Тема 3 Деталі і вузли вантажопідіймальних машин.

3.1 Поліспасти

3.1.1 Загальні відомості.

Поліспастами називають механізми, які представляють собою систему рухомих і нерухомих блоків, послідовно охоплених канатом, або ланцюгом. Поліспасти застосовують для виграшу в силі або у швидкості.

Поліспасти першого виду називають силовими поліспастами прямої дії, поліспасти другого виду – швидкісними поліспастами оберненої дії.

Застосування силових поліспастів зменшує зусилля натягу в тягових органах підйомної машини і як наслідок, приводить до зменшення габаритів і потужності приводу тягового барабана. Враховуючи цю властивість, у механізмах підйому вантажу, у механізмах переміщення кранового візка і зміни вильоту стріли з канатною тягою, застосовуються тільки силові поліспасти. В силових поліспастах швидкість підйому ватажу або переміщення візка та стріли менша лінійної швидкості тягового органу при намотуванні на барабан, тобто виграш у силі приводить до програшу у швидкості.

У деяких підйомних машинах, наприклад, в гідравлічних і пневматичних підйомниках, потрібно забезпечити значні швидкості переміщення вантажу при малих швидкостях тягового елемента привода (шток пневмо – або гідроциліндра). В цьому випадку застосовують швидкісні поліспасти.

Як уже було сказано вище, в поліспаст входять нерухомі і рухомі блоки. Нерухомим називається блок, вісь якого не переміщається разом з вантажем при його підйомі і опусканні.

Рухомим блоком називається блок, вісь якого переміщається разом з вантажем.

У залежності від числа віток тягового органу, які намотуються (набігають) на барабан силові поліспасти бувають двох типів: одинарні і здвоєні. При одинарному типі поліспаста на барабан набігає одна вітка тягового органу, при здвоєному - дві вітки.

Одинарні поліспасти застосовуються в тих випадках, коли тяговий орган намотується на барабан через направляючий блок, встановлений на металоконструкції або на кінці стріли ПМ.

Якщо тяговий орган намотується на барабан безпосередньо (механізми підйому кранів з візками), то необхідно забезпечити строго вертикальний підйом вантажу. В цих випадках застосовують здвоєні поліспасти, які складаються з двох одинарних поліспастів із зрівняльним блоком. Зрівняльний блок не обертається і призначений для вирівнювання довжин правої і лівої віток каната.

П риведемо деякі кінематичні схеми поліспастів. На рис.3.1 наведена схема силового одинарного поліспаста, на рис.3.2 – схема силового здвоєного поліспаста, на рис.3.3 – схема швидкісного поліспаста. На рис.3.4 наведено ще декілька кінематичних схем вантажопідіймальних машин.

1 –шток.

Рисунок 3.3 Кінематична схема швидкісного поліспаста.

а)

б)

в)

г)

д)

е)

є)

Рисунок 3.4 - Кінематичні схеми поліспастів вантажопідіймальних машин

3.1.2 Основні параметри поліспастів.

Основними параметрами поліспаста є передаточне відношення і_П, коефіцієнт корисної дії _П і максимальне cтатичне зусилля натягу каната F_СТ.МАХ.

Передаточне відношення і_П, яке ще називається кратністю поліспаста, для силових поліспастів визначається в напрямі передачі потужності від вала барабана до вантажозахоплюючого пристрою

(3.1)

де V₁ – швидкість підйому вантажу;

V_Б – швидкість каната, намотаного на барабан.

Н а рис.3.5 приведена схема силового одинарного поліспаста з картинами векторів швидкостей каната на блоках.

На рис.3.6 приведена схема силового здвоєного поліспаста з картинами векторів швидкостей каната на блоках.

а – схема поліспаста; б – картина векторів швидкостей рухомого блока 1; в - картина векторів швидкостей нерухомого блока 2; г - картина векторів швидкостей рухомого блока 3.

Рисунок 3.6 - Схема силового здвоєного поліспаста з картинами векторів швидкостей каната на блоках.

З рис. 3.5,б видно, що

(3.2)

де R₁ – радіус блока 1.

З рис. 3.5,г, при V₂=2V₁, BP_V=2P_VO₃. Враховуючи, що BP_V+P_VO₃=R₃, одержимо

(3.3)

Визначимо кратності поліспастів, рис.3.5 і 3.56

(3.4)

(3.5)

Як видно з формул (3.4) і (3.5), кратність поліспаста можна визначити за формулою

(3.6)

де Z_К – число віток тягового органу, на яких підвішений вантаж;

Z_Б –. число віток тягового органу, які набігають на барабан.

Для силових одинарних поліспастів - Z_Б=1, для здвоєних - Z_Б=2.

Н а рис.3.7 приведена схема силового здвоєного поліспаста з трьома рухомими блоками. Для такого поліспаста середній рухомий блок є зрівняльним (нерухомим).

Рисунок 3.7 - Схема силового здвоєного поліспаста з трьома рухомими блоками та картинами векторів швидкостей каната на блоках.

Кратність такого поліспаста визначається за формулами

(3.7)

(3.8)

Як видно з рис. 3.6 і 3.7 в здвоєних поліспастах зрівняльні (нерухомі) блоки завжди розміщуються по осі симетрії поліспаста, а найбільш зручною формулою для визначення кратності поліспаста є формула (3.6).

Для визначення передаточного відношення швидкісного поліспаста розглянемо рис.3.8 на приведена схема швидкісного поліспаста з картинами векторів швидкостей каната блоках.

Згідно цього рисунка кратність поліспаста визначається за формулою

, (3.9)

де V_Ш – швидкість руху штока привода.

Визначимо кратність швидкісного поліспаста через відношення віток каната. Кількість віток каната, на яких підвішений вантаж, для швидкісного поліспаста завжди рівна 1, тобто Z_К=1. Кількість віток каната, які переміщають шток привода, рівна 4, Z_Ш=4.

По аналогії з силовими поліспастами, при Z_Б  Z_Ш, за форму-лою (3.6) одержимо

(3.10)

Для визначення коефіцієнта корисної дії силового одинарного поліспаста, на рис.3.9, приводимо його розгорнуту схему

Коли поліспаст знаходиться в стані спокою то зусилля в кожній вітці каната рівне

(3.11)

При підійманні вантажу внаслідок втрат від сил тертя в опорах блоків і сил опору, які виникають при згині каната або ланцюга певної жорсткості, розподіл зусиль між вітками каната нерівномірний.

При підійманні вантажу

F₁>F₂>…>F_Z (3.12)

а – схема поліспаста; б – картина векторів швидкостей рухомого блока 1; в - картина векторів швидкостей нерухомого блока 2; г - картина векторів швидкостей рухомого блока 3.

Рисунок 3.8 - Схема швидкісного поліспаста з картинами векторів швидкостей каната на блоках.