ПТМ Семинар упр-N3 (F12500) (Семинары)

Упражнение №3Пример расчета механизма подъемаИсходные данные:вес груза FQ=12500 Нскорость подъема груза v=8 м/мин;высота подъема груза Н=4 м;группа режима работы механизма 2М;относительная продолжительность включения ПВ=15 %. (по табл.2);время работы механизма за весь срок службы tΣ=4000 ч (выбирает заказчик всоответствии с табл.1).Параметры полиспаста:а – кратность полиспаста (число канатов, на которых подвешен груз), а=2;m –число канатов, наматываемых на барабан, m=1;t – количество отклоняющих блоков, t=2.Рассчитать и подобрать основные элементы механизма подъема.Механизм подъема можно разместить на раме, установленной на стене или на полу.Если на полу, получаются болты меньших диаметров.Литература:1) Снесарев Г.А., Тибанов В.П., «Расчет кранов»;2) «Атлас подъемно-транспортных машин» под ред.

Александрова М.П.Режим нагружения – кратковременный, учитываем, вводя коэффициент КНЕ,зависящий от времени работы механизма в часах tΣ (за весь срок службы), и режимработы механизма, который определяем по таблице 1. КНЕ=0,5 (см. табл.1).Выбор схемы механизма подъема.Желательно – более компактная, либо какие-либо другие условия компоновки,закладываемые заказчиком (рис.2). Характеристика схем на рис. 3, 4.1. Выбор электродвигателя:1.1.

Расчет мощности электродвигателя.ст = +з ∗ (12500 +375)∗8,060000 ∗=60000 ∗0,86=1,996 кВт.РСТ – статическая мощность – при подъеме груза с установившейся скоростью;G3 – вес грузозахватного устройства (G3≈0,03FQ, G3≈375Н)η –КПД механизма подъема.Рассчитывают КПД механизма, изображенного на рис.2.η=ηб*ηпол*ηред*ηм,ηм=0,99 – КПД муфты,ηред=ηз.п.2=0,982=0,96 – КПД редуктора, предполагаем, что редуктор Ц2У.ηб=0,98 –КПД на барабане на изгиб каната.ηпол- КПД полиспаста.1Расчет механизма подъема, упр. №3.2020Рассчитывают КПД полиспаста.Рассмотрим случай подъема груза, т.е.

вариант в котором двигатель преодолевает силу тяжести.При подъеме груза наибольшее натяжение будет на участке каната, наматываемом на барабан Sб(Sб>S3>S2>S1).Потери мощности на изгиб каната на блоках, барабане и на трение качения в подшипникахблоков. КПД полиспаста зависит от направления потока мощности при подъеме или при опусканиигруза. Коэффициент полезного действия при подъеме определяют как отношение полезной работыFQ*Н (на выходе - на крюковой подвеске) к затраченной работе Sб*а*Н (на входе - канатнаматывается на барабан).Sб*а*Н - работа, совершаемая при подъеме груза, на барабане при намотке каната.FQ*Н - работа, совершаемая при подъеме груза, на крюке.Двигатель - источник энергии для преодоления сил тяжести, потерь на трение в элементах механизма подъема, трениемежду канатом и блоками и барабаном и на изгиб каната.

При подъеме максимальное натяжение будет в ветви канатаSб., наматываемого на барабан.Все натяжения приводим к ветви 2 и принимаем КПД барабана и блока примерно одинаковыми:б ≈ бл , б = 3 , 3 = 2 , 2 = 1 , 1 = 2 ∗ бл , = 1 + 2 = 2 ∗ бл + 2 . б = 22 ,бблблбл2 ∗ 2 ∗ бл + 2 ∗ 2 (1 + бл ) ∙ ∙ бл1 + бл 22пол ===∗ бл==бл ,б ∗ ∗ 2 ∗ ∗ 2 ∙ ∙ Тогда КПД при подъеме груза определяем по формуле:2(1 + бл ) ∙ блпол =1− бл блпол = 1− ∙ .- формула в общем виде при подъеме груза для любого полиспаста.блПри отключении двигателя источник энергии - груз, наибольшее натяжение будет на ветви,набегающей на блок крюковой подвески ( > > > б). С учетом выше изложенноговыполним вывод формулы расчета КПД, приведя работу к наиболее нагруженной ветви S1. Ветвь,сбегающая с крюковой подвески с натяжением S2 ,менее нагружена и тогда:бл = , = бл ∙ ; = бл ∙ ; б = бл ∙ ; б = бл ∙ .КПД при опускании груза (все натяжения приводим к ветви ):пол =пол =б ∗∗ ∗−бл−бл=бл ∙ ∙∙ +бл ∙=+бл∙ бл .∙ ∗ −бл ∗ бл .- формула в общем виде при опускании груза для любого полиспастаДля блока на подшипниках качения – η=0,97...0,98, принимаем бл = 0,97.КПД полиспаста при подъеме груза:1+ бл 21+0,97пол =бл =0,97 = 0,927.2η=ηб*ηпол*ηред*ηм= 0,98*0,927 *0,96 *0,99=0,86.2Расчет механизма подъема, упр.

№3.20201.2. Выбор электродвигателя. Для приводов малой мощности Р до 2,2 кВт можноиспользовать двигатели общепромышленные с повышенным скольжением серии4АС, АИРС (рекомендуется n=1500 мин-1 или n=1000 мин-1). Перегрузка не более 5%.4АС80В4У3, Р=2,1кВт, n=1335 об/мин (ПВ=15 % [2]), вес 20,4 кг.4АС90L6У3, Р=2,2кВт, n=900 об/мин (ПВ=15 % [2]), вес 28,7 кг.2. Выбор каната.2.1. Максимальная сила натяжения: + з12500 + 375 === 6944,44Н.

∗ ∗ пол 1 ∗ 2 ∗ 0,927Витки каната находятся в сложном напряженном состоянии, так как изнашиваются,поэтому диаметр каната не рассчитывают, а выбирают по максимальной разрывнойсиле.k = 5, 0 (табл. 7 [1]).Fразр=k*Fmax=5*6944,44=34722,2H.Виды канатов (смотри лекции).Если проволоки, из которых свит канат, имеют неодинаковые диаметры, то они более плотноукладываются и нагрузка распределяется более равномерно. Однако, если наружные слои свиты изпроволок разного диаметра, то более тонкие наружные проволочки со временем обрываются,вылезают наружу, канат распушается.

Чем больше временное сопротивление σ0,2 проволоки в МПа,тем дороже канат. Для режимов 1М, 2М рекомендуют тип каната ЛК-Р. Для режимов 4М, 5М и 6Мрекомендуют тип каната ЛК-РО, ЛК-3.2.2. Выбираем канат ЛК-Р (ЛК – линейный контакт), ГОСТ 7668  80Маркировочная группа: σ0,2=1600…1800 МПа. Конструкция6х19(1+6+6/6)+1о.с. о.с.органический сердечник).Диаметр каната  8,3 мм, разрывное усилие Fразр =37 кН, σв =1666МПа.Канаты двойной свивки:ЛК-Р (наружный слой свит из проволок разного диаметра),ЛК-РО (наружный слой свит из проволок одинакового диаметра, а внутренний из проволокнеодинакового диаметра).ЛК-З (свит из проволок, где один из слоев свит из проволок другого диаметра)2.3.

Крепление конца каната нормализованными прижимными планками.Диаметр винтов или шпилек для крепления планки выбирают: dв= (1,4...1,6) dк(dв  М10), количество винтов не менее двух. Рассчитывают силу затяжки болтов и уточняют класспрочности или диаметр винтов Планки бывают одновинтовыми и двухвинтовыми. соответствии стребованиями ГОСТОРТЕХНАДЗОРА должно быть не менее двух прижимных одновинтовыхпланок,Если диаметр каната меньше 31 мм, то устанавливают две одновинтовые или двухвинтовуюпланки.

Если диаметр каната больше 31 мм, то устанавливают две двухвинтовые планки. Еслиустановлены две одновинтовые планки, то расчет условно ведут, как для одной двухвинтовойпланки.При удержании каната на барабане должно соблюдаться условие: силы трения между планкой иканатом и между канатом и барабаном должны быть больше, чем сила натяжения каната. Из этогоусловия рассчитана требуемая сила затяжки винтов (см. лекции)кр2777 ,8зат === 1501,50,16∗3π+1 (.кр ≈2,5=+1)6944,442,50,16+0,25 (+1)= 2777,8 Н3Расчет механизма подъема, упр.

№3.2020кр - натяжение каната перед планкой. Коэффициент 2,5 определен с учетом динамических нагрузокпри пуске и уменьшения натяжения за счет регламентированных техникой безопасности полуторанеприкосновенных витков, рассчитанного по формуле Эйлера (а=3π, f =0,16). – максимальное натяжение каната при подъеме,f – минимальный коэффициент трения между канатом и поверхностью барабана, f=0,16,а=3π – минимальный угол обхвата барабана полуторами неприкосновенными витками,f1 – приведенный коэффициент трения между канатом и планкой, имеющей трапецеидальноесечение канавки, 1 = , где β – угол наклона боковой грани зажимной канавки на планке,0,16обычно β =40°,1 = 40° = 0,25.Рассчитываем напряжение растяжения в винте М10 и сравнивают с допускаемым.1,3∙∙зат∙∙зат ∙ 1р = ∙ 2 /4+ 0,1∙≤ ,31р =1,3∙1,5∙1501 ,5∙8,16 2 /41+1,5∙0,16∙1501 ,5∙150,1∙8,16 3= 66 МПа.где d1 =8,16мм - внутренний диаметр резьбы винта,k ≥1,5 – коэффициент запаса из условия несдвигаемости,1,3 – коэффициент, учитывающий напряжения кручения в резьбе,l1 =15 мм - плечо момента, изгибающего винт, равно расстоянию от опорной поверхности головкивинта до поверхности барабана (см.

лекции рис.43). = т допускаемое напряжение.тПри классе прочности винта 5.8 т =400 МПа, коэффициенте запаса прочности т = 5.400 = 5 = 80 МПа. > р = 66 МПа.3. Первый расчет для выбора редуктора.Выбрав по мощности электродвигатель, диаметр каната в соответствии с ГОСТ2688-ХХ или ГОСТ 7688-ХХ, по существующим рекомендациям выполняют расчетыпо определению размеров барабана. Редуктор выбирают по каталогу в зависимостиот момента и передаточного отношения, а чтобы эти параметры рассчитать,определяют диаметр барабана.3.1.

Диаметр барабана. Эмпирическая формула приведена в лекции. Коэффициент езависит от типа крана и режима работы механизма, е=16 (с.26, табл. 8[1]).б ≥ к ( − 1)=8,3*(16-1) =124,5 ммОкругляем по ряду чисел Ra40 (табл. 6[1]): Dб=140 мм.3.2. Число рабочих витков зависит от высоты подъема груза.∗∗10002∗4∗1000 === 17,17, zp не обязательно брать целым числом.∗(бар + к )∗(140+8,3)3.3. Длина барабана.б = ∗ ( + 6), р - шаг нарезки в мм.Lб=9,5*(17,17+6)=220,11мм.

Округляем по ряду чисел Ra40 (табл. 6[1]): Lб=220 мм.р =(1,1...1,2) dk =(1,1…1,2)*8,3=9,13…9,96 мм, округляют до 0,5 мм, примем р=9,5 мм.Толщину стенки барабана δ принимают равной δ=1,2к ≥8 мм. Затем выполняютрасчет стенки барабана по напряжениям сжатия.δ=1,2к =1,2*8,3=9,96мм. Примем 10мм.Расчет ведут по максимальному натяжению каната Fmax и сравнивают расчетное напряжение с6944,44допускаемым [σсж]: сж = ≤ [сж ]. сж = 10∙9,5 = 73 МПа. Допускаемое напряжение∙Рзависит от группы режима работы механизма и материала барабана.4Расчет механизма подъема, упр. №3.2020Ст3сп, режимы 1М…6М - [σсж]=110…200 МПа.Чугун СЧ18, режимы 1М…3М - [σсж]=90…110 МПа.Чугун СЧ24, режимы 1М…6М - [σсж]=100…170 МПа.Реборду на поверхности барабана выполняют там, где нет крепления конца каната.Для схемы на рис.3 (барабан размещен консольно) рекомендуется выполнениеусловия б ≥ б .