Практическое занятие : Расчет тали электрической.
методическая разработка по теме

                 Учебная дисциплина: Технологическое оборудование.

                      Тема занятия:  Расчет тали электрической.

Цели занятия:

-  освоение методики расчета талей электрических

-  отработать практические навыки решения задач

Задачи:

--  показать  практическое применение изученного материала;

-  обеспечить формирование умений применять полученные знания для решения    

    конкретных  практических   заданий  

-  обеспечить закрепление и систематизацию учебного материала по теме:    

    Простейшие грузоподъемные устройства;  

-  развитие у студентов коммуникативных способностей через организацию работы;

-  формирование умений осуществлять самоконтроль результатов учебной деятельности

Форма организации занятия:  практическое занятие.

Технологии:  групповая,  личностно-ориентированная

                                                     Ход занятия.

• Актуализация знаний и умений.

 Студентам предлагается ознакомиться с методикой расчета механизмов тали электрической..        

                                                      Расчет тали электрической.

                                       1.  Расчет  механизма  подъема  электротали.

        Кинематическая  схема  механизма  подъема  представлена  на  рис. 1 .  

                                  Рис.1.

       Для  электротали  грузоподъемностью  3,2 Т    принимаем  простой  полиспаст  

   кратностью  i = 2    и  крюковую  подвеску  с  блоком  на  подшипниках  качения.

       Усилие  в  канате      S =  Q / i .η   п   ,     где  η п   = η б   =  0,98.

       Разрывное  усилие  каната

                          S р   =  n k .  S >  5,5 ,

   где  n k   =  5,5  -  запас  прочности  каната  при  среднем  режиме  работы.

      По  ГОСТ  7665 – 69  выбираем  канат  типа .

     Определяем фактический  запас  прочности  каната    n ф  

     Наименьший  диаметр  барабана  по  дну  канавок  

                                 D б =  d k ( e – 1 )  ,

  где  е = 20  -  коэффициент , принимаемый  в  зависимости  от  режима  работы

  механизма  ( см  рис. 2 ).

      У  серийно  выпускаемых  электроталей  электродвигатель  механизма  подъема

  встроен    в     барабан,  образуя     мотор-барабан.  Поэтому     размеры    барабана    

  принимаются   конструктивно,  но  не  менее  минимально  допустимого  значения.

  У  электротали  грузоподъемностью  3,2 Т    диаметр  барабана    по  дну   канавки  

  равен  277 мм.

     Фактическое  значение  коэффициента    e  = ( Dб + d k  ) /  d k  .

     Количество  рабочих  витков  каната   на  барабане   z p  =  H m /  π (Dб  + d k)  

Общее  количество  витков  на  барабане    z  =  z p  + z д   ,  

  где  z д  =  2 -  количество  запасных  витков,  которое  остается  на  барабане  при

                        спуске  груза  на  полную  высоту.

       Длина  нарезной  части  барабана     L =  z t  ,

  где  t  =  15мм -  шаг  винтовой  нарезки  канавок  на  барабане.

       У    электроталей  с    продольным     расположением   барабана  относительно    

  монорельсового  пути    один    конец    каната  крепится  в  кольцевой    канавке  

  барабана  тремя  специальными  стопорными  винтами.  Другой  конец  закрепля-  

  ется  клиновым  соединением  на  сварном  кожухе.

     У  электроталей    поперечного  исполнения    (барабан    расположен   поперек  

  относительно  монорельсового  пути)  оба  конца  каната крепятся специальными

  стопорными винтами в кольцевых канавках обоих фланцев барабана.

     Статический   крутящий   момент   М б   на  валу  барабана  при  подъеме  груза

                                          Мб  =  S Dб а / 2 η б   ,

   где  а = 1 -  количество  ветвей  каната, закрепленных на барабане.                                                                                        

       Число  оборотов  барабана      n б = 60 vi / π(Dб + dk ) .

      Расчетная  мощность  электродвигателя

                                              N   =  Qv /  102 η м   ( квт),

  где η м  = 0,88  -  общий   КПД   подъемного   механизма ,  равный  произведению

                             КПД   полиспаста,  барабана  и  редуктора.

     Выбираем     электродвигатель.    

      У   выпускаемых  электроталей   в барабан  встроены   узлы   электробвигателя  

  ОС-51-4   мощностью  4,5 кВт  и   п = 1335 об/ мин ,   образуя  узел    электротали  

   мотор – барабан.

Необходимое  передаточное  число  редуктора   ip = n / nб   .      

       Редуктор  электротали  двухступенчатый.  Передаточное  число  первой ступени  

                                          i1  =  z2  / z1   ,

  второй  ступени            i2  =  z4  / z3    .

                Фактическая  скорость  подъёма     vп   =  v i / i0   .                

        Номинальный крутящий  момент  на  промежуточном (тихоходном) валу

                                                         М 2  =  М б   /  i2 η3     ,

  где  η 3   = 0,975  -   КПД  зубчатой  передачи  второй  ступени .

        Номинальный  крутящий  момент  на  быстроходном  валу

                                                   М 1  =  М б   /  i1i2 η32  (Н.м).

     Расчет  закрытых  зубчатых  передач  производят на выносливость  по контактным

    напряжениям  и   на  прочность  зубьев  от  изгиба.   Выполняют  тепловой    расчет  

   редуктора  с  вмонтированными  в  него  тормозами.

      Зубчатые  колёса  редуктора  механизма  подъема   изготовляют    из    материала

   сталь 45  и  подвергают  термообработке  до  твёрдости  НВ  241-277.

                                    2. Расчет колодочного тормоза.

Определение   времени   пуска  и    торможения    двигателя    электротали     при  

   подъеме  и  опускании    груза,     расчет  на    прочность    барабана  и   элементов  

   крюковой  подвески  производим  методом,   изложенным   выше.

                                      Рис.2.

     Схема    колодочного    тормоза  представлена  на   рис. 2 .    Рычаги 6    тормоза

   выполняют  функции  тормозных  колодок,  к  которым наклёпаны  фрикционные

   накладки 5 . Две рабочие пружины 1 одеты на специальную  шпильку,  которая

   проходит через отверстия на концах рычагов.  Винты 2 – регулировочные,

   закрепляются   гайками  в  требуемом  положении.  Между головками винтов рас-

  положен растормаживающий палец рычага 4 , второй   конец  которого шарнирно                   прикреплён  к  якорю электромагнита.    При  включении  электродвигателя   якорь

  электромагнита 3  втягивается  в ярмо и   соединенный  с  ним  рычаг поворачивает

  растормаживающий  палец.  При  выключении  электродвигателя  затормаживание

  происходит усилием рабочих пружин.  Между  лопаткой растормаживающего паль-

  ца  и  регулировочными  винтами предусмотрен зазор 0,5 – 0,6 мм  для нормальной

  работы  тормоза.

 Тормозной  момент  определяется  с  учетом  коэффициента  запаса  торможения  

   kт                             M T    =  kT M1   ( Н .  м) ,

  где  kT   = 1,25 -   для  механизма  подъёма  электротали  при  двух  тормозах.

       Нормальное  давление  колодок  на  тормозной  шкив

                N  =  MT  /  f D  ,  Н ,

  где  f  =  0,42  - коэффициент трения  вальцованной  ленты  по чугуну и стали    

                          (  см   таблицу  на  рис.4 )        

         D =  0,17 м  -  диаметр  тормозного  шкива.

      В  соответствии  с уравнением  моментов  сил  относительно  шарнира  при  нор-

    мально-замкнутом тормозе определяем силу пружины , действующую на  каждый

   из двух рычагов,

                 Pп  =  МT l1  /  f D η l2   ,

      где  l1  =  105 мм  и  l2   =  245 мм  

             η  =  0,95  -  КПД  рычажной  системы .

       Усилие  размыкания              P  =  N l1 /  ( l1  + l3   ) , Н .

       Усилие  электромагнита          Рм    =  Рd / lη  +  PP  / 2 ,  Н

   где  Рр   = 0,4 кГ  -  вес  рычага,  соединяющего  якорь  электромагнита  с  раз-

                                   мыкающим  пальцем.

     Работа,  производимая  силой  нажатия  колодок  на  тормозной  шкив,  

              А  =  N 2 ε / η  , (Н . м) ,

 где  ε  =  0,6  мм  -  величина  зазора  при  отходе  колодок.

        Ход  электромагнита         h  =  ε .  ( l1  + l3 ) / l1  .  l / a   .

        В  соответствии  с  величиной  Рм   производится  выбор  тормозного   электро-

   магнита.  На величину  хода  h  регулируется  электромагнит  типа    МИС- 5100 .

       Осадка  рабочей  пружины  тормоза  при  рабочей  нагрузке  Рп  =  26,2 кГ

                                    Δ ln  =  Pп    / С  ,

   где  С = 3,95 кГ / мм -  жесткость  пружины.

       Наибольшая  величина   удельного   давления  на    тормозных  обкладках    из

   вальцованной  ленты     p =  N / lобbоб     ,

   где  lоб  = 9,1 см – развернутая  линия  обкладки ;

          bоб    = 3,0  см -  ширина  обкладки.

                                        3. Расчет грузоупорного тормоза.

Грузоупорный  тормоз  установлен  на  втором  ( тихоходном )  валу  редуктора  (рис. 3).  Тормозной  диск  4  посажен  на вале  на шпонке,  а шестерня 2  навинчена на  трехзаходную трапецеидальную резьбу вала. На  цилиндрическом выступе  тормозного   диска  помешён  храповик 3, с  обеих сторон которого  находятся  фрикционные  кольца 1.    Храповик   и  фрикционные    кольца    могут  свободно   вращаться  на  выступе  диска.  При  выключении электродвигателя  вал-шестерня   под   действием  груза   ввинчивается в шестерню,  зажимая  при этом храповик  с    фрикционными кольцами  между  тормозным   диском  и  торцевой  поверхностью     шестерни  и  поворачивая  собачку 5    до упора   её   в  зуб   храповика.  Механизм

   подъёма застопорен, и  груз удерживается на  весу.                   Рис.3.                                                            При  включении двигателя  на

   спуск  шестерня  свинчивается    с вала   и освобождает  фрикционные   кольца  до

   такого   положения,   при  котором   происходит  притормаживание ,  что   не  поз-  

   воляет  валу-шестерне  под  действием  груза  вращаться  со  скоростью,  большей

  скорости  вращения  навинченной  на  него  шестерни.

     При  включении  двигателя  на  подъём  груза  храповик  и фрикционные кольца  зажаты  между  шестерней и тормозным диском, но  торможения нет,  так как  собачка  выводится  из  зацепления с храповиком.    

       Угол  подъёма  трёхзаходной  резьбы  тормозного  вала

                       tg α  =  а3 t / π dср   ( α  = 10 0 ),

  где  α3    =  3  -  число  заходов  резьбы ;

         d ср  -  средний  диаметр  резьбы ;

          t  -  шаг  резьбы.

      Осевая  сила,  возникающая  при  торможении  и  зажимающая  фрикционные  

  кольца  тормоза,     Q  =  M 2   / [ r  tg (α + ρ ) + f Rc  ],  Н,

  где  r    -  средний  радиус  винтовой  резьбы;

         ρ    -  угол  трения  резьбы  при  работе  в  масляной  ванне;

         f  =  0,12  -  коэффициент  трения  вальцованной  ленты  по  стали  в масле ;

         R с  -  средний  радиус  поверхности  трения.

     Тормозной   момент  грузоупорного  тормоза     М 2т   =  f Q R c n  ,  Н .  м,

  где  п  =  2  -  число  пар  трущихся  поверхностей.

     Тормозной  момент  должен  удовлетворять  следующему  условию

                      М 2т   ≥  k т  М 2    .

      Условие  выполнено.        

      Грузоупорный  тормоз  в  электротали  используется  в  качестве  второго  тор-

  моза  механизма  подъёма,  поэтому  коэффициент  запаса  торможения    прини-

  мается  равным  1,25.

     Надёжность  удерживания  груза  в  подвешенном  состоянии  обеспечивается

   при  соблюдении  зависимости

                                         f R c n  ≥  [ r tg ( α + ρ ) +  f R c  ] η 32    .

     В  рассматриваемом  случае  

          n  =  0,12 .  9,25 .   2  =  2,22 ;            [ r tg ( α + ρ ) + f R c  ] η 32   .

Движущийся  вниз  груз  остановится  при  условии

               r tg ( α + ρ )  ≤  R c  f  1/ k т    ,         r tg ( α + ρ ) ;        R c  f  1/ k т   .

         Проверка  винтовой  резьбы  на  смятие  

                                          σ см  =  4 Q  /  π ( d н2  -  d в2 ) z  , Н /м 2  ,

   где  d н    -  диаметр  наружный  винтовой  резьбы ;

          d в    -  диаметр  внутренний  винтовой  резьбы ;

          z    -  число  витков  резьбы,  воспринимающих  нагрузку.

                                4.   Расчёт   механизма  передвижения.

          Кинематическая   схема    приводной   тележки    механизма    передвижения  

   представлена    на  рис. 4 .  Имеются  два  редуктора -  правый  и  левый,    соеди-

   нённые  между  собой  тремя  стяжками.  На  правом   редукторе,    являющимся  

   ведущим,    установлен    электродвигатель  механизма    передвижения.  Колёса  

   тележки  установлены  на  выходных  валах  редукторов.  Приводная  и  холостая  

   тележки  присоединены  шарнирно  к  траверсе,   образуя   механизм   передвиже-

   ния  тали.

 Рис.4.  Кинематическая  схема  приводной тележки

                                      механизма  передвижения.

           Полное  сопротивление  передвижению   электротали  складывается  из   сопротивления  от  трения  при  движении  и  сопротивления  от  уклона  пути.  Груз    перемещается  электроталью  по  двутавровой  балке  на  расстояние  14,55 метров.

   Допустимый  местный  уклон  (отношение  стрелы  прогиба  к  расстоянию  между

   двумя  опорами )    α = 0,003.

        Сопротивление  движению  от  трения

         Wт  =  k p ( Q + G0 ) ( 2 μ + d f )  /  D,        Н ,  

   где   G 0     -  вес  электротали ;

           D к    -  диаметр  ходового  колеса ;

           d  =  -  диаметр  цапфы ;

           μ  =  0,04  см  -  принимается  в  зависимости  от  диаметра ,  материала  ходового колеса  и  формы  рельса   ;

           f  =  0,015  -  коэффициент  трения  в  шарикоподшипниках  опоры ;

           k р  =  2,5 – 3   - коэффициент, учитывающий  дополнительные  сопротив-

                              ления от трения  реборд  и торцов ступиц  ходовых  колес .                                                      

           Сопротивление  движению  от  уклона  пути

                                                         W УК  =  α (   Q + G 0  ,   Н .

     Полное  статическое  сопротивление  передвижению  электротали

                                                                     W  =  W т  +  W у     ,   Н .

        Статическая  мощность  для  перемещения  тележки  с  грузом

                                                                            N ст   =  W v т  /  102 μ м  ,   квт ,

   где  μ м   =  0,85  -  КПД  передачи  при  полной  нагрузке.

        Выбираем  электродвигатель.  

       Число  оборотов  ходового  колеса    n к  =  60 v т   /   π D к

       Передаточное  число  редуктора        i p  =  п / пк   .

      Фактическое  передаточное  число  редуктора       i р   =  z 5 / z 4   .    z 2 / z 1    .

      Фактическая  скорость  движения  тележки     v т   =  n / i   ∙ π D к    

      Номинальный  момент  двигателя       М н  =  975 N / n  .

      Статический  момент  при  нагруженной  тележке

                                           М ст. п   =   W/2  ∙  D к / μ м i p .   

 .      Момент  электродвигателя  при  пуске              М п   =  1,5 М н    

      Максимальный   момент   электродвигателя  при  пуске  принимается  равным  

   наибольшему  значению,  указанному  в    каталоге,  с  учетом   падения    напря-

   жения  в  сети  до  10 % ,  то есть

                                            М 1  =  2,2 М н  ( 0,9 v н  / v н ) 2      

         Средний  момент  электродвигателя  при  пуске  

                                                М п. ср    =  ( М 1   +  М п    ) /  2    

         Приведенный  момент  инерции  тележки  механизма  передвижения  с  грузом

                               J пр     =  δ J р.ш     +  ( m т   + m Q   ) R к2   / i п2 μ м     ,  Н ∙ м ∙ с 2     ,

   где  J р ш      =  J p    +  J ш   =  0,000201 + 0,00005 =  0,000251  кГ∙ м ∙ с 2    ,

          J ш    =  0,00005 кГ∙ м ∙ с 2     -  момент  инерции  шестерни,  закрепленной  

                                                        на  валу  электродвигателя.

         Время  пуска  двигателя         t п   =   J пр ω / ( M п ср  - М ст п )  =

         Путь  тележки  с  грузом  за  время  ее  разгона     l п    =  v т  t п    /  2 .

         Сила  сопротивления  передвижению  электротали  без  груза        W 1     =  0,03 G 0   .

         Момент  сопротивления  передвижению  электротали  без  груза

                        М'1  =  W 1 D к    /  2 ipηм   .

        Приведённый  момент  инерции  механизма  передвижения  без  груза

                                          J пр х   =  δ J р ш   +  m T R к2  /  i p2 η м                              

                Путь  тележки  без  груза  за  время  ее  разгона    l  =  v Т  t п х  /  2 

           Средние  ускорения  при  пуске  механизма  передвижения  с  грузом  и  без  

    груза          a  =  v T  /  t п   ;                                  

            Коэффициент  запаса  сцепления  нагруженной  электротали

                  k  =  G Сц  φ  / { W + ( Q + G 0 ) [ a / 9,81 – (n к – n x ) / n к ∙f ∙ d / D к ] },

   где  G сц  =  1835 кГ  -  суммарное  давление  двух  приводных  колёс  на рель-

                                       сы  (сцепной вес )  электротали с грузом ;

           φ  =  0,20   -    коэффициент  сцепления  колеса  с  рельсом  для  механиз-

                                    мов, работающих в закрытых помещениях ;

           n к  -   общее  число  колёс ;

           n х  -    число  неприводных  колёс.

             Расчет  времени  пуска   двигателя   механизма   передвижения  электротали  

   производят  так же , как  и  для  механизма  передвижения  мостового  крана.

           Механизм передвижения  кран-балки  рассчитывают  таким же способом, как

   механизм передвижения  мостового   крана.  Главная   и   концевая  балки   одноба-  

   лочного моста рассчитывают от подвижной,  постоянной и инерционных нагрузок

   аналогично расчету металлоконструкций мостового крана.

          Колёса тележек электроталей   изготовляют  из  стали 35.    Поверхность колес

   закаливают  токами  высокой  частоты  на  глубину  2 -3  мм     до  твёрдости   HRC

   35-45.

          Монорельсовый  путь  выполняют  из  двутавровых балок    № 30М,   36М    и

    45М   согласно  ГОСТ  5157 – 53.      

• Выдача дидактического задания.

                     Пример индивидуального задания.

 Произвести расчет тали электрической по следующим исходным данным:

Грузоподъемность  электротали   Q = 3,2 Т ;

высота  подъема  Н = 6 м ;

длина  пролета  L = 16,5 м ;

скорость  подъема  груза  v =  0,134 м / с ;

скорость  передвижения  тали  vт  =  0,334 м / с ;

скорость  передвижения  моста  vк  =  0,667 м / с ;

режим  работы  механизмов -  средний ,  ПВ = 25%.

Ток  переменный,  напряжение  380 в.

                                    Пример группового задания.

Спроектировать таль электрическую

по одному из вариантов.

• Порядок выполнения задания.

Для  выполнения задания группа делится на несколько подгрупп (в зависимости от общего количества студентов)  по 4 человека в каждой.

         Расчет тали электрической состоит из нескольких разделов:

                          1. Расчет  механизма  подъема  электротали.

                          2. Расчет колодочного тормоза.

                          3. Расчет грузоупорного тормоза.

                          4. Расчёт   механизма  передвижения.

Каждый член подгруппы производит расчет  определенного раздела (механизма).

Данные, полученные при расчетах одним членом группы, могут понадобиться коллеге.

Поэтому  рекомендуется обмениваться расчетной информацией в пределах подгруппы.