2.1. Расчет и выбор параметров лебедки.
Задание: на кинематической схеме лебедки (рисунок 2.1) указать основные элементы; определить общий КПД подъемного механизма; подобрать стальной канат, определить канатоемкость, диаметр и длину барабана; определить необходимую мощность при установившемся режиме работы механизма и выбрать электродвигатель, подобрать редуктор.

Рисунок 2.1 Кинематическая схема лебёдки:

1 – электродвигатель; 2 – упругая втулочно-пальцевая муфта с тормозным шкивом; 3 – автоматический постоянно замкнутый двухколодочный тормоз; 4 – цилиндрический двухступенчатый зубчатый редуктор; 5 – барабан; 6 – зубчатая муфта; 7 – выносная
подшипниковая опора.
Исходные данные для расчета грузовой лебедки приведены в таблице 2.1.
Таблица 2.1
Вариант Грузоподъемная машина Масса поднимаемого груза Q, кг Скорость подъема груза, м/с
Высота подъема груза, м
Группа классификации механизма
7 КС 7300 0,26 12 МЗ

Рисунок 2.2 Схема канатного механизма: 1 – барабан; 2 – стальной канат; 3 – система блоков, образующая полиспаст; 4 — грузозахватное устройство

В соответствии с требованиями ИСО 4301/1 установлены восемь групп классификации (режима) механизма Ml, М2, …, М8. Длительность работы электродвигателя механизма в процентах от общего времени работы характеризуется продолжительностью включения ПВ. Взаимосвязь группы классификации (режима) механизма и продолжительности включения приведена в таблице 2.2.
Таблица 2.2
Группа классификации (режима) механизма по ИСО 4301/1 Группа
классификации (режима) механизма по ГОСТ Продолжи-
тельность включения ПВ, %
М1-М4 Легкий (Л) 15
М5-М6 Средний (С) 25
М7-М8 Тяжелый (Т) 40

По заданию мы имеем механизм с группой классификации (режима) механизма по ИСО 4301/1 – М3, следовательно, группа
классификации (режима) механизма по ГОСТ – легкий (Л), продолжительность включения ПВ – 15 %.
Выбираем схему канатного полиспаста в соответствии с вариантом задания (рисунок 2.2) и определяем его кратность:
u=kвa=41=4,

здесь kв=4 – число ветвей каната, на которых подвешено грузозахватное устройство; a=1 – число ветвей каната, наматываемых на барабан (для схемы, приведенной на рисунке 2.2).
Определяем КПД полиспаста:
ηп=ηбл·(1-ηблu)u·(1-ηбл)=0,98·(1-0,984)4·(1-0,98)=0,95 .
Общий КПД канатно-блочной системы:
ηобщ=ηп·ηблk0=0,95·0,980=0,95·1=0,95 ,
Где ηп – коэффициент полезного действия полиспаста; ηбл= 0,98 – коэффициент полезного действия одного блока;
k0=0 – количество обводных блоков (для большинства стреловых кранов).
Осуществляем подбор стального каната.
В грузоподъемных машинах применяют преимущественно канаты двойной свивки типа ЛK с шестью прядями в поперечном сечении и числом проволок в каждой пряди 19…37. Такие канаты маркируются следующим образом: ЛК 6х19+1о.с. (стальной канат с линейным касанием проволок, имеющий шесть прядей, в каждой из которых находятся 19 проволок, и один органический сердечник).
Стальной канат подбираем по допускаемому разрывному усилию, Н:
Sp≥kз·Sk ,
где: Sp – допускаемое разрывное усилие в канате, Н;
kз=3,55 – минимальное значение коэффициента запаса
прочности каната на разрыв, зависящего от режима
работы механизма, определяется по таблице 2.3;
Sk – максимальное рабочее усилие в канате, Н.
Таблица 2.3
Группа классификации механизма по ИСО 4301/1 Ml М2
МЗ М4
М5 М6
М7
М8
Значение коэффициента запаса прочности для подвижных канатов 3,15 3,35 3,55 4,00 4,50 5,60 7,10 9,00

Максимальное рабочее усилие в канате, Н, навиваемом на барабан при подъеме груза краном:
Sк.кр=(Q+mкп)·ga·u·ηобщ=(7300+511)·9,81·4·0,95=20144,16 Н ,
здесь: Q=7300 кг – масса поднимаемого груза (принимается по
таблице 2.1);
mкп – масса крюковой подвески, кг;
g=9,8 м/с2 – ускорение свободного падения,
mкп=0,06…0,08·Q=0,07·7300=511 кг .
Тогда допускаемое разрывное усилие в стальном канате будет определяться из условия:
Sp≥kз·Sk≥3,55·20144,16=71511,77 Н .
По таблице 2.4 подбираем марку каната:
12—Г—I—Н—1568 ГОСТ 2688-80, с характеристиками:
d=12 мм , Sp=71750 Н .

Таблица 2.4
Диаметр каната, мм
Масса 1м каната, кг
Маркировочная группа (временное сопротивление проволок разрыву, МПа)

1372 1568 1764 1960

Разрывное усилие, Н
8,3
9,1
9,9
11,0
12,0
13,0
14,0
15,0
16,5
18,0
19,5
21,0
22,5
23,5
25,5
27,0 0,256
0,305
0,359
0.462
0,527
0,597
0,728
0,804
1,025
1,220
1,405
1,635
1,850
2,110
2,390
2,585 ―




71050
86800
100000
121500
145000
167000
194500
220000
250500
284000
319000 34800
41550
48850
62850
71750
81250
98950
114500
139000
166000
191000
222000
251000
287000
324500
365000 38150
45450
53450
68800
78550
89000
108000
125500
152000
181500
209000
234500
275000
314000
355500
399500 41600
49600
58350
75100
85750
97000
118000
137000
166000
198000
228000
265500
303500
343000
288500
436500

Длина каната, наматываемого на барабан, м,
Lk=H·u=12·4=48 м,
где: H=12 м – высота подъема груза (принимаем по таблице 2.1).
Число слоев укладки каната на барабан определяем по рекомендациям, указанным в таблице 2.5.
Таблица 2.5
Длина каната, наматываемого на
барабан (Lk), м
Число слоев укладки
(m)
до 50 1
50…125 2
125…200 3
200…350 4
350…550 5

В нашем случае при Lk=48 м , m=1 , следовательно, для лебедки грузоподъёмной машины будем использовать нарезной барабан.
Диаметр барабана, мм:
Dб≥h1·d=14·12=168 мм ,
где: h1=14,0 – коэффициент выбора диаметра (принимаем по
таблице 2.6);
d=12 мм – диаметр каната, мм.
Таблица 2.6
Группа классификации механизма по ИСО 4301/1 Ml М2
МЗ М4
М5 М6
М7
М8
Значение коэффициента выбора диаметра 11,2 12,5 14,0 16,0 18,0 20,0 22,4 25,0

Полученное значение Dбувеличивают в большую сторону и принимают из ряда: ..320,400,450, 500, 560, 630, 710, 800, ..мм.
Принимаем: Dб=320 мм.
Количество рабочих витков в одном слое навивки:
Zр=1000·Lkπ·m(m·d+Dб)φ=1000 · 483,14·1·1·12+320·1=47,
где φ=1 – коэффициент неплотности навивки каната (для нарезных барабанов).
Общее число витков:
Z=Zр+Zз+Zк=47+1,7+4=53 ,
здесь: Zз=(1,5÷2) – число запасных витков;
Zк=4 – число витков каната, находящихся под зажимным
устройством (для нарезных барабанов).
Определяем основные конструктивные размеры барабана.
Длина барабана с нарезкой вычисляется:
Lб=Z·t=53·15=795 мм ,
где: t – шаг нарезки, мм,
t=d+2…3=12+3=15 мм.
Конструктивно соотношение между длиной барабана и его диаметром должно находиться в пределах:
0,5<LбDб=795320=2,48<3,0 – условие выполняется.
Необходимая мощность двигателя определяется по максимальному рабочему усилию в канате Sk, скорости навивки каната на барабан νk и коэффициенту полезного действия механизма ηм(можно принять ηм=0,85).
Скорость навивки каната на барабан, м/с:
νk=νгр·u=0,26·4=1,04 м/с ,
где νгр=0,26 м/с – заданная скорость подъема груза.
Необходимая мощность двигателя, кВт:
Nдв=Sk·νk1000·ηм=20144,16 ·1,041000·0,85=24,65 кВт.
Электродвигатель выбираем с учетом основных технических характеристик по таблице 2.7 в соответствии с расчетной мощностью.
Таблица 2.7
Марка двигателя Мощность при ПВ, кВт Частота вращения,
мин-1
Масса, кг

15 % 25 % 40 %

МТН011-6 1,7 1,4 1,1 845 885 915 51
МТН 012-6 2,7 2,2 1,8 855 890 920 58
МТН 111-6 4,3 3,5 2,8 870 905 930 76
МТН 011-6 1.7 1,4 1,1 845 885 915 51
МТН 012-6 2,7 2,2 1,8 855 890 920 58
МТН 111-6 4,3 3,5 2,8 870 905 930 76
МТН 112-6 6,3 5,0 4,2 895 920 935 88
МТН 21 1-6 9,5

915

7,5
935 120

6,3 950
МТН 311-6 14 11 9 930 950 960 170
МТН 312-6 20 16 13 945 960 970 210
МТН 411-6 27 22 17 955 965 975 280
МТН 412-6 37 30 24 960 970 975 345
МТН 512-6 50 40 31 720 725 730 500

Выбираем электродвигатель марки МТН 411-6 с мощностью при ПВ – 15 % Nдв=27 кВт, частотой вращения nдв=955 мин-1.
Передаточное число редуктора определяется следующим образом:
iр=nдвnб=955 59,86=15,95 ,
где nдв – частота вращения вала электродвигателя, мин-1; nб – частота вращения барабана, мин-1 .
Частота вращения барабана определяется по среднему диаметру навивки каната, об/мин:
nб=1000·60·νkπDб+m·d2·m-1=1000·60·1,043,14320+1·12·2·1-1==59,86 обмин .
Подбор редуктора осуществляем по требуемому передаточному числу iр редуктора, частоте вращения вала электродвигателя nдв, режиму работы и мощности на быстроходном валу редуктора, таблица 2.8.
При выборе редукторов для механизмов подъема значение мощности на быстроходном валу редуктора, кВт, определяется:
Nр≥k·Nдв=1,5·27=40,5 кВт ,
где Nдв – номинальное значение мощности двигателя, выбранного по каталогу; k= 1,5 – коэффициент нагрузки, зависящий от режима работы механизма (k= 1,5 при Л; k= 1,3 при С; k= 1,1 при Т).
Выбор редуктора и его характеристик осуществляем по таблице 2.8.
Таблица 2.8
Частота вращения
ния
Передаточное число ПВ,
%

8,32 9,8 12,41 16,3 19,88 24,9 32,42 41,34 50,94
Редуктор Ц2-250

37,6 30,5 25,0 20,0 17,0 14,0 11,5 9,8 8,2 15
1000 27,1 23,8 20,5 17,3 14,1 11,7 9,2 7,3 6,0 25

17,8 15,6 14,1 10,2 8,9 7,6 5,0 4,2 3,5 40
Редуктор Ц2-300

49,0 43,0 35,5 31,1 29,0 20,0 18.0 14,0 12,0 15
1000 44,2 39,7 31,2 25,0 20,6 18,3 14,6 11,6 9,7 25

30,6 28,2 21,2 16,5 13,9 11,5 9,7 7,3 6,9 40
Редуктор Ц2-350

80,0 78,0 62,0 47,0 43,5 36,0 27,5 22,0 20,0 15
1000 71,9 61,2 50,8 37,1 33,5 2,71 21.8 17,3 14,5 25

42,8 39,0 33,0 24,1 21,1 18,1 15,6 10,2 9,0 40
Редуктор Ц2—400

138 137 111 92,0 77,0 70,5 54,0 43,5 37,7 15
1000 73,0 68,5 54,5 54,5 49,4 44,5 34,3 30,1 24,0 25

65,0 57,4 43,6 42,8 33,6 26,8 16,8 16,8 11,9 40
Редуктор Ц2-500

301 257 218 159 135 122 100 75,0 67,5 15
1000 197 178,0 143,0 122,0 104,0 91,7 68,6 58,5 49,0 25

145 132,0 103,2 74,2 65,4 52,8 40,2 37,0 28,5 40
Редуктор Ц2-650

525 470 390 305 274 233 174 146 122 15
1000 360 315 263 223 198 171 128 107 89,1 25

270 23 8 195 167 149 111 75,7 63,5 55,0 40

Принимаем редуктор марки Ц2-350 с характеристиками:
частота вращения вала – nдв=1000 мин-1;
мощность на быстроходном валу редуктора –
– Nр=47 кВт;
передаточное число редуктора – iр=16,3 .
Основные конструктивные и рабочие параметры лебедки, полученные в результате расчета, сводим в таблицу 2.9.
Таблица 2.9
Параметры Единицы
измерения Численное
значение
1 2 3
Расчетная длина каната,
наматываемого на барабан
Диаметр каната м
мм
48
12
Марка каната 12—Г—I—Н—1568 ГОСТ 2688-80
Размер барабана:
— диаметр
— длина
мм
мм
320
795
Электродвигатель:
— тип
— мощность
— частота вращения
ротора

кВт
мин-1

МТН 411-6
27
955
Редуктор:
— тип, марка
— передаточное число
— передаваемая мощность

кВт
Ц2-350
16,3
47

2 1 Расчет и выбор параметров лебедки Задание на кинематической схеме лебедки (рисунок 2