	1.4	1.6	1.7

 

12.5 Численное значение предела выносливости выбираем из таблицы 12.2 в зависимости от материала оси вращения барабана лебедки для наименьшего диаметра заготовки, т.к. ее диаметр пока не известен [1], МПа.

 

σ_-1 = 373

 

12.6 Определяем допускаемое напряжение изгиба цапфы оси барабана в опасном сечении при переменном симметричном цикле нагружения, МПа

 

[σ_-1] = σ_-1 / {K₀ × [n]_ц} (12.1)

 

[σ_-1] = 373 / { 2 × 1.6} = 116.5 МПа

 

Таблица 12.2 - Предел выносливости σ_-1 на изгиб сталей при симметричном цикле нагружения

Диаметр заготовок	Предел выносливости при изгибе σ-1, МПа
	Ст3сп	Ст. 5.	Сталь 45	Сталь 40 Х	Сталь 40 ХН
любой	186	216
до 80			373
80….120			343
более 120			345
до 120				402
120….200				353
более 200				314
до 200					412
более 200					353

 

12.7 Определяем максимальный изгибающий момент воспринимаемый цапфой оси в опасном сечении под силой Р_л со стороны, противоположной подводу вращающего момента. Максимальный изгибающий момент в сечении этой цапфы возникает тогда, когда канат сбегает с обечайки барабана в сечении проходящем через средину этой цапфы (рис.12.1), Н×мм

 

М_с = [Р_л × (ℓ^р_б.л + ℓ₁) × ℓ₂] / (ℓ₁ + ℓ₂ + ℓ^р_б.л),

 

где Р_л, Н;

ℓ^р_б.л, ℓ₁, ℓ₂ - длины, мм.

 

М_с = [17358,2× (1034,2+ 120) × 200] / (120 + 200 +1034,2) = 2958918,1 Н·мм

 

12.8 Расчетный диаметр цапфы оси под правой ступицей барабана (мм), (рис. 8.1, 12.1) определяется из условия обеспечения изгибной выносливости оси в опасном сечении при переменном симметричном цикле нагружения.

 

d_c = [32 × M_c × K₀ × [n]_ц / (π × σ_-1)]^1/3, (12.2)

 

где М_с - изгибающий момент, Н×мм;

σ_-1 - предел выносливости, МПа.

 

d_c = [32 × 2958918,1 × 2 × 1,6 / (π × 373)]^1/3 = 64 мм

 

Окончательно величину диаметра цапфы d_c оси в сечении под этой ступицей принимают после расчета и выбора опорных подшипников качения, сравнивая диаметр d_c с установочным диаметром внутреннего кольца выбранного в п.19.14 подшипника.

 

 

13 РАСЧЕТНАЯ ЛИНЕЙНАЯ СКОРОСТЬ ТЯНУЩЕЙ ВЕТВИ КАНАТА 
И СООТВЕТСТВУЮЩАЯ ЕЙ ЧАСТОТА ВРАЩЕНИЯ БАРАБАНА

 

13.1 Определяем расчетную линейную скорость тянущей ветви каната, навиваемой на условный средний диаметр навивки каната на барабане лебедки (рис. 4.1), м/с.

 

V_ср. = V_Q × m, (13.1)

 

где V_Q - скорость, м/с.

 

V_ср. = 0.27 × 4 = 0,72 м/с

 

13.2 Необходимая расчетная частота вращения n_ср. (мин ^-1) барабана лебедки, определяемая из условия обеспечения расчетной линейной скорости навивки V_ср. (м/с) каната на условный средний диаметр барабана D_ср.

 

n_ср. = (2 × 30 × V_ср.) / (π × D_ср/10³), (13.2)

 

где V_ср. - скорость, м/с;

D_ср - диаметр, мм.

 

n_ср = (2 × 30 ×0,72_.) / (π × 388/10³) = 35,46 мин ^-1

 

 

14 МОЩНОСТЬ СТАТИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ НА ВАЛУ 
БАРАБАНА ЛЕБЕДКИ

 

14.1 Мощность статического сопротивления на валу барабана лебедки (без учета КПД барабана), обусловленная действием тягового усилию Р_л и линейной скоростью V_ср. ветви каната навиваемой на условный средний диаметр D_ср. при соответствующей частоте вращения барабана n_ср., Вт.

 

N_б.л. = Р_л × V_ср., (14.1)

 

где Р_л - тяговое усилие, Н;

V_ср. - скорость V_ср., м/с.

 

N_б.л. = 17358,2 ×0,72 = 12497,9 Вт

 

 

15 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КПД МЕХАНИЗМА ЛЕБЕДКИ

 

15.1 Если численное значение КПД редуктора η_ред. в исходных данных не задано, то выбираем его значение в справочнике или каталоге из интервала 0.94…0.97;

η_ред. = 0.96

 

15.2 Если численное значение КПД муфты с встроенным тормозом η_т в исходных данных не задано, то выбираем его значение в справочнике или каталоге из интервала 0.97…0.99;

 

η_т = 0.97

 

15.3. Если численное значение КПД барабана лебедки η_б.л в исходных данных не задано, то выбираем его значение в справочнике или каталоге из интервала 0.93…0.97;

η_б.л = 0.96

 

15.4 КПД механизма лебедки (без учета КПД механизма полиспаста и отклоняющих блоков, КПД которых были учтены при определении величины тягового усилия Р_л) определяется по формуле

 

η_л. = η_б.л. × η_ред.× η_т. (15.1)

 

η_л = 0.95 × 0.96× 0.99 = 0.9

 

 

16 РАСЧЕТ МОЩНОСТИ И ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

 

16.1 Необходимая расчетная мощность электродвигателя для подъема номинального (максимального) груза на установившемся режиме, Вт.

 

N^р_эл.дв. = N_б.л. / η_л.

 

где N_б.л. - мощность статического сопротивления на валу барабана лебедки, Вт.

 

N^р_эл.дв. = 12497,9 / 0.9 = 13887 Вт

 

16.2 Из каталога или таблиц ДСТУ (либо других литературных источников) выбираем электродвигатель с мощностью ближайшей большей по сравнению с расчетной, (Вт) с продолжительностью включения (ПВ%), соответствующей режиму работы лебедки. С достаточной степенью точности ПВ% электродвигателя можно принять для лебедок работающих по легкому и среднему режимам ПВ=25%; по тяжелому ПВ = 40%.

Понятие и методика определения  ПВ % дано в приложении E [10].

 

16.3 Выбираем типоразмер электродвигателя по табл. Б.1 [10].

 

Типоразмер - АИР160S4

 

16.4. Для электродвигателя выбранного типоразмера выписываем из табл.Б.1 [10] численное значение мощности N_{эл. дв.}, Вт.

 

N_{эл. дв.} = 15000 Вт

 

16.5 Выписываем из табл. Б.1 [10] следующие технические характеристики выбранного электродвигателя.

 

16.5.1 Синхронная частота вращения n^С_эл.дв. электродвигателя, мин ^-1;

 

n^С_эл.дв. = 1500

 

16.5.2 Асинхронная частота вращения электродвигателя на номинальном режиме работы n^А_эл.дв., мин^-1;

 

n^А_эл.дв. = 1450

 

16.5.3 Обозначения габаритных и присоединительных размеров электродвигателя (мм), показаны на рис.16.1.

 

 

Рисунок 16.1 - Габаритные и присоединительные размеры электродвигателя

 

Для выбранного электродвигателя численные значения габаритных и присоединительных размеров выписываем из таблицы Б.1 [10] в следующем порядке, мм:

 

- габаритная длина ℓ₃₀ = 630;

- габаритная высота h₃₁ = 385;

- диаметр корпуса d₃₀ = 334;

- длина консольного вылета вала ротора ℓ₁ = 110;

- расстояние между крепежными болтами b₁₀ = 254;

 

 

17 РАСЧЕТ И ВЫБОР РЕДУКТОРА

 

17.1 Определяем необходимое расчетное передаточное число редуктора

 

U^р_ред. = n^с_эл.дв. / n_ср., (17.1)

 

где n^с_эл.дв., n_ср. - частоты вращения, мин^-1.

 

U^р_ред. = 1500 / 35,46 = 42,30

 

17.2 Необходимый расчетный момент статического сопротивления (Н×м) на тихоходном вале редуктора определяем по мощности его статического сопротивления и частоте вращения n_ср.