Проектирование привода тяговой лебедки

 

1. Введение

       Ликвидация тяжелого ручного труда при выполнении основных и вспомогательных операций во всех отраслях народного хозяйства - в промышленности, строительстве, на транспорте, в сельскохозяйственном производстве требует применения грузоподъемных механизмов, являющихся одним из основных видов оборудования каждого предприятия.

       Необходимо спроектировать грузоподъемное устройство, которое может использоваться в различных отраслях народного хозяйства, в том числе и в учебных мастерских.

       В данной работе требуется рассчитать привод тяговой лебедки с заданными  силовыми параметрами и кинематической схемой. Привод включает в себя электрический двигатель, одноступенчатый конический редуктор, открытую клиновую ременную передачу, одноступенчатый косозубый цилиндрический редуктор.

       Лебедка - это грузоподъемная машина, предназначенная  для перемещения груза, область  ее применения может быть различной. Тяговые лебедки служат для перемещения  тележек с грузом по горизонтальной местности.

       В лебедке главным является тяговая способность или крутящий момент. Двигатели с высоким крутящим моментом очень дороги, используют двигатели с необходимой мощностью, но низким крутящим моментом и высокими оборотами ротора. Необходимого крутящего момента достигают при применении передаточных механизмов. При этом с увеличением крутящего момента уменьшается скорость передвижения грузов. Необходимо выбирать скорость перемещения грузов обоснованно, чтобы было удобно во время перемещения груза работать с ним. Таким образом, при проектировании лебедки закладывают максимальную массу груза и выбирают скорость перемещения этого груза, устанавливают размер рабочего барабана. Исходя из этих данных, следует подбор кинематической схемы, расчет и выбор двигателя и передаточных механизмов. 

       

2. определение силовых и кинематических характеристик  на исполнительном устройстве.

1. Определение полезной мощности на барабане:

       Р = F*V= 9000*0.9 = 8100 Вт = 8,1 кВт

       где Р-полезная мощность на барабане;

       F- усилие на барабане, Н;

       V- линейная скорость м/с.

2. Определяем момент на барабане:

       Т4 = F * = 9000 * = 1350 Н*м

       где Д – диаметр барабана, м.

3. Определение угловой скорости:

       ω4 = = = 6 1/с

4. Определение частоты вращения барабана:

       n4 = = = 57,3 об/мин

3. Определение КПД установки и необходимой мощности электродвигателя.

       ηобщ =  η⁴ п.п.* η² з.з. * ηрем. = 0,99⁴ * 0,97² * 0,9 =0,82

       где ŋ п.п. – КПД пары подшипников;

       ŋ з.з. – КПД зубчатого зацепления;

       ŋрем  – КПД ременной передачи.

       Требуется электродвигатель Р1≥  = = 9,9 кВт

       Ориентируясь  на схему привода и предлагаемые в справочнике передаточные отношения  в редукторах, а также зная обороты  вала выбираем электродвигатель.

       Электродвигатель  АД 132 М2:

       Рэл=11 кВт,   n эл=2895 об/мин, = 3,5,   m=62 кг

        где Рэл –  мощность электродвигателя;

       n эл – угловая скорость ротора электродвигателя;

       m – масса электродвигателя.

       Муфту выбираем упругую втулочно-пальцевую  по ГОСТ 21424-75. Номинальный крутящий момент 125 Н*м, максимальная скорость вращения 4600 об/мин.

       Uобщ = = = 50,5

       где Uобщ – общее передаточное число привода.

       Передаточные  отношения для ременных передач  желательно брать не более 5

       Цилиндрическую  зубчатую передачу и передаточное отношение  редуктора выбираем из справочника.

       Передаточное  отношение редуктора должно входить  в промежуток для конической прямозубой передачи U=2¸3.

       Uк.п. = = =2,8

       где Uк.п.- передаточное число конической зубчатой передачи

       Uр.п. - передаточное число ременной передачи

       Uц.п. - передаточное число цилиндрической зубчатой передачи

       Таблица распределения силовых и кинематических параметров на валах.

 

       Для вала 3 имеем

       Р3 = = = 8,4 кВт

       где  Р3и Р4 – мощность на валу;

        ŋ п.п. –КПД пары подшипников;

       ŋ з.з. – КПД зубчатого зацепления.

       Т3 = = = 281,2 н*м

       где Т3 и Т4 – крутящий момент на валу;

       Uц.п. – передаточное число цепной передачи.

       ω3 = ω4 * Uц.п. = 6*5=30 1/с

       где ω3 и ω4 – частота вращения валов

       n3 = n4*Uц.п. = 57,3*5 = 286,5 об/мин

       где n3 и n4 – угловая скорость валов.

       для вала 2

       Р2 = = = 9,5 кВт

       Т2 = = = 88,4 н*м

       ω2 = ω3 * Uрем = 30*3,6=108 1/с

       n2 = n3*Uрем = 286,5*3,6 = 1032 об/мин

       для вала 1

       Р1 = = = 9,9 кВт

       Т1 = = = 32,7 н*м

       ω1 = ω2 * Uк.п. = 108*2,8=302 1/с

       n1 = n2*Uк.п. = 1032*2,8 = 2895 об/мин

       По  справочнику при нормальных условиях эксплуатации, передаточному отношению 5, скорости вращения быстроходного  вала 500 об/мин, для редуктора ЦОН-20 мощность на тихоходном валу Рт = 18,8 кВт

       nт = = = 100 об/мин

       nт – угловая скорость тихоходного вала.

        ωт = = = 10,5 1/с

       ωт  – частота вращения тихоходного  вала.

       Тт = = = 1790 н*м

       Тт  – момент на тихоходном валу.

       Выбираем  редуктор ЦОН-20-5-2

4. Подбор ременной передачи

Схема ременной передачи

Рис. 1 

       Ременные  передачи являются одним из старейших  типов механических передач, где  привод осуществляется гибкой связью приводным ремнем.

       В зависимости от формы поперечного  сечения ремня передачи бывают: плоскоременные , клиноременные.

       Наибольшее  распространение получают клиноременные передачи, плоскоременные в последнее время применяются меньше. Круглые ремни применяют в основном в приборостроении, машинах домашнего обихода (швейных машинах). Зубчатые ремни используют для передачи повышенной мощности с точным сохранением скорости.

        Основные преимущества ременной передачи: возможность передачи мощности на значительное расстояние до 1.5 м и более; плавность и сравнительная бесшумность работы; отсутствие резких колебаний нагрузок за счет упругой ремня; предохранение механизмов от перегрузки за счет возможного проскальзывания ремня; простота конструкции и эксплуатации; возможность различного расположения валов в пространстве.

       К недостаткам ременных передач относятся: большие размеры передач, непостоянство  передаточного числа из-за скольжения ремня, повышенная нагрузка на валы и  их опоры вследствие необходимости  обеспечить предварительное натяжение  ремня, низкая долговечность ремней.

       Типы  ремней. Независимо от формы поперечного  сечения все ремни должны отвечать следующим требованиям: высокая  тяговая способность, т. е. Высокая  сцепляемость с поверхностью шкива  без пробуксовывания; достаточная  прочность; долговечность и износоустойчивость; невысокая стоимость упругость  при перегибах.

        По кинематической схеме необходимо использовать клиноременную передачу. Клиновая форма ремня с боковыми рабочими поверхностями обеспечивает увеличение тяговой способности  ремня за счет повышенного трения.

       Выбираем  ремень узкого сечения с размером  УА.

       bp = 11,0 мм

       h = 10,0 мм

       b0 = 13,0 мм

       y0 =2,8 мм

       Проведя расчеты передачи, выбираем из справочника  подходящие нам размеры шкивов и  ремня.

        Диаметр, выбранных  шкивов, 100 и 355 мм., что обеспечивает передаточное отношение 3,62 отклонение от запланированного менее 2%. Длину  ремня выбираем 1500 мм, межосевое расстояние составит 371 мм. Количество ремней в передачи вычисляем:

                                z = P_ном/[P_п] = 3                                           

 где P_ном = 9,5 кВт – номинальная мощность на валу;

        [P_п] = 3,17 кВт – допускаемая мощность, передаваемая ремнями.

       

       dp - диаметры шкивов (100, 355 мм)

       lр =11,0 мм

       h = 13,0 мм

       ά = 40°

       b = 3 мм 

5. Подбор  одноступенчатого конического прямозубого  редуктора.

       Преимущества  зубчатых передач

1. Постоянство передаточного числа (для прямозубой цилиндрической U=2¸4, косозубой цилиндрической U=4¸6, для конической U=2¸3)
2. Высокая нагрузочная способность
3. Высокий КПД (0.96¸0.99)
4. Малые габариты
5. Большая долговечность, прочность, надёжность, простота в обслуживании
6. Сравнительно малые нагрузки на валы и опоры

       Недостатки  зубчатых передач

1. Невозможность без ступенчатого изменения скорости.
2. Высокие требования к точности изготовления и монтажа.
3. Шум при больших скоростях.
4. Плохие амортизационные свойства, что отрицательно сказывается на компенсацию динамических нагрузок.
5. Громоздкость при больших межосевых расстояниях.
6. Потребность в специальном оборудовании и инструменте для нарезания зубьев.
7. Зубчатые передачи не предохраняют от опасных нагрузок