3.2. Пример расчета механизма передвижения

Исходные данные. Рассчитать механизм передвижения электрического мостового крана грузоподъемностью Q = 5 т, предназначенного для перегрузки штучных грузов в закрытом помещении. Пролет крана L = 16 м. Скорость передвижения _пер = 1,3 м/с. Режим работы средний, ПВ = 25% (группа режима работы 4 по табл. 1.8). Привод центральный с быстроходным валом.

Определение сопротивлений передвижению крана. Согласно рекомендациям параграфа 1.2,ориентировочная масса мостового крана m = 0,96Q + 0,84L = = 0,96·5 +0,8.4·16 = 18,24 т.

По табл. 1.29 найдем рекомендуемый диаметр ходовых колес D_к = 500 мм.

Коэффициент трения качения ходовых, колес по рельсам с плоской головкой  = 0,0005 м (табл. 1.28). Коэффициент трения в подшипниках качения ходовых колес f = 0,02 (подшипники конические).

Диаметр цапфы вала ходового колеса [см. пояснения к формуле (1.81)] d_к = 0,2·500 = 100 мм. Примем также k_p =2,5.

Общее сопротивление передвижению крана, согласно (2.39) и (2.40),

Fпер = Fтр = kp (m + Q) g = 2,5 (18 240 + +5000) 9,81 = 3420 Н.

Выбор электродвигателя, соединительных муфт и редуктора. Статическая мощность привода по формуле (2.42) при  = 0,85 (табл. 1.18)

Рс = = 5,23 кВт.

Из табл. III.3.5 выбираем крановый электродвигатель типа MTF 112-6 мощностью Р = 5,8 кВт при ПВ = 25% с частотой вращения п = 915 мин^-1. Момент инерции ротора 0,021 кг·м².

Номинальный момент двигателя

Тном = 9550 = 9550 = 60,5 Н·м.

Частота вращения ходового колеса

пк = = = 49,66 мин^-1.

Требуемое передаточное число привода, согласно (2.36),

и = = = 18,42.

Поскольку в приводе рассчитываемого механизма передвижения должно быть установлено два одинаковых редуктора, на каждый из них (с учетом неравномерности распределения) приходится мощность, равная (0,5...0,6)Р_с, т.е. 2,6...3,1 кВт. Расчётная мощность для выбора редуктора, согласно (1.101) и табл. 1.34, Р_р = k_pP_c = 2,2·3 = 6,6 кВт. Исходя из этой мощности и требуемого передаточного числа, из табл. III.4.16 выбираем для среднего режима работы и частоты вращения быстроходного вала п_б= 1000 мин^-1 редуктор типа ВК-475 с передаточным числом и_р = 19,68 и мощностью Р_р = 8,3 кВт.

Номинальный момент, передаваемый двумя муфтами двигателя, принимается равным моменту статических сопротивлений, согласно (1.29),

Т = Тс = = = 51,1 Н·м.

Расчетный момент для выбора соединительных муфт [см. (1.103)] Т_м = Т   k₁k₂ = 51,1·1,2·1,2 = 73,6 Н·м (k1 и k2 см. табл. 1.35). Учитывая, что крутящий момент передается двигателем на две муфты (привод центральным с быстроходным валом) и возможно неравномерное распределение нагрузок между ними, расчетный момент для одной муфты Т_м = 0,6 Т_м = 0,6·73,6 = 44,2 Н·м. Из табл. Ш.5.6 выбираем упругую втулочно-пальцевую муфту с крутящим моментом 63 Н·м. Диаметр муфты D = 100 мм, момент инерции [см. пояснения к (1.36)] I_м  0,1тD² = 0,1 · 2 · 0,1² = 0,002 кг·м².

Для трансмиссионного быстроходного вала предусматриваем такие же промежуточные муфты и со стороны ходовых колес. Всего на быстроходном валу предусматривается шесть муфт.

Фактическая скорость передвижения крана

 = пери/ир = 1,3 · 18,42/19,68 = 1,22 м/с.

отличается от ближайшего значения 1,25 м/с из стандартного ряда (табл. 1.2) на 2,4%, что допустимо.

Полагаем, что общее число ходовых колес крана z = 4, из них приводных z_пp = 2. Примем коэффициент сцепления ходовых колес с рельсами  = 0,15, коэффициент запаса сцепления k_ = 1,2 [см. пояснения к (1.81)].

По формуле (1.81) максимально допустимое ускорение крана при пуске в предположении, что ветровая нагрузка F^p = 0,

аmax= 9,81= 0,48 м/с^2.

Наименьшее допускаемое время пуска по условию сцепления

tдоп = = 2,54 с.

Средний пусковой момент двигателя [см. (1.89)]

Тср.п = 60,5 = 101,6 Н·м.

Момент статических сопротивлений согласно (1.29) при работе крана без груза (определение значений F_пep = приводится ниже)

Тс = = = 40,1 Н·м.

Момент инерции ротора двигателя I_р = 0,021 кг·м² и муфт быстроходного вала = 6I_м = 6·0,002 = 0,012 кг · м².

I = I_р + = 0,021 + 0,012 = 0,033 кг · м².

Фактическое время пуска механизма передвижения без груза [см. (1.69)]

tп = = 5,48 с.

что согласуется с данными табл. 1.19. Коэффициент  = 1,2 [см. пояснения к формуле (1.36)].

Фактическое ускорение крана без груза при пуске согласно (2.43)

аф= 0,22 м/с^2 < аmax = 0,48 м/с^2.

Проверяем фактический запас сцепления. Для этого найдем:

а) суммарную нагрузку на приводные колеса без груза [см. пояснения к (2.44)]:

Fпр =т = 18 240 9,81 = 89 467 Н.

б) сопротивление передвижению крана без груза согласно (2.40):

= kрmg = 2,5 · 18 240 · 9,81 = 2683 Н.

По формуле (2.44) фактический запас сцепления

k = = 2,14  1,2.

Проверка электродвигателя на нагрев выполняется, как в примере 3.1.

Определение тормозных моментов и выбор тормоза. Максимальное допустимое замедление крана при торможении по формуле (1.82) при F^p = 0

а = 9,81= 0,65 м/с^2.

По табл. 1.26 принимаем а = 0,15 м/с².

Время торможения крана без груза, согласно (2.43),

tт = 8,13 с.

Сопротивление при торможении крана без груза [см. (2.48)]

= (0,02·0,1 + 2·0,0005) = 1074 Н.

Момент статических сопротивлений на тормозном валу при торможении крана, согласно (2.46) и (2.47), в предположении, что тормоз установлен на валу двигателя и нет уклона пути,

Т = = 11,6 Н·м

Момент сил инерции при торможении крана без груза [см. (1.62)]

Т = = 35,77 Н·м

Расчетный тормозной момент на валу тормоза [см. (1.79)]

Т = Т - Т = 35,77–11,6  25 Н·м,

Из табл. III.5.13 выбираем тормоз типа ТКГ-160 с диаметром тормозного шкива D_т = 160 мм и наибольшим тормозным моментом Т_т = 100 Н·м, который следует отрегулировать до Т_т = 25 Н·м.

Минимальная длина пути торможения по табл. 1.26 S = ²/k = 1,22²/1,5=1 м.

Фактическая длина пути торможения, согласно (1.75), S_ф = 0,5t_т = = 0,5·1,22·8,13 = 4,96 м > 1 м, что соответствует рекомендациям табл. 1.26.