STUDIEREA MECANISMULUI DE RIDICARE A UNUI ELECTROPALAN LA FUNCŢIONAREA ÎN REGIM STAŢIONAR. VERIFICAREA MOTORULUI ELECTRIC.

Transcript

1 STUDIEREA MECANISMULUI DE RIDICARE A UNUI ELECTROPALAN LA FUNCŢIONAREA ÎN REGIM STAŢIONAR. VERIFICAREA MOTORULUI ELECTRIC. SCOPUL LUCRĂRII. - Aaliza părţilor compoete ale mecaismului de ridicare şi ale mecaismului de traslaţie, coform schemei ciematice prezetate - Dimesioarea şi verificarea pricipalelor elemete compoete ale mecaismului de ridicare şi ale mecaismului de traslaţie. - Determiarea puterii ecesare de acţioare a motorului electric la fucţioarea î regim stabilizat, petru cele două mecaisme. - Determiarea solicitărilor diamice ce itervi î perioada de demaraj. - Verificarea motorului ales la demaraj. SCHEMA CINEMATICĂ PĂRŢI COMPONENTE 1. Motorul mecaismului de ridicare 8. Cablu. 13 Frâă 19. Motor electric. Arbore 9. Rolă de cablu. 14. Suport cărucior. 0.Cuplaj. 3,4,5. Treptele de reducere a turaţiei 10. Caseta rolei. 15. Roţi de rulare. 1. Cuplaj elastic 6. Arbore tubular tobă 11. Cârlig. 16. Şiă de rulare 7. Tambur de cablu 1. Tambur de frâă 17,18. Agreaje. 1

2 DATE DE PROIECTARE Sarcia de ridicat Q N Iălţimea de ridicare H m Viteza de ridicare v r m/mi. Viteza de traslaţie v t m/mi Greutatea electropalaului M N 1. MECANISMUL DE RIDICARE 1.1 Dimesioarea cablului 1. Dimesioarea rolei 1.3 Dimesioarea tobei Determiarea diametrului tobei Alegerea profilului caalului petru cablu Forma costructivă a tobei Fixarea capătului de cablu pe tobă 1.4 Alegerea cârligului şi dimesioarea muflei. 1.5 Alegerea motorului electric. 1.6 Raportul de trasmitere al trasmisiei cu roţi diţate 1.7 Verificarea motorului electric la demaraj. 1.8 Alegerea cuplajului elastic 1.9 Alegerea şi verificarea frâei. MECANISMUL DE TRANSLAŢIE.1 Dimesioarea rolelor de rulare şi a caii de rulare. Alegerea motorului electric.3 Stabilirea raportului de trasmitere petru trasmisia mecaica motor- roţi de rulare.4 Alegerea frâei şi verificarea sa.5 Verificarea motorului electric la demaraj. 1. MECANISMUL DE RIDICARE Mecaismul de ridicare este acţioat de u motor electric de curet alterativ cu pridere pe flaşă, care se cuplează pri cuplajul 1 cu arborele pricipal şi atreează trasmisia cu roţi ditate 3,4,5. Perechea de roţi diţate 5 pue î mişcare arborele le tubular 6 al tobei duble 7. Frâarea se realizează cu ajutorul frâei 13 care calcă pe discul de frâă 1 motat pe arborele pricipal. 1.1.Dimesioarea cablului Se adoptă tipul palaului î fucţie de mărimea sarciii de ridicat, rezultă raportul de amplificare al palaului, i p (fig.1). Radametul palaului cu patru ramuri se adoptă η p = 0,94.

3 Diametrul cablui se determiă coform STAS cu relaţia : d = Q 1 [mm] (1) F t ude: Q 1 - coeficiet ce ţie seama de grupa de fucţioare a mecaismului şi felul cablului STAS ; F t - forţa de tracţiue di cablu [dan] F t = 1 η p Qt i p [N] () Fig.1 Pala dublu cu muflă mobilă lugă. Q t = ( 1,05 1,08) Q [N] (3) Se adoptă cablu î costrucţie ormală si se stadardizează diametrul coform STAS Dimesioarea rolelor. Fig. Geometria caalului Fig.3 Role de ghidare petru cablu a) motajul rolei pe ax cu bucşe, b) deviaţia maximă admisă a cablului faţă de plaul media Dimesiuile rolelor de cablu se stabilesc coform STAS şi STAS Diametrul rolelor de cablu se calculează cu relaţia (STAS ): D h h 1 (4) ( ) d 1 î care: h 1 coeficiet ce depide de grupa de fucţioare a mecaismului şi de costrucţia cablului ; h coeficiet ce depide de umărul de îdoituri ale cablului pe traseul trasmisiei cu cablu ; d diametrul omial al cablului. Valorile coeficieţilor h 1, h se adoptă utilizâd tabelele 1,,3. 3

4 Diametrul rolelor se adoptă di tabelul 4, iar ale caalului di tabelul 5 (STAS 308-7). Dimesiuile caracteristice ale rolelor de cablu sut acelea care determiă forma şi mărimea profilului caalului pe care se îfăşoară cablul. Obada rolei (fig.), este prevăzută cu u caal profilat coform STAS 308-7, care asigură o buă coducere cablului, exclude posibilitatea de îţepeire şi uzura rapidă a sa. Dimesiuile cotelor idicate î figura sut recomadate î STAS î fucţie de diametrul cablului. Cercetările au arătat că raza optimă la fudul caalului se găseşte î limitele r = (0,53 0,55) d. Î acest fel se asigură u cotact cu cablul pe o zoă suficiet de mare, efectul fiid reducerea tesiuilor de cotact, precum şi coservarea secţiuii rotude a cablului. Motajul rolelor pe ax se realizează ca î figura 3. Se va stadardiza diametrul rolei coform STAS 308-7, se reprezită rola şi se stabilesc forma şi dimesiuile caalului profilat petru cablu. Tabelul 1. Valorile coeficietului h 1 Grupa de Role de cablu Role de egalizare Tamburi de cablu fucţioare Cablu ormal Cablu atigiratoriu Cablu ormal Cablu atigiratoriu Cablu ormal Cablu atigiratoriu M1 şi M M M M5 0, M6, ,4 M ,4 5 M8 8 31, Notă: Petru lasatoarele de coducte: h 1 =13, iar petru rolele de egalizare h 1 =1. Tabelul. Valorile coeficietului h Numărul de îdoituri ale cablului îtr-u ciclu de fucţioare (w) Role de cablu Tamburi şi role de egalizare w< w 9 1,1 1 w 10 1,5 1 Petru evaluarea umărului w di tabelul 3 se precizează că pri îdoitură se îţelege trecerea cablului di forma rectiliie îtr-o formă curbă şi ivers, pri urmare umărul de îdoituri corespude umărului de schimbări ale razei de curbură a cablului pe traseul său. Tabelul 3. Stabilirea umărului de îdoituri ale cablului Cazul Schiţa Explicaţii Numărul de îdoituri simple echivalete 1 Îfăşurare pe rolă fără schimbarea sesului curburii. 4

5 Îfăşurare pe rolă cu schimbarea sesului curburii 3 3 Îfăşurarea pe rolă care abate cablul di plaul iiţial: α < 10 o α 10 o Role cu ughi de îfăşurare sub 5 o Tamburi de cablu 1 Tabelul 4 Diametrul rolelor D Tabelul 5 Dimesiuile caalului Diametrul a h r r 1 cablului d role di fota role di oţel omial abateri limită ,5 ± 0,06,5 4,5 5,5 1,5 3 ± 0,06 6 7, ± 0, ,5 ± 0, ± 0, ± 0, ,5 11 ± 0, , ,5 0 ± 0, ,5, ± 0,

6 1.3 Dimesioarea tobei Toba mecaismului de ridicare este cilidrica dublu caelată, pe care se îfăşoară două ramuri de cablu cu şaţuri elicoidale de sesuri diferite, strujite pe fiecare jumătate a sa. Cele două ramuri se îfăşoară de la extremităţi spre zoa mediaă a tobei, care are o porţiue iactivă ce rămâe e caelată.(fig.4) Astfel de tamburi sut utilizaţi la mecaismele de ridicare ale macaralelor rulate, deoarece asigură ridicarea muflei mobile pe verticală (fără deplasarea laterală a acesteia). Pri caelare se Fig.4 Tambur cu suprafaţă caelată. asigură îfăşurarea regulată a cablului pe tambur, spiră lâgă spiră fără suprapuerea lor. Profilul caelurii este stadardizat î fucţie de diametrul cablului (STAS ) Determiarea diametrului tobei. Dimesiuile caracteristice ale tobelor (tamburilor) sut diametrul suprafeţei active D si lugimea acesteia t. Diametrul se determiă cu relaţia (4) î care coeficietul h1 ia valori specifice coform STAS , (tabelul 1), iar coeficietul h =1. Lugimea activă a tamburului se calculează determiâd umărul total de spire de cablu care trebuie să se îfăşoare pe tambur s şi cuoscâd pasul spirelor t Alegerea profilului caalului petru cablu. Utilizarea tamburilor caelaţi prezită avatajul uei mai mari durabilităţi a cablului atât pri evitarea frecării laterale a spirelor vecie, coseciţa faptului că pasul este ceva mai mare decât diametrul cablului, cât şi pri reducerea tesiuilor de cotact, coseciţa alegerii raţioale a razei de curbura a caalului. De asemeea, pri caelare se asigură îfăşurarea regulată a cablului pe tambur, spiră lâgă spiră fără suprapuerea lor. Profilul caelurii şi distaţa ditre două caeluri cosecutive sut stadardizate î fucţie de diametrul cablului (STAS ). Forma caalelor seste prezetată î figura 5, iar dimesiuile sut prezetate î tabelul 6. Fig. 5 Caale petru cablu 6

7 Tabelul 6 Dimesiuile caalelor petru cablu r 1 h t r Diam. r 1 h t r Diam. omi. abateri mi. mi. cablu omi abateri mi. mi. cablu d 1 d 1 3, +0,1,3 7 0,5 6 13,5 +0, 9,5 8 0,8 5 3,7 0,7 8 0, ,8 6 4, 3 9,5 0, ,5 30 0,8 7 4,8 3,5 10,5 0,5 9 10,5 31 0,8 8 5,3 +0, 4 11,5 0, , ,5 13 0, ,5 34 1,3 30 6,5 4,5 14 0, , , , ,3 3 7,5 5,5 16 0, ,5 37 1, , ,3 34 8, , ,5 39 1, ,5 19 0, ,3 37 9, , ,5 4 1, ,5 1 0, , ,5 7,5 0, , ,8 1 16,5 48 1, ,5 5 0,8 3 16,5 49 1,6 44 1, , , Forma costructivă a tobei. Forma geometrică a tobei corespude figurii 4. Lugimea zoei cu caeluri va fi: l = t + s l o Di totalul spirelor, o parte sut active iar altele sut de rezervă, iar restul sut spire iactive, adică acelea care i timpul fucţioării u se desfăşoară. Deci s = a + i. Di spirele iactive, o parte folosesc la fixarea capătului cablului la tambur şi sut î fucţie de soluţia de pridere ( i = - 4), iar altele costituie spirele de siguraţă care, rămââd îfăşurate permaet pe tambur, pri frecare trasmit acestuia o parte di efortul care solicită ramura activă a cablului. Î acest fel elemetele de fixare ale cablului la tambur sut mai puţi solicitate. Numărul spirelor de siguraţă se adoptă. Cosiderâd că tamburul acţioează u pala avâd z c ramuri portate şi că ître cele două poziţii mufla mobilă a acestuia se deplasează pe distaţa H, atuci catitatea de cablu care se îfăşoară pe tambur este L c = z c H a, astfel că umărul de spire active va fi: Lc zc H = = π (5) ( D + d ) π ( D + d ) Rezultă ca lugimea activă a tamburului la îfăşurarea cablului îtr-u sigur strat este: zc H (6) l = t + lo ( D d ) [mm] π + l o - lugimea porţiuii itermediare făra caale; t - pasul caalellor [mm]. Grosimea matalei tobei se determiă cu relaţia: 7

8 δ = 0,0D + (6...10)mm (7) Se verifică această mărime adoptată, cosiderâd că solicitarea predomiată este solicitarea de compresiue. Sub acţiuea forţei di cablu, tamburul este solicitat complex: la torsiue, la îcovoiere şi la compresiue. Atâta vreme cât tamburul u este prea lug ( <,5D), tesiuile determiate de solicitările de torsiue şi de îcovoiere sut eglijabile î raport cu cele determiate de solicitarea de compresiue. Petru determiarea acestora di urmă, se admite ipoteza că, sub acţiuea de strâgere a spirelor de cablu care se îfăşoară î stare tesioată, tamburul se comportă ca u tub cu pereţi groşi, iar acţiuea echivaletă a cablului asupra lui este o solicitare sub forma uei presiui uiforme care se exercită pe suprafaţa sa exterioară. Pri aplicarea relaţiilor de calcul furizate de teoria elasticităţii şi făcâd simplificările corespuzătoare, se poate scrie: Ft D σ c = σ ac ( D δ ) δ t (8) ude: F t - forţa di cablu î ramura ce se îfăşoară pe tobă; D - diametrul tobei; δ - grosimea matalei; t - pasul caalelor σ ac = 10 8 N/m (fotă); σ ac =(16-18).10 7 N/m (oţel); I cazul tobelor lugi, este ecesar să se efectueze şi o verificare la îcovoiere, cosiderâd toba ca o bară simplu rezemată, solicitată de tesiuile di cablu Fixarea capătului de cablu pe tobă. Sistemul de pridere cu eclisă (fig. 6) este utilizat la îfăşurarea cablului îtr-u sigur strat. Elemetul pricipal eclisa este stadardizat (STAS ), mărimea eclisei alegâdu-se î fucţie de diametrul cablului. Petru evitarea slăbirii strâgerii se recomadă ca atât piuliţa cât şi prezoul să fie asigurate împotriva deşurubării. Se recomadă de asemeea ca ramura de cablu să fie fixată la tambur cu două eclise decalate circumfereţial la 60 o sau 90 o. Se vor alege di STAS dimesiuile eclisei Fig. 6 Fixarea cablului pe tambur. şi prezoului. Se vor stadardiza prezoul şi piuliţa. Forma eclisei este prezetată î figura 7, iar dimesiuile corespuzătoare î tabelul 7. t Fig. 7 Eclisă petru fixarea cablului 8

9 Fig. 8 Cârlige simple Fig.9 Cârlige duble Tabelul 7 Dimesiuile ecliselor Diametrul cablului a b c d e h t i r Filetul şurubului 6, 7, , M 8 9, 19, ,5 1 5,5 M 10 1, 13, M 10 15, 16, ,5 M1 18,19, M16 1,, ,5 M0 4,5, M0 7,8, ,5 M4 30,31, M4 33,34, ,5 M4 36,37, M30 39,40, ,5 M30 4,43, M30 45,46, ,5 M30 48,49, M30 5,54, M30 58, M Alegerea cârligului şi dimesioarea muflei. Se va alege cârligul coform prescripţiilor di STAS , se va stabili mărimea cârligului, î fucţie de mărimea sarciii şi se vor ota dimesiuile tijei cârligului. Tipul de mufă corespude celui di figura 10a. Muflele scurtate prezită avatajul uor dimesiui de gabarit reduse, la acest tip de mufle folosidu-se cârligele cu tijă lugă, deoarece rolele se motează pe capetele traversei cârligului. Petru motajul cârligului î traversă se utilizează u rulmet axial cu bile (fig.11). Alegerea rulmetului se va face î fucţie de capacitatea statică a rulmetului şi diametrul tijei cârligului. 9

10 Capacitatea statică se calculează cu relaţia : C = ( 1,1 1, )Q [N] (9) 0 Diametrul piuliţei de fixare a rulmetului: Dimesiuile traversei vor fi: Lugimea itermediară: D p = 1, 5D [mm] (10) L = 1, 5 D [mm] (11) i p Diametrul fusurilor: Lăţimea traversei: Drola d a = [mm] (1) 5 6,5 b = 1, D [mm] (13) t p Iălţimea traversei: h d + ( 5 6) [mm] (14) t a a) b) Fig.10 Variate costructive de mufe. Fig.11 Dimesiui costructive Petru variata muflă lugă se vor utiliza recomadările di figura 1 şi tabelul 8. Petru motajul rolelor şi al cârligului î traversă se vor utiliza figura 13. Petru plăcile de fixare a axelor se vor utiliza recomadările di figura 14 şi tabelul 9. Sarciă omi. tf Tabel 8 Dimesiui recomadate petru mufla lugă b 1 b D D e d T d A d u d F e h t l t r M , M M , M M M ,5 10

11 Fig. 13 Mufla cu cârlig. Detalii. Dimesiui aproximative. 11

12 Fig.14 Placă fixare axe. Tabel 9 Dimesiuile plăcilor de fixare Diam. B l b d 1 h c H L t m s 1 s Surub axului 0 4 1, M10x ,5 31, , , ,5 44, ,5 47, ,5 61, ,5 64, Alegerea motorului electric M1x M16x M0x 60 ude: Puterea ecesară acţioării se determiă cu relaţia: Qtot vr P ec = [kw] (15) 1000 η Q tot - sarcia de ridicat iclusiv dispozitivul de pridere a sarciii [N]; vr - viteza de ridicare a sarciii [m/s]; 1

13 η - radametul trasmisiei motor-tobă. Se alege motorul electric cu codiţia P P ec. Tipul de motor este prezetat î figura 15, iar di tabelul 10 se scot caracteristicile de catalog ale motorului: P [kw], [rot/mi], M max [Nm], GD [Nm ]. Motorul prezetat este di seria AIM destiată acţioării istalaţiilor de ridicat. Fig.15 Motor electric de curet alterativ cu fixare pe flaşă. Tabelul 10 Caracteristici tehice ale motoarelor seria AIM Tip motor Caracteristici omiale P kw rot/mi M max Nm GD Nm Tip motor Caracteristici omiale P kw rot/mi M max Nm GD Nm 8 poli rot/mi. AIM 13S-8, AIM 5Ma AIM13Ma-8 3, ,15 AIM 5Mb AIM13Mb ,36 AIM 50Ma AIM 160M-8 5, AIM 50Mb AIM 160L-8 7, AIM 80S AIM 180L AIM 80M AIM 00L poli rot/mi AIM 100La- 6 1, ,56 AIM 180L ,0 AIM 100Lb- 6 1, ,66 AIM 00L ,0 AIM11Ma ,0 AIM 5Ma ,0 AIM 11Mb-6, , AIM 5Mb ,5 AIM 13S - 6 3, ,0 AIM 50Ma ,0 AIM 13Ma ,15 AIM 50Mb ,0 AIM 13Mb ,36 AIM 80S ,0 AIM 160 M -6 7, ,0 AIM80M ,0 AIM 160L ,0 10 poli rot/mi. AIM50Ma ,0 AIM 80S AIM50Mb ,0 AIM 80M

14 Tabelul 11 Dimesiui de gabarit Gabarit Fixare pe flaşa Capăt de arbore M N P S T D E F GA d AD L LA 100L M M M S M M M M M L M L ,5 M L M Raportul de trasmitere al trasmisiei cu roţi diţate. Raportul de trasmitere al trasmisiei cu roţi diţate se calculează pe baza relaţiei: i tot = (16) ude: - turatia omială a motorului [rot/mi]; - turaţia tobei [rot/mi]. ude: Turaţia tobei se calculeaza cu relaţia: 60 v t = [rot/mi] π D v- viteza de ridicare [m/s]; D- diametrul tobei [m]. Acest raport se repartizează pe cele trei trepte de roţi diţate. t t (17) 1.7 Verificarea motorului electric la demaraj ude: Mometul total la porire se determiă cu relaţia: M st - mometul static la arborele motor; - mometul diamic la porire. M dp M = M + M [Nm] (18) tp st dp Pec M st = 9550 [Nm] (19) M dp ( GD ) 1 = e [Nm] (0) 375 t p ( GD ) e ( GD ) er + ( GD ) et ( GD ) (,1 1,5) GD + GD ( GD ) = (1) er 1 motor cuplaj vr = et Qt [Nm ] () η [Nm ] (3) ude: ( GD ) er - momet de giraţie echivalet maselor cu mişcare de rotaţie a căror mişcare a fost redusă la mişcarea arborelui motorului electric; 14

15 ( GD ) et - momet de giraţie echivalet maselor cu mişcare de traslaţie a căror mişcare a fost redusă la mişcarea arborelui motorului electric; ude: t - timpul de demaraj, t = 5sec. p Se verifică că p Pdem M tp < M max sau dacă ( 1,7...) P M tp ω P dem = [kw] (4) ; 1000 η ω = π [rad/sec]; 30 - turaţia omiala a motorului electric ales [rot/mi] 1.8 Alegerea cuplajului elastic Se va alege cuplaj elastic cu bolţuri coform STAS , cu codiţia ca mometul trasmis de cuplaj să fie mai mare decât mometul calculat cu relaţia: Pec M c = ( 1,65 1,85) 9550 [Nm] (5) Pe baza acestei codiţii se determiă mărimea cuplajului şi se aleg pricipalele dimesiui de gabarit (fig.16, tabel 1). 1.9 Alegerea şi verificarea frâei. Frâa se va alege î fucţie de mărimea mometului de frâare calculat cu relaţia: M T FN ( M M ) M = k + [Nm] (6) S T ( D + d ) M S 10 3 η = S [Nm] i ( D + d ) 4 S η v = 0,51 10 i t 1 f [Nm] (7) (8) ude: M FN - mometul de frâare ecesar [Nm], M S M T - mometul de frâare static [Nm]; - mometul de decelerare a maselor cu miscare de traslaţie [Nm]; k - coeficiet de siguraţa la frâare. Se adoptă î fucţie de regimul de fucţioare al mecaismului, coform STAS Petru mecaismele de ridicare se adoptă k= S - suma forţelor de tracţiue di ramurile cablului la îfăsurarea acestora pe toba mecaismului de ridicare [N]; D diametrul tobei [m]; d diametrul cablului [mm]; η - radametul mecaismului de acţioare ître şaiba de frâă şi tobă; i - raportul de trasmitere ître şaiba (discul) de frâa şi tobă; v1 - viteza periferică a şaibei de frâă la îceputul frâării [m/s]; Se calculează î fucţie de 15

16 turaţia arborelui pe care se moteaza discul de frâă si de diametrul discului care se adoptă di tabelul 6. t f - timpul defrâare, t f = 0,5-1,5 secude. Frâa cu saboţi este prezetată î figura 17 iar caracteristici tehice si dimesiui sut prezetate î tabelele 13 şi 14. Mărime M N D 1 DO D Fig.16 Cuplaj elastic cu bolţuri Tabelul 1 Cuplaj elastic cu bolţuri. Caracteristici tehice şi dimesiui de gabarit Material Semi- Semi- cuplă cuplă L 1 L L3 OT60-3 P C P;C Nm D L4 D4 D D1 D s ,18, ,,4 5, ,35,38, ,5 M ,45,48, , ,5 M

17 6 50,63,65, ,75,80, ,95, , ,3 M , ,5 M , , ,5 M , ,7 M ,7 M , M , M , M

18 Fig.16 Frâă cu saboţi Tabelul 11 Mărimea frâei si dimesiui de gabarit Mărimea D b a h d 1 e c d frâei Tabelul 1 Momete de frâare Mărimea ( p v1 µ ) a frâei N m mm s 1[rot/mi.] M [Nm] 00 0, , , , , , FC 18

19 Verificarea la îcălzire a frâei Se calculează produsul ( µ p v1 ) şi se compară cu ( p v1 µ ) a. M FC p = [N/mm ] µ D A πd1 v1 = [m/s] 60 πdb A s = β [mm ] 360 s (9) (30) (31) ude: - mometul de frâare calculat [Nm]; D - diametrul discului de frâa [m]; µ -coeficiet de frecare ( µ = 0, 36 ); A s - aria de cotact sabot- disc;[mm ]; b - latimea sabotului[mm]; 0 β - ughiul de cupridere al sabotului ( β = 70 ); (se trasformă î rad.) 1 - turatia arboreluidiscului de frâă ( 1 = ) [rot/mi] M FC 19