Глава 2. Складові частини машин безперервної дії

2.1. Гнучкі тягові органи

У транспортуючих машинах, котрі застосовуються на підприємствах харчової і зернопереробної промисловості, як тягові органи застосовуються головним чином канати, зварні і пластинчасті ланцюги і стрічки. В окремих випадках (в даний час дуже рідко) використовуються прядивні канати.

Канати (рис. 2.2) працюють з відносно великими швидкостями, з різним по величині і характеру прикладання навантаженням, проходять велику кількість перегинів при охопленні блоків і при навиванні на барабан (у якості підйомних і тягових органів вантажопідйомних машин), часто використовуються в абразивному середовищі.

Стальні канати повинні мати високу гнучкість, достатню міцність, надійність і довговічність. Канати виготовляють із сталевого оцинкованого дроту діаметром від 0,2 до 2…3 мм залежно від розрахункової межі міцності на розтягування (до 200 МПа).

За родом звивання дроту в пасмах канати бувають типу ТК (з точковим контактом окремих дротин між шарами пасм) і ЛК (з лінійним контактом). Ці пасма можуть бути виготовлені з дроту однакового (канат типу О) або різного (канат типу Р) діаметра по окремих шарах.

Канати з лінійним контактом мають краще заповнення січення, більш гнучкі, більш зносостійкі і витримують більше число перегинів. Через краще заповнення січення ці канати мають дещо менший діаметр при тому ж розривному зусиллі, ніж канати типу ТК. Канати з точковим контактом використовують при ненапружених режимах роботи.

Канати можуть бути одностороннього і хрестового звивання (рис. 2.2). При односторонньому звиванні напрям навивання дроту в пасмах і навивання пасм в канаті співпадають, при хрестовому звиванні ці напрямки протилежні.

Канати одностороннього звивання мають більш рівну поверхню, площа січення більш повно заповнена, вони більш гнучкі і надійні, ніж канати хрестового звивання. Вони менше зношуються, термін служби їх на 25…50 % більший, ніж канатів хрестового звивання. Однак канати хрестового звивання менше здатні до скручування і можуть використовуватися не тільки при одношаровому, але й при багатошаровому навиванні на барабан у вантажопідйомних машинах.

Канати зі стальним сердечником використовують при багатошаровому навиванні на барабан. В цьому випадку канат не втрачає форми під дією навантаження від вище лежачих шарів, внаслідок чого його зношування збільшується. Ці ж канати використовуються і при наявності навантажень, що різко міняються і при умовах високих температур.

Сердечник є базою для навивання каната, а органічні сердечники, крім того, служать сховищем для мастила, оскільки вони рясно просочуються машинним маслом. Сердечники канатів можуть бути стальними або органічними волокнистими (прядиво, бавовняна пряжа, корд, м'який сталевий дрот). При роботі в умовах підвищеної температури або хімічно агресивного середовища використовують азбестовий сердечник.

В якості стального сердечника використовують окреме пасмо або канат подвійного звивання.

Канати з органічним сердечником найбільш гнучкі і краще змащуються, так як мастило до дроту поступає не тільки зовні, але і з середини, з сердечника, просоченого мастилом.

Рис. 2.2  Класифікація канатів

Термін служби каната залежить від наступних чинників: величини максимального натягнення каната; співвідношення діаметрів блока і барабана до діаметру каната. Залежно від цих чинників встановлені норми Держміськтехнагляду для підбору каната.

Розрахунок стальних канатів. В процесі роботи каната, його окремі дротинки зазнають різних видів деформації зминання, розтягування, згинання і кручення. При кожному обгинанні каната блока або барабана в канаті з'являються додаткове напруження згину і контактне напруження зминання в місцях стику зовнішніх дротин з поверхнею канавки. Метал дроту стомлюється, і після деякого числа перегинів відбувається руйнування спочатку зовнішніх, а потім і внутрішніх дротиків.

Для зменшення в канаті контактних напружень необхідно використовувати блоки і барабани більшого діаметра.

Величина контактного напруження залежить від багатьох чинників: конструкції і діаметра каната (діаметра дроту, що входить в канат, кількості пасм, кута нахилу пасм, матеріалу сердечника, типу і якості звивання), розмірів і конструкції блоків і барабанів, величини натягу та ін.

Основними факторами, від яких залежить термін служби канатів, є величина максимального натягу канату і відношення діаметрів блоків і барабана до діаметру канату.

В залежності від цих факторів встановлені норми Держгірпромнагляду для підбору канатів.

Діаметр каната підбирається за ГОСТом відповідно до співвідношення:

, (2.1)

де  максимальне робоче зусилля каната без урахування динамічних навантажень, кН;

 розривне зусилля каната (вибирається за ГОСТом), кН;

К – коефіцієнт запасу міцності, приймається за нормами, установленими Держміськтехнаглядом: К = 4 – для вантажних і стрілоподібних канатів при ручному приводі; К = 5 – при легкому режимі при машинному приводі; К = 5,5 – при середньому і важкому режимі.

Прядивні (конопляні) канати застосовуються для переміщення вантажів підйомно-транспортними машинами, робота яких носить тимчасовий характер. Ці канати, відрізняючись великою гнучкістю, служать також для підв'язування вантажів до вантажозахватних пристроїв.

Прядивні канати звивають з прядивних волокон в два прийоми  спочатку виготовляють пасма, з яких потім звивають канат. Звивання волокон в пасмі і пасм в канат проводиться в різних напрямах.

Для оберігання пенькових канатів від загнивання, при використовуванні їх в середовищі з підвищеною вогкістю, їх просочують різними консервуючими складами (смолою).

Діаметр прядивного каната визначають з умови міцності на розтягування:

, (2.2)

де  діючий поперечний переріз каната, м²;

 діаметр кола, описаного навколо поперечного перетину прядивного каната, м;

 сила, що розтягує канат, Н;

 напруження, що допускається, при розтягу. Для канатів, які використовуються в якості підйомних органів, допустиме умовне напруження на розрив, віднесене к 1 см² площі пенькового канату номінального діаметра (тобто діаметр d, включно з пустотами): = 100 МПа  для нових несмолених канатів; = 90 МПа  для нових просмолених канатів; = 75…60 МПа  для канатів, які застосовуються.

З урахуванням переліченого формула (2.2) може мати вигляд

а) для несмолених канатів ;

б) для смолених канатів .

Прядивні канати сильно зношуються при їх використовуванні як стропів для обв'язування вантажів, особливо в місцях перегину під гострим кутом, тому допустиме навантаження в цьому випадку зменшують удвічі.

З'єднання стальних канатів і ланцюгів з деталями машин

Закріплення кінців каната на осі (рис. 2.3) проводиться за допомогою коуша, що захищає канат від підвищених напружень зминання і від стирання його.

Коуш представляє собою стальне фасонне кільце жолобчастого січення, що відповідає канату, для якого цей коуш призначений. Це з'єднання виготовляється за допомогою затискачів різної конструкції або ж вплітанням дротів кінця каната в тіло основної його гілки з подальшим обплетенням цього місця стальним дротом. Число затискачів згідно правил Держміськтехнагляду визначається розрахунком гвинтів затискачів на міцність, але не менше трьох. Крок t розміщення затискачів повинен бути не меншим шести діаметрів каната. Довжина зрощування повинна бути не меншою 20 діаметрів каната d. З'єднання затискачами за допомогою планок і скоб, як найбільш просте, застосовується дуже широко.

Дуже надійним є кріплення кінців каната за допомогою втулки з заливкою. Канат пропускається через стальну втулку, кінець його розплітають по довжині, рівній двом довжинам конуса втулки, вирізають органічний сердечник, проводять знежирення, протравлення кислотою і промивання дроту в гарячій воді. Потім кожен дріт згинають пополовині, кінець каната втягують у втулку і заливають легкоплавким матеріалом. Отримується монолітне з'єднання підвищеної надійності. Аналогічний спосіб використовують і для кріплення каната на барабані

Ланцюги. Залежно від призначення ланцюги підрозділяються на вантажні, приводні і тягові. За конструктивними ознаками ланцюги розподіляють на: зварні, пластинчасті, литі.

Вантажні ланцюги призначені для піднімання вантажів у вантажопідйомних машинах. В якості вантажних органів використовують зварні і пластинасті ланцюги відповідно за ГОСТ 231981, ГОСТ 19182 (рис. 2.4, 2.5).

Приводні ланцюги застосовуються в транспортуючих машинах для передачі руху робочим органам.

Тягові ланцюги установлюють в безперервних транспортуючих машинах для переміщення вантажів безпосередньо або за допомогою вантажозахватних пристроїв, пов'язаних з ланками ланцюга.

З варні ланцюги (рис. 2.4) виготовляють із сталі круглого перерізу марок СТ3Ц, СТ2, Ст3 і сталі10 дрібнозернистої структури, що не містить сірки і фосфору, шляхом вигину її і зварювання в окремі ланки, які зчіплюються між собою та мають запас міцності на розтяг 370…450 МПа.

Оскільки ланки ланцюга зварюються між собою, то наявність таких дефектів, як тріщини та розшарування, не допускаються.

Якість виготовлення ланцюгів повинна відповідати технічним умовам, наведеним в державних стандартах.

Основними розмірами ланцюга є діаметр прутка (d), крок ланцюга (t), який дорівнює довжині великої осі внутрішнього овалу і ширина ланки (В = 3,5d). В залежності від співвідношення кроку ланцюга і діаметра прутка ланцюги поділяються на коротко ланкові (t = 2,6  d), і довго ланкові (t = 3,6  d).

За точністю виготовлення (допуск на розміри t і В) зварні ланцюги поділяються на прості і калібровані.

Прості ланцюги виготовляють з жорсткішими допусками на розміри кроку t і ширини В, оскільки ланцюги призначені для укладання в литі осередки зірочок і використовуються як вантажні і тягові. Калібровані ланцюги працюють на зірочках або барабанах, які мають спеціальні гнізда, зі швидкостями не більшими 0,5 м/с.

Недоліком зварних ланцюгів, що обмежують область їх застосування, є відносно велика вага (порівняно з канатами), неможливість використовування при роботі з високими швидкостями, можливість раптового обриву, високе зношування ланок в місцях стику і необхідність ретельного і постійного контролю за їх станом.

Перевагою таких ланцюгів є гнучкість по всіх напрямках; можливість роботи з використанням зірочок і барабанів малого діаметра, що дозволяє зменшити крутні моменти; простота конструкції і виготовлення; безшумність при роботі зі швидкостями до 0,1 м/с.

Розрахунок зварних ланцюгів. Ланки зварних ланцюгів у відношенні зовнішніх сил є статично визначеними, між тім як у відношенні внутрішніх напружень  трижди статично невизначеними. Визначення дійсних напружень вслід цього дуже складне і може бути зроблено тільки орієнтовно.

Звичайно ланцюги розраховують тільки на розтяг, приймаючи нижчим допустиме напруження з метою обліку як статичної невизначеності ланок у відношенні напружень, так і додаткових згинальних напружень при огинанні ланцюгів блоків і барабанів.

Загальна формула для розрахунку зварних ланцюгів на розтяг

, (2.3)

де  навантаження на ланцюг, кг;

d  діаметр ланцюгової сталі, см;

 допустиме напруження на розтяг, кг/см².

Найбільше допустиме напруження в матеріалі зварних ланцюгів не повинно перевищувати: для ручних підйомних механізмів  63,7 МПа; для механізмів з машинним приводом  31,8 МПа.

Для каліброваних ланцюгів, які працюють на зірочках, запобігти погіршенню зачеплення із-за швидкої витяжки ланцюгів значення допустимих напружень приймаються зниженими, а саме: для ручних підйомних механізмів  400 кг/см²; для механізмів з машинним приводом = 25,5 МПа.

Перетворюючи формулу (2.3) в залежності от , отримаємо наступні залежності для визначення діаметра ланцюгової сталі:

а) для ланцюгів, які працюють на гладких блоках або барабанах:

ручний привод ; (2.4)

машинний привод ; (2.5)

б) для ланцюгів, які працюють на зірочках:

ручний привод ; (2.6)

машинний привод ; (2.7)

В перелічених формулах d  в мм, а  в кг.

Допустиме навантаження на ланцюг залежить від запасу міцності ланцюга

, (2.8)

де  розривне зусилля ланцюга, Н;

 розрахункове зусилля ланцюга, Н;

 коефіцієнт запасу міцності ланцюга, приймається залежно від умов роботи і конструкції ланцюга: = 10  за середніх умов роботи ланцюга; = 5  з машинним приводом і легкому режимі роботи; = 6  за важких умов роботи;  = 9… 13  у підйомних пристроях для людей.

В антажні пластинчасті ланцюги (рис. 2.5) складаються з окремих штампованих пластинок, набраних у відповідній кількості з двох сторін на цапфи валів. Кількість пластин в ланцюгу збільшується зі зростанням розрахункового навантаження. Для утримання пластинок на цапфах їх кінці розклепують або в них установлюють шплінти, котрі притискують шайби до крайніх пластин.

Пластини і вали ланцюгів виготовляють із сталі марки не нижче 40, шайби  із сталі марки Ст.0  Ст.3 з межею міцності на розтяг 570…600 МПа.

При збиранні ланцюга повинна забезпечуватися рухливість їх шарнірних з'єднань.

Оскільки зусилля в ланцюзі розподіляється між декількома пластинами, то не спостерігається раптового обриву ланцюга, і вони працюють цілком надійно.

В порівнянні із зварними ланцюгами пластинчасті для одного і того ж навантаження більш надійні, компактні, мають меншу масу і значно краще чинять опір зносу. Рух пластинчастого ланцюга проходить більш плавно, але максимальна швидкість внаслідок підвищеної чутливості ланцюга до інерційних навантажень не повинна перевищувати 0,25 м/с. В цьому випадку збільшується запас міцності, проте застосування таких ланцюгів обмежене високою вартістю і необхідністю постійного і ретельного змащування.

Недоліком пластинчастих ланцюгів є те, що вони мають один ступінь вільності, тобто можуть згинатися тільки в площині, перпендикулярній до осей шарнірів; значно важчі і дорожчі, ніж зварні ланцюги; більше зношуються шарніри ланцюгів.

Т ягові пластинчасті ланцюги (рис. 2.6), на відміну від вантажних ланцюгів, мають ланки, що складаються з двох пластин (із зовнішніх і внутрішніх). Крок тягових пластинчастих ланцюгів значно більший кроку вантажних ланцюгів і складає від 65 до 1250 мм (ГОСТ 58854).

За ГОСТ 58854 тягові пластинчасті ланцюги виготовляють наступних типів: втулкові ПВ; втулково-роликові ПВР; втулково-каткові з гладкими катками ПВК; втулково-каткові з гребними катками ПВКГ; втулково-каткові з підшипниками кочення у катків ПВКП.

Деталлю пластинчастого ланцюга, що найбільше зношується, є вал, розмір якого визначає міцність ланцюга.

Всі деталі ланцюга, окрім пластин, піддаються термічній обробці до твердості поверхонь НВ  = 425…500 (підвищена твердість) або НВ = 200…300 (нормальна твердість). Допустиме навантаження на ланцюг залежить від запасу міцності ланцюга та визначається за формулою (2.8).

Стрічки. Для ковшових елеваторів і стрічкових конвеєрів різних виробництв як тягові органи застосовують тканинні прогумовані стрічки, а в окремих випадках тканинні стрічки.

Прогумовані стрічки складаються з шарів бавовняної тканини (бельтінг), сполучених вулканізованою гумою.

Випускаються ремені трьох класів (рис. 2.7):

Тип А  нарізні  виготовляють з гумовими прошарками між тканинними прокладками. Рекомендується використовувати при швидкостях більше 20 м/с.

Тип Б  пошарово загорнені  не мають гумових прошарків між тканинними прокладками. При виготовленні ременів без обкладання зовнішня тканинна прокладка робиться тільки встик і без накладання гумової стрічки. Застосовуються такі ремені при швидкостях до 20 м/с.

Тип В  спіральний загорнені  виготовляють без гумових прошарків між тканинними прокладками. Ці ремені використовують для робіт з невеликими навантаженнями при швидкостях до 15 м/с.

а) б)

Рис. 2.7  Типи стрічки

а) гумовотканинні; б) гумовотросові