Лабораторная работа 3 определение параметров механизма подъема груза башенного крана

Цели работы: закрепить теоретические знания по определению основных параметров механизма подъема груза; привить навыки в исследовании влияния некоторых геометрических параметров на выбор подъемного механизма.

Теоретические сведения

В зависимости от выбранной схемы полиспастной подвески груза вычерчивается кинематическая схема механизма подъема с указанием всех передач и тормозного устройства.

Исходные данные указаны в табл. 3.1.

Таблица 3.1 – Исходные данные

Номер варианта	Нормативная грузоподъемность Qн, кг	Скорость подъема груза Vг, м/мин	Наибольшая высота подъема груза H, м	Режим работы подъемного механизма
1	2 000	30	20	Средний
2	2 500	30	40	Средний
3	3 000	20	40	Легкий
4	5 000	20	20	Тяжелый
5	7 500	10	40	Легкий
6	10 000	10	20	Тяжелый
7	5 000	15	30	Тяжелый
8	7 500	15	40	Средний
9	10 000	15	30	Легкий
10	15 000	10	50	Средний
11	20 000	20	45	Тяжелый
12	2 000	10	40	Тяжелый
13	2 500	10	30	Средний
14	3 000	30	25	Легкий
15	5 000	20	35	Легкий
16	7 500	10	40	Средний
17	10 000	20	20	Тяжелый
18	15 000	15	20	Тяжелый
Окончание табл. 3.1
1	2	3	4	5
19	6 000	15	20	Средний
20	4 000	15	45	Легкий
21	4 500	10	30	Легкий
22	3 000	20	25	Средний
23	8 000	20	20	Тяжелый
24	7 000	20	40	Тяжелый
25	7 500	15	45	Тяжелый
26	10 000	15	35	Легкий
27	7 500	20	45	Средний
28	10 000	10	40	Средний
29	6 000	30	35	Тяжелый
30	5 000	20	40	Легкий

Порядок выполнения:

Оборудование и приборы: миллиметровая линейка; действующая модель башенного крана.

3.1. Определить расчетную грузоподъемность

Механизм подъема груза рассчитывают на действие нормативной Q_н и случайной S_q составляющей, определяемой по формуле

S_q = К_з Q_н , (3.1)

где К_з – коэффициент изменчивости (см. табл. 3.2).

Табл. 3.2 – Значение коэффициентаК_з при различных режимах работы

Нормативная грузоподъемность Qн, т	Значение коэффициента Кз при режиме работы
	легкий	средний	тяжелый
До 1,5	0,06	0,08	0,10
1,5 – 10	0,05	0,06	0,07
Свыше 10	0,04	0,05	0,06

Тогда расчетная грузоподъемность:

Q_р = Q_н + S_q . (3.2)

3.2. Выбрать тип и кратность полиспаста

Принимаем подъемный механизм, состоящий из лебедки и полиспаста (рис. 3.1).

Руководствуясь табл. 3.3, схемами механизмов (рис. 3.1) и подвесок груза (рис. 3.2), принимаем, исходя из расчетной грузоподъемности Q_р, простой полиспаст кратностью i через направляющий блок, схему которого совмещаем со схемой подъемного механизма.

а

б в

Рис. 3.1 – Схема зубчато-фрикционной (а) и реверсивной (б, в) лебедок

а б

Рис. 3.2 – Схема полиспастов: а – одинарный; б – сдвоенный

3.3. Определить КПД полиспаста и канатно-блочной системы

Таблица 3.3 – Рекомендации по выбору типа полиспаста

Полиспаст	Кратность полиспаста i при грузоподъемности, т
	До 1	2 – 6	10 – 15	20 – 30
Одинарный	1; 2	2; 3	3; 4	5; 6
Сдвоенный	–	2	2; 3	4; 5

Величина КПД полиспаста:

 = (1 – _бⁱ) _б/(i (1 – _б) , (3.3)

где _б – КПД блока (на подшипниках качения – 0,97…0,99; на подшипниках скольжения – 0,95…0,96).

Величина КПД отклоняющих блоков:

_об = _бⁿ , (3.4)

где n – число отклоняющих блоков.

3.4. Определить натяжение ветви каната, идущей на барабан

Натяжение ветви каната, навиваемого на барабан:

S_к = (Q_р + q) g/ (i  z _об) , (3.5)

где q – масса захватных приспособлений, кг, равна 5% от Q_р;

g – ускорение свободного падения, м/с²;

i – кратность полиспаста;

z – число полиспастов.

3.5. Подобрать стальной канат

В подъемных механизмах кранов и строительных лебедок применяют следующие стальные канаты:

• ЛК-Р 6х19 + 1 о.с. (ГОСТ 2688 – 80);

• ЛК-О 6х19 + 1 о.с. (ГОСТ 3077 – 80);

• ЛК-З 6х25 + 1 о.с. (ГОСТ 7665 – 80);

• ЛК-РО 6х36 + 1 о.с. (ГОСТ 7668 – 80);

• ЛК-З 6х25 + 7 х 7 (ГОСТ 7665 – 80);

• ТЛК-РО 6х36 + 7 х 7 (ГОСТ 7665 – 80).

Условные обозначения типа и конструкции расшифровываются так: ЛК – линейное касание проволок; ТЛК – точечно-линейное комбинированное касание проволок; Р, О – соответственно разный или одинаковый диаметр проволок в наружном слое; З – проволоки заполнения; РО – слои в пряди выполнены с проволоками разных диаметров и слои с проволоками одинаковых диаметров; 6х19, 6х25, 6х36 – шесть прядей по 19, 25 и 36 проволок; 1 о.с. - один органический сердечник; 7х7 – металлический сердечник из семи прядей по семь проволок.

В индексации указываются следующие характеристики каната: диаметр; назначение (Г – грузовой, ГП – грузопассажирский); механические свойства (В, I, II – высшей, первой или второй марки); вид покрытия (если без покрытия, то в обозначении не указывается, ОЖ, Ж, СЖ – из оцинкованной проволоки для особо жестких, жестких и средних агрессивных условий работы); направление свивки (если правая – не указывается, Л – левая); сочетание направлений свивки элементов каната (если крестовая, то не указывается, О – односторонняя, К – комбинированная свивка); маркировочная группа (временное сопротивление разрыву, МПа).

Разрывное усилие в канате:

S_р = S_к n_к , (3.6)

где n_к – коэффициент запаса прочности каната (в зависимости от заданного режима работы: n_к = 5,0 – для легкого, n_к = 5,5 – среднего, n_к = 6,0 – тяжелого режимов работы).

Пример подбора каната

По табл. 3.4 выбираем канат грузовой с линейным касанием проволок, конструкции6 х 25 с органическим сердечником, первой марки, из проволок без оцинкованного покрытия, правой крестовой свивки, нераскручивающийся, диаметром d_к, с фактическим разрывным усилием S_рф, _в – пределом прочности по ГОСТ 7665-80.

Для правильно выбранного каната фактический коэффициент запаса прочности должен быть не меньше принятого:

n_фк = S_рф / S_к  n_к . (3.7)

3.6. Определить основные параметры барабана

Минимально допустимый диаметр барабана подъемного механизма для повышения долговечности, уменьшения длины барабана и количества слоев навивки каната рекомендуется выбирать следующий:

D_б.мин = d_к е , (3.8)

где е – коэффициент, принимаемый по нормам Госгортехнадзора для режимов работы механизма: 16 … 20 – легкий; 18 … 25 – средний; 20 … 30 – тяжелый.

Табл. 3.4 – Характеристики канатов ЛК-З 6х25 + 1 о.с. (ГОСТ 7665 – 80)

Диаметр каната dк, мм	Расчетная площадь, мм^2	Ориентировоч-ная масса 1000 м каната, кг	Маркировочная группа, МПа
			1372	1470	1578		1666			1764		1862	1960
			Разрывное усилие каната в целом, кН, не менее
11,5	47,12	464,5	54,9	58,8		62,7		66,65	68,9		71,85			74,75
13,0	61,38	605,0	71,5	76,6		81,75		86,6	89,45		93,55			97,2
14,5	77,50	763,5	90,35	96,6		102,5		109,0	113,0		118,05			122,5
16,0	95,58	941,5	110,5	119,0		126,5		134,5	139,5		145,5			151,0
17,5	115,72	1140,0	134,5	144,0		153,5		163,5	169,0		175,5			183,0
19,5	137,81	1357,5	160,0	171,5		183,0		194,5	201,0		209,5			218,5
21,0	161,81	1594,0	188,5	201,5		215,0		228,5	236,5		246,0			256,5
22,5	188,50	1857,0	210,0	235,0		250,5		266,5	275,0		287,5			298,5
24,0	216,42	2132,0	251,5	269,0		288,6		305,5	316,5		330,0			343.0
25,5	246,27	2426,0	286,5	307,0		327,5		348,0	360,0		375,0			390,5
27,5	278,10	2739,0	323,5	346,5		369,5		393,0	406,5		423,5			441.0
29,0	311,77	3071,0	363,0	389,0		415,0		441,0	456,0		475,0			494,5
32,0	382,52	3768,0	445,5	477,0		509,5		541,0	559,5		583,5			607,0
35,5	463,20	4562,5	539,0	578,0		616,5		655,0	677,5		707,0			735,0
38,5	548,71	5405,0	639,0	685,5		730,5		776,5	795,0		835,0			868,5
42,0	644,55	6349,0	751,0	805,0		857,5		911,5	943,0		980,0			1015,0
45,0	751,01	7397,5	874,5	936,5		999,5		1055,0	1095,0		1140,0			1190,0
48,5	862,51	8496,0	999,5	1070,0		1145,0		1220,0	1255,0		1310,0			1365,0

Конструктивно должно соблюдаться условие D_б  D_б.мин.

Принимаем конструктивно диаметр барабана D_б, округлив D_б.мин в большую сторону до стандартного значения из нормативного ряда диаметров: 160, 200, 250, 320, 400, 450, 500, 560, 630, 710, 800, 900, 1000 мм.

Длину каната L_к, подлежащего навивке на барабан, с учетом 3 запасных витков и 2 дополнительных для разгрузки мест крепления каната определяем из выражения:

L_к = Н i + 5  D_б. (3.9)

Рабочая длина L_б гладкого без нарезки барабана при многослойной навивке каната:

L_б = L_к d_к / ( m (D_б + m d_к)), (3.10)

где m – число слоев навивки каната, изменяемое в интервале 5  m  1.

Соотношение между рабочей длиной барабана и его диаметром должно быть в пределах:

 = L_б/D_б = (0,5 … 3,0) при 5  m  1. (3.11)

Если данное отношение  не находится в заданном диапазоне, необходимо изменить диаметр барабана D_б или кратность полиспаста i.

Минимальный диаметр барабана (навивки по первому слою):

D _н.мин = D_б + d_к . (3.12)

Максимальный диаметр барабана (навивки по последнему слою):

D_н.мах = D_б + (2 m – 1) d_к . (3.13)

Средний диаметр барабана (навивки по среднему слою):

D_ср = D_б + m d_к . (3.14)

Диаметр барабана по ребордам (предотвращающим сползание каната):

D_реб = D_н.мах + 2 d_к (m + 2) . (3.15)

3.7 Выполнить расчет и выбрать электродвигатель и редуктор.

Выбор электродвигателя

Подъемные механизмы кранов и лебедок приводятся в действие крановыми асинхронными двигателями переменного тока с фазовым ротором серии МТ, МТН, получившими наибольшее распространение.

Статическая мощность электродвигателя (кВт) при подъеме номинального груза:

N = Q_р V_г g/ (1000 _м), (3.16)

где V_г – скорость подъема груза, м/с;

_м – предварительное значение КПД механизма, равное 0,8.

Выбираем электродвигатель по каталогу.

Выбор редуктора

Скорость навивки каната на барабан:

V_к = i V_г . (3.17)

Частота вращения барабана, 1/мин, по среднему диаметру навивки каната:

n_б = 60 V_к /( D_ср). (3.18)

Необходимое расчетное передаточное число трансмиссии:

U_тр = n_дв / n_б . (3.19)

По каталогу моделей редукторов выбираем редуктор по величине номинального крутящего момента и передаточного числа.

Фактическая скорость подъема груза:

V_ф.г = V_г U_тр/ U_р. (3.20)

Отклонение фактической скорости подъема груза от заданной:

V = [(V_ф.г – V_г)/ V_ф.г ] 100% . (3.21)

Содержание отчета:

• название лабоpатоpной pаботы;

• цели;

• общие сведения по лебедкам и канатным передачам;

• результаты опытных измерений на лабораторном стенде;

• исходные данные для определения параметров механизма подъема башенного крана;

• схемы механизма подъема крана, лебедки и полиспастов;

• pезультаты pасчета параметров механизма подъема крана;

• выводы.

Контрольные вопросы

1. Из каких элементов состоит строительная лебедка?

2. Нарисуйте схему полиспаста одинарного и сдвоенного.

3. Приведите зависимости для выбора каната и мощности двигателя.

4. Состав и назначение основных элементов лебедки.

5. Как маркируются стальные канаты ?

6. Как определить кратность полиспаста и КПД ?

7. Зарисуйте кинематическую схему механизма подъема груза с применением электрореверсивной лебедки.