Расчет основных параметров и выбор типового оборудования

3.1. Определение коэффициента полезного действия полиспаста:

_n = *

где _{– КПД блока на подшипниках качения = 0,98}

а_n - кратность полиспаста (определяется по схеме компоновки лебедки). а_n = 3

t – число отклоняющих блоков (определяется по схеме компоновки лебедки). t= 1

_{n =} * = 0,245* = 0,711

3.2. Определение максимального усилия в набегающей на барабан ветви каната:

3.4.3 Определение рабочей длинны барабана:

L₆ = , м

m – число слоев навивки каната на барабан, m = 1…5;

– коэффициент не плотности навивки;

для гладких барабанов = 0,9 ….0,95

для нарезных барабанов = 1

L₆ = = 0,844 м

При многослойной навивки барабаны изготавливают гладкими, при однослойной навивки – неразрывными.

Число слоев навивки назначается так, чтобы соблюдалось условие:

= (0,5…3)

= 2,1

3.4.4. Определение расчетного диаметра барабана:

D_расч = D₁+d_k*(m-1),м

D_расч = 0,4212+0,018*(2-1) = 0,44 м

3.4.5 Определение частоты вращения барабана

n₆ = , об/мин

n₆ = = 54,28 об/мин

3.5. Выбор электродвигателя для привода механизма подъема

3.5.1 Определение статической мощности двигателя:

P_ст = , кВт

Q_r – вес поднимаемого груза, кН;

q – вес крюковой подвески, кН;

V_r – скорость подъема груза, м/мин;

_п – коэффициент полезного действия полиспаста (см. п.3.1.)

_м - коэффициент полезного действия передачи мощности (табл.5)

_б - коэффициент полезного действия барабана; _б = 0,96…0,98

P_ст = = 30,85 кВт

Таблица 5

Коэффициенты полезного действия механических передач крановых механизмов при номинальной нагрузке

Тип передачи	КПД при опорах на подшипниках качения
Зубчатые цилиндрические- в закрытом корпусе при наличии i ступеней	(0,97….0,98)
Червячные передачи при числе заходов червяка Z Z=1 Z=2 Z=3	0,7…0,75 0,75…0,82 0,82…0,92

Параметры электродвигателя подбираются в соответствии с расчетной статистической мощностью и группой режима работы механизма (табл. 6).

Номинальная мощность выбранного двигателя Р_ном находится в зависимости от рассчитанной по формуле (10) статической мощности Р_ст

P_ном Р_ст

30 22

Пример условного обозначения двигателя серии 4MTKF с короткозамкнутым ротором класса

нагревостойкости изоляции F третьего габарита первой серии, первой длины, шестиполостного.

Двигатель 4МТКF 311-6 ГОСТ

Таблица 6

Основные параметры крановых электродвигателей серии 4МТKF

3.6 Выбор передачи мощности

В электрореверсивных лебедках в качестве механической передачи мощности используется редуктор. Наиболее часто применяют двухступенчатые цилиндрические редукторы типа Ц2, Ц2У, Ц2УН и трехступенчатые редукторы типа ЦЗУ и ЦЗУН

3.6.1 Определение общего передаточного числа редуктора:

U_р =

U_р = = 17,22

3.6.2 Выбор типоразмера редуктора.

При выборе типоразмера редуктора необходимо соблюдать следующие условия:

а) схема сборки редуктора определяется по рис.5, должна соответствовать заданной схеме компоновки лебедки;

б) расчетное передаточное число редуктора U_р должно приблизительно соответствовать табличному

значению передаточного числа U_р.т.т (табл. 7 и 8).

U_р U_р.таб;

17,22 19,8

в) мощность на быстроходном валу редуктор Р_ном, т.е.

Р_ред.Б Р_ном;

24,1 22

г) допускаемая частота вращения быстроходного вала редуктора П_б (табл.7) должна быть не меньше

частоты вращения вала электродвигателя П_дв;

д) расчетный крутящий момент на тихоходном валу редуктора Т_Т не должен превышать табличного значения допускаемого момента Т_Т,max. Допускаемые крутящие моменты на тихоходных валах промышленных редукторов типа Ц2У и Ц2Н приведенных в табл.8.

Таблица 7

Допускается мощность на быстроходном валу редукторов Р _ред.Б типа Ц2

при фиксированных частотах вращения быстроходного вала

и при разных группах режима работы механизмов

Таблица 8

Основные характеристики редукторов типа Ц2У

Обозначение редуктора: Ц2У-250-12,5-22-КУ2

По данным табл. 7 или табл. 8 и схемы сборки редукторов (рис.5) выбирают выбирают

редуктор с требуемыми параметрами:

типоразмер редуктора;

передаточное число U _р.таб;

допускается мощность на быстроходном валу Р _ред.б;

допускается крутящий момент на тихоходном валу редуктора Т _Т.max;

схема сборки редуктора.

Т_ном = 9750 , Н м,

Р _ном – номинальная мощность на валу двигателя, кВт;

П_дв – частота вращения вала, об/мин.

Т_ном = 9750 = 312,83, Н м,

Определение расчетного крутящего момента для муфты на быстроходном валу редуктора

Т_Б.М. = Т_ном * К₁*К₂, Н м,

Т_Б.М. = 312,83*1,3*1,3 = 528,68 Н м,

где К₁ – коэффициент, учитывающий степень ответственности механизма (табл.9)

К₂ - коэффициент, учитывающий группу режима работы механизма (табл.10)

Коэффициент К₁ и К₂ для расчета соединительных муфт

В электрореверсивных лебедках соединение вала электродвигателя с валом редуктора обычно осуществляется при помощи упругой муфты, одна из полумуфт при этом выполняет роль тормозного шкива. Чаще всего применяют муфты типа МУВП (муфта упругая втулочно пальцевая).

Муфту выбивают по расчетному крутящему моменту Т_Б.М.. При этом должно соблюдаться условие

Т_М.таб Т_Б.М, Н м,

Где Т_М.таб – максимальный крутящий момент, передаваемый стандартной муфтой, н.м.

Значение Т_М.Таб определяют по табл. 10.

800 528,68

Таблица 10

Основные параметры втулочно-пальцевых муфт с тормозными шкивами

По табл. 10 выбирают муфту с параметрами:

типоразмеры муфты МУВП –

момент, передаваемый муфтой Т_М.Таб Н*м;

диаметр тормозного шкива D_Т.М., м.

Обозначение упругой втулочной-пальцевой муфты: 800-300 ГОСТ 21424-75

Подбор колодочного тормоза

Определение момента сил сопротивления на валу двигателя при установившемся движении:

Т_С = * _п* _б* _м, Н м,

где S_max – усилие в канате, набегающем на барабан, Нм;

D_расч – расчетный диаметр барабана, м;

U_р.таб – табличное значение передаточного числа выбранного редуктора;

_п, _б, _м – коэффициенты полезного действия элементов механизма

подъема груза (п.3.1. и 3.5.1.)

Т_С = * = 0,27 Н м

Определение требуемого тормозного момента тормоза Т_Т

При установке тормоза на быстроходном валу редуктора должно соблюдаться условие

Т_Т = Т_С*К_Т, Н м

Тт = 0,27*2,0 = 0,54 Н м

где К_Т – коэффициент запаса торможения, принимаемый для группы

режима работы ЗМ равным 1,5;1,75 – для группы режима 4М и

2,0 – для группы режима 5М

В электрореверсивных лебедках устанавливают нормально замкнутые колодочные тормоза, замыкаемые пружиной и размыкаемые электромагнитом или гидротолкателем. Тормоз устанавливают на тормозном шкиве муфты, соединяющий вал электродвигателя и быстроходный вал

электродвигателя и быстроходный вал редуктора, так как именно в этом месте действует наименьший момент.

Тормоз выбирают по данным в табл. 11 и 12. При выборе типа тормоза необходимо соблюдать следующие условия:

а) диаметр тормозного шкива тормоза должен быть равным диаметру тормозного шкива муфты D_Т.Т = D_Т.М ;

б) табличное значение момента тормоза Т_Т.Таб должно быть равным или больше расчетного тормозного момента Тт, т,е.

Т_Т.таб Тт

0,8 0,54

Для выбранного тормоза должны быть известны параметры:

типоразмер тормоза (ТКТ или ТКГ);

тормозные моменты Т_Т.таб; Н м

диаметр тормозного шкива D т.т., мм.

Таблица 11

Основные параметры колодочных тормозов ТКТ с пружинным замыканием

и короткоходовыми электромагнитами переднего тока

Типоразмер тормоза	Диаметр тормозного шкива DТ.Т., мм	Наибольший тормозной момент МТ.таб	Отход колодок от шкива , мм	Ход штока Тормоза, h мм
ПВ=25%	ПВ=40%
ТКТ-300/200				0,5	2,5

Таблица 12

Основные параметры колодочного тормоза ТКГ с электрогидравлическим толкателем переднего тока

Типоразмер тормоза	Наибольший тормозной момент, ТТ.таб	Диаметр тормозного шкива DТ.Т.,мм	Отход колодок от шкива ,мм	Ход штока h,мм
ТКТ-300			1,5

4. Определение фактической скорости подъема груза:

V_г.факт = , м/мин

V_г.факт = = 24,74, м/мин

П_дв – частота вращения вала двигателя, об/мин.;

D_расч – расчетный диаметр барабана, м;

U_р.таб – передаточное число редуктора;

а_п – кратность полиспаста

4.1 Определение расхождения заданной скорости подъема груза с фактической:

V_r = * 100%

V_r = * 100% = 1,04 %

Расчет технико-экономической модели

Исходные данные. Определить режим работы, производительность и стоимость разработки 1 м³ грунта при работе бульдозера общего назначения Cat D7R. Стоимость машино-смены руб/м-см при работе по челночной схеме. Разрабатываемый грунт-песок со следующими физико-механическими свойствами:

т/м³;

;

K = 0,08 МПа;

;

;

f = 0,15;

;

.

Дальность транспортировки грунта = 75 м; уклон пути гружёного хода

i = 0,1; = 0,45.

Решение

1. Определяем силу тяги по сцеплению бульдозера:

где сцепная масса бульдозера, равная для гусеничных машин массе трактора, с установленным на нём рабочим бульдозерным оборудованием, кН;

– коэффициент сцепления гусениц с грунтом для данных условий.

и проверяем условие его движения без буксования на первой передаче:

Условие выполняется. Далее расчёты ведём с учётом полной загрузки двигателя бульдозера по мощности.

Набор грунта

2. Сопротивление перемещению бульдозера при наборе грунта на горизонтальном участке пути, i = 0:

где G – масса бульдозера, т;

g = 9,81 м/с² – ускорение силы тяжести;

f – коэффициент сопротивления качению (или удельное сопротивление движению гусеничной машины);

i – уклон (знак «–») / подъём (знак «+») пути.

Набор грунта обычно производится на горизонтальном участке, в этом случае i = 0.

3. Толщина стружки грунта, срезаемая в начале набора. Другие сопротивления в этот период отсутствуют:

где сила тяги бульдозера на первой (максимальной по передаточному отношению) передаче;

L - длина отвала, м

Здесь в числителе разность – это та часть тяги бульдозера, которая используется для преодоления сопротивления грунта резанию в начальный период набора.

Значение не должно превышать максимальной величины заглубления отвала для конкретной модели бульдозера (табл. П2).

4. Объём призмы волочения:

где L - длина отвала, м

Н - высота отвала, м

ε - угол естественного откоса грунта в движении, град

5. Сопротивление призмы волочения при i = 0,1:

где V – объём призмы волочения, м³;

объёмная масса плотного грунта, т/м³;

коэффициент трения грунта о грунт.

6. Сопротивление движению грунта вверх по отвалу:

где α – угол резания ножом отвала, град;

коэффициент трения грунта о сталь.

7. Толщина стружки грунта, срезаемой в конце операции набора:

8. Средняя толщина стружки:

9. Длина пути при наборе грунта:

где коэффициент потерь грунта при наборе; для связных грунтов ; для сыпучих грунтов 1,3…1,5.

10. Время набора грунта:

где скорость перемещения бульдозера при наборе грунта (рабочая скорость); 2…4 км/час. Для машин с механической или гидромеханической трансмиссией это скорость на первой передаче, т.е. .

коэффициент замедления при трогании бульдозера с места.

11. Сопротивление грунта резанию при среднем значении толщины срезаемой стружки h_ср:

12. Сопротивление грунта копанию при h_ср:

W_K = W_p + W ₂ + W ₃ = 7,93 + 38,02 + 7,82 = 53,77 кН

В процессе набора грунта сопротивления на рабочем органе бульдозера (отвале) меняются: с увеличением объёма призмы волочения возрастают сопротивление перемещению призмы волочения отвалом бульдозера W ₂, и сопротивление движению грунта вверх по отвалу W ₃.

Так как имеется ограничение по максимальному тяговому усилию для данной модели трактора ( по двигателю = 100 кН), то для преодоления суммарного сопротивления набора грунта = W ₁ + W_p + W ₂ + W ₃ приходится уменьшать толщину срезаемой стружки. Если в начале набора грунта максимальная толщина срезаемой стружки составляет 0,06 м (это меньше максимального заглубления отвала для данной модели бульдозера, равного 0,527 м), то в конце набора она составляет только 0,017 м.

Для сравнения можно выбрать (для данных условий) другой, более мощный, бульдозер, например Cat D8R класса тяги 22,28 тс (222,8 кН) и сопоставить результаты расчёта.

Гружёный ход

13. Определяем коэффициент потерь грунта при его транспортировке:

где коэффициент вида и состояния грунта (табл. П1.2);

длина пути гружёного хода бульдозера, м.

14. Объём призмы волочения грунта в конце пути транспортировки:

15. Средний объём и средний вес призмы волочения:

;

16. Сопротивление гружёного хода бульдозера с учётом уклона пути:

Гружёный ход будем осуществлять на второй передаче трактора:

,

т.е. условие движения по двигателю выполняется.

Скорость движения на второй передаче .

17. Время гружёного хода:

где длина пути гружёного хода, м (табл. П1.1).

Разгрузка

18. Определяем путь и время разгрузки призмы грунта слоем при скорости не более 5 км/ч для обеспечения его ровности. Разгрузку осуществляем на третьей передаче трактора при скорости

;

Холостой ход

19. Путь холостого хода:

20. Время холостого хода при движении бульдозера задним ходом и под уклон (схема челночная):

21. Полное время рабочего цикла бульдозера. Время переключения передач , количество переключений передач по схеме – 3, время опускания отвала t_о = 1 с

где n – число переключений передач (для машин с механической трансмиссией);

t_n – время одного переключения (примерно 5 сек.);

t_o – время опускания/подъёма отвала (примерно 1…2 сек.);

Рис. П1. Челночная схема работы бульдозера

Производительность

22. Сменная эксплуатационная производительность бульдозера:

где объём призмы волочения грунта в конце операции гружёного хода с учётом его потерь при транспортировке, м³;

время полного цикла, сек.

коэффициент разрыхления грунта (табл. 2.2);

коэффициент, учитывающий влияние уклона местности на производительность бульдозера (табл.2.2);

коэффициент использования машины во времени в течение смены;

8,2 – число часов в смене.

Производительность бульдозера зависит от многих факторов, которые в данной работе не рассматриваются. В значительной степени производительность зависит от способа производства работ: при работе под уклон уменьшается сопротивление перемещению грунта и сопротивление движению бульдозера, увеличивается объём грунта, перемещаемого отвалом; при работе на подъём происходит обратное явление и производительность бульдозера снижается. При 10%-ном подъёме его производительность уменьшается примерно на 40÷50% по сравнению с производительностью на горизонтальной площадке. Такое уменьшение производительности учитывается в формуле производительности (2.1) с помощью коэффициента (табл. 2.2).

Стоимость разработки грунта

23. Определяем стоимость разработки одного м³ грунта:

где стоимость машино-смены, руб/м-см (табл.2.1).

Заключение

Тяговый расчёт бульдозера может служить основой для построения технико-экономической модели бульдозерного агрегата. Такие модели используются при решении задач оптимального агрегатирования базовых машин (гусеничных и пневмоколёсных тягачей) с рабочим бульдозерным оборудованием.

Поиск по сайту: