3.7. Расчет оси барабана

Конструктивное исполнение соединения барабана с редуктором представляет собой чаще всего зубчатую муфту одной половиной которой является собственно выходной вал редуктора, а второй – барабан, имеющий зубчатый венец с внутренними зубьями, (рис.3.2.). Поэтому деталь, на которую опираются ступицы барабана является осью, т. к. она испытывает только деформацию изгиба и не передает крутящий момент. С точки зрения сопротивления материалов ось барабана представляет собой балку на двух опорах, нагруженную силами, передаваемыми на нее ступицами барабана.

Рис.3.2.

Длина оси зависит от длины барабана и от конструктивных размеров опор, одна из которых расположена внутри полумуфты на конце выходного вала редуктора. Если на кране применен сдвоенный полиспаст, то силы и при любом положении ветвей каната на барабане чаще всего будут одинаковыми и равны .

При одинарных полиспастах величины сил и зависят от положения ветви каната на барабане и следует определить изгибающие моменты для положения ветви каната над каждой из ступиц. Реакции опор и величины изгибающих моментов определяются на основании известных уравнений механики. Например:

откуда [H]

Моменты в сечениях I - I и II – II будут соответственно равны

;

Рис.3.3.

Диаметр оси определяется из условия прочности по наибольшему моменту.

где:

- диаметр оси.

- допускаемое напряжение для материала оси.

Оси как правило изготавливаются из качественных конструкционных углеродистых сталей, например из стали 45.

3.8. Определение мощности и выбор двигателя.

Мощность двигателя механизма подъема определяется в соответствии с грузоподъемностью и скоростью подъема груза. Таким образом:

(3.11)

- вес номинального груза

- номинальная скорость подъема м/сек.

- общий к.п.д. механизма. Обычно, при использовании зубчатых редукторов .

По полученному значению выбирают двигатель ближайшей, имеющейся в каталоге мощности. Чаще применяют двигатели переменного тока с фазным ротором.

Записываем число оборотов двигателя, момент инерции (или маховый момент) его ротора и кратность пускового момента.

3.9. Выбор редуктора.

Редуктор выбирается по передаваемой мощности и передаточному числу.

Требуемое передаточное число редуктора определяется отношением числа оборотов двигателя к требуемому числу оборотов барабана, т.е.

об/мин

(3.12)

Здесь - заданная номинальная скорость подъема груза м/мин.

- кратность полиспаста

- диаметр барабана [м]

3.10. Определение тормозного момента и выбор тормоза.

Тормоз в механизме подъема служит для остановки движущегося груза и надежного его удержания в висячем положении. Тормоз обычно устанавливается на быстроходном валу, т.е. на валу с наименьшим моментом. Поскольку торможение груза происходит и за счет тормозного момента, развиваемого тормозом, и за счет момента сил трения во всех передачах механизма, то предварительно тормоз может быть выбран по такому значению тормозного момента:

(3.13)

- коэффициент запаса торможения, в зависимости от режима работы:

л:

с:

т:

По каталогу выбираем нормально замкнутый двухколодочный тормоз, с ближайшим большим по значению тормозным моментом.

После выполнения всех перечисленных предварительных расчетов и выбора необходимых стандартных элементов компонуем механизм.

3.11 Проверка двигателя по времени пуска. (по максимальному значению ускорения)

Практикой эксплуатации грузоподъемных машин выработаны следующие рекомендации по значению ускорений при пуске двигателя:

Для монтажных кранов и кранов, работающих с раскаленным металлом	- 0,1 м/сек2
Для кранов механосборочных цехов	- 0,2 м/сек2
Для металлургических кранов (за исключением кранов работающих с расплавленным металлом)	- 0,5 м/сек2
Для грейферных кранов	- 0,8 м/сек2

Фактическое ускорение груза, создаваемое выбранным двигателем может быть определено из следующего уравнения моментов:

(3.14)

- пусковой момент двигателя [Нм]

- момент статического сопротивления на валу двигателя [Нм]

- суммарный момент инерции ротора двигателя и муфты с тормозным шкивом между двигателем и редуктором

- приведенный к ротору двигателя момент инерции массы груза. [кг м²]

здесь - масса груза

- диаметр барабана

- передаточное число редуктора

- кратность полиспаста

- угловое ускорение ротора двигателя.

Величину пускового момента для двигателей с фазным ротором по литературным данным [1] можно считать равной 1,6 номинального момента двигателя, т.е.

[Нм]

(3.15)

здесь - мощность двигателя [кВт]

- число оборотов ротора в минуту

Из (3.14) получаем фактическое значение углового ускорения ротора

(3.16)

Зная фактическое ускорение ротора двигателя, определяем фактическое линейное ускорение груза

(3.17)

Здесь буквенные обозначения те же, что и в формуле определения .

Полученное по формуле (3.17) фактическое значение ускорения груза сравниваем с рекомендованными значениями и делаем вывод о необходимости корректировок в конструкции и расчетах механизма.

Формулы (3.16) и (3.17) могут быть использованы и для определения фактического замедления груза при торможении в случае его подъема или опускания. Для случая подъема груза в числителе формулы (3.16) должна стоять сумма момента создаваемого тормозом и момента статического сопротивления на том же валу; при опускании – только момент, создаваемый тормозом.