Среди характеристик привода в качестве основных можно выделить частоту вращения и вращающий момент. На их основе устанавливается мощность агрегата и скорость перемещения исполнительного органа.
Для привода преимущественно применяют 3 –х фазные электродвигатели переменного тока: асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором серии МТКF, МТКН и АИР и электродвигатели с фазным ротором серии МТF и МТН. Для судовых палубных механизмов в качестве приводных двигателей используют электродвигатели переменного тока серии МАП (машины асинхронные повышенного скольжения) и постоянного тока серии ДПМ (двигатели постоянного тока морского исполнения).
Электродвигатель выбирают в соответствии с режимом, в котором работает машина. В этом случае мощность двигателя при заданном ПВ% равна требуемой величине (Ртр, кВт), значение которой устанавливают в зависимости от формы представления нагрузки по формулам:
Ртр=kh×Pр; (2.141)
Ртр=10-4×kh×Тр×nр; (2.142)
Ртр=10-3×kh×Fр×vр, (2.143)
где Pр – мощность рабочего органа, кВт;
Тр – крутящий момент на рабочем органе, Н×м;
Fр – силовая нагрузка на рабочий орган, Н;
nр – частота вращения рабочего органа, об/мин;
vр – скорость рабочего органа, м/с;
kh- коэффициент, учитывающий потери (kh=1,2…2,0 при nр<10 об/мин;
kh=1,2…1,1 при nр=10…50 об/мин; kh=1,1…1,05 при nр>50 об/мин).
В случае, когда фактическая продолжительность включения (ПВф) не совпадает с номинальными значениями (ПВн), то двигатель выбирают по значению номиналь -
ной мощности (Рн, кВт)
Рн= Рф×(ПВф/ ПВн)1/2, (2.144)
где Рф – фактический расход мощности, кВт;
ПВн – ближайшее стандартное значение ПВ.
Если значение мощности переменно в течение цикла, то определяется средняя статистическая мощность Р1 , кВт, за цикл равна
Р1 =k×å Рi× ti/tц, (2.145)
где k – коэффициент перегрузок при пуске и торможении (k=1,1…1,3);
Рi– различные значения статической мощности за соответсвующие промежутки ti времени в течении цикла продолжительностью tц.
Полученное выражение подставляется в формулу (1.11) и далее по величине
Рн из каталога выбирается двигатель. При этом номинальная мощность Рн должна быть больше или равна требуемой мощности Ртр.
Если кинематическая схема состоит из последовательно соединенных передач, то нагрузки и скорости для каждого последующего вала, начиная от вала двигателя, рассчитывают с учетом потерь на каждой ступени
Р1= Рдв; Р2= Р1×h1;… Рk= Р(k-1)×h(k-1), (2.146)
где h1…h(k-1) – коэффициенты полезного действия на каждой ступени, которые учитывают потери на передаче и опорах (h=hпередачи×hподшипников).
Частота вращения n валов передач по ступеням устанавливается следующими соотношениями
n1=nдв; n2=nдв/ i 1;…;nk= nk-1 / i i, (2.147)
где i1, i2,…,ik-1 – передаточные отношения соответствующих ступеней
Мощность и частота вращения позволяет установить величину крутящего момента на каждом валу привода.
Крутящий момент Т,Н×м, для каждого вала можно найти через мощность Р, кВт, и частоту вращения n, об/мин
T1=9,55×103×Р1/n1; T2=9,55×103×Р2/n2;… Tk=9,55×103×Рk/nk, (2.148)
где n1,…, nk – частота вращения валов 1-го,…,k-го.
Крутящие моменты Т, кВт, в планетарных передачах рассчитываются на основании соотношений (без учета сил трения):
Тh/T1=i1h(3); (2.149)
Тh/T3=i3h(1); (2.150)
Т3/T1=i13(h), (2.151)
где T1,T3,Тh – моменты внешних сил, приложенных к центральным колесам а, b и водилу h.
Равновесие внешних вращающих моментов, приложенных к механизмам, устанавливается с помощью выражения
Тh-T3-T1=0. (2.152)
Этим проверяют правильность расчета моментов в планетарных передачах.
РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИВОДА
Таблица 3.1 - Исходные данные
| Наименование | Обозначение величины | Величина | Обозначение единниц измер. |
| 1) Вид исполнительного органа | |||
| 2) Масса груза | Q | кГ | |
| 3) Вес груза | G | G =Q×g, где g=9,8 м/c2 | Н |
| 4) Расстояние перемещения груза | Н | м | |
| 5) Скорость перемещения груза | v | м/с | |
| 6) Режим работы | |||
| 7) Срок службы | Тг | лет | |
| 8) Коэффициенты загрузки: - годовой - суточный | Кг Кс | Таблица А.1 | |
| 9) Время работы машины | Lh | 365×24×Кг ×Кс× Тг | ч |
Таблица 3.2 - Расчет исполнительного органа
| Искомая величина | Обозначние величины | Формула, источник | Результат | Обозначние единицы измер. |
| Подвеска крюковая (Рисунок 2.3) | ||||
| 1) Кратность полиспаста | uп | Таблица А.2 | - | |
| 2) Количество полиспастов | а | Таблица А.2 | ||
| 3) Количество ветвей каната, на которых висит груз | zв | zв =uп×а | ||
| 4) К.П.Д. блока полиспаста: - на подшипниках качения - на подшипниках скольжения | hбл.(к) hбл.(с) | Таблица А.3 Таблица А.3 | - - | |
| 5) К.П.Д. полиспаста (в случае когда конце- вая ветвь сбегает с подвижного блока) | hп | hп=(1/uп)×[(1-huпбл)/(1-hбл)] | - | |
| 6) Максимальное натяжение ветви каната | Fmax | Fmax =G/ (zв ×hп) | Н | |
| 7) Коэффициент запаса прочности каната | sk | Таблица А.2 | - | |
| 8) Разрывное усилие каната | Fp | Fp ³ (sk × Fmax) | Н | |
| 9) Диаметр каната | dk | Таблица А.4 | мм | |
| 10) Коэффициент условий работы | e | Таблица А.5 | - | |
| 11) Диаметр канатного рабочего блока: - расчетная величина по дну желоба - принятая величина по дну желоба - по центру наматываемого каната | D¢бл.ж Dбл.ж Dбл.ц | D¢бл.ж ³(e-1)×dk ×10-3 Таблица А.6 Dбл.ц = Dбл.ж + dk | м |
Продолжение таблицы 3.2
| 12) Ширина канатного блока | Вбл | Таблица А.6 | м | |
| 13) Длина ступицы канатного блока | lст | Таблица А.6 | м | |
| 14) Диаметр оси под подшипник блока | dо | Таблица А.6 | мм | |
| 15) Подшипник (радиальный) под блоком: - номер - внутренний диаметр - внешний диаметр - ширина | d D B | Таблицы А.110, А.111 | мм | |
| 16) Крюк грузовой (типоразмер) | Таблица А.6 | |||
| 17) Диаметры шейки крюка: - под гайку -под подшипник | d1 dпк | Таблица А.6 | мм | |
| 18) Подшипник крюка (упорный): - номер - внутренний диаметр - внешний диаметр - высота | d D Н | Таблицы А.110, А111 | мм | |
| 19) К.П.Д. подшипника крюка | hпк | Таблица А.3 | ||
| 20) К.П.Д. подвески крюковой | hпкр | hпкр =hпк×hп | ||
| Барабан грузовой | ||||
| 21) Диаметр барабана: - расчетная величина по дну желоба - принятая величина по дну желоба - по центру наматываемого каната | D¢б.ж Dб.ж Dб.ц | D¢б.ж »D¢бл.ж Таблица А.7 Dб.ц = Dб.ж + dk | м | |
| 22) Мощность на валу барабана | Рб | Рб =G×v×10-3 | кВт | |
| 23) Частота вращения вала барабана | nб | nб =60×uп ×v/(p×Dб) | об/мин | |
| 24) Угловая скорость вала барабана | wб | wб =p× nб/30 | рад/с | |
| 25) Крутящий момент на валу барабана | Тб | Тб =103×Рб/wб | Н×м | |
| 26) Вал барабана: - материал вала - диаметр вала | dв.б | dв.б»[16×Тб/(p×tр)]1/3, где tр=0,15×sв Мпа (sв – по таблице А.29) Примечание – dв.б согласовать с таблицами А.110, А.111 | мм | |
| 27) Подшипник вала барабана (радиальный двухрядный сферический): - номер - внутренний диаметр - внешний диаметр - ширина | dпб D B | Таблицы:А.110, А.111 | мм | |
| 28) К.П.Д. подшипника вала барабана | hп.б | Таблица А.3 |
Продолжение таблицы 3.2
| Узел крепления каната к корпусу барабана | ||||
| 29) Число ветвей каната, закрепляемых на барабане | zз | 1; 2 | ||
| 30) Угол обхвата канатом барабана | a | a=4×p, где p=3,14 | рад. | |
| 31) Коэффициент трения между канатом и барабаном | f | 0,1... 0,16 | - | |
| 32) Натяжение каната перед прижим- ной планкой | Fп | Fп =Fmax / ef×a, где е=2,72 | Н | |
| 33) Угол обхвата барабана канатом при переходе от одной канавки планки к другой | a1 | a1=2×p, где p=3,14 | рад. | |
| 34) Угол наклона боковой грани канавки | b | b=40° | град. | |
| 35) Коэффициент трения между планкой и барабаном | f1 | f1 =f / sin b | - | |
| 36) Усилие растяжения болтов прижимной планки | Fр.б | Fр.б =Fп /[(f+f1)×(ef×a1 +1)] | Н | |
| 37) Количество болтов, прижимающих планку | zб | zб >2× zз | шт. | |
| 38) Усилия, изгибающие болты | Fu.б | Fu.б = Fр.б ×f1 | Н | |
| 39) Болты, прижимающие планку: - диаметр - типоразмер | dб | dб ³ dк Таблица А.136 | мм - | |
| 40) Высота прижимной планки каната | h п.п | h п.п =dб + dk | мм | |
| 41) Момент, изгибающий болт | Ми.б | Ми.б = 10-3×Fр.б ×f1× h п.п | Н×м | |
| 42) Коэффициент запаса прочности крепления каната к барабану | sб | sб ³1,5 | - | |
| 43) Напряжение в болте при затяжке крепления | sз | sз= sб×(1,7×dб Fр.б+ 10×Ми.б)/(zб× d3б) | МПа | |
| 44) Материал болта | ||||
| 45) Предел текучести материала болта | sт | Таблица A.29 | МПа | |
| 46) Допускаемое напряжение материала болта при изгибе | sFP | sFP =0,8sт / sБ | МПа | |
| 47) Условие работоспособности болта | såз £ sFP | |||
| Примечание – Расчет траверсы крюка производят после формирования конструкции крюковой подвески по изгибающему моменту Mи в опасном сечении траверсы, который равен: Ми =G×bт/4, Н×м,, где bт – расстояние между осями крайних блоков. Минимальный диаметр цапфы под подшипник в этом случае устанавливется зависимостью: dп.о=(104×Mи/sFP)1/3, где sFP –допускаемое напряжение изгиба материала оси блоков (sFP»0,3×sв, МПа), |
Таблица 3.3 – Выбор электродвигателя
| Искомая величина | Обозначение величины | Формула, источник | Результат | Обознчение единицы измерения |
| 1) Коэффициент полезного действия: - крюковой подвески - опор барабана - редуктора (ориентировочно) - механизма (ориентировочно) | hкп hб h¢р h¢м | Таблица 3.1 hб @0,999 h¢р @0,8 h¢м=hб×h¢р×hп | ||
| 2) Требуемая (статическая) мощность электродвигателя | Рдв(тр.) | Рдв(тр) =G×v/(h¢м×103) | кВт | |
| 3) Тип электродвигателя | ||||
| 4) Марка электродвигателя | Таблицы А8 | |||
| 5) Частота вращения выходного вала электродвигателя | nдв | Таблица А.8 | об/мин | |
| 6) Угловая скорость выходного вала электродвигателя | wдв | wдв =p× nдв/30 | рад/с | |
| 7) Требуемый крутящий момент на выходном валу электродвигателя | Тдв(тр.) | Тдв(тр.)=103×Рдв(тр.)/wдв | Н×м | |
| 8) Характеристики электродвигателя: - режим работы - мощность (номинальная) - момент максимальный - момент инерции ротора | ПВ Рдв(ст) Тmax Iр | Таблица А.8 | % кВт Н×м кг×м2 | |
| 9) Момент номинальный | Тном | Тном =103× Рдв/wдв | Н×м | |
| 10) Момент пусковой средний электродвигателя: | Тср.п | Таблица А.8 Примечание – При отсутствии значения Тср.п его рассчитывают по зависимостям для двигателей: а) трехфазного тока - с короткозамкнутым ротором Тср.п »(0,7…0,8)×Тmax - с фазовым ротором Тср.п »(1,5…1,6)×Тном б) постоянного тока - с параллельным возбуждением Тср.п »(1,7…1,8)×Тном - с последовательным возбуждением Тср.п »(1,8…2,0)×Тном - со смешанным возбуждением Тср.п »(1,8…1,9)×Тном Большие значенияв в выражениях относится к двигателям с повышенным скольжением | Н×м | |
| 11) Диаметр выходного вала двигателя | d1 | Таблица А.9 | мм |
Таблица 3.4 – Передаточное отношение механизма и выбор редуктора
| Искомая величина | Обозначение величины | Формула, источник | Результат | Обозначение един. измер. |
| 1) Передаточое отношение механизма | i¢м | i¢м =nдв / nб | ||
| 2) Редуктор (тип) | Таблицы: А.10…А.14 | |||
| 3) Передаточные числа ступеней передач, формирующих редуктор: - первой … - i – ой | u1 … ui | u1,…, ui согласовать с таб- лицами: А.25, А.26, А.27 | ||
| 4) Передаточное число редуктора | uр | uр = u1× … ×ui, |
Таблица 3.5 – Подбор муфт
| Искомая величина | Обозначение величины | Формула, источник | Результат | Обозначение един. измер. |
| 1) Коэффициент, учитывающий степень ответственности механизма | K1 | Таблица А.15 | ||
| 2) Коэффициент, учитывающий режим работы механизма | K2 | Таблица А.15 | ||
| 3) Расчетный момент муфты между: - двигателем и редуктором - редуктором и барабаном | Тмп Тмз | Тмп =Тдв× К1× К2 Тмз =Тб× К1× К2 | Н×м | |
| 4) Типы муфт между: - двигателем и редуктором (МУВП) - редуктором и барабаном (МЗ) | Таблица А.16; рисунок 2.15 Таблица А.17; рисунок 2.16 Примечание– Внутренние диаметры муфт согласовать с диаметрами выходных валов двигателя и редуктора |
Продолжение таблицы 3.5
| 5) Характеристика муфты МУВП: - диаметр внутренний (от редуктора) - диаметр внутренний (от двигателя) - диаметр внешний - диаметр по центрам пальцев - диаметр под тормозной шкив - длина полумуфты со стороны двигателя - длина полумуфты со стороны редуктора - длина отверстия под посадку вала - момент вращающий номинальный - момент тормозной - момент инерции - масса | d d1 D D1 Dт l l1 l2 Тм.д.н Тс.т Iм.д. mм.д. | Таблица А.16 Примечание - d1 принять по выходному валу двигателя (таблица А.9); d – согласовать с входным валом редуктора | мм мм мм мм мм мм мм мм Н×м Н×м кг×м2 кг | |
| 6) Усилия, действующие на вал от муфты МУВП: - окружное по центру пальцев - радиальное | Ft(п) Fr(п) | Ft(п) =2×Tмп./D1 Fr(п) =0,25× Ft(п) | Н Н | |
| 7) Характеристика муфты МЗ: - диаметр внутренний - диаметр внешний - диаметр обоймы - диаметр втулки внешний - длина полумуфты - момент вращающий номинальный - момент инерции - масса | d D D1 D2 l Тмз.н Iмз mмз | Таблица А.17 | мм мм мм мм мм Н×м кг×м2 кг | |
| 8) Параметры зубчатого соединения муфты МЗ: - модуль - число зубьев - ширина | m z b | Таблица А.17 | мм мм | |
| 9) Диаметр делительной окружности зубчатого венца муфты МЗ | d(м.з) | d(м.з)=m×z | мм | |
| 10) Усилия, действующие на вал от муфты МЗ: - окружное - радиальное | Ft(з) Fr(з) | Ft(з) =2×Tмз/ d(мз) Fr(з) =Ft(з)×tga, где a=20° | Н Н |
Таблица 3.6 – Характеристика работы механизма
| Искомая величина | Обозначение величины | Формула, источник | Результат | Обозначение един. измер. |
| Статические сопротивления механизма | ||||
| 1) Момент статического сопротивления на валу двигателя: - при подъеме груза - при опускании груза | Тс.п Тс.оп | Тс.п =0,5×Q×Dб /(uм×h¢м) Тс.оп =0,5×Q×Dб ×h¢м /uм | Н×м Н×м | |
| 2) Момент статического сопротивления на валу тормоза при торможении (тормозной момент): - при подъеме груза - при опускании груза | Тс.т.п Тс.т.оп | Тс.т.п =0,5×Q×Dб ×h¢м /uт Тс.т.оп =0,5×Q×Dб /(uт×h¢м), где uт =nт/nб (nт–частота вращения тормозного вала) | Н×м Н×м | |
| Сопротивления в механизма в периоды неустановившегося движения | ||||
| 3) Момент инерции ротора двигателя и муфты | I | I=Ip+ Iм | кг×м2 | |
| 4) Коэффициент, учитывающий вли- яние масс деталей, вращающихся медленнее, чем вал двигателя | d | d =1,1….1,25 | ||
| 5) Момент инерции эквивалентной системы вращающихся масс, приведенный к валу двигателя | Iпр.вр | Iпр.вр =d×I | кг×м2 | |
| 6) Скорость подъема груза (фактическая) | vг.ф | vг.ф =0,5×Dб×wб./uп | м/с | |
| 7) Момент инерции эквивалентной системы поступательно движущихся масс механизма, приведенный к валу двигателя: - при пуске - при торможении | Iпр.пост.п Iпр.пост.т | Iпр.пост.п=0,1×Q×v2г.ф/(w2дв×h¢м) Iпр.пост.т =0,1×Q×v2г.ф×h¢м /w2дв | кг×м2 кг×м2 | |
| 8) Момент инерции эквивалентной сис- темы движущихся масс, приведенной к валу двигателя: - при пуске - при торможении | Iпр.п Iпр.т | Iпр.п = Iпр.вр+ Iпр.пост.п Iпр.т = Iпр.вр+ Iпр.пост.т | кг×м2 кг×м2 |
Продолжение таблицы 3.6
| 9) Время пуска двигателя (фактическое): - при подъеме груза - при опускании груза | tп.п tп.оп | tп.п= Iпр.п×w дв /(Тср.п- Тс.п) tп.оп= Iпр.п×w дв /(Тср.п+Тс.оп) | с | |
| 10) Время пуска двигателя (допускаемое) - при подъеме груза - при опускании груза | [tп.п] [tп.оп] | Таблица А.18 | c | |
| 11) Условие достаточности: - при подъеме груза - при опускании груза | tп.п@ [tп.п] tп.о@ [tп.оп] | с | ||
| 12) Момент сил инерции (динамический момент) на валу двигателя, возникающий в период пуска: - при подъеме груза - при опускании груза | Тин.п Тин.оп | Тин.п = Iпр.п×wдв/tп.п Тин.оп = Iпр.п×wдв/tп.оп | Н.м | |
| 13) Момент на валу двигателя, необходимый при пуске: - при подъеме груза - при опускании груза | Тпуск.п Тпуск.оп | Тпуск.п = Тс+ Тин.п Тпуск.оп = Тс+ Тин.оп | Н.м | |
| 14) Условие достаточности: - при подъеме груза - при опускании груза | Тпуск.п<Тср.п Тпуск.оп<Тср.п | |||
| 15) Ускорение движения: - при подъеме груза - при опускании груза | ап аоп | ап =vг.ф/ tп.п аоп =vг.ф/ tп.оп | м/с2 | |
| 16) Допускаемое ускорение движения - при подъеме груза - при опускании груза | [ап] [аоп] | Таблица А.19 | м/с2 | |
| 17) Условие достаточности - при подъеме груза - при опускании груза | ап £ [ ап] аоп £ [ аоп] | м/с2 |
\
Таблица 3.7 – Выбор тормоза
| Искомая величина | Обозначение величины | Формула, источник | Результат | Обозначение един. измер. |
| 1) Коэффициент запаса торможения | kт | Таблица А.20 | ||
| 2) Тормозной момент, необходимый по правилам Госгортехнадзора | Тт | Тт ³ Тс.т× kт | Н.м | |
| 3) Тип тормоза | Таблицы А.21, А.22 | |||
| 4) Техническая характеристика тормоза: - диаметр тормозного шкива - ширина тормозной колодки - тормозной момент (номинальный) | D В Тт.с | мм мм Н×м | ||
| 5) Время торможения: - при подъеме груза - при опускании груза | tт.п tт.оп | tт.п = Iпр.т×wдв/(Тт + Тс.т.п) tт.оп = Iпр.т×wдв/(Тт-Тс..т.оп) | с с | |
| 6) Допускаемое время торможения | [t] | Таблица А.18 | ||
| 7) Условие достаточности по времени торможения | tт.п<[t]; tт.оп<[t] | |||
| 8) Момент сил инерции на валу двигателя при торможении: - при подъеме груза - при опускании груза | Tин.т.п Tин.т.оп | Тин.т.п = Iпр.т.п×wдв/t.т.п Тин.т.оп = Iпр.т.п×wдв/tт.оп | Н×м Н×м | |
| 9) Расчетный момент на валу, необходи- мый для затормаживания механизма: - при подъеме груза - при опускании груза | Тр.т.п Тр.т.оп | Тр.т.п =Тин.т+ Тс.т.п Тр.т.оп =Тин.т+ Тс.т.оп | Н×м Н×м | |
| 10) Условие достаточности пусковому моменту | Тр.т.п£ Тт.с; Тр.т.оп£ Тт.с | |||
| 11) Путь торможения: - при подъеме груза - при опускании груза | sп sоп | sп=0,5× tт.п×vг.ф sп=0,5× tт.оп×vг.ф | м | |
| 12) Наибольшая допускаемая длина пути при торможении | [s] | Таблица А.23 | м | |
| 13) Условие торможения механизма по длине пути | sп£ [s]; sоп£ [s] | м | ||
| 14)Замедление при торможении: - при подъеме груза - при опускании груза | ат.п ат.оп | ат.п =vг ф /tт.п ат.оп =vг ф /tт.оп | м/с2 | |
| 15) Наибольшее допускаемое значение замедления механизма подъема груза | [ат] | Таблица А.19 | м/с2 | |
| 16) Условие достаточности при тормо- жении механизма по замедлению | ат.п£ [ат]; ат.оп£ [ат] | м/с2 |