1.2.4. Канатні барабани

Барабани служать для перетворення обертового руху двигуна в поступальний рух вантажу. Поверхня барабана являється ємністю для укладки каната. За способом виготовлення барабани бувають: литі – з чавуну СЧ15 або сталі 25Л; зварні – з тонколистової сталі або з товстостінних труб. За конструкцією барабани застосовують з гладенькою (рис. 1.9, а) та нарізною (рис. 1.9, б, в) поверхнями.

У більшості підйомних машин використовують барабани з гвинтовими канавками для намотування каната в один ряд. Призначення канавок – зменшити напруження зминання, усунути тертя між сусідніми витками, а отже, зменшити спрацювання і підвищити довговічність каната.

Багаторядна навивка каната дає змогу зменшити довжину барабана, але при цьому збільшується спрацювання каната і швидкість навивання стає змінною.

В окрему групу входять нарізні фрикційні барабани, які застосовуються в механізмах пересування.

Нарізні барабани бувають: з односторонньою нарізкою (рис. 1.9, б), застосовують в простих поліспастах та з здвоєною нарізкою (зустрічною) (рис. 1.9, в), застосовують в здвоєних поліспастах.

Профілі канавок на нарізному барабані показано на рис. 1.10.

Канатні барабани а) б) в) а – з гладенькою поверхнею; б – з односторонньою нарізкою; в – з здвоєною нарізкою Рис. 1.9

Діаметр барабана по середній лінії навитого каната визначається згідно норм Держнаглядохоронпраці

,

(1.18)

де – коефіцієнт вибору діаметра барабана, приймається згідно норм Держнаглядохоронпраці і залежить від групи класифікації механізму (режиму роботи).

Діаметр барабана по дну канавки:

.

(1.19)

Якщо в барабан для талей вмонтовується електродвигун, тоді діаметр барабана погоджується з зовнішнім діаметром статора двигуна.

Нарізний барабан Рис. 1.10

Розміри профілю канавок барабана – радіус канавки , глибина канавки та крок нарізки визначаються:

; ; .

(1.20)

Товщина стінки барабана:

• чавунного , але не менше 12 мм;

• сталевого , але не менше 10 мм для литого.

Визначимо число робочих витків нарізної частини барабана:

.

(1.21)

Загальне число витків згідно норм Держнаглядохоронпраці

,

(1.22)

де – число запасних витків;

– число витків для кріплення каната.

Визначимо повну довжину барабана:

– при простому поліспасті (рис. 1.9, б)

;

(1.23)

– при здвоєному поліспасті (рис. 1.9, в)

,

(1.24)

де – довжина гладкої частини барабана між нарізками, приймається конструктивно.

При розрахунках на міцність барабани умовно ділять на: короткі, якщо і довгі, якщо .

Стінки коротких барабанів розраховують на стиск:

,

(1.25)

де – допустиме напруження стиску, для чавунних барабанів менше значення, а для сталевих – більше.

Довгі барабани розраховують на сумарне напруження згину та кручення:

,

(1.26)

де – еквівалентний момент;

– осьовий момент опору стінки барабана, ;

– допустиме напруження згину: для чавунних барабанів , для сталевих барабанів .

Еквівалентний момент

,

де – момент згину;

– момент кручення;

– перевідний коефіцієнт.

; .

Частота обертання барабана, об/хв.:

.

(1.27)

Фрикційні барабани (рис. 1.11) застосовують для пересування візків, а в поворотних кранах – для зміни вильоту стріли. Кінці каната закріплюють до візка з різних сторін. Канат має декілька витків на барабані. У фрикційних барабанах канат не намотують, а кілька постійних витків на барабані, перекочуючись, створюють тягове зусилля від сил тертя, які залежать від кута обхвату барабана канатом. Необхідне число витків визначається з умов утворення потрібної сили тяги. Натяг веденої вітки каната здійснюється за рахунок її провисання або додаткового підпряження напрямного блоку.

Колова сила на барабані:

,

(1.28)

де і – сили натягу в канаті відповідно в набігаючій і збігаючій вітці.

Зв’язок набігаючого та збігаючого зусилля в канаті визначають за формулою Ейлера:

,

(1.29)

де – основа натуральних логарифмів;

– коефіцієнт тертя між барабаном і канатом;

– кут обхвата канатом барабана, ;

– число витків каната на барабані.

Фрикційний барабан Рис. 1.11

Необхідне число витків на барабані для створення потрібного зусилля можна визначити із (1.38):

.

(1.30)

Розрахунки показують, що мінімальне число витків на барабані .

Визначимо число необхідних нарізок під канат на барабані

,

(1.31)

де – переміщення візка.

Загальна довжина барабана

.

(1.32)

Потрібна потужність двигуна

,

(1.33)

де – загальний к.к.д.,

– рушійна сила, необхідна для переміщення візка (визначається в курсі ТММ).

,

де – коефіцієнт, що враховує додатковий опір в ребордах коліс і ін.