Расчет реверсивной лебёдки

Размещено на http://www.allbest.ru/

15

Министерство образования Республики Беларусь

Белорусский Национальный Технический университет

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

По дисциплине «Дорожно-строительные машины»

Выполнил: Вильковский Д.Н.

Минск 2014

ВВЕДЕНИЕ

Рис. 1 а - зубчато-реверсивная лебёдка без полиспаста: 1- барабан; 2 - редуктор; 3-вал редуктора; 4-тормоз; 5 - электродвигатель;

Лебедкой называется грузоподъемная машина, перемещающая груз при помощи стального каната, наматываемого на вращающийся барабан.

Лебедки применяются как самостоятельный механизм для подъема и опускания грузов, а также как составная часть исполнительных механизмов грузоподъемных, землеройных и других строительных машин.

Лебедки бывают с ручным и механическим приводом. Каждая лебедка характеризуется тяговым усилием, канатоемкостью и скоростью навивания каната на барабан.

Для подъема и перемещения рабочих строителей с инструментами и материалами на определенную высоту на строительных объектах применяются следующие виды машин и оборудования. Реверсивная лебедка (рис. 1, а) состоит из барабана 1, цилиндрического редуктора 2, входного вала редуктора 3, соединительной муфты с электромагнитным колодочным тормозом 4 и электродвигателем 5. Принудительное опускание груза на режиме двигателя создает условия для безопасной работы и допускает дистанционное управление лебедкой. Реверсивные лебедки изготовляются на тяговое усилие от 0,25 до 12,5 тс

Рабочим органом лебедки является барабан, служащий для навивки каната. Барабан лебедки выполнен в виде сварной конструкции и опирается с одной стороны на подшипник качения, установленный в стойке опоры барабана лебедки, второй конец барабана насаживается на вал редуктора.

Крутящий момент на барабан лебедки передается от рукоятки через редуктор.

В лебедке предусмотрено два тормозных устройства: грузоупорный тормоз и стопор барабана.

Грузоупорный тормоз - храпового типа.

При опускании груза собачка тормоза удерживается в отведенном положении с помощью рычага лебедки.

Следует обращать особое внимание на состояние храпового механизма, состояние троса и крюка, зажимов и деталей ручки, так как они относятся к конструктивным изделиям лебедки, имеющим повышенный износ.

Работы по монтажу и эксплуатации лебедки должны выполняться в соответствии с требованиями ГОСТ 12.2.003-91, ГОСТ 12.3.009-76.

Лебедка должна быть надежно закреплена.

Масса поднимаемого груза не должна превышать паспортной грузоподъемности лебедки.

Канат лебедки должен быть надежно закреплен, при разматывании каната на барабане должно оставаться не менее двух витков навивки.

Не допускается работа с лебедкой при возникновении беспорядочной намотки троса на барабан, при образовании петель при выпуске троса.

Запрещается оставлять канат в натянутом положении после работы.

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.

ПОЛИСПАСТЫ- простые грузоподъемные механизмы, основные детали которых - колесо с окружным желобом (шкив) и веревка или трос; используются для подъема тяжестей с приложением небольших усилий (либо с приложением усилий в удобной позиции работающего) как в качестве рабочих органов подъемных машин (лебедок, талей, подъемных кранов), так и независимо от них. Обычно блоком называют устройство, состоящее из одного шкива в оправе с подвесом и одного троса; полиспастом - комбинацию шкивов и тросов. Принципы действия этих механизмов поясняются на рисунках. На рис.3,а груз весом W₁поднимают с помощью одиночного блока усилием P₁ , равным весу. На рис.3,б груз W₂ поднимают простейшим кратным полиспастом, состоящим из двух блоков, усилием P₂, равным только половине веса W₂. Воздействие этого веса делится поровну между ветвями троса, на которых шкив B₂подвешен к шкиву A₂ с помощью крюка C₂. Следовательно, для того чтобы поднять груз W₂, к ветви троса, проходящей через желоб шкива A₂, достаточно приложить силу P₂, равную половине веса W₂; таким образом, простейший полиспаст дает двойной выигрыш в силе. Рис.3,в поясняет работу полиспаста с двумя шкивами, каждый из которых имеет два желоба. Здесь усилие P₃, необходимое для поднятия груза W₃, составляет лишь четверть его веса. Это достигается благодаря распределению всего веса W₃ между четырьмя тросами подвеса блока B₃. Отметим, что кратность выигрыша в силе при подъеме тяжестей всегда равна числу тросов, на которых висит подвижный блок B₃. Полиспаст по своему принципу действия подобен рычагу: выигрыш в силе равен проигрышу в расстоянии при теоретическом равенстве совершаемых работ



Рисунок 3

Расчетная схема грузоподъёмного механизма, 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.

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

К_s = 2

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

Режим работы лебедки средний

Рисунок 2 - Схема полиспаста m=3

1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕДЛЯ ПРОЕКТИРОВОЧНОГО РАСЧЕТА ЛЕБЕДКИ

грузоподъемный машина лебедка реверсивный

Дано:

Задача - лебедка реверсивная

вопросы:1,26,98,113,159,189

Режим работы : СРЕДНИЙ

G=35 кН - вес поднимаемого груза

Пдв=750 об/мин - частота вала двигателя

Н= 15 м - высота подъема груза

Кратность полиспаста =3

Числа зубьев зубчатых колёс:

Z1=17

Z2=81

Z3=15

Z4=60

Необходимо найти:

Выполнить схему грузоподъёмного механизма.

Описать устройство и принцип действия стр. лебёдки и полиспаста

Определить передаточное число привода лебёдки

Определить кпд привода лебёдки

Определить кпд полиспаста

Определить общий кпд грузоподъемного механизма

Определить требуемую мощность двигателя

Определить тяговое усилие на барабане с учётом силы тяжести поднимаемого груза и кратности полиспаста

Определить диаметр каната

Определить диаметр барабана

Определить частоту вращения барабана

Определить скорость каната

Определить путь каната при его перемещении на высоту H= 15 м

Cхема грузоподъёмного механизма

2. РАСЧЕТ И ВЫБОР СТАЛЬНОГО КАНАТА

Определяем на схеме (рис.2) количество блоков полиспаста К_п.

К_п = 4

Определяем на схеме количество отклоняющих (с которого канат полиспаста уходит на барабан лебедки, называют отклоняющим) блоков К_о.

К_о = 1

Определяем на схеме количество подвижных блоков полиспаста К_подв.

К_подв = 1

Определяем на схеме количество неподвижных блоков полиспаста К_неподв.

К_неподв = 2

В нашем случае кратность полиспаста m=3. Кратностью полиспаста называется отношение количества ветвей стального каната на которых подвешен груз к количеству ветвей каната навиваемых на барабан лебедки или отношение скорости ведущего конца гибкого тягового органа к ведомому

m = 3

Определяем КПД одного блока полиспаста з¹_б.п и одного отклоняющего блока з¹_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.

КПД блока полиспаста з¹_б.п = 0.97

КПД отклоняющего блока з¹_о.б. = 0,97

Определяем КПД механизма полиспаста.

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

ф = 5

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

з_пол. = [з¹_б.п. + (з¹_б.п.)² +……….+ (з¹_б.п.)^(ф-1)] / m (2.1)

з_пол. = 0.9412

КПД всех отклоняющих блоков равен произведению их КПД.

з_о.б = (з¹_о.б.)^Ко (2.2)

з_о.б = 0.97

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

Р_л = G / (m Ч з_пол. Ч з_о.б.), (2.3)

где G - вес поднимаемого груза и в том числе грузозахватных устройств, кг

Р_л = 35000 / (3 Ч 0.9412 Ч0.97) =12779 Н

Выбор типоразмера стального каната.

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

Коэффициент запаса прочности К_з

К_з = 5,5

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

R = Р_л Ч К_з (2.4)

R = 12779 Ч 5.5 = 70284.5 Н

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 приложение 1 [ГОСТ 2688-80] воспользуемся, например маркировочной группой стального каната - 1770 (180), Н/мм².

Для этой маркировочной группы из таблицы приложение 1 [ГОСТ 2688-80]] по величине разрывного усилия R (Н) каната в целом выбираем диаметр d_к (мм) стального каната.

d_к = 12.0 мм

Канат 12,0 - Г - I - Н - Р - Т - 1770 ГОСТ 2688 - 80

Канат диаметром 12 мм, грузового назначения, первой марки, из проволоки без покрытия, правой крестовой свивки, нераскручивающийся, рихтованный, повышенной точности, маркировочной группы 1770 Н/мм2 по ГОСТ 2688 - 80

Разрывное усилие R в стальном канате d_к = 12.0 мм R не менее 78550 Н

Найдём путь каната при перемещении груза на высоту Н=15 м

груз проходит путь

С = aН,

где a -- кратность скоростного полиспаста

С = 3*15=45м

3. РАСЧЕТ И ВЫБОР БЛОКОВ ПОЛИСПАСТА И ОТКЛОНЯЮЩИХ БЛОКОВ

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 Ч dк
Средний	dб.п ? 18 Ч dк
Тяжелый	dб.п ? 20 Ч 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 Ч 12 = 216 мм

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

d _б.п. = d_о.б. =220 мм

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ РАЗМЕРОВ БАРАБАНА ЛЕБЕДКИ

Расчетный диаметр цилиндрической обечайки барабана лебедки [3], мм

D^р_б.л. = d^р _б.п. Ч 1.35, (4.1)

где 1.35 - эмпирический коэффициент

D^р_б.л = 216Ч 1.35 = 292,6 мм

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. = 320 мм

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).

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 ?^р_б.л. ? 3 Ч 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.

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

D_ср = D_б.л. + К_s Ч d_к, (4.2)

где D_б.л., d_к - диаметры, мм.

D_ср = 320 + 2 Ч 12 = 344 мм

Примем з_б - к.п.д. барабана из справочника, равный 0,96

5. РАСЧЕТ РЕДУКТОРА (ПРИВОД БАРАБАНА - ДВУХСТУПЕНЧАТЫЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКИЙ РЕДУКТОР)

Определяем необходимое расчетное передаточное число редуктора

Для двухступенчатого цилиндрического редуктора передаточное число будет равно

U^р_ред. = Z2 *Z3

Z1 Z4

U^р_ред = 81 *60

17 15

U^р_ред =19 оборотов/минуту

КПД редуктора, находится по формуле:

где n_р = n²_м *n³_п *n²_зп *n_мп = 0,98*0,98*0,985*0,985*0,985*0,96*0,96*0,99=0,84

n_м -КПД муфты, 0,98

n_п -КПД подшипника, 0,985

n_зп - КПД зубчатой передачи, 0,96

n_мп -КПД на перемешивания масла. 0,99

Таким образом, общее КПД привода равно 84%.

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

Найдём n_ср. - частота вращения барабана лебёдки, мин^-1 Для этого воспользуемся формулой (5.1)

U^р_ред. = n^с_эл.дв. / n_ср.,

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

n_ср = n^с_эл.дв/ U^р_ред=750/19=39 мин^-1 (6.1)

Также необходимая расчетная частота вращения n_ср. (мин ^-1) барабана лебедки, определяемая из условия обеспечения расчетной линейной скорости навивки V_ср. (м/с) каната на диаметр расчетного условного слоя навивки каната на барабан лебедки D_ср.

n_ср. = (2 Ч 30 Ч V_ср.) / (р Ч D_ср/10³), (6.2)

где V_ср. - скорость каната, м/с;

D_ср - диаметр, мм.

V_ср=(19Чр Ч 344/10³) /2Ч30 = 0.34 м/c

Т.е. расчетная линейную скорость тянущей ветви каната, навиваемой на условный средний диаметр навивки каната на барабане лебедки (рис. 4.1), равна 0,34 м/с.

Найдём скорость подьема груза:

V_ср. = V_G Ч m, (6.3)

где V_G - скорость груза, м/с.

V_G. = 0.34/ 3 = 0,11 м/с

7. МОЩНОСТЬ СТАТИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ НА ВАЛУ БАРАБАНА ЛЕБЕДКИ

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 Ч V_ср., (7.1)

где Р_л - тяговое усилие, Н;

V_ср. - скорость V_ср., м/с.

N_б.л. = 12779Ч0,34 = 4345 Вт

8. РАСЧЕТ МОЩНОСТИ И ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

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

N^р_эл.дв. = N_б.л. / з_л.

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

N^р_эл.дв. = 4345 / 0.9 = 4828 Вт

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].

Выбираем типоразмер электродвигателя согл. ГОСТ Р 51689-2000 Выбираем АД160М8/6/4

Для электродвигателя выбранного типоразмера выписываем численное значение мощности N_{эл. дв.}, Вт.

N_{эл. дв.} = 5000 Вт

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

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

n^С_эл.дв. = 750

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

n^А_эл.дв. =735

9. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КПД МЕХАНИЗМА ЛЕБЕДКИ

Численное значение КПД редуктора з_ред. = 0,84

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

з_т = 0.99

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

з_б.л = 0.96

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

з_л. = з_б.л. Ч з_ред.Ч з_т. (15.1)

з_л = 0,84 Ч 0.96Ч 0.99 = 0.8

ОТВЕТ

Выполнена схема грузоподъёмного механизма.

Описано устройство и принцип действия стр. лебёдки и полиспаста

U^р_ред. = 19 мин ^-1 передаточное число привода лебёдки

84 % кпд привода лебёдки

з_пол. = 0.9412 - кпд полиспаста

80 % общий кпд грузоподъемного механизма

N_{эл. дв.} = 5000 Вт - требуемая мощность двигателя

Р_л =12779 - тяговое усилие на барабане с учётом силы тяжести поднимаемого груза и кратности полиспаста

d_к = 12.0 мм - диаметр каната

D_б.л. = 320 мм - диаметр барабана

n_ср = 39 мин ^-1 - частота вращения барабана

V_ср. = 0,34 м/с - скорость каната

С = 45м - путь каната при его перемещении на высоту H= 15 м

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Курсовое проектирование грузоподъемных машин: Учеб. пособие для студентов машиностроительных вузов; под ред. С.А. Казака.-М.: Высш.шк., 1989.

2. Моргачев В.Л. Подъемно- транспортные машины. М., Московская типография №12, 1964.

3. Правила ГГТН от 31.12.1998 № 79. Правила устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов-манипуляторов ПБ 10-257-98.

4. Павлище В.Т. Підшипники кочення. Довідник, Львів, 2001.

5. Черменский О.Н., Федоров Н.Н. Подшипники качения. Справочник -каталог, М. Машиностроение, 2003, 576с.

6. Назаренко І.І., Німко Ф.О. Вантажо-підіймальна техніка: "Слово", Київ, 2010, 398 с.

7. Справочник по кранам: В 2 т. - Т 1. Характеристики механизмов и нагрузок. Основы расчетов кранов и их приводов и металлических конструкций / В.И. Брауде, М.М. Гохберг и др.; Под общ. ред. М.М. Гохберга. - Л: Машиностроение, Ленинградское от-ние, 1988. - 519 с.

8. Справочник механика на строительстве; под ред. А.П. Станковского.- М.: Изд. литер. по строительству, 1967.

9. Штейнблит А.Е. Курсовое проектирование деталей машин: Учеб. пособие для учащихся машиностроительных специальностей. - М: Высшая школа, 1991.

10. Мацей Р.А. Методические указания к курсовому проекту "Расчет реверсивной лебедки", 2011.-35с.

Размещено на Allbest.ru

...