3.3. Пример расчета механизма изменения вылета стрелы

Рассчитать механизм изменения вылета с помощью наклона стрелы (см. рис. 2.13). Грузоподъемность при всех вылетах Q = 5 т. Масса стрелы т_с = 1,5 т. Длина L_с = 21 м. Длина стрелового полиспаста при максимальном вылете L_max = 19 м. Угол наклона полиспаста стрелы при максимальном вылете ₁ = 13°.

При минимальном вылете: угол наклона полиспаста стрелы ₂ = 55°, расстояние от обводного блока грузового полиспаста до оси корневого шарнира d = 0,6 м, длина стрелового полиспаста при минимальном вылете L_min = 13,6 м. Наибольший угол наклона стрелы к вертикали  = 25°. Расстояние между осью шарнира стрелы и осью вращения крана (см. рис. 2.13) r = 2 м.

Кратность грузового полиспаста и = 2, его КПД  = 0,99. Нагрузка от ветрового напора на стрелу F = 1200 Н, на груз F = 1500 Н.

При минимальном вылете длина проекций стрелы: горизонтальной L  = L_c sin = 21 · sin25° = 9 м, вертикальной — H = L_c  cos = 21 · cos 25° = 19 м.

Время перевода стрелы из крайнего нижнего в крайнее верх-нос положение t = 1 мин. Режим работы средний, частота вращения поворотной части крана n_пов = 1 мин^-1.

Определим по формуле (2.70) усилия в стреловом полиспасте для крайнего нижнего и крайнего верхнего положений стрелы. При этом считаем, что в крайнем нижнем положении стрела будет располагаться почти горизонтально, и для этого случая можно принять Н = 0 и d = 0. Поскольку частота вращения поворотной части крана не превышает 1 мин^-1, а вылет крана менее 25 м, то инерционными силами можно пренебречь [см. пояснения к (2.70)].

При крайнем нижнем положении стрелы

F = = 250 754 Н.

Здесь массой полиспаста также пренебрегаем.

При крайнем верхнем положении стрелы

F = =

= = 151 078 Н.

Примем кратность стрелового полиспаста и = 6, КПД блока _бл = 0,98 (табл. 2.1). По формуле (2.2) общий КПД полиспаста _о = 0,95 · 0,98 = 0,93, где КПД обводного блока _об = _бл = 0,98 и КПД полиспаста по (2.3)

 = = 0,95.

Усилие в ветви каната стрелового полиспаста, набегающей на барабан при крайнем нижнем положении стрелы [см. (2.68)],

F = = 44 938 Н.

При крайнем верхнем положении стрелы

F = = 27 075 Н.

Среднее расчетное усилие в ветви каната, набегающей на барабан,

F = = 36 006 Н.

Ход стрелового полиспаста [см. (2.75)]

L= 19–13,6 = 5,4 м.

Длина каната, наматываемого на барабан [см. (2.75)],

lк = 5,4 · 6 = 32,4 м.

Средняя скорость навивки каната на барабан [см. (2.76)]

к = = 0,54 м/с.

Необходимая мощность двигателя, согласно (2.42), при  = _б_пр

Рс = = 22,87 кВт,

где _б = 0,94; _пр = 0,9 (ориентировочно);  = 0,85.

Из табл. Ш.3.5 выбираем крановый электродвигатель с фазным ротором типа MTF 312-6 мощностью Р = 17,5 кВт при п = 950 мин^-1, с моментом инерции ротора I_р = 0,312 кг·м², максимальным пусковым моментом Т_mах = 480 Н·м.

Согласно (2.6), разрывное усилие каната

F = F k = 44 938 · 5,5 = 247 159 Н.

Из табл. III.1.5 выбираем канат 22,5-Г-1-Н-1568 ГОСТ 7665—80 с разрывным усилием 250 500 Н. Диаметр барабана и блоков [см. (2.9) и табл. 2.7)] D = 22,5·18 = 405 мм.

Согласно пояснениям к формуле (2.9), диаметр барабана D_б = 0,85D = = 0,85·405  345 мм. Принимаем D_б = 360 мм (из стандартного ряда). Согласно табл. 2,8, примем шаг канавок на барабане t = 26 мм.

Рабочая длина барабана, согласно (2.11),

Lб = = 0,7 м.

Частота вращения барабана, согласно (2.35),

пб = = 28,65 мин^-1.

Требуемое передаточное число механизма изменения вылета [см. (2.36)]

и = 915/28,65 = 31,94.

Расчетная мощность для выбора редуктора [см. (1.101)]

Рр = 1· 22,87 = 22,87 кВт.

Из табл. III.4.2 выбираем редуктор типоразмера Ц2-400 с передаточным числом и_р = 32,42 и мощностью на быстроходном валу 28,1 кВт при частоте его вращения 1000 мин^-1.

Фактическая частота вращения барабана

п = = 28,2 мин^-1.

Фактическая скорость навивки каната на барабан

 = = 0,53 м/с.

Эта скорость отличается от стандартного значения (см табл. 1.2) на 6%, что допустимо.

Фактическое время перевода стрелы из крайнего нижнего в крайнее верхнее положение

t = 61,1 с

незначительно отличается от заданного.

Номинальный момент двигателя, согласно (1.33),

Тном = 9550 = 9550 = 182,6 Н·м.

Максимальный статический момент двигателя [см. (1.30)] при F = F

Т = = 293,5 Н·м.

По этому моменту выбираем соединительную муфту.

Полагая Т = Т = 293,5 Н · м, получим расчетный момент муфты [см. (1.103) и табл. 1.35] Т_м = 293,5 · 1,4 · 1,2 = 493 Н · м. Минимальный статический момент двигателя при F = F

Т = = 177 Н·м.

Средний пусковой момент двигателя [см. (1.89)]

Тср.п = 182,6 = 340 Н·м;
max= = 2,63.

Из табл. III.5.9 выбираем упругую втулочно-пальцевую муфту № 2 с тормозным шкивом и наибольшим крутящим моментом 800 Н·м. Диаметр тормозного шкива 300 мм. Момент инерции муфты I_м = 0,6 кг·м².

Момент инерции ротора двигателя и муфты I = I_р + I_м = 0,312+0,6=0,912кг·м².

Момент инерции вращающихся масс системы и груза относительно оси поворота (оси корневого шарнира) стрелы [см. (1.40)...(1.42) и рис. 1.3]

Iвр.выл = 1500 +5000·23^2 = 2 934 500 кг·м^2.

при вылете стрелы R = L_c + r = 21+2 = 23 м.

Передаточное число [формулы (1.57)...(1.58)]

и = = 5180 (с = 90– = 90–25 = 65 = 1,13 рад).

Время пуска механизма при максимальном усилии в стреловом полиспасте [см. (1.71)] при Т_с = Т и  = ₀ _б _пр = 0,93·0,94·0,90,8

tп = 2,52 с,

что согласуется с данными табл. 1.20.

Время пуска при минимальном усилии в стреловом полиспасте Т_с = Т

tп = 2,52 с,

что примерно соответствует данным табл. 1.20.

Выбор тормоза произведем для случая наиболее неблагоприятного горизонтального положения стрелы.

Статический момент при торможении (считается, что тормоз установлен на валу двигателя) при максимальном вылете стрелы, согласно (2.37),

Т = = 212 Н·м.

Требуемый тормозной момент [см. (2.38)]

Т_т = 212·1,5 = 318 Н·м.

Здесь коэффициент запаса торможения для механизма изменения вылета k_т = l,5 (табл. 2.9).

Из табл. III.5.11 выбираем колодочный тормоз типа ТКТ-300 с диаметром тормозного шкива D = 300 мм и тормозным моментом 500 Н·м, который следует отрегулировать до требуемого тормозного момента Т_т = 318 Н·м.

Производим проверку продолжительности торможения при действии максимального и минимального моментов.

Минимальный тормозной момент (при минимальном вылете стрелы)

Т = = 127,7 Н·м.

Время торможения при максимальном усилии в стреловом полиспасте [см. (1.72)]

tт = 1,1 с,

что примерно соответствует данным табл. 1.20.

Время торможения при минимальном усилии в стреловом полиспасте

tт = 0,6 с

соответствует данным табл. 1.20. Проверяем правильность выбора двигателя по пусковому моменту (см. параграф 2.3):

Tmax = Tc max = 293,5 Н·м  Tcр.п = 340 Н·м.