Формула кпд полиспаста: Блоки полиспаста. Расчет полиспаста. КПД блока.

Расчет полиспаста, расчет КПД

Пришло время продолжить цикл статей об оснастке крана. В предыдущей статье про полиспасты были подробно рассмотрены схемы и способы их применения. Но математическая основа полиспаста была затронута крайне мало. Судя по реакции наших читателей — это упущение. Поэтому давайте подробно рассмотрим расчет полиспаста в этой статье.

 

 

 

 

 

Начнем по порядку.

Рассмотрим отдельно взятый блок полиспаста и нагрузки возникающие в нем.

Расчет блока полиспаста

Рисунок 1

• Sн — сила, с которой груз воздействует на блок полиспаста;
• Sс — сила, с которой мотор крана воздействует на блок полиспаста;
• а (альфа) — потенциальный угол отклонения от оси;
• d — диаметр втулки блока полиспаста;
• D — диаметр ручья блока полиспаста.

На основе данной схемы полиспаста составим уравнение моментов сил.

• Sн*R -момент силы воздействия груза;
• q*Sн*R — момент силы необходимой на сгибание и разгибание троса;
• N — нагрузка на ось блока полиспаста;
• f — коэффициент трения втулки полиспаста о блок.

Коэффициент q определяется экспериментально и означает жесткость данного троса при огибании данного ролика полиспаста. Силы, возникающие при набегании и сбегании троса, обусловлены структурой самого троса, а точнее силами трения ниток внутри троса.

Как вы сами понимаете по сравнению с силами трения втулки блока полиспаста необходимое усилие на сгибание и разгибание троса крайне мало. Поэтому рекомендую пока об этом коэффициенте сильно не задумываться.

Теперь найдем нагрузку на ось блока полиспаста. Разницей в нагрузках на набегающей и сбегающей ветках мы пренебрегаем.

Собрав все это воедино, получаем:

Формулу расчета КПД блока полиспаста

Как всегда, КПД показывает отношение выполненной работы к затраченной. Для дальнейших расчетов давайте немного обратимся к практике.

• Первое.

  При прочтении у вас, скорее всего, сразу возник вопрос о каких углах отклонения вообще идет речь? Действительно, современные полиспасты их просто не имеют. В этих углах нет никакого практического смысла. Можно смело заменить синус из формулы на единицу.

• Второе.

  Как уже упоминалось ранее, значение q крайне мало относительно f. В реальных условиях его опускают. Также очень малое значение имеют диаметр ручья полиспаста.

Ну, собственно, у нас остается только сила трения блока полиспаста о его втулку. Таким образом, основное значение при выборе полиспаста имеет качество материалов, из которых он изготовлен, а вернее материалы втулки.

При расчетах используются следующие величины КПД блока полиспаста:

• 100% — недостижимый идеал;
• 97% — среднее значение при использовании бронзовых втулок в подшипниках качения;
• 95% — средние значение при использовании подшипников скольжения;
• 93% и меньше — сильно запыленные места, сильно повышенная температура или агрессивные среды использования.

Не забываем, что мы до сих пор рассматриваем один единственный ролик, а он у нас не один и не два.

Расчет системы силового полиспаста

Рисунок 2

Как видно из рисунка, весь вес груза распределиться равномерно по всем веткам полиспаста и ветке троса идущего на барабан. Но это только в статике, т.е. при отсутствии движения. В динамике картина совсем другая.

При подъеме груза усилие мотора крана, проходя через каждый блок полиспаста, будет уменьшаться из-за потерь на преодоление сил трения внутри блока.  Величина потерь на каждом блоке и есть наш КПД найденный парой абзацев выше. Давайте выразим все нагрузки внутри полиспаста через нагрузку Sо.

Сложив все эти усилия и применив формулы преобразования геометрической прогрессии, мы получим вес груза в зависимости только от Sо. Теперь зная вес груза легко найти нагрузку Sо, а следовательно и параметры(качество) троса необходимого для подъема данного груза с использованием данного полиспаста.

Но это еще не все. Между полиспастом и барабаном подъемного крана обязательно будут располагаться несколько обводных роликов, и самая большая нагрузка ляжет на ветку, идущую от последнего обводного блока к барабану.

Следовательно, нам необходимо доработать формулу для более точного результата.

• k — общее количество обводных блоков;
• (n+1) — общее количество нитей на которых висит груз.

Вот, собственно, и всё. Зная количество и качество всех роликов в полиспасте, Вы достаточно легко вычислите параметры нужного вам троса.

Внимание! На сайте добавлен сервис расчету основных характеристик полиспаста и параметров троса для запасовки.

Комментировать

Расчёт механизма подъёма крана — ООО «НЭО»

При модернизации крана случается ситуация, когда необходимо проверить соответствие статической расчётной мощности двигателя мощности уже установленного двигателя. Так, существующие крановые асинхронные двигатели с фазным ротором серии МТ имеют ПВ=40%, и в случае если кран по паспорту имеет лёгкий режим работы и расчётная нагрузка двигателя составит, например 25%, то мощность двигателя по существующей методике выбирается исходя из равенства:

 Согласно этой формулы, если статическая расчётная мощность составила 45кВт, то двигатель будет выбран из существующей номенклатуры двигателей с ПВ=40% на 37кВт исходя из ПВ=25%, т. е. с понижением мощности.

     Расчёт совершенно верный и полностью соответствует режиму работу крана с ПВ=25%. Однако, здесь необходимо учесть другой важный момент: если модернизация крана предполагает замену существующего двигателя на более современный короткозамкнутый для работы в составе частотно-регулируемого привода, то необходимо обратить внимание на перегрузочную способность двигателя, т.е. отношение максимального момента к номинальному. Тут дело в том, что у двигателей серии МТ перегрузочная способность в среднем равна 3, в то время как двигателя общепромышленного исполнения имеют Mmax/Mн=1,7-2. Здесь надо учитывать, чтобы полный момент перегруженного подъёма крана (сумма его статического момента с перегрузкой 25% плюс динамический момент) не превысил Mmax двигателя. Поэтому общепромышленные двигателя лучше выбирать по мощности равными статической мощности подъёма крана, без понижения с учётом ПВ, тем более что ПВ современных общепромышленных двигателей равно 100%, т.е. продолжительный режим S1. Исходя из этого, приведённая выше формула даст понижение мощности в два раза при ПВ=25% после извлечения квадратного корня, хотя такой двигатель по максимальному моменту не будет соответствовать требованиям механизма подъёма. Далее я приведу методику расчёта механизма подъёма и выбора двигателя общепромышленной серии по статической мощности крана.

Исходными данными для расчёта являются паспортные данные крана, паспортные данные на двигатель.

Статический момент двигателя (Н*м) подъёма рассчитывает по формуле:

Где Qп – грузоподъёмность крана в кг, Dб – диаметр барабана в м, i – общий передаточный коэффициент (произведение передаточного числа редуктора на кратность полиспаста), N – число двигателей подъёма, η – общий КПД механизма.

Статическая мощность двигателя (кВт) рассчитывается по формуле:

Где Мст – статическая мощность двигателя в Н*м, nдв – обороты двигателя в об/мин, 9549 – коэффициент привидения оборотов двигателя к величине рад/c и мощности к кВт.

Линейная скорость движения груза (м/мин) вычисляется:

Где Dб – диаметр барабана в м, nдв – обороты двигателя в об/мин, iр – передаточное число редуктора.

Грузоподъёмность крана (кг) при известной мощности двигателя, рассчитывается:

Где Мст – статическая мощность двигателя в Н*м, N – число двигателей подъёма, i – общий передаточный коэффициент (произведение передаточного числа редуктора на кратность полиспаста), η – общий КПД механизма, Dб — диаметр барабана в м.

Расчёт динамических процессов осуществляется исходя из уравнения Даламбера:

Момент инерции вращающихся частей, приведённый к валу двигателя находится по формуле:

Где J – общий коэффициент, равный Jдв + Jторм + Jм, Jдв – момент инерции двигателя в Н * м, Jторм – момент инерции тормоза в Н*м (если явно не задан, то принимается равным 0,3*Jдв),  Jм – момент инерции муфты и быстроходного вала редуктора (если явно не задан, то принимается равным 0,15*Jдв), k – коэффициент влияния масс (для упрощения расчёта вместо приведения моментов инерций барабана и редуктора к валу двигателя), принимается равным 0,15 если не задан иной, N – число двигателей.

Момент инерции поступательно движущихся частей крана (Н * м), приведённый к валу двигателя находится по формуле:

Где Qп – грузоподъёмность крана в кг, mз – масса грузозахватного приспособления в кг, mк – масса каната в кг, V – линейная скорость движения груза в м/мин, nдв – скорость вращения двигателя в об/мин, 91,19 – коэффициент привидения оборотов двигателя к величине рад/с, 3600 – привидения скорости груза к м/c.

Величина динамического момента (Н * м) вычисляется:

Jвр – момент инерции вращающихся частей механизма, приведённый к валу двигателя в Н*м, Jпд – момент инерции поступательно движущихся частей крана, приведённый к валу двигателя в Н*м, nдв – обороты двигателя в об/мин, t – время разгона/торможения привода в с, N  — число двигателей, η – общий КПД механизма.

Мощность двигателя находится исходя из условия:

Kпер – коэффициент перегрузки двигателя. Обычно выбирается равным 1,7 – 2.

     Если статический момент на валу двигателя меньше (условие выполняется, если динамическая составляющая полного момента больше статической составляющей на некоторую величину, в зависимости от K), тогда мощность двигателя (кВт) находим, как:

Если условие не выполняется, тогда мощность (кВт) равна:

Расчет мощности двигателя подъема

Мощность двигателя подъема рассчитывается по формуле:

• P = M.g.v/n
• М = Масса
• г = сила тяжести
• v = скорость подъема
• n (греческая буква ню) = потери эффективности из-за шестерен/шкивов

Применимы стандарты BS466 (электрические) и BS2573 (части 1 и 2 — механические).

Вся информация, представленная в предыдущих ответах, охватывает это. Размерно это работает как P (Ватт, или Джоуль/сек, или Сила*скорость) в кг.м ² s ^-3

Лично я считаю (это не совсем личное, я крановщик) лучше смотреть на силу, обеспечивающую заданную скорость подъема, так как это принципиально то, что проектировщик после того, как масса поднимается против силы тяжести как элемент силы (ньютоны), а мощность соответственно рассчитывается как скорость, с которой груз должен быть поднят (скорость).

Есть еще одна мысль, которую нужно понять. Момент вытягивания — он указан в BS466 как «как минимум на 225% больше, чем крутящий момент, необходимый для подъема груза при требуемой расчетной скорости». Глядя на кривые проскальзывания (скорости вращения)/крутящего момента, следует отметить, что двигатель подъемного механизма будет выбран для работы при >

=9Проскальзывание 6% при максимальной нагрузке. Это не очевидно из расчета кривой скорости/крутящего момента для данного двигателя, которую можно получить у производителя двигателя подъемного устройства. Более низкие нагрузки означают, что подъемник будет вращаться немного быстрее (обратите внимание, что он будет синхронным, или нулевое скольжение = 100% скорости вращения без нагрузки — вес крюкового блока означает, что всегда есть некоторая нагрузка, которая известна как «Легкий крюк» — так что на практике всегда будет какой-то промах).

Извините за трудность, идея здесь состоит в том, чтобы дать более глубокое понимание задействованной техники — я предполагаю, что люди заинтересованы, учитывая характер этого сайта…)..

Более точная скорость управления двигателем может быть достигнута с помощью ряда методов, таких как добавление сопротивлений ротора (путем включения контакторов), систем вихревых токов (чтобы обеспечить обратную связь с обратной связью для контроля скорости подъема и применять пропорциональное торможение, чтобы подъемник всегда поднимался / опускается с заданной скоростью, заставляя двигатель всегда «видеть» постоянную нагрузку), также может применяться для движения по прямой и длинному ходу; или VSD (Variable Speed ​​Drives).

.. чтобы перечислить основные схемы, с которыми я сталкивался… Есть много других вещей, таких как временные требования / частота циклов переключения, количество циклов подъема, которые необходимо учитывать.

Я сосредоточился на «мощности, необходимой для подъема на скорости», поскольку это соответствует первоначальной цели вопроса. Пытливый ум может подумать — а что, если мощности достаточно, чтобы поднять груз, скажем, операторы пытаются поднять более тяжелый груз, или груз немного застрял на начальном этапе подъема, или что на самом деле происходит во время начального этапа ускорения, когда груз перемещается от состояния покоя до расчетной скорости… тот факт, что двигатель подъема выбран с ОГРОМНЫМИ накладными расходами по крутящему моменту — BS466 и 2573 должны использоваться в спецификации на поставку!!), это доказывает все дополнительные преимущества и фактор безопасности.

Правильный выбор цепной тали

Инженеры и обслуживающий персонал понимают, что тали играют жизненно важную роль в производственной среде. Подъемники поднимают материалы и перемещают готовую продукцию, допуская при этом злоупотребления.

Тщательный выбор и установка подъемника, соответствующего выполняемой работе, экономит время и деньги и имеет большое значение для максимальной эффективности работы и продления срока службы. (Хотя эта статья была подготовлена ​​для выбора и установки цепных талей, большая часть информации в равной степени подходит для моделей с тросовым тросом.)

Приступая к работе

Планирование является решающим фактором успешного применения подъемника. Этот процесс помогает определить требования и доступные ресурсы. Прежде чем сделать выбор, получите информацию из различных источников — от инженеров, обслуживающего персонала, операторов, дистрибьюторов и производителей.

Применение должно быть четко определено. Будет ли подъемник использоваться исключительно для подъема материалов и оборудования или он будет поднимать и перемещать эти предметы? Ответ диктует, какой тип подъемника необходим.

Очевидно, что емкость важна. Какой вес поднимет и/или переместит подъемник? Другие факторы включают высоту подъемника, высоту точки крюка (где будет установлен подъемник) и тип интерфейсов оператора, таких как ручные цепи или кнопочные подвески.

Частота использования имеет решающее значение. Если вы часто поднимаете и перемещаете грузы, лучшим выбором будет электрическая цепная таль. Если таль будет использоваться лишь изредка, то ручной цепной тали должно быть достаточно.

Если для горизонтального перемещения требуется тележка, установленный тип должен соответствовать частоте использования. Простая тележка или тележка с редуктором требуют, чтобы оператор запускал и останавливал движение груза вручную. Ручные тележки обычно подходят для нерегулярных подъемов и промежуточных грузов. Моторизованная тележка идеально подходит для частых и тяжелых грузов.

Электрические требования

Определите доступное напряжение и однофазное или трехфазное. Промышленное трехфазное питание является предпочтительным выбором, поскольку оно более эффективно и позволяет выбирать из большего количества оборудования.

Однофазные подъемники следует рассматривать только в том случае, если трехфазное питание недоступно.

Если для применения требуется тележка, подумайте о подаче электроэнергии на подъемник. Наиболее распространенным подходом является гирляндная система, состоящая из гибкого шнура питания, прикрепленного к роликам. Жесткие проводники и коллекторы — еще один популярный способ подачи питания на подъемник.

Независимо от электрических требований подъемная система нуждается в отключении питания и защите от перегрузки по току. Эти и другие требования установлены Национальной ассоциацией противопожарной защиты, Национальным электротехническим кодексом и OSHA.

Измерение высоты над уровнем моря

Другим важным фактором перед установкой является высота над уровнем моря, которая представляет собой минимальное расстояние между двумя точками крюка. Определите высоту нижнего крюка подъемника, а также высоту верхнего крюка. Убедитесь, что подъемник соответствует требованиям по высоте. Как правило, подъемники с проушиной имеют меньшую высоту (C), чем модели с креплением на крюке 9.0003

Сравните расстояние между этими высотами с заявленными значениями перемычки от производителя подъемника. Если требуемая высота над головой меньше стандартной, измените точку крюка или приобретите подъемник, специально сконструированный с меньшей высотой над головой.

Окончательное планирование

Работайте в тесном контакте с опытным подрядчиком по электротехнике, строительной фирмой и дистрибьютором, чтобы определить требования и выбрать подходящие компоненты. Убедитесь, что конструкция здания соответствует требованиям подъемной системы.

Перед использованием оборудования убедитесь, что все операторы подъемника прочитали инструкции по эксплуатации и техническому обслуживанию, предоставленные производителем. Заполните и верните гарантийные сертификаты производителю. Сохраните список деталей и инструкции по техническому обслуживанию для дальнейшего использования.

Процедуры установки

Выделите достаточно времени для завершения установки. Помните, что оператору необходимо прочное основание и достаточно места для маневрирования подъемником, не мешая нормальному транспортному потоку. Перед началом установки убедитесь, что источник питания выключен и надлежащим образом заблокирован.

Убедитесь, что конструкция выдержит подъемник, а также крюк или проушину. Если подъемник будет использоваться с тележкой, установите упоры тележки на каждом конце балки. Затем следуйте инструкциям производителя по подвешиванию тележки, которая должна быть правильно отрегулирована по размеру балки. Как только тележка закреплена, повесьте на нее подъемник.

Далее начинаем серию проверок и тестов. Например, верхний крюк должен быть правильно установлен в точке крюка, а защелка крюка должна быть закрыта. Проверьте все зазоры для подъемника, тележки и крановой системы (при необходимости), чтобы обеспечить беспрепятственное движение. Убедитесь, что все гайки, болты и штифты закреплены в системе подъемник/тележка.

Электрические соединения должны быть закреплены, защита цепи установлена, напряжение подъемника и здания согласовано, размеры проводов соответствуют нормам, а фаза линии согласована с подъемником.

Если подъемник ручной, переместите цепи и тележку — без нагрузки — чтобы убедиться, что они перемещаются свободно.

Включите питание, чтобы проверить правильность работы. Не нагружая подъемник, запустите его и тележку в полном диапазоне движения. Убедитесь, что концевые выключатели хода работают правильно. Проверьте подъемную систему примерно на 10% от номинальной грузоподъемности, следите и прислушивайтесь к чему-либо необычному. Если подъемник проходит это испытание, используйте его с полной нагрузкой.

Если подъемник прошел оба теста, выполните последнюю проверку всей системы. В качестве меры предосторожности перечитайте инструкции, предоставленные производителем, и дважды проверьте, что все операторы имеют надлежащую подготовку и образование для управления подъемником.

Осмотр и техническое обслуживание

Регулярные осмотры и программы технического обслуживания обеспечивают эффективную и производительную работу подъемника. Они помогают гарантировать, что подъемник будет находиться в надлежащем рабочем состоянии в течение многих лет.

Осмотры включают проверку внешних повреждений, незакрепленных деталей, изношенной цепи, растянутых крюков и отсутствия смазки. Обязательно осмотрите тали после хранения и транспортировки. Если подъемник не прошел проверку, пометьте его как «Не работает» и уберите его из зоны обслуживания для ремонта специалистом по подъемникам.

Техническое обслуживание продлевает срок службы подъемника. Установите регулярный распорядок для квалифицированного персонала. Предписанные методы и соответствующие материалы доступны в руководстве по эксплуатации и техническому обслуживанию подъемника или в таких организациях, как OSHA, ASME и ANSI.

Различные типы подъемников требуют различных уровней технического обслуживания и процедур. Например, ручная лебедка содержит подшипники, опорные точки, шестерни и другие детали, требующие регулярного обслуживания. Электрическая лебедка требует обслуживания кнопочных переключателей, контакторов и кабелей.

Правильный вид и количество смазки помогают уменьшить трение и износ, а также предотвратить ржавление деталей. Аналогичным образом, изношенные или неисправные компоненты должны быть заменены новыми деталями в соответствии со спецификациями производителя. Убедитесь, что запасные части соответствуют этим спецификациям или превосходят их. Кроме того, защитите грузовую цепь от сварочных брызг или других вредных загрязнений. Всегда держите записи об обслуживании в актуальном состоянии.

– Под редакцией Рона Хольцхауэра, главного редактора, 847-390-2668 [email protected]

Подробнее

Автор готов ответить на технические вопросы, касающиеся этой статьи. С г-ном Олсоном можно связаться по телефону 800-233-3010. В предыдущей статье был представлен соответствующий материал: «Сравнение вариантов лебедки с электроприводом» (PE, сентябрь 1996 г. , стр. 78, файл 4525/7040/5550).

Ключевые концепции

Планирование — с особым вниманием к применению, мощности и использованию — является наиболее важным этапом выбора.

Тщательная установка в соответствии с рекомендациями производителя с последующим регулярным осмотром и техническим обслуживанием обеспечивает максимальную эффективность подъемных устройств.

Вопросы, связанные с краном

Использование подъемника с крановой системой представляет собой уникальный набор соображений. Необходимо учитывать несколько основных факторов:

– Проектирование и установка конструкции взлетно-посадочной полосы

– Дополнительное оборудование, необходимое для подъема крупных и тяжелых компонентов

– Зазоры крана

– Дополнительные средства управления и электрификация

– Допустимая нагрузка здания

– Ожидается будущее использование крана.

Инструкции по осмотру

Как часто?

Частый осмотр – это визуальный осмотр оператором или другим назначенным персоналом, при этом записи не требуются.

– Нормальная работа – ежемесячно

– Тяжелая работа – от еженедельной до ежемесячной

– Тяжелая эксплуатация – от ежедневной до еженедельной

Периодический осмотр – это визуальные проверки, проводимые назначенным лицом, которое записывает внешние условия, чтобы обеспечить основу для постоянной оценки . Внешняя кодовая маркировка на подъемнике является приемлемой идентификацией вместо записей.

– Обычное обслуживание – ежегодно

– Тяжелое обслуживание – раз в полгода

– Тяжелое обслуживание – ежеквартально

Что?

Частый осмотр

– Следы проскальзывания при торможении

– Функции управления для оптимальной работы

– Повреждения, трещины и изгибы крюков или заметные отверстия следы износа, повреждение звена или прилипание посторонних предметов к грузовой цепи

– Зацепление грузового и холостого шкивов с грузовой цепью; скручивание грузовой цепи

Периодический осмотр

– Все элементы, включенные в частый осмотр

– Крепление винтов, болтов и гаек

– Износ, коррозия, трещины, деформация и т. д. блока крюка, шестерен, подшипников и штифты цепи

– Повреждение или чрезмерный износ кармана цепи грузового шкива

– Фрикционные диски

– Заедание контактора или износ контактной точки электротельферов

– Клапаны и воздуховоды для пневматических подъемников

– Несовершенная изоляция кабелей, шнуров и поста управления

– Повреждение несущих конструкций

Шесть ключей к успешному техническому обслуживанию

1 Ведите подробные записи обо всех проверках и техническом обслуживании , независимо от того, выполняются ли они штатным персоналом или профессиональной компанией по осмотру и ремонту подъемников.

2 Изучите подъемники изнутри и снаружи. Ручные тали содержат подшипники, опорные точки, шестерни и другие детали, которые требуют регулярного обслуживания. Тали с электроприводом также требуют обслуживания электрических частей, таких как предохранители, кнопочные выключатели, силовые контакторы и проводники.

3 Замените изношенные или неисправные компоненты новыми продуктами в соответствии со спецификациями производителя. Имейте в виду, что для разных моделей лебедок требуются разные детали.

4 Используйте подходящий тип и количество смазки, чтобы уменьшить трение и износ, а также предотвратить ржавление деталей. При обслуживании электрической лебедки держите масло в редукторе на предписанном уровне и используйте указанный тип масла. Обязательно смажьте цепь, шестерни, крюки, направляющие ролики, тормоз и концевой выключатель. Трансмиссионное масло следует менять не реже одного раза в год. Цепь следует смазывать не реже одного раза в неделю, в зависимости от интенсивности использования. Смазывайте цепь чаще, если вы используете подъемник в агрессивной среде. На тележках смажьте вал маховика, боковые ролики и вал подвески.

5 Примите надлежащие меры предосторожности перед выполнением технического обслуживания. Убедитесь, что подъемник отключен от любого источника электроэнергии, и заблокируйте разомкнутые силовые цепи, которые невозможно быстро отключить. Допускайте к техническому обслуживанию только квалифицированный персонал.