11. Конструкции блоков и звёздочек.

Блоки

По конструкции блоки подразделяют на блоки для канатов, сварных и пластинчатых пеней. В последнем случае блоки называют звездочками. В подъемном механизме блоки применяют как для изменения направлении гибкого органа (отклоняющие и направляющие блоки), так и в качестве деталей по­лиспаста, который вводится с целью уменьшить натяжение в канате.

Блоки бывают неподвижные, подвижные и уравнительные. Конструкции подвижных и неподвижных блоков одинаковы.

Конструкция блоков должна обеспечивать спокойное набегание на них тягового органа (цепи или каната). Кроме того, профиль ручья блоков должен иметь достаточную глубину, чтобы исключалось выпадение тягового органа из ручья.

При огибании блока гибким канатом сечение каната деформирует­ся, расширяясь в направлении оси блока. Чтобы избежать заклинива­ния каната в ручье блока, ручей изготовляют с увеличенной шириной (немного больше диаметра каната).

Блоки для сварных цепей имеют специальные гнезда, выполненные по окружности блока в соответствии с шагом цепи. В эти гнезда укла­дывается цепь.

Блоки больших диаметров можно изготовлять литыми или сварными. Для литых блоков, предназначенных для кранов с тяжелым режимом ра­боты, в качестве материала рекомендуется стальное литье марок 25Л1 и 35Л по ГОСТ 977—65. Для кранов, работающих в легком и среднем режимах, блоки изготовляют чугунными марок СЧ12-28, СЧ15-32 по ГОСТ 1412—70 или СЧ28-48 по ГОСТ 1412—70. Неболь­шие блоки диаметром до 350 мм можно изготовлять штамповкой из стали марки Ст. 3. Рабочая поверхность ручья блоков и ступицы под­вергается механической обработке.

Блоки для сварных цепей по окружности имеют гнезда, выполнен­ные в соответствии с шагом цепи. В эти гнезда укладываются звенья цепи. По назначению блоки различают направляющие, урав­нительные и приводные.

Направляющие блоки служат для изменения направления движения каната. Уравнительные блоки применяют в сдвоенных полиспастах для выравнивания натяжений каната в обоих одинарных полиспастах. Приводные блоки используют вме­сто барабанов в подъемных лебедках лифтов и в приводных уст­ройствах канатных дорог, где для навивки каната большой длины потребовались бы барабаны значительных размеров.

Звездочки

Если тяговым органом является сварная или пластинчатая цепь, то тогда тяговым устройством являются звездочки различных конструкций.

В звездочках для сварных калиброванных цепей обод снабжен гнездами, соответствующими форме звена. В гнездо ло­жатся звенья, плоскость которых параллельна оси звездочки. Звенья, расположенные в другой плоскости, лежат в кольцевой канавке звездочки, не сцепляясь с нею.

Наименьшее конструктивно возможное число зубьев звездочки Z=5÷7, причем с увеличением натяжения цепи его увеличивают до 10.

13. Шарнирные (пластинчатые) цепи

Шарнирные цепи по конструкции совершеннее сварных и, как следствие этого, имеют меньший удельный износ и большее постоянство шага по сравнению со сварными цепями. Шарнирные цепи более гибкие, наибольшее применение находят в машинах непрерывного транспорта, чему особенно благоприятствуют удобство крепления к их звеньям грузонесущих деталей, отсутствие пробуксовки и большая гибкость.

Наиболее просты по конструкции грузовые шарнирные пластинчатые цепи, состоящие из стальных пластин, соединенных между собой стальными цилиндрическими пальцами. Число пластин в звене зависит от грузоподъемности цепи и может изменяться от 2 до 12.

Пластинчатые грузовые цепи применяют главным образом в грузоподъемных машинах с ручным приводом. Пластинчатые цепи изготовляют четырех типов, которые отличаются диапазоном размеров шага, числом пластин и способом закрепления пластин на вилке.

Шарнирные пластинчатые цепи состоят из параллельно размещенных стальных пластин, соединенных попарно стальными валиками через определенные промежутки, называемые шагом. По конструктивным признакам шарнирные пластинчатые цепи различают простые втулочные, втулочно-роликовые и специальные. Число пластин цепи возрастает с увеличением ее расчет­ной разрушающей нагрузки. Применяются следующие способы крепления пластин шарнирных цепей на валиках: путем расклепки его концов, расклепки концов на шайбе вполупотай, впотай, шплинтом, шплинтом с шайбой, кольцом со шплин­том.

Последние три способа крепления применяют для цепей, рассчитанных на большие нагрузки. Это крепление удобно тем, что цепь можно легко разобрать.

Крепление цепей к какому-нибудь предмету осуществляется с помощью специальных концевых штырей или звеньев.

Шарнирные цепи обладают гибкостью только в плоскости, перпен­дикулярной осям шарниров, не допуская изгибов в плоскости шарниров. Надежность шарнирных цепей, вследствие отсутствия сварки и применения качественных сталей, значительно выше, чем сварных.

14. Лебёдки.

Для подъема, опускания и подтягивания грузов во многих случаях применяют самостоятельные несложные по кинематике механизмы, называемые лебедками. Лебедки более сложных конструкций являются составной частью сложных машин - кранов, лифтов, экскаваторов.

Лебедки, устанавливаемые на полу стенах и на колоннах, называются стационарными. Лебедки на тележках называются передвижными.

В зависимости от числа барабанов лебедки бывают одно-, двух- и трехбарабанными. Тяговым органом в лебедках служат стальные канаты, реже — цепи.

Механизмы подъема лебедок должны быть снабжены автоматически действующими грузоупорными тормозами или безопасными рукоятками в соответствии с требованиями Госгортехнадзора.

Лебедки бывают тяговые и подъемные. В конструкцию лебедки входит ворот и дополнительная передача в приводе. В вороте груз поднимается гибким элементом , наматываемым на барабан. Барабан, закрепленный на валу, вращается с помощью рукоятки. Передаточное отношение ворота невелико; оно равно отношению радиуса приводной рукоятки l к радиусу R барабана, поэтому и грузоподъемность ворота незначительна. В лебедках любое тяговое усилие достигается увеличением передаточного отношения дополнительной передачи, устанавливаемой между валом барабана и рукояткой.

Рисунок 12.1. Рисунок 12.2. Схема Рисунок 12.3. Схема

Схема ворота тяговой лебедки подъемной лебедки

В тяговой лебедке груз подтягивают гибким элементом, наматываемым на барабан, который вращается рукояткой через зубчатую или червячную передачу. Тяговые лебедки используют для перемещения груза по плоскости или по направляющим.

Подъемная лебедка по конструкции аналогична тяговой, для подъема свободно подвешенного или движущегося в направляющих груза используют отклоняющий блок.

Лебедки изготовляют с ручным и машинным приводами. В качестве передачи используются цилиндрические зубчатые колеса, реже — червячные, фрикционные и цепные передачи. Лебедки с приводом от электродвигателя называют электролебедками.

Силовой расчет лебедки. При натяжении каната S и радиусе барабана R_б момент на валу барабана определится из выражения:

Крутящий момент на валу рукоятки: М_k=P_paб l, H/cм, (12.1)

где P_paб — сила рабочего, H;

l— плечо рукоятки, см.

Передаточное число лебедки с ручным приводом, по которому выбирают тип передачи, определится по формуле:

где η— к. п. д. лебедки.

К. п. д. лебедок с одинарной зубчатой передачей η= 0,83, с двойной η=0,8, с тройной η= 0,73.

Число оборотов выходного вала ,где υ_p — скорость движения руки рабочего (окружная скорость), м/мин.

В среднем человек способен развивать мощность около 10,7 H/сек. Усилие на рукоятке при расчетах принимается: 1) длительная работа (более 15 мин) - P_paб= 120 H при окружной скорости рукоятки v_p=0,9÷1м/с;

2) кратковременная работа (менее 5 мин) —P_paб= 200 H при окружной скорости рукоятки υ_p = 0,7÷0,8 м/с. При работе нескольких рабочих учитывается несогласованность их действий. Сумма усилий нескольких рабочих равна:

, H (12.2)

где φ— коэффициент несогласованности;

n — число рабочих.

Коэффициент несогласованности для двух рабочих принимается 0,8; для трех 0,75; для четырех — 0,7.

Стержень рукоятки рассчитывается на прочность от усилия величиной 800 H.

Опасное сечение в стержне ручки находится на расстоянии l₁=(0,7÷0,8) l от заделки. Тогда изгибающий момент в опасном сечении:

Напряжение изгиба:

(12.3)

где d - диаметр стержня в месте заделки;

= 800÷1000 кгс/см² для стали Ст.3.

Основные характеристики лебедки — подъемное или тяговое усилие гибкого элемента на барабане, скорость его перемещения, мощность привода.

Для всех лебедок величина подъемного или тягового усилия находится в прямой зависимости от величины внешней нагрузки, приложенной к гибкому элементу. В подъемных и грузовых лебедках это усилие определяют по величине силы тяжести груза и грузозахватного приспособления с учетом кратности полиспаста, к. п. д. направляющих блоков и самого полиспаста. Тяговое усилие промысловых и тяговых лебедок определяют по величине статического сопротивления передвижению груза, части грузоподъемной машины или орудий лова.

Статическая мощность двигателя лебедки при внешней нагрузке Q_n, приложенной к гибкому органу,

Вт или кВт, (12.4)

где υ — скорость подъема или перемещения груза, м/с;

η₀—общий к. п. д. лебедки.

Величину приведенного махового момента GD² определяют по уравнению; указания по определению среднего пускового момента двигателя М_п.ср приведены в гл. 10. Статический момент на валу двигателя при подъеме (перемещении) груза

, Н·м (12.5)

где М_б — статический момент на валу (оси) барабана;

S— натяжение (или разность натяжений) гибкого элемента (каната или цепи), соответствующее расчетной внешней нагрузке .

m— число ветвей гибкого элемента, набегающих на барабан (для одинарного полиспаста m = 1, для. сдвоенного m = 2);

D_б —диаметр барабана по оси каната, м;

i— общее передаточное число лебедки.

Для подъемной лебедки с простым цилиндрическим барабаном при кратности полиспаста i_п

, Н (12.6)

Для тяговых лебедок с закреплением одного конца каната на барабане и для подъемных без полиспаста S = Q.

Для тяговых лебедок с двумя закрепленными на барабане концами каната и для фрикционных лебедок:

S = S_н – S_с,

где S_н и S_с— усилия в набегающей и сбегающей ветвях гибкого элемента.

Число оборотов барабана в минуту:

где υ — скорость выборки гибкого элемента, м/с.

При спуске груза все к. п. д. в вышеуказанных формулах переходят в числитель, так как силы трения уменьшают момент, создаваемый силой тяжести груза.

Тормозной момент на валу тормоза подъемной лебедки определяют из условия удержания неподвижно висящего груза с коэффициентом запаса торможения k_т:

(12.7)

где М_т - статический момент от силы тяжести груза на валу тормоза при торможении;

i и η — передаточное число и к, п. д. передач от вала барабана к валу тормоза.

Величина k_т устанавливается нормами Госгортехнадзора в зависимости от режима работы лебедки: для режима Л k_т =1,5, для режима С k_т = 1,75, для режимов Т и ВТ k_т =2,0; при ручном приводе k_т =1,5

Выбранный тормоз проверяют на время торможения, пользуясь уравнением моментов для процесса торможения:

М_т ± М_ст^(т) = М_д^(т)

где М_т — номинальный тормозной момент, развиваемый выбранным тормозом;

М_ст^(т) — статический момент от груза при торможении;

М_д^(т)— динамический момент (момент сил инерции) при торможении.

(12.8)

Знак момента М_ст^(т) зависит от направления движения груза перед торможением. В случае торможения поднимающегося груза момент от силы тяжести последнего на тормозном валу способствует остановке механизма и поэтому суммируется с моментом, развиваемым тормозом (знак +); при торможении спускающегося груза этот момент противодействует остановке и в сумме с динамическим должен быть уравновешен тормозным моментом (знак —). Подставляя в формулу значение М_Д получают:

, с (12.9)

Как видно, при торможении поднимающегося груза (знак +) время торможения значительно меньше, чем при торможении спускающегося

(знак — ).

Тормозной момент М_т на валу тормоза тяговой лебедки определяют по формуле (12.7); знак момента М_ст^(т) положительный, так как в этом случае силы сопротивления перемещению способствуют торможению; величину динамического момента определяют, принимая продолжительность торможения в соответствии с рекомендациями. Тогда

М_т = М_д^(т) -М_ст^(т)

Детали лебедки (кроме стандартных узлов) рассчитывают на усталостную прочность по первому расчетному случаю и на статическую прочность по второму.

На конструктивные и эксплуатационные качества существенно влияет система соединения барабана с редуктором.

В тихоходных или редко используемых лебедках применяют открытые передачи, преимущественно для передачи крутящего момента на барабан. Зубчатое колесо закрепляется на валу барабана (рис. 12.4, в) или непосредственно на барабане (рис. 12.4, г); в последнем случае ось барабана работает только на изгиб и может быть как подвижной, так и неподвижной. Если остальные передачи закрытые, то ведущую шестерню закрепляют консольно на выходном валу редуктора либо с целью уменьшения нагрузок на подшипники и улучшения условий работы передачи применяют систему «плавающего» вала; иногда применяют редуктор с выносным подшипником.

Если необходимо обеспечить свободный спуск груза (при больших высотах), то, кроме стопорного, устанавливают центробежный тормоз, ограничивающий скорость спуска. В этом случае нормально замкнутый стопорный тормоз снабжают растормаживающим механизмом с ручным приводом либо применяют кнопочное управление тормозным электромагнитом или электрогидротолкателем.