Расчет механизма вылета стрелы башенного крана КБ0-7507

Размещено на http://www.allbest.ru/

Пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине:

«Строительные машины и оборудование»

Тема: «Расчет механизма вылета стрелы башенного крана КБ0-7507»



Содержание

Введение

1. Башенные краны

2. Грузозахватные приспособления

2.1 Крюки

2.2 Петли

3. Элементы грузовых и тяговых устройств

3.1 Полиспасты

3.2 Барабаны

3.3 Блоки

4. Тормоза. Общие требования. Классификация тормозных устройств. Общая характеристика

4.1 Колодочные тормоза

4.2 Ленточные тормоза

4.3 Тормоза с осевым нажатием

5. Механизмы подъема груза и вылета стрелы

5.1 Схемы механизмов подъема груза

5.2 Механизмы изменения вылета стрелы

6. Механизмы передвижения

6.1 Конструкции механизмов передвижения с приводными колесами

7. Расчет механизма вылета стрелы

8. Редуктор

8.1 Цилиндрические крановые редукторы

8.2 Червячные редукторы

Заключение

Список использованной литературы



Введение

Башенные краны, являясь универсальными монтажными машинами, применяются для монтажа высоких и протяженных сооружений там, где могут быть использованы стреловые самоходные гусеничные и пневмоколесные краны.

Основные преимущества башенных кранов:

1) стрела высоко крепится к башне крана, обычно выше отметки монтируемых конструкций, что позволяет подавать их в любую точку обслуживаемой территории в любой последовательности;

2) большая грузоподъемность при больших вылетах стрелы;

3) простота перемещения крана;

4) четкая организация монтажной площадки.

Недостатками башенных кранов являются длительность и трудоемкость монтажа и демонтажа, сложность транспортирования их с площадки на площадку и высокая стоимость путей. Все это значительно повышает стоимость эксплуатации крана и сокращает полезное время его работы. Современные модели башенных кранов предусматривают перевозку кранов при наименьшем демонтаже узлов и возможность быстрого монтажа и демонтажа без применения дополнительных механизмов.

Башенные краны получили массовое распространение в строительстве.

По назначению башенные краны делят на:

а) краны малой мощности грузоподъемностью до 5 т для обслуживания малоэтажного гражданского строительства;

б) краны средней мощности грузоподъемностью от 5 до 25 г для обслуживания многоэтажного гражданского и промышленного строительства;

в) краны большой мощности грузоподъемностью 25--75 т, а иногда и до 100 т для монтажа сборных элементов конструкции в гидростроительстве и промышленном строительстве.

В гидротехническом строительстве башенные краны малой мощности применяют для обслуживания вспомогательных работ; краны средней мощности используют преимущественно как краны-бетоноукладчики для подачи бетонной смеси бадьями в блоки бетонирования при возведении монолитных бетонных сооружений; краны большой мощности используют в качестве монтажных кранов при возведении сооружений из сборного железобетона.

Монтажные большегрузные башенные краны особенно эффективны для обслуживания строительства низконапорных гидроузлов с весом сборных элементов до 70--80 т и даже 100 т; они перемещаются с обеих сторон сооружения.



1. Башенные краны

Грузоподъемные машины и механизмы предназначены для перемещения грузов и людей по вертикали и передачи их из одной точки площади, обслуживаемой машины в другую.

При выполнении строительно-монтажных работ в жилищном, промышленном, сельском и гидротехническом строительстве широко используют башенные краны, конструкция которых обеспечивает значительный подстреловой объем и необходимые условия для выполнения монтажа сборных конструкций и технологического оборудования.

Грузоподъемностью машины называют массу номинально (максимального) рабочего груза, на подъем которого рассчитана машина. Эта величина характеризует инерционные и гравитационные свойства транспортируемого тела, она не зависит от свободного падения в пункте действия машины и выражается в единицах массы (кг, т). В отличие от массы сила тяжести, определяющая силу притяжения тела к земле, зависит от ускорения свободного падения в пункте действия и выражается в единицах силы (Н, кН). Вес тела -- это сила, с которой тело под действием силы тяжести воздействует на опору. Если опора неподвижна относительно земли или тело движется равномерно и прямолинейно, вес тела равен силе тяжести. При подъеме с ускорением вес тела больше силы тяжести. Соотношение между весом G ( Н), в массой Q( кг) выражается формулой G=gQ, где g = 9,8 м/с2 -- ускорение свободного падения. В значение грузоподъемности включают массу смежных грузозахватных приспособлений, вспомогательных устройств, подвешиваемых к грузозахватному органу, а для грузоподъемных машин, комплектуемых грейфером, электромагнитом, спредером, бадьей, также и их массу. Грузоподъемность современных грузоподъемных машин колеблется в весьма широких пределах -- имеются устройства для подъема и установки на станки деталей массой 50--100 кг, а встречаются грузоподъемные машины для монтажа тяжелого оборудования, перемещающие грузы массой до 800 т.

Устойчивость самоходных и башенных кранов против опрокидывания в процессе работы характеризуется грузовым моментом, определяемым произведением веса груза на вылет стрелы.

К основным относятся следующие параметры:

вылет (м) стрелы -- расстояние между вертикальной осью вращения стрелы и вертикальной осью поднимаемого груза;

высота (м) подъема крюка -- наибольшая возможная высота его подъема от головки рельсов, по которым перемещается кран;

скорость (м/мин) подъема или опускания груза -- длина пути, проходимого грузом по вертикали в единицу времени;

скорость (м/мин) передвижения крана -- длина пути, проходимого краном в единицу времени.

По конструкции башенные краны разделяют на краны с поворотной головкой и противовесом на консоли и краны с поворотной башней (колонной) и платформой (рис. 2.1). Различают башенные краны с подъемной и балочной стрелами (рис. 2.2).

Рис. 2.1 Схема крана с башней: а-- поворотной; б -- неповоротной



Рис. 2.2 Схема стрелы: а - подъемной; б - балочной

В зависимости от наличия механизма передвижения башенные краны разделяют на самоходные и несамоходные, последние выполняют приставными и переставными (самоподъемными). Основными частями башенных кранов (рис. 2.3) являются ходовое устройство 2, башня 9, опорно-поворотное устройство 3, стрела 7, грузовая лебедка 10, грузовой полиспаст 12, стреловой полиспаст 6, стреловая лебедка 5, механизм передвижения 1, поворотная платформа 4, механизм поворота 11 и кабина управления 8.

Краны оборудованы ограничителями грузоподъемности, высоты подъема грузовой обоймы и передвижения крана.

Рис. 2.3 Кран с трубчатой башней

Ходовое устройство кранов состоит из тележек, опорных балок, рам, ходовых колес (катков) и механизма передвижения. В зависимости от конструкции опорной части башенного крана применяют следующие схемы ходовых устройств: а) механизм размещен на опорной раме (вращение передается на два передних или задних колеса, расположенных на разных рельсах); б) механизм размещен народной из опорных балок портала (вращение передается на два колеса, расположенные на одном рельсе); в) механизм размещен на специальной балансирной тележке (вращение передается на одно или два колеса этой тележки). Ведущие тележки располагают на одном или на разных рельсах.

Многие башенные краны имеют ходовые устройства, опорная рама которых оснащена выносными поворотными кронштейнами для перемещения кранов по кривым малого радиуса (7--12 м). Механизмами передвижения в этих случаях снабжают ходовые тележки (рис. 2.4).

Вращение от электродвигателя 4 через червячный редуктор 3 и зубчатую передачу 1 передается на ходовые катки 2. Тормозным шкивом двух-колодочного электромагнитного тормоза является соединительная муфта. Опорная рама ходового устройства крана через выносные кронштейны (флюгеры) опирается на ходовые колеса тележки. Флюгер соединен с опорной рамой осью, а с ходовой тележкой - шкворнем. При движении крана по закругленному участку пути два кронштейна из четырех свободно вращаются на осях, а два других закреплены. Ходовые тележки, на которые опираются кронштейны, подворачиваются относительно последних и могут направления движения крана вместе с кронштейнами.

Рис. 2.4 Шариковое опорно-поворотное устройство: а - однорядное, б -двухрядное.

Опорная часть башенных кранов воспринимает все нагрузки и передает их через ходовые колеса на рельсовый путь. У одних кранов она выполнена в виде опорной рамы или плоской тележки, а у других- в виде портала шатровой или прямоугольной формы.

Башни кранов делают из стали уголкового профиля. Как правило, башни в сечении имеют четырехугольную форму. Иногда башни кранов представляют собой трубчатые колонны с переменным сечением по высоте.

Опорно-поворотные устройства у кранов с неповоротными башнями выполняют в виде объемлющих поворотных головок и с головками, размещенными внутри башни. У кранов с поворотными башнями и платформами имеется опорно-поворотный шариковый круг, размещенный между платформой и ходовой рамой, обеспечивающий вращение башни со стрелой и платформой относительно ходовой части (рис. 2.4).

Рис. 2.5 Кинематическая схема механизма поворота с редуктором: а -- планетарным; 6 -- трехступенчатым зубчатым.

На рис. 2.5 показаны кинематические схемы механизмов поворота для кранов серии КБ. В одних кранах применяют редуктор с цилиндрическими зубчатыми передачами, в других -- редукторы с планетарной передачей. И в том и в другом случае механизм поворота состоит из фланцевого вертикально расположенного двигателя 3, тормоза 4 и редуктора 2. На выходном валу редуктора установлена ведущая шестерня 1, находящаяся в постоянном зацеплении с неподвижным зубчатым венцом опорно-поворотного круга.

При включении двигателя механизма поворота шестерня обегает зубчатый венец, увлекая за собой поворотную платформу.

Грузоподъемный механизм и механизм изменения положения стрелы представляют лебедки с электрическим приводом (рис. 2.6). Вращение от двигателя 3 через соединительную муфту 2 передается на входной вал редуктора. На этом же валу или на валу двигателя установлен шкив двухколодочного электромагнитного тормоза 1. На выходном валу размещен барабан 4. Для поддержки оси барабана служит опора 5.

В конструкции грузовой лебедки имеется вихревой тормозной генератор 6.

Вращающий момент на валу генератора возникает из-за взаимодействия между неподвижным магнитным полем и токами, наводимыми в стержнях и в теле вращающегося ротора. Генератор, создающий необходимую дополнительную нагрузку электродвигателю, включается при помощи обмотки возбуждения, питаемой постоянным током. При совместной работе электродвигателя и генератора на валу действуют два момента: один соответствует характеристике двигателя, другой -- характеристике генератора. В зависимости от работы электродвигателя отдельно или совместно с генератором можно получить нужный диапазон скоростей.

Рис. 2.6 Кинематическая схема лебедки: а -- стреловой; б - грузовой



В некоторых крановых лебедках получение нескольких скоростей (больших для перемещения крюковой обоймы без груза или с грузом небольшой массы и малых для установки монтируемых строительных конструкций) достигается применением электрических гидротолкателей в управлении электролебедками.

Управляют башенными кранами из кабин, которые в кранах с неповоротными башнями размещаются внутри башен в средней или верхней их части. Для некоторых кранов предусмотрено управление механизмами с переносного пульта.

Применение различных конструкций пультов управления позволило максимально приблизить машиниста к месту монтажа деталей строящихся зданий и улучшить качество строительно-монтажных работ. В одних кранах при наличии выносного пульта управления отсутствует кабина с оборудованием, в других управление может осуществляться как из кабины, так и с пульта.

Известны различные системы управления грузоподъемными машинами, из которых значительный интерес представляет программно-дистанционное управление краном по радио (ПДУ). При этом транспортные операции по доставке деталей со склада (или непосредственно с транспортных средств) на здание осуществляются автоматически при помощи системы адресования и программного управления двигателями, а точная установка на малых скоростях обеспечивается управлением по радио.

Вместо крановщика краном управляют попеременно два оператора: такелажник на складе и монтажник (бригадир) на строящемся здании; каждый имеет свой нагрудный пульт. Управление краном не мешает им выполнять свои основные обязанности. Так как каждый оператор находится в непосредственной близости от места расположения деталей, при работе сигнальщик не участвует.



2. Грузозахватные приспособления

2.1 Крюки

Производительность грузоподъемных машин тем выше, чем совершеннее конструкция грузозахватных устройств и более автоматизирована их работа. Наибольшая производительность достигается при захвате максимально допустимого груза и затрате минимального времени. Практика показывает, что время на захватывание груза составляет иногда до 60% всего времени цикла. При выборе грузозахватного устройства следует стремиться к максимальной автоматизации его работы. Часто из них автоматизируют только одну операцию -- освобождение груза.

Рис. 3.1 Грузовые крюки а, б -- кованые или штампованные; в, г -- пластинчатые

К грузозахватным устройствам предъявляют следующие требования: соответствие грузу и условиям работы; прочность и надежность в соответствии с правилами техники безопасности; максимальная автоматизация; сохранность груза; минимальная масса и небольшие размер и высота; удобство эксплуатации.

Наиболее широко применяемыми универсальными грузозахватными приспособлениями являются грузовые крюки и петли, к которым груз прикрепляется с помощью канатных или цепных строп. По форме крюки подразделяют на однорогие (рис. 3.1, а, в) и двурогие (рис. 3.1,б, г). Размеры крюков стандартизированы: для механизмов с ручным и машинным приводом -- однорогие крюки по ГОСТ 6627--74, для механизмов с машинным приводом -- двурогие по ГОСТ 6628--73. Форма крюков выбрана такой, чтобы обеспечить их минимальные размеры и массу при достаточной прочности, одинаковой во всех сечениях.

Грузовые крюки изготовляют ковкой или штамповкой из низкоуглеродистой стали 20, допускается изготовление крюков из стали 20Г. Применение высокоуглеродистой стали и чугуна недопустимо из-за малой пластичности материала и опасности внезапного излома крюка. После ковки или штамповки проводят нормализацию для снятия внутренних напряжений. Применение литых стальных крюков ограничено из-за возможности образования внутренних дефектов металла при литье. Однако в связи с развитием средств дефектоскопии применение литых крюков становится все более перспективным, особенно для крюков большой грузоподъемности, для изготовления которых ковкой требуется мощное кузнечно-прессовое оборудование. Механической обработке подвергается только хвостовик крюка, на котором нарезается резьба -- треугольная при грузоподъемности до 10 т трапециевидная при большей грузоподъемности. С помощью этой резьбы крюк закрепляется на траверсе крюковой подвески.

После изготовления крюк испытывают на прочность под нагрузкой, превышающей его номинальную грузоподъемность на 25%. При испытании крюк выдерживают под нагрузкой не менее 10 мин; после снятия нагрузки на крюке не должно быть трещин, надрывов, остаточных деформаций. Заварка или заделка дефектов крюка не допускается.

При применении стандартного крюка (соответствующей номинальной грузоподъемности) расчет сечений крюка производить не требуется. Для крюка, отличающегося по своим размерам или форме от стандартного, требуется обязательно проводить расчет его тела как бруса большой кривизны. В однорогом крюке наиболее опасным является сечение Б--Б (рис. 3.1, а), работающее на изгиб и растяжение, для которого изгибающий момент от веса груза Gгp, приложенного в центре зева крюка, является максимальным. Сечение А--А рассчитывают на изгиб и срез для случая подвеса груза на двух наклонных стропах под углом а = 45°. В двурогом крюке (рис. 3.1, б) проверяются сечения В--В и Г--Г на изгиб и срез по расчетному усилию F= 1,2 Gгp/(2cos), действующему на каждый рог крюка, где числовой коэффициент 1,2 учитывает возможную неравномерность распределения нагрузки. Нарезанную часть хвостовика рассчитывают на растяжение от силы Gгp. Запас прочности по пределу текучести при расчете крюка принимается равным 2 для крюков кранов 1--4-й групп режима работы и 2,25 для кранов 5-й и 6-й групп режима работы.

Грузовые крюки всех стреловых, монтажных и башенных кранов, а также кранов, перемещающих груз в контейнерах, бадьях и другой таре, навешиваемой на крюк с помощью скоб или других жестких элементов, снабжаются предохранительным замыкающим устройством (рис. 3.2), предотвращающим самопроизвольное выпадение съемного грузозахватного приспособления. При подвешивании груза на двурогие крюки чалочные канаты и цепи надо накладывать так, чтобы нагрузка на оба рога крюка распределялась равномерно.

Для кранов большой грузоподъемности применяют пластинчатые однорогие и двурогие крюки (см. рис. 3.1, в,г) по ГОСТ 6619--75, собираемые из отдельных элементов, вырезанных из листовой стали 20 или стали 16МС, соединенных между собой заклепками. Для равномерного распределения нагрузки между пластинами в зевах крюков помещают вкладыши из мягкой стали, внешняя поверхность которых имеет форму, обеспечивающую укладку строп без резких изгибов. Эти крюки легче кованых и не требуют для изготовления мощного оборудования. Кроме того, при разрушении одной из пластин ее можно заменить. Толщина пластин не менее 20 мм. При применении пластин разной толщины они располагаются симметрично относительно средней плоскости крюка.

Рис. 3.2 Крюк с замком пружинного примыкания: 1-пружина; 2- защелка

Крюки соединяют с гибким грузовым элементом грузоподъемной машины или непосредственно, прикрепляя гибкий элемент к проушине крюка (при подвесе груза на одной ветви), или (при подвесе груза на нескольких ветвях гибкого элемента) с помощью крюковых подвесок. При достаточно жестких канатах и для преодоления потерь на трение в опорах блоков легкие подвески снабжают дополнительным грузом, обеспечивающим нормальное опускание пустого крюка.



Рис. 3.3 Крюковые подвески: а- нормальная; б- укороченная

Различают два типа крюковых подвесок -- нормальные и укороченные. В нормальных подвесках (рис. 3.3, а) траверса, на которой укреплен крюк, соединяется с осью канатных блоков щеками, изготовленными из листовой, или полосовой стали марки Ст3, рассчитываемыми в сечении, ослабленном отверстием под цапфы траверсы, на растяжение по формуле Лямэ:

где n=3,5…4.

Траверса имеет на концах стопорные накладки, препятствующие ее осевому перемещению, позволяющие ей поворачиваться вместе с крюком относительно горизонтальной оси. Хвостовик крюка проходит сквозь отверстие в траверсе и закрепляется гайкой, опирающейся либо на сферическую шайбу (при грузоподъемности до 3,2 т), либо на упорный шарикоподшипник, как на рисунке (при большей грузоподъемности). Подшипники должны быть обеспечены смазкой и защищены от попадания грязи. Упорные подшипники по статической грузоподъемности выбираются по расчетной нагрузке, превышающей вес номинального груза на 25%. Чтобы не произошло самопроизвольного отвинчивания гайки, она должна быть законтрена стопорной планкой. Стопорение гаек крюков грузоподъемностью до 10 т вследствие малых размеров гайки разрешается производить с помощью штифтов или стопорных болтов. Использование шплинтов недопустимо во всех случаях.

Рис. 3.4 Установка ограждения на канатном блоке

В укороченных подвесках (рис. 3.3, б) блоки полиспаста размещаются на удлиненных цапфах траверсы. Укороченная крюковая подвеска позволяет осуществить подъем груза на несколько большую высоту, но ее можно применять только при четной кратности полиспаста. Траверса изготовляется из сталей 40 или 45 и рассчитывается на изгиб по среднему сечению, ослабленному отверстием для хвостовика крюка. Запас прочности по пределу текучести, учитывая сложную конфигурацию траверсы, принимается . Цапфы траверсы рассчитывают также на изгиб и проверяют по давлению между цапфой и щекой. Допускаемое давление не должно превышать 35 МПа во избежание задира поверхности при повороте траверсы. Для предохранения от выскакивания каната ручьи блоков крюковой подвески защищены кожухом, изготовленным из листовой стали толщиной не менее 3 мм (рис.3.4). Радиальный зазор между ребордами блока и кожухов не должен быть более 0,3, где -диаметр каната. Кожухи крюковых подвесок имеют прорези для прохода каната, их ширину и длину выбирают так, чтобы исключить трение каната о кожух.

2.2 Петли

Кроме грузовых крюков в грузоподъемных машинах применяются цельнокованые (рис 3.5,а) и составные (рис. 3.5,б) грузовые петли. Форма и размер петель не стандартизованы и поэтому петли необходимо рассчитывать на прочность. При этом цельнокованые петли рассчитывают как жесткую раму (статически неопределимая система), а составные петли -- как шарнирные системы; в последнем случае тяги проверяют на растяжение, поперечину -- на изгиб и сжатие как криволинейную двухопорную балку. Шарниры составной петли проверяют на смятие и на изгиб осей. При проверке смятия на внутренней поверхности отверстия по формуле Лямэ допускаемое напряжение не должно превышать 100 МПа. Допускаемое напряжение от изгиба при изготовлении поперечины петли из низкоуглеродистых сталей (стали 20, Ст3) определяется при запасе прочности п =2,5…3. Петли имеют меньшие размеры и массу, чем крюки, рассчитанные на ту же грузоподъемность, так как в сечениях петель действуют меньшие изгибающие моменты. Но в эксплуатации петли менее удобны: стропы приходится продевать в отверстие петли.

Рис. 3.5 Грузовые петли

Рис. 3.6 Захват грузов стропами



Для обвязки груза при его прикреплении к крюку грузоподъемной машины применяются различные виды стропов (рис. 3.6), изготовляемых, как правило, из стальных канатов или сварных цепей. Стропы из пеньковых или хлопчатобумажных канатов применяются для подъема груза массой не более 0,5 т. Во избежание повреждения транспортируемого изделия стропы из стальных канатов иногда покрывают пленкой из пластмассы или резины. Стропы следует накладывать на груз без узлов и петель: на острые ребра груза подкладывают специальные подкладки, предохраняющие стропы от перетирания и излома.



3. Элементы грузовых и тяговых устройств

3.1 Полиспасты

Полиспастом называют систему подвижных и неподвижных блоков, соединенных гибкой связью (канатом или цепью), употребляемую для увеличения силы -- силовые полиспасты или скорости-- скоростные полиспасты. Обычно в грузоподъемных машинах применяют силовые полиспасты, позволяющие уменьшить натяжение гибкого грузового органа, момент от веса груза на барабане и передаточное число механизма. Скоростные полиспасты, позволяющие получить повышенные скорости перемещения груза при малых скоростях приводного элемента, применяют значительно реже, например в гидравлических или пневматических подъемниках. В полиспаст входят подвижные блоки, ось которых перемещается в пространстве, и неподвижные блоки. На рис. 4.1, а показан неподвижный блок, вращающийся по часовой стрелке под действием силы Sсбег, преодолевающей силу Sнаб. Вращение блока возможно только в том случае, если Sсбег > Sнаб, причем разность Sсбег- Sнаб достаточна для преодоления сопротивления сил трения в опоре блока и сопротивления жесткости каната или цепи при их сгибании и разгибании.

Так как канаты, применяемые в грузоподъемных машинах, не являются абсолютно гибкими телами, а обладают определенной жесткостью, то набегающая ветвь каната не сразу ложится на ручей блока, а сбегающая ветвь не сразу выпрямляется (рис. 4.1,б). Жесткость каната зависит от его диаметра, конструкции, числа проволок в прядях и от числа прядей, от типа и конструкции сердечника, от механических свойств материала проволок и от трения между отдельными проволоками и между прядями. Жесткость цепи определяется в основном сопротивлением сил трения в шарнирах пластинчатой цепи или сил трения между звеньями сварной цепи. Для сгибания и разгибания каната к его сбегающей ветви необходимо приложить дополнительную силу W, которая зависит от размеров и конструкции каната и блока, а также от натяжения каната. Ее можно определить из уравнения моментов сил относительно оси блока без учета сил трения в опоре блока:

Рис. 4.1 Блоки: а -- блок с неподвижной осью; б -- схема набегания каната на блок; в -- скорость каната на неподвижном блоке; г -- скорость каната на подвижном блоке

где R=D/2

-- радиус ручья блока; -- коэффициент жесткости: его значение определяют экспериментально. Уравнение моментов всех действующих сил относительно оси блока (см. рис. 4.1, а) имеет вид:



;

где N -- нагрузка на ось блока, равная геометрической сумме сил Sсбег и Sнаб; d0 -- диаметр оси блока; f -- коэффициент трения в опоре блока.

При определении величины N с некоторым допущением можно принять

Sсбег Sнаб и тогда при угле обхвата блока канатом 2:

Подставив это соотношение в уравнение, получим:

Коэффициент полезного действия блока -- это отношение полезной работы при подъеме груза весом на высоту h к полной работе, совершенной при этом силой Sсбег на том же пути h с учетом преодоления потерь на трение в жесткости каната. Поэтому для неподвижного блока, у которого перемещение набегающей и сбегающей ветвей каната одинаково, КПД выражается формулой:

Анализ формулы показывает, что чем больше угол обхвата блока канатом и чем больше жесткость каната и трение в опоре блока, тем меньше значение кпд блока и тем больше дополнительная сила, которую необходимо приложить к канату, чтобы обеспечить равномерное движение груза. На кпд блока наиболее существенное влияние оказывают потери на трение в опоре блока, зависящие от конструкции и состояния опоры, поэтому при практических расчетах с достаточной степенью точности кпд блока принимают независящими от диаметра и конструкции каната, от размеров блока и от угла обхвата его канатом. Для блоков с опорой на подшипниках скольжения

= 0,95…0,96; для блоков на подшипниках качения = О,97…О,98. Меньшие значения принимают для блоков, работающих при повышенной температуре или в запыленной или загазованной среде. Тогда натяжение ветви тягового органа, набегающей на блок:

При обегании канатом неподвижного блока скорости движения набегающей и сбегающей ветви равны между собой (рис. 4.1, в). Если же набегающая ветвь каната со скоростью v1 (рис. 4.1, г) набегает на подвижный блок, ось которого перемещается со скоростью v0, то скорость сбегающей ветви каната равна v1+2v0.

Рис. 4.2 Силовой полиспаст

Развернутая схема обегания канатом блоков одинарного (простого) силового полиспаста приведена на рис. 4.2. Если пренебречь сопротивлением в полиспасте, т. е. когда система является неподвижной, сила в любой точке каната полиспаста:

S0=GГР/a,

где GГР -- вес груза; а -- число перерезов каната, на которых подвешен груз (в сечении К--К на рис. 4.2); для одинарного полиспаста это число называют кратностью полиспаста.

При подъеме или опускании груза, если учитывать силы сопротивления от жесткости каната и от трения в опорах блоков, натяжение отдельных ветвей каната различно. Обозначим через S1 натяжение ветви каната, идущей на обводной блок A1, S2 -- натяжение следующей ветви и т. д. В общем случае при кратности полиспаста а, натяжение последней неподвижно закрепленной ветви каната равно . Отсюда следует равенство:

Если ветви каната в полиспасте расположены под углом к направлению силы тяжести, то надо брать проекции сил натяжения на вертикальную ось.

Соотношение между натяжениями отдельных ветвей каната при подъеме груза:

; ; ; ….; ; ;

где -- кпд блока.

Используя эти соотношения, получаем:

;

Вычислив сумму геометрической прогрессии (выражение в скобках) , определим соотношение между весом груза GГР и натяжением каната S1 при параллельном расположении ветвей полиспаста без учета динамических нагрузок:

;

Натяжение Sбаp каната, подводимого к барабану Б (рис. 4.2), больше натяжения S1 поскольку необходимо преодолевать сопротивление в обводных блоках А1, A2, A3. Если число обводных блоков равно t, максимальное натяжение каната при подъеме груза:

;

При опускании груза максимальное натяжение Sa будет в последней ветви; оно равно:

;

КПД полиспаста, имеющего кратность а, в целом определяется как отношение полезной работы при подъеме груза GГР на высоту h к затраченной при этом работе , т. е.



;

При этом максимальное натяжение в системе полиспаста при подъеме груза может быть определено по зависимости:

;

Подвижный блок, который следует рассматривать как полиспаст с кратностью а = 2, согласно уравнению будет иметь кпд подв= (1+)/2. т. е. несколько превышающий значение кпд неподвижного блока.

В одинарных полиспастах (рис. 4.3, а, б) один конец каната закреплен на барабане, а второй конец закрепляется при четной кратности (а) на неподвижном элементе конструкции, а при нечетной кратности (б) -- на крюковой обойме. При наматывании или сматывании каната с барабана, если отсутствуют обводные блоки, т. е. канат с блока крюковой обоймы непосредственно переходит на барабан, происходит перемещение груза не только по вертикали, но и по горизонтали.



Рис. 4.3. Схемы полиспастов: а -- одинарный двухкратный; б -- одинарный трехкратный; в, д -- сдвоенные двухкратные; г -- сдвоенный трехкратный

Для обеспечения строго вертикального подъема груза применяют сдвоенные полиспасты (рис. 4.3, в--д), состоящие из двух одинарных полиспастов. В этом случае на барабане закрепляют оба конца каната. Для обеспечения нормального положения крюковой подвески при неравномерной вытяжке ветвей каната обоих полиспастов применяют установку балансира или, что чаще, уравнительного блока С (рис. 4.3, в). При установке уравнительного блока можно использовать целый канат без дополнительных креплений на балансирах. Однако осмотр и контроль состояния каната на этом блоке вследствие малого угла поворота затруднительны. Поэтому в кранах с тяжелым и весьма тяжелым режимом работы предпочтительно применять уравнительные балансиры А (рис. 4.3, д).

Уравнительный блок С при подъеме и спуске груза обычно не вращается и служит лишь для уравнивания длины ветвей обоих полиспастов при неравномерной вытяжке каната, поэтому согласно правилам Госгортехнадзора допускается его диаметр принимать равным 0,8 диаметра, а у электроталей и стреловых самоходных кранов -- равным 0,6 этого диаметра. При четной кратности полиспаста он располагается среди неподвижных блоков, а при нечетной - среди подвижных блоков крюковой подвески.

Расчет сдвоенного полиспаста ведут аналогично приведенному выше расчету для одинарного полиспаста, причем каждый полиспаст рассматривают отдельно при действии на него половины общей нагрузки. Если h -- высота подъема груза (см. рис. 4.2 и 4.3), то длина каната одинарного полиспаста, наматываемого на барабан, L = ah, где а -- кратность полиспаста. Кратность сдвоенного полиспаста равна кратности одинарных полиспастов, составляющих его. Для сдвоенного полиспаста величина L соответствует длине каната, наматываемого на одну половину барабана.

Скорость подъема груза vгр и скорость каната, навиваемого на барабан, связаны между собой соотношением v = avГР, где v = /60, м/с; D2 -- диаметр барабана, измеренный по центру каната; nбар-- частота вращения барабана, об/мин.

В силовых полиспастах грузоподъемных машин можно использовать канаты небольшого диаметра и, следовательно, уменьшить диаметры барабана и блоков, снизить массу и габариты машины. Увеличение кратности полиспаста позволяет уменьшить передаточное число редуктора, но одновременно требует большей длины каната и канатоемкости барабана. Увеличение числа блоков при повышении кратности полиспаста вызывает увеличение потерь и возрастание мощности, затрачиваемой на подъем груза, а также увеличивает число перегибов каната, что вызывает некоторое снижение его срока службы. В то же время, как уже указывалось, канат при большой кратности полиспаста имеет небольшой диаметр и, следовательно, большую гибкость, что способствует увеличению долговечности. Выбор каната, типа и кратности полиспаста связан с проблемой общей компоновки механизма и с его параметрами, в частности с передаточным числом механизма, габаритами и массой, что в свою очередь влияет на размеры всей грузоподъемной машины и на размеры здания, где эта машина устанавливается.

Так, если для подъема груза одного и того же веса GГР с одинаковой заданной скоростью подъема vГР применять полиспасты различной кратности, то параметры механизмов подъема будут различными. Статическая мощность этих механизмов NСТ, необходимая для подъема груза, будет другой только из-за различия в значениях кпд, и при кратностях, отличающихся незначительно (например, механизмы с кратностью два и четыре), потребную мощность двигателя можно считать одинаковой. Так как максимальные силы в канатах полиспастов изменяются практически обратно пропорционально кратности полиспаста, то с увеличением кратности уменьшаются нагрузка в канате и его диаметр, а также и диаметр барабана. Скорость наматывания каната на барабан изменяется прямо пропорционально кратности, и в полиспасте с большей кратностью она имеет большее значение. Тогда при одинаковой заданной скорости подъема и одинаковой частоте вращения ротора двигателя передаточное число редуктора, соединяющего двигатель с барабаном,, оказывается меньше- при полиспасте большей кратности благодаря большей скорости навивки каната на барабан и меньшему его диаметру.



Рис. 4.4 Схема скоростного полиспаста

Скоростные полиспасты (рис. 4.4) отличаются от силовых полиспастов тем, что в них рабочая сила F, обычно развиваемая гидравлическим или пневматическим цилиндром, прикладывается к подвижной обойме, а груз подвешивается к свободному концу каната. Расчет скоростных полиспастов принципиально не отличается от приведенного выше расчета силового полиспаста. При перемещении обоймы полиспаста (точки А на рис. 4.4) на расстояние h груз проходит путь H = ah, где а -- кратность скоростного полиспаста и, следовательно, скорость перемещения груза vГР=avA, где vA-- скорость перемещения обоймы полиспаста.

Сила F, необходимая для подъема груза весом GГР, определяется :

3.2 Барабаны

Барабаны выпускают для многослойной и однослойной навивок каната. Барабаны для многослойной навивки применяют только при очень большой длине навиваемого каната. Они могут иметь гладкую поверхность или поверхность с винтовой канавкой. С обеих сторон барабаны снабжаются бортами (ребордами), выступающими над верхним слоем уложенного каната не менее чем на два его диаметра, а гладкие барабаны для сварных цепей - бортами, выступающими не менее чем на ширину звена цепи.

При навивке в нижнем слое каната возникают высокие контактные напряжения не только от растягивающих сил, но и от давления вышерасположенных слоев. Кроме того, при наматывании каната на гладкий барабан происходит трение между соседними витками. Все это вызывает повышенный износ каната и сокращает срок его службы.

При многослойной навивке каната первый слой ложится по винтовой линии. Каждый последующий слой имеет противоположное направление навивки. При этом каждый виток верхнего слоя навивки пересекает виток ранее уложенного слоя, что вызывает образование выпуклости в этом месте (рис.4.5, а).

Рис. 4.5 Схема многослойной каната: а -- обычная навивка: б -- навивка по системе Le-Bus; в -- положение каната при навивке Le-Bus.

При большой скорости движения каната возникают вибрации барабана и каната. Чтобы устранить это нежелательное явление, разработана новая система нарезки канавок на барабанах для многослойной навивки (система Le-Bus), обеспечивающая плавный переход каната с одного ряда на другой и предотвращение зажимания каната между уже намотанными витками (это уменьшает износ каната и увеличивает канатоемкость барабана).

При намотке каната по этой системе окружность барабана делится на четыре участка. На двух противоположных участках (составляющих 70-80% длины окружности) канавки, нарезанные на обечайке барабана, идут параллельно фланцам барабана (рис. 4.5) только на двух участках 1 и 2 они располагаются по винтовой линии, причем осевое смещение винтовой нарезки на каждом из этих участков равно половине диаметра каната. На этих участках канат и перемещается на весь шаг намотки. На параллельных же участках нарезки подача каната в направлении оси барабана отсутствует. Для правильного направления каната при начале укладки первого слоя и для обеспечения необходимого перехода каната в начале навивки второго слоя у обоих фланцев барабана предусмотрены специальные направляющие устройства 3 и 4. Последующие ряды каната укладываются автоматически. Благодаря наличию двух винтовых участков витки смежных слоев навивки скрещиваются в двух противоположно расположенных участках окружности (рис.4.5,в), что обеспечивает симметричность навивки. Для качественной укладки угол отклонения канатов при навивке не должен превышать 1,25…1,75°.

В большинстве случаев в грузоподъемных машинах применяются нарезные барабаны для однослойной навивки каната. Канавки (рис. 4.6.), нарезанные на поверхности барабана (по винтовой линии), увеличивают поверхность соприкосновения, чем уменьшают напряжения смятия, устраняют трение между соседними витками и износ каната. Поэтому при нарезных барабанах срок службы каната увеличивается. Шаг нарезки выбирается равным

t = d + (2…3) мм, где d -- диаметр каната. Радиус канавки R0,54d.

Рис. 4.6. Профиль канавки для каната

Рис. 4.7 Схемы канатоукладчиков

В отличие от барабанов кранов общего назначения у барабанов грейферных кранов канавка более глубокая.

Для правильной укладки каната на барабан, а также для предохранения каната от смещения и запутывания при ослаблении натяжения применяют различные типы канатоукладчиков (рис. 4.7). В канатоукладчике, изображенном на рис. 4.7, а, канат 2 проходит через блок 1 имеющий возможность перемещаться вдоль направляющей 3 под действием натяжения каната. В этом случае канат набегает на барабан перпендикулярно его оси независимо от угла набегания каната на блок, что и обеспечивает правильную укладку каната. Правильную укладку и предотвращение смещения каната обеспечивают и кана-тоукладчики, изображенные на рис. 4.7, б, в, в которых канат 2 проходит между двумя подпружиненными гладкими роликами 4 (б) или прижимается к барабану одним роликом 4 (в), установленным на подпружиненных рычагах5. При многослойной навивке наибольшее применение имеет канатоукладчик, изображенный на рис. 4.7, г, состоящий из каретки 7 с направляющими блоками, совершающей челночное движение по направляющей 3 от передачи винт -гайка; винт 6 через цепную или зубчатую передачу 8 приводится во вращение от вала барабана, и каретка перемещается вдоль оси барабана на один шаг навивки каната за каждый оборот барабана. У барабанов, имеющих винтовую канавку, для предотвращения выпадения каната из канавки при ослаблении натяжения применяются канатоукладчики, изображенные на рис. 4.7, д. Они состоят из кольца-гайки 9, перемещающейся при вращении барабана по его нарезке и по направляющей 3. Укладываемый канат проходит через окно в гайке.

Барабаны выполняются из чугуна или из стали и сварными из стали.

3.3 Блоки

Блоки для канатов изготовляют из стали литьем, сваркой или штамповкой. Последний метод наиболее рационален. Для литых блоков применяется сталь с механическими свойствами не ниже, чем у стали 45Л-II; для штампованных -- не ниже, чем у стали 45, и для сварных -- не ниже, чем у стали Ст.3. Ручей блока должен быть закален до твердости не ниже HRC 35 с глубиной закаленного слоя не менее 3 мм. Профиль ручья блока должен быть таким, чтобы канат беспрепятственно входил и выходил из него, а также чтобы канат соприкасался с ручьем по возможно большой площади. Размеры профиля ручья (рис. 4.8, а) должны соответствовать следующим соотношениям:

R= (0,53…0,56) d; H= (1,4…1,9) d; r=0,2d.

Рис. 4.8 Ручьи блоков: а -- профиль ручья; б, в -- ручьи, футерованные пластмассой; г -- ручей, футерованный алюминием

При соблюдении этих условий канат может отклоняться от плоскости симметрии ручья блока на угол не более 6°. С целью увеличения долговечности каната и блока рекомендуется не допускать отклонения каната более чем на 2°, а на уравнительных блоках более чем на 0,5°.

Блок подлежит замене при износе ручья на глубину 0,2 d, но не более 0,2 первоначальной толщины обода. Для повышения долговечности каната иногда применяют блоки с ручьем, футерованным пластмассой (рис. 4.8,б, в) или алюминием (рис. 4.8, г). Так, если принять износ каната на чугунном блоке за единицу, то на стальном блоке за этот же срок износ составит 110%, при футеровке алюминием 80%, а при футеровке капроном -- 40--50%. Все блоки полиспастной системы рекомендуется устанавливать на подшипниках качения с применением защитных уплотнений, предотвращающих загрязнения и утечку смазки.

4. Тормоза. Общие требования

Классификация тормозных устройств

Механизмы грузоподъемных машин обязательно должны быть снабжены надежными тормозными устройствами. В механизмах подъема обеспечивающими остановку груза и удержание его в подвешенном состоянии с заданным запасом торможения, а в механизмах передвижения и поворота -- торможение до полной остановки на установленной длине тормозного пути. Тормоза подъемно-транспортных машин повышают безопасность работы этих машин и их производительность.

Для повышения интенсивности работы механизма период торможения должен быть как можно меньше, однако при резком торможении на элементы привода действуют высокие динамические нагрузки, вызывающие нарушение соединений, повышенный износ муфт, подшипников, ходовых и зубчатых колес. При движении подъемно-транспортных машин резкое торможение может привести к юзу ходовых колес, расплескиванию жидкого металла, транспортируемого в ковшах, раскачиванию транспортируемого груза, вибрации металлических конструкций и другим нежелательным явлениям, что следует учитывать при определении тормозного момента и расчета элементов подъемно-транспортных машин.

Торможение механизмов с электрическим приводом можно осуществлять как электрическим, так и механическим способом. При электрическом торможении имеется возможность значительно уменьшить скорость к моменту замыкания тормоза. Однако и в этом случае механический тормоз остается единственным средством остановки механизма при прекращении подачи электроэнергии. Поэтому расчет механических тормозов в любом случае необходимо вести по полному значению тормозного момента.

Для определения тормозного момента должны быть известны:

1) характер и режим работы механизма;

2) конструктивные и расчетные данные механизма: масса транспортируемого груза, массы отдельных элементов, моменты инерции элементов механизма, скорости движения, передаточные числа и кпд передач и т. п.;

3) место тормоза в кинематической схеме механизма (значение тормозного момента различно в зависимости от передаточного числа передачи от рабочего органа, например барабана, до тормозного вала);

крутящий момент, действующий на тормозном валу при торможении и определяемый с учетом потерь в элементах механизма;

частота вращения тормозного вала;

при применении некоторых конструкций тормозов необходимо также знать направление вращения тормозного шкива.

Тормозные устройства подъемно-транспортных машин классифицируют по следующим признакам:

по конструктивному выполнению рабочих элементов: на колодочные тормоза -- с рабочим элементом в виде колодки, трущейся по наружной или внутренней поверхности тормозного барабана (шкива); ленточные -- с рабочим элементом в виде гибкой ленты, трущейся по тормозному барабану; дисковые -- с рабочим элементом в виде целого кольцевого диска или отдельных сегментных колодок и конические -- с рабочим элементом в виде

конуса. Последние две разновидности тормозов обычно объединяются в одну группу с замыкающей силой, действующей вдоль оси тормоза,-- тормоза с осевым нажатием;

по принципу действия: на автоматические тормоза (с электромагнитным, электрогидравлическим или электромеханическим приводом, а также замыкаемые весом транспортируемого груза и т. п.), замыкающиеся независимо от воли обслуживающего персонала одновременно с отключением двигателя механизма, на котором установлен тормоз, и управляемые тормоза, замыкание или размыкание которых производится обслуживающим персоналом при воздействии на орган управления;

по назначению: на стопорные тормоза, производящие остановку механизма, и спускные тормоза и регуляторы скорости, ограничивающие скорость движения в определенных пределах и действующие в течение всего периода работы соответствующего механизма;

4) по характеру действия силы, управляющей тормозом: на нормально закрытые тормоза, замыкание которых создается постоянно действующей силой (от пружины, весом специального замыкающего груза и т. п.), а размыкание, происходящее одновременно с включением привода механизма,-- при приложении силы управления тормозом (при выключении привода тормоз автоматически замыкается); нормально открытые тормоза, размыкаемые с помощью постоянно действующей размыкающей силы и замыкаемые при приложении силы управления тормозом; комбинированные тормоза, работающие в нормальных условиях как нормально открытые тормоза, а в аварийных условиях -- как тормоза, нормально закрытые действием внешней замыкающей силы.

Ко всем тормозам независимо от их конструкции предъявляются следующие основные требования: достаточный тормозной момент для заданных условий работы; быстрое замыкание и размыкание; прочность и долговечность элементов тормоза; простота конструкции, определяющая малую стоимость изготовления; удобство осмотра, регулирования и замены износившихся деталей; устойчивость регулирования, обеспечивающая надежность работы тормозного устройства; минимальный износ трущихся элементов; минимальные габариты и масса; ограниченная температура на поверхности трения, не превышающая предельную температуру для данного фрикционного материала.

Тормозной шкив обычно устанавливают на быстроходном валу механизма, где действует наименьший крутящий момент и, следовательно, требуется малый тормозной момент. В этом случае в качестве тормозного шкива можно использовать одну из полумуфт соединения двигателя с редуктором. Если в механизме применена! муфта с амортизирующим устройством (втулочнопалъцевая, пружинная и т. п.), то в качестве тормозного шкива следует использовать ту полумуфту, которая находится на валу редуктора.

4.1 Колодочные тормоза

В подъемно-транспортных машинах находит применение большое число разнообразных конструкций колодочных тормозов, состоящих из рычагов и двух колодок, диаметрально расположенных относительно тормозного шкива и различающихся в основном схемой рычажной системы. Торможение механизма с помощью колодочных тормозов происходит в результате создания силы трения между тормозным шкивом, связанным с одним из валов механизма, и тормозной колодкой, укрепленной на рычагах тормоза, установленного на металлоконструкции тележки или крана.

Рис. 5.1. Колодочные тормоза: а -- одноколодочный; б -- двухколодочный



В простейшем одноколодочном тормозе (рис. 5.1, а) тормозной рычаг длиной l нажимает колодкой на тормозной шкив с силой Р, благодаря чему на вращающемся шкиве возникает сила трения F = fN, противодействующая вращению механизма, где f -- коэффициент трения, имеющий для различных пар материалов следующие значения:

Пара трения Коэффициент

трения

Чугун и сталь по чугуну ……………………. 0,15

Тканая тормозная асбестовая лента по

чугуну и стали…………………………………… 0,35

Вальцованная лента по чугуну и стали . …………0,42

Пластмасса КФЗ, КФЗМ по чугуну ........................0,22

То же, по стали ………………………0,29

Горячеформованный фрикционный материал

(на каучуке) по чугуну и стали .............................0,32

Дерево по чугуну ………………………0,30

Дерево по стали ………………………0,25

Кожа по чугуну и стали ………………………0,20

Бронза по чугуну и стали…………………………0,17

Бронза по бронзе ………………………..0,18

Сталь по текстолиту………………………………..0,15

Сталь по фибре ………………………0,17

Если момент силы F больше момента движущей силы, действующей на том же валу, то скорость движения замедляется и движение прекращается.

Тормозной момент, создаваемый одноколодочным тормозом,



откуда необходимая сила нажатия колодки на шкив:

Сила Р, замыкающая тормоз, из условия равновесия рычага относительно его оси вращения равна:

Знаки « + » или «--» в уравнении определяются направлением вращения тормозного шкива. На рис. 5.1 зазор между колодкой и шкивом при наличии сил трения между ними показан условно для упрощения выявления на схеме действующих сил. При одноколодочном тормозе сила N нажатия колодки на шкив создает дополнительный изгибающий момент на валу, что приводит к увеличению диаметра вала и подшипников. Поэтому одноколодочные тормоза применяют весьма редко и только в ручных механизмах. Более широко применяют двухколодочные тормоза с тормозными колодками, шарнирно связанными с тормозным рычагом (рис. 5.1, б). Тормозной момент, создаваемый двухколодочным тормозом, равен сумме тормозных моментов, развиваемых каждой колодкой. Силы нажатия колодок на шкив определяют, как и для одноколодочного тормоза, из уравнений равновесия тормозных рычагов.

4.2 Ленточные тормоза

В ленточных тормозах тормозной момент создается в результате трения фрикционного материала, прикрепленного к гибкой стальной ленте, по поверхности цилиндрического тормозного шкива. При практических расчетах ленточных тормозов обычно используются зависимости Эйлера для гибкой нити, позволяющие установить соотношения между максимальным Т и минимальным t натяжениями концов ленты (рис. 5.2):

T = tefa.

При этом

T=Pefa/(efa-- I); t = P/(efa--1), где P = 2MT/D

--окружная сила; f-- коэффициент трения между шкивом и фрикционным материалом; а -- угол обхвата тормозного шкива лентой.

Из этих соотношений тормозной момент, развиваемый ленточным тормозом,

; где R=D/2.

Рис. 5.2 Схема действия сил в ленточном тормозе



Так как коэффициент трения входит в показатель степени экспоненциальной функции, то даже малое его изменение вызывает значительное изменение тормозного момента. Вследствие этого тормозной момент ленточного тормоза отличается неустойчивостью.

В приведенных выше зависимостях Эйлера предполагается, что нить является однородным, абсолютно гибким и невесомым телом и что на всем протяжении прилегания нити к цилиндру обеспечен плотный контакт. Поэтому эти зависимости дают достаточно хорошее совпадение расчетных величин с фактическими только при применении тонкой гибкой стальной ленты. При необходимости проведения уточненных расчетов следует учитывать влияние жесткости ленты.

Ширину ленты В назначают по допустимому давлению:

Действительное текущее давление р (рис. 5.2) между лентой и шкивом определяют по формуле:

...