Выбор кинематической схемы механизма
Механизм подъема грузовых машин и установок состоит в основном из следующих узлов: привода, передаточного устройства, исполнительного органа, тормоза, приборов и устройств безопасности. В настоящее время разработан ряд унифицированных узлов грузоподъемных машин (барабаны, редукторы, колодочные и ленточные тормоза, средства и устройства безопасности и т.д.), которые позволяют компоновать из них механизмы, имеющие различные технические характеристики.
Примеры возможных кинематических схем механизма приведены на рисунке 2.1.
При разработке кинематической схемы необходимо решить вопрос о применении типа полиспаста. Полиспастом называют совокупность подвижных и неподвижных блоков, огибаемых гибким органом, предназначенную для выигрыша в силе (силовые полиспасты) или в скорости (скоростные полиспасты). В грузоподъемных машинах и установках наибольшее распространение нашли силовые полиспасты, которые подразделяются на одинарные и сдвоенные.
В сдвоенных полиспастах оба конца каната закрепляются на барабане, имеющем правую и левую нарезку. При подъеме или опускании груза одновременно наматываются или сматываются оба конца каната, обеспечивая равномерность нагрузки на опоры и металлоконструкцию. Они нашли широкое применение в мостовых, козловых и консольных кранах.
| 
|
а) со сдвоенным полиспастом; б) с одинарным полиспастом
|
|
|
1 – привод; 2 – зубчатая муфта; 3 – тормоз; 4 – редуктор; 5 – упругая муфта;
6 – барабан; 7 – канат; 8 – крюковая подвеска 9 – уравнительный балансир,
10 – шкив - полумуфта.
Рисунок 2.1. Кинематические схемы механизмов подъема:
В одинарных полиспастах один конец каната закрепляют на барабане, а второй на крюковой подвеске или на неподвижной опоре. При подъеме или опускании груза канат наматывается или сматывается с барабана. При этом усилие от натяжения каната смещается вдоль оси барабана, вызывая нежелательные изменения нагрузки на опоры. Кроме того, в одинарных полиспастах не обеспечивается строго вертикальный подъем груза, имеется большое стремление к закручиванию крюковой подвески.
Основной характеристикой полиспаста является его кратность (передаточное число), которая определяется как отношение числа ветвей, на которых висит груз к числу ветвей, наматываемых на барабан:
ап=n0/nб, (2.3)
где ап – кратность полиспаста, n0 – число ветвей каната, на которых висит груз; nб – число ветвей каната, наматываемых на барабан.
Так как в начале проектирования трудно сразу установить параметры полиспаста, то при выборе его кратности ап можно пользоваться рекомендуемыми значениями кратности в зависимости от грузоподъемности, приведенными в таблице 2.3.
|
|
|
При больших грузоподъемностях (свыше 50 т) кратность сдвоенных полиспастов в соответствии с рекомендациями [6] можно принимать равной:
при 80 и 200 т – 4; при 100 и 250 т – 5;
при 125 т – 6; при 160 и 320 т – 8.
Таблица 2.3 - Типы и кратность крановых полиспастов
| Характер навивки каната на барабан | Тип полиспаста | Кратность полиспаста ап, при грузоподъемности, т | ||||
| до 1 | 2…6 | 10…15 | 20…30 | 40…50 | ||
| Непосредственно | Сдвоенный | 2 | 2 | 2;3 | 3;4 | 4;5 |
| Одинарный | 1 | 2 | – | – | – | |
| Через направляющие блоки | Одинарный | 1; 2 | 2; 3 | 3; 4 | 5; 6 | – |
| Сдвоенный | – | 2 | 2; 3 | – | – | |
Полиспаст, как и всякий механизм, имеет коэффициент полезного действия (КПД), зависящий от типа подшипников и кратности полиспаста (см. таблицу 2.4).
Таблица 2.4 - Значения КПД полиспаста ηп
| Тип подшипника | Кратность полиспаста | |||||||
| 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 8 | 10 | 12 | |
| скольжения | 0,98 | 0,96 | 0,94 | 0,92 | 0,90 | 0,86 | 0,82 | 0,78 |
| качения | 0,99 | 0,98 | 0,97 | 0,96 | 0,95 | 0,93 | 0,91 | 0,89 |
Выбор стальных канатов и
Грузозахватных устройств
Канаты
|
|
|
Стальные канаты
В погрузочно-разгрузочных машинах в качестве грузонесущих и тяговых элементов широко применяются канаты и цепи.
Грузоподъемные машины и установки оснащаются стальными канатами в силу их неоспоримых преимуществ: высокая прочность, хорошая гибкость, способность работать при больших скоростях, хорошее восприятие динамических нагрузок, надежность в эксплуатации и др.
Пеньковые и хлопчатобумажные канаты допускаются к применению в качестве чалочных (для обвязки груза и подвешивания его к крюку).
Стальные канаты, применяемые в качестве грузовых, стреловых, несущих, тяговых и чалочных, должны соответствовать государственным стандартам и иметь сертификат (свидетельство) завода-изготовителя об их испытании.
В соответствии с ГОСТ 3241 канаты подразделяются на следующие типы:
Г – грузовые, применяемых в устройствах, служащих для транспортирования грузов и других целей;
ГЛ – грузолюдские, применяемые в устройствах, служащих для транспортирования людей и грузов. Эти канаты должны изготавливаться только из проволоки марки В, обладать наилучшими механическими свойствами;
Б – бензольные, служащие для перевязок.
Кроме того, стальные канты подразделяются:
|
|
|
а) по форме поперечного сечения на круглые и плоские (форма поперечного сечения близка к форме прямоугольника);
б) по конструктивному признаку – одинарной свивки (спиральные) состоящие из проволок свитых по спирали в один или несколько концентрических слоев; двойной свивки, у которых сначала проволочки свивают в пряди, а затем пряди свиваются в канат вокруг центрального сердечника в один или несколько концентрических слоев; тройной свивки, состоящих из свитых стренг (канатов двойной свивки);
в) по форме поперечного сечения прядей – круглопрядные и фасоннопрядные с формой поперечного сечения, отличающейся от круглой (трехгранной, овальной и т.п.);
г) по типу прядей и спиральных канатов:
ТК – с точечным контактом проволок между слоями (проволоки одного слоя касаются проволок смежных слоев в одной точке);
ЛК – с линейным касанием проволок (проволоки одного слоя касаются проволок смежных слоев по всей длине проволоки), которые в свою очередь имеют несколько разновидностей:
ЛК-О – с одинаковым числом и диаметром проволочек в слое;
ЛК-Р – с разным числом и диаметром проволочек в слое;
ЛК-Ро – с проволочками разного и одинакового диаметров по отдельным слоям пряди;
ЛК-З – между слоями проволочек размещены заполняющие проволочки меньшего диаметра.
ТЛК-О и ТЛК-Р – с комбинированным точечно-линейным касанием проволок
Канаты типа ЛК по сравнению с ТК имеют большую гибкость, лучшее заполнение поперечного сечения металлом, выше долговечность в 1,5 – 1,8 раза, но дороже в изготовлении. Объединение достоинств обоих типов канатов осуществлено в канатах типа ТЛК.
д) по материалу сердечника – с органическим сердечником (ОС); с металлическим мягким сердечником из проволоки, имеющей временное сопротивление разрыву не более 900 МПа (МСМ); с металлическим сердечником из канатной проволоки (МС); с асбестовым сердечником; с сердечником из искусственных материалов (пластмасс и пр.). Наибольшее распространение получили канаты с органическим (пеньковым) сердечником, который пропитывается смазкой, что уменьшает износ каната и увеличивает его гибкость. Асбестовые сердечники используют в канатах при работе грузоподъемных машин и установок в горячих и металлургических цехах. Канаты с металлическим сердечником применяют в случаях многослойной навивки каната на барабан.
е) по способу свивки – раскручивающиеся (Р) и нераскручивающиеся (Н). У нераскручивающихся канатов пряди и проволоки сохраняют свое положение после снятия перевязок с конца каната, а у раскручивающихся не сохраняют;
ж) по направлению свивки – правого и левого направления;
з) по сочетанию направления свивки элементов каната – крестовой и односторонней (О) свивки. Если направления свивки прядей и каната совпадают, то получается канат односторонней (параллельной) свивки. Если направления свивки не совпадают, то получают канат крестовой свивки. Выпускаются также канаты комбинированной свивки. На практике наибольшее применение нашли канаты крестовой и комбинированных свивок.
Правое или левое направление свивки каната необходимо учитывать при креплении каната на барабане и направлении его вращения. Для увеличения прочности и долговечности каната при наматывании его на барабан должно происходить дополнительное подкручивание.
и) по степени крутимости – крутящиеся, с одинаковым направлением свивки всех прядей и малокрутящиеся, многопрядные с противоположным направлением свивки прядей по слоям каната (МК);
к) по механическим свойствам проволоки: В – из проволоки марки В; I – из проволоки марки I; II – из проволоки марки II и Б – из бензольной проволоки. Для грузоподъемных машин и установок канаты изготавливают из проволоки диаметром 0,2…3 мм марок В и I.
л) по виду покрытий проволок и каната – из светлой проволоки, оцинкованной проволоки и с покрытием искусственными материалами всего канта и прядей.
Канаты из оцинкованной проволоки различают
ЛС – с тонким цинковым покрытием для легких условий работы;
СС – со средним цинковым покрытием для средних условий работы
ЖС – с толстым цинковым покрытием для жестких условий работы.
В сухих помещениях применяют канаты, изготовленные из светлых (без покрытия) проволочек, а в сырых помещениях – из оцинкованных проволочек. Последние являются коррозионно-стойкими, но прочность их снижается примерно на 10 %. Оцинкованные проволочки слабо сопротивляются действию кислот, что необходимо учитывать при выборе каната в условиях химического производства.
Канаты являются наиболее ответственными и в то же время наиболее быстро изнашиваемой деталью грузоподъемной машины. Обрыв грузовых и несущих канатов может быть причиной аварий и тяжелого травматизма. В связи с этим правилами Госгортехнадзора регламентированы наименьшие допустимые запасы прочности каната (nk).
При выборе каната вначале определяют максимальное статическое усилие в канате, которое определяют по формуле:
, (3.1)
где G – вес номинального груза; q - вес крюковой подвески; Zк.б – число ветвей каната, навиваемых на барабан; ап – передаточное число (кратность) полиспаста; ηп – КПД полиспаста; ηн.б – КПД направляющих (обводных) блоков.
Вес крюковой подвески принимается по справочным таблицам [6] или ориентировочно рассчитывается по зависимостям:
q = 15·G – для одноблочных подвесок;
q = 20·G – для двух – и трехблочных подвесок,
здесь q – в Н, G – в кН.
Выбор типа каната осуществляют в зависимости от конкретных условий эксплуатации грузоподъемного устройства и способа крепления груза к канату. На грузоподъемных машинах общего назначения при однослойной навивке на барабан рекомендуется применять шестипрядные стальные канаты двойной свивки с одним органическим сердечником, имеющие предел прочности проволоки при растяжении σв=1666…1960 МПа, следующих типов:
ЛК-Р 6×19(1+6+6/6)+1 ос ГОСТ 2688-80;
ЛК-РО 6×36(1+7+7/7+14)+1 ос ГОСТ 7668-80.
В условиях абразивного износа предпочтительнее канаты с меньшим числом проволок, т.е. 6×19, по сравнению с канатами, у которых число проволок 6×36 или 6×37.
Типоразмер каната выбирают из условия – произведение максимального статического усилия в канате на коэффициент запаса прочности не должно превышать разрывного усилия каната в целом, указанного в таблице ГОСТа:
Smax∙nk ≤ Sр, (3.2)
где nk – коэффициент запаса прочности каната, выбираемый по таблице 3.1; Sр – разрывное усилие каната в целом.
Выбранный типоразмер каната необходимо поверить на соотношение между диаметром каната и диаметром блока крюковой подвески (если они были выбраны ранее), которое имеет вид:
Dбл≥dк∙е, (3.3)
где Dбл – диаметр блока, измеряемый по средней линии навитого каната (Dбл= Dбл.0 + dк); dк – диаметр каната; е – коэффициент, регламентируемый нормами Госгортехнадзора и зависящий от типа машины и режима работы, выбираемый по таблице 3.2; Dбл.0 - диаметр блока по дну ручья.
Таблица 3.1 - Наименьший допускаемый коэффициент запаса прочности канатов.
| Назначение канатов | Привод | Группа режима работы | Допускаемые значения nk |
| Грузовые* и стреловые | Ручной | 1 | 4,0 |
| Машинный | 1; 2; 3 | 5,0 | |
| 4 | 5,5 | ||
| 5 и 6 | 6,0 |
Примечание: *Грузовые канаты на кранах, предназначенных для подъема и транспортирования расплавленного металла, жидкого шлака, ядовитых и взрывчатых веществ, должны выбираться с коэффициентом запаса прочности не менее 6.
Таблица 3.2 - Минимальные значения коэффициента е
| Тип грузоподъемной машины | Тип привода | Группа режима работы | е |
| Электрические тали | Машинный | – | 22 |
| Стреловые краны | Машинный | 1; 2; 3 | 16 |
| 4 | 18 | ||
| 5 | 20 | ||
| Все виды за исключением лебедок, талей, стреловых кранов, электроталей и лебедок | Ручной | 1 | 18 |
| Машинный | 1; 2; 3 | 20 | |
| 4 | 25 | ||
| 5 | 30 | ||
| 6 | 35 | ||
| Лебедки для подъема груза | Ручной | – | 12 |
| Машинный | – | 20 |
Если соотношение (3.3) не выполняется, то нужно выбрать канат другого диаметра с соблюдением условия прочности (3.2). При этом можно изменить маркировочную группу или принять другой тип каната. Если условие (3.3) продолжает не выполняться, можно принять крюковую подвеску с большим числом блоков, что приведет к изменению кратности полиспаста, уменьшению усилия и диаметра каната. Можно не изменять число блоков, а увеличить их диаметр, но при этом потребуется спроектировать специальную канатную подвеску.
Выбрав канат, необходимо выписать его основные параметры: условное обозначение типа, условное обозначение типоразмера, диаметр каната, марку проволоки, расчетную площадь сечения всех проволок Fк, маркировочную группу, вид покрытия поверхности проволоки, направление свивки каната, сочетание направлений свивки элементов, способ свивки каната.
Пример 1
Подобрать канат для растяжки, если известно, что усилие в ней равно S=45 кН.
Находим разрывное усилие R. Коэффициент запаса прочности для растяжек равен K = 3,5. Тогда R=S·K=45000·3,5 = 157500 Н.
Поскольку для растяжек рекомендуется жёсткий канат, то принимаем канат двойной свивки ЛК-Р 6×19+1 ос. ГОСТ 2688-80 диаметром 18 мм с пределом прочности проволок на разрыв 1570 Н/мм2 с допустимым разрывным усилием каната 165200 Н, что больше 157500 Н.
Пример 2
При подъёме груза через грузовой блок диаметром 225 мм возникает усилие в канате, идущем на лебёдку S=17 кН. Лебёдка приводная, работающая в среднем режиме.
Определяем R = 1 7000·5,5 = 93500 Н. Выбираем гибкий канат двойной свивки типа ЛК-3 конструкции 6×25+1 ос по ГОСТ 7665-80 диаметром 14,5 мм с пределом прочности проволок 1570 Н/мм2, R=102500 > 93500 Н.
Проверяем допустимый диаметр изгиба
D = d·(e - 1) = 14,5·(18 - 1) = 246,5 > 22 5 мм.
Диаметр каната выбран неправильно. Принимаем канат
ЛК-3 6×25+1 ос. по ГОСТ 7665-80, но с пределом прочности проволок 1960 Н/мм2 диаметром 13 мм, для которого R = 97200 > 93500 и
D = 13·(18 - 1) = 201 мм < 225 мм.
Пример 3
Имеется канат диаметром 11,5 мм. Из сертификата на этот канат известно, что пряди каната свиты из проволок с пределом прочности 1960 Н/мм2, а конструкция каната ТЛК-О 637+1ос. ГОСТ 3073-80. Требуется определить допустимую нагрузку на этот канат, если использовать его для подъёма люльки с людьми и допустимый диаметр блоков.
Определяем, что для указанного каната с диаметром 11,5 мм разрывное усилие R=77550 Н.
Допустимая нагрузка на канат составит
S = R/K = 77550/9 = 8617 Н.
Допустимый диаметр роликов блоков и барабана лебёдки должен быть больше D > d·(e - 1) > 11,5·(25 - 1) > 276 мм (коэффициенты "K" и "е" определены по справочным таблицам).
Пеньковые канаты
Пеньковые канаты применяются при монтаже для вспомогательных целей в качестве оттяжек, для подъёма вручную через блоки небольших грузов и т.п.
Канаты выпускаются бельные и смольные. Бельные канаты гибкие, обладают большей прочностью, но пригодны к работе в сухих помещениях, так как подвержены, при большой влажности, загниванию; прочность их при раз-мокании резко снижается.
Смольные канаты пропитываются горячей смолой, поэтому не боятся влаги, но их прочность меньше, чем бельных канатов. Изготавливаются кана-ты из пеньковых нитей, свитых в каболки, а каболки свиты в пряди. Данные о стандартных трёхпрядных пеньковых канатах представлены в справочных таблицах.
Расчёт пеньковых канатов производится аналогично расчёту стальных канатов.
R > S·K
где R-разрывное усилие каната, Н; S-усилие в ветви каната, Н;
K-коэффициент запаса прочности, принимаемый для пеньковых канатов равным 8.
Пример
Усилие в ветви каната, который используется во влажном помещении для подъёма груза весом 1500 Н. Определить диаметр смольного каната.
Определяем необходимое разрывное усилие в канате.
R = 1500·8 = 12000 Н.
По справочным таблицам находим диаметр 15,9 мм смольного каната с разрывным усилием 12570 Н, что больше 12000 Н.
Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 557; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!