В таблице 2.1 приведены исходные данные для расчета.
Таблица 2.1 – Исходные данные к выполнению расчета
| Номер варианта | Грузоподъемность, Q, т | Высота подъема груза, Н, м | Скорость подъема груза, v1,м/с | Режим работы |
| 0,3 | 6М |
1. Выбор кратности полиспаста
В соответствии с заданной грузоподъемностью Q крана из таблицы 2.2 назначаем кратность полиспаста в механизме подъема – а=4.
Таблица 2.2 – Кратность полиспаста в зависимости от грузоподъемности
| Q, т | <5 | 10 – 15 | 20 – 30 | 40 – 50 | 75 – 125 |
| а | 2 – 3 | 3 – 4 | 4 – 5 | 5 – 6 |
2. Выбор крюка и крюковой подвески
Из таблицы 2.3 по грузоподъемности Q=20 т и режиму работы механизма 6М выбираем номер заготовки однорогого крюка – № 20.
По таблице 2.5 выбираем крюковую подвеску нормального типа ближайшей большей грузоподъемности, т.к. на грузоподъемность 20 т подвески отсутствуют. Обозначение подвески 4–20–610, номинальная грузоподъемность 20 т, режим работы 6М, номер заготовки крюка №20, количество блоков (кратность полиспаста) – 4, рекомендуемый диаметр каната dк =14,0…18,0мм, диаметр блока по дну желоба Dбл.0 =610 мм, расстояние между блоками В=322мм, масса подвески Qп = 0,627 т.
3. Кинематическая схема механизма подъема
С учетом принятых кратности полиспаста и типа крюковой подвески изображаем кинематическую схему механизма подъема груза мостового крана (рисунок 2.4).
1 – двигатель; 2 – муфта; 3 – тормоз; 4 – редуктор; 5 – барабан;
6 – крюковая подвеска; 7 – верхние блоки; 8 – канат
Рисунок 2.4 – Кинематическая схема механизма подъема груза
4. Выбор каната
Блоки крюковой подвески установлены на подшипниках качения, тогда принимаем 
бл =0,97. Для нахождения максимального усилия в канате вначале определяем КПД полиспаста:
.
Максимальное усилие в канате:
кН.
По таблице 2.6 в соответствии с режимом работы 6М назначаем коэффициент запаса прочности каната kз =6. Тогда, расчетное усилие растяжения в канате:
кН.
По таблице 2.8 выбираем канат двойной свивки типа ЛК–Р конструкции 6 х 19(1+6+6/6) + 1 о.с. ГОСТ 7668–80 со следующими параметрами: диаметр каната dк =21 мм, маркировочная группа sпр = 1860 МПа, разрывное усилие Sразр =159кН, площадь поперечного сечения F= 167,03 мм2. Данный канат отвечает условию выбора
,
т.е. 154,81 кН < 159 кН.
5. Проверка диаметра блоков
Для нормальной работы блока должно выполняться условие:
.
По таблице 2.10 с учетом режима работы механизма 6М выбираем коэффициент е = 35. Вычисляем правую часть выражения
мм.
Проверяем условие Dбл.0 =610 мм > 476 мм, т.е. блоки крюковой подвески соответствуют выбранному канату.
Тогда, диаметр блока по центру каната равен:
Dбл = Dбл.0 + dк = 610 + 14 = 624 мм.
6. Определение геометрических размеров барабана
Диаметр барабана по центру каната:
Dб = 0,85Dбл = 0,85×624 = 530 мм.
Диаметр барабана по дну канавок (мм):
Dб.0 = Dб – dк = 530 – 14 = 516 мм.
Полученное значение Dб.0 округляем до ближайшего большего из стандартного ряда, т.е. Dб.0 = 560 мм.
Уточняем диаметр барабана по центру каната:
Dб = Dб.0 + dк = 560 + 14 = 574 мм.
Рассчитываем количество рабочих канавок для навивки полной рабочей длины каната (рабочие витки каната):
шт.
Принимаем количество неприкосновенных витков zнепр .= 2 шт. и количество канавок для крепления каната zкр = 3 шт.
По диаметру каната dк =14 мм из таблицы 2.11 назначаем шаг нарезки канавок барабана t =16 мм.
Тогда, длина нарезного участка барабана:
мм.
Длина гладкого концевого участка может находиться в пределах:
lк = (4... 5)dк = (4... 5)×14 = 56 … 70 мм,
с учетом значений из стандартного ряда принимаем lк =65 мм.
Вычисляем минимальное расстояние между осью блоков крюковой подвески и осью барабана:
hmin = 3Dб = 3 ×574 = 1722 мм.
Определяем минимально и максимально возможную длину центрального гладкого участка:
мм;
мм.
С учетом условия 
назначаем длину центрального гладкого участка барабана l0 = 62 мм, тогда полная длина барабана составит
L = 2lн + l0 + 2lк = 2×304 + 62 + 2×65 = 800 мм,
что соответствует значению из стандартного ряда.
7. Определение мощности и выбор двигателя
С учетом составленной кинематической схемы механизма (рисунок 2.1) назначаем КПД отдельных узлов трения: КПД барабана, установленного на подшипниках качения hб = 0,98; КПД муфт hм = 0,98; КПД двухступенчатого редуктора hр =0,94. Тогда, КПД механизма составит:
hмех = hп × hб × hмуфт × hред = 0,963 × 0,98 × 0,98 × 0,94 = 0,85.
Вычисляем силу тяжести поднимаемого груза и крюковой подвески:
G = (Q + Qп)g = (20 + 0,627) × 9,81 = 202,35 кН.
Необходимая мощность двигателя составит:
кВт.
По таблице 2.13 выбираем двигатель ближайшей меньшей мощности при относительной продолжительности включения ПВ=60%, отвечающей режиму работы механизма 6М, – металлургический электродвигатель с фазовым ротором MTH 613–10 со следующими параметрами:
– номинальная мощность Рном = 60 кВт (ПВ = 60%);
– номинальная частота вращения nном = 580 об/мин;
– максимальный момент Мmax = 4200 Н×м;
– момент инерции ротора Jp =6,360 кг×м2;
– минимальная кратность пускового момента ymin = 1,2.
Определяем номинальный момент двигателя
Н·м.
Максимальная кратность пускового момента двигателя:
.
Средняя кратность пускового момента двигателя:
.
Средний пусковой момент двигателя:
Мср.п = yср.п × Мн = 2,7 × 988 = 1587,6 Н×м.
Угловая скорость вращения двигателя:
рад/с.
Угловая скорость вращения барабана:
рад/с.
8. Определение передаточного числа и выбор редуктора
Вычисляем необходимое передаточное число редуктора:
.
По таблице 2.17 отмечаем, что ближайшее к рассчитанному значение передаточного числа редуктора составляет 12,41. При этом расхождение между необходимым и фактическим передаточным числом редуктора равняется
,
что меньше 15%.
Тогда, при принятом фактическом передаточном числе uр.ф = 12,41 и частоте вращения быстроходного вала 600 об/мин., что близко к номинальной частоте вращения двигателя nном =580 об/мин., и режиме работы 6М выбираем двухступенчатый редуктор Ц2–650, для которого мощность на быстроходном валу составляет 123 кВт, что превышает номинальную мощность двигателя 60 кВт.
Уточняем фактическую угловую скорость вращения барабана (рад/с):
рад/с
и фактическую скорость подъема груза:
м/с.
9. Проверка двигателя при пуске
Определяем приведенный к валу двигателя момент инерции механизма:
Определяем статический момент сопротивления на валу двигателя при подъеме груза номинальной массы (Н×м):
кН×м = 1376 Н×м.
Находим время пуска двигателя при подъеме груза номинальной массы:
с.
Определяем ускорение груза при подъеме груза номинальной массы:
м/с2,
что меньше допускаемого ускорения [ jп ] = 0,6 м/с2, т.е.
м/с2.
10. Проверка двигателя на нагрев
Типовая диаграмма нагружения механизма подъема при заданном режиме работы 6М приведена на рисунке 2.12.
Рисунок 2.12 – Типовая диаграмма нагружения крановых механизмов для режима 6М
Определяем статические моменты сопротивления на валу двигателя при подъеме груза разной массы:
– первая ступень (номинальная масса груза)
кН×м = 1376 Н×м;
– вторая ступень (0,2 от номинальной массы)
Н×м;
Находим время пуска двигателя при подъеме груза разной массы:
;
– первая ступень (номинальная масса груза)
с;
– вторая ступень (0,2 от номинальной массы)
с;
Вычисляем статические моменты сопротивления на валу двигателя при опускании груза разной массы (Н×м):
– первая ступень (номинальная масса груза)
кН×м = 994 Н×м;
– вторая ступень (0,2 от номинальной массы)
Н×м;
Определяем время пуска двигателя (с) при опускании груза разной массы:
;
– первая ступень (номинальная масса груза)
с;
– вторая ступень (0,2 от номинальной массы)
с;
Заносим результаты расчета в таблицу 2.19.
Таблица 2.19 – Результаты расчета статических моментов сопротивления
| Qi, т |  , Н×м
|  , с
|  , Н×м
|  , с
|
| 2,47 | 0,202 | |||
| 0,2 | 275,2 | 0,4 | 198,8 | 0,293 |
Время работы двигателя в установившемся режиме
с.
Определяем сумму времен пуска двигателя на подъем и опускание груза за цикл работы двигателя:
с.
Определяем сумму времен работы двигателя в установившемся режиме:
= 2×nст× 
= 2×2×5,714 = 22,856 с.
Вычисляем сумму квадратов статических моментов (Н2×м2) при подъеме и опускании грузов разной массы:
Принимая значение коэффициента, учитывающего ухудшение условий охлаждения двигателя во время пуска и торможения, равным b = 0,8, находим эквивалентный момент на валу двигателя при подъеме грузов различной массы
Н×м.
Проверяем условие отсутствия нагрева двигателя:
Мн ³ Мэ ,
988 Н×м > 987,442 Н×м.
Условие выполняется, значит, двигатель перегреваться не будет.
11. Выбор тормоза.
С учетом того, что коэффициент запаса торможения для режима работы механизма 6М равен kт = 2,5, определяем расчетный тормозной момент на валу тормозного шкива (вал двигателя) для механизма подъема груза:
Мт = kтМст.о = 2,5 × 1376 = 3440 Н×м.
По рассчитанному тормозному моменту выбираем нормально-замкнутый колодочный тормоз общего назначения с электрогидравлическим толкателем ТКТГ-600 с табличным тормозным моментом Мт.ф = 5000 Н·м, диаметр тормозного шкива D = 600 мм.