Геометрические параметры барабана и блоков полиспаста

 

Назначение блока – поддержание и изменение направления движения каната диаметром d_к. Блоки подразделяют на подвижные, оси которых перемещаются в пространстве, и неподвижные. Разновидностью неподвижных блоков является уравнительный блок, который при подъеме и опускании груза не вращается, а служит для уравнивания длины неравномерно вытягивающихся ветвей каната в сдвоенном полиспасте.

Блоки для канатов изготовляют из стали литьем, сваркой или штамповкой. Для литых блоков применяют сталь с механическими свойствами не хуже, чем у стали 45Л-11, для штампованных – не хуже, чем у стали 45, и для сварных – не хуже, чем у стали Ст 3.

Минимальные диаметры грузового барабана, блоков полиспаста и уравнительных блоков, определяют по формулам:

D1 ≥ h1 dк ; D2 ≥ h2 dк ; D3 ≥ h3 dк ,

(5.9)

где D₁ , D₂ , D₃ – диаметры соответственно барабана, блока полиспаста и уравнительного блока по центру навитого каната; h₁ , h₂ , h₃ – коэффициенты выбора диаметров, соответственно: барабана, блока полиспаста и уравнительного блока (принимаются по таблице 5.5).

Полученные расчетным путем диаметры D₁ , D₂ , D₃ должны быть округлены в большую сторону до ближайшего стандартного значения из ряда: 260; 300; 335; 400; 500; 510; 600; 630 мм.

 

Таблица 5.5 – Коэффициент выбора диаметра: барабана ( h ₁ ), блока полиспаста ( h ₂ ) и уравнительного блока ( h ₃ )

Группа классификации (режима) механизма		Классификация выбора диаметра
по ИСО 4301/1	по ГОСТ 25835-83	h1	h2	h3
M1	1M	11,2	12,5	11,2
M2	1M	12,5	14,0	12,5
M3	1M	14,0	16,0	12,5
M4	2M	16,0	18,0	14,0
M5	3M	18,0	20,0	14,0
M6	4M	20,0	22,4	16,0
M7	5M	22,4	25,0	16,0
M8	6M	25,0	28,0	18,0

 

Поверхность барабана может быть гладкой или желобчатой. В грузоподъемных механизмах с машинным приводом применяется однослойная навивка каната на барабан в желобки, нарезанные по винтовой линии.

Конструкция барабана зависит от типа полиспаста и определяется с учетом числа ветвей канатов, навиваемых на барабан.

На рисунке 5.7 показана расчетная схема барабана для одинарного полиспаста.

Рисунок 5.7 – Расчетная схема барабана одинарного полиспаста

Значение шага навивки каната р _t принимают из приближенного соотношения (большее значение для малых диаметров каната):

(5.10)

Полученная величина р _t должна быть кратной 0,5 мм.

Также шаг навивки, с учетом изображения на рисунке 5.8, может быть определен по таблице 5.6.

Рисунок 5.8 – Профиль нарезки канавок на барабане

Таблица 5.6 – Размеры профиля канавок барабана, мм

Диаметр каната, d к	Радиус R	Глубина h	Шаг, pt	Диаметр каната, d к	Радиус R	Глубина h	Шаг, pt
8,1…9	5	2,5	10	21,6…23	12,5	7	26
9,1…10	5,5	3	11	23,1...24,5	13,5	7,5	28
10,1…11	6	3,5	12,5	24,6…26	14	8	29
11,1…12	6,5	3,5	13,5	26,1...27,5	15	8,5	32
12,1…13	7	4	15	27,6…29	16	9	34
13,1…14	7,5	4,5	16	29,1…31	17	9,5	36
14,1…15	8,5	4,5	17	31,1…33	18	10	38
15,1…16	9	5	18	33,1…35	19	10,5	40
16,1…17	9,5	5,5	19	35,1..37,5	21	11,5	42
17,1…18	10	5,5	20	37,6…40	22	12	44
18,1…19	10,5	6	22	40,1...42,5	23	13	48
19,1…20	11	6	23	42,6...45,5	25	14	50
20,1…21.5	12	6,5	24	45,6...47,5	26	14,5	52

 

Длина барабана определяется по зависимости

(5.11)

 

где l ₁ – длина барабана, используемая для крепления каната; l ₀ – расстояние от оси крайнего витка до края барабана; l _н – длина нарезки между осями крайних витков каната.

Длина участков барабана, используемая для крепления витков каната l ₁ = (3…4 p_t); расстояние от края барабана – l ₀ = 2 p_t.

Длина нарезки барабана

(5.12)

 

где z ₁ = 1,5…2 – число неприкосновенных по Правилам Росгортехнадзора витков каната; z_к  – число витков каната, навиваемых на барабан при подъеме груза на расчетную высоту подъема

(5.13)

 

где D ₁ – расчетный диаметр барабана; L _к – длина каната, навиваемого на барабан (канатоемкость):

(5.14)

где Н – высота подъема груза.

С учетом рекомендуемых значений полная длина барабана для одинарного полиспаста находится по выражению

(5.15)

 

На рисунке 5.9 показана расчетная схема барабана для сдвоенного полиспаста (натуральный вид этого барабана показан на рисунке 5.2).

Рисунок 5.9 – Расчетная схема барабана сдвоенного полиспаста

 

Барабан состоит из двух нарезных участков 1, а также двух крайних участков 2. В средней части барабана располагается не нарезной участок 3.

Общая длина барабана

(5.16)

 

С учетом выражений (5.12), (5.13), (5.14), а также рекомендуемых значений  l ₁ = (3…4) p_t; l ₀ = 2 p_t, z ₁ = 1,5…2 витка, длина барабана определяется по выражению  

(5.17)

 

 Длина не нарезного участка предварительно может быть принята равной 150…200 мм или определена по выражению

(5.18)

 

где В₃ – расстояние между осями наружных блоков крюковой подвески (принимается по таблице П.5); h_min – минимальное расстояние между осью барабана и осью блоков крюковой обоймы (предварительно можно принимать h_min ≈ 3D₁); α – максимально допустимый угол отклонения канатов от нормали к оси барабана; принимается α ≤ 6º.

Толщина стенки барабана δ определяется из условия прочности на сжатие и из технологических условий изготовления.

Напряжения кручения и изгиба в стенке барабана незначительны по сравнению с напряжением сжатия, поэтому они учитываются только при отношении длины барабана к его диаметру более 3...4.

Толщина стенки барабана из условия прочности на сжатие

(5.19)

 

 где [σ_сж] – допускаемое напряжение сжатия для материала барабана (принимается по таблице 5.7).

Таблица 5.7 – Допускаемые напряжения [σ_сж] материала стенок

 барабана

Материал барабана	Допускаемые напряжения [σсж], МПа
	Группа режима работы механизма
	М1…М5 (1М…3М)	М6, М7 (4М, 5М)	М8
Сталь
ВСт3сп	150	130	110
сталь 20	160	140	120
09Г2С	195	165	140
сталь 35Л	170	140	120
сталь 55Л	200	165	140
Чугун
СЧ15	90	-	-
СЧ18	100	90	-
СЧ24	130	115	100

 

По технологическим условиям изготовления барабана, связанным с особенностями литейного производства, толщина стенки:

чугунного барабана

 

(5.20)

 

и стального барабана  

 

(5.21)

 

Из полученных значений δ, δ'  и δ" принимается большее значение с округлением в большую сторону до целого числа.

 

5.4 Пример выполнения задания

Выполнить расчет и подбор элементов полиспаста консольно-козлового крана.

Исходные данные: тип крана – консольно-козловой; грузоподъемность – Q  = 12,5 т; скорость подъема груза – v _гр = 0,25 м/с; высота подъема – H = 10 м; группа режима работы по ИСО 4301/1 – М6.

Согласно изложенным рекомендациям для крана этого типа принимаем: схему запасовки каната консольно-козлового крана, показанную на рисунке 5.3 и 5.10; тип полиспаста – сдвоенный, а = 2; кратность полиспаста – u_п = 2;  КПД полиспаста – η_п = 0,99 (таблица 5.3); число направляющих блоков – n = 6.

Рисунок 5.10 – Схема запасовки каната

 

Решение

 

а ) выбор каната и грузозахватного органа

Определим по выражению (5.4) максимальное усилие в тяговой ветви каната при подъеме груза

 

 

где F_Q – сила тяжести груза и крюковой подвески, определяемая по формуле (5.5)

 

 

η_о – общий КПД полиспаста и обводных блоков, определяемый по формуле (5.6)

 

где η_п = 0,99 – КПД полиспаста при u _п = 2 (таблица 5.3); η_б = 0,98 – КПД блока при установке на подшипниках качения и нормальной смазке (таблица 5.2); n = 6 – количество направляющих (обводных) блоков в схеме запасовки каната.

Расчетное разрывное усилие каната находим по выражению (5.7)

 

где z_p = 5,6 – коэффициент использования каната при режиме М6 (таблица 5.4).

В таблице П.1 выбираем по ГОСТ 2688-80 канат двойной свивки типа ЛК-Р конструкции 61×9+1 о.с. диаметром d = 21 мм, имеющий при маркировочной группе проволок σ_в = 1568 МПа минимальное разрывное усилие F₀ = 222 кН.

Определяем по выражению (5.8) действительный коэффициент использования (запаса прочности) каната

 

Канат диаметром 21 мм, грузовой (Г), первой марки (I), из проволоки без покрытия (-), нераскручивающийся (Н) обозначается как:

Канат-21-Г-Н-1568 ГОСТ 2688-80.

По заданной грузоподъемности Q = 12,5 т и группе режима работы М6 выбираем по таблице П.4 заготовку крюка № 17.

 

б ) определение диаметров блоков и размеров барабана.

Минимальные диаметры по центру наматываемого каната находим по выражениям (5.9) с учетом группы режима работы М6 (таблица 5.5):

барабана

принимаем D ₁ = 500 мм;

блоков полиспаста

принимаем D ₂ = 500 мм;

уравнительного блока

принимаем D ₃ = 400 мм.

Шаг навивки каната на барабан при d _к = 21 мм принимаем по таблице 5.6 – p_t = 24 мм.

Общая длина барабана для сдвоенного полиспаста определяется по выражению (5.17)

где b = 150…180 мм – ширина не нарезного участка барабана.

 

Принимаем l _б = 1150 мм.

 

Толщину стенки барабана из условия прочности на сжатие, определяем по выражению (5.19)

 

где [σ_сж] = 90 МПа для материала барабана чугун СЧ18 и группы режима работы М6 (таблица 5.7).

По выражению (5.20) уточняем толщину стенки чугунного барабана по технологическим условиям изготовления

 

Окончательно принимаем толщину стенки барабана δ = 17 мм.

 

5.5 Контрольные задания

1. Изучить теоретический материал.

2. Привести краткое описание назначения, конструкции и принципа действия механизмов подъема кранов. 

3. Из таблицы 5.8 выбрать исходные данные для расчета элементов крана в соответствии с личным вариантом.

Таблица 5.8 – Исходные данные

Параметры	Вариант**
	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Тип крана*	I	II	III	IV	I	II	III	IV	I
Грузоподъ - емность, т	2	8	10	12,5	3,6	25	12	20	1,6
Скорость подъема груза, м/с	0,32	0,27	0,2	0,32	0,25	0,16	0,25	0,32	0,27
Высота подъема груза, м	8	10	12	14	10	8	14	12	9
Режим работы механизма	М4	М5	М6	М7	М6	М5	М4	М7	М8
Схема запасовки каната	Рису- нок 5.6, б	Рису- нок 5.6, л	Рису- нок 5.6, е	Рису- нок 5.6, ж	Рису- нок 5.6, г	Рису- нок 5.6, н	Рису- нок 5.6, e	Рису- нок 5.6, и	Рису- нок 5.6, б
Тип полиспаста, а	1	2	2	2	1	2	2	2	1
Кратность полиспаста, u п	2	2	2	3	2	4	2	3	2
Число направляющих блоков, n	1	-	2	4	2	-	2	4	1
Параметры	Вариант**
	10	11	12	13	14	15	16	17	18
Тип крана*	I	II	III	IV	I	II	III	IV	I
Грузоподъ - емность, т	1,6	3	10	26	1,8	22	18	2,6	2,0
Скорость подъема груза, м/с	0,30	0,25	0,23	0,34	0,23	0,20	0,26	0,28	0,25
Высота подъема груза, м	8	10	12	14	10	8	14	12	9
Режим работы механизма	М5	М4	М7	М6	М5	М6	М4	М7	М8
Схема запасовки каната	Рису- нок 5.6, в	Рису- нок 5.6, к	Рису- нок 5.6, е	Рису- нок 5.6, ж	Рису- нок 5.6, г	Рису- нок 5.6, м	Рису- нок 5.6, и	Рису- нок 5.6, д	Рису- нок 5.6, г
Тип полиспаста, а	1	2	2	2	1	2	2	2	1
Кратность полиспаста, u п	2	1	2	3	2	3	3	1	2
Число направляющих блоков, n	3	-	2	4	2	-	4	2	2

*Обозначение типа крана: I – стреловой; II – мостовой; III – консольно-козловой; IV – бесконсольно-козловой.

**Вариант задания выбирается по номеру студента в списке группы.

 

4. Выполнить расчет заданного механизма подъема в последовательности, рассмотренной в разделе 5.4 и подобрать элементы полиспаста.

5. По результатам расчета выполнить схему барабана в масштабе уменьшения (1:2, 1:2,5, 1:4).

6. Дать ответы на приведенные ниже вопросы.

Вопросы:

1. Как определяют передаточное отношение механизма подъёма груза?

2. Как рассчитывают грузовой момент на валу барабана?

3. Как определяют статическую мощность электродвигателя механизма

подъёма?

4. Каков порядок выбора электродвигателя механизма подъёма?

5. Как подбирают передаточный механизм?

6. Как устроены барабаны и из каких материалов их изготавливают?

7. Как определяют детальные размеры барабана?

 

Содержание отчета

1. Тема, название и цель работы.

2. Краткие теоретические сведения о назначении, конструкции и принципе действия механизмов подъема кранов.

3. Изложение результатов выполнения практического задания по разделу 5.5.

Список литературы

1. Александров, М. П. Грузоподъемные машины: учеб. для вузов / М. П. Александров, Л. Н. Колобов, Н. А. Лобков и др.– М. : Машиностроение, 1986. – 400 с.

2. Гайдамака, В. Ф. Грузоподъемные машины: учебник / В. Ф. Гайдамака. – К.: Выща школа, 1989. – 328 с.

3. Степыгин, В. И. Проектирование подъемно-транспортных установок: учебное пособие. / В. И. Степыгин, Е. Д. Чертов, С. А. Елфимов – М.: Машиностроение, 2005. – 288 с.

4. Кузьмин, А. В. Справочник по расчетам механизмов подъемно-транспортных машин. / А. В. Кузьмин, Ф. Л. Марон. – 2-е изд. перераб. и доп. – Минск: Вышэйшая школа, 1983. – 350 с.

 

Практическая работа № 6

⇐ Предыдущая3456789101112Следующая ⇒

Поделиться: