Основные параметры барабана лебёдки
Минимальный диаметр барабана и блоков определяется согласно Правилам Ростехнадзора по формуле
Dб 
(e-1) dk (4)
где е – коэффициент, зависящий от типа грузоподъемной машины и режима ее эксплуатации: e=16 при легком режиме работы; e=18 при среднем режиме работы; e=20 при тяжёлом режиме работы. В нашем случае e= 18. Определяем минимальное значение диаметра.
Dб ³ (18 - 1) ∙ 11,5 = 195,5 мм
В связи с тем, что увеличение диаметра барабана ведет к повышению долговечности каната, округляем Dб до ближайшего стандартного значения 250, 300, 350, … мм.
Принимаем Dб = 250 мм.
Канаты на барабан навиваются в один или несколько слоев. При однослойной навивке барабаны имеют канавки для укладки каната. В нашем примере барабан имеет малый диаметр при большой высоте подъёма груза, что предполагает многослойную навивку. Поэтому принимаем гладкий барабан с многослойной навивкой каната.
Длина барабана Dб зависит от длины навиваемого каната Lк, среднего диаметра навивки каната на барабан Dcp, числа слоев навивки Z и диаметра каната dк.
Длина навиваемого на барабан каната (канатоёмкость барабана) зависит от высоты подъёма груза и равна
Lк = m*H + l1 (5)
где l1 - длина каната, используемого для закрепления его на барабане, а также длина дополнительных витков, не разматываемых при обычной работе механизма и служащих для разгрузки мест крепления каната
l1 = π(Dб +dк )* (1,5…2) (6)
Определим требуемую длину барабана, при которой обеспечивается необходимая канатоёмкость.
При многослойной навивке канатоёмкость барабана связана с его диаметром очевидной зависимостью
Lк = πDср * n*z (7)
где: n - число витков каната на длине lб барабана
n = lб/dк (8)
z – число слоёв навивки каната;
Dcp — средний диаметр навивки каната
Dср = Dб + 2* (dк*z/2) = Dб + dк*z (9)
Канатоёмкость, выраженная через длину барабана, равна
Lк = π (Dб + dк*z) * (lб/dк)*z (10)
откуда находится минимальная длина барабана, соответствующая требуемой канатоёмкости.
lб Lк* dк / (π (Dб + dк*z)*z) (11)
Приняв предварительно z=2, получаем
lб 62000*11,5/(3,14*(250+11,5*2)*2) = 416 мм.
Округляем lб до ближайшего большего значения, принимаем lб= 420 мм.
В барабанах длиной менее трех диаметров создается более благоприятная картина напряженного состояния из-за сравнительно небольшого изгибающего момента в материале.
Поэтому должно быть выдержано условие
lб / Dб 
3
Проверяем выполнение этого условия:
lб / Dб = 420/250 = 1,68 3,
Требование lб / Dб 3 выполняется. Если lб / Dб > 3, нужно увеличить число слоев навивки каната (но не более чем до 4) или принять барабан несколько большего диаметра и заново определить его рабочую длину lб.
Высота борта барабана, выступающего над верхним слоем навивки каната, принимается равной
hб ³ 2 dк
Диаметр бортов барабана должен превышать габарит намотанных витков на 2мм на сторону, т.е. Dбор в мм равен
Dбор = Dб + 2dк*(z + 2) (12)
В данном примере
Dбор = 250 + 2*11,5*(2+2) = 342 мм
5. Выбор электродвигателя.
Двигатель выбирается по мощности. Крутящий момент на валу двигателя в данный момент времени определяется текущим значением нагрузки на рабочем органе, приведённой к валу двигателя, т.е. весом груза, кратностью полиспаста, передаточным числом редуктора и кпд всей механической цепочки от груза до электродвигателя. Таким образом, мощность на валу двигателя определяется зависимостями
Nдв = (Q+q) *V/( ηпол *ηб * hл) = Sк * Vк /hл (13)
Где: Sк - натяжение каната, набегающего на барабан, кН;
Vк - скорость навивки каната на барабан, м/с,
Vк = V*m (14)
hл - к.п.д. лебедки, включающий кпд редуктора и барабана.
При определении к.п.д. лебедки учитываются потери:
а) в опорах барабана: при подшипниках качения hб = 0,95 - 0,97;
при подшипниках скольжения hб = 0,93 - 0,95;
б) в редукторе hр = 0,92 - 0,94.
ηл = ηб*ηр (15)
Условимся в нашем примере считать барабан установленным па подшипники качения
ηл= 0,96*0,93 = 0,89
Мощность двигателя при подъёме груза Q=25 кН со скоростью V=30 м/мин, соответствующем натяжении каната Sк=13,6 кН и скорости каната
Vк =V*m = 30*2= 60 м/мин= 1 м/с
Nдв = Sк * Vк /hл = 13,6*1/0,89 = 15,28 кВт
По таблице 4 или по справочнику подбираем электродвигатель. Необходимо при этом помнить, что перегрузка электродвигателя допускается до 5%.
По таблице 4 при среднем режиме работы (ПВ25%) принимаем крановый электродвигатель MТ – 12-8, IV величины, с номинальной мощностью Nдв ном = 16 кВт, nдв = 720 об/мин. Радиус его корпуса В = 230мм, габаритная длина L = 915 мм.
6. Выбор редуктора.
Редуктор выбирается по передаточному числу, с учётом передаваемой мощности и расстояния между осями ведущего и ведомого валов. При заданной схеме механизма двигатель установлен на ведущем валу редуктора, поэтому частоты вращения двигателя и входного вала редуктора одинаковы. Требуемое передаточное отношение между двигателем и барабаном (редуктора)
u= nдв / nб (16)
где: nб - частота вращения барабана
nб = Vк / πDср (17)
nб = 60/(3.14*0,273)= 70 об/мин
Средний диаметр барабана Dср = Dб + 2* (dк*z/2) = Dб + dк*z = 250+11,5*2= 273 мм
Требуемое для обеспечения заданной скорости груза передаточное число редуктора равно
u = 720/70 = 10,28
По таблице 5 или по каталогу выбираем редуктор. При этом следует учитывать, что в таблице 5 указана мощность на ведущем валу редуктора при среднем режиме работы.
Предварительно принимаем редуктор РЦД-350, имеющий следующие параметры: передаточное число u = 10; мощность N = 16,8 кВт при 700 об/мин быстроходного вала.
В таблице № 6 находим интересующие нас размеры выбранного редуктора: длину L, высоту Н и суммарное межосевое расстояние Аб + Ат = Ас. Конкретно: L = 700 мм; Н = 410 мм; Ас = 350 мм,
Согласно схеме механизма подъема груза, рассматриваемой нами, барабан и электродвигатель располагаются с одной - правой стороны от редуктора. Чтобы компоновка была возможна, необходимо выдержать условие
Dбор /2 + В + б Ас (18)
Где: В - радиус корпуса электродвигателя;
б - зазор между электродвигателем и бортом барабана (б = 40 - 50 мм).
Проверяем: 300/2 + 230 + 45 = 425 мм > 350 мм
Условие не выполняется. Увеличиваем Ас , т.е. принимаем окончательно редуктор типа РЦД-500, имеющий то же передаточное число uр = 10, Ас = 500 мм; мощность N = 57,7 кВт при 700 об/мин быстроходного вала. Размеры: L = 985 мм; H = 600 мм; Ас = 500 мм, Аб =300 мм, Ат = 200 мм.
Поскольку передаточное число выбранного редуктора отличается от требуемого, изменятся скорости барабана и подъёма груза. Будем считать, что отклонение фактических значений скоростей не должно превышать 5% (точность исходных данных и расчёта). Проверим допустимость полученных отклонений скоростей от заданных значений.
Фактическая скорость вращения барабана будет равна
nбф = nдв /uр = 720/10=72 об/мин
При этом канат па барабан будет навиваться со скоростью
Vкф = π Dср nбф = 3,14* 0,273*72 = 61,72 м/мин
Тогда фактическая скорость подъема груза составит
Vф = Vкф /m = 61,72/2 = 30,86 м/мин
а отклонение фактической скорости от заданной будет равно
(30,86-30)/30= 2,87 %,
т.е. не превышает допустимого значения ± 5%.
Если отклонение превышает 5%, то необходимо соответственно изменить диаметр барабана, задавшись заданным значением скорости и передаточным числом выбранного редуктора.